低阻力供氣呼吸器的電控制方法

目前應(yīng)用的各種供氣呼吸器均為機(jī)械式呼吸器，其中包括高氣壓環(huán)境下工作的潛水呼吸器和特殊氣體介質(zhì)工作環(huán)境下的常壓呼吸器。這些呼吸器是靠人的吸氣動作克服機(jī)械閥桿阻力而工作的，明顯的缺點(diǎn)是吸氣動作阻力大，一般為392～882 Pa（40～90 mmH2O),要尋找392 Pa (40 mmH2O)以下阻力的呼吸器要經(jīng)嚴(yán)格篩選，工作一段期間后還要經(jīng)調(diào)整復(fù)測后才能使用。這類呼吸器在某些潛水作業(yè)、高壓載治療、密閉容器中特殊氣體介質(zhì)內(nèi)作業(yè)等場合下應(yīng)用，人們普遍反映呼吸阻力大，有疲勞感。本研究力圖摒棄機(jī)械呼吸器固有的阻力大的缺點(diǎn)，采用一種新穎的紅外光電控隨動技術(shù)實現(xiàn)低阻力供氣呼吸。裝置中設(shè)置一個專供人吸氣的波紋管膜盒即儲氣袋，并在它的受光平面上涂有紅外線反光材料，裝置工作時由紅外發(fā)射器和接收器隨時檢測波紋管膜盒(儲氣袋)的充氣狀態(tài)，經(jīng)電子線路對此狀態(tài)信號實現(xiàn)變換，進(jìn)而對供氣隨動阿門實施自動控制。本方法的突出優(yōu)點(diǎn)是呼吸阻力小，經(jīng)對實驗裝置檢測表明，吸氣阻力小于196Pa (20 mrnH2O)。這么低的吸氣阻力無疑對目前應(yīng)用的某些呼吸器的改進(jìn)及更新?lián)Q代提供了可供選擇的一種新途徑。低阻力供氣呼吸器的電控制方法/文/萬振中

1方法

呼吸器裝置如圖1所示。

圖1低阻力供氣呼吸器系統(tǒng)示意圖

圖1所示的呼吸器由供氣諸部件及電控制各單元電路組成。在殼體及保護(hù)罩內(nèi)設(shè)1有波

紋管膜盒做的儲氣袋，所用材料為無毒橡膠并由專用模具加工成型，其厚度應(yīng)保證動作的靈活性，充排氣過程應(yīng)保持波紋管膜盒動作平穩(wěn)。在保護(hù)罩內(nèi)上端裝有一塊電路板，紅外發(fā)射管和接收管朝向反射膜面安裝。高壓氣源經(jīng)減壓閥降至294 kPa（3kgf/cm²)中壓，中壓氣源經(jīng)電磁閥控制進(jìn)人呼吸器殼體和波紋管膜盒，電磁閥采用防爆型二位三通式，由直流24V電源供電，其換向時間不大于20ms,泄漏不大于7cm³/min.殼體出口經(jīng)波紋管接至呼吸閥和口奧面罩。電控制器由紅外發(fā)射接收器、載波放大器、檢波器、遲滯比較器和功率放大器組成，裝置有自動和手動兩種工作方式。

電控制器電路如圖2所示。

圖2呼吸器控制電路

圖2電路中，晶體管Q1Q2Q3構(gòu)成電子振蕩器.調(diào)整R1,C1的阻容值，可得到2.5kHz左右的振蕩頻率。為了使紅外管LED2有足夠的電流進(jìn)行發(fā)射，在其振蕩器輸出端接有Q4射極輸出器，這種紅外發(fā)射器可在極短的時間內(nèi)發(fā)射出被調(diào)制的高能閃光。波紋管膜盒的神縮程度反映其充氣狀態(tài)，光電二極管LED3接收波紋管膜盒的反射光，反射光強(qiáng)受波紋管神縮狀況調(diào)制。運(yùn)放IC1組成二級放大電路，其放大且為50倍左右，D1,C5,Rl3組成檢波電路，它把受調(diào)制的脈沖波變換為電平信號。由上所述，該信號電平線性地反映了波紋管膜盒的充氣狀態(tài)，為了對充氣狀態(tài)實行控韶，電路中由運(yùn)放IC_2A接成一個可變閱值的遲滯比較器，闊值的設(shè)定正好對應(yīng)波紋管膜盒伸張和壓縮狀態(tài)所規(guī)定的兩個極限，它們是由電位器W2和W3調(diào)定的。為了適應(yīng)手動工作狀態(tài)的需要，裝置中增設(shè)了由IC_2B構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)延時器，其延時時間由電位器W4調(diào)定，由開關(guān)K1選擇自動或手動工作狀態(tài)。自動狀態(tài)信號取自IC_2A輸出端，手動狀態(tài)信號取自IC_2B輸出端。晶體管Q5Q6Q7組成電磁閥馭動電路，其中Q7作為大功率管Q6的保護(hù)管，動作值根據(jù)Q6能承受的額定電流值由R23調(diào)定。為了降低Q4管的靜態(tài)電流值，加用穩(wěn)壓管DZ:來轉(zhuǎn)移電平，以使其Q6管工作在開關(guān)狀態(tài)，降低Q6管靜態(tài)電流值可以提高其使用效率，并降低熱損耗。K2是手動定時供氣開關(guān)。

2 討論

采用紅處線電控隨動方法韶成的呼吸器實驗裝里經(jīng)實測表明，獲得了低吸氣阻力效果。這種方法的關(guān)鍵在于采用紅外檢側(cè)技術(shù)，靈敏度高，對雜散光線、溫度、濕度等環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，誤差小。在動作閡值附近只要有徽小吸氣動作，就會使波紋管膜盒反射平面發(fā)生位移，紅外線就會被檢側(cè)到，啟動電傲閥門供氣，氣流在波紋管膜盒中經(jīng)擴(kuò)散緩沖直接被人所吸人。實踐中發(fā)現(xiàn)，波紋管膜盒的材料、厚度、尺寸形狀對呼吸器裝盆的可命性關(guān)系很大，加工時應(yīng)嚴(yán)格控制。所用電子元器件需經(jīng)老化和性能檢測，電位器應(yīng)選擇高穩(wěn)定性經(jīng)耐熱耐潮處理的密封電位器，因為它關(guān)系到動作閩值的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。實踐中還發(fā)現(xiàn)，波紋管容積精確計算很重要，它既要適應(yīng)一般人員的呼吸潮氣量，還要考慮到個體差異性，計算中要留有充分余地。不足之處是，在呼吸器實驗裝皿中為追求體積小巧，對波紋管膜盒容積的確定偏于保守。由于余量有限，實驗中因個體差異偶有誤動作，因此需要進(jìn)一步完善樣機(jī)，使之具有廣泛的適應(yīng)性是我們下一步工作的目標(biāo)。

參加此項工作還有王文波、播國琪、陳加法、毛靖等同志。劉景昌教授指導(dǎo)。