專利名稱：肺功能儀校準(zhǔn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及醫(yī)療器械的校驗(yàn)裝置，特別是采用標(biāo)準(zhǔn)呼吸模擬器來校驗(yàn)的肺功能儀校準(zhǔn)裝置。
背景技術(shù)：
在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，為了肺功能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化，強(qiáng)化肺功能測(cè)試的質(zhì)量控制，先后制訂了肺功能儀的質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)胸腔協(xié)會(huì)(ATS)、歐洲呼吸學(xué)會(huì)(ERQ就相繼制訂了肺功能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的制訂促進(jìn)了肺功能儀的臨床應(yīng)用，為肺功能儀的質(zhì)量控制提出了比較具體的要求。國(guó)外的肺功能實(shí)驗(yàn)室和廠家一般采用微機(jī)控制的活塞筒或者氣泵作質(zhì)量控制和校準(zhǔn)，醫(yī)療機(jī)構(gòu)一般采用固定體積(1-3L)的手動(dòng)定標(biāo)筒。在國(guó)內(nèi)，肺功能測(cè)試開展比較晚，也有幾家進(jìn)行了相關(guān)研究，主要成果有中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院的呼吸模擬器(專利號(hào)20072008514 和中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院電離輻射研究所的肺功能校準(zhǔn)裝置(專利號(hào)200820063768)。不同的肺功能測(cè)試儀測(cè)試同一個(gè)病人，可能得到差異較大的結(jié)果，給臨床診斷帶來一定的困難。要解決這個(gè)問題必須要有標(biāo)準(zhǔn)的、適用的肺功能校準(zhǔn)裝置，所以肺功能儀研究的廠家，必定要進(jìn)行肺功能校準(zhǔn)裝置的研究，因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)還沒有相關(guān)的成熟產(chǎn)品產(chǎn)生。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而提供一種肺功能儀校準(zhǔn)裝置，實(shí)現(xiàn)氣體在變流量情況下的累計(jì)流量控制，用于質(zhì)量控制和計(jì)量校準(zhǔn)，解決肺功能儀的量值傳遞和溯源的難題。本實(shí)用新型的目的是這樣達(dá)到的一種肺功能儀校準(zhǔn)裝置，由計(jì)算機(jī)、控制板、交流伺服電機(jī)控制器、交流伺服電機(jī)和活塞筒構(gòu)成，其特征在于計(jì)算機(jī)與控制板雙向連接，控制板與交流伺服電機(jī)控制器雙向連接、交流伺服電機(jī)控制器與交流伺服電機(jī)雙向連接，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞來完成運(yùn)動(dòng)控制，交流伺服電機(jī)的電機(jī)軸通過聯(lián)軸器與活塞筒的大導(dǎo)程絲杠相連，為活塞筒內(nèi)的活塞提供動(dòng)力。所述的活塞筒由滑筒、活塞、活塞桿、絲杠副聯(lián)接件、絲杠副、軸承、聯(lián)軸器、右支座、軸承座、限位塊、滑軌、底座、左支座、大導(dǎo)程絲杠、右端蓋、左端蓋、導(dǎo)氣管組成，滑筒固定在左端蓋、右端蓋之間，右端蓋上的四個(gè)拉桿、右支座、左支座、滑軌分別固定在底座上， 活塞固定在活塞桿一端且放置在滑筒內(nèi)，活塞桿穿過左支座并通過絲杠副聯(lián)接件與絲杠副相連，大導(dǎo)程絲杠通過軸承后與聯(lián)軸器連接，完成運(yùn)動(dòng)的傳遞，軸承通過軸承座固定在右支座上，交流伺服電機(jī)通過右支座固定在底座上；限位塊固定在絲杠副上且一端插入滑軌，活塞桿的運(yùn)動(dòng)方向由滑軌控制限位塊的運(yùn)動(dòng)方向來保證，導(dǎo)氣管安裝在左端蓋的側(cè)面。所述的控制板由單片機(jī)和復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD組成，氣體流速和容量通過高速CPLD每IOms測(cè)量一次交流伺服電機(jī)內(nèi)的編碼器的輸出結(jié)果作為每IOms變化的容量作為理論值。所述的活塞桿上設(shè)有孔，為大導(dǎo)程絲杠運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置避空。本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)與控制板雙向連接，控制板與交流伺服電機(jī)控制器雙向連接、交流伺服電機(jī)控制器與交流伺服電機(jī)雙向連接，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞來完成運(yùn)動(dòng)控制。將數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)一次性寫入控制板，交流伺服電機(jī)控制器接收到控制板發(fā)出的指令后， 給交流伺服電機(jī)發(fā)送指令，直接控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加減速等參數(shù)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)就帶動(dòng)大導(dǎo)程絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制活塞的運(yùn)動(dòng)，模擬呼吸狀態(tài)?？刂瓢逵蓡纹瑱C(jī)和CPLD組成，計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)一次性寫入或者存入單片機(jī)，單片機(jī)與CPLD雙向連接進(jìn)行信號(hào)傳遞，由CPLD給交流伺服電機(jī)控制器發(fā)送指令。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，活塞筒模擬標(biāo)準(zhǔn)呼吸逼真、形象，解決了肺功能儀的量值傳遞和溯源的難題，實(shí)現(xiàn)了模擬呼吸。2、大導(dǎo)程絲杠與交流伺服電機(jī)直接連接，提高了定位的精度，降低了裝置的累計(jì)誤差。3、本實(shí)用新型在控制板控制下實(shí)現(xiàn)了氣體在變流量情況下的累計(jì)流量控制，向肺功能儀提供標(biāo)準(zhǔn)的理想氣體，用于肺功能儀的質(zhì)量控制和計(jì)量校準(zhǔn)。4、在控制板的精密控制下，達(dá)到了復(fù)現(xiàn)氣體的標(biāo)準(zhǔn)量值的要求。本實(shí)用新型在單片機(jī)軟件建立呼吸的基本模型基礎(chǔ)上，任意設(shè)置肺功能呼吸參數(shù)(如靜態(tài)肺活量VC等)，實(shí)現(xiàn)肺功能儀主要物理參數(shù)的校準(zhǔn)，模擬各種可能存在的呼吸狀態(tài)。本實(shí)用新型達(dá)到美國(guó)胸腔協(xié)會(huì)(ATS)和歐洲呼吸學(xué)會(huì)(ERS)的推薦標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，技術(shù)指標(biāo)與國(guó)外相當(dāng)。其指標(biāo)為體積范圍0_10L流量范圍0-16L/s重復(fù)性士IOmL體積誤差士0. 5 % (彡 4L) ；士 20mL ( < 4L)流量誤差士0. 5% (彡 2L/s) ； 士 10mL/s ( < 2L/s)

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的控制板的組成示意圖。圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型的活塞筒結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖5為本實(shí)用新型的活塞桿大導(dǎo)程絲杠連接剖面圖。圖6為本實(shí)用新型的電機(jī)大導(dǎo)程絲杠聯(lián)接剖面圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。如圖1所示，本實(shí)用新型由計(jì)算機(jī)、控制板、交流伺服電機(jī)控制器、交流伺服電機(jī)和活塞筒構(gòu)成，計(jì)算機(jī)與控制板雙向連接，控制板與交流伺服電機(jī)控制器雙向連接完、交流伺服電機(jī)控制器與交流伺服電機(jī)雙向連接，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞來完成運(yùn)動(dòng)控制。交流伺服電機(jī)8的電機(jī)軸通過聯(lián)軸器7與活塞筒的大導(dǎo)程絲杠15相連，為活塞筒內(nèi)的活塞2 提供動(dòng)力，模擬標(biāo)準(zhǔn)呼吸，以上就構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)呼吸模擬器?？刂瓢褰邮沼?jì)算機(jī)發(fā)出的信號(hào)， 給交流伺服電機(jī)控制器發(fā)送指令、交流伺服電機(jī)接收和執(zhí)行交流伺服電機(jī)控制器發(fā)送的命令，對(duì)交流伺服電機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)而對(duì)活塞進(jìn)行控制，完成模擬實(shí)驗(yàn)。控制板的組成如圖2 所示。所述的活塞筒如圖3、圖4、圖5、圖6所示，由滑筒1、活塞2、活塞桿3、絲杠副聯(lián)接件4、絲杠副5、軸承6、聯(lián)軸器7、右支座9、軸承座10、限位塊11、滑軌12、底座13、左支座 14、大導(dǎo)程絲杠15、右端蓋16、左端蓋17、導(dǎo)氣管18組成，滑筒1固定在左端蓋17、右端蓋 16之間，右端蓋16上的四個(gè)拉桿、右支座9、左支座14、滑軌12分別固定在底座13上，活塞 2固定在活塞桿3 —端且放置在滑筒1內(nèi)，活塞桿3穿過左支座14并通過絲杠副聯(lián)接件4 與絲杠副5相連，大導(dǎo)程絲杠15通過軸承6后與聯(lián)軸器7連接，完成運(yùn)動(dòng)的傳遞，軸承6通過軸承座10固定在右支座9上，交流伺服電機(jī)8通過右支座9固定在底座13上；限位塊11 固定在絲杠副5上且一端插入滑軌12，活塞桿3的運(yùn)動(dòng)方向由滑軌12控制限位塊11的運(yùn)動(dòng)方向來保證，導(dǎo)氣管18安裝在左端蓋17的側(cè)面；所述活塞筒的活塞2外側(cè)加有密封圈， 活塞桿3上設(shè)有孔，為大導(dǎo)程絲杠運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置避空。所述的控制板如圖2所示，由單片機(jī)和CPLD組成，氣體流速和容量通過高速CPLD 每IOms測(cè)量一次交流伺服電機(jī)內(nèi)的編碼器的輸出結(jié)果作為每IOms變化的容量作為理論值?？刂瓢迨紫冉⒘撕粑Ｐ秃透鞣N校準(zhǔn)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)交流伺服電機(jī)控制器下達(dá)控制命令，在交流伺服電機(jī)控制器的控制下對(duì)交流伺服電機(jī)的工作狀況進(jìn)行控制。進(jìn)一步，交流伺服電機(jī)8通過聯(lián)軸器7和大導(dǎo)程絲杠15連接，大導(dǎo)程絲杠15通過軸承6和軸承座7 固定在右支座9上，大導(dǎo)程絲杠15轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠副5運(yùn)動(dòng)，活塞桿3通過絲杠副聯(lián)接件4 與絲杠副5連接，絲杠副5的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)活塞桿3運(yùn)動(dòng)，為活塞筒內(nèi)的活塞2提供動(dòng)力。活塞筒內(nèi)的活塞2來回移動(dòng)會(huì)通過導(dǎo)氣管18將活塞筒中的氣體排出，或者將外界大氣吸入活塞筒，通過這一過程來模擬人體呼吸?；钊痛髮?dǎo)程絲杠傳動(dòng)部分為本實(shí)用新型的關(guān)鍵部分， 在活塞筒的滑筒1內(nèi)采用水平放置的活塞桿3控制活塞2的運(yùn)動(dòng)方向并在活塞的外側(cè)采用密封圈，解決了運(yùn)動(dòng)部件之間的氣密性。同時(shí)用交流伺服電機(jī)8直接驅(qū)動(dòng)大導(dǎo)程絲杠15轉(zhuǎn)動(dòng)，通過絲杠副5的運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)活塞2的直線運(yùn)動(dòng)，減小了部件之間的摩擦和傳遞誤差，提高了裝置的可靠性和精度。本實(shí)施例中，活塞筒的滑筒1的內(nèi)徑為D= 160mm，有效長(zhǎng)度S =520mm,活塞的有效容積約為V = 0. 25 π D2S ^ 10. 4L?？刂瓢逶诒狙b置中起到了主導(dǎo)的作用，通過控制板接收和下達(dá)驅(qū)動(dòng)命令，通過交流伺服電機(jī)控制器對(duì)交流伺服電機(jī)進(jìn)行控制。限位開關(guān)完成位置限制任務(wù)，對(duì)限位精度進(jìn)行控制。本裝置的整個(gè)校驗(yàn)過程由控制板精密控制，達(dá)到了非常好的效果，獲得良好的重復(fù)性，因此達(dá)到了校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種肺功能儀校準(zhǔn)裝置，由計(jì)算機(jī)、控制板、交流伺服電機(jī)控制器、交流伺服電機(jī)和活塞筒構(gòu)成，其特征在于計(jì)算機(jī)與控制板雙向連接，控制板與交流伺服電機(jī)控制器雙向連接，交流伺服電機(jī)控制器與交流伺服電機(jī)雙向連接，交流伺服電機(jī)⑶的電機(jī)軸通過聯(lián)軸器(7)與活塞筒的大導(dǎo)程絲杠(1 相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肺功能儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的活塞筒由滑筒(1)、 活塞(2)、活塞桿(3)、絲杠副聯(lián)接件(4)、絲杠副(5)、軸承(6)、聯(lián)軸器(7)、右支座(9)、軸承座(10)、限位塊(11)、滑軌(12)、底座(13)、左支座(14)、大導(dǎo)程絲杠(15)、右端蓋(16)、 左端蓋(17)、導(dǎo)氣管(18)組成，滑筒(1)固定在左端蓋(17)、右端蓋(16)之間，右端蓋(16) 上的四個(gè)拉桿、右支座(9)、左支座(14)、滑軌(1 分別固定在底座(1 上，活塞⑵固定在活塞桿C3) —端且放置在滑筒(1)內(nèi)，活塞桿C3)穿過左支座(14)并通過絲杠副聯(lián)接件 ⑷與絲杠副(5)相連，大導(dǎo)程絲杠(15)通過軸承(6)后與聯(lián)軸器(7)連接，軸承(6)通過軸承座(10)固定在右支座(9)上，交流伺服電機(jī)⑶通過右支座(9)固定在底座(13)上； 限位塊(11)固定在絲杠副( 上且一端插入滑軌(12)，導(dǎo)氣管(18)安裝在左端蓋(17)的側(cè)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肺功能儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的控制板由單片機(jī)和復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD組成，氣體流速和容量通過高速CPLD每IOms測(cè)量一次交流伺服電機(jī)內(nèi)的編碼器的輸出結(jié)果作為每IOms變化的容量作為理論值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的肺功能儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的活塞桿(3)上設(shè)有孔。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種肺功能儀校準(zhǔn)裝置，由計(jì)算機(jī)、控制板、交流伺服電機(jī)控制器、交流伺服電機(jī)和活塞筒構(gòu)成，計(jì)算機(jī)與控制板雙向連接，控制板與交流伺服電機(jī)控制器雙向連接，交流伺服電機(jī)控制器與交流伺服電機(jī)雙向連接，交流伺服電機(jī)的電機(jī)軸通過聯(lián)軸器與活塞筒的大導(dǎo)程絲杠相連，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞來完成運(yùn)動(dòng)控制。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，活塞筒模擬標(biāo)準(zhǔn)呼吸逼真、形象，解決了肺功能儀的量值傳遞和溯源的難題，實(shí)現(xiàn)了模擬呼吸?；钊驳拇髮?dǎo)程絲杠與交流伺服電機(jī)的電機(jī)軸直接連接，提高了定位的精度，降低了裝置的累計(jì)誤差。
文檔編號(hào)A61B5/08GK202179540SQ201120233448
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者何濤, 熊友輝, 石平靜, 鄭勁平, 高怡 申請(qǐng)人:廣州呼吸疾病研究所, 武漢四方光電科技有限公司