肺功能仪校准装置的制作方法
专利名称：肺功能仪校准装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医疗器械的校验装置，特别是采用标准呼吸模拟器来校验的肺功能仪校准装置。
背景技术：
在发达国家和地区，为了肺功能测试的标准化，强化肺功能测试的质量控制，先后制订了肺功能仪的质量检测标准，如美国胸腔协会(ATS)、欧洲呼吸学会(ERQ就相继制订了肺功能检测标准。这些标准的制订促进了肺功能仪的临床应用，为肺功能仪的质量控制提出了比较具体的要求。国外的肺功能实验室和厂家一般采用微机控制的活塞筒或者气泵作质量控制和校准，医疗机构一般采用固定体积(1-3L)的手动定标筒。在国内，肺功能测试开展比较晚，也有几家进行了相关研究，主要成果有中钢集团武汉安全环保研究院的呼吸模拟器(专利号20072008514 和中国测试技术研究院电离辐射研究所的肺功能校准装置(专利号200820063768)。不同的肺功能测试仪测试同一个病人，可能得到差异较大的结果，给临床诊断带来一定的困难。要解决这个问题必须要有标准的、适用的肺功能校准装置，所以肺功能仪研究的厂家，必定要进行肺功能校准装置的研究，因为目前国内还没有相关的成熟产品产生。
发明内容本实用新型的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种肺功能仪校准装置，实现气体在变流量情况下的累计流量控制，用于质量控制和计量校准，解决肺功能仪的量值传递和溯源的难题。本实用新型的目的是这样达到的一种肺功能仪校准装置，由计算机、控制板、交流伺服电机控制器、交流伺服电机和活塞筒构成，其特征在于计算机与控制板双向连接，控制板与交流伺服电机控制器双向连接、交流伺服电机控制器与交流伺服电机双向连接，交流伺服电机驱动活塞来完成运动控制，交流伺服电机的电机轴通过联轴器与活塞筒的大导程丝杠相连，为活塞筒内的活塞提供动力。所述的活塞筒由滑筒、活塞、活塞杆、丝杠副联接件、丝杠副、轴承、联轴器、右支座、轴承座、限位块、滑轨、底座、左支座、大导程丝杠、右端盖、左端盖、导气管组成，滑筒固定在左端盖、右端盖之间，右端盖上的四个拉杆、右支座、左支座、滑轨分别固定在底座上， 活塞固定在活塞杆一端且放置在滑筒内，活塞杆穿过左支座并通过丝杠副联接件与丝杠副相连，大导程丝杠通过轴承后与联轴器连接，完成运动的传递，轴承通过轴承座固定在右支座上，交流伺服电机通过右支座固定在底座上；限位块固定在丝杠副上且一端插入滑轨，活塞杆的运动方向由滑轨控制限位块的运动方向来保证，导气管安装在左端盖的侧面。所述的控制板由单片机和复杂可编程逻辑器件CPLD组成，气体流速和容量通过高速CPLD每IOms测量一次交流伺服电机内的编码器的输出结果作为每IOms变化的容量作为理论值。所述的活塞杆上设有孔，为大导程丝杠运动时的位置避空。本实用新型的计算机与控制板双向连接，控制板与交流伺服电机控制器双向连接、交流伺服电机控制器与交流伺服电机双向连接，交流伺服电机驱动活塞来完成运动控制。将数据由计算机一次性写入控制板，交流伺服电机控制器接收到控制板发出的指令后， 给交流伺服电机发送指令，直接控制电机的正转反转，电机的转速和加减速等参数，电机的转动就带动大导程丝杠转动，从而控制活塞的运动，模拟呼吸状态。控制板由单片机和CPLD组成，计算机将数据一次性写入或者存入单片机，单片机与CPLD双向连接进行信号传递，由CPLD给交流伺服电机控制器发送指令。本实用新型的优点是1、结构简单、可靠，活塞筒模拟标准呼吸逼真、形象，解决了肺功能仪的量值传递和溯源的难题，实现了模拟呼吸。2、大导程丝杠与交流伺服电机直接连接，提高了定位的精度，降低了装置的累计误差。3、本实用新型在控制板控制下实现了气体在变流量情况下的累计流量控制，向肺功能仪提供标准的理想气体，用于肺功能仪的质量控制和计量校准。4、在控制板的精密控制下，达到了复现气体的标准量值的要求。本实用新型在单片机软件建立呼吸的基本模型基础上，任意设置肺功能呼吸参数(如静态肺活量VC等)，实现肺功能仪主要物理参数的校准，模拟各种可能存在的呼吸状态。本实用新型达到美国胸腔协会(ATS)和欧洲呼吸学会(ERS)的推荐标准，填补国内空白，技术指标与国外相当。其指标为体积范围0_10L流量范围0-16L/s重复性士IOmL体积误差士0. 5 % (彡 4L) ；士 20mL ( < 4L)流量误差士0. 5% (彡 2L/s) ； 士 10mL/s ( < 2L/s)
图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型的控制板的组成示意图。图3为本实用新型的结构示意图。图4为本实用新型的活塞筒结构的剖面图。图5为本实用新型的活塞杆大导程丝杠连接剖面图。图6为本实用新型的电机大导程丝杠联接剖面图。
具体实施方式
结合附图对本实用新型作进一步的描述。如图1所示，本实用新型由计算机、控制板、交流伺服电机控制器、交流伺服电机和活塞筒构成，计算机与控制板双向连接，控制板与交流伺服电机控制器双向连接完、交流伺服电机控制器与交流伺服电机双向连接，交流伺服电机驱动活塞来完成运动控制。交流伺服电机8的电机轴通过联轴器7与活塞筒的大导程丝杠15相连，为活塞筒内的活塞2 提供动力，模拟标准呼吸，以上就构成了标准呼吸模拟器。控制板接收计算机发出的信号， 给交流伺服电机控制器发送指令、交流伺服电机接收和执行交流伺服电机控制器发送的命令，对交流伺服电机进行控制，进而对活塞进行控制，完成模拟实验。控制板的组成如图2 所示。所述的活塞筒如图3、图4、图5、图6所示，由滑筒1、活塞2、活塞杆3、丝杠副联接件4、丝杠副5、轴承6、联轴器7、右支座9、轴承座10、限位块11、滑轨12、底座13、左支座 14、大导程丝杠15、右端盖16、左端盖17、导气管18组成，滑筒1固定在左端盖17、右端盖 16之间，右端盖16上的四个拉杆、右支座9、左支座14、滑轨12分别固定在底座13上，活塞 2固定在活塞杆3 —端且放置在滑筒1内，活塞杆3穿过左支座14并通过丝杠副联接件4 与丝杠副5相连，大导程丝杠15通过轴承6后与联轴器7连接，完成运动的传递，轴承6通过轴承座10固定在右支座9上，交流伺服电机8通过右支座9固定在底座13上；限位块11 固定在丝杠副5上且一端插入滑轨12，活塞杆3的运动方向由滑轨12控制限位块11的运动方向来保证，导气管18安装在左端盖17的侧面；所述活塞筒的活塞2外侧加有密封圈， 活塞杆3上设有孔，为大导程丝杠运动时的位置避空。所述的控制板如图2所示，由单片机和CPLD组成，气体流速和容量通过高速CPLD 每IOms测量一次交流伺服电机内的编码器的输出结果作为每IOms变化的容量作为理论值。控制板首先建立了呼吸模型和各种校准参数标准，对交流伺服电机控制器下达控制命令，在交流伺服电机控制器的控制下对交流伺服电机的工作状况进行控制。进一步，交流伺服电机8通过联轴器7和大导程丝杠15连接，大导程丝杠15通过轴承6和轴承座7 固定在右支座9上，大导程丝杠15转动带动丝杠副5运动，活塞杆3通过丝杠副联接件4 与丝杠副5连接，丝杠副5的运动带动活塞杆3运动，为活塞筒内的活塞2提供动力。活塞筒内的活塞2来回移动会通过导气管18将活塞筒中的气体排出，或者将外界大气吸入活塞筒，通过这一过程来模拟人体呼吸。活塞和大导程丝杠传动部分为本实用新型的关键部分， 在活塞筒的滑筒1内采用水平放置的活塞杆3控制活塞2的运动方向并在活塞的外侧采用密封圈，解决了运动部件之间的气密性。同时用交流伺服电机8直接驱动大导程丝杠15转动，通过丝杠副5的运动来带动活塞2的直线运动，减小了部件之间的摩擦和传递误差，提高了装置的可靠性和精度。本实施例中，活塞筒的滑筒1的内径为D= 160mm，有效长度S =520mm,活塞的有效容积约为V = 0. 25 π D2S ^ 10. 4L。控制板在本装置中起到了主导的作用，通过控制板接收和下达驱动命令，通过交流伺服电机控制器对交流伺服电机进行控制。限位开关完成位置限制任务，对限位精度进行控制。本装置的整个校验过程由控制板精密控制，达到了非常好的效果，获得良好的重复性，因此达到了校准标准。
权利要求1.一种肺功能仪校准装置，由计算机、控制板、交流伺服电机控制器、交流伺服电机和活塞筒构成，其特征在于计算机与控制板双向连接，控制板与交流伺服电机控制器双向连接，交流伺服电机控制器与交流伺服电机双向连接，交流伺服电机⑶的电机轴通过联轴器(7)与活塞筒的大导程丝杠(1 相连。
2.根据权利要求1所述的肺功能仪校准装置，其特征在于所述的活塞筒由滑筒(1)、 活塞(2)、活塞杆(3)、丝杠副联接件(4)、丝杠副(5)、轴承(6)、联轴器(7)、右支座(9)、轴承座(10)、限位块(11)、滑轨(12)、底座(13)、左支座(14)、大导程丝杠(15)、右端盖(16)、 左端盖(17)、导气管(18)组成，滑筒(1)固定在左端盖(17)、右端盖(16)之间，右端盖(16) 上的四个拉杆、右支座(9)、左支座(14)、滑轨(1 分别固定在底座(1 上，活塞⑵固定在活塞杆C3) —端且放置在滑筒(1)内，活塞杆C3)穿过左支座(14)并通过丝杠副联接件 ⑷与丝杠副(5)相连，大导程丝杠(15)通过轴承(6)后与联轴器(7)连接，轴承(6)通过轴承座(10)固定在右支座(9)上，交流伺服电机⑶通过右支座(9)固定在底座(13)上； 限位块(11)固定在丝杠副( 上且一端插入滑轨(12)，导气管(18)安装在左端盖(17)的侧面。
3.根据权利要求1所述的肺功能仪校准装置，其特征在于所述的控制板由单片机和复杂可编程逻辑器件CPLD组成，气体流速和容量通过高速CPLD每IOms测量一次交流伺服电机内的编码器的输出结果作为每IOms变化的容量作为理论值。
4.根据权利要求2所述的肺功能仪校准装置，其特征在于所述的活塞杆(3)上设有孔。
专利摘要本实用新型涉及一种肺功能仪校准装置，由计算机、控制板、交流伺服电机控制器、交流伺服电机和活塞筒构成，计算机与控制板双向连接，控制板与交流伺服电机控制器双向连接，交流伺服电机控制器与交流伺服电机双向连接，交流伺服电机的电机轴通过联轴器与活塞筒的大导程丝杠相连，交流伺服电机驱动活塞来完成运动控制。本实用新型结构简单、可靠，活塞筒模拟标准呼吸逼真、形象，解决了肺功能仪的量值传递和溯源的难题，实现了模拟呼吸。活塞筒的大导程丝杠与交流伺服电机的电机轴直接连接，提高了定位的精度，降低了装置的累计误差。
文档编号A61B5/08GK202179540SQ201120233448
公开日2012年4月4日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者何涛, 熊友辉, 石平静, 郑劲平, 高怡 申请人:广州呼吸疾病研究所, 武汉四方光电科技有限公司
技术领域：
本实用新型涉及医疗器械的校验装置，特别是采用标准呼吸模拟器来校验的肺功能仪校准装置。
背景技术：
在发达国家和地区，为了肺功能测试的标准化，强化肺功能测试的质量控制，先后制订了肺功能仪的质量检测标准，如美国胸腔协会(ATS)、欧洲呼吸学会(ERQ就相继制订了肺功能检测标准。这些标准的制订促进了肺功能仪的临床应用，为肺功能仪的质量控制提出了比较具体的要求。国外的肺功能实验室和厂家一般采用微机控制的活塞筒或者气泵作质量控制和校准，医疗机构一般采用固定体积(1-3L)的手动定标筒。在国内，肺功能测试开展比较晚，也有几家进行了相关研究，主要成果有中钢集团武汉安全环保研究院的呼吸模拟器(专利号20072008514 和中国测试技术研究院电离辐射研究所的肺功能校准装置(专利号200820063768)。不同的肺功能测试仪测试同一个病人，可能得到差异较大的结果，给临床诊断带来一定的困难。要解决这个问题必须要有标准的、适用的肺功能校准装置，所以肺功能仪研究的厂家，必定要进行肺功能校准装置的研究，因为目前国内还没有相关的成熟产品产生。
发明内容本实用新型的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种肺功能仪校准装置，实现气体在变流量情况下的累计流量控制，用于质量控制和计量校准，解决肺功能仪的量值传递和溯源的难题。本实用新型的目的是这样达到的一种肺功能仪校准装置，由计算机、控制板、交流伺服电机控制器、交流伺服电机和活塞筒构成，其特征在于计算机与控制板双向连接，控制板与交流伺服电机控制器双向连接、交流伺服电机控制器与交流伺服电机双向连接，交流伺服电机驱动活塞来完成运动控制，交流伺服电机的电机轴通过联轴器与活塞筒的大导程丝杠相连，为活塞筒内的活塞提供动力。所述的活塞筒由滑筒、活塞、活塞杆、丝杠副联接件、丝杠副、轴承、联轴器、右支座、轴承座、限位块、滑轨、底座、左支座、大导程丝杠、右端盖、左端盖、导气管组成，滑筒固定在左端盖、右端盖之间，右端盖上的四个拉杆、右支座、左支座、滑轨分别固定在底座上， 活塞固定在活塞杆一端且放置在滑筒内，活塞杆穿过左支座并通过丝杠副联接件与丝杠副相连，大导程丝杠通过轴承后与联轴器连接，完成运动的传递，轴承通过轴承座固定在右支座上，交流伺服电机通过右支座固定在底座上；限位块固定在丝杠副上且一端插入滑轨，活塞杆的运动方向由滑轨控制限位块的运动方向来保证，导气管安装在左端盖的侧面。所述的控制板由单片机和复杂可编程逻辑器件CPLD组成，气体流速和容量通过高速CPLD每IOms测量一次交流伺服电机内的编码器的输出结果作为每IOms变化的容量作为理论值。所述的活塞杆上设有孔，为大导程丝杠运动时的位置避空。本实用新型的计算机与控制板双向连接，控制板与交流伺服电机控制器双向连接、交流伺服电机控制器与交流伺服电机双向连接，交流伺服电机驱动活塞来完成运动控制。将数据由计算机一次性写入控制板，交流伺服电机控制器接收到控制板发出的指令后， 给交流伺服电机发送指令，直接控制电机的正转反转，电机的转速和加减速等参数，电机的转动就带动大导程丝杠转动，从而控制活塞的运动，模拟呼吸状态。控制板由单片机和CPLD组成，计算机将数据一次性写入或者存入单片机，单片机与CPLD双向连接进行信号传递，由CPLD给交流伺服电机控制器发送指令。本实用新型的优点是1、结构简单、可靠，活塞筒模拟标准呼吸逼真、形象，解决了肺功能仪的量值传递和溯源的难题，实现了模拟呼吸。2、大导程丝杠与交流伺服电机直接连接，提高了定位的精度，降低了装置的累计误差。3、本实用新型在控制板控制下实现了气体在变流量情况下的累计流量控制，向肺功能仪提供标准的理想气体，用于肺功能仪的质量控制和计量校准。4、在控制板的精密控制下，达到了复现气体的标准量值的要求。本实用新型在单片机软件建立呼吸的基本模型基础上，任意设置肺功能呼吸参数(如静态肺活量VC等)，实现肺功能仪主要物理参数的校准，模拟各种可能存在的呼吸状态。本实用新型达到美国胸腔协会(ATS)和欧洲呼吸学会(ERS)的推荐标准，填补国内空白，技术指标与国外相当。其指标为体积范围0_10L流量范围0-16L/s重复性士IOmL体积误差士0. 5 % (彡 4L) ；士 20mL ( < 4L)流量误差士0. 5% (彡 2L/s) ； 士 10mL/s ( < 2L/s)
图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型的控制板的组成示意图。图3为本实用新型的结构示意图。图4为本实用新型的活塞筒结构的剖面图。图5为本实用新型的活塞杆大导程丝杠连接剖面图。图6为本实用新型的电机大导程丝杠联接剖面图。
具体实施方式
结合附图对本实用新型作进一步的描述。如图1所示，本实用新型由计算机、控制板、交流伺服电机控制器、交流伺服电机和活塞筒构成，计算机与控制板双向连接，控制板与交流伺服电机控制器双向连接完、交流伺服电机控制器与交流伺服电机双向连接，交流伺服电机驱动活塞来完成运动控制。交流伺服电机8的电机轴通过联轴器7与活塞筒的大导程丝杠15相连，为活塞筒内的活塞2 提供动力，模拟标准呼吸，以上就构成了标准呼吸模拟器。控制板接收计算机发出的信号， 给交流伺服电机控制器发送指令、交流伺服电机接收和执行交流伺服电机控制器发送的命令，对交流伺服电机进行控制，进而对活塞进行控制，完成模拟实验。控制板的组成如图2 所示。所述的活塞筒如图3、图4、图5、图6所示，由滑筒1、活塞2、活塞杆3、丝杠副联接件4、丝杠副5、轴承6、联轴器7、右支座9、轴承座10、限位块11、滑轨12、底座13、左支座 14、大导程丝杠15、右端盖16、左端盖17、导气管18组成，滑筒1固定在左端盖17、右端盖 16之间，右端盖16上的四个拉杆、右支座9、左支座14、滑轨12分别固定在底座13上，活塞 2固定在活塞杆3 —端且放置在滑筒1内，活塞杆3穿过左支座14并通过丝杠副联接件4 与丝杠副5相连，大导程丝杠15通过轴承6后与联轴器7连接，完成运动的传递，轴承6通过轴承座10固定在右支座9上，交流伺服电机8通过右支座9固定在底座13上；限位块11 固定在丝杠副5上且一端插入滑轨12，活塞杆3的运动方向由滑轨12控制限位块11的运动方向来保证，导气管18安装在左端盖17的侧面；所述活塞筒的活塞2外侧加有密封圈， 活塞杆3上设有孔，为大导程丝杠运动时的位置避空。所述的控制板如图2所示，由单片机和CPLD组成，气体流速和容量通过高速CPLD 每IOms测量一次交流伺服电机内的编码器的输出结果作为每IOms变化的容量作为理论值。控制板首先建立了呼吸模型和各种校准参数标准，对交流伺服电机控制器下达控制命令，在交流伺服电机控制器的控制下对交流伺服电机的工作状况进行控制。进一步，交流伺服电机8通过联轴器7和大导程丝杠15连接，大导程丝杠15通过轴承6和轴承座7 固定在右支座9上，大导程丝杠15转动带动丝杠副5运动，活塞杆3通过丝杠副联接件4 与丝杠副5连接，丝杠副5的运动带动活塞杆3运动，为活塞筒内的活塞2提供动力。活塞筒内的活塞2来回移动会通过导气管18将活塞筒中的气体排出，或者将外界大气吸入活塞筒，通过这一过程来模拟人体呼吸。活塞和大导程丝杠传动部分为本实用新型的关键部分， 在活塞筒的滑筒1内采用水平放置的活塞杆3控制活塞2的运动方向并在活塞的外侧采用密封圈，解决了运动部件之间的气密性。同时用交流伺服电机8直接驱动大导程丝杠15转动，通过丝杠副5的运动来带动活塞2的直线运动，减小了部件之间的摩擦和传递误差，提高了装置的可靠性和精度。本实施例中，活塞筒的滑筒1的内径为D= 160mm，有效长度S =520mm,活塞的有效容积约为V = 0. 25 π D2S ^ 10. 4L。控制板在本装置中起到了主导的作用，通过控制板接收和下达驱动命令，通过交流伺服电机控制器对交流伺服电机进行控制。限位开关完成位置限制任务，对限位精度进行控制。本装置的整个校验过程由控制板精密控制，达到了非常好的效果，获得良好的重复性，因此达到了校准标准。
权利要求1.一种肺功能仪校准装置，由计算机、控制板、交流伺服电机控制器、交流伺服电机和活塞筒构成，其特征在于计算机与控制板双向连接，控制板与交流伺服电机控制器双向连接，交流伺服电机控制器与交流伺服电机双向连接，交流伺服电机⑶的电机轴通过联轴器(7)与活塞筒的大导程丝杠(1 相连。
2.根据权利要求1所述的肺功能仪校准装置，其特征在于所述的活塞筒由滑筒(1)、 活塞(2)、活塞杆(3)、丝杠副联接件(4)、丝杠副(5)、轴承(6)、联轴器(7)、右支座(9)、轴承座(10)、限位块(11)、滑轨(12)、底座(13)、左支座(14)、大导程丝杠(15)、右端盖(16)、 左端盖(17)、导气管(18)组成，滑筒(1)固定在左端盖(17)、右端盖(16)之间，右端盖(16) 上的四个拉杆、右支座(9)、左支座(14)、滑轨(1 分别固定在底座(1 上，活塞⑵固定在活塞杆C3) —端且放置在滑筒(1)内，活塞杆C3)穿过左支座(14)并通过丝杠副联接件 ⑷与丝杠副(5)相连，大导程丝杠(15)通过轴承(6)后与联轴器(7)连接，轴承(6)通过轴承座(10)固定在右支座(9)上，交流伺服电机⑶通过右支座(9)固定在底座(13)上； 限位块(11)固定在丝杠副( 上且一端插入滑轨(12)，导气管(18)安装在左端盖(17)的侧面。
3.根据权利要求1所述的肺功能仪校准装置，其特征在于所述的控制板由单片机和复杂可编程逻辑器件CPLD组成，气体流速和容量通过高速CPLD每IOms测量一次交流伺服电机内的编码器的输出结果作为每IOms变化的容量作为理论值。
4.根据权利要求2所述的肺功能仪校准装置，其特征在于所述的活塞杆(3)上设有孔。
专利摘要本实用新型涉及一种肺功能仪校准装置，由计算机、控制板、交流伺服电机控制器、交流伺服电机和活塞筒构成，计算机与控制板双向连接，控制板与交流伺服电机控制器双向连接，交流伺服电机控制器与交流伺服电机双向连接，交流伺服电机的电机轴通过联轴器与活塞筒的大导程丝杠相连，交流伺服电机驱动活塞来完成运动控制。本实用新型结构简单、可靠，活塞筒模拟标准呼吸逼真、形象，解决了肺功能仪的量值传递和溯源的难题，实现了模拟呼吸。活塞筒的大导程丝杠与交流伺服电机的电机轴直接连接，提高了定位的精度，降低了装置的累计误差。
文档编号A61B5/08GK202179540SQ201120233448
公开日2012年4月4日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者何涛, 熊友辉, 石平静, 郑劲平, 高怡 申请人:广州呼吸疾病研究所, 武汉四方光电科技有限公司
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