[发明专利]一种同步测量呼吸气体流量和成分的装置及方法

权利要求书

1.一种同步测量呼吸气体流量和成分的装置，其特征在于，包括：

超声流量传感器单元，连接驱动控制与信号处理单元，用于测量顺流传播时间T_f和逆流传播时间T_b，并输出给驱动控制与信号处理单元；

中红外呼吸末二氧化碳传感器单元，连接驱动控制与信号处理单元，用于实时采集呼吸末二氧化碳红外辐射强度信号，并输出给驱动控制与信号处理单元；

环境条件测试单元，连接驱动控制与信号处理单元，用于测量温度、压力、湿度信号，并输出给驱动控制与信号处理单元；

驱动控制与信号处理单元，连接超声流量传感器子单元、中红外呼吸末二氧化碳传感器子单元、环境条件测试单元、信号传输单元，用于驱动和控制上述单元工作、接收上述单元输出的信号和数据；还用于运用接收的顺流传播时间T_f和逆流传播时间T_b计算呼吸气体的流量、以及根据接收的红外辐射强度信号计算实时二氧化碳的含量C；再将呼吸气体的流量、以及实时二氧化碳的含量C输出给信号传输单元；

信号传输单元，连接驱动控制与信号处理单元，采用时间区交错编码打包方法转发呼吸气体的流量、以及实时二氧化碳的含量C给肺功能仪主机或因特网数据中心；

电源单元，连接上述单元，用于为上述单元提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的一种同步测量呼吸气体流量和成分的装置，其特征在于，所述超声流量传感器子单元，包括：

被测气体测量通道，用于引导被测呼吸气体；

两个超声传感器，斜向置于测量气流通道的两端，之间距离为L_u，且超声传感器的轴线与被测气体测量通道的轴线夹角为θ，用于发射超声波信号、接收超声波回波信号；所述两个超声传感器交替发射和接收超声波信号；

功率驱动单元，连接驱动控制与信号处理单元、两个超声传感器、计时单元；用于在驱动控制与信号处理单元的控制下，交替控制两个超声传感器发射或者接收超生波信号，同时输出脉冲信号驱动计时单元工作；

信号初步调理单元，连接两个超声传感器；对超声传感器输出的超声信号进行滤波，整形和平均处理，然后输出给电平甄别单元；

电平甄别单元，连接信号调理单元；对信号调理单元输出的信号进行域值检测，当信号达到预设阈值时触发计时模块停止计时；

计时单元，连接电平甄别单元；用于记录超声脉冲顺流传播时间T_f和逆流传播时间T_b，并输出给接口单元；

接口单元，连接驱动控制与信号处理单元、计时单元；用于输出顺流传播时间T_f和逆流传播时间T_b给驱动控制与信号处理单元。

3.根据权利要求1所述的一种同步测量呼吸气体流量和成分的装置，其特征在于，所述中红外呼吸末二氧化碳传感器子单元，包括：

中红外发射器，开孔安装固定于被测气体测量通道外壁，且其发射窗口面暴露在呼吸气体中；用于向被测气体发射脉冲调制的红外辐射信号；

红外探测器，开孔安装固定于被测气体测量通道外壁，且其接收窗口面暴露在呼吸气体中，并与中红外发射器相对放置；用于实时采集被测气体中的红外辐射强度信号；

功率驱动单元，连接驱动控制与信号处理单元、中红外发射器、锁相放大模块；用于在驱动控制与信号处理单元的控制下，发射脉冲信号驱动中红外发射器工作，同时输出同步控制信号给锁相放大单元；

锁相放大单元，连接红外探测器；用于对接收的红外辐射强度信号进行放大处理；

信号初步调理单元，连接锁相放大单元；用于对红外辐射强度放大信号进行积分和平均处理，然后输出给电平甄别单元；

电平甄别单元，连接信号初步调理单元；用于对接收的信号进行电平检测，然后定时输出实时红外辐射强度信号给接口单元；

接口单元，连接驱动控制与信号处理单元；用于转发实时红外辐射强度信号给驱动控制与信号处理单元。

4.根据权利要求1所述的一种同步测量呼吸气体流量和成分的装置，其特征在于，所述环境条件测试单元包括：温度传感器，压力传感器，湿度传感器；所述每个传感器内部都有驱动与信号调理单元；用于采集、调理温度信号、压力信号、湿度信号并送往驱动控制与信号处理单元中的控制与数字信号中心处理单元，所述调理包括放大、滤波、零点稳定。