用于呼吸流量及呼吸率的检测测压力传感器

前言

利用微压差传感器实现呼吸流量及呼吸率的检测。针对呼吸产生的气体流速较小的特点，我们选择了灵敏度较高的差压传感器。

在实际应用中，微压差传感器的准确性和稳定性至关重要。通过对呼吸流量和呼吸率的精准监测，可以帮助医疗人员及时了解患者的呼吸情况，为临床诊断和治疗提供重要依据。同时，借助先进的数字信号处理技术，传感器还能够实现数据的实时采集和分析，为医护工作提供更多便利和支持。微压差传感器在呼吸流量及呼吸率检测方面具有重要的应用前景，其高灵敏度和准确性为医疗设备的性能提升和医疗诊疗水平的提高提供了有力支持。

方案原理

本设计是采用孔板流量计的原理测量呼吸气流的流量。孔板流量计是一种压差式流量计，即在流道上安装一个节流元件，利用流体流过节流孔板时，节流孔板前后的差压来测定流量，基本原理如下图所示。根据孔板流量计的理论体积流量公式（不计能量损失）如下，即可计算出当前流量。

安装示意及实物展示

将装有节流孔板的直管安装于医用呼吸面罩上，然后将差压传感器的两个引压气嘴连接至节流孔板两侧的压力采集孔，节流板管件的两个压力采集孔间距是按照差压传感器气嘴的间距设计的，所以可以直接将传感器插到管件上，然后通过单片机的ADC采集实时的压差信号送至PC。

压差及流量计算

4.1节流孔板前后端压差计算

差压传感器输出为电压信号，根据量程（0.05PSI≈344.7Pa）及满量程电压（正负单边2V）计算压差。

压差（Pa）=（输出电压-零点电压）/单边满量程电压*量程=（输出电压-2.5V）/2V*344.7Pa

由于采集电压为输出电压的2/3，所以

压差（Pa）=（采集电压*3/2-2.5V）/2V*344.7Pa

4.2流量计算

流量计算需要的参数如下：管道内径（15mm），节流板孔径（6mm），流体密度（空气密度约为1.29Kg/m³），节流孔板前后压差（由4.1计算得出）。

将以上参量代入图3的公式即可计算出瞬时流量。

五．试验数据

试验人员佩戴呼吸面罩，将呼吸过程中采集到的压差信号送到PC进行绘制图形，数据展示如下

通过实时压差信号即可计算出当前人员的呼吸率，同时也可计算出实时流量曲线。

小结

利用孔板流量计原理，同时采用差压传感器微差压传感器可检测到实时呼吸信号，通过呼吸信号又可得出一系列的临床参数，包括气道压力、呼吸流速、峰流速、潮气量、分钟通气量、呼吸频率、呼吸比等。