一種主流式減小水汽影響的二氧化碳濃度檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物醫學工程領域，為一種人呼吸末二氧化碳濃度精確監測方法。
【背景技術】
[0002] 在臨床等醫療監測中人呼吸中二氧化碳濃度實時監測越來越受到重視，尤其呼氣 末二氧化碳分壓成為六個基本生命特征。當前基于非分光紅外原理的呼吸末二氧化碳濃度 監測系統測量主要可分為兩種：直接測量的主流式監測和通過抽取呼吸氣體測量的旁流式 監測。
[0003] 旁流式監測可以對引出氣體除濕、穩壓使得測量精度較高，，但由于抽取氣流的延 時使顯示波形有明顯的失真而且設備比較繁瑣。而主流式監測大多可分為熱電堆傳感器監 測和熱釋電傳感器監測，雖然熱電堆傳感器監測可以使電路電源穩定，但由于呼吸氣流的 干擾使監測結果誤差較大，而且在長時間連續監測時波形還易出現漂移問題。熱釋電傳感 器出現使得監測性能得到極大的提升，其具有感應波長范圍寬，響應速度快，性能穩定等優 點，但也存在著輸出信號弱，易受電路噪聲干擾等問題。
[0004] 雖然當前主流式二氧化碳監測技術相應快，性能穩定，但當前主流式二氧化碳監 測技術容易受到人呼吸水汽吸收紅外光造成的精度不高的影響。
【發明內容】
[0005] 本發明創新目的是：克服當前主流式二氧化碳監測技術容易受到人呼出氣體中水 汽的影響，提供一種人呼吸末二氧化碳濃度精確監測方法。本發明的技術方案如下：
[0006] -種主流式減小水分影響的二氧化碳濃度檢測方法，所采用的紅外光模塊和傳感 器檢測模塊分別置于管道適配器的兩端，三通道熱釋電傳感器一個通道是二氧化碳測量通 道，另一個通道是參考通道，第三個水汽測量通道；在每個通道口處均安裝濾光片，其中二 氧化碳測量通道的濾光片為4.26μm,水汽測量通道的濾光片為1.37μm,參考通道的濾光 片為3. 95μm;控制紅外光模塊周期性亮閃進行信號檢測，方法如下：
[0007] 1)在進行標定時，根據三個通道采集的數據確定各個端口的峰值和谷值；
[0008] 2)提取水汽測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數據相減的 波形進行標定，得到在不同水汽濃度的對應的電壓峰峰值；
[0009] 3)提取二氧化碳濃度測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數 據相減的波形進行標定，得到不同二氧化碳濃度含水汽影響下對應的電壓峰峰值；
[0010]4)結合步驟（3)和（4)，根據朗伯比爾定律，得到不同二氧化碳濃度不含水汽影響 下對應的電壓峰峰值的擬合曲線；
[0011] 5)在進行實時測量時，根據三個通道采集的數據確定各個端口的峰值和谷值，根 據各個端口輸出的波形得到對應的二氧化碳的濃度值及此時的水汽濃度。
[0012] 依照非紅外分光原理可知，水汽可吸收一部分紅外光，對二氧化碳吸收紅外光強 度會產生影響，導致二氧化碳濃度測量有偏差。而本發明可測得每次人呼出水汽的含量，進 而根據以往的標的實驗確認影響二氧化碳濃度的量，進而為當前二氧化碳濃度測量進行補 償，獲得準確的二氧化碳濃度值。
【附圖說明】
[0013] 圖1人呼出末C02監測模塊。
【具體實施方式】
[0014] 本發明的二氧化碳濃度監測方法針對主流式氣體監測而提出，下面給出本發明適 用的監測系統組成。
[0015] 該主流式呼吸二氧化碳濃度監測系統由上位機和監測模塊組成。上位機為通用計 算機或監護儀。監測模塊如圖1所示，1表示光源模塊，2表示傳感器模塊，3為透明的玻璃 片，4為氣體通路。其中3和4構成管道適配器，可以直接安裝在人呼出氣體官道上。而光 源模塊分立在管道適配器的兩邊。傳感器模塊具有三個通道，在每個通道口處均安裝濾光 片，其中C02通道的濾光片為4. 26μm,水汽通道的濾光片為1. 37μm,參考通道的濾光片 為3. 95μm.其操作過程為：
[0016] (1)上電自檢，在無管道無氣流通過時，打開電源，檢查傳感器三個通道波形是否 正常。
[0017] (2)在波形正常情況下管道通氣流，此時在傳感器三個通道會產生波形，等待波形 穩定啟動模數轉換，將波形數據傳輸到上位機，上位機根據采集到的數據采用滑動濾波的 方法確定各端口的峰值和谷值。
[0018] (3)首先處理模塊發出方波信號控制光源模塊間歇性亮閃，在通入一定量的C02 濃度時，在傳感器模塊三組通道就會輸出三組正弦信號，對三個通道的正弦信號各進行峰 峰值進行采樣，采樣連續的16組峰峰值信號。
[0019] (4)對C02測量端采集到的峰峰值信號排序，去掉最小3組數據和最大的3組數據 共6組數據，對剩下的10組數據取平均的到最后的平均值D。。
[0020] (5)對水汽測量端采集到的峰峰值信號排序，去掉最小3組數據和最大的3組數據 共6組數據，對剩下的10組數據取平均的到最后的平均值Dh。
[0021] (6)對參考端采集到的峰峰值信號排序，去掉最小3組數據和最大的3組數據共6 組數據，對剩下的10組數據取平均的到最后的平均值D"f。
[0022] (7)根據朗伯比爾定律可知，排除水汽影響后的C02的濃度Cc(]2有
，同理可知，水汽的濃度CH2。有
[0023] (8)通過標定實驗可求得常數a，b，c，d的值，可畫出擬合曲線，根據擬合曲線可知 由傳感器輸出的波形可對應C02的濃度值及此時的水汽濃度。
【主權項】
1. 一種主流式減小水分影響的二氧化碳濃度檢測方法，所采用的紅外光模塊和傳感 器檢測模塊分別置于管道適配器的兩端，三通道熱釋電傳感器一個通道是二氧化碳測量通 道，另一個通道是參考通道，第三個水汽測量通道；在每個通道口處均安裝濾光片，其中二 氧化碳測量通道的濾光片為4.26 ym,水汽測量通道的濾光片為1.37 ym,參考通道的濾光 片為3. 95 ym ;控制紅外光模塊周期性亮閃進行信號檢測，方法如下： 1) 在進行標定時，根據三個通道采集的數據確定各個端口的峰值和谷值； 2) 提取水汽測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數據相減的波形 進行標定，得到在不同水汽濃度的對應的電壓峰峰值； 3) 提取二氧化碳濃度測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數據相 減的波形進行標定，得到不同二氧化碳濃度含水汽影響下對應的電壓峰峰值； 4) 結合步驟（3)和（4)，根據朗伯比爾定律，得到不同二氧化碳濃度不含水汽影響下對 應的電壓峰峰值的擬合曲線； 5) 在進行實時測量時，根據三個通道采集的數據確定各個端口的峰值和谷值，根據各 個端口輸出的波形得到對應的二氧化碳的濃度值及此時的水汽濃度。
【專利摘要】本發明公開了一種主流式減小水分影響的二氧化碳濃度檢測方法，其采用的三通道熱釋電傳感器一個通道是二氧化碳測量通道，另一個通道是參考通道，第三個水汽測量通道，包括：根據三個通道采集的數據確定各個端口的峰值和谷值；提取水汽測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數據相減的波形進行標定，得到在不同水汽濃度的對應的電壓峰峰值；提取二氧化碳濃度測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數據相減的波形進行標定，得到不同二氧化碳濃度含水汽影響下對應的電壓峰峰值；得到不同二氧化碳濃度不含水汽影響下對應的電壓峰峰值的擬合曲線；進行實時測量。本發明可以提高二氧化碳測量的精度。
【IPC分類】G01N21/35
【公開號】CN105241835
【申請號】CN201510569424
【發明人】楊嘉琛, 周建雄, 陳波波, 范大勇
【申請人】天津大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月8日