一种头戴便携式电动空气净化呼吸机及其控制方法

技术特征：
1.一种头戴便携式电动空气净化呼吸机，其特征在于:包括主机(1)，右空气通道(2)、面罩(3)、左空气通道(4)依次密封连接为一个圆环形的空气流道；所述主机(1)的内腔中设有涡轮风机(7)、控制器(6)和电池(10)，涡轮风机(7)的出风口正对右空气通道(2)的尾端入口；所述控制器(6)包括微差压传感器、逆变器和微控制器，所述左空气导管(4)内设有感应导管(5)，感应导管(5)头端伸入面罩(3)内，感应导管(5)的尾端与微差压传感器上的一个压力输入端相连接；微差压传感器的另一个压力输入端位于主机(1)的内腔中；所述微差压传感器和微控制器信号相连接，微控制器通过逆变器与涡轮风机(7)信号相连接，充电电池(10)和涡轮风机(7)分别与控制器(6)相连接；所述微控制器包括微差压闭环系统控制单元。2.根据权利要求1所述的一种头戴便携式电动空气净化呼吸机，其特征在于：所述主机(1)的壳体包括上壳体(11)和下壳体(12)，上壳体(11)和下壳体(12)相互为可拆卸连接且上下叠加为主机(1)的壳体；上壳体(11)和下壳体(12)的左右两端和外侧均设有开口，上壳体(11)和下壳体(12)左右两端的开口上下围合成主机(1)壳体的循环出风口(101)和循环进风口(102)，右空气通道(2)的尾端与循环进风口(102)为可拆卸连接，左空气导管(4)的尾端与循环出风口(101)为可拆卸连接，右空气通道(2)和左空气导管(4)的前端分别与面罩(3)的左右两侧固定连接；所述上壳体(11)和下壳体(12)的外侧开口上下围合成主机(1)壳体的外侧开口，在主机(1)壳体的外侧开口处设有后盖(8)和过滤装置。3.根据权利要求2所述的一种头戴便携式电动空气净化呼吸机，其特征在于：所述过滤装置包括过滤支架(9)，过滤支架(9)位于后盖(8)的内侧；所述主机(1)壳体的左右两边分别设有转轴(21)和锁扣(22)，后盖(8)和过滤支架(9)的一侧均与转轴(21)转动连接，后盖(8)的另一侧与主机(1)的外壳通过锁扣(22)相连接；后盖(8)和过滤支架(9)的四周均设有密封材料。4.根据权利要求3所述的一种头戴便携式电动空气净化呼吸机，其特征在于：所述后盖(8)上设有空气入口(81)，在所述过滤支架(9)上设有过滤片(91)，过滤片(91)正对空气入口(81)，过滤片(91)与过滤支架(9)为可拆卸连接。5.根据权利要求4所述的一种头戴便携式电动空气净化呼吸机，其特征在于：所述右空气导管(2)和左空气导管(4)均为波纹管，所述右空气导管(2)、左空气导管(4)和面罩(3)均采用了无毒无害的弹性材料；所述面罩(3)为覆盖口鼻部位的半封闭面罩，在面罩(3)上设有由内向外单向通道的单向阀门膜(31)。6.如权利要求1-5任一所述的一种头戴便携式电动空气净化呼吸机的控制方法，其特征在于：具体过程如下：s1、涡轮风机(7)通电运行，外界空气经过滤片(91)后成为干净空气进入主机(1)的内腔，在涡轮风机(7)的作用下通过右空气导管(2)持续输送进入面罩(3)内；微差压传感器实时监测面罩(3)内的面罩气压p2和主机(1)内的外界气压p1，并转换为压差信号e(t)传输给微控制器的微差压闭环系统控制单元；
s2、吸气过程：吸气时，面罩气压p2逐渐减小，微控制器通过微差压闭环系统控制单元输出脉冲宽度调制pwm信号经过逆变器后修正涡轮风机(7)的转速平滑上升，干净空气加速进入面罩(3)内，右空气导管(2)和面罩(3)内的面罩气压p2逐渐增大；然后，微差压传感器产生的压差信号e(t)逐渐缩小，微控制器通过微差压闭环系统控制单元输出的脉冲宽度调制pwm信号经过逆变器后修正涡轮风机(7)的转速小幅度回落，直至压差信号e(t)＝0，涡轮风机(7)匀速转动；s3、呼气过程：呼气时面罩气压p2逐渐变大，呼出的气体通过单向阀门膜(31)排出至外界；微控制器通过微差压闭环系统控制单元输出脉冲宽度调制pwm信号经过逆变器后修正涡轮风机(7)的转速快速下降到低速状态，面罩气压p2迅速回落，直至压差信号e(t)＝0，涡轮风机(7)匀速转动。7.根据权利要求6所述的一种头戴便携式电动空气净化呼吸机的控制方法，其特征在于：所述微差压闭环系统控制单元包括依次连接的pi控制器、气压与速度关系标定单元和无传感器速度控制系统，具体实现过程为：1)、所述外界气压p1和面罩气压p2输入微差压传感器后转换成压差信号e(t)并传送给pi控制器：e(t)＝p1-p2(1)2)、压差信号e(t)并经过pi控制器按公式(2)计算输出期望气压p(t)并传输给气压与速度关系标定单元：其中，kp、ki分别为比例系数、积分系数；3)、气压与速度关系标定单元按公式(3)计算输出风机输出的期望速度w
ref
并传输给无传感器速度控制系统：w
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＝-7.786p(k)2 1868p(k) 3100(3)4)、微控制器根据期望速度w
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的变化来改变脉冲宽度调制pwm信号的占空比，然后脉冲宽度调制pwm信号通过逆变器修正所述涡轮风机(7)的转速。

技术总结
本发明公开了一种头戴便携式电动空气净化呼吸机，包括主机，主机与右空气通道、面罩、左空气通道依次密封连接成一个圆环形的空气流道；主机的内腔中设有涡轮风机、控制器和电池，左空气导管内设有感应导管，控制器包括微差压传感器、逆变器和微控制器，微控制器包括微差压闭环系统控制单元。本发明还公开了其控制方法，本发明以微差压闭环系统控制单元控制风机电机的转速，自动调节输入至面罩内气流的流速，面罩内的压力保持在正常正压力水平，从而使得使用者可以自由、轻松地呼吸。轻松地呼吸。轻松地呼吸。


技术研发人员：鲁文其 顾嘉宁 冯嘉 李王鹏 叶振宁 娄浩然
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/6/1