可跟随呼吸量的面具呼吸跟随控制方法与流程

1.本发明属于防毒面具送风控制技术领域，涉及一种可跟随呼吸量的面具呼吸跟随控制方法。


背景技术：

2.市场面具产品主要以自吸过滤式及送风器送风式面具为主，鲜有具备呼吸跟随能力的面具产品，自吸过滤式面具呼吸阻力过大，在吸气时，面罩端的压力降低导致气道的压力不足，呼气时，面罩端压力增大造成呼吸困难，会使人体出现呼吸困难，送风器送风式面具由于风量固定，不能实时跟随作业人员呼吸过程，同时送风量过高及过低也会使人体出现呼吸困难和生理不适，难以获得较好的面具舒适呼吸体验。现有具备呼吸跟随能力的送风式面具产品，呼吸跟随能力不完善，仅能跟随呼吸节奏，不能跟随人体呼吸量进行调节，难以从根本解决呼吸阻力过大、呼吸不适等问题，同时现有呼吸跟随方法不能对呼吸区间进行预判断，会造成面具风机在呼吸及吸气区间切换延迟，不便于实际使用。为了解决上述问题，急需设计一种基于内外压力的面具呼吸跟随控制方法。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种可跟随呼吸量的面具呼吸跟随控制方法,结构简单，通过采集面具内外气体压差，对呼气状态及吸气状态进行提前预判断，通过面具内外压差及呼吸频率计算作业人员实时地呼吸量，通过呼吸量计算实时的压差控制指令值，提前预判断面具对作业人员的呼气状态及吸气状态，及时调整面具风机送风状态，实现呼吸频率及呼吸量的跟随，从根本上解决面具呼吸阻力过大、呼吸不适的问题，获得极佳的面具舒适呼吸体验。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种可跟随呼吸量的面具呼吸跟随控制方法，它包括如下步骤：
5.步骤1，采集压力值，采集面具内气体压力与面具外气体压力值；
6.步骤2，计算压力差，计算面具内气体压力与面具外气体压力的差值p-；
7.步骤3，取平均值，在每x个周期，取x个周期内的面具内外压差值p-，对面具内外压差进行累加，计算x个周期内的面具内外压差值的平均值x为大于等于1的自然数；
8.步骤4，设定呼吸判断值，以x个周期内的面具内外压差值的平均值作为后一个周期的呼吸判断值d；
9.步骤5，设置触发阈值，设置设呼气-吸气触发阈值a-，吸气-呼气触发阈值b-，a-＝αd；b-＝βd，其中α、β为预判调节系数；
10.步骤6，状态判断，到达呼气-吸气触发阈值a-前连续的y个数据单调上升，到达呼气-吸气触发阈值a-时，判断进入呼气状态；到达吸气-呼气触发阈值b-前连续的y个检测数据单调下降，到达吸气-呼气触发阈值b-时，则判断进入吸气状态；
11.步骤7，计算对应关系，计算面具内外压差p-与面罩气体流量l、呼吸频率f的对应关系；
12.步骤8，计算呼吸量，计算基于压差的呼气区间呼吸量t；
13.步骤9，计算内外参考压差p-*
，以当前呼气区间呼吸量t作为当前吸气区间的呼吸量，计算当前吸气区间的面罩内外参考压差p-*
；
14.步骤10，确定压差指令值，以当前吸气区间的面罩内外参考压差p-*
作为后一吸气时间区间的压差指令值r，将该压差指令值r发送至微控制器，微控制器根据此压差r来控制面罩内的压力，在每x个周期求吸气区间的面罩内外参考压差p-*
来确定后一吸气时间区间的压差指令值；
15.步骤11，控制，根据面具内气体压力与面具外气体压力的差值p-，判断当前呼状态，当为呼气状态，微控制器控制面具风机停止运转，当为吸气状态，则将计算的压差指令值r发送至微控制器，微控制器根据以此压差指令值r为控制值，来控制风机送风量使面罩内外压差保持在该控制值。
16.在步骤7中，计算对应关系的计算公式为：p-＝δl γ(f
x-f0)，进一步推导δ为流量系数，γ为频率系数，f
x
为当前频率，f0为基准频率。
17.在步骤8中，呼吸量t的计算公式为，t＝l
×
t
呼
，t
呼
为当前呼吸区间的呼气时间，由微控制器计算呼气时间内平均压差，呼吸频率由微控制器根据压差变化计算。
18.在步骤9中，以当前呼气区间呼吸量t作为当前吸气区间的呼吸量，计算当前吸气区间的面罩内外参考压差p-*
的计算公式为p-*
＝δl γ(f
x-f0)，进一步计算p-*
，t
吸
为当前呼吸区间的吸气时间，基准频率f0取值为12。
19.在步骤5中，预判调节系数α取之区间为0.9-1，β取值区间为1-1.1。
20.流量系数δ取值为0.12，频率系数γ取值为0.04。
21.本发明的主要有益效果在于：
22.通过采集面具内外气体压差，对呼气状态及吸气状态进行提前预判断。
23.通过面具内外压差及呼吸频率计算作业人员实时地呼吸量。
24.通过呼吸量计算实时的压差控制指令值，即可提前预判断面具对作业人员的呼气状态及吸气状态，及时调整面具风机送风状态，实现呼吸频率及呼吸量的跟随。
25.从根本上解决了面具呼吸阻力过大、呼吸不适等问题。
附图说明
26.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
27.图1为本发明的控制流程图。
具体实施方式
28.如图1中，一种可跟随呼吸量的面具呼吸跟随控制方法，它包括如下步骤：
29.步骤1，采集压力值，采集面具内气体压力与面具外气体压力值；
30.步骤2，计算压力差，计算面具内气体压力与面具外气体压力的差值p-；
31.步骤3，取平均值，在每x个周期，取x个周期内的面具内外压差值p-，对面具内外压差进行累加，计算x个周期内的面具内外压差值的平均值x为大于等于1的自然数；
32.步骤4，设定呼吸判断值，以x个周期内的面具内外压差值的平均值作为后一个周期的呼吸判断值d；
33.步骤5，设置触发阈值，设置设呼气-吸气触发阈值a-，吸气-呼气触发阈值b-，a-＝αd；b-＝βd，其中α、β为预判调节系数；此步骤的目的在于，提前预判呼吸状态，从而给风机驱动提供足够的时间，保证在呼吸状态转换前，控制风机停止或工作，避免风机动作滞后，达到与呼吸状态转换同步。
34.步骤6，状态判断，到达呼气-吸气触发阈值a-前连续的y个数据单调上升，到达呼气-吸气触发阈值a-时，判断进入呼气状态；到达吸气-呼气触发阈值b-前连续的y个检测数据单调下降，到达吸气-呼气触发阈值b-时，则判断进入吸气状态；
35.步骤7，计算对应关系，计算面具内外压差p-与面罩气体流量l、呼吸频率f的对应关系；此步骤的目的在于，将面具内外压差p-与面罩气体流量l、呼吸频率f的对应，仅通过测内外压差和呼吸频率便可计算面罩气体流量，进一步计算呼吸量。相比于采用其他测量方式，本发明仅通过采集压力，更有利于实际应用实施。
36.步骤8，计算呼吸量，计算基于压差的呼气区间呼吸量t；
37.步骤9，计算内外参考压差p-*
，以当前呼气区间呼吸量t作为当前吸气区间的呼吸量，计算当前吸气区间的面罩内外参考压差p-*
；此步骤的目的在于，呼气区间与吸气区间呼吸量几乎一致，吸气区间由于送机送风，实际吸气区间呼吸量难以测量，以当前呼气区间呼吸量作为当前吸气区间的呼吸量，实际操作起来更为简单精确，进一步可更为简单方便的计算内外参考压差，更有利于实际实施。
38.步骤10，确定压差指令值，以当前吸气区间的面罩内外参考压差p-*
作为后一吸气时间区间的压差指令值r，将该压差指令值r发送至微控制器，微控制器根据此压差r来控制面罩内的压力，在每x个周期求吸气区间的面罩内外参考压差p-*
来确定后一吸气时间区间的压差指令值；
39.步骤11，控制，根据面具内气体压力与面具外气体压力的差值p-，判断当前呼状态，当为呼气状态，微控制器控制面具风机停止运转，当为吸气状态，则将计算的压差指令值r发送至微控制器，微控制器根据以此压差指令值r为控制值，来控制风机送风量使面罩内外压差保持在该控制值。
40.优选地，上述方法通过重复步骤1～步骤11，在呼吸过程中采集面具内外气体压差，通过面具内外压差及呼吸频率计算作业人员实时地呼吸量，通过呼吸量计算实时的压差控制指令值，提前预判断面具对作业人员的呼气状态及吸气状态，从而及时调整面具风机送风状态，实现呼吸频率及呼吸量的跟随。
41.优选的方案中，在步骤7中，计算对应关系的计算公式为：p-＝δl γ(f
x-f0)，进一步推导δ为流量系数，γ为频率系数，f
x
为当前频率，f0为基准频率。此步骤的目的在于精确计算面具内外压差与面罩气体流量和呼吸频率的对应关系，作为确定压差
指令值的要素。
42.优选的方案中，在步骤8中，呼吸量t的计算公式为，t＝l
×
t
呼
，t
呼
为当前呼吸区间的呼气时间，由微控制器计算呼气时间内平均压差，呼吸频率由微控制器根据压差变化计算。此步骤的目的在于，通过压差计算在呼气区间计算呼吸量，以便于获取吸气区间的内外参考压差。
43.优选的方案中，在步骤9中，以当前呼气区间呼吸量t作为当前吸气区间的呼吸量，计算当前吸气区间的面罩内外参考压差p-*
的计算公式为p-*
＝δl γ(f
x-f0)，进一步计算p-*
，t
吸
为当前呼吸区间的吸气时间，基准频率f0取值为12。此步骤的目的在于，通过计算吸气区间的面罩内外参考压差，作为确定后一吸气时间区间的压差指令值。
44.优选的方案中，在步骤5中，预判调节系数α取之区间为0.9-1，β取值区间为1-1.1。
45.优选的方案中，流量系数δ取值为0.12，频率系数γ取值为0.04。
46.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。