藥粉氣溶膠顆粒濃度傳感器及霧化測控儀研制.pdf

1、藥粉霧化器是一種將藥粉霧化成固體氣溶膠用于吸入療法的醫(yī)療器械。在霧化吸入治療中，需要按需隨時(shí)改變用藥量，調(diào)節(jié)藥粉氣溶膠顆粒的濃度。可是目前藥粉霧化裝置結(jié)構(gòu)簡單，送藥方式粗放，藥粉氣溶膠顆粒的濃度和氣流速缺乏有效控制，造成治療所需要的顆粒濃度不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定，不能夠依據(jù)疾病治療情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)藥粉氣溶膠顆粒濃度和氣流速，在一定程度上對治療效果存在影響。為此，通過對藥粉氣溶膠顆粒濃度檢測技術(shù)和定量控制方法理論研究，研制適合醫(yī)用的藥粉氣溶膠顆粒濃度

2、傳感器及霧化測控儀，對提高霧化治療效果、促進(jìn)霧化治療科學(xué)進(jìn)步具有重要意義和價(jià)值。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)在對藥粉氣溶膠顆粒濃度檢測的相關(guān)技術(shù)綜合分析基礎(chǔ)上，基于靜電法氣/固兩相流固相濃度參數(shù)檢測方法，研究藥粉氣溶膠顆粒濃度傳感與檢測機(jī)理;在對醫(yī)用藥粉霧化器及測控儀綜合分析基礎(chǔ)上，應(yīng)用藥粉螺旋定量勻速輸送和壓縮氣體流量調(diào)節(jié)技術(shù)，研究藥粉氣溶膠顆粒濃度定量控制方法，根據(jù)霧化原理推導(dǎo)出單位時(shí)間內(nèi)藥粉氣溶膠顆粒濃度與藥粉

3、加料量和所需霧化空氣流量的關(guān)系，給出了三者的控制方法和流程。
　　(2)采用接觸式探針結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了專用的基于靜電法的藥粉氣溶膠顆粒濃度傳感器結(jié)構(gòu);結(jié)合醫(yī)用霧化器要求，通過對比綜合現(xiàn)有靜電法探針研究成果，確定了其結(jié)構(gòu)參數(shù);基于微弱信號檢測、放大原理，設(shè)計(jì)了傳感器輸出電流電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路和信號濾波處理電路;基于Multisim軟件仿真分析了信號濾波處理電路帶通濾波性能，得到:設(shè)計(jì)的壓控電壓源型低通濾波器為二階巴特沃斯低通濾波器，

4、Q值為0.707，幅頻特性曲線在截止頻率2KHz附近平滑且單調(diào)遞減;2Hz壓控電壓源型高通濾波器為二階切比雪夫?yàn)V波器，Q值為1，幅頻特性曲線在截止頻率附近有峰值且斜率陡，截止特性好;50Hz陷波器采用雙T型結(jié)構(gòu)，Q值高，陷波特性好，符合設(shè)計(jì)要求。
　　(3)試制了傳感器實(shí)物和標(biāo)準(zhǔn)藥粉氣溶膠顆粒濃度制備試驗(yàn)裝置，基于LabVIEW搭建了數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，通過對傳感器、試驗(yàn)裝置和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)調(diào)試，對傳感器輸出性能測試實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果

5、表明:傳感器存在敏感盲區(qū)，不能有效檢測低濃度、低流速藥粉氣溶膠顆粒濃度;在傳感器檢測敏感區(qū)，測量信號的有效值會(huì)隨著藥粉氣溶膠顆粒濃度的增加而單調(diào)增大;藥粉氣溶膠流速對測量結(jié)果影響很大，流速越大，有效值幅值和上升速率越快:流速很大或很低時(shí)，檢測結(jié)果同樣不可靠;由于藥粉在重力作用下發(fā)生沉淀，所以有效值幅值會(huì)隨著時(shí)間推移發(fā)生衰減，流速越低衰減越明顯;流速在9.5m/s左右時(shí)，傳感器檢測性能達(dá)到最佳，測量準(zhǔn)確度隨著檢測濃度升高而提高，最大相對誤

6、差為9.32％，能夠達(dá)到濃度測量的要求;但是，實(shí)際霧化吸入治療時(shí)，藥粉氣溶膠顆粒流速一般在1m/s左右，所以不能直接用該傳感器檢測藥粉氣溶膠顆粒濃度。
　　(4)基于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和開環(huán)控制原理，應(yīng)用螺旋連續(xù)定量加料和氣流沖擊霧化方法，設(shè)計(jì)了可定量勻速輸送藥粉的醫(yī)用藥粉霧化裝置;基于空氣流量閥和空氣流量傳感器，設(shè)計(jì)霧化所需空氣流量調(diào)節(jié)系統(tǒng);通過對螺旋連續(xù)定量加料裝置及空氣流量閥過程控制，可隨時(shí)按需實(shí)現(xiàn)對送藥量和藥粉氣溶膠顆粒濃度開環(huán)