专利名称：具有温度补偿的流感测方法
具有温度补偿的流感测方法本发明涉及一种用于測量流(flow)的方法，并且尤其涉及校准、补偿或校正流传感器以用于精确的流測量。在实施麻醉期间、在重症护理环境中、以及在训练计划和其他医学测试过程之前和期间监测运动员或其他个体的身体状况时，呼吸流測量提供用于估计心肺功能和呼吸回路完整性的有价值的信息。通常，诸如流量计的差分压カ测量设备已经被用于获得呼吸流測量結果。差分压力測量设备的ー种用途是在CPAP (持续气道正压通气)治疗中，其可以被用于处置阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)。CPAP被用于将个人气道中的气压保持在稍高于大气压的恒定水平(处于由医师指示的精确压力水平)，从而塌缩的气道被额外的气压撑开。不管个人处于他的/她的呼吸循环的哪一点上，这ー压力水平理想地保持恒定。然而，ー些患者在逆着额外的压カ呼气时感觉不舒适，并且因此可能完全放弃该治疗。对于这些患者，可以通过添加压カ释放的各种已知形式中的任何ー种来增强他们对CPAP疗法的低依从性。为了递送压カ释放，压カ支持设备应当正确地确定患者何时呼气，并且与患者的整体呼吸循环正确同步地操纵递送至患者的气道的气压量。压カ支持设备利用差分压カ测量设备获得流的測量結果，从而能够将正确的量的压カ释放递送至患者。差分压カ测量设备还可以用在其他机器中，诸如用在通风机、机动车引擎和内燃机或利用流的任何设备中。在ー些差分压カ测量设备中，根据如下公式计算流量Q :当ΛΡ>=0吋，Q=K* V(ΔΡ),而当ΛΡ〈0时，Q=-1*K* V (-1*ΔΡ),其中，Q是空气流量，ΛΡ是跨流限制部(restriction)的孔ロ的压降(或压力差)，而K是适当的比例常数。通常，压カ传感器与限制部可操作地耦合以感测跨限制部的差分压力。由于上述方程的非线性，与当流量低于预定阈值(例如，处于或接近零)时能够“看到”或分辨的流量变化相比，该系统在流量高于预定阈值时能够“看到”或分辨小得多的流量变化。亦即，针对高于预定阈值的流量的流量信号的分辨率比针对低于预定阈值的流量的流量信号的分辨率要好得多。因此，当流量低于 预定阈值时，诸如接近零时，流量信号可能缺乏足够的分辨率。本发明的ー个方面提供了一种用于校准利用流的设备的温度补偿系数的方法，该设备包括流路径、设置在流路径中的在所述流路径中产生压カ差的流限制部、以及被配置成生成反映所述流路径中的压カ差的信号的差分压カ传感器。所述方法包括利用差分压カ传感器获得第一差分压カ读数，在此期间生成跨所述流限制部的预定压降。所述方法还包括在获得第一差分压カ读数时，在所述差分压カ传感器处或附近測量第一温度。所述方法还包括将所述差分压カ传感器加热一段时间的步骤。所述方法还包括在所述一段时间之后并且在跨所述流限制部的压降与获得所述第一差分压カ读数时的压降相同时，使用所述差分压カ传感器以获得第二差分压カ读数。所述方法还包括在获得所述第二差分压カ读数时測量第二温度。所述方法还包括基于所述第一差分压カ读数、所测量的第一温度、所述第二差分压カ读数和所测量的第二温度来计算所述温度补偿系数。本发明的另一方面提供了ー种用于实施针对利用流的设备预校准的温度补偿系数的方法，该设备包括流路径、设置在所述流路径中的在所述流路径中产生差分压カ的流限制部、被配置成输出反映由所述流限制部产生的差分压カ的差分压カ读数的差分压カ传感器、以及被配置成在所述差分压カ传感器处或附近感测温度的温度传感器。所述方法包括在生成通过该设备的流之前使用温度传感器在第一时间段測量第一温度，以及在所述第一时间段使用所述差分压カ传感器以获得所述流路径中的第一差分压カ读数。所述方法包括在生成通过该设备的流之后使用温度传感器在第二时间段測量第二温度，以及在所述第ニ时间段使用所述差分压カ传感器以获得第二差分压カ读数。所述方法还包括基于所述温度补偿系数、所测量的第一温度、所述第一差分压カ读数、所测量的第二温度以及所述第二差分压カ读数来获得经补偿的差分压カ值。所述方法还包括根据经补偿的差分压カ值来获得所述流路径之内的流量。在參考附图考虑了以下说明以及权利要求后，本发明的这些和其他目的、特点及特性，以及结构的相关元件的操作方法及功能和各部分的组合以及制造的经济性将变得更显而易见，说明、权利要求和附图均构成说明书的一部分，其中，在不同附图中，相似的參考数字标记指示对应的部分。应当明确理解，附图仅仅是出于例示和说明的目的，而非限制本发明。另外，应当认识到，在本文任何一个实施例中示出或描述的结构特征也可以被用在其 他实施例中。然而，应当明确地理解，附图仅仅是出于例示和说明的目的，而非意图将其作为对本发明限制的定义。如同在说明书和权利要求书中所用的，“一”、“ー个”和“该”的单数形式包括多个所指对象，除非上下文明确地指明其他含义。图I是根据实施例的设备的流测量系统的示意图；图2图示了根据本发明的一个实施例的包括承载可操作地耦合到处理器的传感器的气道适配器的呼吸回路；图3是示出了作为A-D计数的函数的流量的图表；图4是图示了根据实施例的校准设备以获得温度补偿系数的方法的流程图；图5是图示了根据实施例的实施温度补偿系数的方法的流程图；图6图示了利用根据图I所示的实施例的设备获得流量的方法；以及图7是图示了根据ー个实施例的设备的示意图。在使用具有有限模数转换器分辨率的A-D转换器来数字化差分压カ信号以便将其传输到处理器的流测量实施例中，压カ水平的一位或一个计数的变化可能对应于低流量下的大流量差，由此导致如上所述在低流量下的不良流量读数准确性。为了更为准确地测量由低于预定阈值的流量产生的通过限制部的压降，来自感测压カ的差分压カ换能器的信号必须被放大以实现精确的读数。然而，当来自差分压カ换能器的信号被放大时，热漂移的影响也被放大。亦即，差分压カ换能器的输出读数可能由于正常操作期间设备的内部受热或者外部环境温度的变化而不同于流限制部之内的实际差分压力。就CPAP治疗而言，这可能导致不准确性，该不准确性可能自身表明递送压力释放的时机和最终递送的压カ释放量中存在误差。在本文中公开的温度补偿系统和方法可以被用于缓解这些问题中的一些或全部。图I示意性示出了在诸如CPAP设备的设备12 (參见图8)中所使用的流测量系统10的示例性实施例，其中，针对用于测量设备12中的流的每个个体设备来预校准温度补偿系数。设备12的流測量系统10包括流感测系统11，该流感测系统具有设置在流路径16中的在流路径16之内产生压力差或压降的流限制部14。设备12还包括差分压カ传感器80，其被配置成感测由流限制部14产生的差分压力。流限制部可以包括障碍部36，该障碍部阻挡呼吸或其他气体或气体混合物沿着流路径16的流的一部分并且至少部分定位在压カ端ロ 32和压カ端ロ 34之间以在其间的气流中产生压力差。流限制部14和/或障碍部36可以由廉价的、易于量产的材料形成，诸如可注模的塑料。在一些实施例中，压カ传感器80和流限制部14可以是序列号为11/805074的美国专利申请中所描述的类型，在此通过引用将其全文并入。也可以使用压カ限制部和压カ传感器的其他实施例，例如序列号为11/705561的美国专利中所描述的那些，在此通过引用将其全文并入。图2示出了根据本发明的一个实施例的设置在呼吸回路17的一部分中的流感测系统11。呼吸回路17包括，但不局限于，第一端13、第二端15和流限制部14。呼吸回路17的第一端13适于向患者递送气体流。例如，呼吸回路10的第一端13可以包括被配置成与患者21的气道19连通的患者界面器具。患者界面器具的ー些范例可以包括，例如，气管内
管、气管切开管、面罩或其他患者界面器具。呼吸回路17的第二端15被配置成与气体源30连通(參见图I)。例如，气体源30可以包括环境大气、围墙气体源、鼓风机或其他气体源。再次返回參考

图1，流感测系统11包括流路径16和与流路径16连通的两个压力端ロ 32和34。差分压カ传感器80基于来自端ロ 32和34的压カ之差来感测差分压力。差分压カ传感器80发送反映所感测到的差分压カ的信号。在一个实施例中，差分压カ传感器80可以包括包含电阻器阵列并且能够监测差分压カ的桥电路。例如，差分压カ传感器80可以包括具有压电电阻器的硅膈膜，该压电电阻器包括电桥，该电桥的输出类似于施加至差分压カ传感器80的差分压力。任选地可以使用其他类型的差分压カ传感器80。在这ー实施例中，设备12的流測量系统10还包括被配置成在差分压カ传感器80处或附近感测温度的温度传感器20。差分压カ传感器80周围或所在之处的温度可能影响差分压カ传感器80的输出读数，该读数在本文中也被称为差分压カ读数。因此，温度传感器20被放置在差分压カ传感器80处或附近以在差分压カ传感器80处或附近测量环境温度或物理温度，从而可以将这一測量用于补偿热漂移，这在下文将更为详细地进行描述。在一个实施例中，温度传感器20可以是热敏电阻器，但也可以使用其他温度传感器，例如温度计、热电堆或其他温度感测设备。温度传感器20可以是微控制器28之内的嵌入特征并且其温度可以由处理器22通过I2C (内嵌集成电路)通信来读取。在一些实施例中，温度传感器20可以独立地并且可操作地连接到微控制器28。处理器22还被配置成利用由差分压カ传感器80感测的差分压カ和针对设备12预校准的温度补偿系数来计算流量。处理器22还可以包括脉宽调制器，其调制信号以便将所述信号通过差分放大器或差分放大器装置24发送。脉宽调制信号的占空比可以基于经预校准的温度补偿系数和来自差分压カ传感器和温度传感器的读数而变化，这将稍后更为详细地进行描述。使用脉宽调制信号来补偿热漂移将在下文被称为“粗调节”或“粗校正”并且也将稍后更为详细地进行描述。如本文所使用的，术语“进行补偿”和“补偿”并不局限于数值的相加、数值的相减、数值的百分比或数值的任何数学关系或公式表达。在一个实施例中，微控制器28可以包括处理器22和转换装置26，虽然这些部件任选地可以分离地提供。转换装置26在该实施例中采用A-D转换器的形式。虽然在该实施例中处理器22被显示为位于微控制器28上，计算流量的处理器或微控制器28的其他部件任选地可以位于设备12中的另ー控制器或単元上。另外，为了本公开的目的，微控制器或设备的可选集合可以被视为单个微控制器或设备，虽然其部件可以被分离地提供并且可操作地互连。在部件被分离地提供并且可操作地互连的ー些实施例中，仅作为示例，可以沿着计算机通信线缆或者通过诸如红外传输的无线传输来进行信号的传输。此外，流測量系统10的部件并非意在进行限制，并且上述各部件都可以作为其他系统的一部分。来自差分压カ传感器80的电子模拟信号在A/D转换器26中被转换成用于输入到处理器22中的数字信号。然后，在形式为软件或固件的一个或多个程序的控制下，处理器22可以基于由此接收的信号采用已知的原理和算法来计算呼吸流量。A/D转换器26可以包括“低増益信道”和“高増益信道”。如上所述，当利用具有有限模数转换器分辨率的A-D转换器将差分压カ信号数字化以便将其发送到处理器22吋，压力水平的一个计数的变化可能对应于低流量下的大的流量差，由此导致低流量下较低的准确性。因此，当流量低时，更高的増益被用于差分压カ信号以建立足够的分辨率。換言之，为了精确测量由通过流限制部14的低速流产生的差分压力，来自差分压カ传感器80的信号必须被放大以允许更精确的读数。如图3所示，当针对低于预定流量阈值，例如低于45LPM(升每分钟)的流量，使用“高増益通道”时，每个A-D计数对应于较小的流量差。然而，同样如图3所示，“高増益通道”不能被用于高于预定流量阈值的流量，因为这些信号有“围挡(rail)，，或“高平台(plateau)”。另ー方面，在该实施例中“低增益通道”可以用于高于45LPM的流量。“低增益通道”对应于这样的増益，即其被设置为使得最大预期范围得到将匹配在A-D转换器26的输入的输入范围之内的信号。在一个实施例中，差分压カ读数将通过低増益通道和高増益通道两者进入A-D转换器26。处理器22可以选择使用哪些信号来进行空气流量计算-从低増益通道接收的信号或是从高増益通道接收的信号，或是二者的组合。该选择可以取决于所接收的信号的范围以及分辨率。例如，在一个实施例中，处理器22可以首先分析从低增益通道接收的信号。然而，如果分辨率被处理器确定为在较低增益(高流量)区域之外，或者因其他原因是不够的，则可以使用来自高增益通道的信号。如图I所示，设备12还包括用于放大与低于预定阈值的差分压カ相关的信号的差分放大器装置24以及用于转换由第一传感器生成的信号以便将其发送到处理器22的转换装置26。差分放大器装置24可以包括差分放大器42和固定増益放大器44，尽管也想到了差分放大器装置24任选地可以仅是对输入信号之间的差进行放大的ー个差分放大器部件。差分放大器42可以被配置成输出反映两个输入信号之间的差的信号。在一些实施例中，差分放大器42还可以被用于放大输出信号。固定増益放大器44可以具有预定增益级，其可以用于放大或增大从差分放大器42接收的信号。在一些实施例中，固定增益放大器44可以将信号増大10倍、100倍或其他倍数。
虽然在该实施例中差分放大器42和固定増益放大器44是两个部件，但想到了在其他实施例中差分放大器和固定増益放大器可以一起被视为ー个差分放大器。亦即，除了接收两个输入信号并发送信号之间的差之外，差分放大器还可以在发送信号之间的差之前对信号之间的差进行放大。差分放大器装置24的输出是来自差分压カ传感器80的信号与来自处理器22的脉宽调制信号之间的差的放大输出。RC滤波器40可以可操作地连接到差分放大器装置24并且可以被配置成将从处理器22接收的调制(或脉宽调制)信号转换成DC信号。亦即，RC滤波器40可以用于将来自的处理器22的数字信号转换成模拟信号以便输入到差分放大器42中。例如，RC滤波器40可以通过将从处理器22接收的脉宽调制信号的脉冲序列的平均值发送到差分放大器42来完成这ー操作。RC滤波器40还可以被用于去除噪声或其他信号伪影。在一些实施例中，转换器(未图示)，诸如数模转换器，可以被可操作地连接到处理器22并且被用于将来自处理器的数字信号转换成要由差分放大器42接收的模拟信号。在一些实施例中，数模转换器可以位于微控制器28上。在一些实施例中，数模转换器被分离地并且可操作地连接到微控制器28。如上所述，“高增益通道”对应于被“提升”或放大的信号，从而在流量或差分压カ接近零时能够获得更为精确的流量。然而，当来自差分压カ传感器80的信号被放大时，热漂移的影响也被放大。因此，能够使用温度补偿系数来提取更精确的流量计算。在一个实施例中，预定温度系数可以通过实验获得并且被编程到所有设备12中 (基于实验的用于所有设备12的最佳系数或平均系数)。在另ー实施例中，可以针对每个个体设备12获得或校准温度补偿系数。亦即，设备12可以具有其自身的个体温度补偿系数，其被存储在电子存储设备中，诸如存储在微控制器28上的存储器(未图示)中。任选地可以在“试运转(run-in)”期间获得温度补偿系数，在此期间新组装的単元被“试运转” 一段时间以适当地分布马达轴承中的润滑剂并且潜在地排除电子控制电路中的任何初始问题。在一些实施例中，为了获得温度系数，在“试运转”期间开始时，也被称为“冷条件”，測量第一差分压カ读数和第一温度。在这类实施例中，在“试运转”期间的结束时，也被称为“热条件”，获得第二差分压カ读数和第二温度。来自第一压カ差的输出(或第一压カ差读数)和第一温度以及来自第二差分压カ的输出(或第二差分压カ读数)和第二温度可以在生成通过设备12的流时获得，诸如在设备中的相同实际压力差或流量下获得第一压カ读数和第二压カ读数时获得。例如，在一些实施例中，在跨流限制部36的第一压降下(例如，在启动时或在冷温度下)获得第一压カ读数和第一温度。然后，差分压カ传感器80被加热一段时间直到温度稳定。例如，可以通过操作设备12 (使鼓风机30运行中)一段时间来加热差分压カ传感器80。在该段时间之后并且在跨流限制部36的压降与获得第一差分压カ读数(第一压降)时的压降相同时，获得第二压カ读数和第二温度。在一个实施例中，第一压降和第二压降可以为零，或者一些其他相同的压降。图4图示了根据ー个实施例校准特定设备12以获得温度补偿系数的ー种方法46。方法46开始于流程48，其中，利用差分压カ传感器80获得第一差分压カ读数并且由温度传感器20測量第一温度。在跨流限制部36的第一压降下利用差分压カ传感器80获得第一差分压カ读数。在一个实施例中，该流程48是在鼓风机30被打开之前并且设备12被操作之前执行的，換言之，跨流限制部36的压降为零(并且因此流量为零)。在一些实施例中，可以在具有“冷条件”的“试运转”期的开始时进行这些测量。设备12可以将这些测量结果存储在其存储器中。然后，方法46进行到流程50，其中，差分压カ传感器80被加热一段时间直到差分压カ传感器附近的温度稳定。在一些实施例中，加热是通过运行设备12来实现的。特别地，设备12，包括鼓风机30，被打开并且生成通过设备的流。该设备(和鼓风机)可以被操作诸如一个小时、两个小时或任何其他时间间隔以加热该设备。例如，该设备可以被加热直到其达到稳定温度。然后关闭该设备。由于加热，设备的电子部件被预热而使得部件处或附近的温度升高。方法46进行到流程54，其中，利用差分压カ传感器80获得第二差分压カ读数并且利用温度传感器20測量第二温度。在跨流限制部36的压降与获得第一压カ读数时的压降相同时获得第二差分压カ读数。例如，可以在已经中断通过设备12的流从而压降为零时获得第二差分压カ读数。在一些实施例中，这些测量可以在“试运转”期的结束或“热条件”下执行。然后方法46进行到流程56，其中，获得温度补偿系数。温度补偿系数可以利用如下方程(方程I. I)计算得出

权利要求
1.一种用于校准利用流的设备的温度补偿系数的方法，所述设备包括流路径(16)、设置在所述流路径中的在所述流路径中产生压カ差的流限制部(14)以及被配置成生成反映所述流路径中的所述压カ差的信号的差分压カ传感器(80)，所述方法包括 利用所述差分压カ传感器获得第一差分压カ读数，在此期间生成跨所述流限制部的预定压降； 当获得所述第一差分压カ读数时，在所述差分压カ传感器处或附近測量第一温度； 将所述差分压カ传感器加热一段时间； 在所述一段时间之后并且在跨所述流限制部的所述压降与获得所述第一差分压カ读数时的压降相同时，使用所述差分压カ传感器获得第二差分压カ读数； 在获得所述第二差分压カ读数的时刻测量第二温度；以及 基于所述第一差分压カ读数、所测量的第一温度、所述第二差分压カ读数和所测量的第二温度来计算所述温度补偿系数。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述压降为零。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，通过生成通过所述设备的流流并持续所述一段时间来将所述差分压カ传感器加热。
4.根据权利要求I所述的方法，还包括将所述温度补偿系数存储在存储器中。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述一段时间小于两小吋。
6.根据权利要求I所述的方法，其中，将所述差分压カ传感器加热所述一段时间包括将所述差分压カ传感器加热到稳定温度。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，所述设备是CPAP设备或通气机。
8.根据权利要求I所述的方法，其中，所述差分压カ传感器是换能器。
9.ー种用于实施针对利用流的设备预校准的温度补偿系数的方法，所述设备包括流路径(16)、设置在所述流路径中的在所述流路径中产生压カ差的流限制部(14)、被配置成输出反映由所述流限制部产生的所述压カ差的差分压カ读数的差分压カ传感器(80)以及被配置成在所述差分压カ传感器处或附近感测温度的温度传感器，所述方法包括 在生成通过所述设备的流之前使用所述温度传感器在第一时间段測量第一温度； 在所述第一时间段使用所述差分压カ传感器获得所述流路径中的第一差分压カ读数； 在生成通过所述设备的流之后使用所述温度传感器在第二时间段測量第二温度； 在所述第二时间段使用所述差分压カ传感器获得第二差分压カ读数； 基于所述温度补偿系数、所测量的第一温度、所述第一差分压カ读数、所测量的第二温度以及所述第二差分压カ读数来获得经补偿的差分压力值；以及 根据所述经补偿的差分压カ值获得在所述流路径之内的流量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述温度传感器是热敏电阻器。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述温度传感器是热电堆或温度计。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述差分压カ传感器是换能器。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述设备是CPAP设备或鼓风机。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，获得所述经补偿的差分压カ值包括当在所述第ニ温度下不生成流时计算或估计所述差分压カ传感器的差分压カ读数。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述差分压カ读数随着温度增加而线性增加。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述差分压カ读数随着温度增加而线性减小。
17.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二温度高于基准温度。
18.根据权利要求9所述的方法，其中，所述温度补偿系数被存储在所述设备的存储器中。
全文摘要
一种用于校准利用流的设备(12)的温度补偿系数的方法。该设备包括流路径(16)和在流路径中的用于在流路径中产生压力差的流限制部(14)。该方法包括计算温度补偿系数并且在生成通过该设备的流之前的第一时间段获得第一温度和第一差分压力读数，以及在生成通过该设备的流之后的第二时间段获得第二温度和第二差分压力读数。该方法还包括基于温度补偿系数、所测量的第一温度、第一差分压力读数、所测量的第二温度和第二差分压力读数来获得经补偿的差分压力值。该方法还包括根据经补偿的差分压力值获得在流路径之内的流量。
文档编号G01L19/04GK102686987SQ201080050491
公开日2012年9月19日 申请日期2010年10月15日 优先权日2009年11月9日
发明者A-J·德拉什, S·A·基梅尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司