新型便携式高精度电子肺活量计的设计.doc
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新型便携式高精度电子肺活量计的设计,页数：43字数：133391系统概述1.1 历史回顾据史料记载，肺活量的测量最早可以追述到1718年，一个名叫james jurin的人堵住自己的鼻孔向一个气囊内吹气，测得自己的肺活量为3610m1，潮气量为650m1。1749年，daniel bernonilli描述了水置换式肺活量...
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新型便携式高精度电子肺活量计的设计
页数：43 字数：13339
1系统概述
1.1 历史回顾
据史料记载，肺活量的测量最早可以追述到1718年，一个名叫James Jurin的人堵住自己的鼻孔向一个气囊内吹气，测得自己的肺活量为3610m1，潮气量为650m1。1749年，Daniel Bernonilli描述了水置换式肺活量计。1813年，Edward Kentish设计出了一种刻度的肺活量计——把一个钟形罐倒置在装水的容器内，并且用这种肺活量计对健康人和病人进行了肺活量的测量。1846年，肺活量的鼻祖Hutchinson在伦敦首次正式提出了肺活量的概念，并且运用重量抵消法的水封式肺活量计对4000多人进行了细致的测定，揭示了肺活量与身高的线性关系。1904年~1916年，Tissot Bohr与Krogh相继设计出更高级的备有图形记录装置的密闭式肺活量计，其中有些仪器一直沿用至今，从而对肺活量的测定与研究奠定了有利的基础。
1.2 肺活量计产品的分类及其特点
根据不同的测试原理，肺活量计主要分为容积测定型肺活量计和流速测定型肺活量计。
1.2.1 容积测定型肺活量计
通过置换法直接测得流体体积的肺活量计为容积测定型肺活量计。容积测定型肺活量计又分为以下两种:水封式肺活量计和千式滚筒式肺活量计。
容积测定型肺活量计的突出缺点是:体积大、重量重、系统误差大、线性度不高、温度补偿不完善、数据读取困难，尤其是这两种肺活量计都是以密封死腔与待测人的呼吸道相连，极易引发交叉感染。
1.2.2 流速测定型肺活量计
流速测定型肺活量计是指通过节流法，先测得流经某一管路时气体的流速，然后通过对气体的流速进行计算来求得总的气体体积流量。因此，此类肺活量计也称为间接测量式的肺活量计。流速测定型肺活量计又分为以下三种:
1)差压式肺活量计
气体在流经某一特定管路时，气体的压力发生一定的变化。压力的变化与流速之间存在着一定的依从关系。这种通过检测压力变化而获得流量的肺活量计叫做差压式肺活量计。
2)热敏式肺活量计
此种肺活量计的检测元件是热敏元件。该种仪器接通电源时先加热热敏传感器，使其保持在一定的温度。当气流流经热敏传感器时可使其温度下降，同时引起其电阻值发生变化，从而电流也随之发生变化。电流的变化与气体的流速存在着一定的依从关系，可以通过此种关系计算出总的气体体积流量。由于热敏式传感器极易受外界环境因素的影响，如气压、海拔、环境温度等等。因此，当测试环境与标定环境稍微有些变化时，此种肺活量计的测量误差就会很大。此种仪器基本上是现标定现使用，使用起来很不方便。
3)叶轮和涡轮式肺活量计
此类仪器是依据转动部件(叶轮或涡轮)的转动速度与流体速度成正比的关系进行测量。但由于转动部件在气流停止通过时仍有转动惯性，而且此转动惯性是难于确定的，因此这种误差也难于克服和补偿，这是此类肺活量计很难克服的缺点。
1.3 肺活量计的发展状况
随着电子信息业的迅猛发展，在国外，电测化产品更新迅速，尤其是应用于医疗卫生领域的电测化产品。由于此类产品的利润丰厚，激发了人们开发和生产此类产品的积极性，使这类产品迅速走向成熟。近几年，应用于医疗卫生领域的电测化肺功能仪就己经基本淘汰了传统的非电测化产品。
在国外，生产肺功能仪比较好的厂家有英国美科公司和日本CHEST公司。他们的产品实现方法基本上都是差压法。其差压——流量算法比较成熟。在整体设计中，他们选用的节流装置、传感器、仪表放大器、智能芯片等都比较考究，所以他们的产品性能稳定，但是价格也相当昂贵。我国的体质测试根本不可能选用此类测量仪器。
相对于国外，由于我们的电子信息业起步较晚，技术也相对落后，不可避免地造成电测化仪表技术也相对滞后。尤其是医疗卫生领域，国内所用的比较先进的医疗仪器基本上都是进口产品。
由于技术条件和经济条件的限制等种种原因，我国至今在体质测试中仍沿用30多年前就己经开始使用的老式机械式的容积测定型肺活量计。如浮筒式肺活量计和回旋式肺活量计，这类老产品突出的缺点是:体积大、重量重、系统误差大、线性度不高、温度补偿不完善、数据读取困难等等。但这些产品也有其突出的优点:价格便宜。
1.4 本设计的具体要求
结合实际情况对本设计提出了以下几点要求：
1)硬件方面：尽可能选用高稳定、高集成的电路以代替以往产品设计中所选用的过多离散器件，以提高系统的稳定性。
2)要进一步降低成本，精简电路，简化硬件设计，有些功能尽量用软件来实现。这样才能适应即将到来的全国学生体质健康测试和全民体质健康测试这个大市场的需求。
3)对节流装置的设计，设计出一种与标准文丘利管结构相似，当大小不同的，能够适合于便携式仪器上应用的小型节
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1系统概述
1.1 历史回顾
据史料记载，肺活量的测量最早可以追述到1718年，一个名叫James Jurin的人堵住自己的鼻孔向一个气囊内吹气，测得自己的肺活量为3610m1，潮气量为650m1。1749年，Daniel Bernonilli描述了水置换式肺活量计。1813年，Edward Kentish设计出了一种刻度的肺活量计——把一个钟形罐倒置在装水的容器内，并且用这种肺活量计对健康人和病人进行了肺活量的测量。1846年，肺活量的鼻祖Hutchinson在伦敦首次正式提出了肺活量的概念，并且运用重量抵消法的水封式肺活量计对4000多人进行了细致的测定，揭示了肺活量与身高的线性关系。1904年~1916年，Tissot Bohr与Krogh相继设计出更高级的备有图形记录装置的密闭式肺活量计，其中有些仪器一直沿用至今，从而对肺活量的测定与研究奠定了有利的基础。
1.2 肺活量计产品的分类及其特点
根据不同的测试原理，肺活量计主要分为容积测定型肺活量计和流速测定型肺活量计。
1.2.1 容积测定型肺活量计
通过置换法直接测得流体体积的肺活量计为容积测定型肺活量计。容积测定型肺活量计又分为以下两种:水封式肺活量计和千式滚筒式肺活量计。
容积测定型肺活量计的突出缺点是:体积大、重量重、系统误差大、线性度不高、温度补偿不完善、数据读取困难，尤其是这两种肺活量计都是以密封死腔与待测人的呼吸道相连，极易引发交叉感染。
1.2.2 流速测定型肺活量计
流速测定型肺活量计是指通过节流法，先测得流经某一管路时气体的流速，然后通过对气体的流速进行计算来求得总的气体体积流量。因此，此类肺活量计也称为间接测量式的肺活量计。流速测定型肺活量计又分为以下三种:
1)差压式肺活量计
气体在流经某一特定管路时，气体的压力发生一定的变化。压力的变化与流速之间存在着一定的依从关系。这种通过检测压力变化而获得流量的肺活量计叫做差压式肺活量计。
2)热敏式肺活量计
此种肺活量计的检测元件是热敏元件。该种仪器接通电源时先加热热敏传感器，使其保持在一定的温度。当气流流经热敏传感器时可使其温度下降，同时引起其电阻值发生变化，从而电流也随之发生变化。电流的变化与气体的流速存在着一定的依从关系，可以通过此种关系计算出总的气体体积流量。由于热敏式传感器极易受外界环境因素的影响，如气压、海拔、环境温度等等。因此，当测试环境与标定环境稍微有些变化时，此种肺活量计的测量误差就会很大。此种仪器基本上是现标定现使用，使用起来很不方便。
3)叶轮和涡轮式肺活量计
此类仪器是依据转动部件(叶轮或涡轮)的转动速度与流体速度成正比的关系进行测量。但由于转动部件在气流停止通过时仍有转动惯性，而且此转动惯性是难于确定的，因此这种误差也难于克服和补偿，这是此类肺活量计很难克服的缺点。
1.3 肺活量计的发展状况
随着电子信息业的迅猛发展，在国外，电测化产品更新迅速，尤其是应用于医疗卫生领域的电测化产品。由于此类产品的利润丰厚，激发了人们开发和生产此类产品的积极性，使这类产品迅速走向成熟。近几年，应用于医疗卫生领域的电测化肺功能仪就己经基本淘汰了传统的非电测化产品。
在国外，生产肺功能仪比较好的厂家有英国美科公司和日本CHEST公司。他们的产品实现方法基本上都是差压法。其差压——流量算法比较成熟。在整体设计中，他们选用的节流装置、传感器、仪表放大器、智能芯片等都比较考究，所以他们的产品性能稳定，但是价格也相当昂贵。我国的体质测试根本不可能选用此类测量仪器。
相对于国外，由于我们的电子信息业起步较晚，技术也相对落后，不可避免地造成电测化仪表技术也相对滞后。尤其是医疗卫生领域，国内所用的比较先进的医疗仪器基本上都是进口产品。
由于技术条件和经济条件的限制等种种原因，我国至今在体质测试中仍沿用30多年前就己经开始使用的老式机械式的容积测定型肺活量计。如浮筒式肺活量计和回旋式肺活量计，这类老产品突出的缺点是:体积大、重量重、系统误差大、线性度不高、温度补偿不完善、数据读取困难等等。但这些产品也有其突出的优点:价格便宜。
1.4 本设计的具体要求
结合实际情况对本设计提出了以下几点要求：
1)硬件方面：尽可能选用高稳定、高集成的电路以代替以往产品设计中所选用的过多离散器件，以提高系统的稳定性。
2)要进一步降低成本，精简电路，简化硬件设计，有些功能尽量用软件来实现。这样才能适应即将到来的全国学生体质健康测试和全民体质健康测试这个大市场的需求。
3)对节流装置的设计，设计出一种与标准文丘利管结构相似，当大小不同的，能够适合于便携式仪器上应用的小型节
