一种雾化器防干烧识别应用及其电路

技术领域

本发明涉及医用雾化器领域，特别涉及一种雾化器防干烧识别应用及其电路。

背景技术

随着医疗技术的发展，采用雾化吸入治疗主要用于呼吸系统疾病的治疗，其方式是将药液雾化成微小颗粒，患者通过呼吸将雾化后的药物吸入呼吸道和肺部沉积，能够直达病灶，加快药物作用，达到无痛、迅速且有效的治疗目的。然而，雾化器在使用过程中最常见的问题就是干烧，在缺少药液的状态下雾化器会发生干烧的现象。为了防止干烧，现有的雾化器一般是采用增设探针，通过电极片或检测反馈电阻电压阈值的方法来识别雾化器药液是否雾化完成。当雾化片在雾化时，雾化片出雾口有无液体的附着都会导致电流变化，单纯通过电流阈值判断，不仅容易受限于器件和雾化器电路一致性问题的影响还会受到雾化时雾化片状态的影响产生的电流波动导致判断失误，导致雾化片干烧破裂，从而被人体吸收导致危害。现在检索到一份中国专利，其专利号为202010331473.5,申请日2020年4 月24日，专利名称为雾化器防干烧方法、装置、雾化器和存储介质。该专利中需要抽样确定预设扫描曲线模型图，并存储于雾化器中。对于抽样的方案的准确度和抽样模型与抽样样本的大小有关，而抽样样本的大小会影响雾化器存储器的容量，进而影响雾化器成本，并且该方案实际操作过程有一定的复杂度。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种在雾化过程中增加判断不准确回溯判定过程，提高缺液判断的准确性；除此之外，雾化过程还可以用来减小液体残留的问题，在药液雾化过程中有重大作用，重新扫频也可修正当前的最佳雾化频率，达到最佳雾化效果，减少电量消耗的雾化器防干烧识别应用及其电路。

为实现上述目的，本发明提供的一种雾化器防干烧识别应用，其中，

(1)以雾化器内的雾化电路为开关电路，在开关电路的支路上设定采样电阻，进行电路谐振信号检测；

(2)当雾化器开机后，对雾化片进行相应范围内的频率扫描，并获得电路的幅频曲线等效曲线H(f)；

上述对雾化片进行相应范围内的频率扫描的过程具体如下：

首先，取谐振点坐标Af，在谐振点两侧分别找到最小值坐标，记为 Ast,Asp；

然后，计算谐振点Af到Ast和Asp的水平距离，找到离谐振点较远的点，记为Aff；

最后，计算谐振点坐标Af和离谐振点较远点Aff作直线L(f)，及计算幅频曲线等效曲线H(f)与直线L(f)所围成面积的大小，取直线上侧的面积为正；

通过对面积的判断，可以有效判断雾化片是否干烧；经过测试发现，水和雾化片接触时，雾化片的阻抗会减少，谐振电路的Q值会减少，曲线以谐振频率向外突出，曲线表现为凸函数；反之则为曲线以谐振频率向内凹陷，曲线表现为凹函数；

本实施例是通过计算曲线和直线围成的面积的正负确定药液杯有无液体；

S＝∫(H(f)-L(f))df

(3)扫频完成后，取谐振点进行工作，继续连续检测谐振反馈信号；

上述继续连续检测谐振反馈信号的过程如下：

首先，在溶液无气泡的情况下工作到吸附在雾化片雾化口处的最后一滴水珠雾化完后，信号将会出现大幅下降；

此时，只需要对信号进行差分运算D(k)＝f(k)-f(k-1)，以此去掉基线漂移产生的判断干扰；通过判断D(k)的变异度，即可完成雾化片干烧；

之后，若溶液在雾化过程中会产生气泡，则药液低于雾化片雾化口时，雾化片上会形成波动信号，信号整体会缓慢下降；此时无法通过上诉D(k) 的变异度来进行雾化片干烧判断；因此，在进行差分运算的同时，将原始信号进行动态评估，对信号的波动度进行计算，将波动度超过一定阈值Th 的信号直接判定为雾化器干烧；对于波动度的评估使用区间滑动窗口的SD 来评估；

Xk为第K个窗口，D(k)为第k个数据，w为窗口宽度；

计算SD(Xk)来评估波动度；

(4)对于上述未能超过阈值Th的信号，则流程回退到扫频阶段；重新对电路扫频，得到谐振点Af2；按照第2步的流程对雾化器干烧情况判断，此外增加原始谐振点Af和新谐振点Af2频偏计算，对于频偏超过预定值PreF时，将会判定为干烧；对于不能判定的溶液为气泡状，实际可以继续雾化，此时，按照新的频率Af2进行雾化；

(5)校准雾化器初始状态；

可选的，雾化器生产完成后，可以进行一次加水测试，此时雾化器自动记录雾化片有水时的特性曲线。无水时雾化器可以对比有水时的曲线，计算面积的差异来判断雾化器缺水状态。

另一目的是提供一种雾化器防干烧识别电路，其中,包括与雾化片连接的开关电路，及在开关电路的支路上连接有进行电路谐振信号检测的采样电阻模块；采样电阻模块包括分别与开关电路连接的谐振控制电路和反馈电路；所述的谐振控制电路上设置有可编程的逻辑器件。

本发明的有益效果是具有在雾化过程中增加判断不准确回溯判定过程，提高缺液判断的准确性；除此之外，雾化过程还可以用来减小液体残留的问题，在药液雾化过程中有重大作用，重新扫频也可修正当前的最佳雾化频率，达到最佳雾化效果，减少电量消耗的效果。由于使用谐振特征曲线计算电路带宽和谐振点偏移，比较带宽和频偏变异性，对电路要求降低。对工作曲线连续采样，通过分析信号的波动度和变异性，结合特性曲线分析，提高雾化干烧识别能力和减少残留液，同时具有准确判断目前方案正常使用的溶液。实现了在雾化过程中增加判断不准确回溯判定过程，提高缺液判断的准确性；除此之外，雾化过程还可以用来减小液体残留的问题，在药液雾化过程中有重大作用，重新扫频也可修正当前的最佳雾化频率，达到最佳雾化效果，减少电量消耗的效果。

附图说明

图1为本发明的方框原理图；

图2为本发明的电路图；

图3为本发明的方框原理图。

图4为未干烧实施例1的曲线图；

图5为干烧实施例2的曲线图；

图6为无气泡判定实施例3的曲线图；

图7为有气泡判定实施例4的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步详细的说明。

如图1-3所示，一种雾化器防干烧识别应用，其中，(1)以雾化器内的雾化电路为开关电路，在开关电路的支路上设定采样电阻，进行电路谐振信号检测；(2)当雾化器开机后，对雾化片进行相应范围内的频率扫描，并获得电路的幅频曲线等效曲线H(f)；

上述对雾化片进行相应范围内的频率扫描的过程具体如下：

首先，取谐振点坐标Af，在谐振点两侧分别找到最小值坐标，记为 Ast,Asp；

然后，计算谐振点到Ast和Asp的水平距离，找到离谐振点较远的点，记为Aff；

最后，计算谐振点坐标Af和离谐振点较远点Aff作直线L(f)，及计算幅频曲线等效曲线H(f)与直线L(f)所围成面积的大小，取直线上侧的面积为正；

通过对面积的判断，可以有效判断雾化片是否干烧；经过测试发现，水和雾化片接触时，雾化片的阻抗会减少，谐振电路的Q值会减少，曲线以谐振频率向外突出，曲线表现为凸函数；反之则为曲线以谐振频率向内凹陷，曲线表现为凹函数；

本实施例是通过计算曲线和直线围成的面积的正负确定药液杯有无液体；

S＝∫(H(f)-L(f))df

(3)扫频完成后，取谐振点进行工作，继续连续检测谐振反馈信号；

上述继续连续检测谐振反馈信号的过程如下：

首先，在溶液无气泡的情况下工作到吸附在雾化片雾化口处的最后一滴水珠雾化完后，信号将会出现大幅下降；

此时，只需要对信号进行差分运算D(k)＝f(k)-f(k-1)，以此去掉基线漂移产生的判断干扰；通过判断D(k)的变异度，即可完成雾化片干烧；

之后，若溶液在雾化过程中会产生气泡，则药液低于雾化片雾化口时，雾化片上会形成波动信号，信号整体会缓慢下降；此时无法通过上诉D(k) 的变异度来进行雾化片干烧判断；因此，在进行差分运算的同时，将原始信号进行动态评估，对信号的波动度进行计算，将波动度超过一定阈值Th 的信号直接判定为雾化器干烧；对于波动度的评估使用区间滑动窗口的SD 来评估；

Xk为第K个窗口，D(k)为第k个数据，w为窗口宽度；

计算SD(Xk)来评估波动度；

(4)对于上述未能超过阈值Th的信号，则流程回退到扫频阶段；重新对电路扫频，得到谐振点Af2；按照第2步的流程对雾化器干烧情况判断，此外增加原始谐振点Af和新谐振点Af2频偏计算，对于频偏超过预定值PreF时，将会判定为干烧；对于不能判定的溶液为气泡状，实际可以继续雾化，此时，按照新的频率Af2进行雾化；

(5)校准雾化器初始状态；

可选的，雾化器生产完成后，可以进行一次加水测试，此时雾化器自动记录雾化片有水时的特性曲线。无水时雾化器可以对比有水时的曲线，计算面积的差异来判断雾化器缺水状态。

一种雾化器防干烧识别电路，其中,包括与雾化片连接的开关电路，及在开关电路的支路上连接有进行电路谐振信号检测的采样电阻模块；采样电阻模块包括分别与开关电路连接的谐振控制电路和反馈电路；所述的谐振控制电路上设置有可编程的逻辑器件。

应用时，使用谐振特征曲线计算电路带宽和谐振点偏移，比较带宽和频偏变异性，对电路要求降低。对工作曲线连续采样，通过分析信号的波动度和变异性，结合特性曲线分析，提高雾化干烧识别能力和减少残留液，同时具有准确判断目前方案正常使用的溶液。实现了在雾化过程中增加判断不准确回溯判定过程，提高缺液判断的准确性；除此之外，雾化过程还可以用来减小液体残留的问题，在药液雾化过程中有重大作用，重新扫频也可修正当前的最佳雾化频率，达到最佳雾化效果，减少电量消耗的效果。

实施例1为未干烧实例

如图4所示：蓝色线为扫频电压取样曲线(幅频特性等效曲线)。确定谐振点Af(电压值最高点，下同)。确定谐振点两侧的最低点，Ast/Asp。上表中Ast和Asp到Af在横轴上的距离相等，因此Ast和Asp任取一点，上表中取Ast，和Af做直线，表中橙色线。计算蓝色曲线和橙色直线所围成的面积S1。

显然S1>0，故雾化器未干烧。

实施例2为干烧实例

如图5所示：蓝色线为扫频电压取样曲线(幅频特性等效曲线)。确定谐振点Af(电压值最高点，下同)。确定谐振点两侧的最低点，Ast/Asp。上表中Ast较Asp到Af在横轴上的距离远，因此取Ast和Af做直线，表中橙色线。计算蓝色曲线和橙色直线所围成的面积S2。

显然S2<0，故雾化器未干烧。

实施例3为无气泡判定实例

如图6所示：蓝色曲线为原差分曲线D(f),沿y轴向上偏移90个单位。橙色曲线为实时采集的原始电压取样信号。对信号做差分处理，，得到差分函数D(f)。正常雾化时，D(f)在一定范围内波动，当D(f)突然连续波动变大时判定函数发生变异。上表中，做差分处理后，正常雾化时，D(f)集中在±2范围内。发生变异时，D(f)瞬时波动为7～-6范围，连续波动范围变为±4。因此可以判定雾化器缺液。

实施例4为有气泡判定实例

如图7所示：蓝色曲线为原差分曲线D(f),沿y轴向上偏移40个单位。橙色曲线为实时采集的原始电压取样信号。对信号做差分处理，，得到差分函数D(f)。正常雾化时，D(f)在一定范围内波动，当D(f)突然连续波动变大时判定函数发生变异。上表中，做差分处理后，正常雾化时，D(f) 集中在一定范围稳定变化。发生变异时，D(f)瞬时波动为20～-40范围，连续波动范围为原范围的3倍左右。由此可以判定药液和雾化片接触点为气泡状，此时可以停止雾化，如需继续雾化，需要退回到扫频阶段，从新开始。

现有技术进行比对，与中国专利比对，其专利号为202010331473.5, 申请日2020年4月24日，专利名称为雾化器防干烧方法、装置、雾化器和存储介质。

其一，上述现有专利中需要抽样确定预设扫描曲线模型图，并存储于雾化器中。对于抽样的方案的准确度和抽样模型与抽样样本的大小有关，而抽样样本的大小会影响雾化器存储器的容量，进而影响雾化器成本，并且该方案实际操作过程有一定的复杂度。本专利申请的技术方案是在是否有药液时电路元器件电参数改变导致谐振曲线变化的方案，有无药液对雾化片的影响与现有技术是一致的，因此曲线变化也状态一致。在现有雾化片制造技术下，不同雾化片有无水对曲线的影响可以表现为一致。特别的，可以增加一次校准，使用水进行雾化一次，以记录雾化器有水时雾化片电参数对电路的谐振曲线的效果模型。

其二，根据预设扫频曲线对实际扫频曲线进行匹配判断的步骤，包括：根据实际扫频曲线确定第一电流值；第一电流值为预设频率范围中的第一频率对应的电流值；根据预设扫频曲线中第一频率对应的电流值确定第一预定值比较第一电流值与第一预定值；若第一电流值大于第一预定值，则判定为不匹配。该专利第一预定值为样本中的最大值，根据测试结果，无水时雾化片在第一电流值的电流小于有水时的电流值，因此，此处判定大于预定值为不匹配只会增加误判断。以下为部分测试数据，在第一电流值时无药液的数据大部分都低于有药液的情况，因此按照上述逻辑，有药液更易被识别为无液干烧。

其三，若根据实时电流值判断发生干烧则执行干烧保护的步骤，包括：步骤S510，判断实时电流值是否落入干烧保护区间内。干烧保护区间为雾化片在非干烧状态下，流经雾化片电流值的范围区间。若实时电流值未落入干烧保护区间内，则执行步骤S600。若流经雾化片的电流值落入干烧保护区间内，即未发生干烧；若未落入干烧保护区间内，即发生干烧，此时控制器执行干烧保护。若实时电流值落入干烧保护区间，则回到步骤S400。在其中一个实施例中，实时电流值包括根据预设时间获取的若干个电流值，若根据实时电流值判定发生干烧则执行干烧保护的步骤包括：若仅根据单个实时电流值是否落入干烧保护区间判读是否发生干烧，可能会出现判断失误，导致误触发干烧保护。为了提高干烧检测的准确性，根据预设时间获取多个实时电流值进行判断。预设时间为一个预设的时间范围，例如采集0.2S内的两个或两个以上的实时电流值，在其中一个实施例中，相邻的两次采集时间间隔可以是相等或者不相等的。步骤S520，判断各个实时电流值是否均未落入干烧保护区间内。若在预设时间内采集的若干个实时电流值均未落入干烧保护区间内，则可以确定雾化器发生干烧。在其中一个实施例中，若采集的多个实时电流值中仅有不超过预设比例个数的实时电流值落入干烧保护区间内，其余均未落入干烧保护区间，则认为雾化器发生干烧。若是，则执行步骤S600。在确定雾化器发生干烧后，控制器执行干烧保护。在其中一个实施例中，执行获取雾化片的实时电流值的步骤之前，还包括：步骤S700，建立干烧保护区间。干烧保护区间在不同的雾化片、不同的工作频率或是不同的雾化液容量等情况下，可能会有所不同，因此需要在当前工作状态下建立干烧保护区间。在其中一个实施例中，也可以采用预设的干烧保护区间进行检测。该方案采用固定区间法判断雾化过程中电流是否在区间内从而判断干烧，从本方案的实施例中可以看出，雾化过程中，雾化电流是会出现基线漂移的现象，因此直接判断是否落于固定区间的方法会在很大程度出现误判断。而且需要样本采集，进行抽样评估，势必会受样本大小的影响。

本专利申请的技术方案中运用信号处理的方法，采用差分运算，可以将信号的基线漂移去掉，另外，本方案采用变异点的方法，只需要后续数据和前序数据做对比，并且采用标准差进行计算波动度，即可确定变异点，也就是无液干烧点。另外，对于会产生气泡的液体，本方案采用了波动度评估的方案识别，在易产生气泡的液体中，信号波动会大幅增加，只需要测试有气泡和无气泡的液体接近干烧时的波动度的分布情况即可作为判定条件。另外，本专利申请的技术方案在雾化过程中增加判断不准确的回溯判定过程，提高缺液判断的准确性，除此之外，该过程还可以用来减小液体残留的问题，在药液雾化过程中有重大作用，重新扫频也可修正当前的最佳雾化频率，达到最佳雾化效果，减少电量消耗。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。