具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例：

如图1所示，本发明提供了一种基于压力检测的超声波氧浓度测量方法，用于更准确的测量制氧机内的产氧浓度。超声波测浓度的特点，即，对管道内气体的流动状态十分敏感。在制氧机中，通常制氧单元产生氧气后，通过输氧管路将氧气输送给用户，而氧浓度测量管就设置在输氧管路上。当给用户的供氧是以脉冲模式时，输氧管路内的管路内的氧气的气流会有多种状态，当制氧机给用户喷氧的过程中时，气流是稳定的，但喷之前以及结束喷之后，因为气流是从无到有或者从有到无的变化，此时输氧管路中的气流是很不稳定的也不均匀的。此时利用超声波测量时，超声波也会被不稳定的杂乱的气流所搅乱，导致检测结果的不准确。

如图1所示，所以首先确定气流稳定之后，再采集超声波在气体中的传播的参数，才更加准确。在便携式制氧机内，具有主控模块、超声波换能器A、超声波换能器B和温度传感器，主控模块用于读取超声波换能器A/B、温度传感器的参数信息，以及控制超声波换能器A、超声波换能器B的电压多少，主控模块内也能设置程序，用于发出控制信号和响应于某些信号做出新的控制信号。主控模块和超声波换能器A、B，以及温度传感器均为通信连接。

本申请所提供的方法的步骤为：

步骤1、主控模块获取流量稳定时的氧浓度测量管内的温度值D，流量稳定时，是指输氧管路中气压为零值时，输氧管路设置于制氧单元和用户需氧处之间，制氧单元用于制造氧气；

首先，主控模块要判断什么时候为流量稳定时，因为给用户供氧结束后，输氧管路内没有氧气流动，此时氧浓度测量管内没有流场过分杂乱的气流，对超声波信号的衰减最少，得到的超声波传播的时间数据准确。

在一些实施例中，便携式制氧机的脉冲模式下，判断是否流量稳定并采集温度值D的方法，如图2所示，即步骤1的具体实现过程为：

S1.1主控模块获取输氧管路中的气压值，判断气压值经历负值(吸)→第一正值(喷)→第一零值(稳定)时，开始计时t；主控模块获取呼吸传感器检测的信号，并对其正负零值进行判断、记录，并在达到预设的条件时，开始计时。输氧管路中的气压值为设置于输氧管路中的呼吸传感器检测的气压值(用于检测输氧管路中的气压)，当检测到气压值为负值时为用户吸气动作时，当检测到第一正值时为制氧单元向用户供氧时；，当检测到第一零值时，是制氧机给用户供氧结束之后，用户呼气之前；

S1.2主控模块判断当时间t达到预设的第一时间T₁时，生成流量稳定信号；第一时间T₁的设置，为了给氧浓度测量管内气流一个稳定的时间，虽然呼吸传感器检测到输氧管路中的压力值从第一正值(喷)→第一零值(稳定)，输氧管路中已经没有气流，但再等第一时间T₁的间隔时间，可以保证输氧管路中气流更加稳定。但必须保证“第一时间T₁”不会位于用户接下来的呼气动作时间内。在用户吸气之后的呼气动作时，呼吸传感器可以感受到一个正值。根据多次测试的经验值，第一时间T₁可以设置为50ms。

S1.3主控模块响应于流量稳定信号，获取氧浓度测量管内的温度值D。

通常用户呼吸有一定周期，脉冲模式下制氧单元给用户喷氧之后会有一段时间停止喷氧。在输氧管路中设置有呼吸传感器用于采集用户的呼吸，确定呼吸频率。基于流量稳定时，进行温度和其他和浓度计算相关的采集，最后得到的浓度计算才更加准确。

步骤2、在流量稳定时，主控模块获取氧浓度测量管内超声波信号的传播时间T，，在一些实施例中，时间T可以是T_平均，T_平均的获得可以通过如下步骤：主控模块控制超声波换能器A发射超声波信号、超声波换能器B接收换能器A发射来的超声波信号，并记录从发射到接收的时间T₁₀；以及主控模块控制超声波换能器B发射超声波、超声波换能器A接收到超声波换能器B发射来的信号，并记录从发射到接收用到的时间T₂₀，计算T_平均＝(T₁₀+T₂₀)/2，氧浓度测量管内相对设置有超声波换能器A和超声波换能器B；通过两个超声波换能器交替收、发超声波信号，进行时间的平均，能够更好的得到一个尽可能真实的参数值。

在另一些实施例中，时间T也可以是从超声波换能器A发生到B接收，或者反向的单程传播时间。

便携式制氧机为了考虑到用户的多种使用状态，在用户不携带外出并且需要较多氧气时，可以通过外界交流电，采用持续供氧模式。当用户考虑将制氧机外出携带，需尽可能节省功耗，采用脉冲模式，脉冲模式时只在用户吸气时候的某部分时间段内供氧，吸入肺部会被有效利用的氧气被吸入时所占用的整一个呼吸周期中的时间的比例，在临床中已经有研究，此处不再赘述。

但在脉冲模式时，输氧管路中的气体的流场更加不稳定，因为超声波信号对流体流场的状态十分敏感，极容易被杂乱的流场衰减，导致最后测得的信号不准确，即便是呼吸传感器没有检测到气压值时，脉冲模式因为是间歇式喷氧，喷氧和不喷氧状态之间的切换也较频繁，各个状态所维持的时间较小，输氧管路中即便是气压为零值，也会有微弱的气流(与持续供氧模式不换挡的情况相比，气体流场还是不够足够的稳定)，故需用户呼气结束之后，下一次吸气开始之前就预先进行换能器供应电压的提升，提升超声波换能器的发射功率，为正式测量做好准备，以尽可能地减小不稳定流场对超声波信号的衰减，使得获得的运行时间参数更加准确。

所以在一些实施例中，如图3所示，在步骤2中的采集T之前，还包括如下步骤，以提升超声波换能器A、B发射信号的能量：

S2.1检测呼吸传感器的压力值经历负值(用户吸气)→第一正值(制氧机喷氧气给用户)→第一零值(输氧管路内气流稳定)→第二正值(用户呼气)时，开始计时t₀，判断当t₀等于预设的第二时间T₂时，具体的，T₂可以是50ms，生成电压提升信号；电压提升信号的生成时间在用户呼气之后的50ms，50ms的时间，不会落入下一次呼吸周期中，即在用户再一次的呼吸周期之前，提前进行超声波换能器A、B的压力值的提升。

S2.2主控模块响应于电压提升信号，提升超声波换能器A和超声波换能器B的供应电压V₀至某预设的电压值V_h，并持续记录处于电压值V_h的时间t_h；具体的V_h＝V₀*(1+a％)其中60≤a≤250，且a为整数，具体的a可以是100，V₀可以是3.3V，不同的超声波换能器A、B的额定工作电压不同，市面上有多种选择。因为脉冲供氧模式中，用户对氧气的需求只在呼吸周期的某部分时间段，所以对氧浓度测量管内氧气浓度的测量也应该分部分，同时考虑到提升超声波换能器的供应电压，造成功耗增加以及也增大了损耗超声波换能器寿命的可能，所以步骤S2.2提升供应电压后，若检测不到用户持续使用制氧机，则将供应电压降回原电压，以节省功耗，同时减少超声波换能器的寿命损耗。

在某些实施例中，如图4所示，步骤2.2之后，检测并降回原电压的过程可以是包括如下步骤：

步骤SA记录处于电压值V_h的时间t_h；即，从电压升高后开始计时，为t_h

步骤SB判断时间t_h是否达到预设的第三时间T₃，若否，持续更新时间t_h并做判断；若是，则进行步骤SC。

步骤SC主控模块判断呼吸传感器的压力值是否出现负值(即是否有吸气状态)，若否，则生成电压恢复信号，并进行步骤SD，若是，则进行步骤SE；

具体T₃可以是整个呼吸周期的五分之。具体的呼吸周期可以根据呼吸传感器实时监测并通过主控模块进行计算、调整，计算调整方法目前已有较多现有技术，不再赘述；

步骤SD主控模块响应于电压恢复信号，将超声波换能器A和超声波换能器B的供应电压恢复到V₀。在脉冲模式下，只在需要时提升电压，当检测不到用户呼吸时，可能用户正处于不需氧的状态，此时应该恢复到原来的电压，可尽量减小超声波换能器的寿命损耗。V₀是超声波换能器正常工作时的电压，在持续供氧模式(气流始终稳定)时，可以满足浓度检测需要。

步骤SE回到步骤2.1，持续检测呼吸传感器的压力值的状态，并判断是否生成电压提升信号。即，如果在时间t_h未达到第三时间T₃时，主控模块获得了呼吸传感器检测到负值(即用户的吸气状态)的信号，需要继续从步骤2.1开始检测。

最后，根据收集的数据计算氧气浓度的过程为，步骤3、利用温度值D和T_平均，以及温度、时间和浓度构建的拟合方程以用于实时的浓度计算。通过收集多组步骤1、2中的D和T_平均以及利用外置的氧浓度测量仪在输氧管路的喷氧口进行同样时刻的浓度采集，多组数据进行拟合，构建拟合方程，以运行程序的形式写入主控模块中，用于之后便携式制氧机内的实时计算。

拟合方程如下：

A＝a*D；

B＝b*T₀；

C＝c*D²；

D＝d*D*T；

E＝e*D³；

F＝f*D²*T₀；

M浓度＝n+A+B+C+D+E+F；

其中，a、b、c、d、e、f和n均为拟合方程的常数系数。

为了保证上述数据中的测量数值更准确，减小外界因素对上述数据的干扰，本申请还提供了一种基于压力检测的超声波氧浓度测量系统，对测量系统的结构做出了改进。在一些实施例中，如图5、7所示，氧浓度测量管1安装于电路板2上，管体通过螺栓24固定在电路板2上，其内首尾两端相对设置有两个超声波换能器A31和超声波换能器B32，如图5、6所示，氧浓度测量管1与电路板2靠近的一侧设置有一开口A11，开口A11的边缘向外延伸直至与电路板2的表面相抵，开口A11的边缘向外延伸部分与电路板2的表面之间通过密封圈21密封设置，或者开口A11的边缘向外延伸部分与电路板2的表面之间通过密封胶进行密封设置；温度传感器4贴装于电路板2上，温度传感器4位于氧浓度测量管1的开口A11延伸部分的空间内。通过密封的设置，保证了温度传感器检测氧浓度测量管内温度的准确性，尽可能的减少了外界空气的温度对温度传感器的干扰。

现有技术中将温度传感器立在氧浓度测量管的内部中央，进行温度检测，虽然因为直接插入气流的最中间，测得的温度准确，但因为设置在便携式制氧机内的氧浓度测量管体积空间较小，温度传感器相对于测量管的体积并不小，氧浓度测量管内超声波换能器A、B发射的信号会被立在中间的温度传感器阻挡或搅乱，增大了超声波信号传播过程中的衰减，得到的超声波传播时间更加不准确。

改进为将温度传感器贴装在PCB电路板上，最大程度减小了温度传感器对超声波信号传播过程中的干扰、衰减，进一步提升了超声波信号检测的准确性。

在结构上，氧浓度测量管1上开设有开口B12，开口B12与一扩散管5的首端相连通，扩散管5的尾端与输氧管路相连通，具体为扩散管5的尾端开设有进气口52和出气口53，氧气从储气罐或者制氧单元过来从进气口52进入扩散管5，再从出气口53喷向用户，扩散管5用于将在输氧管路上的氧气连通到氧浓度测量管1中，进入扩散管5内的氧气通过扩散通道51与氧浓度测量管1内部的气体发生扩散，输氧管路用于连通制氧单元与用户，制氧单元用于制造氧气。

扩散管5相对于氧浓度测量管1的位置设置以及其内部结构设置对气流的流体状态起到很重要的作用。为了使得进入氧浓度测量管1中的气流尽可能稳定，扩散管5内部开设有扩散通道51用于连通扩散管5的首尾两端；

如图8所示，在一些实施例中，扩散通道51为1条或多条曲折状通道，以增加气体直接冲入氧浓度测量管1的阻力，使之尽可能通过扩散的作用改变氧浓度测量管1内的氧气浓度；

或者在另一些实施例中，扩散通道51内设置有若干层镂空挡板，每层镂空挡板的镂空孔相互错开；或者在另一些实施例中，扩散通道51为若干条直通道(图中未示出)。

结合气流稳定的检测生成流量稳定信号，双重稳定保证，使得氧浓度测量管1内用超声波信号进行检测时，气流流体状态不是杂乱无章的，对超声波的信号衰减最小，得到的结果更加准确。

在一些实施例中，上述的温度传感器4采用SOP封装结构，相比于现有技术中温度传感器插在氧浓度测量管中间的方式，减小了对管内超声波信号的冲撞，减小了超声波信号在传播过程中的衰减，有利于超声波信号的顺利传播和获取的传播时间的准确性；。

如图9所示，为了更进一步的保证检测结果的准确性，在一些实施例中，温度传感器4的周边的电路板2上设置有裸露的铜片22，铜片22位于开口A11的边缘向外延伸部分围成的范围内，铜片22的数量大于或者等于1个。利用铜片的良好的导热性质，增加了温度传感器对周围环境温度感知的准确性。同时铜片设置在电路板上、氧浓度测量管内，尽可能感受到的是测量管内的温度。具体的，铜片可以围绕温度传感器周围设置，可以在氧浓度测量管与电路板密封处以内，温度传感器之外，尽可能多的地方设置上铜片。

如图10所示，因为电路板上设置有其他的元器件，工作中都有可能产热，为了减少这些热量对温度传感器采集信息的干扰，在一些实施例中，还在温度传感器4的周边的电路板2上开设有若干镂空23，镂空23位于开口A11的边缘向外延伸部分的外围周边，镂空23尽可能的将电路板上其他元器件产生的热量与温度传感器所在的区域隔离开，增加对氧浓度测量管内温度检测的准确性。

通常，电路板为双面或者多层设置，为了减小温度传感器所在位置的电路板吸纳周围空气中温度的能力，在一些实施例中，在温度传感器的所在电路板的另一面上，也就是在电路板上的氧浓度测量管1与电路板2密封相接区域的背面镜像对应的区域上不设置铜片。可以是在镂空围成的区域内，氧浓度测量管密封区域内，以电路板为对称面，镜像对应的电路板的另一面处的区域内，不设置铜片(图中未示出)，尽可能减少该背面受到空气温度的影响的敏感性，尽可能减小该背面受周围环境影响后对温度传感器测量氧浓度测量管温度的干扰，增加了温度检测的准确性。

下面是上述方法在具体场景中的应用，以验证方法的有效性。

在海拔200米的平原地区，利用如图7所示的结构和如图4所示的方法，运行使用该结构和方法的便携式制氧机，在不同档位下，也就是不同流量下，调取检测氧气浓度的数值，同时在制氧机给用户供氧的出氧口用外置的氧浓度测量仪对本改进方法的有效性进行验证。

给出在不同流量下，同时在不同温度下做测试，结果如表1所示。

表1：制氧机氧浓度测量结果验证表

如表1可知，在不同流量下，制氧机得到的氧气浓度和外置的氧气浓度测量仪的数值误差控制在能被接受的0.5％以内，显然，本方法检测结果精确。可见经过结构和算法上统一改进氧浓度测量管测量浓度的方法之后，效果可观。

综上，本申请提供的方法用在便携式制氧机中，首先确定氧气流量的稳定性，并在流量稳定时取氧浓度测量管内的与浓度计算相关的数据，如温度和超声波信号传播的时间，同时在方法改进的基础上对系统结构做了改进，将温度传感器的位置设置在贴于电路板上，减少了对传播过程中超声波信号的衰减，提升了传播时间的准确性，同时将氧浓度测量管和温度传感器所在位置的电路板进行密封，保证了温度测量不受外界环境的干扰，同时在温度传感器周围的电路板上设置镂空，减少电路板上其他元器件工作时产生热量对温度传感器造成的干扰，在温度传感器所在一侧的电路板的表面设置裸露铜片，加强了对氧浓度测量管内温度的感知能力，提升了温度检测的准确性，同时在温度传感器所在电路板的背面(镂空围成的区域内)，不设置铜片，保证温度传感器尽可能小的受背面元器件产热的影响，进一步保证了氧浓度测量管内温度检测的准确性。

准确的温度和超声波传播时间数据，计算得到准确的氧浓度。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质，或任何上述介质的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。