传感器在呼吸机中的应用

不期而至，殃及全球的新冠肺炎让人类在领略病毒之肆虐与猖狂的同时，也见证了科学与技术在医护人员为拯救病患的生命而与恶魔一争高下的搏斗中所起到的重要作用。通过各类新闻媒体的狂轰乱炸，呼吸机应该是人们已经耳熟能详、明星般的医疗设备之一了。呼吸困难是新冠病毒感染后危重病人的典型症状，使用呼吸机可以给病人施以适当的压力和湿气量，以利于改善患者的通气功能，从而起到遏制呼吸衰竭的作用。此外具有持续正压通气（Continuous Positive Airway Pressure CPAP）功能的呼吸机装置，可强迫空气进入肺部，在整个呼吸周期内人为地施加一定程度的气道内正压。如果病人出现呼吸暂停，CPAP呼吸机可根据预设的频率进行必要的机械通气。为了保持患者持续的呼吸功能，呼吸机必须实时、持续、精确地控制气流的压力和湿度，也就是说实时、精确地监测和控制气流、压力、温度和湿度等指标并且同时支持和保障稳定的电机控制系统运行，是呼吸机必不可少的重要功能。 而这些重要功能的实现则是大大地得益于作为当代信息产业的三大支柱之一的传感器。本文将就包括气体质量流量、压力、温度、湿度和磁等传感器在呼吸机中的应用做一个简单的介绍。

空气流量传感器

空气流量传感器的作用在于精确地测量进入呼吸机系统的氧气的流量，使得呼吸机能够通过进气泵控制，调节通气量的大小与速度，让患者的呼吸和进气频率保持一致，以提供肺部足够的氧浓度、确保充足的氧气供应。

压力传感器
在呼吸机运行过程中，精确地检测病患呼吸的压力变化和振动（如打鼾）至关重要。同时，通过差压传感器呼吸机可以对病人呼气期间的二氧化碳水平进行精确的测量和计算，更好地获知患者二氧化碳输出量，进而精确地调节输入压力的大小。具体的过程为，压力传感器将气道的压力转化为差动电信号，检测电路将此信号的测量值送至MCU并由其做出吸气和呼气的准确判断后，MCU发出指令控制进气泵，增大或者减小管道压力，以确保患者呼吸自然顺畅。

温度、湿度传感器
温度和湿度传感器的作用在于测量和调节通气管中空气的温湿度，为病患提供舒适的暖湿气流，避免患者因吸入干燥或过高过低温度的空气而导致嗓子疼，影响呼吸与睡眠质量。当气流中需要加湿气时，湿度传感器给出相应的反馈信息，控制器根据数据信息进行湿度的精准调节，确保气流的湿度范围。同理，在气流通路中，直接安装分立式的热敏电阻，以检测气流温度。

磁传感器
为使呼吸机电机顺畅运转，呼吸机还会通过风机系统来冷却电机组件。采用磁传感器感知呼吸机中电机运行参数，来支持稳定的电机控制，保持电机平稳运转，以减少由风机系统产生的噪音和振动。