一种手持式呼出气采集多参数分类采集机构
技术领域
本发明涉及呼出气体检测技术领域，尤其涉及一种手持式呼出气采集多参数分类采集机构。
背景技术
从人的呼吸角度来看，人吸进的是氧气，呼出的是二氧化碳，但都不是纯气体。实际吸入的空气，根据个人情况的不同，呼出气都含有水蒸气和二氧化碳，大部分人的呼出气还包括氮气、氧气、惰性气体及其他成分。人体呼吸气体作为身体健康状况的一条反映途径，能反映出一些重要病理症状，故人体呼出气可用于进行呼出气分析在内的各种医学诊断技术。
呼出气主要由两部分构成，一部分是来自上呼吸道的未与血液发生气体交换的“死腔气”，另一部分是与血液发生了气体交换的来自肺泡深处的气体，称为“肺泡气”，约150ml。呼吸气研究的主要对象是肺泡气，死腔气会稀释肺泡气中疾病标志物的浓度，也会影响呼吸气分析的有效性。公告号为CN207779768U的《肺泡呼出气收集装置》能够将气体吹入气袋，通过多次吹气结果完成大样本的实验，其不能够有效区分“死腔气”和“肺泡气”，实际应用效果不佳，而现有技术多采用的公告号为CN 110226931 A《一种呼气分析装置及使用方法》这种“三通阀门”“第一阀门”“第二阀门”等多个阀门控制，以保证切换气路的不同状态，但是各种较大通径的电磁阀发热量较大，总体重量也很大，携带不便，不够轻量化、小型化。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种手持式呼出气采集多参数分类采集机构。本发明主要利用嵌入式旋转阀，有效减少装置的整体重量。本发明采用的技术手段如下：
一种手持式呼出气采集多参数分类采集机构，包括依次相连的气体呼入段、气体检测段、旋转阀和气体采集段，其间能够形成呼出气体通路，在气体检测段上设有用于检测呼入气的状态参数的传感器，还包括主处理器，所述主处理器用于基于呼入气的状态参数控制旋转阀转动，进而改变气体通路的通断状态，气体通路通畅时，呼入的气体被采集；气体通路阻断时，呼入的气体不被采集。
进一步地，所述传感器包括CO2传感器和/或流量传感器。
进一步地，气体检测段与传感器探头接触侧设置光窗，所述光窗为由内至外的球面/弧面，或是根据预设比例调节成的中央厚、边缘薄的凸透镜面，光窗上下侧固接有塑料加强筋，塑料加强筋为方框型或半包围的方框型或其他预设稳定结构，加强筋的其中一侧固定在呼出气采集器的稳固机构上。
进一步地，所述旋转阀包括：阀体、电机、电机支撑架和具有气体通路的主体框架，所述阀体的一端与电机连通，另一端伸入主体框架中，该端与主体框架开设的通孔相匹配，所述电机可拆卸地连接在电机支撑架上，所述电机支撑架与主体框架固定连接，所述阀体包括第一转向阀，所述第一转向阀开设有至少一个废气导出面，废气导出面与第一转向阀的通孔上任一点不相交，具体地，第一转向阀形状为被平面纵向切割后的圆柱体。
进一步地，还包括第二转向阀，所述第一转向阀靠近气体通路进气侧，第二转向阀靠近气体通路出气侧，第二转向阀对应第一转向阀的位置开设一条贯通其的通孔，所述第二转向阀的主体形状为圆柱体。
进一步地，第一转向阀伸入主体框架的一端开设有至少一个定位孔，还包括检测机构，所述主体框架开设容纳检测机构的凹槽，所述检测机构用于在外部电控装置的控制下发射光，并基于此光穿透定位孔的状态辨认第一转向阀的旋转状态。
进一步地，第一转向阀的定位孔包括气路定位孔和角度定位孔，所述气路定位孔与第一转向阀的通孔在空间上互相垂直，所述气路定位孔贯穿其切割面且与第一转向阀气路通道存在一定距离，所述角度定位孔与气路定位孔之间存在预设角度。
进一步地，第二转向阀伸入主体框架的一端开设有定位孔，第二检测机构在外部电控装置的控制下发射光，并基于此光穿透定位孔的状态辨认第二转向阀的旋转状态，第二转向阀的定位孔与第二转向阀的通孔在空间上互相垂直。
进一步地，阀体与电机相连的一侧设有槽孔，其间镶嵌有转轴，转轴的外径与阀体的槽孔内径匹配，转轴与电机相连。
进一步地，转轴与阀体材质相同或不同，阀体与主体框架材质相同或不同，相同时，均为刚性材质；不同时，阀体为柔性材质，转轴、主体框架为刚性材质。
本发明通过传感器将检测呼入气的状态参数传递至主处理器判断，从而通过电机驱动第一转向阀/第二转向阀旋转角度，控制采集的气体进入废气管道或是收集管道，与现有的电磁阀控制相比，本发明整体重量轻，足够小型化、模块化，适宜在在气体采样技术领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明主体结构示意图。
图2为本发明旋转阀具体结构示意图。
图3为本发明旋转阀的爆炸图。
图中：201、CO2传感器；202、流量/流速传感器；203、连接转角接头；204、传感器连接接头；301、光耦开关；302、第一转向阀；303、主体部；304、第一电机；305、电机支撑架；306、装配螺母。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例公开了一种手持式呼出气采集多参数分类采集机构，包括依次相连的气体呼入段、气体检测段、旋转阀和气体采集段，其间能够形成呼出气体通路，在气体检测段上设有用于检测呼入气的状态参数的传感器，还包括主处理器，所述主处理器用于基于呼入气的状态参数控制旋转阀转动，进而改变气体通路的通断状态，气体通路通畅时，呼入的气体被采集；气体通路阻断时，呼入的气体不被采集。
所述传感器包括CO2传感器201和/或流量传感器202，二者分别通过连接转角接头203和传感器连接接头204固定在气体检测机构的主体支撑部上，本实施例中，二氧化碳传感器采用非分散红外的原理，其中型号可为C500，C600，为便于传感器的监测，气体检测机构为透明材质，具体可为塑料材质，呼出的水蒸气遇到塑料层会产生哈气，故经过液化的水蒸气也变向增强了传感器的检测精度，为更进一步地增强检测的精度，气体检测机构与传感器探头接触侧设置为光窗结构，即由内至外的球面/弧面，或是根据预设比例调节成的中央厚、边缘薄的凸透镜面，透明度更高。本实施例中，气体通路的管径为4mm，其他实施例可在一定范围内调整，为了增强结构的稳定性，光窗上下侧固接有塑料加强筋，塑料加强筋为方框型或半包围的方框型或其他稳定结构，其中一侧固定在装置的主壳体或其他稳固机构上，所述稳固机构还可承载主处理器、电源等结构件。
如图2、图3所示，所述旋转阀包括：阀体、电机、电机支撑架和具有气体通路的主体框架303，所述阀体的一端与第一电机304连通，另一端伸入主体框架中，该端与主体框架开设的通孔相匹配，所述第一电机可拆卸地连接在电机支撑架305上，所述电机支撑架与主体框架通过装配螺母306固定连接，所述阀体包括第一转向阀302，其上开设一条贯通其的通孔，该通孔直径与气体通路的直径相匹配，所述第一转向阀开设有至少一个废气导出面，废气导出面与第一转向阀的通孔上任一点不相交。所述第一转向阀形状为被平面纵向切割后的圆柱体，所述平面即废气导出面，废气导出面也可为其他可实施的形状。
第一转向阀伸入主体框架的一端开设有至少一个定位孔，还包括检测机构，所述主体框架开设容纳检测机构的凹槽，所述检测机构用于在外部电控装置的控制下发射光，并基于此光穿透定位孔的状态辨认第一转向阀的旋转状态，本实施例中，检测机构选用光电耦合器301。
在可选的实施方式中，所述废气导出面为一个或是两个，若为两个，则两个切割平面关于圆柱过圆心的纵截面对称设置，即呈长圆形。若被两个平面切割，则定位孔可为一个，若被一个平面切割，则定位孔至少为两个，第二定位孔与第一定位孔在同一平面上并存在预设角度，在其他可选的实施方式中，定位孔还可以更多，定位更加准确，如第三定位孔，第三定位孔与第一定位孔空间垂直，第二定位孔与二者之间的距离不同，即第二定位孔设置于靠近切割面一侧或是靠近于非切割面的圆柱主体上。
为便于精调旋转阀体的旋转角度，本实施例驱动转向阀的电机选用齿轮减速电机，具体减速比可根据实际情况选择，例如，本实施例选择1:380，1:1000两种型号。
旋转阀体与主体部的材质相同或不同。若不同，则主体部可选用pk材质(聚酮)，作为支撑定子，旋转阀体选用塑料材质，作为转子，其与电机相连的一侧镶嵌有金属材质的转轴，转轴的外径与塑料阀体的槽孔内径匹配，本实施例中，选用铜作为转子，金属材质的转轴在保证足够刚性的同时，还能够有效防止电机的润滑油流入气体通路。若相同，则可选择包括陶瓷在内的其他可行材质。
以应用在呼出气采集装置中的本发明为例，对整体采样流程进行讲解，其中，呼出气采集装置包括气体检测机构和主处理器，旋转阀3安装在气体检测机构和气体采集机构之间，所述气体检测机构包括CO2传感器201和/或流量传感器202，受试者安装吹嘴后向装置内呼气，呼出气从呼出气入口进入，经过CO2传感器和/或流量传感器后，主处理器根据预设的标准确定呼出气为死腔气或是肺泡气，若为死腔气，则其沿着气体通路和第一转向阀的平面流出至装置外；若为肺泡气，主处理器控制第一旋转阀旋转形成通路，进行气体采集。
具体地，本实施例中，处理器可选用基于ARM内核的STM32嵌入式低功耗芯片。上述步骤中，预设标准包括如下：
a)当二氧化碳浓度高于指定阈值，旋转阀旋转，实现呼出气采集，可以设定浓度阈值为2％。
b)利用流速传感器进行时间与流速积分，即可采集流量。设定排空的气体流量体积为500mL-1000mL
c)流速与二氧化碳浓度双指标同时判定旋转阀的旋转。即流速在3L/min-4L/min范围内，二氧化碳浓度高于2％，执行旋转阀的选择。及为执行采集程序。
为了防止气体通道内残留气体对下一位受试者的干扰，呼出气采集装置还包括反吹机构，此时，主体框架开设反吹管路，第一转向阀设置在上方的纵向的气体通路与反吹气体通路之间；反吹机构包括微型气泵，微型气泵的排气口通过气管连接接头与所述反吹气体通路相连，其间还可安装用于净化空气的反吹机构过滤器。在下一位受试者呼气前，开启微型气泵，第一旋转阀的气路纵向，快速清除气体通道内的残留。
本发明具体使用步骤如下：步骤1、在使用装置前，首先通过LED屏将装置复位，即第一旋转阀的平侧向上，反吹机构的微型气泵关闭，其他电气组件处于待机状态。步骤2、在CO2传感器和/或流量传感器的检测下，检测出呼出气为死腔气或是肺泡气，若为死腔气，则其沿着气体通路和第一转向阀的平面流出至装置外；若为肺泡气，主处理器控制第一旋转阀形成通路，进行气体采集。步骤3、通过按下快速接头公头的按钮使快速接头公头与快速接头母头分离，移除气体采集袋，在下一位受试者呼气前，开启微型气泵，第一旋转阀的气路纵向，排除气体通路内的残留气。
其间，通过光电耦合器检测第一旋转阀的具体姿态，具体地，旋转阀在电机的带动下缓慢旋转，当光电耦合器检测到光通路时，证明第一旋转阀处于通孔横置位，旋转阀继续旋转，若在预设的时间内又一次检测到光通路，则证明经过了角度定位孔，由此判断出旋转阀之前处于的通孔横置位是柱面向上还是平面向上，由此确定第一旋转阀的姿态。
停止采集的方法也包括不同方案，具体地，
执行采集程序之后，旋转阀导通，此时呼出气将经旋转阀流入呼出气采样气袋中。
此时，利用流速传感器进行流量判断。根据气袋容纳体积而判定。通常选择气袋体积为2L，采样气袋充入体积为1L。
利用流量传感器，进入采集模式后，当气体体积超过1L，旋转阀旋转。此时为非采集模式。呼出气无法充入气袋。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
