發(fā)布時(shí)間：2017-12-14 10:03

  本文關(guān)鍵詞：藥粉氣溶膠粒子濃度環(huán)狀靜電感應(yīng)傳感器及其應(yīng)用研究

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【摘要】：在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域,藥粉霧化器是一種應(yīng)用于呼吸道疾病治療中的醫(yī)學(xué)設(shè)備,能夠產(chǎn)生均勻的藥粉霧(氣溶膠)并直接經(jīng)過患者自主呼吸作用到達(dá)病患處。目前壓縮式霧化器結(jié)構(gòu)簡單、藥粉一次性添加、空氣流量不可調(diào)導(dǎo)致藥粉濃度不可調(diào),且現(xiàn)有裝置在霧化治療過程中對藥粉濃度沒有在線檢測功能,不能有效地根據(jù)要求改變藥粉劑量、調(diào)節(jié)藥粉的濃度,使治療效果不理想、乃至使患者有不適感。因此研究藥粉氣溶膠粒子濃度檢測傳感器及在藥粉霧化器中應(yīng)用具有重要理論意義及實(shí)用價(jià)值。本文結(jié)合目前電荷法測量氣體顆粒濃度具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn),基于非接觸式靜電傳感器檢測氣體顆粒濃度具有的不干擾流場、僅對流動(dòng)粒子產(chǎn)生響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),以及存在檢測信號(hào)微弱、易受干擾的問題,研制一種適用于醫(yī)療藥粉氣溶膠固相濃度參數(shù)檢測的環(huán)狀靜電感應(yīng)傳感器,應(yīng)用于霧化器中實(shí)時(shí)檢測藥粉濃度,基于檢測結(jié)果實(shí)時(shí)改變藥粉供給量和空氣流量,提高霧化吸入臨床治療的可靠性及療效,應(yīng)用前景較大。主要研究工作及結(jié)果包括:首先,本文研究了基于靜電感應(yīng)方法的氣-固兩相流參數(shù)檢測的方法,選擇環(huán)狀電極作為靜電感應(yīng)傳感器的結(jié)構(gòu)形式,并對環(huán)狀靜電感應(yīng)傳感器均勻彌散流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了計(jì)算分析,在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,以藥粉氣溶膠粒子濃度為研究對象,分析了傳感器動(dòng)態(tài)檢測影響因素。其次,根據(jù)靜電感應(yīng)傳感器檢測原理設(shè)計(jì)了傳感器結(jié)構(gòu),在仿真分析軟件COMSOL MULTIPHYSICS中構(gòu)造了靜電感應(yīng)傳感器有限元仿真三維模型,分別對不同PVC絕緣管半徑、感應(yīng)電極長度和厚度以及屏蔽筒半徑和長度進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果說明電極軸向長度越大、徑向厚度越大、輸送管道半徑越小、屏蔽筒半徑和長度越大,傳感器靈敏度越高,在仿真分析的基礎(chǔ)上對靜電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選,電極軸向長度與徑向厚度分別取5mm與3mm,PVC絕緣管半徑取10mm為佳,管壁為0.5mm。然后,設(shè)計(jì)了環(huán)狀靜電感應(yīng)傳感器的信號(hào)處理電路,使其具有較好的抗干擾能力;設(shè)計(jì)了藥粉氣溶膠粒子濃度檢測試驗(yàn)裝置,以LABVIEW為主控軟件,通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)了對環(huán)狀靜電感應(yīng)傳感器檢測信號(hào)的采集、計(jì)算與記錄;通過傳感器輸出性能試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析,建立基于氣溶膠流量,以及傳感器檢測信號(hào)有效值、偏度、峰度的多元線性回歸方程,在氣溶膠流量5 L/min~17 L/min時(shí),靜電感應(yīng)傳感器對藥粉氣溶膠粒子濃度檢測的相對誤差在-4.4%~4.8%范圍內(nèi),達(dá)到±10%的檢測要求。最后,在霧化器中進(jìn)行環(huán)狀靜電感應(yīng)傳感器應(yīng)用試驗(yàn)研究。分別對最佳霧化時(shí)間、流量調(diào)節(jié)性能、以及濃度調(diào)節(jié)性能進(jìn)行了試驗(yàn)分析,結(jié)果得到:最佳霧化效果的時(shí)間在霧化開始后6s左右;流量調(diào)節(jié)到相對誤差小于5%時(shí)需要時(shí)間在5~10s內(nèi);檢測濃度與標(biāo)準(zhǔn)調(diào)配濃度之間的誤差在±5.8%之間,滿足設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH788;TP212

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本文編號(hào)：1287471