本文關鍵詞：光電式鹽粉氣溶膠濃度傳感器及標定系統(tǒng)研究　出處：《江蘇大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：霧化吸入療法采用專用的醫(yī)用霧化設備將藥粉霧化成為藥粉氣溶膠,使患者吸入鼻咽喉部、呼吸道和肺部,達到治療呼吸系統(tǒng)相關疾病的目的。然而,目前醫(yī)用霧化治療設備構造簡單,藥粉霧化不穩(wěn)定,藥粉氣溶膠濃度相關檢測方法及設備缺乏,導致送藥誤差較大,影響治療效果。因此,結合霧化吸入療法常用鹽粉的物理、化學特點以及醫(yī)用霧化器工作具體要求,提出基于光散射的光電式鹽粉氣溶膠濃度檢測方法,對鹽粉顆粒光散射進行理論分析,研制專用的鹽粉氣溶膠濃度傳感器及標定系統(tǒng),將有效改善霧化吸入療法臨床治療效果。本文的主要研究內容和結果如下:首先,綜合分析國內外氣相顆粒物檢測方法及顆粒物光散射計算方法的特點,結合課題要求,選擇超橢球法對鹽粉顆粒形狀進行描述,利用基于離散源的T矩陣法計算分析鹽粉顆粒散射強度,計算中采用微元法代替表面積分,基于matlab軟件編寫主要函數(shù),分析T矩陣截斷系數(shù)N、微元個數(shù)、顆粒幾何形狀參數(shù)n0、a、b、c對隨機取向下的鹽粉顆粒光散射強度的影響。將顆粒群視為對數(shù)正態(tài)分布,計算邊長范圍為0.4~6μm的鹽粉顆粒在不同分布參數(shù)下的散射強度,為傳感器結構設計提供理論依據(jù)。其次,結合醫(yī)用霧化器的結構特點及鹽粉氣溶膠光散射強度變化趨勢,研制一種采用前向差分散射光路的光電式鹽粉氣溶膠濃度傳感器,使用光電池分別采集參考光信號及兩路散射光信號,實現(xiàn)環(huán)境因素補償,使得散射函數(shù)曲線更加平滑。設計光電池輸出信號的電流-電壓轉換、放大及濾波處理等信號調理電路,從布局布線、絕緣性和抗干擾三方面考慮,設計制作電路板。選擇LDO穩(wěn)壓芯片TPS7A4700設計傳感器電源電路,減小了檢測誤差,實現(xiàn)了鹽粉氣溶膠濃度在線檢測,為鹽粉霧化過程控制提供依據(jù)。然后,結合光電式鹽粉氣溶膠濃度傳感器的工作原理及結構特點,針對氣流流速、顆粒互相吸附及低流速情況下鹽粉顆粒的沉降對傳感器標定造成的影響,設計光電式鹽粉氣溶膠濃度傳感器專用標定系統(tǒng),主要由標定裝置和基于Lab VIEW平臺的測控系統(tǒng)組成,實現(xiàn)鹽粉的快速霧化與均勻混合,低流速鹽粉氣溶膠環(huán)境的模擬,裝置內氣流流量、壓強等參數(shù)的設置、采集、顯示和控制。最后,進行了標定系統(tǒng)性能試驗、傳感器對鹽粉氣溶膠濃度檢測標定試驗、流量影響試驗及性能檢測試驗。結果表明:(1)標定系統(tǒng)清洗模式下鹽粉霧化均勻腔體及標定單元內濕度下降明顯,達到了清洗裝置、降低濕度的目的;標定系統(tǒng)標定模式下,鹽粉霧化均勻腔體內軸流風機轉速變化范圍為1000~13000r/min,控制精度±100r/min左右,標定單元內流量調節(jié)范圍為3~50L/min,控制精度±2L/min左右,滿足傳感器標定試驗對鹽粉霧化及鹽粉氣溶膠快速均勻混合過程的控制要求;(2)傳感器標定所得非線性系數(shù)為399.63,檢測結果不受流量影響,性能檢測試驗中傳感器對鹽粉氣溶膠濃度測量不確定度為5.9%,滿足鹽粉氣溶膠濃度檢測要求。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

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