傳感器在呼吸機中的應用

不期而至，殃及全球的新冠肺炎讓人類在領略病毒之肆虐與猖狂的同時，也見證了科學與技術在醫護人員為拯救病患的生命而與惡魔一爭高下的搏斗中所起到的重要作用。通過各類新聞媒體的狂轟亂炸，呼吸機應該是人們已經耳熟能詳、明星般的醫療設備之一了。呼吸困難是新冠病毒感染后危重病人的典型癥狀，使用呼吸機可以給病人施以適當的壓力和濕氣量，以利于改善患者的通氣功能，從而起到遏制呼吸衰竭的作用。此外具有持續正壓通氣（Continuous Positive Airway Pressure CPAP）功能的呼吸機裝置，可強迫空氣進入肺部，在整個呼吸周期內人為地施加一定程度的氣道內正壓。如果病人出現呼吸暫停，CPAP呼吸機可根據預設的頻率進行必要的機械通氣。為了保持患者持續的呼吸功能，呼吸機必須實時、持續、精確地控制氣流的壓力和濕度，也就是說實時、精確地監測和控制氣流、壓力、溫度和濕度等指標并且同時支持和保障穩定的電機控制系統運行，是呼吸機必不可少的重要功能。 而這些重要功能的實現則是大大地得益于作為當代信息產業的三大支柱之一的傳感器。本文將就包括氣體質量流量、壓力、溫度、濕度和磁等傳感器在呼吸機中的應用做一個簡單的介紹。

空氣流量傳感器

空氣流量傳感器的作用在于精確地測量進入呼吸機系統的氧氣的流量，使得呼吸機能夠通過進氣泵控制，調節通氣量的大小與速度，讓患者的呼吸和進氣頻率保持一致，以提供肺部足夠的氧濃度、確保充足的氧氣供應。

壓力傳感器
在呼吸機運行過程中，精確地檢測病患呼吸的壓力變化和振動（如打鼾）至關重要。同時，通過差壓傳感器呼吸機可以對病人呼氣期間的二氧化碳水平進行精確的測量和計算，更好地獲知患者二氧化碳輸出量，進而精確地調節輸入壓力的大小。具體的過程為，壓力傳感器將氣道的壓力轉化為差動電信號，檢測電路將此信號的測量值送至MCU并由其做出吸氣和呼氣的準確判斷后，MCU發出指令控制進氣泵，增大或者減小管道壓力，以確保患者呼吸自然順暢。

溫度、濕度傳感器
溫度和濕度傳感器的作用在于測量和調節通氣管中空氣的溫濕度，為病患提供舒適的暖濕氣流，避免患者因吸入干燥或過高過低溫度的空氣而導致嗓子疼，影響呼吸與睡眠質量。當氣流中需要加濕氣時，濕度傳感器給出相應的反饋信息，控制器根據數據信息進行濕度的精準調節，確保氣流的濕度范圍。同理，在氣流通路中，直接安裝分立式的熱敏電阻，以檢測氣流溫度。

磁傳感器
為使呼吸機電機順暢運轉，呼吸機還會通過風機系統來冷卻電機組件。采用磁傳感器感知呼吸機中電機運行參數，來支持穩定的電機控制，保持電機平穩運轉，以減少由風機系統產生的噪音和振動。