專利名稱：比例電磁閥的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療系統(tǒng)的控制領(lǐng)域，具體地涉及諸如用在呼吸機(jī)中的比例電磁閥的
控制方法。
背景技術(shù)：
在氣動(dòng)電控型呼吸機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，需要對患者的吸氣流量和氣道內(nèi)壓力進(jìn)行控 制，目前優(yōu)先采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是比例電磁閥，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、控制精度較好 且控制難度較低。在使用中需要向比例電磁閥輸入電流以驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)，從而利用比例電 磁閥來控制氣路的開啟或關(guān)閉。 比例電磁閥主要依靠驅(qū)動(dòng)電路輸出電流來引起電磁閥閥芯的動(dòng)作，目前比例電磁 閥的驅(qū)動(dòng)電路通常采用由CPU控制的數(shù)_模轉(zhuǎn)換器(DAC)來輸出控制電壓，再通過壓_流 轉(zhuǎn)換電路把電壓信號轉(zhuǎn)換為成比例的電流輸出(輸出電流的范圍從幾毫安到幾安培)，通 過輸出的電流來驅(qū)動(dòng)比例電磁閥的閥芯運(yùn)動(dòng)。比例電磁閥的工作原理符合法拉利電磁感應(yīng) 定律和"左手定則"，即在有電流i流經(jīng)的線圈的垂直方向上存在磁場B時(shí)，則在線圈上產(chǎn)生 一個(gè)垂直于i和B組成平面的力F，線圈因電磁力F的作用而運(yùn)動(dòng)。F的方向由電流i和磁 場B的方向決定，一般地，在比例電磁閥中使用永磁鐵產(chǎn)生磁場，因此要改變電磁力F的方 向就需要改變電流i的方向。 現(xiàn)有技術(shù)中常用的比例電磁閥中的壓流轉(zhuǎn)換電路采用單向恒流源電路驅(qū)動(dòng)，即電 壓和電流均保持為正值。比例電磁閥的閥芯在單向電流的驅(qū)動(dòng)下只可向單一方向運(yùn)動(dòng)，而 閥芯的復(fù)位則依靠負(fù)載的反向作用力和閥芯自身重力實(shí)現(xiàn)。當(dāng)比例電磁閥應(yīng)用于高壓流 體控制的情況下，閥芯的復(fù)位一般不存在問題，但如果在低壓流體的情況下應(yīng)用，則負(fù)載大 小、閥芯質(zhì)量、摩擦系數(shù)等就會(huì)影響閥芯的復(fù)位。此外，比例電磁閥的安裝方位也對閥芯的 復(fù)位有很大的影響，例如，在某些需要將比例電磁閥倒置安裝的情況下，此時(shí)電磁閥的閥芯 不是像正放狀態(tài)那樣處于閥體的中下部，因此實(shí)現(xiàn)閥芯快速復(fù)位更加困難。雖然這種采用 單向驅(qū)動(dòng)電路的比例電磁閥在負(fù)載反向作用力較大、安裝方位固定、對于動(dòng)態(tài)響應(yīng)和遲滯 特性要求不高的應(yīng)用場合應(yīng)用很方便，但是，在與之相反的應(yīng)用條件下，要實(shí)現(xiàn)閥芯良好的 復(fù)位就需要大幅度地增加電路的復(fù)雜程度以及相應(yīng)的器件成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于比例電磁閥的控制方法，通過改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn) 比例電磁閥閥芯的雙向驅(qū)動(dòng)控制。 針對上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供了一種比例電磁閥的控制方法，其中，本控制方法 通過壓流轉(zhuǎn)換電路對比例電磁閥的閥芯進(jìn)行雙向驅(qū)動(dòng)控制，壓流轉(zhuǎn)換電路包括接收第一 控制電壓的第一運(yùn)算放大器，該第一運(yùn)算放大器的輸出端連接至比例電磁閥的第一端；以 及接收第二控制電壓的第二運(yùn)算放大器，該第二運(yùn)算放大器的輸出端連接至比例電磁閥的
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柬——順。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的比例電磁閥的控制方法，其中，壓流轉(zhuǎn)換電路還包括第一 電阻，連接在第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與反相輸入端之間；以及第二電阻，連接在第二 運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間。 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的比例電磁閥的控制方法，其中，第一運(yùn)算放大器的反相輸入 端與輸出端之間短接。 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的比例電磁閥的控制方法，其中，第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算 放大器為視頻運(yùn)算放大器或功率運(yùn)算放大器。 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的比例電磁閥的控制方法，其中，第一電阻與第二電阻的阻值 相等。 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的比例電磁閥的控制方法，其中，第一控制電壓來自連接至第 一運(yùn)算放大器的正相輸入端的第一模擬信號發(fā)出裝置，第二控制電壓來自連接至第二運(yùn)算 放大器的正相輸入端的第二模擬信號發(fā)出裝置。 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的比例電磁閥的控制方法，其中，模擬信號發(fā)出裝置為數(shù)模轉(zhuǎn) 換器、電位器以及其他可以輸出變化或固定的模擬信號的裝置。 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的比例電磁閥的控制方法，其中，第一模擬信號發(fā)出裝置和第
二模擬信號發(fā)出裝置均連接至數(shù)字信號發(fā)出裝置并接收來自該裝置的數(shù)字信號。 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的比例電磁閥的控制方法，其中，數(shù)字信號發(fā)出裝置為單片
機(jī)、微控制器或微處理器。 本發(fā)明具有以下技術(shù)效果 根據(jù)本發(fā)明的比例電磁閥的控制方法通過簡單的壓流轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)了比例電磁
閥的雙向驅(qū)動(dòng)控制，采用低成本的方案顯著地提升了比例電磁閥的工作性能，同時(shí)降低了
對比例電磁閥的加工精度、裝配工藝、安裝使用條件、以及與負(fù)載條件的耦合性的要求，使
得本比例電磁閥不僅是用于高壓流量控制，同時(shí)也是用于低壓流量控制。 應(yīng)該理解，以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是列舉和說明性質(zhì)的，目的是
為了對要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。


附圖構(gòu)成本說明書的一部分，用于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明。這些附解了本發(fā) 明的一些實(shí)施例，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。附圖中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的比例調(diào)節(jié)閥的壓流轉(zhuǎn)換電路的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的比例電磁閥的控制方法的壓流轉(zhuǎn)換電路的示例性原理 圖。通過圖1中的壓流轉(zhuǎn)換電路就可以實(shí)現(xiàn)對比例電磁閥L的閥芯進(jìn)行雙向驅(qū)動(dòng)控制，該壓 流轉(zhuǎn)換電路包括第一運(yùn)算放大器A，其接收第一控制電壓U1，該第一運(yùn)算放大器A的輸出 端1連接至比例電磁閥L的正極(第一端)；以及第二運(yùn)算放大器B，其接收第二控制電壓 U2，該第二運(yùn)算放大器B的輸出端7連接至比例電磁閥L的負(fù)極(第二端)。以往的比例電 磁閥只具有一個(gè)控制電壓(通常為正電壓)，因而只能對比例電磁閥的閥芯進(jìn)行單向控制，而通過上述內(nèi)容可知，根據(jù)本發(fā)明的控制方法的壓流轉(zhuǎn)換電路同時(shí)在比例電磁閥L的正極 和負(fù)極提供兩個(gè)不同的控制電壓U1、U2，并且由于兩個(gè)控制電壓U1、U2的大小均可調(diào)節(jié)，因 此通過這兩個(gè)控制電壓Ul、 U2就可以實(shí)現(xiàn)對閥芯的雙向驅(qū)動(dòng)，具體地控制方式將在下文中 詳細(xì)描述。 進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的壓流轉(zhuǎn)換電路還包括第一電阻R1，其連接在第一運(yùn)算放 大器A的反相輸入端2與第二運(yùn)算放大器B的反相輸入端6之間；以及第二電阻R2，其連 接在第二運(yùn)算放大器B的反相輸入端6與第二運(yùn)算放大器B的輸出端7之間。這兩個(gè)電阻 Rl、 R2作為本發(fā)明的運(yùn)算放大器的比例放大電阻，以使第二運(yùn)算放大器B輸出如下的運(yùn)算 結(jié)果U3-U4二 (Ul-U2) (R1+R2)/R1。此外，第一運(yùn)算放大器A的反相輸入端2與其輸出端 l之間短接。上述就是根據(jù)本發(fā)明的壓流轉(zhuǎn)換電路的基本構(gòu)成原理，通過該電路就可以實(shí)現(xiàn) 對比例電磁閥L的閥芯的雙向驅(qū)動(dòng)控制。 具體地，上述的第一運(yùn)算放大器A和第二運(yùn)算放大器B可以是視頻運(yùn)算放大器或 功率運(yùn)算放大器，這兩種運(yùn)算放大器的電路驅(qū)動(dòng)能力可以滿足驅(qū)動(dòng)比例電磁閥L的閥芯所
需的電流范圍。當(dāng)然，滿足上述條件的其他適合的運(yùn)算放大器也可以使用。優(yōu)選地，第一電 阻R1與第二電阻R2的阻值相等，這是為了化簡運(yùn)算，選擇R1 = R2以使(R1+R2)/R1 = 2。
在進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，第一控制電壓Ul可以來自連接至第一運(yùn)算放大器A的正相輸入端 3的第一模擬信號發(fā)出裝置(未示出)，而第二控制電壓U2可以來自連接至第二運(yùn)算放大 器B的正相輸入端5的第二模擬信號發(fā)出裝置(未示出)。具體地，上述的第一模擬信號發(fā) 出裝置和第二模擬信號發(fā)出裝置可以為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，當(dāng)然，也可以選用其他的模擬信號發(fā) 出裝置，例如電位器以及其他可以輸出變化或固定的模擬信號的裝置。數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以將 輸入其中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，以提供給比例電磁閥。第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二數(shù)模 轉(zhuǎn)換器接收的數(shù)字信號可以來自與它們連接的數(shù)字信號發(fā)出裝置(例如，型號atmegal28 的單片機(jī)、微控制器或微處理器等)。 上述為根據(jù)本發(fā)明的壓流轉(zhuǎn)換電路的基本構(gòu)成方式，下面對其工作原理進(jìn)行簡要 說明。 首先通過數(shù)字信號發(fā)出裝置向數(shù)模轉(zhuǎn)換器發(fā)出數(shù)字信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將接收到的 數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號(控制電壓)輸出至與之相連的運(yùn)算放大器，即，第一控制電壓U1 輸入第一運(yùn)算放大器A，第二控制電壓U2輸入第二運(yùn)算放大器B。通過兩個(gè)運(yùn)算放大器A、 B的處理，分別從第一運(yùn)算放大器A的輸出端1輸出第一輸出電壓U3，從第二運(yùn)算放大器B 的輸出端7輸出第二輸出電壓U4，這兩個(gè)輸出電壓U3、U4就被分別提供給比例電磁閥L的 正極和負(fù)極，即比例電磁閥L兩端的電壓^二U3-U4。根據(jù)運(yùn)算放大器的工作原理可以得 出下列等式A = U3-U4 = 2 (Ul-U2)。根據(jù)歐姆定律，當(dāng)Ul > U2時(shí)，I > 0，電流就由比例 電磁閥L的正極流入，即從電第一運(yùn)算放大器A流向第二運(yùn)算放大器B，此時(shí)閥芯就相應(yīng)地 向正向運(yùn)動(dòng)。反之，當(dāng)Ul < U2時(shí)，I < 0，電流由比例電磁閥L的負(fù)極流入，即從第二運(yùn)算 放大器B流向第一運(yùn)算放大器A，此時(shí)閥芯就向反向運(yùn)動(dòng)。從而就實(shí)現(xiàn)了閥芯的雙向驅(qū)動(dòng)控 制。 進(jìn)一步，根據(jù)歐姆定律，流過比例電磁閥L的電流I = W/X， &為比例電磁閥L的 內(nèi)阻。由此可見，只需要預(yù)先測得&就可以通過調(diào)整控制電壓U1、U2來線性地調(diào)整施加至 比例電磁閥L的閥芯上壓力大小。
以比例電磁閥應(yīng)用于呼吸機(jī)中的情況的根據(jù)本發(fā)明的控制方法進(jìn)行說明，假設(shè)比 例電磁閥正放，此時(shí)閥芯垂直定向且位于閥體的中下部，當(dāng)閥芯向上(正向)運(yùn)動(dòng)，則關(guān)閉 呼氣口，當(dāng)閥芯向下(反向)運(yùn)動(dòng)，則開啟呼氣口。在機(jī)械通氣的吸氣階段，吸氣閥需要打 開供氣，則需要輸出相應(yīng)壓力以關(guān)閉呼氣閥的呼氣口從而防止氣流泄漏，此時(shí)通過根據(jù)本 發(fā)明的壓流轉(zhuǎn)換電路向呼氣比例電磁閥提供正向電流，從而關(guān)閉呼氣口 ；在呼氣階段，吸氣 閥要關(guān)閉以停止供氣，則應(yīng)立即將呼氣閥的呼氣口開啟至最大以減小呼氣阻力，此時(shí)向呼 氣比例電磁閥提供負(fù)向電流，以使閥芯復(fù)位。應(yīng)注意的是，由于在復(fù)位階段也向閥芯提供了 驅(qū)動(dòng)力，因此可以更好地克服負(fù)載阻力，從而加速閥芯復(fù)位的過程。此外，提供反向驅(qū)動(dòng)力 還有助于克服比例電磁閥本身的零點(diǎn)壓力，從而進(jìn)一步加快閥芯的復(fù)位。
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等 同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種比例電磁閥的控制方法，其特征在于，所述控制方法通過壓流轉(zhuǎn)換電路對比例電磁閥(L)的閥芯進(jìn)行雙向驅(qū)動(dòng)控制，所述壓流轉(zhuǎn)換電路包括第一運(yùn)算放大器(A)，接收第一控制電壓(U1)，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端(1)連接至所述比例電磁閥(L)的第一端；以及第二運(yùn)算放大器(B)，接收第二控制電壓(U2)，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端(7)連接至所述比例電磁閥(L)的第二端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的比例電磁閥的控制方法，其特征在于，所述壓流轉(zhuǎn)換電路還包括第一電阻(R1)，連接在所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端(2)與第二運(yùn)算放大器的反相輸入端(6)之間；以及第二電阻(R2)，連接在所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端(6)與所述第二運(yùn)算放大器 的輸出端(7)之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的比例電磁閥的控制方法，其特征在于，所述第一運(yùn)算放大器 的反相輸入端(2)與所述第一運(yùn)算放大器的輸出端(1)之間短接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的比例電磁閥的控制方法，其特征在于，所述第一運(yùn)算放大器 和所述第二運(yùn)算放大器為視頻運(yùn)算放大器或功率運(yùn)算放大器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的比例電磁閥的控制方法，其特征在于，所述第一電阻與所述 第二電阻的阻值相等。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的比例電磁閥的控制方法，其特征在于，所述第一控制電壓來 自連接至所述第一運(yùn)算放大器的正相輸入端(3)的第一模擬信號發(fā)出裝置，所述第二控制 電壓來自連接至所述第二運(yùn)算放大器的正相輸入端(5)的第二模擬信號發(fā)出裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的比例電磁閥的控制方法，其特征在于，所述模擬信號發(fā)出裝置為數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電位器以及其他可以輸出變化或固定的模擬信號的裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的比例電磁閥的控制方法，其特征在于，所述第一模擬信號發(fā)出裝置和所述第二模擬信號發(fā)出裝置均連接至數(shù)字信號發(fā)出裝置并接收來自所述裝置的 數(shù)字信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的比例電磁閥的控制方法，其特征在于，所述數(shù)字信號發(fā)出裝 置為單片機(jī)、微控制器或微處理器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種比例電磁閥的控制方法，其中，本控制方法通過壓流轉(zhuǎn)換電路對比例電磁閥的閥芯進(jìn)行雙向驅(qū)動(dòng)控制，壓流轉(zhuǎn)換電路包括接收第一控制電壓的第一運(yùn)算放大器，該第一運(yùn)算放大器的輸出端連接至比例電磁閥的第一端；以及接收第二控制電壓的第二運(yùn)算放大器，該第二運(yùn)算放大器的輸出端連接至比例電磁閥的第二端。壓流轉(zhuǎn)換電路還包括第一電阻，連接在第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與反相輸入端之間；以及第二電阻，連接在第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間。
文檔編號A61M16/20GK101745170SQ20081023931
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者劉冬, 李敬輝 申請人:北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司