药粉气溶胶粒子浓度环状静电感应传感器及其应用研究

发布时间：2017-12-14 10:03

  本文关键词：药粉气溶胶粒子浓度环状静电感应传感器及其应用研究

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【摘要】：在现代医疗领域,药粉雾化器是一种应用于呼吸道疾病治疗中的医学设备,能够产生均匀的药粉雾(气溶胶)并直接经过患者自主呼吸作用到达病患处。目前压缩式雾化器结构简单、药粉一次性添加、空气流量不可调导致药粉浓度不可调,且现有装置在雾化治疗过程中对药粉浓度没有在线检测功能,不能有效地根据要求改变药粉剂量、调节药粉的浓度,使治疗效果不理想、乃至使患者有不适感。因此研究药粉气溶胶粒子浓度检测传感器及在药粉雾化器中应用具有重要理论意义及实用价值。本文结合目前电荷法测量气体颗粒浓度具有灵敏度高、结构简单等特点,基于非接触式静电传感器检测气体颗粒浓度具有的不干扰流场、仅对流动粒子产生响应等优点,以及存在检测信号微弱、易受干扰的问题,研制一种适用于医疗药粉气溶胶固相浓度参数检测的环状静电感应传感器,应用于雾化器中实时检测药粉浓度,基于检测结果实时改变药粉供给量和空气流量,提高雾化吸入临床治疗的可靠性及疗效,应用前景较大。主要研究工作及结果包括:首先,本文研究了基于静电感应方法的气-固两相流参数检测的方法,选择环状电极作为静电感应传感器的结构形式,并对环状静电感应传感器均匀弥散流数学模型进行了计算分析,在建立数学模型的基础上,以药粉气溶胶粒子浓度为研究对象,分析了传感器动态检测影响因素。其次,根据静电感应传感器检测原理设计了传感器结构,在仿真分析软件COMSOL MULTIPHYSICS中构造了静电感应传感器有限元仿真三维模型,分别对不同PVC绝缘管半径、感应电极长度和厚度以及屏蔽筒半径和长度进行仿真分析。仿真结果说明电极轴向长度越大、径向厚度越大、输送管道半径越小、屏蔽筒半径和长度越大,传感器灵敏度越高,在仿真分析的基础上对静电感应传感器结构参数进行了优选,电极轴向长度与径向厚度分别取5mm与3mm,PVC绝缘管半径取10mm为佳,管壁为0.5mm。然后,设计了环状静电感应传感器的信号处理电路,使其具有较好的抗干扰能力;设计了药粉气溶胶粒子浓度检测试验装置,以LABVIEW为主控软件,通过数据采集卡实现了对环状静电感应传感器检测信号的采集、计算与记录;通过传感器输出性能试验及数据分析,建立基于气溶胶流量,以及传感器检测信号有效值、偏度、峰度的多元线性回归方程,在气溶胶流量5 L/min~17 L/min时,静电感应传感器对药粉气溶胶粒子浓度检测的相对误差在-4.4%~4.8%范围内,达到±10%的检测要求。最后,在雾化器中进行环状静电感应传感器应用试验研究。分别对最佳雾化时间、流量调节性能、以及浓度调节性能进行了试验分析,结果得到:最佳雾化效果的时间在雾化开始后6s左右;流量调节到相对误差小于5%时需要时间在5~10s内;检测浓度与标准调配浓度之间的误差在±5.8%之间,满足设计要求。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH788;TP212

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本文编号：1287471