基于最小二乘法的加湿器水位监测方法技术

一种基于最小二乘法的加湿器水位监测方法，其特征在于：工作中对整个加热到干烧的全过程实行分段监测，第一阶段为温度上升阶段，监测加热盘底板的升温采样值，通过最小二乘法对各个升温采样值与对应的采集时间进行数据拟合，计算升温斜率K1，并与干烧斜率K0比对来判断是否有。第二阶段为温度稳定阶段，检测加热盘底板的热量采样值，通过最小二乘法对各个热量采样值与对应的采集时间进行数据拟合，计算热量斜率K2，通过判断是否为零来区分是否有水。当有水时接着估算储水罐中剩余水量以及使用时间，并显示结果。本方案不仅能够准确判断储水罐中是否有水，而且能够估算剩余水量以及使用时间。给使用带来了便利，也体现了加湿器智能化水平。智能化水平。智能化水平。

【技术实现步骤摘要】
基于最小二乘法的加湿器水位监测方法


[0001]本专利技术涉及加湿器监测领域，特别涉及一种基于最小二乘法的加湿器水位监测方法。该监测方法不仅能够判断出加湿器中是否有水，而且能够预估加湿器中的剩余水量以及使用时间，给加湿器的使用带来极大便利。

技术介绍

[0002]在现代临床医学中，呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于各种原因所致的呼吸衰竭、大手术期间的麻醉呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏中，在现代医学领域内占有十分重要的位置。呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备。
[0003]呼吸机在使用中向患者提供正压通气治疗时，气体的湿度很大程度决定了患者的舒适度，若长时间直接吸入未经加温加湿的空气，导致支气管分泌物黏稠，不易吸出或咳出，形成痰痂，甚至阻塞气管套管，加重呼吸道堵塞，造成肺部感染，或者湿度不够也将会容易引发上呼吸道疾病。因此，加湿器已成为呼吸机加温加湿空气的必备装置。
[0004]加湿器的水位检测是监测加湿器是否处于正常工作状态最有效的技术手段。现有加湿器水位检测方法通常分为直接检测和间接检测两大类。直接检测是指采用水位感应器或者重力感应器来直接检测加湿器储水罐内水量的方式，间接检测是指利用与加湿器相关的其他传感器（比如加湿器底板的温度控制传感器）来间接检测加湿器储水罐内水量的方式。采用直接检测和间接检测各有利弊，其中，间接检测因无需使用直接检测水位的传感器为特色，在实践中已渐渐开始大量应用。
[0005]中国专利CN109999307A公开了一件申请号为201910181613 .2，名称为《一种加湿器干烧状态的检测方法及装置》的专利技术专利申请案。该申请案作为间接检测加湿器水位的代表，采用定时间隔采样加湿器底板温度的方式，通过直接计算相邻温度采样点的斜率，并将该斜率与干烧斜率进行对比的方法来判断加湿器是否处于干烧状态。该方法尽管不需要额外的直接检测水位的传感器来检测加湿器储水罐内水位，但存在的局限是：第一，判断加湿器是否处于干烧状态的准确性不高；第二，只能判断加湿器是否处于干烧状态，对加湿器内的剩余水量以及使用时间不能进行预估。
[0006]有鉴于此，如何设计一种既不需要额外的直接检测水位的传感器，又能检测加湿器中是否有水，并能预估加湿器中的剩余水量以及使用时间的方法是本专利技术研究的课题。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种基于最小二乘法的加湿器水位监测方法，其第一目的是要解决现有间接检测加湿器水位方法无法预估加湿器中的剩余水量以及使用时间的问题，第二目的是要解决现有间接检测加湿器水位方法中准确性不高的问题。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于最小二乘法的加湿器水位监测方法，其创新在于：在加湿器水位监测中，先检测和判断加湿器的储水罐是否有水，如
果储水罐无水，接着执行对应的无水干烧操作；如果储水罐有水，接着执行对应的有水操作；所述执行对应的有水操作包括估算加湿器储水罐中的剩余水量，所述剩余水量的计算公式为：
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式（1）式（1）中：为水的质量，单位为kg（kg表示千克）；U为加热盘底板的电压，单位为V（V表示伏特）； t1为检测时间，单位为s（s表示秒）；R为加热盘底板的电阻值，单位为Ω（Ω表示欧姆）；Q
损
为加热过程中的气流热量损失以及热传导损耗，单位为J（J表示焦耳）；为水的比热容，单位为J/（kg*℃）【表示焦耳/（千克*摄氏度）】；为在检测时间内的水温变化值，单位为℃（℃表示摄氏度）。
[0009]上述技术方案中的有关内容解释如下：1.上述方案中，公式中“*”表示乘号。
[0010]2.上述方案中，所述执行对应的有水操作包括估算剩余水量的使用时间，所述使用时间的计算如下：第一步计算水的蒸发速率公式为：
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式（2）式（2）中：u为水单位时间内从单位面积上蒸发的液体体积，即水的蒸发速率，单位为m/s（m/s表示米/秒）；p为理想气体压强，单位为Pa（Pa表示帕斯卡）；为水的分子密度,单位为（表示千克/立方米）；为水的摩尔质量，单位为kg/mol（表示千克/摩尔）；π为圆周率；R为普适气体常量，单位为J/(mol*K)【表示焦耳/（摩尔
×
开氏温度）】；T为热力学温度，单位为K（K表示开氏温度）。
[0011]第二步根据水的蒸发速率计算剩余水量的使用时间。所述计算剩余水量的使用时间公式为：T=m/(u*S)
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式（3）式（3）中：T为剩余水量的使用时间，单位s（s表示秒）；m为水的质量，单位为kg（kg表示千克）；u为水蒸发速率，单位为m/s（m/s表示米/秒）；S为水与气体接触面积，单位为（表示平方米）。
[0012]3.上述方案中，估算加湿器储水罐中的剩余水量后，控制显示模块显示剩余水量。估算剩余水量的使用时间后，控制显示模块显示使用时间。
[0013]4.上述方案中，在检测和判断加湿器的储水罐是否有水过程中，针对加湿器中储水罐的水量，对整个加热到干烧的全过程实行分段监测，其中，第一阶段为温度上升阶段，第二阶段为温度稳定阶段；所述温度上升阶段是指加湿器启动后，加热盘底板从室温上升到加湿器档位对应的设定温度的升温阶段；所述温度稳定阶段是指加热盘底板经过温度上升阶段后停留在加湿器档位对应
的设定温度的保温阶段；在温度上升阶段中，将加热盘底板温度对应的检测数据作为升温采样值，并且定义一个按检测时间排序并由N1个升温采样值组成的升温数据组，N1为大于或等于2的正整数；当加湿器启动后定时采集升温采样值并形成升温数据组，然后通过最小二乘法对升温数据组中的各个升温采样值与对应的采集时间进行数据拟合，计算升温斜率K1，接着将计算的升温斜率K1与储水罐无水状态下的干烧斜率K0进行对比，当升温斜率K1大于干烧斜率K0时判断为储水罐无水，执行对应的无水干烧操作；当升温斜率K1小于干烧斜率K0时判断为储水罐有水，执行对应的有水操作；所述升温斜率K1的计算公式为：
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式（4）式（4）中：K1为升温斜率，x为采样时间，单位为s （s表示秒）；y为升温采样值，单位为V（V表示伏特）或A（A表示安培）； 为x的平均值，为y的平均值，n为升温数据组个数N1（N1为大于或等于2的正整数）。
[0014]所述无水斜率K0的计算公式为：
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式（5）式（5）中：K0为干烧斜率，U为加热盘底板的电压，单位为V（V表示伏特）；h为加热盘底板的干烧采样值，单位为V（V表示伏特）或A（A表示安培）；a、b、c、d、
……
、g分别为电压与加热盘底板阻值R的转换公式系数；m为次方，m大于或等于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最小二乘法的加湿器水位监测方法，其特征在于：在加湿器水位监测中，先检测和判断加湿器的储水罐是否有水，如果储水罐无水，接着执行对应的无水干烧操作；如果储水罐有水，接着执行对应的有水操作；所述执行对应的有水操作包括估算加湿器储水罐中的剩余水量，所述剩余水量的计算公式为：
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式（1）式（1）中：为水的质量，单位为kg；U为加热盘底板的电压，单位为V； t1为检测时间，单位为s；R为加热盘底板的电阻值，单位为Ω；Q
损
为加热过程中的气流热量损失以及热传导损耗，单位为J；为水的比热容，单位为J/（kg*℃）；为在检测时间内的水温变化值，单位为℃。2.根据权利要求1所述的加湿器水位监测方法，其特征在于：所述执行对应的有水操作包括估算剩余水量的使用时间，所述使用时间的计算如下：第一步计算水的蒸发速率公式为：
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式（2）式（2）中：u为水单位时间内从单位面积上蒸发的液体体积，即水的蒸发速率，单位为m/s；p为理想气体压强，单位为Pa；为水的分子密度,单位为；为水的摩尔质量，单位为kg/mol；π为圆周率；R为普适气体常量，单位为J/(mol*K)；T为热力学温度，单位为K；第二步根据水的蒸发速率计算剩余水量的使用时间。3.根据权利要求2所述的加湿器水位监测方法，其特征在于：所述计算剩余水量的使用时间公式为：T=m/(u*S)
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式（3）式（3）中：T为剩余水量的使用时间，单位s；m为水的质量，单位为kg；u为水蒸发速率，单位为m/s；S为水与气体接触面积，单位为。4.根据权利要求1所述的加湿器水位监测方法，其特征在于：估算加湿器储水罐中的剩余水量后，控制显示模块显示剩余水量。5.根据权利要求2所述的加湿器水位监测方法，其特征在于：估算剩余水量的使用时间后，控制显示模块显示使用时间。6.根据权利要求1所述的加湿器水位监测方法，其特征在于：在检测和判断加湿器的储水罐是否有水过程中，针对加湿器中储水罐的水量，对整个加热到干烧的全过程实行分段监测，其中，第一阶段为温度上升阶段，第二阶段为温度稳定阶段；所述温度上升阶段是指加湿器启动后，加热盘底板从室温上升到加湿器档位对应的设定温度的升温阶段；所述温度稳定阶段是指加热盘底板经过温度上升阶段后停留在加湿器档位对应的设定温度的保温阶段；在温度上升阶段中，将加热盘底板温度对应的检测数据作为升温采样值，并且定义一
个按检测时间排序并由N1个升温采样值组成的升温数据组，N1为大于或等于2的正整数；当加湿器启动后定时采集升温采样值并形成升温数据组，然后通过最小二乘法对升温数据组中的各个升温采样值与对应的采集时间进行数据拟合，计算升温斜率K1，接着将计算的升温斜率K1与储水罐无水状态下的干烧斜率K0进行对比，当升温斜率K1大于干烧斜率K0时判断为储水罐无水，执行对应的无水干烧操作；当升温斜率K1小于干烧斜率K0时判断为储水罐有水，执行对应的有水操作；所述升温斜率K1的计算公式为：
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式（4）式（4）中：K1为升温斜率，x为采样时间，单位为s ；y为升温采样值，单位为V或A； 为x的平均值，为y的平均值，n为升温数据组个数N1；所述无水斜率K0的计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：武栋，吴群，张佳，赵宁，胡海霞，朱婷婷，赵帅，
申请(专利权)人：江苏鱼跃信息系统有限公司苏州鱼跃医疗科技有限公司南京鱼跃软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：