[发明专利]一种提高气体分析仪测量精度的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体分析仪测量精度的方法和装置，尤其涉及的是一种提高医用气体分析仪测量精度的方法和装置。

背景技术

现有技术的医用气体分析仪是专用于病人呼吸监控的一种装置，尤其在病人病重或手术前后，例如在ICU重症监护室中，医用气体分析仪通过监测病人呼吸中的气体成份和浓度的变化，可以对病人的生命体征做出监控。

现有医用气体分析仪中，呼吸气体的分析测量信号的频谱范围为0～4Hz，在其它噪声被抑制的情况下，与信号同频带的噪声会成为分析仪的主要噪声，这部分噪声限制了气体分析仪精度的提高，而且采用硬件电路滤波方法很难消除。

目前在医疗设备领域的气体浓度分析仪测量原理，一般都是基于非色散红外光谱分析技术(NDIR，Non-Dispersive Infrared)，即根据被测气体对某一波段红外光的吸收特性，选择特定波段红外光通过气体样本，利用红外光的衰减量与被测气体样本浓度之间的关系近似符合Beer-Lambert定律的原理可以监测其成份状态。气体浓度分析仪一般采用热探测器检测信号，探测器会受环境温度变化、自身热噪声等影响，且红外光源本身的波动也会引入噪声，各种噪声叠加在测量信号上后，就会影响到测量精度。

对于吸收系数较低、测量信号较弱的气体，如N2O和氟烷等，因其信号弱，噪声对其测量精度就有极大的影响。现有技术改善测量精度的方法是选择低噪声的探测器，提高红外光源输出的稳定性，采用硬件滤波方法等，请见专利US4914720、US6326620公开的技术内容。

但上述这些现有技术的方法都只能抑制部分噪声，对频谱与信号频谱同频带的噪声不能有很好的抑制作用，而且过于追求采用低噪声的放大电路、探测器、低波动的红外光源，会大大增加电路的复杂度和硬件成本。

对于某些对红外光吸收特性较弱的气体，如N2O、氟烷等，仅仅通过硬件方法降低噪声并不能达到测量精度要求，必须采用软件滤波。而传统的软件滤波方法对频谱与信号频谱同频带的噪声也无良好的抑制作用，如平均滤波法、FIR(有限冲击响应滤波)等方法。现有技术较复杂的滤波方法，如Donoho-Johnstone提出的小波阈值滤波法，但因其复杂性及运算量大，根本无法直接应用于单片机系统中，也无法保证仪器的实时性(运算时间太长)。而医疗设备领域的气体浓度监测仪从成本及应用角度考虑，通常采用的是单片机系统，因此限制了该方法的实际应用。现有技术中的小波分解理论和实践都较为成熟，可参见《数字信号处理-时域离散随机信号处理》(出版社：西安电子科技大学，作者：丁玉美等，2002年12月第1版)第240-241页，但因其运算量大，现有的小波分解尚没有被应用于单片机系统的气体分析仪中。

因此，现有技术存在缺陷，而有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高气体分析仪测量精度的方法和装置，针对上述现有技术的问题，通过对算法的优化，能够采用单片机实现，以易于实现，降低电路的复杂性，降低测量装置的成本。

本发明的技术方案包括：

一种提高气体分析仪测量精度的装置，其包括一滤光片轮，其上设置有多个红外滤光片；以及一电机，用于驱动所述滤光片轮依预定频率旋转；一红外稳态光源，通过所述红外滤光片，用于照射一检测气室，并在所述检测气室后设置一红外传感器，用于接收所述红外稳态光源的光线；其中，还包括

一单片机系统，用于控制所述电机的驱动，以及对所述红外传感器接收到的信号进行小波收缩阈值滤波处理，以得到被测量气体成份的浓度。

所述的装置，其中，所述红外滤光片设置为4个，其三个为测量滤光片，一个为参考滤光片；所述三个测量滤光片用于测量CO2气体、N2O气体、麻醉气体。

所述的装置，其中，所述单片机系统还控制连接有一三通阀控制电路，连接控制一电磁三通阀，用于控制进入所述检测气室的气体种类。

所述的装置，其中，所述红外传感器与所述单片机系统之间还设置有一信号放大电路。

所述的装置，其中，在所述检测气室的出气通道上还设置有一气泵，以及一流速检测电路，通过所述单片机系统对抽气速率的控制，用于实现对进入所述检测气室的气路控制以达到稳定采样的目的。

一种提高气体分析仪测量精度的方法，用于一单片机系统中，在对从红外传感器中获得的输入数据进行处理时，包括以下步骤：

A、选择预定段小波，选定小波阶数，并对所述红外传感器输入的信号进行该阶数的小波分解；

B、通过对所述红外传感器输入的信号进行一阶离散小波变换而得出阈值；