Page 94 - 《中国医疗器械杂志》2025年第2期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2025 年 第49卷 第2期

设 计 与 制 造

时检测。气路流量调控机制如图8所示。当流量不在 开启三通电磁阀，利用环境空气对内部气路进行洗
正常范围内时，系统将调整气泵抽气速率；当流量 气，并将空气作为零点气体，对系统进行校准调零。
超过可控范围时，系统则发出气路状态报警，提示
系统正常工作
相关人员及时检修。

差压-流量校准
压力数据采集 温度数据采集 系统运行时间
否 否 否
设定流量值
是否超过 是否超过 是否超过
阈值? 阈值? 阈值?
流量监测 是
是 是 打开三通电磁阀 是
洗气、校零
流量是否
正常?
否 关闭三通电磁阀
流量是否 否 图9 系统校零机制
否 偏小? 是
Fig.9 System zero calibration mechanism

减慢气泵抽气 加快气泵抽气
3.2 算法设计

3.2.1 信号预处理
是否超过 本文采用平顶窗有限脉冲响应（finite impulse
阈值?
response, FIR）滤波器对传感器的输出调制信号进
是
行解调，其截止频率为6 Hz。解调后的信号波形特
气路状态报警
征能够被很好地提取出来，但受到红外光源的持续
图8 气路流量调控机制 性热辐射作用，信号波形存在较为严重的温度基线
Fig.8 Gas flow control mechanism
漂移问题。因此，可以利用双通道红外传感器中参
系统长时间运行、环境温度及压力发生改变，或 考通道的数据来拟合信号通道的温度漂移基线，然
者传感器输出出现漂移等情况均可能造成检测结果 后将信号通道的信号与该拟合基线做差值运算，从
不准确，因此必须对上述影响因素进行检测。系统校 而很好地去除温度基线漂移。信号预处理前后波形
零机制如图9所示。当实际信号发生漂移时，系统将 如图10所示。

3.5 3.2
3.0
幅值/V 3.0 幅值/V 2.8
2.6
2.5
2.4
2.0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

采样点 采样点
(a) 呼吸CO 2 原始波形 (b) 解调后呼吸CO 2 波形
(a) Raw respiratory CO 2 waveform (b) Demodulated respiratory CO 2 waveform
2.5
2.4
幅值/V 2.3
2.2

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

采样点
(c) 去除基线漂移并平滑后的呼吸CO 2 波形
(c) Respiratory CO 2 waveform after removing baseline
drift and smoothing
图10 信号预处理前后波形
Fig.10 Waveforms of signals before and after signal preprocessing

3.2.2 气体浓度计算与补偿 I = I 0 e −KLx (1)
非分散红外法的气体检测原理主要基于比尔- 式中：I 为红外光源辐射未经过气体时的初始光
0
[7]
朗伯定律 ，其表达式为： 强，I为红外光被目标气体吸收后的光强，K为气体
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