● 摘要
肺是人体重要的组成器官，它起到交换呼吸气流的作用。肺功能的优劣决定了人体新陈代谢的能力的好坏。然而，肺在呼吸过程中经常需要与外界接触，故极易引发各种疾病。因此肺功能的实时检测对于病患和健康人都是很有必要的。本文提出一种基于电容检测技术的肺功能参数测试方法并研制相应传感器，可解决目前的肺功能参数测试装置存在的部分缺点以及体积大、功耗高的问题。本文的研究内容包括：
基于肺功能检测的国内外研究现状，分析不同肺功能检测方法的工作原理及优缺点。确定肺功能检测的参数及其测量方法，并最终确立基于电容检测技术的气体压力-气体流量测试于一体的肺功能测试装置的设计方案。
根据伯努利流量理论、气体连续性理论、呼吸气流的各项参数以及电容理论，对呼吸流量和呼吸压力进行理论研究，设计并确定电容流量—压力传感器的结构。再通过有限元仿真技术进行结构、疲劳、温度场、流场仿真，验证理论的正确性并对电容传感器及通气管道的结构参数进行优化设计。最终设计完成的传感器结构满足呼吸压力每变化0.0083N，或呼吸体积流量变化0.5L/s，传感器电容变化0.001pF。
结合电容检测技术，提出基于电容检测机理的肺功能参数测试装置的信号获取、去噪、合成方法，并建立电路模块与整体模型。整个测试电路包括载波模块、调制模块、解调模块及放大和信号处理模块。通过对两版测试电路的研制、仿真与实验研究，结果表明基于该检测方法的设计方案可测量呼吸气流带来的电容变化。
通过三组实验对电容式传感器基本特性进行测试，对电容测试电路进行静态标定与灵敏度测试，并完成了肺功能参数测试系统的敏感性能研究。通过上述实验，验证了系统及方案的可行性和有效性。结果表明，电容检测电路精度可达0.2%、灵敏度为1.4089V/pF、分辨率可达0.003pF，肺功能测试装置对呼吸信号灵敏。