● 摘要
呼吸力学是以工程学的观点和方法研究呼吸生理学中呼吸系统的力学问题，呼吸力学参数是评价肺功能，进而评定呼吸功能以及人体状态的重要生理参数。对于长期工作与失重条件下的航天员，如何监测其生理参数，特别是呼吸力学参数的监测具有重要意义。以此为重要应用背景，本文研制了一种基于呼吸流量、压力检测的呼吸力学参数检测系统，该系统可实现对人体的呼吸力学参数实时动态多参数检测，完成了10项呼吸力学参数的检测以及呼吸波形的显示。 本文研究内容主要包括：呼吸力学参数检测方法的研究、呼吸压力、流量曲线的确定、检测系统的设计以及呼吸力学参数计算算法的研究。 针对现有呼吸力学参数检测方法的比较，确定了基于呼吸流量和压力测量的直接检测法，完成总体方案的设计。 针对压力传感器和流量传感器的标定结果和拟合效果的比较，确定了采用最小二乘法拟合了三次呼吸压力曲线，采用最小二乘法分段拟合了呼吸流量曲线。获得了良好的拟合结果，呼吸压力曲线的最大相对误差为1.11%，呼吸流量曲线的最大相对误差在8%以内。 给出了检测系统的硬件与软件设计。硬件部分主要包括传感器部分、电源管理电路、基准电压设定电路、模数转换电路、微控制系统电路、以及与上位机通讯电路等部分。实现了对呼吸流量、压力信号的采集、两路信号选择、模数转换、呼吸力学参数计算以及上传数据到上位机等功能。软件部分功能主要是信号选择、模数转换、与上位机通信、控制下位机、计算呼吸力学参数、数据、波形显示、波形回放以及呼吸力学参数对比等。基于呼吸力学参数的定义，对呼吸流量、呼吸频率、潮气量、每分钟通气量以及峰值呼气流量等10项呼吸力学参数进行算法研究。设计了基于呼气、吸气判断的呼吸频率计算算法以及基于呼气、吸气判断和离散点积分计算的潮气量计算算法等。并以这些算法为依据，设计并开发出了各个呼吸力学参数计算子程序。