ПОРТАТИВНЫЙ ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ РЕСПИРАТОР И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Российский патент 2021 года по МПК A62B18/02 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Рядовые граждане для защиты от загрязнения окружающей среды и болезней в повседневной жизни полагаются главным образом на маски, предназначенные для защиты от пыли, или хирургические маски. Однако, такие маски обеспечивают лишь базовую защиту из-за отсутствия герметичности по периферии указанных масок, даже в тех случаях, когда материал фильтра, используемый при изготовлении таких масок, типично маркируется как пригодный для высокоэффективной фильтрации. По причине дополнительного сопротивления, вызываемого наполнителем фильтра, пользователю приходится дышать значительно труднее, чем обычно без маски. Таким образом, любому человеку достаточно сложно с комфортом использовать такую маску в течение длительного периода времени. Кроме того, CO2 и влага накапливаются внутри маски, что приводит к ухудшению ситуации. При этом, чем выше эффективность фильтрующего слоя, тем выше сопротивление дыхательному потоку, которое он будет оказывать, что делает эти маски еще более неудобными для длительного использования. Такие результаты в особенности очевидны для тех, кто имеет слабую или поврежденную дыхательную систему, например, для пожилых людей, детей и больных, таких как пациенты с астмой и хронической обструктивной болезнью легких.

[0002] Поэтому пылезащитные и хирургические маски широко применялись рядовыми гражданами во многом из-за простоты их использования и того факта, что не существует приемлемых технологических решений респиратора с принудительным очищением воздуха на случай, если кто-либо захочет использовать более эффективное и удобное устройство.

[0003] Однако очевидно, что качество воздуха во многих повседневных ситуациях может быть очень низким. В более крупных городах большая плотность легковых автомобилей, автобусов, грузовиков и мотоциклов часто приводит к выбросу чрезмерного количества токсичных загрязняющих веществ. Еще одним серьезным источником загрязнения окружающей среды являются электростанции. Природные или техногенные катастрофы, такие как песчаные бури, пожары любого рода, также наносят вред дыхательной системе людей. К таким загрязнениям относятся пыль (взвешенные частицы), свинец и вредные газы, такие как NO₂, SO₂, CO, O₃, летучие органические соединения, дым и др. Доказано, что длительное воздействие данных загрязняющих веществ является вредным и часто вызывает опасные для жизни заболевания. Тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС), птичий и свиной грипп, три из последних на данный момент угроз, связанных с заболеваниями человека, также являются загрязнителями окружающей среды или болезнями, переносимыми по воздуху, и потенциально смертельны для человека.

[0004] Защитное устройство, которое обеспечивает такой же уровень защиты, как и комфорта, и которое в то же время может быть приемлемым для использования обычными людьми или профессионалами/пользователями, связанными с легкой промышленностью, однозначно необходимо.

[0005] Публикация заявки на патент США № 2012/0174922 автора Вирр (Virr) и др., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки, раскрывает дыхательный аппарат, включающий в себя маску и шейный компонент. Указанная маска выполнена с возможностью по существу окружать, по меньшей мере, рот или ноздри пользователя. Указанный шейный компонент прикрепляется к указанной маске и выполнен с возможностью по существу окружать затылок упомянутого пользователя. Указанный шейный компонент включает в себя генератор потока для получения нефильтрованного воздуха из окружающей среды, фильтрации указанного нефильтрованного воздуха и подачи отфильтрованного воздуха к указанной маске. Данный дыхательный аппарат имеет низкопрофильный внешний вид по сравнению с предыдущими устройствами и выполнен с возможностью удобно размещаться на шее пользователя.

[0006] Публикация заявки на патент США № 2014/0373846 автора Као и др., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки, раскрывает респираторы с принудительным очищением воздуха, в основном, для использования в загрязненной окружающей среде. Указанные респираторы с принудительным очищением воздуха включают в себя лопастное колесо с приводом, выполненное с возможностью забирать воздух из атмосферы, элемент фильтра и маску для подачи отфильтрованного сжатого воздуха пользователю. Указанные респираторы с принудительным очищением воздуха включают в себя электрический генератор с фильтром и лопастным колесом для сжатия воздуха, расположенный за головой пользователя, и включают в себя компоненты для улучшения подачи указанного воздуха пользователю и повышения его качества.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Устройства, описанные в Публикации заявки на патент США № 2012/0174922 и Публикации заявки на патент США № 2014/0373846, включили в себя значительные достижения в данной области техники. Тем не менее, необходимо дальнейшее продвижение по таким направлениям, как уменьшение размера, сбор данных и анализ собранных данных. Настоящая заявка раскрывает такое необходимое продвижение и/или ориентирована на преодоление недостатков предшествующего уровня техники.

[0008] В одном примере, респираторная система содержит респиратор, включающий в себя воздушный фильтр, генератор потока с бессенсорным двигателем постоянного тока, маску, процессор, датчик, источник электроэнергии и первый беспроводной приемопередатчик, причем указанный респиратор выполнен с возможностью всасывать окружающий воздух и прогонять его через указанный воздушный фильтр, повышать давление воздуха, подавать указанный воздух в указанную маску под давлением выше давления окружающей среды, собирать данные с помощью указанного датчика о работе указанного респиратора и передавать указанные данные с помощью указанного первого беспроводного приемопередатчика; промежуточное электронное устройство, содержащее процессор, запоминающее устройство, второй беспроводной приемопередатчик и первый сетевой приемопередатчик, причем указанное промежуточное электронное устройство является отдельным от респиратора и находится на расстоянии от него, и указанное промежуточное электронное устройство выполнено с возможностью принимать данные, передаваемые указанным первым беспроводным приемопередатчиком, обрабатывать указанные данные и повторно передавать данные с помощью указанного первого сетевого приемопередатчика; а также компьютер, имеющий второй сетевой приемопередатчик, процессор и запоминающее устройство для хранения инструкций, которые во время выполнения заставляют компьютер принимать данные, обрабатывать указанные данные и генерировать по меньшей мере один отчет, касающийся респиратора или пользователя указанного респиратора.

[0009] В одном примере, респираторная система содержит респиратор, включающий в себя фильтр, двигатель, первый приемопередатчик данных и первый процессор, причем указанный первый процессор выполнен с возможностью определять скорость потока через указанный респиратор с использованием мощности двигателя в установившемся состоянии и заданной характеристики респиратора, а также с возможностью побуждать указанный первый приемопередатчик данных передавать данные, соответствующие скорости потока и давлению в указанном респираторе; и электронное устройство, включающее в себя второй приемопередатчик данных и второй процессор, причем указанный второй процессор выполнен с возможностью считывать указанные данные после получения их указанным вторым приемопередатчиком данных и определять состояние указанного респиратора с помощью указанных данных.

[0010] В одном примере, предложен способ определения состояния респиратора, включающего в себя фильтр и двигатель, содержащий вычисление скорости потока воздуха через указанный респиратор с использованием мощности двигателя в установившемся состоянии и заданной характеристики респиратора; передачу данных, соответствующих скорости потока и давлению в указанном респираторе; получение данных с помощью электронного устройства; и определение состояния респиратора с помощью указанных данных и указанного электронного устройства.

[0011] Другие аспекты, признаки и преимущества данной технологии станут очевидны из нижеследующего подробного описания, во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами, которые являются частью данного описания и иллюстрируют, в качестве примера, принципы данной технологии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Фиг. 1 иллюстрирует структурную схему системы в соответствии с настоящей технологией;

[0013] Фиг. 2 иллюстрирует системную диаграмму респиратора в соответствии с настоящей технологией;

[0014] Фиг. 3A и 3B иллюстрируют различные вычисления и операции, связанные с аккумулятором;

[0015] На Фиг. 4 изображен алгоритм вычисления потока, проходящего через респиратор;

[0016] Фиг. 5A и 5B иллюстрируют алгоритмы определения состояния фильтра;

[0017] На Фиг. 6 изображен алгоритм определения твердых частиц, удаленных респиратором; и

[0018] Фиг. 7 иллюстрирует примерный респиратор.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0019] Нижеследующее описание приводится применительно к нескольким примерам, которые могут иметь общие характеристики и признаки. Следует понимать, что один или несколько признаков любого из примеров могут сочетаться с одним или несколькими признаками других примеров. В качестве дополнения, любой отдельный признак или сочетание признаков в любом из указанных примеров могут представлять собой дополнительные примеры.

[0020] Фиг. 1 иллюстрирует структурную схему системы, включающей в себя респиратор 100, промежуточное электронное устройство 200, промежуточную часть 300 для удаленной обработки данных и создаваемые отчеты 400. Указанный респиратор 100 связывается с указанным промежуточным электронным устройством 200, предпочтительно посредством беспроводной коммуникации, хотя проводная связь также может использоваться. Беспроводная связь относительно ближнего действия, например, Bluetooth®, может быть оптимальной между указанными респиратором 100 и промежуточным электронным устройством 200, благодаря относительно низкому энергопотреблению и широкой доступности. Указанное промежуточное электронное устройство 200 может представлять собой мобильный телефон или какое-либо другое устройство, например, USB-ключ, который может быть подключен к компьютеру общего назначения или к указанному респиратору. Мобильные телефоны могут иметь преимущество благодаря их широкой доступности, универсальности (с помощью загружаемых приложений) и способности взаимодействовать посредством нескольких беспроводных протоколов, таких как Bluetooth® и Wi-Fi, а также посредством сотовых сетей. USB-ключ или подобное устройство может иметь преимущество, если мобильный телефон недоступен или нежелателен в определенном месте. Например, если конфиденциальность или безопасность данных на рабочем месте достаточно важны, то применение USB-ключа может быть более желательным, чем применение мобильного телефона. USB-ключ может быть менее сложным, чем мобильный телефон. Например, USB-ключ может обладать возможностями связи и памяти, но при этом относительно ограниченными возможностями обработки.

[0021] Респиратор 100 передает данные указанному промежуточному электронному устройству 200. Использование промежуточного электронного устройства 200 может снизить, по меньшей мере, стоимость, сложность, вес или энергопотребление указанного респиратора 100. Компьютерная обработка более высокого уровня, большая память и передача данных в большем диапазоне могут быть неотъемлемыми аспектами указанного промежуточного электронного устройства 200. Таким образом, требуется, чтобы указанный респиратор 100 включал в себя только компоненты, связанные со сбором и мониторингом данных, которые либо должны располагаться и работать в указанном респираторе 100, либо которые не входят в состав указанного промежуточного электронного устройства 200, причем, датчики (например, датчики давления) являются примерами обоих. Кроме того, пользователь респиратора 100 уже может носить с собой мобильный телефон. Применение мобильного телефона в качестве промежуточного электронного устройства 200 может обеспечить эффективное использование источника информационных технологий с низким коэффициентом использования и не потребует наличия оборудования, которое не находится уже поблизости или непосредственно у пользователя.

[0022] При передаче данных на промежуточное электронное устройство 200 могут иметь место, по меньшей мере, две альтернативы. Во-первых, указанное промежуточное электронное устройство 200 может передавать данные в необработанном виде в промежуточную часть 300 через Интернет для удаленной обработки данных. В данном сценарии вся обработка данных будет происходить в указанной промежуточной части 300. Во-вторых, указанное промежуточное электронное устройство 200 может обрабатывать некоторые или все данные до их передачи в промежуточную часть 300. Разумеется, как необработанные данные, так и обработанные данные могут передаваться из промежуточного электронного устройства 200 в промежуточную часть 300. То, отправляются ли указанные данные в необработанном виде или обрабатываются перед отправкой, может быть определено на основе таких факторов, как скорость передачи данных, ресурс аккумулятора и полезная функциональность немедленной обратной связи с пользователем обработанных данных.

[0023] В промежуточной части 300 необработанные данные 302 обрабатываются аналитической подсистемой 304. Указанная аналитическая подсистема 304 может включать в себя программное обеспечение или другой логический узел, работающий на компьютере или сервере общего назначения. После обработки указанной аналитической подсистемой необработанные данные 302 могут быть преобразованы в обработанные данные 306. Различные типы данных и способ их обработки дополнительно описываются ниже. После обработки данных они могут быть использованы для создания отчетов 400. При создании указанных отчетов 400 могут использоваться другие данные, например, данные пользователя или данные от других респираторов, которые отличаются от указанных необработанных данных 302 или обработанных данных 306. Например, данные пользователя могут содержать физиологические параметры указанного пользователя, которые в сочетании с обработанными данными могут использоваться для составления прогнозов или проведения анализа в отношении здоровья данного пользователя. Такой тип данных может рассматриваться определенной правовой юрисдикцией или пользователем как конфиденциальная информация 308, и такая конфиденциальная информация 308 может требовать более высокого или иного уровня безопасности. Данные от других респираторов могут быть объединены для планирования технического обслуживания, ремонта, заказа запасных частей, распределения активов и т. д. Данный тип данных может являться собственной информацией компании, что также делает указанные данные конфиденциальной информацией 308. Отчеты 400 могут обеспечивать визуализацию обработанных данных 306 и/или являться интернет-порталом для просмотра указанных обработанных данных 306. Обмен обработанными данными 306 может происходить между указанными промежуточным электронным устройством 200 и промежуточной частью 300 в любом направлении. Например, если указанное промежуточное электронное устройство используется для обработки некоторых или всех данных, то аналитическая подсистема 304 может быть исключена. Либо некоторые обработанные данные 306 могут быть отправлены обратно в промежуточное электронное устройство 200 для использования пользователем.

[0024] Фиг. 2 иллюстрирует системную диаграмму, включающую компоненты респиратора 100 и компоненты, взаимодействующие с указанным респиратором 100. Респиратор 100 может содержать двигатель 102, блок управления 104 двигателем, коммуникационный модуль 106, датчик 108 давления, интерфейс 110 пользователя, аккумулятор 112 (пример источника электроэнергии), контур 114 заряда/управления аккумулятором, внешний контур 116 надзора за питанием, основной блок 118 управления, контур 120 управления питанием, защитный контур 122 и пользовательскую маску 124. Указанный двигатель 102 представляет собой предпочтительно бессенсорный двигатель постоянного тока, приводящий в движение рабочее колесо генератора потока.

[0025] Данная система может измерять давление в маске приблизительно 100 раз в секунду (100 Гц). Указанный основной блок 118 управления может непрерывно (например, на частоте 100 Гц) регулировать скорость двигателя (и, следовательно, сопоставленного генератора потока) с целью поддержания давления в маске на заданной величине, обычно приблизительно 10 мм водяного столба.

[0026] Для управления бессенсорным двигателем постоянного тока центральный процессор предпочтительно отслеживает следующие параметры (также на частоте 100 Гц): скорость двигателя, ток двигателя, напряжение аккумулятора и температуру внутри респиратора 100.

[0027] Указанный респиратор непрерывно (100 Гц) записывает поток данных в указанный коммуникационный модуль 106. Данный поток может включать в себя скорость двигателя, ток двигателя, давление в маске и напряжение аккумулятора.

[0028] Указанный коммуникационный модуль 106 может содержать Bluetooth®, который может использоваться для сообщения с промежуточным электронным устройством 200. Респиратор может записывать свой поток последовательных данных по Bluetooth на промежуточное электронное устройство 200. Он может также записывать поток низкочастотных данных, состоящий из сводных статистических данных, рассчитанных один раз на вдох, например длительность вдоха, минимальная и максимальная скорости двигателя, а также различные параметры, например, как долго уровень давления в маске поддерживается ниже некоторого порогового значения.

[0029] Коммуникация может осуществляться в обоих направлениях между указанными респиратором 100 и промежуточным электронным устройством. Указанное промежуточное электронное устройство 200, которое может включать в себя приложение, работающее на мобильном телефоне, может иметь возможность записывать данные в запоминающее устройство респиратора 100. Указанное промежуточное электронное устройство 200 может также принимать на себя управление двигателем 102, например, давать ему команду поддерживать некоторую постоянную скорость двигателя или давление в маске, или осуществлять любое другое поведение, в зависимости от необходимости.

[0030] Указанное промежуточное электронное устройство 200, в особенности, если это мобильный телефон, может иметь доступ к текущему местонахождению пользователя (широта, долгота и высота) с помощью GPS.

[0031] Респиратор 100 может содержать датчик (например, магнитный датчик) для обнаружения отсутствия фильтра, а также когда он был заменен и/или удален и возвращен на место. Указанный датчик в указанном респираторе может считывать показания одного или нескольких магнитов в фильтре, при этом исчезновение магнитного поля означает удаление и/или замену указанного фильтра.

[0032] С помощью одного или нескольких компонентов, описанных выше, одно или несколько из нижеследующих вычислений могут быть выполнены.

[0033] Фиг. 3A и 3B иллюстрируют различные вычисления и операции, связанные с аккумулятором 112.

[0034] На этапе 502 на Фиг. 3A респиратор 100 может определить напряжение аккумулятора. На этапе 504 может быть определена оставшаяся емкость аккумулятора в процентах. Например, если максимальное напряжение аккумулятора составляет 12,6 В, а минимальное напряжение составляет 9,0 В, то текущее напряжение может быть определено как доля от данного диапазона. Такой расчет может производиться в респираторе 100 или в промежуточной части 300, но предпочтительно рассчитывается в промежуточном электронном устройстве 200, в особенности, если указанное промежуточное электронное устройство 200 является мобильным телефоном. На этапе 506 может отображаться процентная доля оставшегося заряда аккумулятора, что может означать, что в качестве промежуточного электронного устройства 200 предпочтительно использовать мобильный телефон, поскольку он имеет встроенный дисплей.

[0035] На этапе 508 может быть получен доступ к записи предыдущих напряжений аккумулятора с различными временными метками. На этапе 510 предыдущее напряжение аккумулятора и временная метка могут сравниваться с предшествующим показанием напряжения аккумулятора и временной меткой. Путем сравнения различий в напряжении аккумулятора и во времени, может быть получена оценка оставшегося времени работы. Данный расчет может быть произведен в респираторе 100 или в промежуточной части 300, но предпочтительно рассчитывается в промежуточном электронном устройстве 200, в особенности, если указанное промежуточное электронное устройство 200 является мобильным телефоном. На этапе 512 может отображаться оставшееся время работы, что может означать, что в качестве промежуточного электронного устройства 200 предпочтительно использовать мобильный телефон, поскольку он имеет встроенный дисплей.

[0036] Фиг. 3B аналогична Фиг. 3A, но включает в себя некоторые дополнительные этапы. Только указанные дополнительные шаги будут описаны ниже. На этапе 514 промежуточное электронное устройство 200 может получать доступ к записи о разряде аккумулятора. Это может иметь вид изменения напряжения в ампер-час, либо спада напряжения с течением времени или спада напряжения за цикл. На этапе 516 указанное промежуточное электронное устройство 200 может определять записанное напряжение аккумулятора, при котором респиратор 100 в последний раз выключился из-за недостаточного электропитания. На этапе 518 данные, определенные на этапах 514 и 516, могут сравниваться для получения оценки текущей емкости аккумулятора (например, в миллиампер-часах). Может быть выполнено определение технического состояния аккумулятора, которое может быть выражено в оставшихся процентах от емкости аккумулятора по сравнению с его первоначальной емкостью. Данное определение может быть произведено в респираторе 100 или в промежуточной части 300, но предпочтительно рассчитывается в промежуточном электронном устройстве 200, в особенности, если указанное промежуточное электронное устройство 200 является мобильным телефоном. На этапе 520 может быть отображен коэффициент технического состояния аккумулятора, что может означать, что в качестве промежуточного электронного устройства 200 предпочтительно использовать мобильный телефон, поскольку он имеет встроенный дисплей.

[0037] Если указанный респиратор 100 выключается из-за недостаточного электропитания при величине напряжения аккумулятора, отличной от предыдущего выключения, то может быть определено, что в указанном аккумуляторе имеется разброс параметров элементов аккумулятора. Данное определение может быть произведено в респираторе 100 или в промежуточной части 300, но предпочтительно рассчитывается в промежуточном электронном устройстве 200, в особенности, если указанное промежуточное электронное устройство 200 является мобильным телефоном. На этапе 522 может быть отображен коэффициент технического состояния аккумулятора, что может означать, что в качестве промежуточного электронного устройства 200 предпочтительно использовать мобильный телефон, поскольку он имеет встроенный дисплей.

[0038] На Фиг. 4 изображен алгоритм вычисления потока, проходящего через респиратор 100, по крайней мере, во время вдыхания. Данное вычисление может быть полностью выполнено в респираторе. На этапе 524 определяется скорость двигателя. На этапе 526 определяется напряжение аккумулятора. На этапе 528 определяется ток двигателя. На этапе 530 вычисляется мощность двигателя без нагрузки путем умножения напряжения аккумулятора на ток двигателя. На этапе 532 определяются параметры управления двигателем. На этапе 534 определяется мощность двигателя в установившемся состоянии. На основании параметров управления двигателем, может быть вычислена мощность, используемая для ускорения двигателя. Если скорость двигателя является постоянной, тогда мощность ускорения будет равна нулю. Мощность двигателя в установившемся режиме может быть определена путем вычитания мощности ускорения из мощности двигателя без нагрузки. На этапе 536 могут быть определены пропускная способность и давление. Пропускная способность является функцией мощности двигателя в установившемся состоянии и скорости двигателя для данного генератора потока. Во время изготовления каждый респиратор может быть прикреплен к испытательной стойке, состоящей из расходомера, клапана управления потоком, манометра и компьютера, подключенного к последовательному коммуникационному порту респиратора. Затем указанный респиратор тестируется во множестве (например, 100) точек скорости потока (например, 25000 об/мин - 100 литров в минуту). В каждой точке скорости потока давление в маске, ток двигателя и напряжение аккумулятора регистрируются без фильтра внутри респиратора. Результатом данного процесса калибровки является семейство точек или кривых данных, которые устанавливают взаимосвязь между пропускной способностью и скоростью двигателя, а также мощностью двигателя. Таким образом, в любой момент во время работы пропускная способность генератора потока, и следовательно, респиратора, может быть вычислена с использованием знания мгновенного значения скорости двигателя и мощности двигателя. В этом же вычислении также вырабатывается текущая разность давлений, создаваемая респиратором (например, от входного отверстия устройства - то есть непосредственно за фильтром - до внутренней части маски).

[0039] С помощью данного способа определения пропускной способности и давления, могут быть достигнуты упрощение конструкции и снижение стоимости респиратора 100. Данный способ позволяет использовать бессенсорный двигатель постоянного тока и исключить расходомер. Расходомеры обычно включают в себя чувствительный преобразователь давления, отслеживающий изменение давления на некотором суженном участке в системе. Данный тип расходомеров является точным, но дорогостоящим, так как требует дополнительного преобразователя давления. Но при использовании описанного выше способа, указанные преобразователь давления и суженный участок могут быть необязательными. Таким образом, расходомер в традиционном смысле может быть исключен.

[0040] Фиг. 5А иллюстрирует один алгоритм определения состояния фильтра. На этапе 538 определяется скорость потока через респиратор. Указанная скорость потока может быть определена с помощью указанного респиратора 100. На этапе 540 перепад давления через фильтр измеряется в респираторе. Такое измерение может производиться с помощью датчика давления в респираторе 100. На этапе 542 вычисляется текущий коэффициент засорения фильтра. Его можно рассчитать, разделив перепад давления через фильтр, измеренный на этапе 540, на скорость потока, определенную на этапе 538. Примерной единицей измерения указанного текущего коэффициента засорения фильтра является мм водяного столба/л/мин. На этапе 544 коэффициент засоренного фильтра считывается из запоминающего устройства, например, из памяти в промежуточном электронном устройстве или в промежуточной части 300. Указанный коэффициент засоренного фильтра предпочтительно устанавливается заранее, и он может быть определен на основании лабораторных испытаний или в результате использования на практике. Указанный коэффициент засоренного фильтра предпочтительно имеет ту же единицу измерения, что и текущий коэффициент засорения. На этапе 546 указанный текущий коэффициент засорения сравнивается с указанным коэффициентом засоренного фильтра для определения относительной величины засорения фильтра. На этапе 548 отображается процент засорения или сопротивление фильтра, что может означать, что в качестве промежуточного электронного устройства 200 предпочтительно использовать мобильный телефон, поскольку он имеет встроенный дисплей.

[0041] На основании текущего коэффициента засорения фильтра, определенного на этапе 542, может быть установлен остаточный срок службы фильтра. На этапе 550 может быть получен доступ к предыдущему текущему коэффициенту засорения фильтра вместе с временной меткой. На этапе 552 текущее значение и предыдущее значение сравниваются. На основании изменившейся процентной величины срока службы и времени между указанными значениями, может быть оценено оставшееся время использования данного фильтра. На этапе 554 указанное время, оставшееся для фильтра, может быть отображено, что может означать, что в качестве промежуточного электронного устройства 200 предпочтительно использовать мобильный телефон, поскольку он имеет встроенный дисплей.

[0042] Альтернативный алгоритм состояния фильтра изображен на Фиг. 5В. Данный алгоритм отличается от алгоритма, изображенного на Фиг. 5А, тем, что вместо измерения перепада давления на фильтре выполняется его оценка.

[0043] На этапе 556 определяется скорость двигателя. На этапе 558 определяется скорость потока (см., например, ссылочные позиции 524-536 и соотнесенные описания выше). На этапе 560 определяется давление в респираторе (например, повышение давления от заднего по ходу конца фильтра к маске). На этапе 562 давление в маске измеряется с помощью респиратора 100. На этапе 564 перепад давления в фильтре оценивается путем вычитания давления в маске из давления в респираторе. Ссылочные позиции 542-554 являются теми же, как на Фиг. 5А, и их описание здесь не повторяется.

[0044] На Фиг. 6 изображен алгоритм определения твердых частиц, удаленных респиратором 100. На этапе 566 определяется объем дыхания, который может составлять объем за 10 миллисекунд, объем за вдох или любое другое подходящее выражение объема дыхания. Это может быть определено с помощью респиратора, в соответствии с описанным выше в отношении Фиг. 4. На этапе 568 вычисляется общий объем дыхания. Указанный общий объем дыхания может быть определен путем вычисления интеграла объема дыхания с течением времени и может быть рассчитан за данный период использования (например, за один день). На этапе 570 определяется местоположение респиратора 100. Указанное местоположение может быть введено пользователем или определено автоматически системой локализации (например, GPS или другой системой локализации, которая может быть установлена в мобильном телефоне), и данные о местоположении могут быть добавлены к или отправлены вместе с любыми данными, передаваемыми промежуточным электронным устройством 200. Указанные данные о местоположении могут также передаваться отдельно. На этапе 572 определяется концентрация загрязнения для местоположения респиратора. Это может быть определено, например, с помощью промежуточного электронного устройства 200 или промежуточной части 300, которые извлекают данные о загрязнении из базы данных, системы дистанционного измерения и т. п. На этапе 574 вес частиц может быть вычислен путем умножения общего объема дыхания на концентрацию загрязнения. На этапе 576 определяется тип фильтра, используемого в респираторе 100, а также эксплуатационные данные фильтра. Данная информация может быть сохранена, например, в промежуточном электронном устройстве 200. Разумеется, данную информацию можно также хранить в любом другом подходящем месте, например, в респираторе 100 или в промежуточной части 300. На этапе 578 вычисляется вес удаленных частиц путем умножения коэффициента полезного действия фильтра на вес частиц. На этапе 580 отображается вес удаленных загрязняющих веществ за данный период времени. Это может быть отображено на устройстве промежуточной части, что может означать, что мобильный телефон предпочтительно использовать в качестве промежуточного электронного устройства 200, поскольку он имеет встроенный дисплей, или как часть отчета 400. Данный алгоритм может быть значительно более точным, чем предыдущие способы, в которых заключение об объеме дыхания делается из более раннего лабораторного теста. Другими словами, точность может быть получена путем фактического измерения дыхания во время использования.

[0045] Величина засорения фильтра в процентах, время, оставшееся для использования фильтра, и количество удаленных загрязняющих веществ являются примерами состояния респиратора.

[0046] Номер модели или артикул фильтра и/или коэффициент фильтрации фильтра являются примерами заданного значения, соотнесенного с указанным фильтром.

[0047] От типа управления респиратором (быстрый, сверхчувствительный) зависит ряд параметров (давление в маске, скорость двигателя, ток двигателя, напряжение аккумулятора и т. д.) при частоте, отражающей скорость, с которой происходят физические изменения в указанной маске. Например, утечки могут образовываться и вновь уплотняться в течение доли секунды; физиологически значимые изменения в дыхании пользователя будут отмечены изменениями скорости потока, которые происходят за период вдыхания в течение 300-500 мс. Таким образом, респиратор 100 может управляться со скоростью, которая также позволяет обнаружить изменения в схеме потока из маски (например, утечка) или в модели дыхания пользователя (например, упадок сил, одышка, ограничение пропускной способности, жизненная емкость легких и т. д.). Знание давления в маске (плюс один или несколько других упомянутых параметров) может быть использовано для немедленной оценки утечки в маске (и, следовательно, "посадки с прилеганием" или "коэффициента защиты" маски).

[0048] Например, с использованием алгоритма, изображенного на Фиг. 6, также может быть определено количество частиц, которые не отфильтрованы. Это может быть соотнесено с коэффициентом защиты, например, с отношением концентраций частиц внутри и снаружи указанной маски. Кроме того, с использованием данного способа можно непрерывно оценивать коэффициент защиты (каждый вдох во время использования), а не в рамках какого-либо ежегодного исследования, проводимого на специализированном оборудовании. В предшествующих системах может использоваться способ оценки посадки маски, основанный на снижении вакуума в маске. Настоящая технология отличается тем, что (1) измеряется нормальное давление в маске, а не вакуум, который был специально создан для целей исследования, (2) не требуется никаких дополнительных адаптеров или контрольного оборудования, и (3) давление может измеряться непрерывно и с высокой частотой, в то время как измерение вакуума в ходе испытания основано на одном длительном снижении давления.

[0049] Способность промежуточного электронного устройства 200 и/или ой части 300 к вычислению, коммуникации и/или хранению данных дает возможность осуществлять поток данных от респиратора 100 к облачному хранилищу или специальному компьютеру или серверу. Это может позволить анализировать данные индивидуального респиратора 100 (и/или соответствующего пользователя) или совокупности респираторов. Благодаря этому, могут производиться такие вычисления, как частота дыхания; поминутный объем; объем дыхания; дыхательные нагрузки; предупреждения об усталости и ее уровень; уровень истощения; сопоставительный анализ показателей относительно других устройств; предупреждения о вопросах обслуживания или проблемах с оборудованием; предупреждения и напоминания о замене фильтра; непрерывный и автоматический мониторинг и уведомление о качестве работы оборудования и сервисное уведомление; предупреждения о работе устройства за пределами рекомендуемого диапазона; количество рисков, при фильтровании при одном использовании или за один час или с течением времени; давление; температура; нагрузка аккумулятора и его использование; состояние/срок службы аккумулятора; нагрузка фильтра; сопротивление фильтра; характеристики фильтра; производительность и отказ двигателя; измерение коэффициента защиты; совпадение маски и системы в режиме реального времени; использование и соответствие с течением времени на пользователя; данные в реальном времени для пользователя через приложение мобильного телефона (проверка, защита, производительность оборудования); рекомендации к фильтру на основе нагрузки в течение времени; данные длительных исследований, таких как здоровье владельца, производительность оборудования, спорт и т. д.; диагностика здоровья: модели дыхания и прогнозирование патологий дыхания или острых изменений дыхания; ограничение потока; изменение модели дыхания с течением времени; занятия спортом или фитнесом, а также загрязнение отходами потребления.

[0050] Кроме того, могут иметь место такие действия, как возможность записи данных в респиратор (например, последняя установка фильтра, тип фильтра).

[0051] На Фиг. 7 изображен примерный респиратор 100, выполненный с возможностью осуществления описанных выше способов и который может включать в себя признаки, описанные в отношении Фиг. 2. Маска 124 пользователя представляет собой примерную маску, закрывающую нос и рот пользователя. Могут быть задействованы маски других типов, которые закрывают большую или меньшую часть лица пользователя. Например, указанная маска может закрывать только нос или рот. Либо маска может также закрывать глаза пользователя. Указанная маска выполнена с возможностью ее съема посредством разъемов 128.

[0052] Задний участок 126 респиратора 100 может включать в себя все компоненты, помещенные в пределах соответствующей пунктирной линии на Фиг. 2. Поскольку маска 124 выполнена с возможностью отделяться от задней части 126, указанная задняя часть 126 в функциональном смысле является респиратором 100, а маска 124 представляет собой интерфейс пользователя для использования вместе с указанным респиратором.

[0053] Респиратор 100 включает в себя левую дугу 130 и правую дугу 132. Предпочтительно, только одна из указанных дуг используется для потока к маске 124 и включает в себя канал потока, а другая дуга обеспечивает линию восприятия давления, которая имеет по существу те же размеры, что и дуга, используемая для потока (канал без потока). Несмотря на то, что можно было бы использовать линию восприятия давления гораздо меньшей величины, было обнаружено, что наличие только одной дуги или дуги намного меньшего размера, чем вторая, не очень хорошо воспринимается пользователями. Но наличие линии восприятия давления такого же размера, как и линия потока, может иметь преимущества. Например, датчик давления может быть расположен в задней части 126, которая находится относительно далеко от маски 124, и все же измеряет давление и изменения давления в маске 124 по существу мгновенно. Давление в маске действительно считывается в маске немедленно, посредством указанного канала без потока, а не рассчитывается по показаниям давления вблизи выхода вентилятора. Добавление датчика давления в маске также может предотвратить необходимость рассчитывать значение давления путем считывания давления вблизи указанного выхода вентилятора, но это может привести к сложностям и затратам, связанным с добавлением датчика давления в маску 124, такие как дополнительные электрические соединения.

[0054] Хотя настоящая технология была описана в связи с несколькими практическими примерами, следует понимать, что данная технология не ограничивается указанными описанными примерами, а, напротив, как предполагается, охватывает различные модификации и эквивалентные конструкции, входящие в объем патентной защиты и в сущность данной технологии.

Респираторная система содержит респиратор с воздушным фильтром, генератор потока с бессенсорным двигателем постоянного тока, маску, процессор, датчик, источник электроэнергии и беспроводной приемопередатчик. Респиратор фильтрует воздух, повышает давление воздуха, подает воздух в маску под давлением выше давления окружающей среды, собирает данные с помощью датчика о работе респиратора и передает данные. Промежуточное электронное устройство является отдельным от респиратора, и находится на расстоянии от него, и выполнено с возможностью принимать передаваемые данные, обрабатывать данные и генерировать по меньшей мере один отчет, касающийся респиратора или пользователя респиратора. 3 н. и 42 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Респираторная система, содержащая

респиратор, включающий в себя воздушный фильтр, генератор потока с бессенсорным двигателем постоянного тока, маску, процессор, датчик, источник электроэнергии и первый беспроводной приемопередатчик, причем респиратор выполнен с возможностью всасывания окружающего воздуха через воздушный фильтр, с возможностью повышения давления воздуха, с возможностью подачи воздуха в маску под давлением выше давления окружающей среды, с возможностью сбора данных о работе респиратора посредством датчика и передачи данных посредством первого беспроводного приемопередатчика;

промежуточное электронное устройство, содержащее процессор, запоминающее устройство, второй беспроводной приемопередатчик и первый сетевой приемопередатчик, причем промежуточное электронное устройство является отдельным от респиратора и расположено на расстоянии от него, и промежуточное электронное устройство выполнено с возможностью приема данных, передаваемых первым беспроводным приемопередатчиком, с возможностью обработки данных и повторной передачи данных посредством первого сетевого приемопередатчика; и

компьютер, имеющий второй сетевой приемопередатчик, процессор и запоминающее устройство для хранения инструкций, которые во время выполнения заставляют компьютер принимать данные, обрабатывать данные и генерировать по меньшей мере один отчет, касающийся респиратора или пользователя респиратора.

2. Система по п.1, в которой процессор выполнен с возможностью отслеживания скорости двигателя, тока двигателя и напряжения источника электроэнергии; причем датчик представляет собой датчик давления, выполненный с возможностью измерения давления воздуха в маске; причем данные включают в себя скорость двигателя, ток двигателя, давление в маске и напряжение источника электроэнергии; при этом респиратор выполнен с возможностью передачи данных с заданной частотой.

3. Система по п.2, в которой заданная частота составляет 100 Гц.

4. Система по п.2, в которой заданная частота составляет один раз на вдох.

5. Система по п.1, в которой датчик представляет собой датчик давления, выполненный с возможностью измерения давления воздуха в маске; при этом процессор выполнен с возможностью отслеживания скорости двигателя, тока двигателя и напряжения источника электроэнергии; причем данные включают в себя скорость двигателя, ток двигателя, давление в маске и напряжение источника электроэнергии; а отчет включает в себя скорость потока через фильтр, которая вычисляется с помощью скорости двигателя, тока двигателя, давления в маске и напряжения источника электроэнергии.

6. Система по п.5, в которой респиратор выполнен свободным от датчика расхода.

7. Система по п.1, в которой датчик представляет собой датчик давления, выполненный с возможностью измерения давления воздуха в маске; причем процессор выполнен с возможностью отслеживания скорости двигателя, тока двигателя и напряжения источника электроэнергии; при этом данные включают в себя скорость двигателя, ток двигателя, давление в маске и напряжение источника электроэнергии; а отчет включает в себя рекомендацию по замене фильтра, основанную на скорости потока через фильтр, которая вычисляется с помощью скорости двигателя, тока двигателя, давления в маске и напряжения источника электроэнергии.

8. Система по п.1, в которой датчик представляет собой датчик давления, выполненный с возможностью измерения давления воздуха в маске; причем процессор выполнен с возможностью отслеживания скорости двигателя, тока двигателя и напряжения источника электроэнергии; данные включают в себя скорость двигателя, ток двигателя, давление в маске и напряжение источника электроэнергии; а отчет включает в себя коэффициент защиты.

9. Система по п.8, в которой коэффициент защиты представляет собой соотношение концентраций частиц внутри и снаружи маски.

10. Система по п.8, в которой коэффициент защиты определяется по существу в режиме реального времени.

11. Система по п.10, в которой коэффициент защиты отображается на промежуточном устройстве.

12. Система по п.8, в которой коэффициент защиты определяется для каждого вдоха пользователя.

13. Система по п.8, в которой коэффициент защиты вычисляется с использованием давления воздуха в маске, замеренного при частоте выше, чем скорость дыхания пользователя.

14. Система по п.13, в которой частота достаточно велика для восприятия изменений в скорости потока, которые происходят в пределах 300-500 миллисекунд.

15. Система по п.1, в которой промежуточное устройство включает в себя GPS и указанное промежуточное устройство добавляет информацию из GPS к данным перед повторной передачей данных.

16. Система по п.1, в которой отчет содержит указание о соответствии системы пользователю.

17. Респираторная система, содержащая

респиратор, включающий в себя фильтр, двигатель, первый приемопередатчик данных и первый процессор, причем первый процессор выполнен с возможностью определения скорости потока через респиратор с использованием мощности двигателя в установившемся состоянии и заданной характеристике респиратора, и с возможностью побуждения первого приемопередатчика данных передавать данные, соответствующие скорости потока и давлению в респираторе; и

электронное устройство, включающее в себя второй приемопередатчик данных и второй процессор, причем второй процессор выполнен с возможностью считывания данных после получения данных вторым приемопередатчиком данных и с возможностью определения состояние респиратора с помощью данных.

18. Система по п.17, в которой респиратор содержит источник электроэнергии, а первый процессор выполнен с возможностью определения скорости двигателя, напряжения источника электроэнергии и тока двигателя и с возможностью определения мощности двигателя в установившемся состоянии с помощью скорости, напряжения и тока.

19. Система по п.18, в которой мощность двигателя в установившемся состоянии представляет собой мощность двигателя без нагрузки минус мощность ускорения.

20. Система по п.19, в которой первый процессор выполнен с возможностью определения мощности ускорения двигателя по, по меньшей мере, контрольному параметру двигателя или по скорости изменения скорости двигателя.

21. Система по п.19, в которой первый процессор выполнен с возможностью определения мощности двигателя без нагрузки с помощью напряжения источника электроэнергии и тока двигателя.

22. Система по п.17, в которой заданная характеристика респиратора устанавливает соотношение между мощностью двигателя в установившемся состоянии и скоростью потока.

23. Система по п.17, в которой заданная характеристика респиратора соответствует уравнению, сохраненному в респираторе.

24. Система по п.17, в которой заданная характеристика респиратора представляет собой справочную таблицу, которая хранится в респираторе.

25. Система по п.17, в которой второй процессор выполнен с возможностью определения остаточного срока службы фильтра и с возможностью генерирования инструкций для отображения остаточного срока службы.

26. Система по п.25, в которой остаточный срок службы является функцией процента засорения, который вычисляется с помощью давления в респираторе, скорости потока и заданного значения для конкретного фильтра.

27. Система по п.25, в которой электронное устройство выполнено с возможностью сохранения коэффициента засорения, рассчитанного с помощью перепада давления через фильтр, скорости потока и заданного значения для конкретного фильтра, а также с возможностью определения остаточного срока службы как срок, полученный на основании сравнения текущего значения коэффициента засорения и сохраненного значения коэффициента засорения.

28. Система по п.17, в которой респиратор включает в себя маску и один из первого процессора и второго процессора выполнен с возможностью оценки перепада давления через фильтр с помощью скорости потока, скорости двигателя и давления в маске.

29. Система по п.17, в которой состояние респиратора оценивается с помощью веса частиц, удаленных фильтром.

30. Система по п.29, в которой вес частиц определен с помощью скорости потока, местоположения респиратора и концентрации загрязняющих веществ для местоположения респиратора.

31. Система по п.30, в которой электронное устройство выполнено с возможностью определения местоположения респиратора с помощью, по меньшей мере, одного из координат GPS или данных, введенных пользователем.

32. Система по п.30, в которой скорость потока использована для определения общего объема вдыхаемого воздуха.

33. Способ определения состояния респиратора, включающего в себя фильтр и двигатель, причем способ содержит

вычисление скорости потока воздуха через респиратор с использованием мощности двигателя в установившемся состоянии и заданной характеристики респиратора;

передачу данных, соответствующих скорости потока и давлению в респираторе;

получение данных с помощью электронного устройства; и

определение состояния респиратора с помощью данных и электронного устройства.

34. Способ по п.33, в котором мощность двигателя в установившемся состоянии вычисляется с помощью напряжения источника электроэнергии в респираторе, скорости двигателя и тока двигателя.

35. Способ по п.34, в котором мощность двигателя в установившемся состоянии представляет собой мощность двигателя без нагрузки минус мощность ускорения.

36. Способ по п.35, дополнительно содержащий определение мощности ускорения по, по меньшей мере, одному из контрольного параметра двигателя или скорости изменения скорости двигателя.

37. Способ по п.35, дополнительно содержащий определение мощности двигателя без нагрузки с помощью напряжения источника электроэнергии и тока двигателя.

38. Способ по п.33, в котором заданная характеристика респиратора коррелирует мощность двигателя в установившемся состоянии со скоростью потока.

39. Способ по п.33, в котором состояние респиратора представляет собой остаточный срок службы фильтра.

40. Способ по п.39, дополнительно содержащий вычисление остаточного срока службы фильтра как величину засорения фильтра в процентах с использованием давления в респираторе, скорости потока и заданного значения, связанного с данным фильтром, причем давление в респираторе является перепадом давления на фильтре.

41. Способ по п.39, дополнительно содержащий

определение первого значения коэффициента засорения с помощью перепада давления на фильтре, скорости потока и заданного значения, связанного с данным фильтром;

определение второго значения коэффициента засорения позже по времени, чем первое значение; и

определение остаточного срока службы как срока, полученного на основании сравнения между первым значением и вторым значением.

42. Способ по п.33, в котором давление в респираторе является перепадом давления на фильтре, дополнительно содержащий определение перепада давления на фильтре с помощью скорости потока, скорости двигателя и давления в маске респиратора.

43. Способ по п.33, в котором состояние респиратора определяют с помощью веса частиц, удаленных фильтром.

44. Способ по п.43, дополнительно содержащий определение веса частиц с помощью скорости потока, местоположения респиратора и концентрации загрязняющих веществ для местоположения респиратора.

45. Способ по п.43, дополнительно содержащий определение общего объема вдыхаемого воздуха путем суммирования значений скорости потока с течением времени.