TWI693924B - 呼氣測量模組和具有呼氣測量模組的移動設備 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種呼氣測量模組，其可包括一殼體、一渦輪機和一電磁轉換器。該殼體可以形成有一容置空間，該容置空間連接到一入口和一出口，用於使呼出氣流從該入口流到該出口。該渦輪機可包括多個磁性葉片，其能夠在呼出氣流下旋轉。定位於渦輪機附近的該電磁轉換器可以產生表示磁性葉片的旋轉運動的電信號。由該電磁轉換器輸出的該電信號可以用以評估呼氣量。

Description

呼氣測量模組和具有呼氣測量模組的移動設備

本發明通常涉及呼氣測量方法、呼氣測量模組和具有呼氣測量模組的移動設備，具體地，本發明涉及一種具有細薄尺寸的呼氣測量模組。

肺活量是用於瞭解人類生理狀態的重要線索之一。因為肺活量根據人的年齡、種族、性別等而有所不同，通常用濕式或常規肺活量測量法測量，結果由具有醫學專業知識的人評估，例如醫生，以區分疾病的存在。當然，對於每日的測量，成本是個障礙。因此，如果想要以可接受的成本瞭解他/她的肺活量，那麼能夠測量呼氣量，通常是最大呼氣量，的掌上型肺活量計是一個不錯的選擇，因為對沒有醫學專業的人來說，讀數(reading)是很容易看的，而且價格對普通人來說是實惠的。

本發明的目的是提供一種呼氣測量方法、呼氣測量模組和具有該呼氣測量模組的移動裝置，用於測量人的呼出氣流的特性。通過能夠將呼出氣流的線性運動轉換為旋轉運動的渦輪機和表示渦輪機的磁葉的旋轉運動的電信 號。呼出氣流的特徵，例如體積、第一秒內的用力呼氣量(FEV1)、峰值呼氣流量(PEF)等，可以被計算，較佳地可以計算最大呼氣量。

在本發明的一個方面，本發明可以提供有用於測量呼出氣流特性的呼氣測量移動設備，包括一平臺部件和多個功能模組。該多個功能模組可以安裝在該平臺部件上，並且它們中的每一個可以被配置為執行至少一個功能。該功能模組可以包括至少一電話呼叫模組和一呼氣測量模組，該電話呼叫模組用於撥打電話；該呼氣測量模組產生與呼出氣流的流速相關聯的多個電信號。該呼氣測量模組可以包括接收該呼出氣流的一流量計，該電話呼叫模組可以通過該呼氣測量模組輸出的該電信號計算呼氣特性的一數值。

在本發明的另一個方面，本發明可以設置有一呼氣測量模組，該呼氣測量模組可以包括一殼體、一渦輪機和一電磁轉換器。該殼體可以形成有一容置空間，該容置空間連接到一入口和一出口，用於使呼出氣流從該入口流到該出口。定位于該容置空間中的該渦輪機可包括多個磁性葉片，其能夠在呼出氣流下旋轉。定位於該渦輪機附近的該電磁轉換器可以產生表示磁性葉片的旋轉運動的多個電信號。該電信號可以由該電磁轉換器輸出，用於評估呼出氣流的特性。

在本發明的另一個方面，本發明可以設置有用於測量呼出氣流特性的一呼氣測量移動設備，其可以包括一平臺部件和多個功能模組。該功能模組包括至少一電話呼叫模組和呼氣測量模組，該電話呼叫模組和該呼氣測量模組可以安裝在該平臺部件上，該多個功能模組的每一個被配置為執行至少一個功能。該電話呼叫模組可以用於撥打電話，以及該呼氣測量模組可以用於將該呼出氣流的線性運動轉換為旋轉運動。該呼氣測量模組可包括一殼體、一渦輪 機和一電磁轉換器。該殼體可以形成有一容置空間，該容置空間連接到一入口和一出口，用於使呼出氣流從該入口流到該出口。定位于該容置空間中的該渦輪機可包括多個磁性葉片，其能夠在呼出氣流下旋轉。定位於該渦輪機附近的該電磁轉換器可以產生表示該磁性葉片的旋轉運動的多個電信號。該電信號可以由該電磁轉換器輸出，用於評估呼出氣流的特性。

在本發明的另一個方面，本發明可以提供有一種呼氣測量方法，該呼氣測量方法可以應用在一移動設備上，用於測量呼出氣流的特性。該移動設備可以包括一資料接收部件、存儲一移動應用程式碼的一記憶體和用於執行該移動應用程式碼的一第二處理部件。該呼氣測量方法包括以下步驟：利用該資料接收部件，接收與一渦輪機的一旋轉速率相關聯的一中間值，其在呼出氣流下將該呼出氣流的線性運動轉換為旋轉運動；並且利用該第二處理部件，執行該移動應用程式碼以分析一流速與該中間值之間的相關性，並且基於一預定時間段內的相關性計算呼氣特性的一數值。

當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述中將更容易理解本發明的各種目的和優點，其中：圖1示出根據本發明實施例的用於測量呼出氣流特性的呼氣測量模組的立體圖；圖2以另一角度示出與圖1相同的呼氣測量模組的立體圖；圖3示出根據本發明實施例的用於測量呼出氣流特性的呼氣測量移動設備的立體圖； 圖4示出根據本發明實施例的電話呼叫模組的功能方塊圖。

為了更完整地理解本公開及其優點，在此結合附圖作為參考進行以下描述，其中相同的附圖標記表示相同的特徵。本領域普通技術人員將理解用於實現示例實施例的其他變化，包括本文所描述的那些實施例。附圖不限於特定比例，並且類似的附圖標記用於表示類似的元件。如在公開內容和所附申請專利範圍中所使用的術語「示例實施例」、「示例性實施例」和「本實施例」不一定是指單個實施例，儘管它可以表示單個實施例。並且在不脫離本發明的範圍或精神的情況下，各種示例實施例可以容易地組合和互換。

請參考圖1和圖2。圖1示出根據本發明實施例的用於測量呼出氣流特性的呼氣測量模組的立體圖，以及圖2示出以另一個角度與圖1相同的呼氣測量模組的立體圖。首先，呼氣測量模組13用於將呼出氣流的線性運動轉換為旋轉運動。呼氣測量模組13可包括殼體131、渦輪機132、電磁轉換器133、多個輸出端子134和第一處理部件135。較佳地，具有細薄尺寸的呼氣測量模組13可適於現代移動設備的配置，其可以通過但不限於行動電話、PDA(個人數位助理)、數碼相機、手錶、平板電腦、能夠執行無線傳輸的獨立設備來實現。執行無線傳輸例如應用Wi-Fi或藍牙無線通訊等，但是不限於此。

殼體131可以形成有容置空間1311，其連接到入口1312和出口1313，用於將呼出氣流從入口1312流到出口1313。為了便於呼出氣流的進入，呼氣測量模組13可以是與空氣噴嘴14配對，空氣噴嘴14可拆卸地連接並圍繞呼氣測量模組13的入口1312。較佳地，出口1313大於入口1312。請注意，空氣噴 嘴14的形狀僅是舉例。呼出氣流，較佳地為最大呼氣量，可以從入口1312通過空氣噴嘴14進入容置空間1311，然後從出口1313離開容置空間1311。

定位于容置空間1311中的渦輪機132在此形成有六個磁性葉片1321、1322、1323、1324、1325、1326，它們能夠在呼出氣流下旋轉。渦輪機132的整個或一部分，例如六個磁性葉片1321、1322、1323、1324、1325、1326，可以由磁性材料構成，磁性材料例如鐵、鈷、鎳、其化合物或合金，或者包括至少一種磁性材料的幾種材料的混合物，例如為了輕量化但不限於，將丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂和磁粉的混合物用作永久磁體。在此指的是渦輪機132。請注意，磁性葉片1321、1322、1323、1324、1325、1326的數量和形狀可以改變。

電磁轉換器133可以定位於渦輪機132附近，並且較佳地緊鄰渦輪機132。這裡，電磁轉換器133由簧片開關實現，簧片開關可以由霍爾效應感測器代替。在磁性葉片1321、1322、1323、1324、1325、1326的旋轉期間，由於呼出氣流，當磁性葉片1321、1322、1323、1324、1325、1326中的一個，例如磁性葉片1325接近電磁轉換器133時，電磁轉換器133可以產生表示它的電信號。如果假設磁性葉片1321、1322、1323、1324、1325、1326保持旋轉，則可以產生另一電信號以表示下一個磁性葉片1336接近電磁轉換器133，而又一個電信號用於磁性葉片1321等等。因此，電信號表示渦輪機132的磁葉片1321、1322、1323、1324、1325、1326的旋轉運動。電磁轉換器133可以輸出部分或全部電信號，用於評估呼出氣流的特性。

然後，可以通過從電磁轉換器133輸出的電信號計算呼出氣流的特性。這裡，一些輸出端子134可以電連接到電磁轉換器133，而一些輸出端子 134可以電連接到第一處理部件135。輸出端子134不限於特定數量。通過輸出端子134，作為電信號傳輸介面，第一處理部件135可以接收電信號。較佳地，第一處理部件135可以是微控制器、微處理器等，其能夠，較佳地為週期性地，根據電信號計算與平均值或最高記錄的呼出氣流下的渦輪機132的旋轉速率相關聯的中間值。例如，第一處理部件135可以計算在預定持續時間中接收的電信號的數量，例如，1分鐘、10秒、1秒、10ms等，以計算渦輪機132的旋轉速率作為中間值。然後通過輸出端子134輸出中間值。呼出氣流的特性可以由第一處理部件135或基於至少一個已知氣流和測量的旋轉運動之間的相關性分析接收中間值的獨立裝置來計算，已知氣流和測量的旋轉運動之間的相關性可在以下所詳述。請注意，為了讓簡化呼氣測量模組13中的結構，可省略第一處理部件135；然而，如果這樣做的話，獨立裝置在處理每個電信號來計算呼出氣流的特性時，會有較多的負擔。

第一處理部件135或獨立裝置不時地接收中間值，渦輪機132的旋轉速率的一系列電流值(current value)，可以分析由中間值構成的至少一個已知流速曲線與渦輪機132的旋轉速率曲線之間的相關性，較佳地，借助於資料庫或查閱資料表。在資料庫或查閱資料表中，對於一定數量的已知氣流可能存在關聯資料，例如流速曲線等，其可以是來自具有不同年齡、種族、性別、健康狀況等等的人的樣本，或者存儲的使用者呼出氣流。此外，由於磁性葉片1321、1322、1323、1324、1325、1326的品質和周圍的慣性空氣，也可以實現對磁性葉片1321、1322、1323、1324、1325、1326的慣性的適當校正。

在呼氣的暫態峰值流量之後的時間段期間，渦輪機132的速度可以降低。由於慣性，在該時間段期間測量的渦輪機132的旋轉速率，較佳地以每 分鐘轉數(RPM)為單位，可能不代表實際流量。除了暫態轉速本身之外，還可以通過觀察渦輪機132的轉速變化率來實現慣性補償。通過實驗確定在無流量條件下渦輪機132的轉速在速度下降的平均速率，並將該速率與渦輪機132的轉速的測量變化率進行比較，可以檢測到流動已經停止但是渦輪機132還在慣性旋轉的情況。此外，將在該時間段期間測量的渦輪機132的旋轉速率的變化率與該流動期間的流量相關聯的表格，可以通過實驗創建並存儲在第一處理部件135或獨立裝置中。另外，渦輪機132可能需要初始時間來克服慣性和摩擦力。可由第一處理部件135或獨立設備，利用演算法將開始時間移位到新時間或有效的開始時間，以進行校正。

然後，第一處理部件135或獨立設備可以基於預定時間段內的相關性對呼氣特性計算數值，例如體積、第一秒內的用力呼氣量(FEV1)、峰值呼氣流量(PEF)等。FEV1，在1秒的時間段內測量的流量的總和，和PEF，絕對最大流量，可以通過插值方法，將最相關的已知氣流與測量流量相關聯來計算。

在另一個實施例中，第一處理部件可以是無線模組，其電連接到電磁轉換器以接收來自電磁轉換器的電信號，計算並傳輸中間值以評估呼出氣流的特性。在這種情況下，輸出端子和第一處理部件都是不必要的。無線模組可以符合無線傳輸的無線協議，例如Wi-Fi或藍牙協議。

在另一實施例中，較佳地是正排量渦輪機的實施方式，由電磁轉換器產生的電信號可以與用於呼出氣流由渦輪機內部的容積或兩個相鄰葉片之間的空間容積限定的恒定容積單元相關聯。例如，假設渦輪機中有六個葉片，則每六個電信號是一次完整旋轉。由第一處理部件或接收中間值的獨立設備所 分析的相關性，可以是一演算法，由與渦輪機內部的已知體積或兩個相鄰磁性葉片之間的空間相關聯的參數構成。此外，演算法中的參數可以與渦輪的直徑、渦輪內的空間的厚度、磁葉的數量等有關。在一個簡單的例子中，呼出氣流的FEV1可以用演算法計算，該演算法用於在接收空間的體積的第一秒中計算渦輪機的完整旋轉計數。參數不限於這裡公開的示例，並且可以選擇以獲得對於計算所需的準確度。

請參考圖3，其示出了根據本發明的又一個實施例的用於測量呼出氣流的容積的呼氣測量移動設備1的立體圖。在本實施例中，呼氣測量移動設備1是但不限於行動電話，包括平臺部件11和多個功能模組12、13，每個功能模組被配置為執行至少一個功能。具體地，功能模組12、13至少包括用於進行電話呼叫的電話呼叫模組12和用於將呼出氣流的線性運動轉換為旋轉運動的呼氣測量模組13，兩者都可以安裝在平臺部件11上。這裡的呼氣測量模組13採用例如圖1中的呼氣測量模組13。平臺部件11、電話呼叫模組12和呼氣測量模組13可以彼此電連接。請注意，功能模組的數量可以變化，例如，可以可選擇地添加至少一個具有不同功能的功能模組。平臺部件11可為可拆卸地連接到每個功能模組12、13，或者與至少一個功能模組12、13組裝在一起，例如電話呼叫模組12，用作安裝在其上的每個功能模組12、13的介面，以便彼此通信。

具體地，如圖4所示，電話呼叫模組12可以包括資料接收部件121、第二處理部件122和記憶體123。資料接收部件121可以從呼氣測量模組13接收中間值，例如圖1中所示的從第一處理部件135或電磁轉換器133接收，但不限於此。具體地，資料接收部件121可以由印刷電路板和安裝在其上的積體電路、符合藍牙協議的接收器等實現，這取決於從呼氣測量模組13傳出中間值的 構件的類型。第二處理部件122可以電連接到資料接收部件121和記憶體123，以控制資料接收部件121和記憶體123的操作。

記憶體123可以存儲移動應用程式碼，例如移動應用程式。在本實施例中，移動應用程式碼可以被配置為利用服從呼氣測量模組13產生表示磁性葉片1321、1322、1323、1324、1325、1326的旋轉運動的電信號，然後通過呼氣測量模組13輸出的電信號計算呼出氣流的特性。具體地，第二處理部件122可以執行移動應用程式碼，利用第一處理部件135接收電信號以計算中間值，該中間值與在電信號的呼出氣流下的渦輪132的轉速有關；利用資料接收部件121，從第一處理部件135接收中間值；並且利用第二處理部件122和記憶體123，分析流速與中間值之間的相關性，並基於預定時間段內的相關性計算呼氣特性的數值。相關性分析可以類似於圖1中所示的實施例。因此，如上所述，通過能夠將呼出氣流的線性運動轉換為旋轉運動的渦輪機和表示渦輪機的磁葉片的旋轉運動的電信號，可以計算呼出氣流的特性。

在另一個實施例中，呼氣測量移動設備可以由PDA(個人數位助理)、數碼相機、手錶、平板電腦或能夠執行無線傳輸的獨立設備實現，例如應用Wi-Fi或藍牙無線通訊，但不限於此。在又一個實施例中，用於測量呼出氣流的特徵的呼氣測量移動設備，呼氣測量模組可以包括接收呼出氣流的另一種類型的流量計，代替渦輪機以產生與呼出氣流的流速相關的多個電信號。電話呼叫模組可以通過從呼氣測量模組輸出的電信號計算呼氣特性的數值。請注意，流量計可以是渦輪機、差壓流量計、渦街流量計、超聲波多普勒流量計等，但不限於此。差壓流量計可以通過測量電阻、孔板、文丘裡管、流量噴嘴等的壓降來檢測流量。超聲波多普勒流量計可以計算來自超聲波換能器等的流量。

雖然上面已經描述了根據所公開的原理的各種實施例，但是應該理解，它們僅作為示例呈現，而不是限制性的。因此，示例性實施例的廣度和範圍不應受任何上述實施例的限制，而應僅根據申請專利範圍及其從本發明發佈的等同物來限定。此外，在所描述的實施例中提供了上述優點和特徵，但是不應將這些所公開的申請專利範圍的應用限制於實現任何或所有上述優點的過程和結構。

此外，此處所提供的章節標題是與美國審查指南37 C.F.R.1.77下的建議保持一致，或者以其他方式提供組織化的提示。這些標題不應限制或表徵可能從本公開中發出的任何申請專利範圍中所述的發明。具體地，「背景技術」中的技術的描述不應被解釋為承認技術是本公開中的任何發明的現有技術。此外，本公開中對單一形式的「發明」的任何引用，不應用來論證在本公開中僅存在單個新穎性特點。可以根據從本公開所發佈的多個申請專利範圍的限制得出多個發明，並且由這樣的申請專利範圍對應地定義所要保護的這些發明及其等同物。在所有情況下，根據本公開內容，這些申請專利範圍的範圍應根據其自身的優點來考慮，但不應受本文標題的約束。

13:呼氣測量模組

14:空氣噴嘴

131:殼體

132:渦輪機

133:電磁轉換器

134:輸出端子

135:第一處理部件

1311:容置空間

1312:入口

1313:出口

1321:磁性葉片

1322:磁性葉片

1323:磁性葉片

1324:磁性葉片

1325:磁性葉片

1326:磁性葉片

Claims (9)

1. 一種呼氣測量模組，其特徵在於，包括：一殼體，形成有連接到一入口和一出口的一容置空間，用於使一呼出氣流從該入口流到該出口；一渦輪機，定位于該容置空間中，由樹脂與具有永久磁體的磁粉的混合物製成，包括多個磁性葉片，其能夠在該呼出氣流下圍繞垂直於該入口和該出口之間的方向的一軸線旋轉；一電磁轉換器，定位於該渦輪機的附近，用於產生表示該磁性葉片的旋轉運動的多個電信號；一第一處理部件，接收該電信號，並且計算與來自該電信號的該呼出氣流下的該渦輪機的一旋轉速率相關聯的至少一中間值；以及一無線模組，電連接到該電磁轉換器，接收來自該電磁轉換器的電信號，計算並傳輸與該呼出氣流下的該渦輪機的一旋轉速率相關聯的一中間值，其中該無線模組符合藍牙協定，其中該電信號由該電磁轉換器輸出，用於評估從該入口到該出口的該呼出氣流的流動特性，該流動特性為體積、第一秒內的用力呼氣量或峰值呼氣流量。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的呼氣測量模組，其中，進一步包括：至少一個輸出端子，電連接到該電磁轉換器，用於傳輸該電信號。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的呼氣測量模組，其中，該第一處理部件是一微控制器。
4. 一種用於測量呼出氣流特性的呼氣測量移動設備，其特徵在於，包括：一平臺部件；以及多個功能模組，安裝在該平臺部件上，每個功能模組配置成執行至少一個功能，包括至少一電話呼叫模組和一呼氣測量模組，該電話呼叫模組用於撥打電話，該呼氣測量模組用於將呼出氣流的線性運動轉換為旋轉運動，其中該呼氣測量模組包括：一殼體，形成有一容置空間，該容置空間連接到一入口和一出口，用於使呼出氣流從該入口流到該出口；一渦輪機，定位于該容置空間中，由樹脂與具有永久磁體的磁粉的混合物製成，包括多個磁性葉片，其能夠在該呼出氣流下圍繞垂直於該入口和該出口之間的方向的一軸線旋轉；一電磁轉換器，定位於該渦輪機的附近，用於產生表示該磁性葉片的旋轉運動的多個電信號，以及一第一處理部件，接收該電信號，並且計算與來自該電信號的該呼出氣流下的該渦輪機的一旋轉速率相關聯的至少一中間值，其中該電話呼叫模組包括：一資料接收部件，從該第一處理部件接收該中間值；一記憶體，存儲一移動應用程式碼；以及一第二處理部件，電連接到該資料接收部件和該記憶體，操作以執行該移動應用程式碼； 其中，該電話呼叫模組通過從該電磁轉換器輸出的該電信號計算呼出氣流的流動特性的一數值，該流動特性為體積、第一秒內的用力呼氣量或峰值呼氣流量，以及其中，該移動應用程式碼被配置為利用該資料接收部件、該記憶體和該第二處理部件，使得該呼氣測量移動設備至少：分析一流速與該中間值之間的相關性；基於在一預定時間段內的相關性計算呼氣特性的該數值；以及基於該相關性計算該呼出氣流的一峰值呼氣流速。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的呼氣測量移動設備，其中，該第一處理部件是一微控制器。
6. 根據申請專利範圍第4項所述的呼氣測量移動設備，其中，該資料接收部件是安裝在其上的一印刷電路板和一積體電路。
7. 根據申請專利範圍第4項所述的呼氣測量移動設備，其中，該呼氣測量模組，進一步包括：一無線模組，電連接到該電磁轉換器，接收來自該電磁轉換器的電信號，計算並傳輸與該呼出氣流下的該渦輪機的一旋轉速率相關的一中間值。
8. 根據申請專利範圍第7項所述的呼氣測量移動設備，其中，該無線模組和該資料接收部件都符合藍牙協議。
9. 根據申請專利範圍第4項所述的呼氣測量移動設備，其中，進一步包括：一空氣噴嘴，可拆卸地連接並圍繞該呼氣測量模組的入口。

Images