2023年，宗泰在醫(yī)療領(lǐng)域相關(guān)的供應(yīng)鏈生態(tài)系統(tǒng)投入了大量的研發(fā)資源，包括以廣義的“給氧支持”為概念的大眾氧療行業(yè)，我們將從氧源的充足供給到用戶呼吸端的友好銜接，一起打包提供完善的解決方案和技術(shù)支持，為需要氧氣支持的個(gè)人和需要提高氧氣含量的場(chǎng)所提供物美價(jià)廉的創(chuàng)新性產(chǎn)品。在產(chǎn)品研發(fā)期間，宗泰還根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和行業(yè)分析撰寫了相關(guān)的論文，并于2023年年末在《醫(yī)學(xué)研究》雜志上發(fā)表了論文《推動(dòng)氧氣呼吸機(jī)系統(tǒng)解析及創(chuàng)新的“給氧支持”》，這將助力醫(yī)療呼吸機(jī)和氧療行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。

論文標(biāo)題：推動(dòng)氧氣呼吸機(jī)系統(tǒng)解析及創(chuàng)新的“給氧支持”

摘要: 本文闡述了zanty新研發(fā)的無(wú)磁滯電磁比例閥的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論，證明了其可以替代氧氣呼吸機(jī)內(nèi)的進(jìn)口比例閥。無(wú)磁滯比例閥的線性特性有助于簡(jiǎn)化氧氣呼吸機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和算法難度、降低成本及促進(jìn)氧氣呼吸機(jī)的普及。此外，通過(guò)解析和建立呼吸機(jī)的實(shí)物模型，我們解決了關(guān)于呼吸機(jī)的技術(shù)難題。

本文還提出了”給氧支持”的概念，強(qiáng)調(diào)了呼吸健康不僅是重癥病人所需，也是基礎(chǔ)病、防疫、社康等領(lǐng)域的重要需求。各種規(guī)格的氧氣呼吸機(jī)具有巨大的市場(chǎng)潛力，可以帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)，提升全民醫(yī)療、防疫和健康的水平。

關(guān)鍵詞：氧氣呼吸機(jī)；電磁比例閥；無(wú)磁滯電磁比例閥；輸出特性曲線；磁滯干擾；氧氣流量控制器；給氧支持；健康呼吸

前言

新冠病毒疫情初期，原有的醫(yī)院系統(tǒng)被突破，急需的氧氣呼吸機(jī)成為最緊急的輔助治療設(shè)備。之前被忽視的昂貴的醫(yī)院給氧支持設(shè)備引起了國(guó)家和行業(yè)的關(guān)注。其中核心零部件之一，氧氣電磁比例閥的研究和開發(fā)工作也是從疫情開始。目前，深圳市宗泰電機(jī)有限公司開發(fā)成功的無(wú)磁滯電磁比例閥，不僅可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，降低呼吸機(jī)的制造成本，同時(shí)可以重新評(píng)估給氧支持的廣義市場(chǎng)和產(chǎn)品開發(fā)需求的趨勢(shì)。這將有助于接軌未來(lái)全民醫(yī)療、全民防疫和全民健康的更大的氧氣呼吸機(jī)的市場(chǎng)需求。

一、“給氧支持”將拓展醫(yī)療氧氣呼吸機(jī)的應(yīng)用市場(chǎng)

1.1水是生命之源，氧氣是生命之門

氧氣是生命存在的基礎(chǔ)，它是所有活體生物必需的呼吸氣體，沒(méi)有氧氣，所有生物都無(wú)法生存。在生物學(xué)上，氧氣在呼吸過(guò)程中與食物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生能量。這個(gè)過(guò)程被稱為細(xì)胞呼吸，是生物體維持生命所必需的。沒(méi)有氧氣，細(xì)胞無(wú)法進(jìn)行呼吸，能量供應(yīng)就會(huì)中斷，導(dǎo)致細(xì)胞死亡和生命的終止。因此，氧氣不僅是生命的門戶，還是生命維持和延續(xù)的關(guān)鍵。

1.2呼吸健康概念的提出

聯(lián)合國(guó)衛(wèi)生組織（WHO）提出了關(guān)于呼吸健康的重要性，并提倡健康的呼吸方式和呼吸系統(tǒng)疾病的預(yù)防和治療。WHO強(qiáng)調(diào)了保持空氣清潔和減少空氣污染的重要性，因?yàn)榭諝赓|(zhì)量對(duì)呼吸系統(tǒng)健康有著直接影響。他們還提出了減少吸煙、預(yù)防肺部感染和提高呼吸系統(tǒng)健康意識(shí)的各種措施。

WHO還倡導(dǎo)采取行動(dòng)來(lái)預(yù)防和治療呼吸系統(tǒng)疾病，包括哮喘、慢性阻塞性肺?。–OPD）、肺結(jié)核、肺癌等。他們提倡加強(qiáng)全球范圍內(nèi)的呼吸系統(tǒng)疾病監(jiān)測(cè)和研究，以便更好地了解和應(yīng)對(duì)這些疾病。

1.3傳統(tǒng)給氧支持的概念

給氧支持是一種常見(jiàn)的醫(yī)療手段，用于治療各種呼吸系統(tǒng)疾病以及在其他醫(yī)學(xué)情況下需要增加氧氣濃度的情況。對(duì)于那些患有呼吸困難、低氧血癥或其他呼吸系統(tǒng)問(wèn)題的患者來(lái)說(shuō)，給氧支持是非常重要的。這種治療方法可以幫助患者恢復(fù)呼吸功能，維持身體的氧氣供應(yīng)，從而對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病進(jìn)行有效治療。

所以，提供給氧支持對(duì)于那些有呼吸問(wèn)題或呼吸系統(tǒng)疾病的患者來(lái)說(shuō)是非常有意義的。但是對(duì)于普通的基礎(chǔ)病患者很難得到較好的給氧支持，原因就是設(shè)備價(jià)格太高無(wú)法普及。

1.4廣義給氧支持的討論

1.4.1已知條件下的給氧支持

在人的一生中，通常情況下不會(huì)需要長(zhǎng)期的氧氣支持，但是有些特定情況下，人們可能會(huì)需要臨時(shí)或短期的氧氣支持，例如：

a.在高海拔地區(qū)：當(dāng)人們前往高海拔地區(qū)時(shí)，由于氧氣稀薄，可能會(huì)導(dǎo)致高原反應(yīng)，這時(shí)需要暫時(shí)提供氧氣支持。

b.在進(jìn)行手術(shù)或接受麻醉過(guò)程中：手術(shù)過(guò)程中有時(shí)會(huì)需要氧氣支持，以維持患者的呼吸功能。

c.在遭受嚴(yán)重外傷、中毒或突發(fā)心臟或呼吸系統(tǒng)疾病時(shí)：這些情況下可能會(huì)導(dǎo)致呼吸困難或低氧血癥，需要緊急氧氣支持。

1.4.2多視角關(guān)注給氧支持

特殊環(huán)境和突發(fā)事件需要”給氧支持”已確定。然而，對(duì)于人生慢變量中的”缺氧支持”，例如”疲勞”、”防疫”、”亞健康”和”衰老”這些狀態(tài)，從疾病治療的角度來(lái)看，通常無(wú)法得到長(zhǎng)期的氧氣支持。但從老年、健康、輔助治療和康復(fù)的角度來(lái)看，中等氧氣濃度含量（30%-50%）的“給氧支持”顯得尤為重要。

例如，在疲勞的情況下，充足的氧氣可以幫助恢復(fù)身體的精力和活力。在預(yù)防疾病方面，維持良好的氧氣攝取也對(duì)免疫系統(tǒng)的健康和預(yù)防疾病具有重要作用。對(duì)于康復(fù)和衰老而言，足夠的氧氣供應(yīng)可以幫助恢復(fù)受損的組織和促進(jìn)身體的健康。

給氧支持可以被視為一種促進(jìn)健康和康復(fù)的手段，對(duì)于預(yù)防疾病、康復(fù)和促進(jìn)身體健康都是非常重要的。這種觀點(diǎn)對(duì)于提升人們對(duì)健康和康復(fù)的認(rèn)識(shí)和重視具有積極意義。

人體衰老是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及多個(gè)系統(tǒng)和器官的功能逐漸減退。關(guān)于氧氣在衰老過(guò)程中的角色，有一些研究表明隨著年齡的增長(zhǎng)，人體對(duì)氧氣的利用效率可能會(huì)降低，這可能與肺部功能隨著年齡增長(zhǎng)而下降有關(guān)。

肺部是人體吸收氧氣的關(guān)鍵器官，衰老可能會(huì)導(dǎo)致肺功能下降，包括肺泡表面積減少和肺活量減小，這可能會(huì)影響人體對(duì)氧氣的吸收。此外，隨著年齡的增長(zhǎng)，血液中的紅細(xì)胞數(shù)量也可能減少，這可能會(huì)導(dǎo)致氧氣輸送到身體各部位的效率下降。

然而，人體免疫力的降低不僅是由于氧的攝入減少，還受到多種因素的影響，包括免疫細(xì)胞的功能下降、炎癥反應(yīng)增加等多種因素。因此，衰老對(duì)免疫力的影響是個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，不僅僅取決于氧氣的攝入。

1.5廣義給氧支持防疫是國(guó)防需求

1.5.1給氧支持在新冠疫情中發(fā)揮的作用

給氧支持在應(yīng)對(duì)疫情中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，特別是在面對(duì)呼吸道疾病，如COVID-19這樣的流行病毒時(shí)，許多患者因?yàn)楹粑щy而需要氧氣治療。在這種情況下，提前在家庭、社區(qū)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)以及長(zhǎng)者護(hù)理機(jī)構(gòu)等地方進(jìn)行給氧支持的準(zhǔn)備工作，對(duì)于有效地控制疫情和解決醫(yī)療和社會(huì)資源是非常重要的。這種預(yù)防性的布局可以幫助提供急需的支持，在疫情期間為患者提供必要的護(hù)理和治療。

在高峰期和醫(yī)療資源緊張時(shí)，給氧支持的提前準(zhǔn)備也有助于減輕醫(yī)療系統(tǒng)的壓力，幫助確保每位患者都能得到所需的治療。提前進(jìn)行給氧支持的布局和準(zhǔn)備，確實(shí)可以在控制疫情和解決醫(yī)療和社會(huì)資源方面發(fā)揮重要作用。

1.5.2疫情防御體現(xiàn)國(guó)防力量

疫情可能由多種因素引發(fā)，包括自然原因、人為因素，甚至是政治和戰(zhàn)爭(zhēng)手段。在這種情況下，確保國(guó)家具備全面的應(yīng)對(duì)疫情的能力和資源，可被視為一項(xiàng)長(zhǎng)期的國(guó)防需求。

國(guó)家在面對(duì)疫情時(shí)，必須采取全面的防疫措施，包括加強(qiáng)傳染病監(jiān)測(cè)、建立醫(yī)療物資儲(chǔ)備、提高醫(yī)療救治能力、加強(qiáng)國(guó)際合作等。這些措施以及應(yīng)對(duì)疫情的能力，與國(guó)家的國(guó)防能力有著密切的聯(lián)系。

在應(yīng)對(duì)疫情的過(guò)程中，國(guó)家已經(jīng)制定長(zhǎng)期的國(guó)家防疫戰(zhàn)略，并將其納入國(guó)家的整體國(guó)防規(guī)劃和長(zhǎng)期戰(zhàn)略之中。這種長(zhǎng)期的國(guó)家防疫戰(zhàn)略，可以確保國(guó)家在面臨未來(lái)可能出現(xiàn)的各種疫情挑戰(zhàn)時(shí)，都具備足夠的準(zhǔn)備和能力。

其中，給氧支持設(shè)施，比如氧氣呼吸機(jī)，確實(shí)在社區(qū)和家庭中具有防疫功能。這樣的設(shè)施可以用來(lái)幫助那些因疾病或其他健康問(wèn)題而需要額外氧氣支持的個(gè)人，比如患有嚴(yán)重肺部疾病或其他呼吸系統(tǒng)問(wèn)題的患者。然而，在疫情期間，這種設(shè)施也可以用來(lái)治療那些因感染所引起的呼吸系統(tǒng)問(wèn)題，例如COVID-19等病毒感染引起的呼吸困難。

二、氧氣呼吸機(jī)的市場(chǎng)需求及意義

氧氣呼吸機(jī)通常配置在重癥監(jiān)護(hù)病房（ICU）中，因?yàn)檫@些設(shè)備通常需要專業(yè)的監(jiān)控和維護(hù)，而且使用它們需要有專業(yè)的知識(shí)和技能。此外，氧氣呼吸機(jī)通常十分昂貴，使得將其配置到每個(gè)病床或社區(qū)、家庭成本過(guò)高。然而，在疫情期間，隨著呼吸系統(tǒng)相關(guān)疾病的增多，有些國(guó)家也在積極采取措施，提供更多的氧氣呼吸機(jī)以滿足惡化病情的患者需求。

對(duì)于社區(qū)和家庭，一些便攜式氧氣裝置和氧氣供應(yīng)設(shè)備，比如氧氣氣瓶、便攜式氧氣濃縮器等，更適合于簡(jiǎn)單的氧療需求。這些設(shè)備可以更靈活地滿足一些患者的基本氧氣需求。此外，一些患者也可以通過(guò)定期的門診或家庭護(hù)理來(lái)獲取氧氣治療。

2.1統(tǒng)計(jì)比較

根據(jù)全球主要國(guó)家的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)比較，每10萬(wàn)人擁有的ICU氧氣呼吸機(jī)臺(tái)數(shù)如下：

- 美國(guó)：根據(jù)一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，美國(guó)每10萬(wàn)人擁有的ICU氧氣呼吸機(jī)數(shù)量大約在30-35臺(tái)左右。

- 日本：日本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，每10萬(wàn)人擁有的ICU氧氣呼吸機(jī)數(shù)量約為10-15臺(tái)之間。

- 中國(guó)：中國(guó)的數(shù)據(jù)顯示，每10萬(wàn)人擁有的ICU氧氣呼吸機(jī)數(shù)量大約在3-5臺(tái)之間。

這些數(shù)據(jù)都是根據(jù)最近的一些統(tǒng)計(jì)和研究數(shù)據(jù)得出的，但具體數(shù)字可能會(huì)因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)時(shí)間和數(shù)據(jù)來(lái)源的不同而有所差異?？傮w來(lái)說(shuō)，美國(guó)的ICU氧氣呼吸機(jī)設(shè)備數(shù)量普遍較高，中國(guó)相對(duì)來(lái)說(shuō)數(shù)量較少。

如果中國(guó)三甲醫(yī)院病床都配套氧氣呼吸機(jī)預(yù)算估計(jì)，中國(guó)三甲醫(yī)院的呼吸科病床通常在每10萬(wàn)人中大約有15到30張，根據(jù)這個(gè)數(shù)字，如果每個(gè)呼吸科病床都配備氧氣呼吸機(jī)，那么每10萬(wàn)人將配備150到300臺(tái)氧氣呼吸機(jī)。這是根據(jù)中國(guó)現(xiàn)有醫(yī)院情況估算的大致數(shù)字，實(shí)際情況可能會(huì)有所不同。

如果中國(guó)三甲醫(yī)院急診病床都配套氧氣呼吸機(jī)預(yù)算估計(jì)，中國(guó)三甲醫(yī)院急診病床一般在每10萬(wàn)人中大約有30到50張，同時(shí)根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于每張急診病床需要至少兩臺(tái)氧氣呼吸機(jī)作為配備?；谶@個(gè)估算，每10萬(wàn)人需要配備60到100臺(tái)氧氣呼吸機(jī)。

如果中國(guó)三線城市以上的社康醫(yī)療站（健康服務(wù)中心）配備一臺(tái)氧氣呼吸機(jī)，我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算10萬(wàn)人需要配備多近一萬(wàn)臺(tái)。

如果加上縣級(jí)醫(yī)院、養(yǎng)老院和部分家庭病床需求，僅醫(yī)療系統(tǒng)氧氣呼吸機(jī)有幾百萬(wàn)臺(tái)的市場(chǎng)潛在需求。

2.2醫(yī)院氧氣呼吸機(jī)普及的關(guān)鍵瓶頸

根據(jù)上面的設(shè)定統(tǒng)計(jì)，僅三甲醫(yī)院（沒(méi)有包括社康、養(yǎng)老院和家庭）如此大的氧氣呼吸機(jī)缺口，按目前市場(chǎng)價(jià)格去要計(jì)算是一筆巨大的投資，其主要原因就是現(xiàn)有氧氣呼吸機(jī)的價(jià)格較高。

氧氣呼吸機(jī)的價(jià)格在很大程度上取決于其性能、功能和品牌。通常情況下，氧氣呼吸機(jī)的價(jià)格可能高達(dá)數(shù)千美元甚至更高。要使氧氣呼吸機(jī)在醫(yī)院、社區(qū)得到普及應(yīng)用，價(jià)格必須大幅度的下降。

醫(yī)療器械的價(jià)格下降是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，需要在技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)效率和監(jiān)管要求之間尋找平衡。隨著技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，我們可能會(huì)看到更多的醫(yī)療設(shè)備價(jià)格降低，也使得這些設(shè)備更廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療環(huán)境中。

2.3帶動(dòng)市場(chǎng)對(duì)氧氣呼吸機(jī)各種場(chǎng)景產(chǎn)品的需求和開發(fā)

人們對(duì)健康和醫(yī)療護(hù)理的關(guān)注日益增加，導(dǎo)致對(duì)氧療的需求也在增加。一些慢性疾病患者、運(yùn)動(dòng)員和老年人等群體可能需要長(zhǎng)期或定期進(jìn)行氧療。此外，在突發(fā)公共衛(wèi)生事件或自然災(zāi)害中，氧氣呼吸機(jī)是救治重癥患者的重要設(shè)備之一。因此，隨著氧氣概念更廣泛的推廣，可能會(huì)催生對(duì)氧氣呼吸機(jī)產(chǎn)品更多樣化的需求。針對(duì)不同場(chǎng)景和需求，可能會(huì)開發(fā)不同類型的氧氣呼吸機(jī)產(chǎn)品，包括便攜式氧氣呼吸機(jī)、家用氧氣治療設(shè)備以及專門用于特定疾病/情景的氧氣呼吸機(jī)等。這種多樣化的產(chǎn)品開發(fā)和需求可能會(huì)在一定程度上推動(dòng)醫(yī)療設(shè)備和技術(shù)的創(chuàng)新。

除了氧氣呼吸機(jī)的需求，還可能促進(jìn)相關(guān)配套設(shè)備和服務(wù)的發(fā)展，如氧氣供應(yīng)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)分析技術(shù)等。這些體現(xiàn)了廣義給氧支持概念和意義對(duì)醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)的積極影響?？傮w而言，給氧支持概念的推廣可能促進(jìn)了氧氣呼吸機(jī)產(chǎn)品的多樣化需求，同時(shí)也給醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了一定的啟示。

更進(jìn)一步，這種多樣化需求可以激發(fā)新的創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)，從而擴(kuò)大了醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)的規(guī)模。例如，為了滿足不同類型患者的需求，制造商可能會(huì)開發(fā)不同型號(hào)和規(guī)格的氧氣呼吸機(jī)，從而增加了市場(chǎng)的多樣性。同時(shí)，數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以幫助醫(yī)生和病人更好地理解患者的病情和治療效果，從而提高了醫(yī)療設(shè)備的整體質(zhì)量和效率。

此外，給氧支持概念的推廣也可能促進(jìn)醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的科技進(jìn)步。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，制造商可能會(huì)將這些技術(shù)應(yīng)用于新產(chǎn)品中，以提高產(chǎn)品的性能和用戶體驗(yàn)。例如，可以將人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用于氧氣呼吸機(jī)中，以提高其智能化程度和精準(zhǔn)度。這些進(jìn)步不僅可以提高醫(yī)療設(shè)備的整體水平，也可以為患者提供更好的治療服務(wù)。

2.4帶動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型升級(jí)

氧氣呼吸機(jī)市場(chǎng)需求的增加可能會(huì)導(dǎo)致技術(shù)創(chuàng)新和成本降低，從而進(jìn)入良性循環(huán)。

隨著需求的增加，制造商將投入更多資源進(jìn)行研發(fā)，開發(fā)更先進(jìn)、高效的氧氣呼吸機(jī)，使用最新的材料和技術(shù)設(shè)計(jì)更輕便、更便攜的產(chǎn)品，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，改善治療效果等。技術(shù)創(chuàng)新還可能涉及數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能化技術(shù)的引入，提高使用便捷性和治療效果。同時(shí)，技術(shù)進(jìn)步將提高生產(chǎn)效率，降低原材料成本和生產(chǎn)成本，導(dǎo)致氧氣呼吸機(jī)生產(chǎn)成本的降低。此外，隨著供應(yīng)鏈的改進(jìn)和規(guī)模效應(yīng)的提升，生產(chǎn)成本也可能會(huì)進(jìn)一步降低。最終，這些技術(shù)創(chuàng)新和生產(chǎn)成本的降低可能會(huì)導(dǎo)致氧氣呼吸機(jī)的價(jià)格下降，使更多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)、個(gè)人和家庭能夠承擔(dān)得起這種設(shè)備。價(jià)格下降可能會(huì)進(jìn)一步刺激市場(chǎng)需求，形成一個(gè)良性循環(huán)。因此，市場(chǎng)需求的增加可能會(huì)促進(jìn)氧氣呼吸機(jī)行業(yè)技術(shù)和成本的改善，從而更廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療和護(hù)理領(lǐng)域。

2.5意義

氧氣呼吸機(jī)是一種醫(yī)療設(shè)備，通過(guò)為病患提供呼吸支持來(lái)幫助維持或改善其呼吸功能。了解和解析氧氣呼吸機(jī)的原理不僅對(duì)醫(yī)學(xué)科研和實(shí)踐具有重大的科學(xué)意義，而且對(duì)于社會(huì)全民醫(yī)療、全民防疫以及促進(jìn)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。

三、還原和解析氧氣呼吸機(jī)的原理和機(jī)制

3.1了解呼吸生理學(xué)

氧氣呼吸機(jī)的原理涉及到人體呼吸系統(tǒng)的生理學(xué)原理。通過(guò)深入研究呼吸機(jī)的工作原理，可以更好地理解人體呼吸功能的機(jī)理，包括肺部氣體交換、呼吸頻率和容量等。這對(duì)于醫(yī)生和醫(yī)護(hù)人員來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，因?yàn)樗麄冃枰鶕?jù)病患的具體情況來(lái)調(diào)節(jié)呼吸機(jī)的參數(shù)，以最大程度地滿足患者的生理需求。

3.2提高治療效果

深入了解氧氣呼吸機(jī)的原理可以有助于優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)備，提高呼吸支持治療的效果，使得患者能夠獲得更有效的治療?？茖W(xué)意義在于通過(guò)研究和分析氧氣呼吸機(jī)的原理，不斷改進(jìn)設(shè)備的性能和功能，以確?；颊叩玫阶罴训暮粑委煛?/span>

3.3技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用

對(duì)氧氣呼吸機(jī)原理的科學(xué)解析與研究，可能會(huì)為相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用提供有益的啟示。這可能包括新材料、智能控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)等的應(yīng)用，這些創(chuàng)新有助于提高呼吸機(jī)的性能并促進(jìn)醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展。

3.4破局國(guó)外企業(yè)長(zhǎng)久壟斷，促進(jìn)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈多元化發(fā)展

巨大體量的呼吸機(jī)市場(chǎng)需求吸引巨額資本投資。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和逐漸形成大規(guī)模生產(chǎn)會(huì)快速降低呼吸機(jī)成本，滿足給氧支持市場(chǎng)的需求。

3.5氧氣呼吸機(jī)原理的系統(tǒng)模型

氧氣呼吸機(jī)系統(tǒng)通常由這四個(gè)主要模塊組成，每個(gè)模塊都扮演著重要的角色：

a.? 制氧/氧源模塊：這個(gè)模塊負(fù)責(zé)制造或提供氧氣。它可以包括氧氣壓縮機(jī)、氧氣罐、分離機(jī)，或者負(fù)責(zé)將空氣中的氧氣進(jìn)行濃縮的裝置。

b.? 混氧模塊：在一些情況下，需要根據(jù)患者的需求調(diào)節(jié)提供的氧氣濃度。這個(gè)模塊負(fù)責(zé)混合并調(diào)節(jié)氧氣的濃度，以滿足患者的需求。

c.? 呼吸端模塊：這包括了與患者呼吸道相連接的一系列設(shè)備，例如面罩、導(dǎo)管、氧氣管路等。它們用來(lái)將氧氣輸送到患者的呼吸道系統(tǒng)中。

d.? 數(shù)據(jù)處理模塊：這個(gè)模塊通常是一種智能控制系統(tǒng)，用來(lái)監(jiān)控和調(diào)節(jié)氧氣的流量和濃度，以確保符合患者的需求。它還可以記錄重要的治療數(shù)據(jù)，并監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)以確保安全和有效性。

這些模塊的協(xié)同操作確保了氧氣呼吸機(jī)能夠有效地為患者提供所需的氧氣支持。

3.6還原氧氣呼吸機(jī)的原理模型

（圖一、氧氣呼吸機(jī)示意原理）

根據(jù)圖一建立流體控制模型:

（圖二、流體系統(tǒng)原理圖）

根據(jù)圖二原理圖，需要搭建出實(shí)體系統(tǒng)模型，以便于實(shí)驗(yàn)獲取第一手的數(shù)據(jù)和資料。

（圖三、場(chǎng)景模型布局圖）

（圖四、實(shí)物系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/span>

實(shí)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ洼^全面的展示了混氧和部分呼吸端的內(nèi)容。

圖四中左上部是純氧氣流量控制子系統(tǒng)，左下部分是空氣流量控制子系統(tǒng)，兩個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)容器混合指定比例氧氣。右半部分是呼吸端的流體控制系統(tǒng)動(dòng)力部分，呼吸端剩余部分是與人體呼吸建立喚氣轉(zhuǎn)換控制。

市場(chǎng)上每個(gè)廠家出于成本和體積等因素的考慮，在回路結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)有所不同，但原理都是涵蓋在上述系統(tǒng)的模型中。

這三個(gè)子系統(tǒng)從內(nèi)部元件到控制算法，卻長(zhǎng)期困擾著國(guó)內(nèi)氧氣呼吸機(jī)的研發(fā)和制造。

通過(guò)參觀國(guó)內(nèi)和國(guó)外醫(yī)療器件展，幾乎看不到任何一家展示氧氣流量控制器或控制系統(tǒng)解決方案的公司。這里除了技術(shù)封鎖之外，其中調(diào)節(jié)閥的非線性特性不可替代也是關(guān)鍵因素之一。

四、核心零件氧氣電磁比例閥的問(wèn)題及創(chuàng)新

4.1電磁比例閥在氧氣呼吸機(jī)中的作用

氧氣呼吸機(jī)通過(guò)控制氧氣的流量和濃度來(lái)提供呼吸支持，而電磁比例閥則用于精確地控制氧氣的流量。

具體來(lái)說(shuō)，電磁比例閥可以根據(jù)程序控制和傳感器的反饋，調(diào)整氧氣的流量，以確保呼吸機(jī)向患者提供正確的氧氣濃度。這樣可以確?；颊叩玫竭m當(dāng)?shù)难鯕夤?yīng)，特別是對(duì)于需要長(zhǎng)期呼吸支持的患者來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

通過(guò)精確地調(diào)節(jié)氧氣的供應(yīng)量，電磁比例閥使得氧氣呼吸機(jī)能夠提供高度個(gè)性化的治療，滿足不同患者的需求。這對(duì)重癥監(jiān)護(hù)患者和需要長(zhǎng)期氧療的患者來(lái)說(shuō)尤為重要。

4.2比例閥輸出特性曲線比較分析

（圖五、兩種比例閥輸出特性曲線）

在圖五中縱坐標(biāo)是氣體流量，橫坐標(biāo)是pwm占空比的控制電流輸入。兩種曲線代表兩種比例閥產(chǎn)品的輸出特性曲線，曲線一較為彎曲，屬于非線性輸出特性函數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)為一元多次方程（三次以上方程），曲線二接近直線，數(shù)學(xué)表達(dá)為接近一元一次方程。

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兩種特性曲線在控制測(cè)試中有明顯差異，磁滯干擾是一種發(fā)散性系統(tǒng)干擾，出現(xiàn)正反饋頻率共振，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，這也是長(zhǎng)期以來(lái)流體控制系統(tǒng)發(fā)展的一大瓶頸。

（圖六、非線性特性正反饋震蕩）

（圖七、線性特性負(fù)反饋穩(wěn)定）

磁滯干擾是造成比例閥輸出非線性的主要因素，也可以成為磁滯非線性，可以通過(guò)引入磁滯回線模型進(jìn)行描述，最常用的是Jiles-Atherton模型。這個(gè)模型是一個(gè)非線性偏微分方程，所以需要考慮更高階的導(dǎo)數(shù)。

4.3 zanty的解決方案及詮釋

4.3.1數(shù)學(xué)模型分析

電磁比例閥的輸出特性曲線通常可以表示為一個(gè)非線性函數(shù)，這個(gè)函數(shù)可能涉及到磁滯效應(yīng)。然而，具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式會(huì)取決于許多因素，包括閥門的設(shè)計(jì)、工作條件等。因此，沒(méi)有一個(gè)通用的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以用來(lái)描述含有磁滯干擾的電磁比例閥的輸出特性曲線。

在一般情況下，我們可能會(huì)使用高階微分方程來(lái)描述這種非線性行為。但是，具體的微分方程會(huì)取決于具體的物理模型和邊界條件。例如，如果我們考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，其中閥門的輸出是輸入電壓的二次函數(shù)，并且受到磁滯效應(yīng)的影響，那么可能的微分方程可能是這樣的：

d2y/dt2 = -k*y3 + u*y2 - ky*y + b*u + c*(y_prev - y)

其中，y是閥門的輸出，u是輸入電壓，y_prev是上一時(shí)刻的輸出，k、b和c是常數(shù)。這個(gè)微分方程是一個(gè)二階微分方程，屬于高階微分方程的一種。

顯然，磁滯干擾的比例電閥的線圈電流和流量之間的關(guān)系是非線性的。這是由于磁滯效應(yīng)引起的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的非線性關(guān)系。

在比例電閥中，線圈電流是通過(guò)控制電壓來(lái)調(diào)節(jié)的。然而，由于磁滯效應(yīng)，線圈電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的關(guān)系是非線性的。因此，當(dāng)改變線圈電流時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度并不是簡(jiǎn)單地按線性關(guān)系進(jìn)行變化。

zanty開發(fā)的非磁滯比例電磁閥，是一種特殊的電磁閥，其工作原理基于電流與閥門流量之間的線性關(guān)系，不受磁滯效應(yīng)的影響。這種電磁閥在控制流體的流量時(shí)具有良好的響應(yīng)性能和精確度。

無(wú)磁滯比例電磁閥的工作原理如下：

當(dāng)通過(guò)線圈的電流增加時(shí)，線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度也隨之增加。這個(gè)磁場(chǎng)與閥芯相互作用，產(chǎn)生一個(gè)恢復(fù)力，使閥芯移動(dòng)。閥芯的移動(dòng)進(jìn)一步調(diào)整了流體的通路，從而改變了閥門的流量。

無(wú)磁滯比例電磁閥的微分方程來(lái)描述電流和流量之間的關(guān)系。具體的微分方程形式將取決于電磁閥的物理特性以及控制系統(tǒng)的參數(shù)。

假設(shè)電磁閥的電流控制輸入為i(t)，閥門的流量響應(yīng)為q(t)，可以用以下微分方程來(lái)描述它們之間的關(guān)系：

C(dq/dt) + μq = ki(t)

其中，C是電磁閥的流量響應(yīng)系數(shù)，表示單位時(shí)間內(nèi)流量變化的快慢；μ是閥門的阻尼系數(shù)，代表流體對(duì)閥門運(yùn)動(dòng)的阻力；k是電流-流量的比例系數(shù)，表示電流對(duì)流量的影響程度。dq/dt表示流量隨時(shí)間的變化率，表示流速。

上述微分方程描述了電磁閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。通過(guò)對(duì)該微分方程進(jìn)行數(shù)學(xué)求解或者利用控制理論中的方法，可以對(duì)電磁閥的電流和流量進(jìn)行分析和控制，以實(shí)現(xiàn)所需的線性比例性能。（見(jiàn)圖五中的線性特性曲線）

4.3.2 pwm信號(hào)控制結(jié)果比較分析

磁滯是指材料在磁場(chǎng)中發(fā)生的非線性磁化現(xiàn)象（見(jiàn)圖六的非線性特性曲線），尤其是在pwm控制時(shí)，高頻信號(hào)與磁滯頻率會(huì)出現(xiàn)不確定的正反饋震蕩，直接影響到控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。

a.通過(guò)采用無(wú)磁滯比例電磁閥，消除磁滯干擾因素，使得電流與流量的關(guān)系更加線性，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。這樣，可以使用更簡(jiǎn)單的控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的控制，降低了技術(shù)難度。

b.通過(guò)圖五進(jìn)行比較，無(wú)磁滯比例閥的線性可調(diào)整范圍提升了25%以上，這對(duì)于流體控制的應(yīng)用提供了很多便利，尤其是大流量的控制系統(tǒng)提供了理論支持。

c.無(wú)磁滯比例電磁閥作為降階控制的方案，通過(guò)簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，采用時(shí)域分析簡(jiǎn)化了控制算法。

d.線性輸出特性的比例閥，在替換到非線性特性比例閥的實(shí)驗(yàn)中，穩(wěn)定性和精度都不影響，可調(diào)節(jié)范圍增加，但是響應(yīng)時(shí)間會(huì)略有增加，在壓力波動(dòng)不大的情況下替代使用可行性較高。

e.無(wú)磁滯比例電磁閥制造標(biāo)準(zhǔn)化可大幅度降低市場(chǎng)應(yīng)用成本。

磁滯效應(yīng)比例閥輸出特性的不確性較大，產(chǎn)品的一致性受到較大的影響，尤其是調(diào)試和測(cè)量方面，效率低下更是一個(gè)瓶頸。

由于無(wú)磁滯比例電磁閥的線性特性輸出穩(wěn)定，所以，設(shè)計(jì)、工藝和測(cè)量的基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化的一致性是可控的。通過(guò)提前排除非確定的障礙，使生產(chǎn)過(guò)程更流暢、測(cè)量邏輯更清晰、生產(chǎn)效率大幅度提升，并為市場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)入了標(biāo)準(zhǔn)化，從而大幅降低了生產(chǎn)成本。

五、結(jié)束語(yǔ)

給氧支持概念的推出是對(duì)聯(lián)合國(guó)衛(wèi)生組織提出的健康呼吸概念的延伸。在人的一生中，不僅在重癥治療中需要得到給氧支持，在日常生活、公共支援和備用防疫等方面也需要給氧支持。此外，我們研發(fā)出來(lái)的無(wú)磁滯電磁比例閥，不僅可以替代和迭代進(jìn)口產(chǎn)品，而且還能夠預(yù)期到未來(lái)不同場(chǎng)景和條件下的市場(chǎng)需求。因此，推出廣義給氧支持的概念宣傳和開發(fā)出可以迭代國(guó)外產(chǎn)品的無(wú)磁滯電磁比例閥都是這個(gè)時(shí)代的創(chuàng)新。