医用气体报警系统设计改进研究

张兵++傅丽强++刘阳

摘 要：对现有医用报警系统的现状进行分析，得出对报警系统进行改进的方法；从技术原理、总体思路、技术方案和技术创新点进行分析，进而提高了医用报警系统的灵敏度、精确度；实现系统的实时、远程监控及记录；同时方便操作人员、管理人员及时发现和处理问题，保障医用气体系统的安全运行。

关键词：医用气体 报警系统 改进

中图分类号：TP333 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

1项目背景

随着我国医疗事业的发展，集中供应与管理的医用气体系统越来越多地被大中型医院引进使用，该系统的安全、有效运行直接关系到临床医疗安全、医疗质量，在医院里具有非常重要的作用。

医用供气系统中极限参数和主要成分参数报警与监控非常重要，它是各类医用气体供应系统中不可缺少的重要组成部分之一。国内外均在研究并提出控制标准，ISO 7396-1：2002《监控与报警系统》标准提出，系统通过运行警报、紧急运行警报、紧急诊疗警报和信息信号以实现。运行警报用于就有关供给系统中一项或几项供给不足的情况，通告技术专员以及时采取措施。紧急运行警报用于指示管道的不正常压力并要求技术专员立即处理。紧急诊疗警报用于指示管道的不正常压力，并要求技术专员或诊疗专员立即处理。信息信号用于指示正常状态。

目前，我国大部分医院使用的医用气体报警和监控装置较落后，只有极限参数监控，而无物性参数监控。且极限参数只有气体压力上下限控制，没有制备气体设备工作状态监控。它是从工业气体控制演变而来，主要采用电接点控制系统上下限压力状况，由于氧气等气体是助燃物质，是严禁使用电接点控制的（ 电火花容易产生火灾）。目前监控形式采用现场工作人员监控法，无法实现实时监控、远程监控和报警。为了改变此种情况，有必要现状进行改进，在提高系统监测性能的同时能够进一步改善医用气体系统的使用性能，为提高工程部的市场竞争力奠定基础。保证一个高质量和稳定的医用气体供应，实现实时的信息化管理监控。可以提高医用气体实时监控及报警系统的精确度；实现系统的实时、远程监控及记录。

2 主要研究内容

2.1技术原理

利用现代信息技术、网络传输技术，可为医用气体实时监控及报警系统设计一个计算机管理平台。平台采用层次架构、模块化配置，具有很好的可扩展性和可伸缩性。平台可实现集成化的功能调用，集成化的用户图形界面及集成化的模块间信息流。在集中的前提下，又可以根据管理员的角色进行权限划分功能块，其功能应包括故障管理、状态管理、安全管理等管理功能。

2.2 总体思路

将采集的各类信息与系统设定的各类极限参数和监测主要物性参数，经计算机处理，载波通讯网络，向医院值班人员或管理人员手机发送实时监控和报警信息，以提醒医院值班人员及时处理医院医疗集中供气系统存在的问题。

2.3 技术方案

针对现有医用气体报警系统的现状，我们可以将传感器技术、现代信息技术、网络传输技术等应用于系统。可应用的传感器技术主要是采用压力变送器、欠压检测模块、压力露点变送器、各种气体成分检测变送器等主要检测元件来检测各种参数。

3 主要成果及技术创新点

针对现有医用气体报警系统的现状，可以将传感器技术、现代信息技术、网络传输技术等应用于系统。可应用的传感器技术主要是采用压力变送器、欠压检测模块、压力露点变送器、各种气体成分检测变送器等主要检测元件来检测各种参数，其工作原理分述如下。

3.1 压力变送器

压力变送器将所测的两种压力通入高、低两压力室（一种是实测压力；另一种是真空或大气压力），作用在敏感元件的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定输入压力值。其后进行传感器线性化、重置测量范围、工程单位换算、阻尼、开方、传感器微调等运算，其信号叠加在4～20mA信号的数字信号上送出。

3.2欠压检测模块

欠压检测模块采用开环交流电流变送器，该变送器用来检测气体制备设备的工作电流。该变送器采用了标准RS232/RS485总线接口，用MODBUS通讯协议，测量监控设备的工作电流，因停电或设备故障而发生气体制备设备停止工作时，检测模块将检查到异常信号，经A/D转换后，送给监控主机。

3.3 压力露点变送器

压力露点变送器采用抗冷凝薄膜式传感器结构，该传感器由两部分组成：电容型聚合物薄膜测湿传感器及电阻型测温传感器。测湿传感器测量被测气体中的水分子，从而测出相对湿度；测温传感器测量传感器表面温度，仪器内置的微处理从这两个参数计算出露点。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定气体含水量。其后进行传感器线性化、重置测量范围、工程单位换算、零点自动校准、增益回归等处理，其信号叠加在4～20mA信号的数字信号上送出。

3.4各种气体成分检测变送器

包括氧气、二氧化碳等气体成分检测，以氧气检测变送器为例，其工作原理如下。氧气检测变送器采用迦伐尼电池式检测结构，在密闭的容器内，一面装有对氧气透过性良好、厚10～30μm聚四氟乙烯透气膜，在其容器内侧紧贴着贵金属（ 铂、黄金、银等） 阴电极，在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极（ 用铅、镉等离子化倾向大的金属），容器中填充电解质。当氧气通过电解质时在阴阳极发生氧化反应，使阳极金属离子化，释放出电子，电流的大小与氧气的多少成正比。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定输入氧气成分值。其后进行传感器线性化、重置测量范围、工程单位换算、阻尼、温度补偿、传感器微调等运算，其信号叠加在4～20mA信号的数字信号上送出。

经过以上不同的传感器检测，并通过对医院医用集中供气系统设定各类极限参数和监测主要物性参数，进行比对和处理，检测出我们所需的各类参数，这些参数包括两种：（1）各类极限参数：各种气体的压力上下限值、制备气体设备工作状态等；（2）主要物性参数：主要气体含量指标、正压空气含水量指标等。

4 应用、验证及前景

该课题以单位现有的研究为基础，通过对医用气体报警系统改进，提高医用气体报警系统灵敏度、精确度，降低事故发生率，满足新形式下客户的需求，提高产品的品质和市场竞争力。

5 结语

5.1获得的主要结论

（1）可以提高医用气体实时监控及报警系统的灵敏度、精确度；（2）实现系统的实时、远程监控及记录；（3）方便操作人员、管理人员及时发现和处理问题，保障医用气体系统的安全运行。

5.2 今后的研究方向

结合目前的工作，今后的研究方向是进一步提高医用系统报警系统的灵敏度、精确度，进一步提高系统的实时、远程监控及记录的稳定性。

参考文献

[1] 许世宏，谢京启，张文才，等.医院医用气体监测与报警系统的可行性分析[J].医疗装备，2014，27（11）：11-12.

[2] 裴圣广，陈泽华.医用氧压力安全手机报警平台的应用[A].2013中华医学会医学工程学分会第十四次学术年会论文集[C].2013.