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人和需要提高氧氣含量的場所提供物美價廉的創(chuàng)新性產(chǎn)品。在產(chǎn)品研發(fā)期間，宗泰還根據(jù)實驗數(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《推動氧氣呼吸機系統(tǒng)解析及創(chuàng)新的“給氧支持”》，這將助力醫(yī)療呼吸機和氧療行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。

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

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

本文還提出了”給氧支持”的概念，強調(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)格的氧氣呼吸機具有巨大的市場潛力，可以帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展和競爭，提升全民醫(yī)療、防疫和健康的水平。

關(guān)鍵詞：氧氣呼吸機；電磁比例閥；無磁滯電磁比例閥；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，深圳市宗泰電機有限公司開發(fā)成功的無磁滯電磁比例閥，不僅可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，降低呼吸機的制造成本，同時可以重新評估給氧支持的廣義市場和產(chǎn)品開發(fā)需求的趨勢。這將有助于接軌未來全民醫(yī)療、全民防疫和全民健康的更大的氧氣呼吸機的市場需求。

一、“給氧支持”將拓展醫(yī)療氧氣呼吸機的應(yīng)用市場

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，沒有氧氣，所有生物都無法生存。在生物學(xué)上，氧氣在呼吸過程中與食物中的營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生能量。這個過程被稱為細(xì)胞呼吸，是生物體維持生命所必需的。沒有氧氣，細(xì)胞無法進行呼吸，能量供應(yīng)就會中斷，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強調(diào)了保持空氣清潔和減少空氣污染的重要性，因為空氣質(zhì)量對呼吸系統(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)健康意識的各種措施。

WHO還倡導(dǎo)采取行動來預(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。他們提倡加強全球范圍內(nèi)的呼吸系統(tǒng)疾病監(jiān)測和研究，以便更好地了解和應(yīng)對這些疾病。

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。對于那些患有呼吸困難、低氧血癥或其他呼吸系統(tǒng)問題的患者來說，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)，從而對呼吸系統(tǒng)疾病進行有效治療。

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

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，通常情況下不會需要長期的氧氣支持，但是有些特定情況下，人們可能會需要臨時或短期的氧氣支持，例如：

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

b.在進行手術(shù)或接受麻醉過程中：手術(shù)過程中有時會需要氧氣支持，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：這些情況下可能會導(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看，通常無法得到長期的氧氣支持。但從老年、健康、輔助治療和康復(fù)的角度來看，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免疫系統(tǒng)的健康和預(yù)防疾病具有重要作用。對于康復(fù)和衰老而言，足夠的氧氣供應(yīng)可以幫助恢復(fù)受損的組織和促進身體的健康。

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

人體衰老是一個復(fù)雜的過程，涉及多個系統(tǒng)和器官的功能逐漸減退。關(guān)于氧氣在衰老過程中的角色，有一些研究表明隨著年齡的增長，人體對氧氣的利用效率可能會降低，這可能與肺部功能隨著年齡增長而下降有關(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，這可能會影響人體對氧氣的吸收。此外，隨著年齡的增長，血液中的紅細(xì)胞數(shù)量也可能減少，這可能會導(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，衰老對免疫力的影響是個復(fù)雜的問題，不僅僅取決于氧氣的攝入。

1.5廣義給氧支持防疫是國防需求

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)對疫情中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，特別是在面對呼吸道疾病，如COVID-19這樣的流行病毒時，許多患者因為呼吸困難而需要氧氣治療。在這種情況下，提前在家庭、社區(qū)、醫(yī)療機構(gòu)以及長者護理機構(gòu)等地方進行給氧支持的準(zhǔn)備工作，對于有效地控制疫情和解決醫(yī)療和社會資源是非常重要的。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理和治療。

在高峰期和醫(yī)療資源緊張時，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。提前進行給氧支持的布局和準(zhǔn)備，確實可以在控制疫情和解決醫(yī)療和社會資源方面發(fā)揮重要作用。

1.5.2疫情防御體現(xiàn)國防力量

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)爭手段。在這種情況下，確保國家具備全面的應(yīng)對疫情的能力和資源，可被視為一項長期的國防需求。

國家在面對疫情時，必須采取全面的防疫措施，包括加強傳染病監(jiān)測、建立醫(yī)療物資儲備、提高醫(yī)療救治能力、加強國際合作等。這些措施以及應(yīng)對疫情的能力，與國家的國防能力有著密切的聯(lián)系。

在應(yīng)對疫情的過程中，國家已經(jīng)制定長期的國家防疫戰(zhàn)略，并將其納入國家的整體國防規(guī)劃和長期戰(zhàn)略之中。這種長期的國家防疫戰(zhàn)略，可以確保國家在面臨未來可能出現(xiàn)的各種疫情挑戰(zhàn)時，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，確實在社區(qū)和家庭中具有防疫功能。這樣的設(shè)施可以用來幫助那些因疾病或其他健康問題而需要額外氧氣支持的個人，比如患有嚴(yán)重肺部疾病或其他呼吸系統(tǒng)問題的患者。然而，在疫情期間，這種設(shè)施也可以用來治療那些因感染所引起的呼吸系統(tǒng)問題，例如COVID-19等病毒感染引起的呼吸困難。

二、氧氣呼吸機的市場需求及意義

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

對于社區(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定期的門診或家庭護理來獲取氧氣治療。

2.1統(tǒng)計比較

根據(jù)全球主要國家的數(shù)據(jù)統(tǒng)計比較，每10萬人擁有的ICU氧氣呼吸機臺數(shù)如下：

- 美國：根據(jù)一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國每10萬人擁有的ICU氧氣呼吸機數(shù)量大約在30-35臺左右。

- 日本：日本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，每10萬人擁有的ICU氧氣呼吸機數(shù)量約為10-15臺之間。

- 中國：中國的數(shù)據(jù)顯示，每10萬人擁有的ICU氧氣呼吸機數(shù)量大約在3-5臺之間。

這些數(shù)據(jù)都是根據(jù)最近的一些統(tǒng)計和研究數(shù)據(jù)得出的，但具體數(shù)字可能會因為統(tǒng)計時間和數(shù)據(jù)來源的不同而有所差異?？傮w來說，美國的ICU氧氣呼吸機設(shè)備數(shù)量普遍較高，中國相對來說數(shù)量較少。

如果中國三甲醫(yī)院病床都配套氧氣呼吸機預(yù)算估計，中國三甲醫(yī)院的呼吸科病床通常在每10萬人中大約有15到30張，根據(jù)這個數(shù)字，如果每個呼吸科病床都配備氧氣呼吸機，那么每10萬人將配備150到300臺氧氣呼吸機。這是根據(jù)中國現(xiàn)有醫(yī)院情況估算的大致數(shù)字，實際情況可能會有所不同。

如果中國三甲醫(yī)院急診病床都配套氧氣呼吸機預(yù)算估計，中國三甲醫(yī)院急診病床一般在每10萬人中大約有30到50張，同時根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)，對于每張急診病床需要至少兩臺氧氣呼吸機作為配備?；谶@個估算，每10萬人需要配備60到100臺氧氣呼吸機。

如果中國三線城市以上的社康醫(yī)療站（健康服務(wù)中心）配備一臺氧氣呼吸機，我們可以通過簡單的計算10萬人需要配備多近一萬臺。

如果加上縣級醫(yī)院、養(yǎng)老院和部分家庭病床需求，僅醫(yī)療系統(tǒng)氧氣呼吸機有幾百萬臺的市場潛在需求。

2.2醫(yī)院氧氣呼吸機普及的關(guān)鍵瓶頸

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

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

醫(yī)療器械的價格下降是一個綜合性的問題，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)展和市場競爭的加劇，我們可能會看到更多的醫(yī)療設(shè)備價格降低，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帶動市場對氧氣呼吸機各種場景產(chǎn)品的需求和開發(fā)

人們對健康和醫(yī)療護理的關(guān)注日益增加，導(dǎo)致對氧療的需求也在增加。一些慢性疾病患者、運動員和老年人等群體可能需要長期或定期進行氧療。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，可能會催生對氧氣呼吸機產(chǎn)品更多樣化的需求。針對不同場景和需求，可能會開發(fā)不同類型的氧氣呼吸機產(chǎn)品，包括便攜式氧氣呼吸機、家用氧氣治療設(shè)備以及專門用于特定疾病/情景的氧氣呼吸機等。這種多樣化的產(chǎn)品開發(fā)和需求可能會在一定程度上推動醫(yī)療設(shè)備和技術(shù)的創(chuàng)新。

除了氧氣呼吸機的需求，還可能促進相關(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醫(yī)療設(shè)備市場的積極影響?？傮w而言，給氧支持概念的推廣可能促進了氧氣呼吸機產(chǎn)品的多樣化需求，同時也給醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的發(fā)展帶來了一定的啟示。

更進一步，這種多樣化需求可以激發(fā)新的創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)，從而擴大了醫(yī)療設(shè)備市場的規(guī)模。例如，為了滿足不同類型患者的需求，制造商可能會開發(fā)不同型號和規(guī)格的氧氣呼吸機，從而增加了市場的多樣性。同時，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醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的科技進步。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，制造商可能會將這些技術(shù)應(yīng)用于新產(chǎn)品中，以提高產(chǎn)品的性能和用戶體驗。例如，可以將人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用于氧氣呼吸機中，以提高其智能化程度和精準(zhǔn)度。這些進步不僅可以提高醫(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帶動技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型升級

氧氣呼吸機市場需求的增加可能會導(dǎo)致技術(shù)創(chuàng)新和成本降低，從而進入良性循環(huán)。

隨著需求的增加，制造商將投入更多資源進行研發(fā)，開發(fā)更先進、高效的氧氣呼吸機，使用最新的材料和技術(shù)設(shè)計更輕便、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，技術(shù)進步將提高生產(chǎn)效率，降低原材料成本和生產(chǎn)成本，導(dǎo)致氧氣呼吸機生產(chǎn)成本的降低。此外，隨著供應(yīng)鏈的改進和規(guī)模效應(yīng)的提升，生產(chǎn)成本也可能會進一步降低。最終，這些技術(shù)創(chuàng)新和生產(chǎn)成本的降低可能會導(dǎo)致氧氣呼吸機的價格下降，使更多的醫(yī)療機構(gòu)、個人和家庭能夠承擔(dān)得起這種設(shè)備。價格下降可能會進一步刺激市場需求，形成一個良性循環(huán)。因此，市場需求的增加可能會促進氧氣呼吸機行業(yè)技術(shù)和成本的改善，從而更廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療和護理領(lǐng)域。

2.5意義

氧氣呼吸機是一種醫(yī)療設(shè)備，通過為病患提供呼吸支持來幫助維持或改善其呼吸功能。了解和解析氧氣呼吸機的原理不僅對醫(yī)學(xué)科研和實踐具有重大的科學(xué)意義，而且對于社會全民醫(yī)療、全民防疫以及促進市場經(jīng)濟效益具有重大意義。

三、還原和解析氧氣呼吸機的原理和機制

3.1了解呼吸生理學(xué)

氧氣呼吸機的原理涉及到人體呼吸系統(tǒng)的生理學(xué)原理。通過深入研究呼吸機的工作原理，可以更好地理解人體呼吸功能的機理，包括肺部氣體交換、呼吸頻率和容量等。這對于醫(yī)生和醫(yī)護人員來說是至關(guān)重要的，因為他們需要根據(jù)病患的具體情況來調(diào)節(jié)呼吸機的參數(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的原理可以有助于優(yōu)化和改進設(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)意義在于通過研究和分析氧氣呼吸機的原理，不斷改進設(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

對氧氣呼吸機原理的科學(xué)解析與研究，可能會為相關(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的性能并促進醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展。

3.4破局國外企業(yè)長久壟斷，促進國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈多元化發(fā)展

巨大體量的呼吸機市場需求吸引巨額資本投資。市場競爭和逐漸形成大規(guī)模生產(chǎn)會快速降低呼吸機成本，滿足給氧支持市場的需求。

3.5氧氣呼吸機原理的系統(tǒng)模型

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

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

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：這個模塊通常是一種智能控制系統(tǒng)，用來監(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還原氧氣呼吸機的原理模型

（圖一、氧氣呼吸機示意原理）

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，需要搭建出實體系統(tǒng)模型，以便于實驗獲取第一手的數(shù)據(jù)和資料。

（圖三、場景模型布局圖）

（圖四、實物系統(tǒng)實驗?zāi)Ｐ停?/span>

實物實驗?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)，兩個子系統(tǒng)通過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。

市場上每個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)計有所不同，但原理都是涵蓋在上述系統(tǒng)的模型中。

這三個子系統(tǒng)從內(nèi)部元件到控制算法，卻長期困擾著國內(nèi)氧氣呼吸機的研發(fā)和制造。

通過參觀國內(nèi)和國外醫(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題及創(chuàng)新

4.1電磁比例閥在氧氣呼吸機中的作用

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

具體來說，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，以確保呼吸機向患者提供正確的氧氣濃度。這樣可以確保患者得到適當(dāng)?shù)难鯕夤?yīng)，特別是對于需要長期呼吸支持的患者來說至關(guān)重要。

通過精確地調(diào)節(jié)氧氣的供應(yīng)量，電磁比例閥使得氧氣呼吸機能夠提供高度個性化的治療，滿足不同患者的需求。這對重癥監(jiān)護患者和需要長期氧療的患者來說尤為重要。

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)表達為接近一元一次方程。

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兩種特性曲線在控制測試中有明顯差異，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)重時會破壞控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，這也是長期以來流體控制系統(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，可以通過引入磁滯回線模型進行描述，最常用的是Jiles-Atherton模型。這個模型是一個非線性偏微分方程，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?？梢员硎緸橐粋€非線性函數(shù)，這個函數(shù)可能涉及到磁滯效應(yīng)。然而，具體的數(shù)學(xué)表達式會取決于許多因素，包括閥門的設(shè)計、工作條件等。因此，沒有一個通用的數(shù)學(xué)表達式可以用來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，我們可能會使用高階微分方程來描述這種非線性行為。但是，具體的微分方程會取決于具體的物理模型和邊界條件。例如，如果我們考慮一個簡單的模型，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是上一時刻的輸出，k、b和c是常數(shù)。這個微分方程是一個二階微分方程，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)強度與磁場強度之間的非線性關(guān)系。

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

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具有良好的響應(yīng)性能和精確度。

無磁滯比例電磁閥的工作原理如下：

當(dāng)通過線圈的電流增加時，線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁場強度也隨之增加。這個磁場與閥芯相互作用，產(chǎn)生一個恢復(fù)力，使閥芯移動。閥芯的移動進一步調(diào)整了流體的通路，從而改變了閥門的流量。

無磁滯比例電磁閥的微分方程來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)，代表流體對閥門運動的阻力；k是電流-流量的比例系數(shù)，表示電流對流量的影響程度。dq/dt表示流量隨時間的變化率，表示流速。

上述微分方程描述了電磁閥的動態(tài)響應(yīng)過程。通過對該微分方程進行數(shù)學(xué)求解或者利用控制理論中的方法，可以對電磁閥的電流和流量進行分析和控制，以實現(xiàn)所需的線性比例性能。（見圖五中的線性特性曲線）

4.3.2 pwm信號控制結(jié)果比較分析

磁滯是指材料在磁場中發(fā)生的非線性磁化現(xiàn)象（見圖六的非線性特性曲線），尤其是在pwm控制時，高頻信號與磁滯頻率會出現(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.通過采用無磁滯比例電磁閥，消除磁滯干擾因素，使得電流與流量的關(guān)系更加線性，簡化了控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。這樣，可以使用更簡單的控制算法來實現(xiàn)精確的控制，降低了技術(shù)難度。

b.通過圖五進行比較，無磁滯比例閥的線性可調(diào)整范圍提升了25%以上，這對于流體控制的應(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.無磁滯比例電磁閥作為降階控制的方案，通過簡化控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，采用時域分析簡化了控制算法。

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驗中，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)時間會略有增加，在壓力波動不大的情況下替代使用可行性較高。

e.無磁滯比例電磁閥制造標(biāo)準(zhǔn)化可大幅度降低市場應(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)試和測量方面，效率低下更是一個瓶頸。

由于無磁滯比例電磁閥的線性特性輸出穩(wěn)定，所以，設(shè)計、工藝和測量的基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化的一致性是可控的。通過提前排除非確定的障礙，使生產(chǎn)過程更流暢、測量邏輯更清晰、生產(chǎn)效率大幅度提升，并為市場應(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

給氧支持概念的推出是對聯(lián)合國衛(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)出來的無磁滯電磁比例閥，不僅可以替代和迭代進口產(chǎn)品，而且還能夠預(yù)期到未來不同場景和條件下的市場需求。因此，推出廣義給氧支持的概念宣傳和開發(fā)出可以迭代國外產(chǎn)品的無磁滯電磁比例閥都是這個時代的創(chuàng)新。