本发明属于生物医学工程领域，属于根据呼吸气流物理性质取得人或动物呼吸参数的高灵敏度方法发明。 根据呼吸气流热物理参数取得呼吸讯号的方法有三种，第一种采用置于呼吸气流中的热电偶测量呼吸气流温差，第二种采用半导体热敏电阻置于呼吸气流中测量温度或散热量，第三种根据热线风速计原理采用加热的细金属丝置于呼吸气流通道上，测量金属丝由于环境散热条件变化而引起的电阻变化或加热功率变化。第一种方法流阻小，对气流扰动小，但输出电平很低，为讯号后续处理造成困难。第二种方法成本低，但由于半导体热敏电阻有一层绝缘包膜复盖着感温体，响应速度低，不能检测微弱的呼吸过程和反映呼吸过程的细节变化。第三种方法灵敏度较高，但检测元件所占空间大，耗电多，易损，成本高。采用以上方法的如SU944537、SU946508、SU940743、CA1141990、DE3247104等。
本发明针对上述方法的局限性提出一种新的方案，根据人或动物呼吸气流温度及热交换特性的差异取得呼吸过程参数，应目前生理研究、医学临床诊断护理之急需。
图1呼吸气流温度T随时间t变化的波形。
图2用热电偶、半导体热敏电阻和采用本发明的方案获得的呼吸过程电压讯号波形。1-用热电偶获得的波形，2-用半导体热敏电阻获得的波形，3-采用本发明的方案获得地波形。
图3a串联输出的双P-n结检测电路原理图。4-金属感温面正对呼出气流的P-n结，5-金属感温面正对吸入气流的P-n结，6-限流电阻，7-限流电阻，8-失调调整电位器，9-运算放大器，10-反馈电阻，11-隔直流电容，12-输出呼吸波形，13-直流电源。
图3b独立输出的双P-n结检测电路原理图。14-金属感温面正对呼出气流的P-n结，15-金属感温面正对吸入气流的P-n结，16-限流电阻，17-限流电阻，18-直流电源，19-运算放大器，20-反馈电阻，21-隔直流电容，22-输出呼吸波形。
图4联结在“Y”形导气管出口端的呼吸检测元件安装示意图。23-检测元件，24-护管，25-“Y”形导气管，26-左鼻孔，27-右鼻孔。
图5具有金属感温面的晶体管呼吸传感元件结构示意图。28-检测元件柱形护套，29-金属感温面，30-晶体管管芯，31-晶体管电极引线，32-晶体管管芯的保护介质，33-输出讯号和为晶体管供电的外引线，34-联结鼻腔和护套的软胶管。
图6应用具有金属感温面的晶体管呼吸传感元件取得讯号的一种电路原理图。35-晶体管检测元件，36-直流电源，37-运算放大器，38-分压电阻，39-分压电阻，40-发射极电阻，41-分压电阻，42-分压电阻，43-隔直流电容，44-输出呼吸波形。
采用具有金属感温面的P-n结、肖特基二极管、晶体管、场效应管或半导体集成电路，置于呼吸气流通道上，通过金属感温面与呼吸气流进行热量交换引起P-n结、肖特基二极管、晶体管、场效应管或半导体集成电路电参数变化，以此电参数的变化量做为表征相应呼吸过程的电信号。这种具有金属感温面的P-n结、肖特基势垒二极管、晶体管、场效应管或半导体集成电路有两种工作状态，在第一种工作状态下其温度低于呼吸气流温度，通过金属感温面从呼吸气流吸取热量，引起自身温度变化，输出与自身温度变化量相关的电信号。在第二种工作状态下其温度高于呼吸气流温度，通过金属感温面向呼吸气流散发热量，由于呼吸气流热物理性质的差异，在呼出和吸入气流中散发的热量不相同，在加热功率不变的情况下引起自身温度变化，在保持自身温度不变的情况下引起加热功率变化，输出与自身温度变化量或加热功率变化量相关的电信号。
呼吸信号产生过程发生在上述器件的结区内，结区所占的空间很小，可以保证采用以上方法检测呼吸信号时具有小的气流阻力和小的热容量。金属介质兼做上述器件的保护界面和感温面，上述器件通过金属介质直接与呼吸气流交换热量，由于金属材料导热系数远大于绝缘材料，可以保证以上方法检测呼吸信号具有高的响应速度。呼吸气流温度波形如图1所示。采用热电偶、半导体热敏电阻和具有金属感温面的P-n结、肖特基二极管、晶体管、场效应管或半导体集成电路获得的相应呼吸过程电压讯号如图2所示。
上述器件以低热阻方式附着在金属感温面上，附着方式可采用烧结、焊接、粘结或镶嵌。器件管芯不与金属感温面接触的部分复以防水绝缘材料。
在监测同一个呼吸对象时，上述器件可单独使用，也可以多个同时使用。在同时使用两个器件时，可以使其中一个置于稳定空气温场中，另一个置于呼吸气流温场中，利用二者输出信号的差做为反映呼吸过程的电讯号。也可以使两个都置于呼吸气流中，其中一个感受吸入气流讯号，另一个感受呼出气流讯号，利用二者输出讯号的差做为反映呼吸过程的电信号。同时采用两个P-n结元件检测呼吸过程的电路如图3（a）、3（b）。图3（a）两个P-n结构成电桥的两臂，在串联结点上输出信号，图3（b）两个P-n结的电压分别输出。
可使用面积质量比较小的上述检测元件。由于热交换通量小，在每次呼气或吸气过程中都达不到热平衡，伴随等速呼吸气流运动元件温度线性增加或减小，从而输出近似锯齿波形线性电压讯号，处于积分工作状态。波谷至波峰的距离表示相对呼吸量，锯齿波斜率与气流速度和气流温差有关。
感温元件具有背向呼吸气流的外引线，外引线敷以柔软的薄绝缘材料，元件可以用水或酒精类溶剂清洗。感温金属面可采用银、镍或电镀的铜。感温元件有四种安装方式：1.直接置于气管或鼻腔及其近旁定向气流中，无护管套筒。2.置于柱形导管内，与此管相对位置固定。导管直接插入鼻腔或通过柔软的连结管（例如乳胶管）与鼻腔相通，呼吸气流通过该导管。3.采用“Y”形三通导管，上方两根分别与同一观测对象的左右鼻孔相通，感温元件置于下方导管内，感受会合气流的热物理效应，以消除单侧鼻腔流阻变化产生的测量误差（例如只用一只鼻孔的气流取讯号，则可能由于观测过程中鼻粘膜充血堵塞气流消失，呼吸气流全部通过另一侧鼻孔而出现错误的“窒息”讯号）。4.在输氧时，将感温元件置于口罩、面罩、鼻罩中有气流往复运动的空间位置。采用“Y”形三通导管的检测方式如图4。
由上述元件取得的相关电压讯号通过隔直流电路，经时间常数与呼吸周期同数量级的电容电阻耦合电路进入高增益低温漂放大器输入端，消除环境温度变化产生的影响，对交流分量进行增益可以连续调节的线性电压放大，再一次通过时间常数与呼吸周期同数量级的隔直电路驱动指针式电流表、Led或Lcd电平指示、示波器或记录仪，连续显示呼吸波形或供后续电路分析处理。可采用多个上述元件分别用以上方法获得不同监测对象的呼吸过程相关电信号，通过隔直流电路后耦合到同一个放大器，在公共通道上进行信号后续处理，进行集中呼吸监测。
本发明具有以下特点：
1.响应时间短，可以反映细微的呼吸变化过程，把急促微弱的呼吸过程转换成电讯号。用于早产儿、新生儿及危重病人呼吸监护，用于定量鉴别、分析呼吸特征，为诊断治疗提供依据，用于控制麻醉机和人工呼吸机。
2.检测元件体积小、流阻小、对呼吸过程扰动小，可以安放在狭窄的通道或体内深部气流通道上取得自然生理病理呼吸信号。
3.检测元件输出阻抗低、输出电平高、抗干扰能力强，可以远距离传输呼吸讯号，构成大范围集中呼吸监测系统。
4.检测元件功耗小、工作电压低，耗电少、安全。
实现本发明的一个具体方案。采用n-p-n型晶体管，管芯硅片通过银浆烧结在银片的一侧，银片的另一侧作感温面，与银片烧结在一起的晶体管用硅树脂粘贴在园柱形塑料导管内壁。贴有晶体管的园柱形塑料导管通过一段乳胶软管与鼻腔相连，出入鼻腔的气流全部通过该塑料导管。如图5所示。使这个具有银质感温面并粘贴在塑料导管内壁上的晶体管工作在等温状态，由外电路提供加热功率使其温度高于气流温度，由运算放大器输出端得到相应于呼吸过程的加热功率相关信号，通过隔直流电容取得相关讯号的变化量。如图6所示。
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图4中1、2、3、4、5、 24、25、26、27、28、29、
图5中1、2、3、4、5、 30、31、32、33、34、35、
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图6中1、2、3、4、5、 42、43、44
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