氧气是人体不可或缺的生命元素,然而在某些特殊情况下会导致人体缺氧而威胁健康,因此,能够连续工作的便携式制供氧装置就成为补氧人群的迫切需求。变压吸附制氧方法由于其能耗低、无污染等优点,已广泛应用在中小型制氧设备中。目前国内便携式变压吸附制氧装置往往体积重量较大,供氧方式单一,不能满足不同缺氧人群的用氧需求。因此,开展便携式变压吸附制氧机的研究对于提升我国微型制氧领域的技术水平、满足缺氧人群的补氧要求具有重要意义。本文根据变压吸附制氧原理,建立了制氧系统的工艺流程,以空气为原料,实现了氧气的现场制备。以C8051F310单片机为控制核心,设计了制氧机制供氧控制系统,包括氧气制备系统、电源管理系统、脉冲呼吸供氧系统、空气压缩机控制系统、人机交互系统及报警系统等,提高了制氧机的连续工作能力及稳定性,特别是脉冲供氧系统,可根据人体呼吸过程中流量和压力变化的特点,通过微动差压开关检测人体呼吸压力的变化,由单片机控制电磁阀的开闭,实现了便携式制氧机的脉冲供氧,降低了能耗,节约了用氧量,提高了制氧效率。基于SolidWorks软件对制氧机进行结构仿真设计,优化了制氧机内部空间,减少了制氧机的体积,提高了制氧机的便携性。应用ANSYS软件对制氧系统中的吸附塔、空压机及支架等主要单元进行了结构静力学分析和优化,并对印制电路板进行了模态分析和优化设计,通过优化设计和性能分析,减轻了制氧机的重量,降低了印制电路板共振破坏的可能性,保证了制氧机的使用可靠性。根据制氧工艺流程、控制系统及结构设计,研制出便携式制氧机,主要由进气单元、空气压缩机单元、吸附塔一体化单元、供氧单元和控制系统构成,该制氧机的主要技术参数为:产量流量为1.0—3.0L/min可调,产氧浓度为50.0—93.0%可调,重量为4.5kg,外形尺寸为155×225×239mm,电源为交流220V或直流12—16V,功率为60W。基于变压吸附原理研制的便携式制氧机重量轻,体积小,运行稳定可靠,便携性强,具有连续和脉冲供氧功能,可用于医疗救护、氧疗保健、高原补氧及车载供氧等,具有广阔的应用前景。