呼吸模拟器是一种用于模拟人体呼吸过程的设备，广泛应用于医疗培训、科学研究及呼吸系统疾病诊断等领域。其核心目标是复现自然呼吸的生理特征，包括吸气与呼气的压力变化、流量模式及时间节律等关键参数。
实现呼吸模拟的关键第一步是感知生理参数。设备通常集成压力传感器和流量传感器，分别监测呼吸回路中的压力波动与气体流速。压力传感器通过检测气道压力的变化，捕捉吸气时负压形成、呼气时正压释放的过程；流量传感器则记录单位时间内气体的通过量，反映呼吸的速率与深度。
采集到的原始信号需经过信号处理环节。首先进行模数转换，将模拟信号转化为数字信号，便于后续计算。接着应用滤波算法去除噪声干扰，如高频噪声或低频漂移，确保数据的准确性。处理后的信号为控制算法提供输入依据。
控制算法是呼吸模拟器的核心逻辑单元。常见算法包括比例-积分-微分（PID）控制，根据预设的呼吸模式（如潮气量、呼吸频率、吸呼比等）与实际检测值的偏差，动态调整输出指令。例如，当实际流量低于目标值时，算法会增大气泵的输出功率，反之则减小，以维持呼吸参数的稳定。
执行机构负责将控制指令转化为物理动作。对于气动系统，气泵通过调节压缩空气的流量和压力，驱动呼吸回路中的气体流动；对于电动马达驱动的系统，则通过步进电机或伺服电机控制气阀的开闭，精确控制气体的进出。这些机构需具备高响应速度与稳定性，以匹配呼吸的快速变化。
反馈闭环机制确保模拟的真实性。设备实时监测当前呼吸参数，并与预设目标对比，持续调整控制策略。例如，在模拟运动时，呼吸频率会增加，算法会自动提升呼吸频率参数，使输出与生理状态一致。这种闭环设计使模拟过程更贴近真实呼吸场景。
材料与结构设计也影响模拟效果。呼吸回路采用医用级硅胶或聚乙烯材料，保证气密性与生物相容性；外壳采用轻量化材料，便于携带与操作。这些设计细节提升了设备的实用性，同时保障了使用安全。
