CN103111000B - 一种基于悬臂梁测力传感器的输液报警装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于悬臂梁测力传感器的输液报警装置及其方法，装置包括悬挂于输液架上的输液报警器，以其下方的输液容器，输液报警器包括与输液架相连的挂环和与输液容器相连的挂钩，在挂环和挂钩之间设有悬臂梁测力传感器，悬臂梁测力传感器连接有电路板，电路板分别连接有蜂鸣器、电源和触摸屏。方法包括：1）对系统进行标定，建立测量数据库；2）设置预警次数N和相应的报警百分数p；3）通过悬臂梁测力传感器测量并计算初始液体总重量G_S0；4）根据初始液体总重量G_S0和报警百分数p来计算预警值G_A；5）输液过程中，实时地将剩余输液量G_S与预警值G_A比较，一旦G_S达到当前预警值G_A便发出报警音。该装置可靠性高、成本低且有很强的适用性，便于在中小型病房普及。

Description

一种基于悬臂梁测力传感器的输液报警装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种基于悬臂梁测力传感器的输液报警装置及其方法，用于提示患者或者陪护人员当前的输液状态，便携易用，可广泛用于医院输液报警领域。

背景技术

在病人输液时，需要患者或其陪护人员密切注意输液进度，防止因为出现滴空现象，给患者增加不必要的痛苦，甚至危及患者生命。为了减轻患者或其陪护人员的负担，避免因人为疏忽造成的不良后果，先后有人进行了基于各种原理的技术尝试，常见的有电极法、液面检测法、液滴计数法和称重法。

其中电极法是从输液瓶口插入两根电极，利用药物的导电性来检验瓶内药液是否用完，这种方法容易使药液受污染，不符合安全规定。液面检测法是通过固定在瓶身或输液管外侧的光电传感器来检测液位，从而判定输液是否结束，对于固定在输液瓶身上的装置，现在普及的输液袋不适用；对于固定在输液管上的装置，从报警开始到医护人员响应的时间间隔较短，存在安全风险。液滴计数法是通过光电传感器对液滴进行计数并结合初始的液滴总量判断报警时刻，这种方法需要提前统计每种规格输液袋输液时的总液滴数，比较麻烦，而且由于每次输液时液滴的大小和速度都不尽相同，这就给系统引入了很大的偏差，造成系统可靠性的降低。现有的测重法利用弹簧秤或称重传感器实现，都存在精度低、可靠性差的问题。还有一些输液报警系统拟用计算机终端统一管理，这样多个床位同时呼叫时，护士来不及响应，并且安装复杂、造价昂贵，不利于在中小型医院推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于悬臂梁测力传感器的输液报警装置及其方法，该装置对不同规格的输液袋和输液瓶都有很好的适应性，可靠性高而且成本低，便于在中小型医院的病房、临时输液区和乡村卫生所等场所普及。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种基于悬臂梁测力传感器的输液报警装置，包括悬挂于输液架上的输液报警器，以及悬挂于所述输液报警器下方的输液容器，所述输液报警器包括与输液架相连的挂环和与输液容器相连的挂钩，在挂环和挂钩之间设有悬臂梁测力传感器，悬臂梁测力传感器连接有电路板，电路板分别连接有蜂鸣器、电源和触摸屏。

进一步地，所述电路板包括与悬臂梁测力传感器相连的A/D转换电路，A/D转换电路连接单片机，单片机分别连接电源、触摸屏和蜂鸣器。

进一步地，所述输液容器为输液瓶或输液袋。

相应地，本发明还提供了一种悬臂梁测力传感器的输液报警方法，包括下述步骤：

1）首先对系统进行标定，建立输液报警器测量数据库；

2）对系统进行初始化，包括单片机时钟源的选择、中断的选择和外部接口功能的设定，并设定蜂鸣器报警的已报警次数K的初始值为0；

3）通过触摸屏将预警次数N和相应的报警百分数p输入至输液报警器电路程序中，N为大于1的自然数，p为一个百分数；

4）通过触摸屏将不同类型和规格的输液容器的重量和输液针管的重量输入至输液报警电路程序中，则可得到相应的未承载输液液体的器材重量G₀；在输液开始时，电路程序经数据采集得到初始测量重量G_C0，由此可得到初始液体总重量G_S0，G_S0=G_C0-G₀；

5）根据步骤3）中得到的报警百分数p和步骤4）得到的初始液体总重量G_S0计算预警值G_A，G_A=p×G_S0；

6）悬臂梁测力传感器将输液过程的实时测量值G_C转换为模拟信号，送至A/D转换电路中；

7）输液报警器电路程序根据实时测量值G_C计算出剩余输液量G_S，G_S=G_C-G₀，将剩余输液量G_S与当前预警值G_A比较，当达到预警值时驱动蜂鸣器发出相应的报警音，并判断已报警次数K是否达到预警次数N，若计数到N次，则结束运行过程。

进一步地，所述未承载输液液体的器材重量G₀包括输液容器的重量G₁和针管的重量G₂，G₀=G₁+G₂。

进一步地，所述实时测量值G_C包括输液器材的重量和液体的重量。

进一步地，所述初始测量总重量G_C0包括初始液体总重量G_S0和空输液器材的重量G₀。

进一步地，所述剩余输液量G_S为实时测量值G_C与空输液器材的重量值G₀的差值。

进一步地，所述预警次数N为2时，与第一次预警值对应的报警百分数p₁设定范围为30%～50%，与第二次预警值对应的报警百分数p₂设定范围为5%～10%。

进一步地，所述建立输液报警器测量数据库，是将悬臂梁测力传感器的称重量G和经A/D转换后的数字量M组成数据库，其对应关系为：

$G=\frac{G_{\mathrm{Max}}-G_{\mathrm{Min}}}{M_{\mathrm{Max}}-M_{\mathrm{Min}}}(M-M_{\mathrm{Min}})$

其中，G_Max、G_Min是实验中标准砝码的最大值和最小值，M_Max、M_Min是对应重量值得数字量的最大值和最小值。

本装置采用电压为9V的干电池供电，经电源模块转换，为悬臂梁传感器和单片机提供不同规格的电压。在输液开始时，设置输液容器的规格和预警次数。在输液过程中，单片机将经A/D转换电路中的芯片得到的数据和程序设定值比较，当测量值达到相应的预警值时开始报警，提醒患者或陪护人员注意并在将近输液完毕时呼叫护士，及时处理。

本发明可以针对各种输液瓶和输液袋，兼容性好，测量模块精度高，安全可靠，同时体积小、成本低有利于推广。

附图说明

图1为报警装置安装示意图。

图2为报警装置结构框图。

图3为报警装置工作流程图。

图中：1-悬臂梁测力传感器；2-触摸屏；3-电路板；4-蜂鸣器；5-总开关；6-电源；7-输液容器。

具体实施方式

下面结合具体实例及附图对本发明做进一步说明。需要说明的是，下述实施例仅限于对本发明的解释，但不限制本发明的实施范围。凡是在本方案基础上作出的结构的增加或以同样内容的替换，均应属本发明的保护范围。

本发明是一种基于悬臂梁测力传感器的输液报警装置，在实际应用中如图1所示，将上述装置做成长方体形状，挂在医院的输液架上，在装置下面挂输液容器7（输液袋或输液瓶）。1是悬臂梁测力传感器，2是触摸屏，3是上述装置的电路板，有电源控制电路、A/D转换电路、单片机和相关外围电路，4是报警器，5是上述装置的总开关，6部分是安装干电池作为装置的供电电源部分。

该输液报警装置，包括悬挂于输液架上的输液报警器，输液报警器包括与输液架相连的挂环和与输液容器7相连的挂钩，在挂环和挂钩之间设有悬臂梁测力传感器1，悬臂梁测力传感器1连接有电路板3，电路板3分别连接有蜂鸣器4、电源6和触摸屏2。

上述装置的结构框图如图2所示，包括与悬臂梁测力传感器1相连的A/D转换电路，A/D转换电路连接单片机，单片机分别连接电源6、触摸屏2和蜂鸣器4。

其中触摸屏采用TFT触摸屏，可以输入输液容器的规格、报警次数等相关信息并能实时显示输液的进度。

其中悬臂梁传感器能检测到挂在装置下方输液袋重量的变化并转换为相应的电压值，灵敏度高、线性度好。

其中A/D转换电路采用24位高精度的芯片AD7705、CS5524等或16位的芯片如AD7884、ICL7135等，其集成度高、响应速度快、抗干扰性强，降低了装置整体的成本并提高了可靠性。

其中单片机采用MSP430、C8051、PIC系列或AVR系列等单片机，并附加晶振电路、复位电路、下载程序接口等相关外围电路，处理器主要完成数字滤波、触摸屏控制和算法执行等任务。上述的数字滤波采取中位值滤波算法，能有效的克服因偶然因素引起的波动干扰，对于重量这种缓慢变化的物理量有良好的滤波效果。

如图3所示，对应上述装置，相应的悬臂梁测力传感器的输液报警方法，通过下述方法实现：

1）首先对系统进行标定，建立输液报警器测量数据库；

2）对系统进行初始化，包括单片机时钟源的选择、中断的选择和外部接口功能的设定，并设定蜂鸣器报警的已报警次数K的初始值为0；

3）通过触摸屏设定预警次数N，和相应的报警百分数p，（在这里定义报警百分数

）。

4）输入输液器材的类型，包括输液容器和针管的类型，程序依此确定输液容器的重量G₁和针管的重量G₂，从而得到空输液器材的重量G₀=G₁+G₂；

5）在输液开始时，悬臂梁测力传感器将输液过程的实时测量值G_C转换为模拟信号，送至A/D转换电路中；实时测量值G_C包括输液器材的重量和液体的重量，程序在完成第一次数据采集后得到初始测量总重量G_C0，由此可得到初始液体总重量G_S0，G_S0=G_C0-G₀；

6）根据步骤3）中得到的报警百分数p和步骤5）得到的初始液体总重量G_S0计算预警值G_A，G_A=p×G_S0，如报警次数N为2，两次预警值分别为G_A1=p₁×G_S0、G_A2=p₂×G_S0；

7）在输液过程中，根据实时测量值G_C计算出剩余输液量G_S，G_S=G_C-G₀，将剩余输液量G_S与当前预警值G_A比较，当达到预警值时驱动蜂鸣器发出相应的报警音，并判断已报警的次数K是否达到预警次数N，若计数到N次，则结束运行过程。

举例说明，预警次数N为2，当剩余输液量G_S至第一次预警值G_A1时，发出以连续1次提示音为一组的报警音；当剩余输液量G_S至第二次预警值G_A2时，发出以连续2次提示音为一组的报警音。报警百分数p₁设定范围为液体总量的30%到50%，报警百分数p₂设定范围为液体总量的5%到10%。当剩余输液量G_S至第一次预警值G_A1时，蜂鸣器第一次发出报警音，报警频率为1Hz，报警音持续10秒后自动停止，同时已报警次数K加1；当输液量G₀至第二次预警值G_A2时，蜂鸣器第二次发出报警音，报警频率为10Hz，报警音持续10秒后自动停止，同时已报警次数再一次K加1，此时K等于初始设定的报警次数N，至此完成输液报警过程。

上述步骤1）中建立输液报警器测量数据库，是将悬臂梁测力传感器的称重量G和经A/D转换后的数字量M组成数据库，其对应关系为：

$G=\frac{G_{\mathrm{Max}}-G_{\mathrm{Min}}}{M_{\mathrm{Max}}-M_{\mathrm{Min}}}(M-M_{\mathrm{Min}})$

其中，G_Max、G_Min是实验中标准砝码的最大值和最小值，M_Max、M_Min是对应重量值得数字量的最大值和最小值。

本发明电路通过编程可将-20mV～20mV电压信号转换为-0x800000～0x7FFFFF的数字量，这一过程同样是线性变化，因此重量值G和数字量M之间的关系也是线性的。对于给定的输液报警装置，先用标准砝码标定出转换关系。具体做法是在上述装置下分别挂重物为10g、20g、50g、100g、200g，并通过程序读出相应的数字量为M₁、M₂、M₃、M₄、M₅，并可以通过上式得出数字量M和重量G之间的关系。

以上所述，是本发明装置的组成和具体实施过程，本发明采用基于悬臂梁式测力传感器，既增加了装置的可靠性又降低了成本；且采用两级报警方式极大的减轻了患者或陪护人员的负担，同时降低了输液的安全风险，本发明尤其适用于中小型医院的病房和临时输液场所，便于推广使用。

Claims (1)

1.一种悬臂梁测力传感器的输液报警装置的输液报警方法，其特征在于，包括下述步骤：

1）首先对系统进行标定，建立输液报警器测量数据库；

2）对系统进行初始化，包括单片机时钟源的选择、中断的选择和外部接口功能的设定，并设定蜂鸣器报警的已报警次数K的初始值为0；

3）通过触摸屏将预警次数N和相应的报警百分数p输入至输液报警电路程序中，N为大于1的自然数，p为百分数；

4）通过触摸屏将不同类型和规格的输液容器的重量和输液针管的重量输入至输液报警电路程序中，则可得到相应的未承载输液液体的器材重量G₀；在输液开始时，电路程序经数据采集得到初始测量重量G_C0，由此可得到初始液体总重量G_S0，G_S0=G_C0-G₀；

 5）根据步骤3）中得到的报警百分数p和步骤4）得到的初始液体总重量G_S0计算预警值G_A，G_A=p                                               

G_S0； 

6）悬臂梁测力传感器将输液过程的实时测量值G_C转换为模拟信号，送至A/D转换电路中；

7）输液报警电路程序根据实时测量值G_C计算出剩余输液量G_S，G_S=G_C-G₀，将剩余输液量G_S与当前预警值G_A比较，当达到预警值时驱动蜂鸣器发出相应的报警音，并判断已报警次数K是否达到预警次数N，若计数到N次，则结束运行过程。

2、根据权利要求1所述的悬臂梁测力传感器的输液报警装置的输液报警方法，其特征在于，所述未承载输液液体的器材重量G₀包括输液容器的重量G₁和针管的重量G₂， G₀=G₁+G₂。

3、根据权利要求1所述的悬臂梁测力传感器的输液报警装置的输液报警方法，其特征在于，所述实时测量值G_C包括输液器材的重量和液体的重量。

4、根据权利要求1所述的悬臂梁测力传感器的输液报警装置的输液报警方法，其特征在于，所述初始测量重量G_C0包括初始液体总重量G_S0和空输液器材的重量G₀。

5、根据权利要求1所述的悬臂梁测力传感器的输液报警装置的输液报警方法，其特征在于，所述剩余输液量G_S为实时测量值G_C与空输液器材的重量值G₀的差值。

6、根据权利要求1所述的悬臂梁测力传感器的输液报警装置的输液报警方法，其特征在于，当所述预警次数N为2时，与第一次预警值对应的报警百分数p₁设定范围为30%~50%，与第二次预警值对应的报警百分数p₂设定范围为5%~10%。

7、根据权利要求1所述的悬臂梁测力传感器的输液报警装置的输液报警方法，其特征在于，所述建立输液报警器测量数据库，是将悬臂梁测力传感器的称重量G和经A/D转换后的数字量M组成数据库，其对应关系为： 

其中，G_Max、G_Min是实验中标准砝码的最大值和最小值，M_Max、M_Min是对应重量值得数字量的最大值和最小值。

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