CN103239777B - 一种输液速度检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输液速度检测装置，包括红外发光二极管及其驱动电路、PIN光电二极管、光检测放大电路、去直流电路、控制模块和显示模块。红外发光二极管与PIN光电二极管对称地安装于茂菲氏滴管壁的两侧；驱动电路以一定的频率来开关红外发光二极管。点亮红外发光二极管时，透射光经过光检测放大电路转换成光电信号，被控制模块采集，计算出直流量的大小，根据其来控制下一次发光的强度。这一光电信号继续经过去直流电路得到信号的交流部分，控制模块根据前述的直流量，来控制下一次去直流量的大小。控制模块对交流部分进行数字滤波，测得其周期可计算出液滴滴速。本发明能够提高医用输液液滴速度检测的抗干扰能力。

Description

一种输液速度检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种输液速度检测方法及其装置，属于医用输液监测应用领域。

背景技术

目前，用于医用输液的检测装置一般采用红外线对管，即红外线发光二极管与红外线接收光敏三极管分别对称地安装于茂菲氏滴管壁的两侧，对茂菲氏滴管中的液滴是否滴落进行检测。此液滴检测的工作原理是：采用光电检测技术在茂菲氏滴管壁处对输液速度进行检测，具体为红外线发光二极管发出红外光，光线透过茂菲氏滴管照射到红外接收光敏三极管，红外接收光敏三极管将接收到的光信号转换成光电流输出。当茂菲氏滴管没有液滴通过时，光线衰减小，红外接收光敏三极管输出比较强的光电流；当茂菲氏滴管中有液滴通过时，由于液滴对光线吸收和散射作用，照射到红外接收光敏三极管的光信号比较弱，导致红外接收光敏三极管输出比较弱的光电流；然后将电流的变化转换为电压的变化，通过检测红外接收光敏三极管输出端电压的变化，就可以检测出有无液滴通过。另外，由于液滴两端比液滴中间对红外光的折射大，导致红外接收光敏三极管开路，输出电压变高，所以每个液滴漓落时均会接收到两次脉冲信号，该脉冲信号通过信号测理电路送入微处理器，微处理器则根据一定时间内所检测到的脉冲信号的个数，计算出输液液滴的速度，当液滴速度太慢或太快时均发出报警声响。

这种红外线对管的医用输液检测装置有以下几个缺点。

第一，当茂菲氏滴管中透过干扰光时，即使没有液滴滴下时红外接收光敏三极管的输出电压也不为0V，输出脉冲电压的幅值与干扰光的强度成正比。

第二，当茂菲氏滴管内壁有水雾时，会挡住一部分红外光，即使没有液滴滴下时红外接收光敏三极管的输出电压也不为0V。上述情况都很有可能导致红外接收光敏三极管所发出的双脉冲信号严重畸变，一定时间内所检测到的脉冲信号的个数不准，最终导致输液检测装置液滴速度检测不准，不该报警时误报或者该报警时却不报，酿成严重的医疗事故。

第三，使用电压比较器来判断有无液滴通过的方法，比较的电压阈值是固定的，无法根据周围环境光的强弱，和滴液管内水雾的情况来改变阈值电压，从而容易造成误判。

因此，如何提高基于红外检测技术的医用输液检测装置的抗干扰性，是医用输液检测应用领域必须解决的一项关键技术。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种新型的输液液滴测速方法及装置。所述方法及装置采用红外发光二极管每秒多次交替发光和熄灭来照射被茂菲氏滴管，根据红外三极管检测到的光强来自动调整红外发光二极管的发光强度，自动调整去直流的大小，得到检测到的信号的交流部分。以一定的频率来开关红外发光二极管，产生的亮灭间隔的红外光照射被测部位，透射光经光电转换得到变化的光电流信号，光电流信号经过放大、去直流、滤波去干扰得到信号的交流部分，交流部分即为液滴测量产生的波形，软件测得其周期可计算出液滴滴速。因为干扰光变换缓慢，多为直流量，去直流的过程就能把大部分干扰光去掉，从而抗拒干扰光的影响。红外发光二极管的发光强度根据接收到的红外光强度中的直流量来自动调整，从而抗拒干扰光的影响和茂菲氏滴管内水雾的影响。

红外线发光二极管与红外线接收光敏三极管分别对称地安装于茂菲氏滴管壁的两侧，照射茂菲氏滴管的红外发光二极管交替发光和熄灭，透射光经光电转换得到变化的光电流信号；光电流信号经经过一级放大后，经过AD转换，转成数字信号，通过控制模块计算其直流量的大小，然后根据这个直流量的大小，控制红外发光二极管下一次发光的强度，同时根据这个直流量的大小，控制二级放大电路去直流量的大小，从而有效的去除此次光电流信号中的直流量，这个有效去除了直流量后的光电流信号经过AD转换，控制器对此转换后的数字信号进行数字滤波，并计算周期，换算成频率，即液滴滴速。

一种使用所述输液液滴速度检测方法的装置包括：红外led驱动电路、光检测放大电路、去直流电路、第一AD转换模块、第二AD转换模块、第一DA转换模块、第二DA转换模块、控制模块；所述红外发光二极管驱动电路与控制模块的一个IO端口相连，控制红外发光二极管的交替亮灭；与第一DA转换模块相连控制红外发光二极管发光的幅值；所述光检测放大电路的输出与第一AD转换模块相连，第一AD转换模块的输出与控制模块相连，光检测放大电路的输出被第一AD转换模块采集转换输入到控制模块中，控制模块根据此数据来控制第一DA转换模块的输出从而控制红外发光二极管发光的幅值；所述光检测放大电路的输出与也与去直流电路相连，第二DA转换模块的输出端也与去直流电路相连，去直流电路将光检测放大电路输出的包含一定直流量交流信号减去第二DA转换模块的输出的直流信号，从而得到较好的交流信号；所述去直流电路的输出端与第二AD转换模块的输入端相连，第二AD转换模块的输出端与控制模块相连，第二AD转换模块将去直流电路的输出转换成数字信号并输入到控制模块中。控制模块对此信号进行周期计算，计算后，把结果输出到显示器模块。

与现有技术相比，本发明的医用输液液滴速度检测方法及其装置具有抗干扰能力强的有益效果，具体有以下几个优点。

 第一，由于本发明的医用输液液滴速度检测装置，发光二极管的驱动电流大小根据检测到的红外光强度自动调整，茂菲氏管内水雾造成的红外光接收功率的下降，通过自动提高红外发光二极管的发光强度来避免。周围环境光造成的红外光接收功率的上升，通过自动提高红外发光二极管的发光强度来避免。因此，有效提高了医用输液液滴速度检测装置对干扰光和水雾等的抗干扰性能。

 第二，由于本发明的医用输液液滴速度检测装置，发光二极管是以一定的频率亮灭的，检测到光电信号，经过放大、去直流、滤波去干扰得到信号的交流部分，干扰光是变化缓慢的，大部分为直流分量，在去直流的过程和滤波的过程中都被去掉了，从而有效的提高了对干扰光的抗干扰性能。

第三，以往使用电压比较器来判断有无液滴通过的方法，比较的电压阈值是固定的，无法根据周围环境光的强弱，和滴液管内水雾的情况来改变阈值电压，从而容易造成误判。由于本发明的医用输液液滴速度检测装置，是通过对波形的周期的检测来计算液滴的滴速。检测周期时不是采用固定的阈值来检测，而是用排序查找波谷的方法来计算周期，从而能够很好的适应环境光的干扰和水雾的影响。

附图说明

图1为本发明的医用输液液滴速度检测装置的原理框图。

图2为红外线对管安装示意图。

图3为红外线发光二极管驱动电路原理图。

图4为红外线检测电路原理图。

图5为本发明的医用输液液滴速度检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步的详细阐述，但下述实施例不应理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种采用上述输液速度的检测方法的装置，包含：红外led驱动电路、光检测放大电路、去直流电路、第一AD转换模块、第二AD转换模块、第一DA转换模块、第二DA转换模块、控制模块。所述红外发光二极管驱动电路与控制模块的一个IO端口相连，控制红外发光二极管的交替亮灭；与第一DA转换模块相连控制红外发光二极管发光的幅值。所述光检测放大电路的输出与第一AD转换模块相连，第一AD转换模块的输出与控制模块相连，光检测放大电路的输出被第一AD转换模块采集转换输入到控制模块中。控制模块根据此数据来控制第一DA转换模块的输出从而控制红外发光二极管发光的幅值。

所述光检测放大电路的输出与也与去直流电路相连，第二DA转换模块的输出端也与去直流电路相连，去直流电路将光检测放大电路输出的包含一定直流量交流信号减去第二DA转换模块的输出的直流信号，从而得到较好的交流信号。所述去直流电路的输出端与第二AD转换模块的输入端相连，第二AD转换模块的输出端与控制模块相连。第二AD转换模块将去直流电路的输出转换成数字信号并输入到控制模块中。

所述红外发光二极管驱动电路控制红外发光二极管以200hz的频率亮灭，由两个三极管构成。光检测放大电路和去直流电路由两级运放构成，一级运放将光电流信号放大为电压信号，这个电压信号包含交流分量和较大的直流分量，因此需要二级运放去直流处理。控制模块接受两个运放的输出，作为反馈为红外发光二极管驱动电路和去直流电路提供参考电压幅值。

如图2所示，所述红外发光二级管D1和PIN光电二极管D2分别对称位于茂菲氏滴管壁两侧，所述红外发光二级管7距离茂菲氏滴管顶郜20mm。

如图3所示，所述红外发光二极管驱动电路包括红外发光二级管D1、PNP三极管Q1、NPN三极管T1、电阻R11、电阻R12、电阻R13。红外发光二极管D1的阳极连接PNP三极管Q1的集电极，红外发光二极管D1的阴极连接PNP三极管Q1的集电极。PNP三极管Q1的基极连接到控制模块的一个IO端口控制光线的交替开关。NPN三极管的基极连接到第二DA转换模块，控制发光的幅度。

如图4所示，所述PIN光电二极管D2的阳极与第一级运算放大器的反相输入端相连，阴极与第一级运算放大器的同相输入端相连。第一级运算放大器的反相输入端和输出端之间并联5Pf的电容C1和5M欧姆的电阻R5，第一级运算放大器的输出端接到第二级运算放大器的反相输入端，第二级运算放大器的同相输入端接到第二DA转换模块的输出端，来控制去直流量的大小。第二级运算放大器的反相输入端和输出端之间并联47Pf的电容C2和150K欧姆的电阻R9。

如图1所示，所述控制模块用于将接收到第一运放的输出电压进行AD转换，根据这个电压的大小调整第一DA转换输出，即A1点的电压，从而调整红外发光二极管的发光强度。同时根据这个电压的大小，控制第二DA转换模块的输出，即B2点电压，从而有效的去掉信号的直流分量。所述控制模块将第二运放的输出电压进行AD转换，然后数字滤波去直流，计算周期，从而计算出液滴的滴速。

如图5所示，基本的测量流程如下。设置200Hz定时器中断，定时器中断发生后，首先，根据上次的计算，输出led幅值电压和去直流参考电压。然后，控制模块开启红外发光二极管，接着读取两路运放输出端电压数据，即B1与B3点电压大小。再然后，关灯，根据B1更新LED的幅度，供下次开灯使用，根据B2输出更新去直流电路的直流参考电压，供下次开灯使用 。最后，原始信号数字去直流后得到交流光电信号，对所述交流光电信号进行周期的计算。

Claims (5)

1.一种检测医用输液液滴速度的装置，其特征在于包含：红外发光二极管、PIN光电二极管、红外发光二极管驱动电路、光检测放大电路、去直流电路、第一AD转换模块、第二AD转换模块、第一DA转换模块、第二DA转换模块、控制模块；所述红外发光二极管驱动电路与控制模块的一个IO端口相连，控制红外发光二极管的交替亮灭；所述红外发光二极管驱动电路与第一DA转换模块相连控制红外发光二极管发光的幅度；所述光检测放大电路的输出与第一AD转换模块相连，第一AD转换模块的输出与控制模块相连，光检测放大电路的输出被第一AD转换模块采集转换输入到控制模块中，控制模块根据此数据来控制第一DA转换模块的输出从而控制红外发光二极管发光的幅度；所述光检测放大电路的输出也与去直流电路相连，第二DA转换模块的输出端也与去直流电路相连，去直流电路将光检测放大电路输出的包含一定直流量的交流信号减去第二DA转换模块的输出的直流信号，从而得到较好的交流信号；所述去直流电路的输出端与第二AD转换模块的输入端相连，第二AD转换模块的输出端与控制模块相连，第二AD转换模块将去直流电路的输出转换成数字信号并输入到控制模块中；控制模块对经第二AD转换模块转换后的数字信号进行周期计算，把结果输出到显示器模块；该装置实现如下的医用输液液滴速度检测方法：红外发光二极管与PIN光电二极管分别对称地安装于茂菲氏滴管壁的两侧，照射茂菲氏滴管的红外发光二极管交替发光和熄灭，透射光经PIN光电二极管的光电转换得到变化的光电流信号；光电流信号经过一级放大后，经过AD转换，转成数字信号，通过控制模块计算其直流量的大小，然后根据这个直流量的大小，控制红外发光二极管下一次发光的强度，同时根据这个直流量的大小，控制二级放大电路去直流量的大小，从而有效的去除此次光电流信号中的直流量，这个有效去除了直流量后的光电流信号经过AD转换，控制模块对此转换后的数字信号进行数字滤波，并计算周期，换算成频率，即液滴速度。

2.权利要求1所述的装置，其中所述红外发光二极管驱动电路由一个PNP三极管和一个NPN三极管构成；红外发光二极管的阳极连接PNP三极管的集电极，红外发光二极管的阴极连接NPN三极管的集电极；PNP三极管的基极连接到10k欧姆电阻一端，这个10k欧姆电阻另一端连接到控制模块的一个IO端口，从而控制光线的交替开关；NPN三极管的基极连接到控制模块的一个DA端口，控制发光的幅度。

3.权利要求1所述的装置，其中所述光检测放大电路和去直流电路由两级运算放大器构成，第一级运算放大器将光电流信号放大为电压信号，PIN光电二极管的阳极与第一级运算放大器的反相输入端相连，阴极与第一级运算放大器的同相输入端相连；第一级运算放大器的反相输入端和输出端之间并联5Pf的电容和5M欧姆的电阻。

4.权利要求3所述的装置，其中所述第一级运算放大器的输出端与第一AD模块相连，第一级的运算放大器的输出端同时接到第二级运算放大器的反相输入端，第二级运算放大器的同相输入端接到第二DA转换模块的输出端，来控制去直流量的大小，第二级运算放大器的反相输入端和输出端之间并联47Pf的电容和150K欧姆的电阻。

5.权利要求2、3或4所述的装置，其中所述控制模块与第一AD转换模块、第二AD转换模块、第一DA转换模块、第二DA转换模块、红外发光二极管驱动电路相连；控制模块的一个IO端口连接到PNP三极管的基极控制光线的交替开关；所述第一DA转换模块连接到NPN三极管的基极控制发光的幅度；所述第一AD转换模块与第一级运算放大器的输出端与相连，接受这个运算放大器的输出，作为反馈为红外发光二极管驱动电路和去直流电路提供参考电压幅值；所述第二DA转换模块连接到第二级运算放大器的同相输入端，来控制去直流量的大小；所述第二AD转换模块与第二级运算放大器的输出端相连，来接收去直流后的检测光波形。