CN103520803A - 一种输液滴斗液面检测装置及方法 - Google Patents

一种输液滴斗液面检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输液滴斗液面检测装置及方法，该装置包括固定外壳和设置于固定外壳内的检测电路单元，所述固定外壳套装于输液滴斗上；所述检测电路单元包括红外发射管与红外接收管，输液滴斗位于红外发射管与红外接收管之间；利用光的直线传播与折射原理，用红外探头照射液面，发出脉冲信号，并用相应的接收装置接收信号，对脉冲接收端接收的模拟信号进行采样，根据接收到的模拟信号来检测液面，从而获得抗干扰能力强、低功耗的液面检测方法。使用了误差对比及均值滤波算法，提高了采样的正确率，能对人为或其它原因导致的液面波动进行有效过滤，从而获得准确率高、能消除液面波动等功能的液面检测方法。

Description

一种输液滴斗液面检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种输液滴斗液面检测装置及方法。
背景技术
目前，液面检测常采用接触式和非接触式两种形式：接触式如浮子式、压力式、吹气式等。这类检测方法都是基于固定液箱液位检测而设计，并且普遍存在以下缺陷：1)必须接触被测液体或被测容器，不易于安装，有可能对被测液体造成污染；2)输出为模拟量电流或电压，有些为机械指针显示，不能用于远程监视；3)系统普遍适用于静止液面测量，对于有人为干扰导致的波动液面测量不准；4)一般液位检测在使用一定时间后，由于传感器和电子元件性能变化都会引起精度下降，多数没有自校正功能。因此在对卫生要求极其严格的医疗领域几乎没有应用价值；
非接触式检测方法如超声波、红外热成像、激光检测等。这类方法成本昂贵、功耗偏大、体积偏大，主要应用在军工及全自动工业领域。目前尚无法应用在轻便的重力输液管上。
发明内容
针对现有技术在实际医疗输液滴斗液面检测中存在体积过大，安装不便，成本过高，无自动校正功能等问题，本发明提供了一种非接触式、成本低廉、安装方便、具有远距离监视、自动校正、能消除液面波动等功能的、智能化程度较高的液位检测装置及方法。
一种输液滴斗液面检测装置，包括固定外壳和设置于固定外壳内的检测电路单元，所述固定外壳套装于输液滴斗上；
所述检测电路单元包括红外发射管与红外接收管，所述红外发射管与红外接收管对称且平齐设置在输液管滴斗的相对两侧，所述红外发射管的正极通过第一上拉电阻R1与第一直流电源相连，所述红外发射管的负极与脉冲输入端相连；所述红外接收管的集电极通过第二上拉电阻R2与第二直流电源相连，所述红外接收管的发射极接地，所述第二直流电源与地之间串联有两个电阻R3和R4，两个电阻的串接点S与所述红外接收管的集电极之间接有电容C，两个电阻的串接点作为脉冲输出端，输液滴斗位于红外发射管与红外接收管之间。
所述检测电路单元至少为两个，每个分别设有脉冲输入端和脉冲输出端。
一种输液滴斗液面检测方法，采用所述的一种输液滴斗液面检测装置，首先确定输液滴斗液面参考高度，将红外发射管和红外接收管对准设置于输液滴斗上且与参考高度平齐；
通过脉冲发生器在脉冲输入端输入固定频率的脉冲信号并由红外发射管发射与脉冲信号相应的红外光，红外光穿过输液滴斗至红外接收管，在脉冲输出端形成脉冲信号，利用处理器检测脉冲输出端的的脉冲信号；
脉冲输入端输入第一低电平，红外发射管导通并发出的红外光穿过输液滴斗中的液体，红外接收管接收到红外光导通，设此时脉冲输出端输出的脉冲信号的电平幅值为A；
若红外接收管接收到到从输液滴斗穿过的红外光导通且脉冲输出端输出的电平幅值为B，则当|A-B|>15%A时，则判断输液滴斗中液面高度不正常，否则，输液滴斗中液面高度正常。
所述液面参考高度是通过连续采样N个脉冲数据，去除N个脉冲数据中的最大值和最小值，对剩下的数据采用均值滤波算法获得所述剩下数据的均值。
有益效果
本发明提供了一种输液滴斗液面检测装置及方法，该装置包括固定外壳和设置于固定外壳内的红外发射管与红外接收管，输液滴斗位于红外发射管与红外接收管之间；所述固定外壳套装于输液滴斗上；利用光的直线传播与折射原理，用红外探头照射液面，发出固定频率的红外负窄脉冲信号，并用相应的接收装置接收信号，对脉冲接收端接收的模拟信号进行采样，根据接收到的模拟信号来检测液面，从而获得抗干扰能力强、低功耗的液面检测方法。使用了误差对比及均值滤波算法，提高了采样的正确率，能对人为或其它原因导致的液面波动进行有效过滤，从而获得准确率高、能消除液面波动等功能的液面检测方法。本发明方法适用于医疗输液管液面检测。
附图说明
图1为本发明一种输液滴斗液面检测装置结构示意图一；
图2为红外发射管与红外接收管脉冲波形示意图，其中，图（a）为红外发射管的波形示意图，图（b）为输液滴斗中液体位于参考液面上方时，红外接收管的波形示意图，图（c）为输液滴斗中液体位于参考液面下方时，红外接收管的波形示意图；
图3为均值滤波算法流程图；
图4为本发明一种输液滴斗液面检测装置结构示意图二；
图5为固定外壳的示意图；
标号说明：1-输液滴斗槽，2-红外发射管安装位置，3挂钩。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
一种输液滴斗液面检测装置，包括固定外壳和设置于固定外壳内的检测电路单元，所述固定外壳套装于输液滴斗上；
所述检测电路单元包括红外发射管与红外接收管，所述红外发射管与红外接收管对称且平齐设置在输液管滴斗的相对两侧，所述红外发射管的正极通过第一上拉电阻R1与第一直流电源VCC1相连，所述红外发射管的负极与脉冲输入端相连；所述红外接收管的集电极通过第二上拉电阻R2与第二直流电源VCC2相连，所述红外接收管的发射极接地，所述第二直流电源与地之间串联有两个电阻R3和R4，两个电阻的串接点S与所述红外接收管的集电极之间接有电容C，两个电阻的串接点作为脉冲输出端，输液滴斗位于红外发射管与红外接收管之间。
如图5所示为固定外壳的示意图，输液滴斗安装于固定外壳的输液滴斗槽1中，在固定外壳内设有红外发射管的安装位置2及与红外发射管的安装位置2对称红外接收管的安装位置，固定外壳通过挂钩3悬挂于输液支架上。
实施方式一
如图1所示，红外发射管、红外接收管分别安装在滴斗两侧，且二者平行放置。将该对管的位置固定，为减少外界光线干扰并方便使用，可将其固定在一个壳体中，红外发射管与红外接收管之间各留一条缝隙，在中间无其它介质时，红外发射管发出的不可见红外光可直线照射在红外接收管中。红外发射管阳极接电源正极，另一端通过限流电阻接负窄脉冲源，窄脉冲频率为100Hz，脉冲宽度为0.5ms；通过红外发射管便以940nm波长的红外光透过缝隙向外发射。在液体对侧，红外接收管集电极通过上拉电阻接电源正极，发射极接0电平，接收到940nm的红外线，从接收管集电极输出该信号，再通过耦合电容将此信号接入分压网络以稳定其静态工作点，输出此信号电平，实际波形图参见图2。对此电平进行采样，待数据稳定后，取采样值的平均值作为参考液面，如当液面到达滴管2/3处时，取滴管1/2处的液面数据作为参考液面；
实施方式二：
使用一对红外发射管和红外接收管时，只能准确检测一个液面，当需要对多个液面进行检测时，就应该采用两对甚至多对红外发射管与红外接收管对液面变化进入细化检测了，如图4所示，本实施方式采用了两对红外发射管与接收管，可准确检测到两层的液面变化；同理可以使用三对或三对以上，可以实现更细化的液面检测。
一种输液滴斗液面检测方法，采用所述的一种输液滴斗液面检测装置，首先确定输液滴斗液面参考高度，将红外发射管和红外接收管平行设置于输液滴斗上且与参考高度平齐；
通过脉冲发生器在脉冲输入端输入固定频率的脉冲信号并由红外发射管发射与脉冲信号相应的红外光，红外光穿过输液滴斗至红外接收管并转化为输出至脉冲输出端的脉冲信号，利用处理器检测脉冲输出端的的脉冲信号；
当脉冲输入端输入的脉冲信号为高电平时，即在红外发射管上产生的压降不足以使得红外发射管导通；当脉冲输入端的脉冲信号从高电平降低至第一低电平时，使得在红外发射管上产生的压降足以使得红外发射管导通；
脉冲输入端输入第一低电平，红外发射管导通并发出的红外光穿过输液滴斗中的液体，红外接收管接收到红外光导通，设此时脉冲输出端输出的脉冲信号的电平幅值为A；
若红外接收管接收到到从输液滴斗穿过的红外光导通且脉冲输出端输出的电平幅值为B，则当|A-B|>15%A时，则判断输液滴斗中液面高度不正常，否则，输液滴斗中液面高度正常。
所述液面参考高度是通过连续采样N个脉冲数据，将这N个脉冲数据进行综合比较，去掉其中的最大值和最小值，留下偏差较小的数据，再对剩下的数据进行平均值计算采用均值滤波算法计算获得。
在采样过程中循环与参考液面对比，偏差在允许区间内视为液面轻微波动；若偏差超出允许区间，则进入偏差一致性判断：偏差不一致则视为人为液面波动，过滤掉此数据进行下一次对比。直到偏差一致性判断通过时，确定液面已变化。
在采样过程中增加均值滤波算法，提高采样正确率，实施方法具体如下：所述液面参考高度是通过连续采样N个脉冲数据，去除N个脉冲数据中的最大值和最小值，对剩下的数据采用均值滤波算法获得所述剩下数据的均值，流程图参见图3。
从图2中，可以看出若要在3.3V供电系统中使用红外发射与接收管，则发射管发射脉冲幅度为3.3V，接收管接收红外光后输出幅值可变的脉冲，在滴管液面高于滴管1/2时输出的脉冲幅值为0.6V；当液面低于滴管1/2时输出的脉冲幅值为1.1V。这里面的0.6V就作为标准参考液面，测得的所有液面数据均与0.6V标准液面进行对比。当测得的数据已稳定在1.1V时，确定液面已在滴管1/2以下。通过对这些数值进行均值滤波算法及偏差一致性判断，可以得到抗干扰性很强的稳定数据，对红外接收管的波形进行检测判断，得到准确的液面数据。

Claims (4)

1.一种输液滴斗液面检测装置，其特征在于，包括固定外壳和设置于固定外壳内的检测电路单元，所述固定外壳套装于输液滴斗上；
所述检测电路单元包括红外发射管与红外接收管，所述红外发射管与红外接收管对称且平齐设置在输液管滴斗的相对两侧，所述红外发射管的正极通过第一上拉电阻R1与第一直流电源相连，所述红外发射管的负极与脉冲输入端相连；所述红外接收管的集电极通过第二上拉电阻R2与第二直流电源相连，所述红外接收管的发射极接地，所述第二直流电源与地之间串联有两个电阻R3和R4，两个电阻的串接点S与所述红外接收管的集电极之间接有电容C，两个电阻的串接点作为脉冲输出端，输液滴斗位于红外发射管与红外接收管之间。
2.根据权利要求1所述的输液滴斗液面检测装置，其特征在于，所述检测电路单元至少为两个，每个分别设有脉冲输入端和脉冲输出端。
3.一种输液滴斗液面检测方法，其特征在于，采用基于权利要求1或2所述的一种输液滴斗液面检测装置，首先确定输液滴斗液面参考高度，将红外发射管和红外接收管对准设置于输液滴斗上且与参考高度平齐；
通过脉冲发生器在脉冲输入端输入固定频率的脉冲信号并由红外发射管发射与脉冲信号相应的红外光，红外光穿过输液滴斗至红外接收管，在脉冲输出端形成脉冲信号，利用处理器检测脉冲输出端的的脉冲信号；
脉冲输入端输入第一低电平，红外发射管导通并发出的红外光穿过输液滴斗中的液体，红外接收管接收到红外光导通，设此时脉冲输出端输出的脉冲信号的电平幅值为A；
若红外接收管接收到到从输液滴斗穿过的红外光导通且脉冲输出端输出的电平幅值为B，则当|A-B|>15%A时，则判断输液滴斗中液面高度不正常，否则，输液滴斗中液面高度正常。
4.根据权利要求3所述的一种输液滴斗液面检测方法，其特征在于，所述液面参考高度是通过连续采样N个脉冲数据，去除N个脉冲数据中的最大值和最小值，对剩下的数据采用均值滤波算法获得所述剩下数据的均值。
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