CN104014051B - 一种状态监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种状态监测装置，用于监测带有墨菲滴管的输液器的液滴滴落状态，该监测装置包括相连接的输液脉冲计数单元和滴速在线监测单元，所述的输液脉冲计数单元包括聚光镜和光敏元件，所述的聚光镜设置在墨菲滴管的一侧，所述的光敏元件设有两个，安装在与聚光镜正对的墨菲滴管的另一侧，且两个光敏元件上下布置；所述的滴速在线监测单元包括依次连接的差分放大电路、带通滤波电路、电压比较电路和信号发送电路，所述的差分放大电路分别与两个光敏元件连接。与现有技术相比，本发明具有安全、可靠、低功耗、适用性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种状态监测装置。
背景技术
目前静脉输液治疗是临床用药方面是最主要的途径。有调查显示，90％以上的住院患者都需要采用静脉输液治疗。近年来，临床输液引起的医疗问题已引起专业人士的广泛关注。
现有的输液监测方式有以下几种：
1、探针式监测：早期使用的输液监测方法是：把探针插入输液瓶内，由于液体药物具有导电性，会与探针形成电流环路。当液面下降并低于探针针尖的高度时，这个电流环路将被破坏。相应的报警机制就会启动，并切断输液。这就是探针式监测法。该方法在应用中的问题在于成本与医用卫生标准间的矛盾。若从降低成本角度出发，探针就需多次使用，这就不符合医疗卫生标准。所以现今已经很少使用此方法来监测输液状态。
2、电容式液位检测法：电容式液位检测法可用于检测输液瓶内液位的高度。该方法的实现原理是利用某一频率的信号激励电容式电桥，由于电容传感器的电容值会随着输液瓶内液面的高度的变化发生变化，医护人员可以通过电容式电桥输出信号的幅度变化判断剩余液面的高度。使用电容式液位检测法的缺点在于该监测装置需要安装在输液瓶周围，不方便病患在输液过程中走动。
3、测重法：测重法是利用重力传感器或者弹簧等器件测量输液瓶及药品的整体重量，输液过程中由于药品的输入人体，输液瓶和药品的重量会逐渐减小，当减轻到设定的重量时控制电路将被接通。但由于输液瓶的大小规格和使用材质各不相同，输液药品的密度也不尽相同，所以只以重量判断输液的进度，往往会造成很大误差。
4、超声波探测法：超声波探测法具有很高的可靠性，其实现方法是在输液管两端安装超声波传感器，计算在顺流和逆流两个方向中声波束的传输时间差即可算出流量，进而计算得出输液速度与已输入的液体体积。超声波探测法的缺点在于使用成本过高，对医院而言使用该方法经济效益低。
输液监测时的环境情况可大致分为两类。一类是在自然光为主要光源的应用环境，另一类就是以灯光为主要光源的应用环境。所以需要设计一种适用于不同光强环境的输液监测装置。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全、可靠、低功耗、适用性好的状态监测装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种状态监测装置，用于监测带有墨菲滴管的输液器的液滴滴落状态，该监测装置包括相连接的输液脉冲计数单元和滴速在线监测单元，所述的输液脉冲计数单元包括聚光镜和光敏元件，所述的聚光镜设置在墨菲滴管的一侧，所述的光敏元件设有两个，安装在与聚光镜正对的墨菲滴管的另一侧，且两个光敏元件上下布置；
所述的滴速在线监测单元包括依次连接的差分放大电路、带通滤波电路、电压比较电路和信号发送电路，所述的差分放大电路分别与两个光敏元件连接；
在自然光或灯光环境下，聚光镜对光线进行聚光，液滴滴落过程中，两个光敏元件同时接收光线的光强变化信号，转化为电压信号后传输给滴速在线监测单元，差分放大电路、带通滤波电路和电压比较电路依次对信号处理，通过信号发送电路将处理后获得的液滴电压脉冲信号发出。
所述的聚光镜的焦距与墨菲滴管的直径相匹配。
所述的聚光镜为聚光镜。
所述的光敏元件为光敏电阻或光敏二极管。
所述的带通滤波电路包括相串联的高通滤波器和低通滤波器。
所述的高通滤波器和低通滤波器均为四阶滤波器。
所述的电压比较电路包括有效值转换器、同相比例运算器和电压比较器，所述的电压比较器分别连接带通滤波电路和同相比例运算器，所述的带通滤波电路与有效值转换器连接，所述的有效值转换器与同相比例运算器；
经带通滤波电路滤波后的电压信号同时输入有效值转换器和电压比较器，该电压信号依次通过有效值转换器和同相比例运算器后作为电压比较电路的参考电压输入。
所述的信号发送电路为ZigBee发送电路。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明利用自然光和灯光作为光源，通过聚光镜对外界光线进行聚光，无液滴滴落时，聚光焦点落在光敏元件上，如此不涉及光电发射，固有功耗可大幅降低，且具备在不同光强环境的适用性；
(2)本发明将两个光敏元件要上下紧挨着安装，保证了共模信号能良好去除；
(3)本发明在滴速在线监测装置中引入了差分放大电路，大大减少了外界光强变化对信号的干扰，安全，可靠；
(4)本发明的带通滤波电路采用四阶滤波器，可对信号进行进一步放大，所以液滴滴落时电压变化的幅度也更为明显；
(5)本发明的电压比较电路中，以经滤波后的电压信号有效值并经过比例放大作为参考电压，参考电压可以随环境光强的变化自适应调整，能够满足电路在不同光强条件下的自适应性。
附图说明
图1为输液脉冲计数单元的结构示意图；
图2为滴速在线监测单元的结构示意图；
图3为差分放大电路的电路原理示意图；
图4为差分放大电路的电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
一种状态监测装置，用于监测带有墨菲滴管1的输液器的液滴滴落状态，该监测装置包括相连接的输液脉冲计数单元和滴速在线监测单元。如图1所示，所述的输液脉冲计数单元包括聚光镜2和光敏元件3，所述的聚光镜2设置在墨菲滴管1的一侧，所述的光敏元件3设有两个，安装在与聚光镜2正对的墨菲滴管1的另一侧，且两个光敏元件3上下布置。聚光镜2可采用聚光镜，光敏元件3可采用光敏电阻或光敏二极管。
以自然光与灯光为光源照射聚光镜2，聚光镜2对外界光线进行聚光，无液滴滴落时，聚光焦点落在光敏元件3上。当有液滴滴落通过时，因为液滴对光的散射，光敏元件3接收到的光强将发生变化，然后等同于脉冲计数法，对滴落液滴进行计数，从而监测液滴滴落情况。
选择聚光镜时主要考虑的因素是焦距以及其外圆直径大小，聚光镜2的焦距与墨菲滴管的直径相匹配，如实验所用的墨菲滴管直径在1.5cm左右，可以选择焦距在1.5cm-2cm的聚光镜，聚光镜的外圆直径也选定在1.5-2cm之间。
如图2所示，滴速在线监测单元包括依次连接的差分放大电路4、带通滤波电路5、电压比较电路6和信号发送电路7，所述的差分放大电路4分别与两个光敏元件3连接。
本实施例采用的差分放大电路4如图3所示，该差分放大电路的电路放大倍数为51kΩ/10kΩ，即5.1倍。
带通滤波电路5包括相串联的高通滤波器51和低通滤波器52，带通滤波电路的滤波通频为10-34Hz。高通滤波器和低通滤波器均为四阶滤波器。
通过前期的实验可以发现，仅在液滴低落时，光敏元件两端电压明显升高，设峰值电压为U1；而在没有液滴滴下时，输出的电压相对较低并且基本保持不变，设这个电压为U2。所以电压比较时的参考电压UREF必须大于U2且小于U1。由于在自然光和灯光两种不同的情况下，光敏元件在有液滴滴落情况下的输出电压不同，在无液滴滴落情况下的输出的电压也不同，所以选择的参考电压UREF必须具备自适应的性能，能根据不同的光强条件自动调节。
为了满足电路在不同光强条件下的自适应性，本实施例选用滤波后的电压信号的有效值并经过比例放大后作为参考电压。由于有效值采集电路中存在电容元件，电压有效值变化的幅度较为平缓，这降低了小干扰对比较器输出的影响，提高了电路的抗干扰性。将采集到的有效值信号放大了1.5倍后作为电压比较器的参考电压输入。为了测取滤波后输出电压的有效值，采用的是有效值转换芯片LTC1966。采用同相比例运算电路实现对信号的1.5倍放大。
如图4所示，本实施例的电压比较电路6包括有效值转换器61、同相比例运算器62和电压比较器63，所述的电压比较器63分别连接带通滤波电路5和同相比例运算器62，所述的带通滤波电路5与有效值转换器61连接，所述的有效值转换器61与同相比例运算器62，有效值转换器61采用芯片LTC1966，同相比例运算器62采用芯片LM358D，电压比较器63采用芯片LM339AD。经带通滤波电路5滤波后的电压信号同时输入有效值转换器61和电压比较器63，该电压信号依次通过有效值转换器61和同相比例运算器62后作为电压比较电路6的参考电压输入。
信号发送电路7采用ZigBee发送电路，方便可靠。
Claims (6)
1.一种状态监测装置，用于监测带有墨菲滴管(1)的输液器的液滴滴落状态，其特征在于，该监测装置包括相连接的输液脉冲计数单元和滴速在线监测单元，所述的输液脉冲计数单元包括聚光镜(2)和光敏元件(3)，所述的聚光镜(2)设置在墨菲滴管(1)的一侧，所述的光敏元件(3)设有两个，安装在与聚光镜(2)正对的墨菲滴管(1)的另一侧，且两个光敏元件(3)上下布置；
所述的滴速在线监测单元包括依次连接的差分放大电路(4)、带通滤波电路(5)、电压比较电路(6)和信号发送电路(7)，所述的差分放大电路(4)分别与两个光敏元件(3)连接；
该监测装置不涉及光电发射，在自然光或灯光环境下，聚光镜(2)对光线进行聚光，液滴滴落过程中，两个光敏元件(3)同时接收光线的光强变化信号，转化为电压信号后传输给滴速在线监测单元，差分放大电路(4)、带通滤波电路(5)和电压比较电路(6)依次对信号处理，通过信号发送电路(7)将处理后获得的液滴电压脉冲信号发出；
所述的电压比较电路(6)包括有效值转换器(61)、同相比例运算器(62)和电压比较器(63)，所述的电压比较器(63)分别连接带通滤波电路(5)和同相比例运算器(62)，所述的带通滤波电路(5)与有效值转换器(61)连接，所述的有效值转换器(61)与同相比例运算器(62)连接；
经带通滤波电路(5)滤波后的电压信号同时输入有效值转换器(61)和电压比较器(63)，该电压信号依次通过有效值转换器(61)和同相比例运算器(62)后作为电压比较电路(6)的参考电压输入。
2.根据权利要求1所述的一种状态监测装置，其特征在于，所述的聚光镜(2)的焦距与墨菲滴管的直径相匹配。
3.根据权利要求1所述的一种状态监测装置，其特征在于，所述的光敏元件(3)为光敏电阻或光敏二极管。
4.根据权利要求1所述的一种状态监测装置，其特征在于，所述的带通滤波电路(5)包括相串联的高通滤波器(51)和低通滤波器(52)。
5.根据权利要求4所述的一种状态监测装置，其特征在于，所述的高通滤波器和低通滤波器均为四阶滤波器。
6.根据权利要求1所述的一种状态监测装置，其特征在于，所述的信号发送电路(7)为ZigBee发送电路。
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