CN104656160B - 用于液滴识别的输液检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于液滴识别的输液检测设备，包括红外发射器件、红外接收器件和红外光反射装置；红外接收器件与红外发射器件相邻，红外光反射装置与红外发射器件和红外接收器件相对，用于反射红外发射器件发出的红外光；红外接收器件接收经过反射的红外光，用于识别输液滴管内是否有液滴落下。还公开了一种用于液滴识别的输液检测方法。本发明仅使用单个红外接收器件，能达到通常做法中多个红外接收器件的液滴识别空间范围。能在较大的空间范围内，能准确识别液滴大小，不受红外接收器件之间的间隙的影响。由于在输液检测设备中仅使用一对红外收发器件，因此在硬件上得到最大程度的简化，降低成本的同时，设备体积也得以下降。

Description

用于液滴识别的输液检测设备及方法

技术领域

本发明涉及输液检测技术领域，尤其涉及一种用于液滴识别的输液检测设备和一种用于液滴识别的输液检测方法。

背景技术

目前的输液检测设备，使用红外发射器件和红外接收器件，安装于滴管的滴口和液面之间的两侧。红外接收器件持续检测来自红外发射器件的光线的能量，当无液滴下落时，该能量值为稳态能量值。当有液滴下落，并经过红外发射器件和红外接收器件的连线时，由于液滴对光线产生遮挡，将导致红外接收器件能检测到的光线的能量下降。根据该能量下降，即可识别是否有液滴落下。根据该能量下降的幅度，即可识别液滴的大小。通常地，为了增大液滴识别的空间范围，会使用多个红外接收器件同时工作。其工作原理如图1所示。

一般地，可通过液滴落下时红外接收器件所检测到的能量与稳态能量值相比的下降幅度大小，来计算液滴大小。然而，这种做法仅仅适用于整个液滴都在红外接收器件的识别覆盖范围内的情况，否则，超出识别覆盖范围的液滴部分将无法检测其大小。该问题目前通常通过增加红外接收器件的数量来优化。但增加红外接收器件的数量存在如下缺点：成本增加；硬件设计难度增加；设备占用的空间体积增加。除此之外，由于红外接收器件本身有一定大小的边缘，边缘即无效区域。由于该边缘的存在，两个红外接收器件之间必定存在有效区域的间隙。若液滴有局部在间隙的范围内，则该局部的大小无法被检测，使得液滴的大小识别存在误差。

发明内容

基于此，本发明提供了一种用于液滴识别的输液检测设备和一种用于液滴识别的输液检测方法。

一种用于液滴识别的输液检测设备，包括红外发射器件、红外接收器件和红外光反射装置，所述红外发射器件、所述红外接收器件和所述红外光反射装置设置于输液滴管外部；

所述红外接收器件与所述红外发射器件相邻，所述红外发射器件和所述红外接收器件设置于输液滴管的滴口和液面之间；

所述红外光反射装置与所述红外发射器件和所述红外接收器件相对，用于反射所述红外发射器件发出的红外光；

所述红外接收器件接收所述经过反射的红外光，用于识别输液滴管内是否有液滴落下。

与一般技术相比，本发明用于液滴识别的输液检测设备仅使用单个红外接收器件，能达到通常做法中多个红外接收器件的液滴识别空间范围。能在较大的空间范围内，能准确识别液滴大小，不受红外接收器件之间的间隙的影响。由于在输液检测设备中仅使用一对红外收发器件，因此在硬件上得到最大程度的简化，降低成本的同时，设备体积也得以下降。红外光反射装置使用由连续的反射材料制成的红外光反射膜层时，识别范围内不再存在识别间隙，液滴大小的识别更为准确；并且识别区域可以更为灵活的设计和改动。

一种用于液滴识别的输液检测方法，包括以下步骤：

通过红外光反射装置将红外发射器件发出的红外光反射至红外接收器件；其中，所述红外发射器件、所述红外接收器件和所述红外光反射装置设置于输液滴管外部；所述红外接收器件与所述红外发射器件相邻，所述红外发射器件和所述红外接收器件设置于输液滴管的滴口和液面之间；所述红外光反射装置与所述红外发射器件和所述红外接收器件相对；

通过红外接收器件接收所述经过反射的红外光，识别输液滴管内是否有液滴落下。

与一般技术相比，本发明用于液滴识别的输液检测方法仅使用单个红外接收器件，能达到通常做法中多个红外接收器件的液滴识别空间范围。能在较大的空间范围内，能准确识别液滴大小，不受红外接收器件之间的间隙的影响。由于仅使用一对红外收发器件，因此在硬件上得到最大程度的简化，降低成本的同时，设备体积也得以下降。红外光反射装置使用由连续的反射材料制成的红外光反射膜层时，识别范围内不再存在识别间隙，液滴大小的识别更为准确；并且识别区域可以更为灵活的设计和改动。

附图说明

图1为现有输液检测设备的工作原理图；

图2为本发明用于液滴识别的输液检测设备的一个优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

本发明用于液滴识别的输液检测设备，包括红外发射器件、红外接收器件和红外光反射装置，所述红外发射器件、所述红外接收器件和所述红外光反射装置设置于输液滴管外部；

所述红外接收器件与所述红外发射器件相邻，所述红外发射器件和所述红外接收器件设置于输液滴管的滴口和液面之间；

所述红外光反射装置与所述红外发射器件和所述红外接收器件相对，用于反射所述红外发射器件发出的红外光；

所述红外接收器件接收所述经过反射的红外光，用于识别输液滴管内是否有液滴落下。

所述红外接收器件与所述红外发射器件相邻，指的是将红外接收器件放置于与红外发射器件紧邻的位置，两者相互靠近。优选的，所述红外发射器件和所述红外接收器件互相并列，紧靠在一起。

作为一个具体实施例，所述红外光反射装置为由反射材料制成的红外光反射膜层。

所述红外发射器件和所述红外接收器件设置于输液滴管的滴口和液面之间，由于所述红外光反射装置与所述红外发射器件和所述红外接收器件相对，所以所述红外光反射装置一般也位于输液滴管的滴口和液面之间。由反射材料制成红外光反射膜层，以反射所述红外发射器件发出的红外光。

请参阅图2，为本发明用于液滴识别的输液检测设备的一个优选实施例的结构示意图。

在图2所示的实施例中，所述红外光反射膜层由回归反射材料制成。

在现有技术中放置红外接收器件的位置，也即红外发射器件的对面，使用回归反射材料代替。由回归反射材料制成红外光反射膜层，使用连续的回归反射材料，识别范围内不再存在识别间隙，液滴大小的识别更为准确。

作为一个具体实施例，所述红外接收器件用于检测接收到的所述经过反射的红外光的能量值。

红外接收器件持续检测来自红外发射器件的光线的能量，当无液滴下落时，该能量值为稳态能量值。当有液滴下落，由于液滴对光线产生遮挡，将导致红外接收器件能检测到的光线的能量下降。持续使用红外接收器件检测接收到的能量。该能量为红外发射器件所发出的红外光线，经回归发射材料原路返回至其紧邻的红外接收器处的能量。根据该能量下降，即可识别是否有液滴落下。根据该能量下降的幅度，即可识别液滴的大小。

作为一个具体实施例，还包括运算模块；

所述运算模块，用于根据所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值，识别输液滴管内是否有液滴落下。

所述运算模块将稳态能量值与所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值相减；其中，所述稳态能量值为当输液滴管内没有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值；

所述运算模块将所述相减的结果与预设的液滴落下判断阀值进行比较，识别输液滴管内是否有液滴落下。

对于任一时刻的一个输液滴管，当d–m>f时，所述运算模块识别在该时刻的该输液滴管内有液滴落下；

其中，d为稳态能量值，所述稳态能量值为当输液滴管内没有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值；f为预设的液滴落下判断阀值；m在该时刻与该输液滴管对应的能量值。

根据输液滴管的设计，可知道液滴滴落经过识别区域的时间最大为a ms，同时，医疗输液的液滴频率需低于b Hz。

当a*b<500时，红外接收器件所接收到的能量值为稳态能量值的时间，将超过50％。对于医疗输液而言，这个条件可以认为是必然成立的。

因此，输液滴管任一长度为c的时间段的稳态能量值d，可以通过红外接收器件在持续时间c内的能量值的中值求得，其中c>2*a。

则当d-m>f时，则可认为此时为有液滴落下。其中阀值f越小，则对细小液滴越敏感，f越大则抗干扰能力越强。

作为一个具体实施例，当所述运算模块识别输液滴管内有液滴落下时，所述运算模块根据稳态能量值、液滴落下时所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值、所述红外光反射膜层的两个端点之间的距离、所述红外接收器件与输液滴管中心之间的距离以及所述红外接收器件与所述红外光反射膜层之间的距离，计算所述液滴的直径；

其中，所述稳态能量值为当输液滴管内没有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值。

优选的，当所述运算模块识别输液滴管内有液滴落下时，所述运算模块按照如下公式计算液滴的直径：

f＝(d-e)/d×g×(i/h)

其中，f为所述液滴的直径；d为稳态能量值，所述稳态能量值为当输液滴管内没有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值；e为当输液滴管内有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值；g为所述红外光反射膜层的两个端点之间的距离；i为所述红外接收器件与输液滴管中心之间的距离；h为所述红外接收器件与所述红外光反射膜层之间的距离。

上述计算公式能够快速准确地计算输液滴管内落下的液滴的直径，从而进一步识别落下的液滴的大小。

对于图2所示的实施例，设上述时间段中的任一时刻的红外接收器件的能量值为e，回归反射材料两端点间距离为g，红外器件与滴管中心的距离为i，红外器件与回归反射材料的距离为h。可求得液滴直径f。

由于液滴在滴管内下落速度较低，因此可近似地认为是球体，即求得液滴的体积k：

k＝(1/6)×π×f³

红外器件所覆盖的扇形区域中，在一定的角度内能量为均匀分布，在此角度外能量分布不均匀，这个具体的角度大小视乎红外器件本身的选型。

更优地，应选择上述角度较大的红外器件作为本设备使用。

更优地，回归反射材料的覆盖范围应限制在该能量均匀分布的区域内。

作为一个具体实施例，所述运算模块识别输液滴管内有液滴落下时，如果计算的所述液滴的直径小于预设的最小液滴直径，则所述运算模块将该识别结果和计算结果判断为噪声。

对于输液滴管内的液滴而言，其直径或者体积一般存在一定范围。由于材料、设备和计算等因素产生的误差，计算出的液滴直径有可能会远远小于通常意义下的液滴直径。通过预设一个的最小液滴直径，如果计算的所述液滴的直径小于该预设的最小液滴直径，则将本次识别结果和计算结果判断为噪声，这样可以有效过滤误识别的情况。

为了提高抗干扰能力，可加入如下设计：由于在医疗输液的应用场景中，液滴的体积存在最小值(等同于液滴的直径存在最小值)。输液检测设备可预设液滴最小值n，当求得的液体体积k<n时，可认为该次红外接收器件的能量波动仅为噪声所致，即不视为液滴。

由于液滴下落为一个持续过程，因此一次液滴下落可能导致红外接收器件连续数次的采样均能识别到它。这种情况下，可使用数次采样中的最小能量值的一次采样用于运算。因为该次采样将最为接近液滴球体的中心处，即所计算出的液滴直径更为准确。

作为一个具体实施例，还包括输出模块；所述输出模块连接所述运算模块；

当所述运算模块识别在输液滴管内有液滴落下时，所述输出模块用于将所述运算模块的识别结果进行输出。

所述输出模块通过声音、光、震动或屏幕显示的方式，将所述运算模块的识别结果进行输出。

所述输出模块连接所述运算模块，用于将所述运算模块的识别结果进行输出。所述输出模块可以通过声音、光、震动等报警输出，或者通过屏幕显示输出带有具体数值的结果，具体输出形式和输出内容可以根据实际需求灵活调整。所述运算模块和所述输出模块之间可以通过有线或者无线方式进行的数据传输。

所述运算模块对输液滴管的滴速或输液量进行进一步计算；

所述输出模块将所述滴速或输液量的计算结果进行输出。

可直接将液滴落下这个状态输出，或根据液滴状态的累积，计算每分钟滴速、输液量等进一步的数据后再输出，具体输出形式和输出内容可以根据实际需求灵活调整。

与一般技术相比，本发明用于液滴识别的输液检测设备仅使用单个红外接收器件，能达到通常做法中多个红外接收器件的液滴识别空间范围。能在较大的空间范围内，能准确识别液滴大小，不受红外接收器件之间的间隙的影响。由于在输液检测设备中仅使用一对红外收发器件，因此在硬件上得到最大程度的简化，降低成本的同时，设备体积也得以下降。红外光反射装置使用由连续的反射材料制成的红外光反射膜层时，识别范围内不再存在识别间隙，液滴大小的识别更为准确；并且识别区域可以更为灵活的设计和改动。

一种用于液滴识别的输液检测方法，包括以下步骤：

通过红外光反射装置将红外发射器件发出的红外光反射至红外接收器件；其中，所述红外发射器件、所述红外接收器件和所述红外光反射装置设置于输液滴管外部；所述红外接收器件与所述红外发射器件相邻，所述红外发射器件和所述红外接收器件设置于输液滴管的滴口和液面之间；所述红外光反射装置与所述红外发射器件和所述红外接收器件相对；

通过红外接收器件接收所述经过反射的红外光，识别输液滴管内是否有液滴落下。

作为一个具体实施例，所述红外光反射装置为由反射材料制成的红外光反射膜层。

所述红外发射器件和所述红外接收器件设置于输液滴管的滴口和液面之间，由于所述红外光反射装置与所述红外发射器件和所述红外接收器件相对，所以所述红外光反射装置一般也位于输液滴管的滴口和液面之间。由反射材料制成红外光反射膜层，以反射所述红外发射器件发出的红外光。

作为一个具体实施例，所述识别输液滴管内是否有液滴落下的步骤之后，包括以下步骤：

当识别输液滴管内有液滴落下时，根据稳态能量值、液滴落下时所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值、所述红外光反射膜层的两个端点之间的距离、所述红外接收器件与输液滴管中心之间的距离以及所述红外接收器件与所述红外光反射膜层之间的距离，计算所述液滴的直径；

其中，所述红外接收器件用于检测接收到的所述经过反射的红外光的能量值；所述稳态能量值为当输液滴管内没有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值。

优选的，当识别输液滴管内有液滴落下时，按照如下公式计算液滴的直径：

f＝(d-e)/d×g×(i/h)

其中，f为所述液滴的直径；d为稳态能量值，所述稳态能量值为当输液滴管内没有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值；e为当输液滴管内有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值；g为所述红外光反射膜层的两个端点之间的距离；i为所述红外接收器件与输液滴管中心之间的距离；h为所述红外接收器件与所述红外光反射膜层之间的距离。

上述计算公式能够快速准确地计算输液滴管内落下的液滴的直径，从而进一步识别落下的液滴的大小。

作为一个具体实施例，在计算所述液滴的直径的步骤之后，包括以下步骤：

如果计算的所述液滴的直径小于预设的最小液滴直径，则将该识别结果和计算结果判断为噪声。

对于输液滴管内的液滴而言，其直径或者体积一般存在一定范围。由于材料、设备和计算等因素产生的误差，计算出的液滴直径有可能会远远小于通常意义下的液滴直径。通过预设一个的最小液滴直径，如果计算的所述液滴的直径小于该预设的最小液滴直径，则将本次识别结果和计算结果判断为噪声，这样可以有效过滤误识别的情况。

与一般技术相比，本发明用于液滴识别的输液检测方法仅使用单个红外接收器件，能达到通常做法中多个红外接收器件的液滴识别空间范围。能在较大的空间范围内，能准确识别液滴大小，不受红外接收器件之间的间隙的影响。由于仅使用一对红外收发器件，因此在硬件上得到最大程度的简化，降低成本的同时，设备体积也得以下降。红外光反射装置使用由连续的反射材料制成的红外光反射膜层时，识别范围内不再存在识别间隙，液滴大小的识别更为准确；并且识别区域可以更为灵活的设计和改动。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于液滴识别的输液检测设备，其特征在于，包括红外发射器件、红外接收器件和红外光反射装置，所述红外发射器件、所述红外接收器件和所述红外光反射装置设置于输液滴管外部；

所述红外接收器件与所述红外发射器件相邻，所述红外发射器件和所述红外接收器件设置于输液滴管的滴口和液面之间；

所述红外光反射装置与所述红外发射器件和所述红外接收器件相对，用于反射所述红外发射器件发出的红外光；

所述红外接收器件接收经过反射的红外光，用于识别输液滴管内是否有液滴落下；

还包括运算模块；

所述运算模块，用于根据所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值，识别输液滴管内是否有液滴落下；

当所述运算模块识别输液滴管内有液滴落下时，所述运算模块根据稳态能量值、液滴落下时所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值、所述红外光反射膜层的两个端点之间的距离、所述红外接收器件与输液滴管中心之间的距离以及所述红外接收器件与所述红外光反射膜层之间的距离，计算所述液滴的直径；

其中，所述稳态能量值为当输液滴管内没有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值。

2.根据权利要求1所述的用于液滴识别的输液检测设备，其特征在于，所述红外光反射装置为由反射材料制成的红外光反射膜层。

3.根据权利要求2所述的用于液滴识别的输液检测设备，其特征在于，所述红外光反射膜层由回归反射材料制成。

4.根据权利要求3所述的用于液滴识别的输液检测设备，其特征在于，所述红外接收器件用于检测接收到的所述经过反射的红外光的能量值。

5.根据权利要求4所述的用于液滴识别的输液检测设备，其特征在于，所述运算模块将稳态能量值与所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值相减；其中，所述稳态能量值为当输液滴管内没有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值；

所述运算模块将所述相减的结果与预设的液滴落下判断阀值进行比较，识别输液滴管内是否有液滴落下。

6.根据权利要求4所述的用于液滴识别的输液检测设备，其特征在于，所述运算模块识别输液滴管内有液滴落下时，如果计算的所述液滴的直径小于预设的最小液滴直径，则所述运算模块将该识别结果和计算结果判断为噪声。

7.根据权利要求4所述的用于液滴识别的输液检测设备，其特征在于，还包括输出模块；所述输出模块连接所述运算模块；

当所述运算模块识别在输液滴管内有液滴落下时，所述输出模块用于将所述运算模块的识别结果进行输出。

8.一种用于液滴识别的输液检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过红外光反射装置将红外发射器件发出的红外光反射至红外接收器件；其中，所述红外发射器件、所述红外接收器件和所述红外光反射装置设置于输液滴管外部；所述红外接收器件与所述红外发射器件相邻，所述红外发射器件和所述红外接收器件设置于输液滴管的滴口和液面之间；所述红外光反射装置与所述红外发射器件和所述红外接收器件相对；

通过红外接收器件接收经过反射的红外光，识别输液滴管内是否有液滴落下；

所述识别输液滴管内是否有液滴落下的步骤之后，包括以下步骤：

当识别输液滴管内有液滴落下时，根据稳态能量值、液滴落下时所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值、所述红外光反射膜层的两个端点之间的距离、所述红外接收器件与输液滴管中心之间的距离以及所述红外接收器件与所述红外光反射膜层之间的距离，计算所述液滴的直径；

其中，所述红外接收器件用于检测接收到的所述经过反射的红外光的能量值；所述稳态能量值为当输液滴管内没有液滴落下时，所述红外接收器件检测到的所述经过反射的红外光的能量值。

9.根据权利要求8所述的用于液滴识别的输液检测方法，其特征在于，所述红外光反射装置为由反射材料制成的红外光反射膜层。

10.根据权利要求9所述的用于液滴识别的输液检测方法，其特征在于，在计算所述液滴的直径的步骤之后，包括以下步骤：

如果计算的所述液滴的直径小于预设的最小液滴直径，则将该识别结果和计算结果判断为噪声。