CN104721909B - 注射泵空气排空检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为注射泵空气排空检测装置，用于注射泵注射或计量时排空空气检测。采用二点检测及相关测量技术，通过输液管中气相、液相检测计算来确认注射泵排空空气是否完成。主要方法是在输液管卡在2个相同的光电传感器，检测输液管中流过的液相或气相，提取传感器跳变信号，分别统计经过2个传感器气泡数，测算液体经过2个传感器时间，计算液体流速及液体充溢整个输液管所需时间。当检测流经过2个传感器气泡数相等时（即流入上游传感器气泡均经过下游传感器流出），让注射泵继续推动液体流动，直至达到充溢输液管所需时间，且检测再无气泡，则认为液体充溢了整个输液管道，注射泵排空完成。
Description
技术领域
本发明属于信号检测控制技术领域，用于注射泵注射或计量时注射泵泵中空气排空检测。
背景技术
在医疗机构、计量单位，大量使用注射泵注射或计量，在使用注射泵注射或计量之前，均需要排尽泵内空气，让液体充溢泵及整个输液管上，目前的检测装置一般采用单点检测，产生误判现象较多，主要有二方面原因：一是排空气过程中，最初排出时往往是气液二相混合物，在输液管中表现是气相下液相混合交替，单点检测只检测到首次到达液体就认为排空了，易误判。二是输液管有一定的长度，所谓排空应该是液体充溢整个输液管道，单点检测没法做到。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现象而提供一种二点检测及相关测量技术，通过输液管中气、液相检测计算来确认注射泵排空空气是否完成的注射泵空气排空检测装置。
本发明的技术解决方案是：一种注射泵空气排空检测装置，其特征在于：由上游光电传感器、下游光电传感器、单片机控制电路和装置壳体构成，上游光电传感器、下游光电传感器分别卡装在注射泵输液管上，间距为l，上游光电传感器与输液管出口间距为L。单片机控制电路由单片机及其外围电路构成，装于装置壳体中。上游、下游光电传感器通过电屏蔽电缆分别与装置壳体中单片机的二个信号输入端脚连接。装置壳体上装有排空指示灯、上游气泡检测指示灯和下游气泡检测指示灯，该指示灯分别与单片机的三个信号输入端脚连接。上、下游光电传感器检测输液管中液相或气相信号分别经单片机A/D转换后输出信号x1(t)、x2(t)，信号x1(t)上升沿跳变，反应了上游检测器检测到液相到气泡变化，单片机判断并统计流入气泡一次。上游气泡检测指示灯亮；信号x2(t) 上升沿跳变，反应了下游传感器检测到液相到气相变化，单片机判断并统计流出气泡一次，下游气泡检测指示灯亮。单片机在间隔时间ζ时判断x2(t+ζ)与x1(t)相同或相似，确定流速V=l/ζ，单片机在L/V时间内未检测到信号x1(t) 上升沿跳变时判断输液管排空，说明液体充溢了整个管道，排空指示灯亮。
本发明的技术解决方案中所述的上游光电传感器、下游光电传感器为由高发射功率砷化镓红外发射管和高灵敏度的光敏晶体管组成的单光束红外光电传感器；单片机为STC5A60S2单片机；上游光电传感器、下游光电传感器的光敏三极管集电极分别与STC5A60S2单片机的P1.0、P1.1脚连接，排空指示灯、上游气泡检测指示灯和下游气泡检测指示灯分别与STC5A60S2单片机的P2.6、P2.5、P2.4脚连接。
本发明的技术解决方案中所述的间距为l为100mm，装置分辨率为1mm气泡、采样频率为200HZ，单片机电源为DV5V。
本发明由于采用由上游光电传感器、下游光电传感器、单片机控制电路和装置壳体的注射泵空气排空检测装置，上游光电传感器、下游光电传感器分别卡装在注射泵输液管上，间距为l，上游光电传感器与输液管出口间距为L，单片机控制电路由装于装置壳体中的单片机及其外围电路构成，上游、下游光电传感器通过电屏蔽电缆分别与装置壳体中单片机的二个信号输入端脚连接，排空指示灯、上游气泡检测指示灯和下游气泡检测指示灯分别与单片机的三个信号输入端脚连接，上、下游光电传感器检测输液管中液体或气泡的信号分别经单片机A/D转换后输出信号x1(t)、x2(t)，当信号x1(t)上升沿跳变，反应了上游检测处管中由液相变气相，单片机判断并统计流入气泡一次，同时上游气泡检测指示灯亮；当信号x2(t) 上升沿跳变，反应了下游检测处管中由液相变气相，单片机判断并统计流出气泡一次，同时下游气泡检测指示灯亮；当单片机在间隔时间ζ时，判断x2(t+ζ)与x1(t)相同或相似，则确定流速V=l/ζ；当单片机在L/V时间内未检测到信号x1(t) 上升沿跳变时，则判断输液管排空，同时排空指示灯亮。本发明相对现有技术具有提高检测准确度的特点。本发明主要用于医疗自动注射泵或计量注射泵在注射或计量之前排空气泡的检测。
附图说明
图1是本发明在注射泵上检测气泡应用的示意图。
图2是本发明的二点检测及相关算法原理图。
图3是本发明的硬件电路图。
图4是本发明的软件结构图。
具体实施方式
如图1所示。本发明由上游光电传感器3、下游光电传感器4、单片机控制电路和装置壳体1构成，上游光电传感器3、下游光电传感器4分别卡装在注射泵7输液管6上。单片机控制电路由单片机及其外围电路构成，装于装置壳体1中。上游光电传感器3、下游光电传感器4设置在装置壳体1外，通过电屏蔽电缆分别与装置壳体1中单片机的二个信号输入端脚连接。装置壳体1正面上装有排空指示灯、上游气泡检测指示灯和下游气泡检测指示灯，该指示灯2分别与单片机的三个信号输入端脚连接。注射泵7在注射或计量前需要排出空气，让液体充溢整个输液管道。将输液管6分别卡入上游光电传感器3和下游光电传感器4，上、下游光电传感器3、4感知输液管中流过的液相或气相，提取传感器跳变信号，跳变信号送至单片机进行A/D转换、跳变信号提取等处理，分别统计经过2个光电传感器气泡数，测算液体经过2个光电传感器时间，计算液体流速及液体充溢整个输液管所需时间。根据二点检测及相关算法判断输液管中是否充溢液体，即判断注射泵排空是否完成，单片机通过信号输出线5输出开关信号，作为其它控制系统的输入信号，装置壳体1的3个指示灯2分别指示排空信号、上、下游检测气泡信号。
如图2所示。将输液管卡在2个相同的光电传感器上，即上游光电传感器和下游光电传感器，传感器间的间距为l，输液管管长（出口到下游传感器距离）为L。红外光径向穿过输液管被红外光敏三极管接收，由于光穿过气相和液相因折射等原因到达传感器的光通量不一样，光电传感器能检测到气泡的信号。当一段液体或气体经过2个光电传感器，会分别给2个光电传感器带来相似的扰动，就会得到相似的检测信号，也会提取到相似的信号跳变信号（即气相转液相或液相转气相时检测信号有一定幅度的变化），统计液相转气相的跳变次数，即传感器检测到的气泡数量，在初始阶段，输液管为空，首次提取的跳跃信号应是从气相到液相。通过计算上、下游2个光电传感器首次提到的信号跳变时间差从而得到液体经过2个光电传感器的时间，从而可计算出输液管中液体流速，再根据输液管长，计算液体充液整个输液管所需要时间。将上、下游光电传感器统计气泡数做差运算，以及当前检测状况进行逻辑判断，可以得出注射泵是否排空的结论。
设上、下游光电传感器经A/D转换后输出信号分别为x1(t)、x2(t)，在稳定流动的输液管中，被测气泡在上游光电传感器处引起的信号x1(t)，经过一定时间后一定会重得地出现在下游传感器处，并引起一个变化情况与x1(t)完全相似，只在时间上滞后ζ，也就是说气泡流动在上、下游传感器之间没有发生变化，只是在时间上相差了ζ。即有：x2(t)=x1(t+ζ)。信号跳变上也同样是上、下游相差时间ζ。信号的跳变分为2种情况：一是下降沿跳变，气相变液相；二是上升沿跳变，液相变气相。设跳变信号为y(t),将当前信号采样值x（t）与前一次信号采样值x(t-1)进行比较，当其差值大于门阀值δ，且当前值大于前一次检测值，则跳变信号y(t)为0，说明是由气相转为液相状态，反之，跳变信号y(t)为1，说明是由液相转为气相状态。
气泡计算就是累计由液相转为气相的跳变次数，
液体流动速度为V，, ι为上、下游光电传感器距离，液体流过2光电传感器的时间ζ由上、下游光电传感器首次信号跳变信号F1、F2触发时间差测得。
液体充溢整个管道时间为T，，L为输液管长，v为液体流速。
通过上述计算得到了上、下游检测气泡累计数z1(t)、z2(t)，液体充溢整个管道时间T，根据这些数据计算判断出注射泵空气排空信号f(t)，
当某一时刻t，流经下游传感器的水泡数与流经上游的水泡数，此时，液体已经流动了T时间（即已充溢整个输液管），且不再检测到气泡，可以判断注射泵空气已经排尽，可以开始使用或计量，输出信号f(t)为1。
本装置采样频率为200HZ，检测分辨率为1mm，输液管液体流速不大于200mm/S，电源为DV5V，继电器输出开关信号。
如图3所示。采用以单片机处理为核心的硬件设计。上、下游光电传感器采用了2个单光束红外光电传感器，由高发射功率砷化镓红外发射管和高灵敏度的光敏晶体管组成，红外发射管发出的红外光径向穿透输液管照射到高灵敏光敏晶体管上，光敏晶体管的集电集接入STC5A60S2单片机的P1.0、P1.1管脚，STC5A60S2单片机内含AD转换模块，具有8路横模拟信号分时转为10位数字信息功能，光电传感器信息经单片机内A/D转换为数字信号存储到内部存储器中。排空判断信号通过STC5A60S2单片机P2.7管脚输出到三极管Q1，再经继电器输出，上、下游光电传感器检测气泡指示信号及排空输出指示信号分别通过P2.6、P2.5、P2.4输出，驱动相应指示灯显示。
如图4所示。检测软件包括数据采集模块、数据分析模块、判断输出模块组成。数据采集模块控制A/D电路对上、下游2路光电传感器的模拟信号进行数字转换分组存储；数据分析模块主要完成对数据分类，提取数据跳变信号，计算液体流速及液体充溢输液管所需时间，并对经过下、下游气泡数进行数据统计；判断模块主要完成相关算法计算，判断是否符合气体排空条件，输出上、下游气泡检测指示信号，输出排空指示信号，通过指示灯显示。
Claims (3)
1.一种注射泵空气排空检测装置，其特征在于：由上游光电传感器、下游光电传感器、单片机控制电路和装置壳体构成，上游光电传感器、下游光电传感器分别卡装在注射泵输液管上，间距为l，上游光电传感器与输液管出口间距为L；其中，单片机控制电路由单片机及其外围电路构成，装于装置壳体中；上游、下游光电传感器通过电屏蔽电缆分别与装置壳体中单片机的二个信号输入端脚连接；装置壳体上装有排空指示灯、上游气泡检测指示灯和下游气泡检测指示灯，该指示灯分别与单片机的三个信号输入端脚连接；上游光电传感器、下游光电传感器检测输液管中液体或气泡的信号分别经单片机A/D转换后输出信号x1(t)、x2(t)；信号x1(t)上升沿跳变，反应了上游检测处由液相变气相，单片机判断并统计流入气泡一次，上游气泡检测指示灯亮；信号x2(t) 上升沿跳变，反应了下游检测处由液相变气相，单片机判断并统计流出气泡一次，下游气泡检测指示灯亮；单片机在间隔时间ζ时判断x2(t+ζ)与x1(t)相同或相似，确定液体流速V=l/ζ；当检测流经上游、下游光电传感器的气泡累计数相等时，让注射泵继续推动液体流动，直至达到充溢输液管所需时间L/V内都未检测到信号x1(t)上升沿跳变时，单片机判断输液管空气排空，排空指示灯亮。
2.根据权利要求1所述的注射泵空气排空检测装置，其特征在于：所述的上游光电传感器、下游光电传感器为由高发射功率砷化镓红外发射管和高灵敏度的光敏晶体管组成的单光束红外光电传感器；单片机为STC5A60S2单片机；上游光电传感器、下游光电传感器的光敏晶体管集电极分别与STC5A60S2单片机的P1.0、P1.1脚连接，排空指示灯、上游气泡检测指示灯和下游气泡检测指示灯分别与STC5A60S2单片机的P2.6、P2.5、P2.4脚连接。
3.根据权利要求1所述的注射泵空气排空检测装置，其特征在于：所述的上、下游光电传感器间距为l为100mm，装置分辨率为1mm气泡、采样频率为200HZ，单片机电源为DV5V。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180730 Address after: 430000 No. 01, 1-4 Floors, 9 Building 1-4, Shenzhou Digital Wuhan Science Park, No. 7, Financial Port Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Co-patentee after: Tu Jiahai Patentee after: Optics Valley technology stock company Address before: 441051 No. 18, long Zhong Road, Xiangfan, Hubei Patentee before: Tu Jiahai |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190124 Address after: 430000 No. 01, 1-4 Floors, 9 Building 1-4, Shenzhou Digital Wuhan Science Park, No. 7, Financial Port Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: Optics Valley technology stock company Address before: 430000 No. 01, 1-4 Floors, 9 Building 1-4, Shenzhou Digital Wuhan Science Park, No. 7, Financial Port Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Co-patentee before: Tu Jiahai Patentee before: Optics Valley technology stock company |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Address after: 430000 No. 01, 1-4 Floors, 9 Building 1-4, Shenzhou Digital Wuhan Science Park, No. 7, Financial Port Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: Optical Valley Technology Co.,Ltd. Address before: 430000 No. 01, 1-4 Floors, 9 Building 1-4, Shenzhou Digital Wuhan Science Park, No. 7, Financial Port Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee before: OPTICAL VALLEY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |