CN104998324A - 一种差动式光电输液报警装置及其报警方法 - Google Patents

一种差动式光电输液报警装置及其报警方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种差动式光电输液报警装置及其报警方法，属于医疗器械技术领域。包括光源、光电接收器、单片机和蜂鸣器；其中光源和光电接收器分别放置在输液软管的两侧，两个光电接收器的输出端分别与单片机的输入端相连，单片机的输出端与蜂鸣器输入端相连。本发明提出的差动式光电输液报警装置采用了差动测量方法，使差动信号只与输液软管中介质的折射率有关，而与环境光强变化、灯光干扰和液体颜色变化无关，因此从原理上消除了环境光强变化、灯光干扰和液体颜色变化带来的影响，大幅度提高了输液报警的灵敏度和可靠性，解决了已有光电输液报警装置易受环境干扰和液体颜色变化带来的误报和漏报问题。

Description

一种差动式光电输液报警装置及其报警方法
技术领域
本发明涉及一种差动式光电输液报警其装置，属于医疗器械技术领域。
背景技术
静脉输液是临床常见的护理操作之一，各级医院每天都有大量的病人接受输液，由于我国的病人和医护人员的比例严重失调，护士通常将输液进度的监测交给病人或其陪护人员，在输液接近完成时，病人或其陪护人员呼叫医护人员及时拔针或换药，否则将会引起输液滴空、空气栓塞和回血凝固重新注射等差错事故的发生。由于输液时间大都较长，用眼睛长时间监测输液进度容易使人产生紧张和疲劳，如果病人和其陪护人员因疲劳或无聊而选择睡觉、读书看报或用耳机听音乐，往往不能及时发现输液完成而导致医疗事故和医患纠纷，给病人带来不必要的痛苦和麻烦。
为了防止输液滴空、空气栓塞、回血凝固重新注射等差错事故的发生，降低医务人员的输液护理工作强度，同时避免病人及其陪护人员的不必要参与，减轻病人在输液过程中紧张与疲劳，使病人能在输液期间得到充分的休息，人们发明了各种输液报警方法自动监测输液进度，在输液完成时，立即发出报警信号，提示医护人员及时拔针或换药，避免因输液差错引发的医疗事故发生。
现有的光电输液报警装置的工作原理是：在输液软管的两侧分别放置一个发光器件和一个光电接收器，如图1所示，图1中，1是发光器件、2是输液软管、3是光电接收器、4是信号处理电路、5是蜂鸣器。利用输液软管中水溶液和空气折射率的不同，来判断输液是否完成。当输液软管中有液体时，输液软管2中的液体相当于一个柱面透镜，将发光器件1发出的光线聚焦到光电接收器3上，光电接收器3接收到的光强较大，光电接收器输出较大的电流，通过信号处理电路4判断电流大小，当电流大于设定的阈值时，不输出报警信号，蜂鸣器5不会发出报警声音；当输液软管中没有液体时，输液软管中的空气不产生折射现象，发光器件发出的光线只有一小部分投射到光电接收器上，光电接收器3接收到的光强较弱，光电接收器输出很小的电流，信号处理电路4判断电流小于设定的阈值，输出报警信号，蜂鸣器5发出报警声音。
现有的光电输液报警方法利用光电接收器接收到的光强信号变化来判断输液是否完成，易受到环境光强变化(白天、黑夜)、灯光干扰(开灯、关灯)和液体颜色(透光率)变化的影响，极易出现误报、漏报现象，可靠性较低。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种差动式光电输液报警装置，采用两个光电接收器接收通过输液软管的光强信号，将两个光电接收器输出的差动信号(两个光电接收器输出信号之差)作为输液报警信号。由于环境干扰(白天黑夜光强变化、开灯、关灯)和液体颜色变化对两个光电接收器的影响完全相同，因此差动信号从测量原理上消除了环境光强变化、灯光干扰和液体颜色变化带来的干扰。
本发明提出的差动式光电输液报警装置，该报警装置包括设置在输液软管两侧相对位置的一个光源和一个光电接收器，与光电接收器输出端依次相连的一个信号处理器和一个蜂鸣器；其特征在于，还包括第二光电接收器，该第二光电接收器与第一光电接收器位于输液软管同侧且上下间隔设置，两个光电接收器的输出端分别与单片机的输入端相连，单片机的输出端与蜂鸣器输入端相连；
所述光源，对输液软管进行均匀照明，以提高光电接收器输出信号的信噪比；
所述两个光电接收器，分别接收通过输液软管的照明光强，将光信号转换为电信号，并将电信号传送给信号处理器；
信号处理器，用于实时采集两个光电接收器输出的电信号信号，并计算两个光电接收器输出信号之差DI，得到差动信号驱动蜂鸣器发出声音报警信号；
蜂鸣器，作为发声器件，发出声音报警信号，提示医护人员准备拔针或换药。
所述光源采用两个TLN107红外发光二极管LED，所述两个光电接收器采用3DU111硅光电三极管，所述信号处理器采用80196单片机，所述蜂鸣器采用直径为Ф16mm的他激式压电蜂鸣器。
本发明提出的采用上述差动式光电输液报警装置的报警方法，其特征在于，包括
输液时，开启光源对输液软管进行均匀照明，两个光电接收器分别接收通过输液软管的照明光强，并分别将光信号转换为电信号传给信号处理器，信号处理器对两个光电接收器输出的电信号进行计算，得到差动信号，根据差动信号的大小判定输液是否即将完成；
在正常输液时，输液软管中充满液体，二个光电接收器的输出信号基本相同，信号处理器得到的差动信号小于设定的差动信号阈值，则不向蜂鸣器输出驱动信号，使蜂鸣器不
发出声音。
输液将要完成时，输液软管中的液面逐渐下降，当液面低于第一个光电接收器、高于第二个光电接收器时，由于空气与液体的折射率不同，二个光电接收器的输出发生较大的变化，信号处理器得到的差动信号大于设定的差动信号阈值，信号处理器输出驱动信号驱动蜂鸣器发出声音报警信号。
所述信号处理器对两个光电接收器输出的电信号进行计算，得到差动信号，根据差动信号的大小判定输液是否即将完成，具体为：信号处理器实时采集两个光电接收器输出的电信号信号，计算两个光电接收器输出信号之差DI，统计得出输液软管中有液体时的差动信号平均值DIa；当差动信号大于5倍的差动信号平均值DIa时，判定输液即将完成。
所述驱动信号为频率为2000Hz的波形。
本发明的特点及有益效果：
本发明提出的差动式光电输液报警装置采用了差动测量装置采用两个光电接收器接收通过输液软管的光强信号，将两个光电接收器输出的差动信号(两个光电接收器输出信号之差)作为输液报警信号。该方法使差动信号只与输液软管中介质的折射率有关，而与环境光强变化、灯光干扰和液体颜色变化无关，因此从原理上消除了环境光强变化、灯光干扰和液体颜色变化带来的影响，大幅度提高了输液报警的灵敏度和可靠性，解决了已有光电输液报警装置易受环境干扰和液体颜色变化带来的误报和漏报问题。
附图说明
图1是已有光电输液报警装置原理示意图。
图2是本发明提出的差动式光电输液报警装置原理示意图。
图1和图2中，1是光源，2是透明输液软管，3是光电接收器，4是信号处理电路，5是蜂鸣器，6是液体，7是单片机。
具体实施方式
本发明提出的一种差动式光电输液报警装置及其报警方法结合附图及实施例说明如下：
本发明提出的差动式光电输液报警装置，该报警装置包括设置在输液软管两侧相对位置的一个光源和一个光电接收器，与光电接收器输出端依次相连的一个信号处理器和一个蜂鸣器；其特征在于，还包括第二光电接收器，该第二光电接收器与第一光电接收器位于输液软管同侧且上下间隔设置，两个光电接收器的输出端分别与单片机的输入端相连，单片机的输出端与蜂鸣器输入端相连；
所述光源，对输液软管进行均匀照明，以提高光电接收器输出信号的信噪比；
所述两个光电接收器，分别接收通过输液软管的照明光强，将光信号转换为电信号，并将电信号传送给信号处理器；
信号处理器，用于实时采集两个光电接收器输出的电信号信号，并计算两个光电接收器输出信号之差DI，得到差动信号驱动蜂鸣器发出声音报警信号；
蜂鸣器，作为发声器件，发出声音报警信号，提示医护人员准备拔针或换药。
本发明提出的采用上述差动式光电输液报警装置的报警方法，其特征在于，包括
输液时，开启光源对输液软管进行均匀照明，两个光电接收器分别接收通过输液软管的照明光强，并分别将光信号转换为电信号传给信号处理器，信号处理器对两个光电接收器输出的电信号进行计算，得到差动信号，根据差动信号的大小判定输液是否即将完成；
在正常输液时，输液软管中充满液体，二个光电接收器的输出信号基本相同，信号处理器得到的差动信号小于设定的差动信号阈值，则不向蜂鸣器输出驱动信号，使蜂鸣器不发出声音；
输液将要完成时，输液软管中的液面逐渐下降，当液面低于第一个光电接收器、高于第二个光电接收器时，由于空气与液体的折射率不同，二个光电接收器的输出发生较大的变化，信号处理器得到的差动信号大于设定的差动信号阈值，信号处理器输出驱动信号驱动蜂鸣器发出声音报警信号。
所述信号处理器对两个光电接收器输出的电信号进行计算，得到差动信号，根据差动信号的大小判定输液是否即将完成，具体为：信号处理器实时采集两个光电接收器输出的电信号信号，计算两个光电接收器输出信号之差DI，统计得出输液软管中有液体时的差动信号平均值DIa；当差动信号大于5倍的差动信号平均值DIa时，判定输液即将完成。
所述驱动信号为频率为2000Hz的波形。
本发明提出的差动式光电输液报警装置实施例如图2所示，该装置包括：
两个光源1，对输液软管2进行均匀照明，以提高光电接收器3输出信号的信噪比；
两个光电接收器3，接收通过输液软管2的照明光强，将光信号转换为电信号，并将电信号传送给单片机7；
单片机7，用于实时采集光电接收器3输出的电信号信号，并计算两个光电接收器输出信号之差DI，可统计出输液软管中有液体时的差动信号平均值DIa；当差动信号大于5倍的差动信号平均值DIa时，判定输液即将完成，单片机7从其PWM(Pulse WidthModulation)脉冲宽度调制口输出频率为2000Hz的波形，直接驱动蜂鸣器发出声音报警信号；
蜂鸣器5，作为发声器件，在单片机7的PWM口输出信号的驱动下，周期性地振动发出声音报警信号。
本发明提出的差动式光电输液报警装置中，光源1采用日本东芝公司的TLN107红外发光二极管LED，光电接收器3采用3DU111硅光电三极管，单片机7采用Intel公司的80196单片机，蜂鸣器5采用直径为Ф16mm的他激式压电蜂鸣器。
上述差动式光电输液报警装置的报警方法，包括：
光源对输液软管进行均匀照明；当输液软管中有液体时，由于水溶液的折射率为1.333，因此输液软管中的液体相当于一个柱面透镜，会将光源发出的光线聚焦到光电接收器上，光电接收器3接收到的光强较大；当输液软管中没有液体时，空气的折射率为1，因此输液软管中的空气不产生折射效应，光源发出的光线只有一小部分投射到光电接收器3上，光电接收器3接收到的光强较弱。
在正常输液时，输液软管中充满液体，二个光电接收器的输出信号基本相同，差动信号为零。
输液将要完成时，输液软管中的液面逐渐下降，当液面低于第一个光电接收器、高于第二个光电接收器时，由于空气与液体的折射率不同，二个光电接收器的输出发生较大的变化，差动信号会突然变大，单片机输出一定频率的方波信号直接驱动蜂鸣器发出声音报警信号，提示医护人员准备拔针或换药。
本方法将差动信号作为报警信号，不仅可提高输液报警的灵敏度和可靠性，而且还可消除环境光强变化、灯光干扰和液体颜色变化带来的干扰。
综上所述，本发明对现有的光电输液报警装置进行了改进，使检测信号的变化仅与输液软管中的介质折射率有关，而与环境干扰和液体透光率无关，因此克服了现有光电输液报警方法对环境干扰和液体透光率敏感、易出现误报、漏报的问题。本发明的差动式光电输液报警装置在原理上不受环境光强变化、灯光干扰和液体颜色变化的影响，有很高的灵敏度和可靠性，具有实际推广应用价值。

Claims (5)

1.一种差动式光电输液报警装置，该报警装置包括设置在输液软管两侧相对位置的一个光源和一个光电接收器，与光电接收器输出端依次相连的一个信号处理器和一个蜂鸣器；其特征在于，还包括第二光电接收器，该第二光电接收器与第一光电接收器位于输液软管同侧且上下间隔设置，两个光电接收器的输出端分别与单片机的输入端相连，单片机的输出端与蜂鸣器输入端相连；
所述光源，对输液软管进行均匀照明，以提高光电接收器输出信号的信噪比；
所述两个光电接收器，分别接收通过输液软管的照明光强，将光信号转换为电信号，并将电信号传送给信号处理器；
信号处理器，用于实时采集两个光电接收器输出的电信号信号，并计算两个光电接收器输出信号之差DI，得到差动信号驱动蜂鸣器发出声音报警信号；
蜂鸣器，作为发声器件，发出声音报警信号，提示医护人员准备拔针或换药。
2.如权利要求1所述差动式光电输液报警装置，其特征在于，所述光源采用两个TLN107红外发光二极管LED，所述两个光电接收器采用3DU111硅光电三极管，所述信号处理器采用80196单片机，所述蜂鸣器采用直径为Ф16mm的他激式压电蜂鸣器。
3.采用如权利要求1所述差动式光电输液报警装置的报警方法，其特征在于，包括
输液时，开启光源对输液软管进行均匀照明，两个光电接收器分别接收通过输液软管的照明光强，并分别将光信号转换为电信号传给信号处理器，信号处理器对两个光电接收器输出的电信号进行计算，得到差动信号，根据差动信号的大小判定输液是否即将完成；
在正常输液时，输液软管中充满液体，二个光电接收器的输出信号基本相同，信号处理器得到的差动信号小于设定的差动信号阈值，则不向蜂鸣器输出驱动信号，使蜂鸣器不发出声音；
输液将要完成时，输液软管中的液面逐渐下降，当液面低于第一个光电接收器、高于第二个光电接收器时，由于空气与液体的折射率不同，二个光电接收器的输出发生较大的变化，信号处理器得到的差动信号大于设定的差动信号阈值，信号处理器输出驱动信号驱动蜂鸣器发出声音报警信号。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述信号处理器对两个光电接收器输出的电信号进行计算，得到差动信号，根据差动信号的大小判定输液是否即将完成，具体为：信号处理器实时采集两个光电接收器输出的电信号信号，计算两个光电接收器输出信号之差DI，统计得出输液软管中有液体时的差动信号平均值DIa；当差动信号大于5倍的差动信号平均值DIa时，判定输液即将完成。
5.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述驱动信号为频率为2000Hz的波形。
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