CN106860929B - 一种用于磁液耦合悬浮式叶轮位移测量的血泵 - Google Patents

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Abstract

磁液耦合悬浮式血泵叶轮的不稳定偏摆会使流场发生紊乱，造成血液破坏，引起溶血和血栓。因此，通过测量血泵叶轮在轴向以及径向位移分析叶轮偏摆对流场的影响。而血泵泵壳材料以及血液均为不透明介质，无法测量叶轮运转情况下的位移。本发明设计了一种用于测量磁液耦合悬浮式叶轮位移的血泵，可以实现叶轮轴向以及径向位移的测量。本发明设计的血泵包括上泵壳、叶轮、下泵壳、电机壳、直流无刷电机以及检测窗口。在进行叶轮位移测量时，血泵内的血液替换为与血液同等粘度的甘油水溶液，位移传感器通过泵壳上不同位置的检测窗口和透明的甘油水溶液可实现叶轮位移的微米级的高精度非接触式实时测量。

Description

一种用于磁液耦合悬浮式叶轮位移测量的血泵
技术领域
本发明属于人工心脏技术领域，具体说是涉及一种用于磁液耦合悬浮式叶轮位移测量的血泵。
背景技术
为了解决第二代血泵中机械轴承支撑式叶轮对血液造成的破坏，第三代血泵采用无机械轴承支撑的悬浮叶轮，消除了机械轴承因磨损以及发热引起的溶血和血栓。但是悬浮叶轮运动状态不易控制，同时血泵压力、流量的变化也易造成复杂的流场，使叶轮处在一种不稳定运转的状态。叶轮这种非稳定运转状态会造成流场紊乱，特别是叶轮与泵壳之间狭小间隙处会产生高剪切力，高剪切力会造成红细胞破坏，同时诱导血小板产生血栓。因此，测量血泵悬浮叶轮轴向以及径向位移对分析叶轮运动状态具有重要的意义。但是血泵壳体是金属材料，同时泵内流体为不透明的血液，无法直接测量叶轮位移。本发明提出了一种用于测量磁液耦合悬浮式叶轮位移的血泵，解决了血泵叶轮位移测量的难题，也为血泵的精确控制提供了理论依据。
发明内容
本发明设计了一种用于测量磁液耦合悬浮式叶轮位移的血泵，其目的是为了实现血泵叶轮位移的非接触式测量，通过分析叶轮位移测量结果研究叶轮偏摆规律，进而实现叶轮运动的精确控制，提高血泵的稳定性，并减少血液的破坏。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
1.一种用于磁液耦合悬浮式叶轮位移测量的血泵，其结构包括上泵壳、下泵壳、叶轮、电机壳、直流无刷电机以及检测窗口。
2.所述血泵的上泵壳表面设计出三个均匀分布的检测窗口，用于叶轮轴向位移测量，两个检测窗口位于血泵上泵壳侧壁上，用于叶轮径向位移测量，同样在血泵上泵壳边缘处也设计出一检测窗口。
3.所述的血泵检测窗口均由嵌入透明有机玻璃的阶梯孔构成，透明有机玻璃通过胶水牢固地粘在阶梯孔内。
4.所述的血泵上泵壳侧壁上的两个检测窗口在圆周方向上的角度为90°，两个检测窗口中心与主轴中心的连线与叶轮外壁面垂直。
5.所述的血泵检测窗口均是满足叶轮位移测量前提下的微小结构，所述血泵其它结构与植入式血泵结构相同，可用于体外溶血实验中。
本发明的有益效果
一种用于测量磁液耦合悬浮式叶轮位移的血泵，在实际使用过程中具有以下有益效果：
1.所述的血泵提供了一种测量悬浮叶轮位移的方法，解决了血泵壳体以及血液对测量的阻碍问题。
所述的血泵上泵壳以及侧壁上的检测窗口可用于测量叶轮在轴向以及径向的微米级位移变化。
所述的血泵可实现叶轮在高速回转情况下的高精度位移测量。
所述血泵上泵壳边缘处的检测窗口可观测叶轮与泵壳内壁之间狭小间隙处的叶轮转动情况以及流体流动情况。
所述血泵结构十分接近植入式血泵，在结构方面并没有进行大量修改，可作为体外溶血实验的测试样机。
附图说明
图1 血泵结构图。
图2 血泵上泵壳检测窗口示意图。
图3 血泵轴向位移示意图。
图4 血泵侧壁检测窗口示意图。
图5 血泵径向位移示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：
结合图1和图2说明本实施方式，本发明所设计的一种用于磁液耦合悬浮式叶轮位移测量的血泵，其结构包括上泵壳（1）、下泵壳（8）、叶轮（4）、电机壳（6）、直流无刷电机（7）、检测窗口（9）、检测窗口（10）以及检测窗口（12）。在进行血泵叶轮位移测量实验时，将血液替换为同等粘度的甘油水溶液(5)。所述的血泵上表面制作出三个检测窗口(9)，通过胶水（2）将透明有机玻璃（3）牢固粘在阶梯孔内，位移传感器探头发射出的检测光束穿过透明有机玻璃（3）和甘油水溶液（5）照射到叶轮上表面，叶轮上表面是具有较好反射特性的平面，检测光束在经过叶轮上表面的反射后进入传感器探头，检测光束可实时反映叶轮轴向微米级位置变化。
具体实施方式二：
结合图3说明本实施方式，在进行血泵叶轮轴向位移测量时，启动血泵之前调节位移传感器的探头使叶轮上表面处在探头的测量范围内，此时血泵叶轮（4）底部轴向间隙值为0，叶轮（4）顶部轴向间隙值最大，为血泵轴向间隙总和。启动血泵后，叶轮下端面（11）在磁悬浮力和甘油水溶液的支撑力作用下使叶轮（4）处于悬浮运转状态，位移传感器就会测得叶轮的轴向位移，同时该叶轮轴向位移值也是叶轮的底部间隙值,血泵轴向间隙总和减去叶轮高度和叶轮底部间隙就是叶轮顶部间隙值。血泵上泵壳（1）有三个均匀分布的检测窗口（9），位移传感器可测量不同检测窗口下叶轮位移的变化情况，分析叶轮（4）在轴向的偏摆特性。
具体实施方式三：
结合图4和图5说明本实施方式，叶轮（4）的不稳定运转会在径向产生偏摆，为了测量叶轮径向偏摆大小以及由此造成的血泵主轴（13）与叶轮内壁（15）之间的径向间隙的变化，采用两个位移传感器在互成90°的两个检测窗口（12）对应的A、B两点同时测量叶轮外壁（14）在径向的偏移值，根据测量结果计算出叶轮（4）偏离理想回转中心的偏心距，即叶轮在径向的偏摆大小，则血泵主轴与叶轮之间的径向间隙最小值与最大值分别为：, ,其中和分别是叶轮内壁（15）半径和主轴（13）半径。因此，血泵径向间隙值在（，）之间变化。
具体实施方式四：
结合图2说明本实施方式，血泵上泵壳边缘处也同样设计出一检测窗口（10），用于检测叶轮外缘与血泵内表面之间狭小间隙处的流动情况以及叶轮偏移情况。所述的血泵除了应用于悬浮叶轮偏摆的位移测量，也可将血泵应用在体外溶血实验中，血泵流体选用新鲜的动物血液，由于血泵检测窗口结构微小，对血液的影响极其微弱，因此可模拟植入式血泵实际运行工况，分析血泵泵壳材料以及运行参数对血液破坏的影响。

Claims (5)

1.一种用于磁液耦合悬浮式叶轮位移测量的血泵结构，其特征在于：包括上泵壳（1）、下泵壳（8）、叶轮（4）、电机壳（6）、直流无刷电机（7）、检测窗口（9,10,12）；
三个检测窗口（9）均匀分布在血泵上泵壳表面，用于叶轮轴向位移测量，两个检测窗口（12）位于血泵上泵壳（1）的侧壁上，用于叶轮径向位移测量，同样在血泵上泵壳边缘处也设计出一检测窗口（10）。
2.根据权利要求1所述用于磁液耦合悬浮式叶轮位移测量的血泵结构，其特征在于：所述检测窗口（9,10,12）由嵌入透明有机玻璃（3）的阶梯孔构成，透明有机玻璃（3）通过胶水（2）牢固地粘在阶梯孔内。
3.根据权利要求1所述的用于磁液耦合悬浮式叶轮位移测量的血泵结构，其特征在于：两个检测窗口（12）在圆周方向上的角度为90°。
4.根据权利要求1所述的用于磁液耦合悬浮式叶轮位移测量的血泵结构，其特征在于：所有检测窗口均是满足叶轮位移测量前提下的微小结构。
5.如权利要求4所述的用于磁液耦合悬浮式叶轮位移测量的血泵结构，其特征在于：所述血泵结构可用于体外溶血试验。
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