CN107807402B - 气泡检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定流体中的气泡的气泡检测器。所述气泡检测器可以用在需要对所述流体中是否存在气泡进行确定的任何应用中。所述气泡检测器具有光检测器、光源和检测气泡的存在所处的腔室。

Description

气泡检测器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月9日提交的美国临时专利申请号62/385,931的权益和优先权，所述专利申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。

发明领域

本发明涉及一种用于确定流体中气泡的存在的气泡检测器。气泡检测器可以用在需要对流体中是否存在气泡进行确定的任何应用中。气泡检测器具有光检测器、光源和检测气泡的存在所处的腔室。

发明背景

对流体中气泡的检测在若干领域和应用中是必要的。在透析中，在使透析液穿过半透膜与患者的血液接触之前，必须去除气泡。在燃油管线或液压管线中，气泡会损害或降低汽车或机械的效率。然而，用于气体检测的已知系统和方法需要使流体穿过流体管，并且数字地或通过物理观察流体管线并对是否存在气泡进行确定来确定泡沫的存在。。已知系统无法提供自动化的、准确而有效的确定流体中气泡的存在和尺寸两者的方法。因此，需要气泡检测器，所述气泡检测器可以在最少人工参与下使用气泡检测算法来准确而自动地确定流体中是否存在气泡。进一步需要气泡检测器，所述气泡检测器可以准确地确定任何尺寸的气泡的存在，并且对检测到的任何气泡的尺寸进行定量。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种气泡检测器。在任何实施方案中，气泡检测器可以包括至少一个流体入口和至少一个流体出口；流体入口和流体出口可流体地连接至流体流动路径；混合室，所述混合室流体地连接至至少一个流体入口和至少一个流体出口；光源，所述光源定位在混合室的第一侧上，从而使光透过混合室；光检测器，所述光检测器定位在混合室的第二侧上，从而接收透射光；以及处理器，所述处理器与光检测器进行电子通信，所述处理器使用泡沫检测算法根据由光检测器捕获的图像来对检测到的泡沫尺寸和泡沫对比度进行定量。

在任何实施方案中，气泡检测器可以包括第一透明表面，所述第一透明表面定位在光源与混合室之间；以及第二透明表面，所述第二透明表面定位在光检测器与混合室之间。

在任何实施方案中，第一光导可以将来自光源的光引导至混合室的第一侧，并且第二光导可以引导在混合室的第二侧上接收的光，从而将光引导至相机或光检测器。

在任何实施方案中，流体入口和流体出口都可以定位在混合室的第一侧上。

在任何实施方案中，弯曲流动路径可以界定从任何入口到任何出口的流体流动路径。

在任何实施方案中，气泡检测器可以包括介于光检测器与混合室之间的放大瞄准器。

在任何实施方案中，第一透明表面可以是透澈窗口或光源的表面，并且第二透明表面可以是透澈窗口或光检测器的透镜的一部分。

在任何实施方案中，气泡检测器可以包括第二流体出口，所述第二流体出口可流体地连接至流体流动路径。

在任何实施方案中，流体入口、第一流体出口和第二流体出口各自可以定位在混合室的第一侧上。

在任何实施方案中，处理器可以对一个或多个气泡的尺寸进行定量。

在任何实施方案中，泡沫检测算法可以是图像识别算法。

在任何实施方案中，气泡检测器可以包括用于穿孔卡片的接收槽；所述接收槽定位在混合室中。

在任何实施方案中，光检测器可以检测紫外光。

在任何实施方案中，气泡检测器可以包括接收槽，所述接收槽用于与混合室流体连通的传感器卡片；所述传感器卡片具有一个或多个比色膜。

在任何实施方案中，接收槽罩盖锁可以包括螺线管杆，所述螺线管杆可插入到流体传感器设备中的孔洞中。

在任何实施方案中，处理器可以确定以下各项的变化：透过传感器卡片的光波长、透过传感器卡片的光强度、来自传感器卡片的荧光波长或来自传感器卡片的荧光强度。

在任何实施方案中，传感器卡片可以具有pH感测膜、氨感测膜或其组合。

在任何实施方案中，处理器可以基于以下各项的变化而确定pH和/或氨浓度：透过传感器卡片的光波长、透过传感器卡片的光强度、来自传感器卡片的荧光波长或来自传感器卡片的荧光强度。

作为本发明的第一方面的一部分公开的任何特征可以被单独地或组合地包括在本发明的第一方面中。

本发明的第二方面涉及一种方法。在任何实施方案中，所述方法可以包括使流体流过本发明的第一方面的气泡检测器，使光透过气泡检测器中的流体；检测透过流体的光；以及利用处理器基于透过流体的光而确定流体中气泡的存在。

在任何实施方案中，所述方法可以包括对流体中的至少一个气泡的泡沫尺寸进行定量。

在任何实施方案中，确定流体中泡沫的存在的步骤可以包括使用泡沫检测算法。

在任何实施方案中，流体在透析液流动路径中可以是透析液。

在任何实施方案中，所述方法可以包括在使透析液流过气泡检测器之前使透析液流过脱气机。

作为本发明的第二方面的一部分公开的任何特征可以被单独地或组合地包括在本发明的第二方面中。

附图简述

图1A-1F示出气泡检测器的侧视图、透视图和顶视图。

图2示出用于气泡检测器的混合腔室顶部。

图3是示出检测流体中的气泡的方法的流程图。

图4是在流体中含有气泡时由光检测器捕获的图像的代表图。

具体实施方式

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语通常具有与相关领域的普通技术人员普遍所理解的相同的含义。

本文中使用冠词“一”和“一个”来指代一个或多于一个(即，至少一个)所述冠词的语法对象。例如，“元素”意指一个元素或多于一个元素。

术语“氨浓度”指代溶解在给定量的流体中的氨的量。

“氨感测膜”是具有包埋染料的衬底，其中染料响应于氨接触染料而改变颜色。

术语“穿孔卡片”指代具有光可以透过其中的孔洞或窗口的部件。

术语“泡沫对比度”指代因光穿过气泡所致的光的强度或波长的变化。

“泡沫检测算法”是基于由光检测器接收的光而确定流体中气泡的存在或尺寸的数字化方法。

术语“泡沫尺寸”指代对泡沫的面积或体积的任何测量，并且可以包括泡沫的直径、半径或体积。

“透澈窗口”是光可以从中穿过，而对光的波长和强度产生最小的变化的表面。

“比色膜”是可以基于一种或多种物质与材料接触而产生可检测的变化的任何材料。可检测的变化可以包括可见变化，诸如颜色、光学透射率的变化或发射的荧光强度或波长的变化。

术语“包括”包括但不限于单词“包括”之后的任何内容。所述术语的使用表示所列举元素是必需的或强制性的，但是其他元素是任选的并且可以存在其他元素。

术语“由...组成”包括且限于短语“由...组成”之后的任何内容。所述短语表示有限元素是必需的或强制性的，并且可能不存在其他元素。

术语“基本上由...组成”包括术语“基本上由...组成”之后的任何内容以及不影响所描述的设备、结构或方法的基本操作的附加元素、结构、动作或特征。

术语“弯曲流动路径”指代限定具有任何角度的弧的任何流体路径。例如，弯曲流动路径可以指代呈180°的流体流动路径，这意味着流体沿第一方向流动，并且之后沿相反方向流回。

“脱气机”是能够从液体去除溶解或未溶解的气体的任何部件或系统。

术语“检测”、“检测到的”或“检测(to detect)”指代确定系统的状态或特征。

术语“确定(determining)”和“确定(determine)”指代查明系统的具体状态或变量。

术语“透析液”描述了来自有待透析的流体的溶质通过膜扩散到其中或从其扩散出来的流体。

“透析液流动路径”是当用在正常透析操作中时透析液将会在其中行进的途径。

术语“电子通信”或“通信”指代在两个部件或系统之间传输电子信息的能力。

术语“流动(flow)”、“流动(flowing)”等等指代气体、液体或其组合的流以在构成颗粒当中的位置持续变化的方式移动、涌动或循环。如在短语“使流体流动”中所使用，术语指代液体流。

“流体”是任选地在流体中具有气相和液相的组合的液体物质。值得注意的是，如本文所使用的液体因此也可以具有气相和液相物质的混合物。

术语“流体流动路径”指代流体可以在其中行进的途径。

术语“流体入口”指代流体可以经其进入部件或设备的导管或开口。

术语“流体出口”指代流体可以经其离开部件或设备的导管或开口。

术语“可流体地连接”、“流体地连接”、“用于流体连接”、“流体连通”等等指代提供来将流体或气体或其混合物从一个点传递到另一个点的能力。这两个点可以位于全部为任何类型的隔室、模块、系统、部件以及再装填器中的任一个或多个之内或之间。所述连接任选地可以断开，并且之后重新连接。

“荧光”指代物质因吸收入射辐射受到刺激而发射的电磁辐射。

“气泡”是液体内空气或气体的袋子。

术语“气泡检测器”指代流体可以从中流过并由其确定流体中气泡的存在和/或尺寸的系统。

“由光检测器捕获的图像”指代由光检测器检测到的可见光或荧光的数字表示。

“图像检测算法”是确定并识别数字图像的一部分的算法。

术语“光强度”指代电磁波的幅度。

术语“光检测器的透镜”指代光检测器上用于集中或发散光线的透明表面。

“光导”指代可以使用任何类型、尺寸、位置和长度的反射表面借助于全内反射或近全内反射而在限定路径中传输光的部件。

“光源”、“发光器”、“光发射器”等等是能够以包括可见光、红外光或紫外光的任何波长发射光的任何部件。

“放大瞄准器”是能够放大图像的任何透镜、表面或其他材料。

“混合室”是在其中可以混合一种或多种液体、固体、气体或液体、固体和气体的组合的空间或体积。

术语“定量(quantitating)”或“定量(quantitate)”指代确定给定参数的数值。

“光检测器”、“相机”等等是能够检测光强度、光组成或两者以产生检测到的光的数据，诸如图像的部件。术语“相机”和“光检测器”通常也可以指代包括RGB检测器或分光光度计的任何类型的检测器。

术语“pH”指代当以H⁺摩尔数/升流体体积陈述时流体中的H⁺浓度的负对数。

“pH感测膜”是具有包埋染料的衬底，其中染料响应于流体的pH而改变颜色。

术语“定位(positioned)”或“定位(position)”指代部件、特征或结构的物理位置。

如所使用的术语“处理器”是广义术语，并且被赋予其对于本领域普通技术人员而言普通和习惯的含义。所述术语非限制地指代计算机系统、状态机、处理器或被设计来使用对驱动计算机的基本指令作出响应并处理所述基本指令的逻辑电路来执行算术或逻辑运算的类似物。在第一、第二、第三和第四发明的任何实施方案中，所述术语可以包括与其相关联的ROM(“只读存储器”)和/或RAM(“随机存取存储器”)。

术语“接收光(receiving light)”或“接收光(receive light)”指代获得处于任何波长或强度的光。所接收的光可以通过传感器、透镜、相机、光检测器或能够从光源接收光的任何表面来获得。

术语“接收槽”是气泡检测器内可以放置第二部件的空间。

术语“传感器卡片”指代“传感器卡片”上面、内部或一体地安置了至少一个感测膜或任何种类的感测材料的刚性和/或平面部件。感测膜或材料可以接触流体，并且响应于流体的流体特征而产生可检测的变化。

“混合室的侧部”指代相对于混合室的位置。

术语“光源的表面”指代光源的外部边界。

术语“透射光(transmitting light)”或“透射光(transmit light)”或“透射的光”意指将光发射到物质上或使其透过所述物质。

术语“透明表面”指代光可以从中穿过，但是流体无法从中穿过的任何材料。

术语“紫外光”指代波长通常处于约100nm至380nm范围内的电磁辐射。

术语“光的波长”指代电磁波的连续波峰之间的距离。

图1A-1F示出了气泡检测器101的非限制性实施方案。图1A示出了气泡检测器101的侧视图；图1B示出了气泡检测器101的透视图；图1C示出了用于气泡检测器101的接收槽罩盖112；图1D示出了处于指定深度的气泡检测器101的剖面部分以及插入到气泡检测器101的接收槽102中的穿孔卡片109；图1E示出了已插入穿孔卡片109的气泡检测器101的前视图；并且图1F示出了气泡检测器101的侧视图。

如图1D所示，气泡检测器101可以任选地具有接收槽102，所述接收槽沿着轴线横穿混合室128。任选的可去除的穿孔卡片109可以如图1D和图1E所示插入到接收槽102中直至气泡检测器101的指定深度。可去除的穿孔卡片可以包括产生穿孔的窗口或孔洞134。穿孔允许光穿过穿孔卡片，从而允许更大精度和准确度的气泡检测。图1D中的气泡检测器101的一定深度处的混合室128的任一侧上的凹痕130可以接收穿孔卡片109的边缘，以将穿孔卡片109安设或紧固在适当的位置上。在气泡检测器101的更深深度处，可以形成附属于混合室128的侧壁的凹槽以接收穿孔卡片109的侧边缘。穿孔卡片109的边缘在混合室128中可以相对于光源和/或光检测器牢固地定位在指定位置或取向上。可替代地，如果穿孔卡片109如图1E所示具有大于混合室128的任何轴线的宽度，那么可以在气泡检测器101中形成一个或多个凹槽以接收穿孔卡片109的边缘，从而将穿孔卡片109牢固地定位在指定位置或取向上。可替代地，可以消除接收槽和穿孔卡片。

混合室128可以任选地如图3所示在侧壁上具有多个透澈窗口，以提供对穿孔卡片109的光学访问。气泡检测器101的主体中形成的孔洞129如图1D所示可以用于使用螺钉或其他紧固件来将气泡检测器101附接至控制台或系统。混合室128沿着气泡检测器101的接收槽102的长度纵向地延伸。接收槽102可以延伸超出混合室128并且终止于紧固机构(诸如凹痕130)以牢固地固持穿孔卡片109。混合室128可以将流体混合以改进泡沫检测。另外，在多用途泡沫检测器流体传感器实施方案中，混合室128可以将流体混合以改进含有比色膜(未示出)的传感器卡片上的流体接触。值得注意的是，混合室128限定了体积，使得传感器卡片的前侧和后侧可以被暴露于传感器卡片两侧上的流体流。采样流体因此可以同时接触传感器卡片的第一侧和第二侧(或前侧和后侧)，以有利地增大流体接触传感器卡片中的感测膜的表面积。所得的混合可以带来传感器卡片对流体的改进的感测。泡沫检测器可以是任选地具有穿孔卡片的独立式传感器，或者可以是包括传感器卡片和任选地穿孔卡片的多用途传感器。可替代地，可以包括单个穿孔卡片/传感器卡片，单个卡片具有感测膜和穿孔两者。

在多用途泡沫检测器流体传感器实施方案中，传感器卡片可以具有至少一个pH感测膜和氨感测膜。另外，氨感测膜可以是低灵敏度或高灵敏度膜。基于流过混合室128的流体的pH或氨水平，pH感测膜、氨感测膜或两者可以改变颜色、光透射率或改变发射的荧光强度或波长。然而，传感器卡片并不限于pH和氨感测膜，并且可以包括响应于流体的浓度或其他参数而产生可检测的变化的任何比色膜。一般而言，比色膜可以产生任何可见变化，诸如颜色或光透射率的变化，或发射的荧光强度或波长的变化，其中可见变化由本发明的光检测器或相机检测。传感器卡片也可以包括仅pH感测膜、仅氨感测膜或具有任何类型的比色膜的感测膜。

感测膜具有与流体组分发生反应的性质，所述流体组分会根据流体中组分的浓度而改变光学参数。光学参数可以是以下任一项：颜色、反射率、传递性、荧光、吸附作用或能够被光学地检测的任何其他参数。在优选的实施方案中，感测膜根据测量的流体组分的溶质浓度的变化而改变颜色。例如，随着流体中组分的溶质浓度的增加，膜可以根据色谱沿第一方向改变颜色，并且随着组分的溶质浓度的降低，所述膜沿着第二方向改变颜色。响应于组分浓度，膜的颜色变化可以是连续而可逆的。在氨感测膜的情况下，可以将染料包埋在衬底中，其中染料响应于流体的氨浓度而改变颜色。

气泡和任选地颜色变化可以由光检测器通过定位在光源与混合室之间以及光检测器与混合室之间的一个或多个透明表面来检测。在图1A-1F中，透明表面是定位在混合室128的侧壁上的透澈窗口。然而，一个或多个光源和/或光检测器的透镜的表面也可以或可替代地用作透明表面。

在图1F中，光源的一个非限制性实例被示出为LED阵列131，所述LED阵列通过电连接器117来连接至系统。LED阵列131可以从混合室128的第一侧将光传输到流体上。光可以被引导穿过混合室128的侧壁中的一个或多个透明表面。可以使用反射表面的布置作为光导来引导来自定位在气泡检测器101的一侧上的LED阵列的光以使所述光透过混合室128并且沿着任何反射途径到达光检测器或相机。例如，镜子布置可以将光引导至相机或光检测器，使得相机或光检测器不需要正好对着光源定位。光导可以提供反射途径，使得相机或光检测器可以定位在任何方便的位置以接收反射光。类似地，LED或任何光源可以依赖于光导来引导光，使得光源可以方便地定位在任何位置上，并且不需要与相机或光检测器相对地定位。在一个实施方案中，光源和相机或光检测器都分别使用光导来传输和接收光。光源可以是能够发光穿过混合室128的处于任何波长的任何光源。在实施方案中，LED提供白光；然而，可以使用任何颜色或波长的光。在实施方案中，光源将均匀的背光提供到穿孔卡片109的一侧上，使得定位在气泡检测器101的相对侧上的光检测器106(图1A所示)可以经由一个或多个透澈窗口而检测穿过光检测器与光源之间的泡沫。LED阵列131可以定位在能够在整个混合室128中提供均匀的光的设备的任何部分处，包括正面和侧面闪光或侧面发光的LED。一般而言，LED阵列131透澈窗口和光检测器106的透澈窗口可以彼此对置。光检测器106可以是本领域普通技术人员已知的任何适当的相机、光检测器、分光光度计或光电传感器。在对混合室中的泡沫执行图像识别时，对光检测器106的视角和焦距的考虑可以从包括任选的接收槽102的混合室和光源的尺寸方面进行考虑。视角描述了可以由相机成像的给定场景的角度范围。在实施方案中，可以提供高倍透镜来检测小泡沫。可替代地，放大瞄准器诸如放大透镜可以定位在光检测器与混合室之间以放大气泡，从而实现对更小的泡沫的检测。在替代实施方案中，可以调整泡沫检测算法以检测具有特定尺寸的气泡。处理器可以对由光检测器捕获的图像进行像素扫描，并且可以根据所希望的泡沫尺寸检测来改变扫描的密度。例如，更密集的像素扫描将检测较小的泡沫。

光检测器106可以将图像或感测到的输出传输至与光检测器106进行电子通信的一个或多个处理器以便对检测到的泡沫尺寸和泡沫对比度进行定量。在多用途泡沫检测器流体传感器实施方案中，一个或多个处理器可以进一步确定流体的pH或氨水平。相机或光检测器106还可以检测从传感器卡片发射的荧光。为了检测荧光，在光检测器的前面可以包括光学带通滤波器，以允许发射的荧光传递至光检测器，同时阻挡来自LED阵列的任何透射光。光检测器可以检测透射的光的任何变化，包括光的波长、光的平均强度、光的强度的变化以及由光检测器产生的图像中的像素位置。

虽然示出为与光检测器相对，但是LED阵列131可以定位在气泡检测器101上的任何位置处，包括在气泡检测器101的任一侧上。可以包括光导来允许来自定位在气泡检测器101的一侧上的LED阵列的光透过传感器卡片并且沿着任何反射途径到达光检测器。例如，镜子布置可以将光引导至相机或光检测器，使得相机或光检测器不需要正好对着光源定位。光导可以提供反射途径，使得相机或光检测器可以定位在任何方便的位置以接收光。类似地，LED或任何光源可以依赖于光导来引导光，使得光源可以方便地定位在任何位置上，并且不需要与相机或光检测器相对地定位。在一个实施方案中，光源和相机或光检测器都分别使用光导来传输和接收光。

可以包括具有可调整的衍射光栅的光栅光阀(未示出)来控制衍射到光检测器106上的光的强度。衍射光栅可以是一组等间距的狭窄而平行的格栅。格栅可以不同的波长发散光，使得光强度可以作为特定波长的函数来测量。透明表面诸如透澈窗口可以不具有降低传感器性能的刮痕。在一个非限制性实施方案中，为了减少透澈窗口的刮痕，可以对窗户进行溶剂抛光。如图1F所示，光检测器106可以经由电子链路108而将图像或其他感测到的输出传输至与光检测器106进行电子通信的一个或多个处理器140。与本申请的所有特征一样，中间部件(诸如电路板144)可以存在于处理器140与光检测器之间。处理器140可以与一个或多个存储器142进行电子通信。存储器142可以是与处理器140进行通信的任何机器可读存储介质，并且可以存储指令，所述指令在被处理器140执行时执行本文的方法。

如所描述，处理器140可以基于感测到的输出而确定混合室128中气泡的存在或尺寸，以及多用途传感器中的感测膜的颜色。图1A的电子器件107可以控制光检测器106和光源。虽然被示出为在光检测器、电子器件与处理器之间具有有线通信链路，但是本领域技术人员将理解，可以使用传输和接收数据的任何方法，包括蓝牙、Wi-Fi或本领域中已知的任何其他方法。处理器可以接收数据，以及尤其是由光检测器产生的图像，并且确定感测膜的图像中具有特定颜色的像素的强度。还可以使用测量透射光的波长和强度的分光光度计。有利的是，分光光度计可以更特定于检测到的光的颜色。处理器之后可以使用泡沫检测算法来确定任何气泡的存在和尺寸。处理器140可以容纳在气泡检测器101内或者定位在其外部。光检测器106可以在手动控制下或通过软件应用程序来操作，以便控制曝光、增益和白平衡。

如图1A所示，流体可以通过流体入口103来进入气泡检测器101并且进入图1D的混合室128。流体之后可以通过流体出口104和105来离开混合室128。流体出口104和105以及流体入口103可以都定位在混合室128的同一侧上以提供弯曲流体流动路径，使得流体通过定位在流体出口104与105之间的流体入口103来进入，其中流体之后流入到混合室128的第一端中并且沿弯曲流动路径流动并从混合室128的第二端流出而进入定位在混合室128的同一侧上的两个流体出口104和105。相反，两个流体出口104和105可以用作入口以沿着弯曲流动路径将流体引入到混合室128中，使得流体流入到流体入口103中并且从其流出。本领域技术人员将理解，可以使用一个或多个流体入口和出口。在优选的实施方案中，两个流体出口104和105有利地改进混合室128中的流体的混合，这可以提高泡沫检测准确度。流体入口103上的槽口118、出口104上的槽口119和出口105上的槽口120可以根据需要来提供流体入口103以及流体出口104和105到管道的牢固的紧固。在图1C中，接收槽102可以包括附加部件，以确保可拆卸的混合室罩盖112紧密地装配在接收槽102上，并且在流体流入到混合室128中并从中穿过时不会移动。如图1A和图1B所示，接收槽102可以具有伸展部分110，所述伸展部分在关闭时会接触混合室罩盖112。伸展部分110可以包括凹槽111和114，所述凹槽用于在混合室罩盖112被放置在混合室128上时接收销113和115。销113和115与凹槽111接合以确保混合室罩盖112被适当地放置并牢固地紧固在气泡检测器101上。

当与穿孔卡片和/或传感器卡片一起使用时，卡片109可以固定到接收槽102内的指定位置和/或取向上以抵抗因流体的流动所致的任何移动。用于将混合室罩盖112固定至气泡检测器101的任何合适的紧固件都是预期的。磁铁可以放置在混合室罩盖112和气泡检测器101内。如果混合室罩盖112关闭，那么磁铁可以提供手段来确定罩盖112在气泡检测器101上的接收槽102上是否关闭。如图1F所示，悬突116可以在关闭时为接收槽罩盖112提供支撑。在图1D和图1E中，伸展部分110上的开口126可以提供用于由紧固件插入穿过接收槽罩盖112以将接收槽罩盖112紧固到气泡检测器101上。在图1C中，环形斜面127可以形成在混合室罩盖112上以捕获穿孔卡片109并且使穿孔卡片109保持牢固地锁定在气泡检测器101中。螺钉125将电子器件和光检测器106紧固至气泡检测器101。可以使用将部件紧固至气泡检测器101的替代方法，包括粘附剂、胶水、螺栓或本领域中已知的任何其他紧固部件。孔洞123允许将附加部件和电子器件添加至气泡检测器101。

图2示出了气泡检测器101的混合室罩盖201的特写图。如所描述，混合室罩盖201可以包括销202和203，所述销用于将混合室罩盖201固持在气泡检测器101(图1A)上的适当位置上。混合室罩盖201还可以包括手柄204，以便于混合室罩盖201的扭转，以用于进行混合室罩盖201到气泡检测器101的附接和拆卸。滑杆205可以被包括作为手段来在混合室罩盖在气泡检测器101上打开时紧固混合室罩盖201并且防止罩盖在使用过程中被去除。当与穿孔卡片一起使用时，可以相对于混合室罩盖201固定穿孔卡片，以确保穿孔卡片在流体在穿孔卡片上流动时在图1D的接收槽102内不会移动。将穿孔卡片固定在气泡检测器101内为光检测器106(图1A)提供恒定的焦距，从而提高传感器的准确度。另外，斜面127(图1C)可以被包括在混合室罩盖201的内表面上以便将穿孔卡片固定在适当的位置上。传感器卡片可以插入到斜面中，以将穿孔卡片锁定在固定位置上，并且防止穿孔卡片以相对于预期配置的180°旋转插入。斜面可能只允许穿孔卡片以单一配置插入到气泡检测器中。斜面可以被设定尺寸和成形来符合穿孔卡片的边缘，从而在将穿孔卡片放置到斜面中时将所述穿孔卡片固定在适当的位置上。从穿孔卡片到光检测器106的距离可以是任何长度，包括介于15与20mm之间。光检测器的透镜可以被配置有等于介于光检测器106与穿孔卡片之间的固定距离的焦距。

流体中气泡的存在和/或尺寸可以由处理器使用泡沫检测算法来确定。泡沫检测算法可以是能够确定气泡与周围流体之间的差异的任何算法。泡沫检测算法的一个实例是图像检测算法。图像检测算法分析数字图像以确定图像中的图案。穿过气泡的光相较于仅穿过流体的光的对比度的变化可以通过图像检测算法来定量。可以基于图像内具有不同对比度的区域来检测泡沫的存在。基于变化的大小，或具有不同对比度的图像的区域，处理器还可以确定泡沫的尺寸。

现参考图3描述气泡检测器，诸如图1A-1F的气泡检测器101的操作，所述图3公开了用于检测流体中的气泡的方法300。在操作302中，可以开始方法300。气泡检测器可以流体地连接至流体流动路径，并且流体可以被引入到混合室128中，或可能已经流过混合室128。流体通过流体入口103进入，进入混合室128并通过流体出口104、105流出。在操作304中，可以捕获混合室中的流体的图像。光源131可以定位在混合室的一侧上。光源131可以使光透过混合室128。光检测器106可以定位在混合室128的第二侧上。光检测器106可以接收透射光。可以数字地存储捕获的图像。

在操作306中，可以通过电子链路108和电路板140来将捕获的图像传输至一个或多个处理器140。一个或多个处理器306可以执行来自存储器142的指令以执行图像识别应用程序，从而识别混合室中的流体中的一个或多个泡沫的存在。一般而言，流体中气泡的存在会影响来自光源131的如由光检测器106捕获的光的吸收或折射。由泡沫产生的光的不同吸收或折射会导致捕获的图像中产生相对于流体而言具有不同对比度的区域。在一个非限制性实施方案中，图像识别应用程序可以基于如图4所示的泡沫相对于流体的对比度而识别捕获的图像中的泡沫的存在。本领域普通技术人员将认识到，特定波长诸如紫外光波长可以有效增加泡沫与周围液体之间的对比度。然而，可以使用将在泡沫与周围液体之间产生不同对比度的任何波长的光。

在操作308A中，图像识别应用程序可以根据捕获的图像来对检测到的泡沫尺寸进行定量。图像识别应用程序可以在测量泡沫的尺寸时考虑光检测器的视角和焦距来对检测到的泡沫尺寸进行定量。可以了解光检测器的视野的尺寸，从而允许基于具有指示气泡的存在的对比度的图像的区域而对泡沫尺寸进行定量。在操作308B中，图像识别应用程序可以根据由光检测器106捕获的图像来对泡沫对比度进行定量，以检测气泡的存在。任选地，图像识别软件可以增强泡沫的对比度，以辅助识别泡沫与流体之间的对比度比较低的位置中的泡沫。

在操作310中，可以进一步分析由气泡检测器检测的任何泡沫，以确定流体中气泡的尺寸、数目和/或体积。可以确定泡沫尺寸和/或对比度是否与所采取的动作的预定标准匹配。例如，如果泡沫超过一定尺寸，那么可能希望有所行动来通过输出界面提供警告，或停止涉及流体的当前过程。当用在透析液流动路径中时，在脱气机下游检测到的气泡的存在可以表明脱气机未发挥作用，并且可以停止正在进行的透析期。当用在燃油管线中时，泡沫的存在可以表明泄漏，由此需要关闭系统。气泡检测器可以用在可能要检测气泡的任何应用中，因此气泡的检测会随着应用而变化。如果在操作310期间确定泡沫尺寸和/或对比度与预定条件匹配，那么方法300可以进行到操作312。

在操作312中，可以从一个或多个处理器140向适当的系统部件输出动作信号。例如，如果气泡检测器101是具有显示器的透析系统的一部分，那么可以向显示器发送显示有关泡沫的存在的警告的信号。另外和/或可替代地，可以向透析系统发送结束当前透析期的信号。如果在操作310期间确定泡沫尺寸和/或对比度与预定条件不匹配，或者如果未检测到泡沫，那么方法300可以进行到操作314。

在操作314中，可以确定是否希望使用气泡检测器101进行进一步监测。如果在操作314期间确定希望进行进一步监测，那么方法300可以返回至操作304并且可以捕获新的图像。可替代地，光检测器可以连续地捕获图像，并且不需要进行单独确定。如果在操作314期间确定不希望进行进一步监测，那么方法可以返回至操作316并且结束所述方法。

图4是在混合室128中穿过光检测器106与穿孔卡片之间的流体402的捕获的图像400的示意图。捕获的图像400示出流体402中的泡沫404。穿过泡沫404的光相较于仅穿过周围流体402的光具有不同的对比度。基于不同的对比度，图像识别算法可以确定泡沫404的存在和任选地尺寸。

气泡检测器可以用在需要了解、消除或削弱泡沫的存在的任何应用中。例如，在透析流动路径中，气泡检测器可以检测不能操作或故障的脱气机。透析液可以流过脱气机，并且之后流过气泡检测器。在穿过脱气机之后透析液中的泡沫将表明脱气机并未适当地将气体从透析液去除。气泡检测器还可以检测患者血液中的空气。另外，气泡检测器可以确定系统的准备工作是否完成，因为在准备工作之后流体管线中不应保留空气。然而，气泡检测器可以通过将气泡检测器流体地连接至任何流体流动路径而用在任何应用中，这包括检测燃料管线、液压管线、或要从液体有效去除气体的任何位置中的气泡。气泡检测器可以作用于对光而言足够透明，以使光有效地穿过流体的任何流体。气泡检测器可以用作控制机构以限制流体中的气体的量；用作故障模式检测以检测不能操作的脱气机；或者用作质量控制机构以确保气体能够适当地被从流体去除。

本领域技术人员将理解，可以根据操作的具体需求来对所描述的系统和方法进行各种组合和/或修改和改变。作为本发明的方面的一部分示出或描述的特征可以单独地或组合地用在本发明的方面中。

Claims (20)

1.一种气泡检测器，所述气泡检测器包括：

至少一个流体入口和至少一个第一流体出口；所述流体入口和所述第一流体出口可流体地连接至流体流动路径；

采样室，所述采样室流体地连接至所述至少一个流体入口和所述第一流体出口；

光源，所述光源定位在所述采样室的第一侧上，从而将光透射到所述采样室中；

光检测器，所述光检测器定位在所述采样室的第二侧上，从而接收透射光或反射光；

处理器，所述处理器与所述光检测器进行电子通信，所述处理器使用泡沫检测算法根据由所述光检测器捕获的图像来对检测到的泡沫尺寸、泡沫数量和/或泡沫对比度进行定量；以及

用于穿孔卡片的接收槽，所述接收槽定位在所述采样室中，所述穿孔卡片具有光可以穿透的孔洞或窗口；

其中，所述穿孔卡片被配置为：设置在气泡检测器内为光检测器提供恒定的焦距，以提高传感器的准确率。

2.如权利要求1所述的气泡检测器，其还包括第一透明表面，所述第一透明表面定位在所述光源与所述采样室之间；以及第二透明表面，所述第二透明表面定位在所述光检测器与所述采样室之间。

3.如权利要求1所述的气泡检测器，其中所述流体入口和所述第一流体出口都定位在所述采样室的第一侧上。

4.如权利要求1所述的气泡检测器，其还包括弯曲流动路径，所述弯曲流动路径界定了从任何入口到任何出口的流动路径。

5.如权利要求1所述的气泡检测器，其中所述光源与定位在所述采样室的所述第二侧上的相机或光检测器相对地定位在所述采样室的所述第一侧上。

6.如权利要求1所述的气泡检测器，其还包括第一光导，所述第一光导将来自所述光源的光引导至所述采样室的所述第一侧；以及第二光导，所述第二光导引导在所述采样室的所述第二侧上接收的光，从而将光引导至所述光检测器。

7.如权利要求1所述的气泡检测器，其还包括介于所述光检测器与所述采样室之间的放大瞄准器。

8.如权利要求2所述的气泡检测器，其中所述第一透明表面是透澈窗口或所述光源的表面，并且所述第二透明表面是透澈窗口或所述光检测器的透镜的一部分。

9.如权利要求1所述的气泡检测器，其还包括第二流体出口，所述第二流体出口可流体地连接至所述流体流动路径。

10.如权利要求9所述的气泡检测器，其中所述流体入口、所述第一流体出口和所述第二流体出口定位在所述采样室的第一侧上。

11.如权利要求7所述的气泡检测器，所述处理器对一个或多个气泡的泡沫尺寸、泡沫数量和/或泡沫体积进行定量。

12.如权利要求7所述的气泡检测器，其中所述泡沫检测算法是图像识别算法。

13.如权利要求1所述的气泡检测器，其中所述光检测器检测紫外光或可见光。

14.如权利要求1所述的气泡检测器，其还包括接收槽，所述接收槽用于与所述采样室流体连通的传感器卡片；所述传感器卡片具有一个或多个比色膜。

15.如权利要求13所述的气泡检测器，所述处理器确定以下各项的变化：透过所述传感器卡片的光波长、透过所述传感器卡片的光强度、来自所述传感器卡片的荧光波长或来自所述传感器卡片的荧光强度。

16.如权利要求14所述的气泡检测器，其中所述传感器卡片包括pH感测膜、氨感测膜或其组合。

17.如权利要求15所述的气泡检测器，所述处理器基于以下各项的所述变化而确定pH和/或氨浓度：透过所述传感器卡片的所述光波长、透过所述传感器卡片的所述光强度、来自所述传感器卡片的所述荧光波长或来自所述传感器卡片的所述荧光强度。

18.如权利要求1所述的气泡检测器，其中所述处理器检测直径为以下各项的泡沫：介于0.5至3.0mm之间；介于0.5与1.0mm之间；介于0.75与1.0mm之间；介于1.0与1.5mm之间；介于1.0与2.0mm之间；介于1.5与2.5mm之间；或介于2.0与3.0mm之间。

19.如权利要求1所述的气泡检测器，其中所述处理器输出信号，其中所述信号选自：关于存在泡沫的警告信号，结束透析期的信号，测得的泡沫尺寸或泡沫对比度与预定条件不匹配的判断，以及没有检测到泡沫的判断。

20.一种检测流体中的气泡的方法，所述方法包括：

使流体流过如权利要求1所述的气泡检测器；

使光透过所述气泡检测器中的所述流体；

检测透过所述流体的光；

利用所述处理器基于透过所述流体的所述光而确定所述流体中气泡的存在。

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