CN108175907A - 一种管道液面超声报警器及其报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道液面超声报警器及其报警方法。本发明采用将发射端超声换能器和接收端超声换能器分别相对紧贴在管道的侧壁外表面，二者高度中心所在的平面为报警液面，并通过声透镜将超声波聚焦至管道内，作为低液位报警器，当管道中的液体位于报警液面以上时，超声波信号经液体传输至接收端超声换能器，超声换能器断开；当管道中的液体低于报警液面时，接收端超声换能器接收到的超声波信号非常微弱，此时微弱的电信号传输至超声调节器，低于逻辑阈值，超声换能器导通启动报警电源，报警器发出警报；本发明利用超声波本身属性，能够精确地对液位实时在线监控，不在安全范围即会自动发出警报，有效监控液体的输入情况，从而保障输液安全。

Description

一种管道液面超声报警器及其报警方法

技术领域

本发明涉及医疗设备辅助器件，具体涉及一种管道液面超声报警器及其报警方法。

背景技术

在医院输液时，医护人员和病人及其家属需要注意输液管中的液体是否滴完，如果液体已经滴完，而未及时做出更换新药或者立即拔针等处理行为，极易导致病人回血等危险情况的发生。我国医院的病患就诊数量呈增加态势，许多医院经常出现床位紧缺的情况，甚至在特殊时期，医院床位空缺，需要在走廊里安置病患输液。在这种情况下，医护人员的工作压力和强度过大，不能及时注意病患的输液情况，增加事故危险的发生几率，因而病患的安全得不到充分的保证。在我国临床实践中，几乎都是医护人员、陪床家属或者病人负责观察液体的输入情况，并没有采用自动报警设备监控输液这一方法来保障输液安全。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种管道液面超声报警器及其报警方法。

本发明的一个目的在于提出一种管道液面超声报警器。

本发明的管道液面超声报警器，既可以作为低液位报警器，又可以作为高液位报警器。

作为低液位报警器，本发明的管道液面超声报警器包括：发射端超声换能器、接收端超声换能器、驱动电源、开关、超声调节器、报警电源以及报警器；其中，发射端超声换能器与接收端超声换能器相对设置在管道的侧壁外表面，并且二者高度的中心位于同一垂直于管道的中心轴的平面上，二者高度的中心所在的平面为报警液面；发射端超声换能器和接收端超声换能器为相同的结构，发射端超声换能器包括依次设置在发射端衬底上的发射端压电晶片、发射端匹配层和发射端声透镜，接收端超声换能器包括依次设置在接收端衬底上的接收端压电晶片、接收端匹配层和接收端声透镜；发射端声透镜和接收端声透镜的表面形状与管道的侧壁外表面相匹配，发射端声透镜和接收端声透镜相对，通过耦合剂紧贴在管道的侧壁外表面；发射端压电晶片连接至驱动电源，驱动电源连接开关；接收端压电晶片连接至超声调节器，超声调节器为逻辑门电路，超声调节器连接报警电源；报警电源连接至报警器；打开开关，驱动电源发出电信号至发射端压电晶片，发射端压电晶片将电信号转换为超声波信号，经发射端匹配层传输至发射端声透镜，发射端声透镜将超声波信号聚焦进管道；当管道中的液体位于报警液面以上时，超声波信号经液体传输至接收端声透镜，再经接收端匹配层至接收端压电晶片，将超声波信号转换为电信号，电信号传输至超声调节器，电信号大于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路为断路；当管道中的液体低于报警液面时，发射端声透镜与接收端声透镜间为空气，超声波信号不能在空气中传输，而通过管道的管壁传播的超声波信号会发散，因此接收端声透镜只能接收到微弱的超声波信号，此时接收端压电晶片将微弱的电信号传输至超声调节器，微弱的电信号低于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路导通，从而接通报警电源，报警器发出警报。

作为高液位报警器，本发明的管道液面超声报警器包括：发射端超声换能器、接收端超声换能器、驱动电源、开关、超声调节器、报警电源以及报警器；其中，发射端超声换能器与接收端超声换能器相对设置在管道的侧壁外表面，并且二者高度的中心位于同一垂直于管道的中心轴的平面上，二者高度的中心所在的平面为报警液面；发射端超声换能器和接收端超声换能器为相同的结构，发射端超声换能器包括依次设置在发射端衬底上的发射端压电晶片、发射端匹配层和发射端声透镜，接收端超声换能器包括依次设置在接收端衬底上的接收端压电晶片、接收端匹配层和接收端声透镜；发射端声透镜和接收端声透镜的表面形状与管道的侧壁外表面相匹配，发射端声透镜和接收端声透镜相对，通过耦合剂紧贴在管道的侧壁外表面；发射端压电晶片连接至驱动电源，驱动电源连接开关；接收端压电晶片连接至超声调节器，超声调节器为逻辑门电路，超声调节器连接报警电源；报警电源连接至报警器；打开开关，驱动电源发出电信号至发射端压电晶片，发射端压电晶片将电信号转换为超声波信号，经发射端匹配层传输至发射端声透镜，发射端声透镜将超声波信号聚焦进管道；当管道中的液体位于报警液面以下时，发射端声透镜与接收端声透镜间为空气，超声波信号不能在空气中传输，而通过管道的管壁传播的超声波信号会发散，因此接收端声透镜只能接收到微弱的超声波信号，此时接收端压电晶片将微弱的电信号传输至超声调节器，微弱的电信号低于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路为断路；当管道中的液体高于报警液面时，超声波信号经液体传输至接收端声透镜，再经接收端匹配层至接收端压电晶片，将超声波信号转换为电信号，电信号传输至超声调节器，电信号大于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路导通，从而接通报警电源，报警器发出警报。

超声调节器为逻辑门电路，当电信号大于逻辑门电路的逻辑阈值时，逻辑门电路为断路；当电信号小于逻辑门电路的逻辑阈值时，逻辑门电路导通，从而接通报警电源。

发射端超声换能器和接收端超声换能器的高度小于5mm。

发射端衬底和接收端衬底采用吸收超声波的材料；采用环氧树脂与钨粉的混合材料。

报警器采用蜂鸣器和/或LED报警灯。

驱动电源和报警电源采用重量较轻的钮扣电池或者是重量较轻的锂电池。

驱动电源和开关封装在驱动盒中；超声调节器、报警电源和报警器封装在报警盒中；驱动盒和报警盒均为塑料盒，或者是质量较轻的金属盒。驱动盒和报警盒扣在一起，并且在驱动盒和/或报警盒上设置通孔，连接管道的输液细管从两个通孔中间穿过。

本发明的另一个目的在于提供一种管道液面超声报警器的报警方法。

本发明的管道液面超声报警器的低液位报警方法，包括以下步骤：

1)分别在发射端声透镜和接收端声透镜的表面涂抹耦合剂，将发射端声透镜和接收端声透镜相对紧贴在管道的侧壁外表面，并且发射端超声换能器和接收端超声换能器的高度中心位于同一垂直于管道的中心轴的平面上，二者高度的中心所在的平面为报警液面；

2)打开开关，驱动电源发出电信号至发射端压电晶片，发射端压电晶片将电信号转换为超声波信号，正面经发射端匹配层传输至发射端声透镜，反面传播的超声波信号被发射端衬底吸收，发射端声透镜将超声波信号聚焦进管道；

3)当管道中的液体位于报警液面以上时，超声波信号经液体传输至接收端声透镜，再经接收端匹配层至接收端压电晶片，将超声波信号转换为电信号，电信号传输至超声调节器，电信号大于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路为断路；

4)当管道中的液体低于报警液面时，发射端声透镜与接收端声透镜间为空气，超声波信号不能在空气中传输，而通过管道的管壁传播的超声波信号会发散，因此接收端超声换能器能接收到微弱的超声波信号，此时接收端压电晶片将微弱的电信号传输至超声调节器，微弱的电信号低于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路导通，从而接通报警电源，报警器发出警报。

本发明的管道液面超声报警器的高液位报警方法，包括以下步骤：

1)分别在发射端声透镜和接收端声透镜的表面涂抹耦合剂，将发射端声透镜和接收端声透镜相对紧贴在管道的侧壁外表面，并且发射端超声换能器和接收端超声换能器的高度中心位于同一垂直于管道的中心轴的平面上，二者高度的中心所在的平面为报警液面；

2)打开开关，驱动电源发出电信号至发射端压电晶片，发射端压电晶片将电信号转换为超声波信号，正面经发射端匹配层传输至发射端声透镜，反面传播的超声波信号被发射端衬底吸收，发射端声透镜将超声波信号聚焦进管道；

3)当管道中的液体位于报警液面以上时，发射端声透镜与接收端声透镜间为空气，超声波信号不能在空气中传输，而通过管道的管壁传播的超声波信号会发散，因此接收端超声换能器能接收到微弱的超声波信号，此时接收端压电晶片将微弱的电信号传输至超声调节器，微弱的电信号低于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路为断路；

4)当管道中的液体低于报警液面时，超声波信号经液体传输至接收端声透镜，再经接收端匹配层至接收端压电晶片，将超声波信号转换为电信号，电信号传输至超声调节器，电信号大于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路导通，从而接通报警电源，报警器发出警报。

其中，在步骤4)中，当管中的液体低于报警液面时，只有通过管壁传输的超声波信号被接收端超声换能器接收，此时超声波信号微弱，低于通过液体传播接收的超声波信号强度的1/4。

本发明的优点：

本发明采用将发射端超声换能器和接收端超声换能器分别相对紧贴在管道的侧壁外表面，二者高度中心所在的平面为报警液面，并通过声透镜将超声波聚焦至管道内，当管道中的液体位于报警液面以上时，超声波信号经液体传输至接收端超声换能器，将超声波信号转换为电信号，电信号传输至超声调节器；作为低液位报警器，当管道中的液体低于报警液面时，接收端超声换能器接收到的超声波信号非常微弱，此时微弱的电信号传输至超声调节器，低于逻辑阈值，超声调节器导通启动报警电源，报警器发出警报；本发明利用超声波本身属性，通过特别设计，能够精确地对液体液位实时在线监控，不在安全范围即会自动发出警报，有效监控液体的输入情况，从而保障输液安全。本发明不仅可以用作静脉输液中药液液位报警，还能够用于监测其他管道中的液体液面。

附图说明

图1为本发明的管道液面超声报警器的一个实施例的示意图；

图2为本发明的管道液面超声报警器的一个实施例的发射端超声换能器的示意图；

图3为本发明的管道液面超声报警器的一个实施例安装在茂菲氏滴管上的示意图。

图4为本发明的管道液面超声报警器的一个实例安装在茂菲氏滴管上的实验结果图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例的管道液面超声报警器包括：发射端超声换能器1、接收端超声换能器2、驱动电源3、开关4、超声调节器5、报警电源6、蜂鸣器71和LED报警灯72；其中，发射端超声换能器与接收端超声换能器相对设置在茂菲氏滴管0的侧壁外表面，并且二者高度的中心位于同一垂直于茂菲氏滴管的中心轴的平面上，二者高度的中心所在的平面为报警液面；发射端超声换能器和接收端超声换能器为相同的结构，如图2所示，发射端超声换能器1包括依次设置在发射端背衬11上的发射端压电晶片12、发射端匹配层13和发射端声透镜14，接收端超声换能器包括依次设置在接收端背衬上的接收端压电晶片、接收端匹配层和接收端声透镜；发射端声透镜14和接收端声透镜的表面形状与茂菲氏滴管的侧壁外表面相匹配，发射端声透镜和接收端声透镜相对，通过耦合剂紧贴在茂菲氏滴管0的侧壁外表面；发射端压电晶片12通过导线连接至驱动电源3，驱动电源3连接开关4；接收端压电晶片通过导线连接至超声调节器5，超声调节器5连接报警电源6；报警电源连接至蜂鸣器71和LED报警灯72。

驱动电源3和开关4封装在驱动盒8中；超声调节器5、报警电源6、蜂鸣器71和LED报警灯72封装在报警盒中；驱动盒和报警盒均为塑料盒。驱动盒和报警盒扣在一起，并且在盒壁上设置5mm的通孔，连接茂菲氏滴管的输液细管01从两个通孔中间穿过，轻轻地放在茂菲氏滴管上。

本实施例的管道液面超声报警器的低液位报警方法，包括以下步骤：

1)分别在发射端声透镜和接收端声透镜的表面涂抹耦合剂，耦合剂采用水，将发射端声透镜和接收端声透镜相对紧贴在茂菲氏滴管的侧壁外表面，用线箍固定在茂菲氏滴管外表面上，并且发射端超声换能器和接收端超声换能器位于同一垂直于茂菲氏滴管的中心轴的平面上，二者所在的平面为报警液面；将驱动电源3和开关4封装在驱动盒8中，将超声调节器5、报警电源6和蜂鸣器71和LED报警灯72封装在报警盒中，驱动盒和报警盒扣在一起，连接茂菲氏滴管的输液细管01从两个通孔中间穿过，轻轻地放在茂菲氏滴管0上，如图3所示；

2)打开开关，驱动电源发出电信号至发射端压电晶片，发射端压电晶片将电信号转换为超声波信号，经发射端匹配层传输至发射端声透镜，发射端声透镜将超声波信号聚焦进茂菲氏滴管；

3)当茂菲氏滴管中的药液位于报警液面以上时，超声波信号经药液传输至接收端声透镜，再经接收端匹配层至接收端压电晶片，将超声波信号转换为电信号，电信号传输至超声调节器；

4)当茂菲氏滴管中的药液低于报警液面时，发射端声透镜与接收端声透镜间为空气，超声波信号不能在空气中传输，只有1/6的微弱的超声波信号通过茂菲氏滴管管壁传播过去，因此接收端超声换能器能接收到超声波信号微弱，此时接收端压电晶片将微弱的电信号传输至超声调节器，微弱的电信号低于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路导通，从而接通报警电源，报警器发出警报。

图4是实例的实验结果图，其中图(a)说明当茂菲氏滴管中药液的液面低于安全范围时，发射信号与接收信号对比；图(b)说明当茂菲氏滴管中药液液面处于安全范围中时发射信号与接收信号对比。对比图(a)和图(b)中接收信号可以发现，处在安全范围中时，接收信号是报警时(不安全)接收信号的6倍左右。证实本发明安全可行。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种管道液面超声报警器，其特征在于，作为低液位报警器，所述超声报警器包括：发射端超声换能器、接收端超声换能器、驱动电源、开关、超声调节器、报警电源以及报警器；其中，所述发射端超声换能器与接收端超声换能器相对设置在管道的侧壁外表面，并且二者高度的中心位于同一垂直于管道的中心轴的平面上，二者高度的中心所在的平面为报警液面；所述发射端超声换能器和接收端超声换能器为相同的结构，所述发射端超声换能器包括依次设置在发射端衬底上的发射端压电晶片、发射端匹配层和发射端声透镜，接收端超声换能器包括依次设置在接收端衬底上的接收端压电晶片、接收端匹配层和接收端声透镜；所述发射端声透镜和接收端声透镜的表面形状与管道的侧壁外表面相匹配，发射端声透镜和接收端声透镜相对，通过耦合剂紧贴在管道的侧壁外表面；所述发射端压电晶片连接至驱动电源，所述驱动电源连接开关；所述接收端压电晶片连接至超声调节器，所述超声调节器为逻辑门电路，所述超声调节器连接报警电源；所述报警电源连接至报警器；打开开关，驱动电源发出电信号至发射端压电晶片，发射端压电晶片将电信号转换为超声波信号，经发射端匹配层传输至发射端声透镜，发射端声透镜将超声波信号聚焦进管道；当管道中的液体位于报警液面以上时，超声波信号经液体传输至接收端声透镜，再经接收端匹配层至接收端压电晶片，将超声波信号转换为电信号，电信号传输至超声调节器，电信号大于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路为断路；当管道中的液体低于报警液面时，发射端声透镜与接收端声透镜间为空气，超声波信号不能在空气中传输，而通过管道的管壁传播的超声波信号会发散，因此接收端声透镜只能接收到微弱的超声波信号，此时接收端压电晶片将微弱的电信号传输至超声调节器，微弱的电信号低于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路导通，从而接通报警电源，报警器发出警报。

2.一种管道液面超声报警器，其特征在于，作为高液位报警器，所述超声报警器包括：发射端超声换能器、接收端超声换能器、驱动电源、开关、超声调节器、报警电源以及报警器；其中，所述发射端超声换能器与接收端超声换能器相对设置在管道的侧壁外表面，并且二者高度的中心位于同一垂直于管道的中心轴的平面上，二者高度的中心所在的平面为报警液面；所述发射端超声换能器和接收端超声换能器为相同的结构，发射端超声换能器包括依次设置在发射端衬底上的发射端压电晶片、发射端匹配层和发射端声透镜，所述接收端超声换能器包括依次设置在接收端衬底上的接收端压电晶片、接收端匹配层和接收端声透镜；所述发射端声透镜和接收端声透镜的表面形状与管道的侧壁外表面相匹配，发射端声透镜和接收端声透镜相对，通过耦合剂紧贴在管道的侧壁外表面；所述发射端压电晶片连接至驱动电源，所述驱动电源连接开关；所述接收端压电晶片连接至超声调节器，所述超声调节器为逻辑门电路，所述超声调节器连接报警电源；所述报警电源连接至报警器；打开开关，驱动电源发出电信号至发射端压电晶片，发射端压电晶片将电信号转换为超声波信号，经发射端匹配层传输至发射端声透镜，发射端声透镜将超声波信号聚焦进管道；当管道中的液体位于报警液面以下时，发射端声透镜与接收端声透镜间为空气，超声波信号不能在空气中传输，而通过管道的管壁传播的超声波信号会发散，因此接收端声透镜只能接收到微弱的超声波信号，此时接收端压电晶片将微弱的电信号传输至超声调节器，微弱的电信号低于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路为断路；当管道中的液体高于报警液面时，超声波信号经液体传输至接收端声透镜，再经接收端匹配层至接收端压电晶片，将超声波信号转换为电信号，电信号传输至超声调节器，电信号大于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路导通，从而接通报警电源，报警器发出警报。

3.如权利要求1或2所述的超声报警器，其特征在于，所述超声调节器为逻辑门电路，当电信号大于逻辑门电路的逻辑阈值时，逻辑门电路为断路；当电信号小于逻辑门电路的逻辑阈值时，逻辑门电路导通，从而接通报警电源。

4.如权利要求1或2所述的超声报警器，其特征在于，所述发射端超声换能器和接收端超声换能器的高度小于5mm。

5.如权利要求1或2所述的超声报警器，其特征在于，所述报警器采用蜂鸣器和/或LED报警灯。

6.如权利要求1或2所述的超声报警器，其特征在于，所述驱动电源和报警电源采用钮扣电池或者是锂电池。

7.如权利要求1或2所述的超声报警器，其特征在于，所述驱动电源和开关封装在驱动盒中；超声调节器、报警电源和报警器封装在报警盒中；驱动盒和报警盒均为塑料盒，或者是质量较轻的金属盒。

8.如权利要求7所述的超声报警器，其特征在于，所述驱动盒和报警盒扣在一起，并且在驱动盒和/或报警盒上设置通孔，连接管道的输液细管从两个通孔中间穿过。

9.一种管道液面超声报警器的低液位报警方法，其特征在于，所述报警方法包括以下步骤：

1)分别在发射端声透镜和接收端声透镜的表面涂抹耦合剂，将发射端声透镜和接收端声透镜相对紧贴在管道的侧壁外表面，并且发射端超声换能器和接收端超声换能器的高度中心位于同一垂直于管道的中心轴的平面上，二者高度的中心所在的平面为报警液面；

2)打开开关，驱动电源发出电信号至发射端压电晶片，发射端压电晶片将电信号转换为超声波信号，正面经发射端匹配层传输至发射端声透镜，反面传播的超声波信号被发射端衬底吸收，发射端声透镜将超声波信号聚焦进管道；

3)当管道中的液体位于报警液面以上时，超声波信号经液体传输至接收端声透镜，再经接收端匹配层至接收端压电晶片，将超声波信号转换为电信号，电信号传输至超声调节器，电信号大于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路为断路；

4)当管道中的液体低于报警液面时，发射端声透镜与接收端声透镜间为空气，超声波信号不能在空气中传输，而通过管道的管壁传播的超声波信号会发散，因此接收端超声换能器能接收到微弱的超声波信号，此时接收端压电晶片将微弱的电信号传输至超声调节器，微弱的电信号低于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路导通，从而接通报警电源，报警器发出警报。

10.一种管道液面超声报警器的高液位报警方法，其特征在于，所述报警方法包括以下步骤：

1)分别在发射端声透镜和接收端声透镜的表面涂抹耦合剂，将发射端声透镜和接收端声透镜相对紧贴在管道的侧壁外表面，并且发射端超声换能器和接收端超声换能器的高度中心位于同一垂直于管道的中心轴的平面上，二者高度的中心所在的平面为报警液面；

2)打开开关，驱动电源发出电信号至发射端压电晶片，发射端压电晶片将电信号转换为超声波信号，正面经发射端匹配层传输至发射端声透镜，反面传播的超声波信号被发射端衬底吸收，发射端声透镜将超声波信号聚焦进管道；

3)当管道中的液体位于报警液面以上时，发射端声透镜与接收端声透镜间为空气，超声波信号不能在空气中传输，而通过管道的管壁传播的超声波信号会发散，因此接收端超声换能器能接收到微弱的超声波信号，此时接收端压电晶片将微弱的电信号传输至超声调节器，微弱的电信号低于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路为断路；

4)当管道中的液体低于报警液面时，超声波信号经液体传输至接收端声透镜，再经接收端匹配层至接收端压电晶片，将超声波信号转换为电信号，电信号传输至超声调节器，电信号大于逻辑门电路的逻辑阈值，逻辑门电路导通，从而接通报警电源，报警器发出警报。