CN108680765A - 流速感测装置及流速感测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流速感测装置及流速感测系统，流速感测装置包含第一超音波传感器、第二超音波传感器以及处理器。第一超音波传感器邻接于输液管的管壁，用以沿第一方向发送第一超音波。第二超音波传感器邻接于输液管的管壁，用以在接收到第一超音波时，立刻以相反于第一方向的第二方向发送第二超音波至第一超音波传感器。输液管位于第一超音波传感器与第二超音波传感器之间。处理器电性连接第一超音波传感器及第二超音波传感器，用以根据第一超音波的第一传播时间及第二超音波的第二传播时间，计算输液管内的液体流速。

Description

流速感测装置及流速感测系统

技术领域

本发明涉及一种感测装置及系统，且尤其涉及一种流速感测装置及流速感测系统。

背景技术

随着医疗技术的发展与普及，使用输液帮浦(infusion pump)是智能医院的未来趋势。

过去在侦测输液帮浦的流速时都是利用马达转速来推估输液速度，无法得知输液过程中是否有异常情形发生，一种替代性的做法是在输液管内放置可重复使用的流速传感器来直接侦测液体流速，但这样的做法又会增加污染输液管内药物的风险。

因此，如何能侦测输液管内的真实流速以避免异常状况发生时的误判，且兼具不增加污染输液管内药物风险的前提下，找到一个可靠的输液流速侦测方法实为一重要的课题。

发明内容

本发明提供的一种实施例涉及一种流速感测装置，包含：第一超音波传感器、第二超音波传感器以及处理器。第一超音波传感器邻接于输液管的管壁，用以沿第一方向发送第一超音波。第二超音波传感器邻接于输液管的管壁，用以在接收到第一超音波时，立刻以相反于第一方向的第二方向发送第二超音波至第一超音波传感器。输液管位于第一超音波传感器与第二超音波传感器之间。处理器电性连接第一超音波传感器及第二超音波传感器，用以根据第一超音波的第一传播时间及第二超音波的第二传播时间，计算输液管内的液体流速。

本发明提供的另一种实施例涉及一种流速感测系统，包含：输液管、输液马达模块以及流速感测装置。输液管用以传输液体。输液马达模块用以挤压输液管以推进液体于输液管内沿流动方向传输。流速感测装置用以侦测液体的液体流速。流速感测装置包含第一超音波传感器、第二超音波传感器以及处理器。第一超音波传感器邻接于输液管的管壁，用以沿第一方向发送第一超音波。第二超音波传感器邻接于输液管的管壁，用以接收第一超音波时沿相反于第一方向的第二方向发送第二超音波至第一超音波传感器。输液管位于第一超音波传感器与第二超音波传感器之间。处理器电性连接第一超音波传感器及第二超音波传感器，用以根据第一超音波的第一传播时间及第二超音波的第二传播时间，计算输液管内的液体流速。

本发明提供的装置和系统可以实现可靠的输液流速侦测。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1是根据本发明部分实施例绘示的一种流速感测系统的示意图。

图2是根据本发明部分实施例绘示的一种流速感测方法的流程图。

图3是根据本发明其他部分实施例绘示的一种流速感测系统的示意图。

图4是根据本发明部分实施例绘示的一种流速感测装置的示意图。

图5是根据本发明其他部分实施例绘示的一种流速感测方法的流程图。

图6是根据本发明其他部分实施例绘示的一种流速感测方法的流程图。

图7是根据本发明其他部分实施例绘示的一种流速感测系统的示意图。

附图标记：

100：流速感测系统

120：输液管

140：输液马达模块

160：控制模块

180：轴编码器

200：流速感测装置

220：处理器

300：流速感测方法

S1、S2：超音波传感器

U1、U2：超音波

T1、T2：传播时间

Vl：液体流速

CS：控制讯号

DS：驱动讯号

RS：马达转速

SS：停止讯号

D1、D2：方向

Dv：流动方向

R：内径

θ：夹角

具体实施方式

配合所附图式对下文所述实施例作详细说明，但所描述的具体实施例仅用以解释本案，并不用来限定本案，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由组件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。

请参考图1。图1是根据本发明部分实施例绘示的一种流速感测系统100的示意图。在部分实施例中，流速感测系统100包含输液管120、输液马达模块140及流速感测装置200。在其他部分实施例中，流速感测系统100还包含控制模块160和/或轴编码器180。

结构上，输液马达模块140与输液管120相接触，而流速感测装置200亦与输液管120相邻。输液马达模块140分别透过控制模块160和/或轴编码器180电性耦接流速感测装置200。在部分实施例中，输液管120的两端分别连接盛装液体的容器以及待输液的对象。

操作上，输液管120用以传输液体，其中液体可为液态药品或任何液态流体。输液马达模块140用以挤压输液管120以推进液体于输液管120内沿流动方向Dv传输。流速感测装置200用以侦测液体的液体流速Vl。控制模块160用以根据流速感测装置200输出的流速控制讯号CS控制输液马达模块140的转速。轴编码器180用以侦测并输出输液马达模块140的马达转速RS或旋转总量至流速感测装置200。

为便于说明起见，流速感测系统100当中各个组件的具体操作将于以下段落中结合图式进行说明。请结合图1和图2。图2是根据本发明部分实施例所绘示的流速感测方法300的流程图。首先，在步骤S310中，输液马达模块140开始进行输液。举例来说，在部分实施例中，控制模块160接收到输液马达模块140的相关设定参数(例如，预设马达转速、预设输液总量)及控制讯号CS，控制模块160输出驱动讯号DS至输液马达模块140以控制输液马达模块140运转。

在步骤S340中，由流速感测装置200判断液体流速Vl是否异常。若液体流速Vl异常时，则发出警报讯息，如步骤S350。若液体流速Vl并无异常时，则进行步骤S360。具体而言，在部分实施例中，由流速感测装置200侦测液体流速Vl，当液体流速Vl小于阈值时，流速感测装置200判断出现异常状况，例如，输液管120设置异常。当液体流速Vl未小于阈值时，流速感测装置200判断为正常状况。

在其他部分实施例中，由轴编码器180侦测输液马达模块140的马达转速RS，并由轴编码器180将马达转速RS传送至流速感测装置200。由流速感测装置200根据侦测到的液体流速Vl和马达转速RS计算其之间的流速误差ΔV。当流速误差ΔV超过误差容许值时，流速感测装置200判断输液出现异常状况。当流速误差ΔV未超过误差容许值时，流速感测装置200判断输液为正常状况。

在部分实施例中，流速感测装置200可包含警示灯和/或警示喇叭，警报讯息可为警示灯闪烁及/或警示喇叭发出警示音。接着，在步骤S370中，由流速感测装置200传送停止讯号SS至控制模块160，并由控制模块160传送停止讯号SS至输液马达模块140以使其停止作动。

当流速感测装置200判断为正常状况时，进行步骤S360，由流速感测装置200根据液体流速Vl计算液体输出量，并判断液体输出量是否达设定的目标输出量。具体而言，由流速感测装置200根据累计液体流速Vl及对应的时间的积以计算液体输出量。

当液体输出量达到设定的目标输出量时，进行步骤S370，由流速感测装置200透过控制模块160传送停止讯号SS至输液马达模块140以使其停止运转。

当液体输出量未达到设定的目标输出量时，进行步骤S380，由控制模块160传送驱动讯号DS至输液马达模块140以控制其继续进行输液。

如此一来，流速感测系统100可根据流速感测装置200所侦测的液体流速Vl和/或液体流速Vl与马达转速RS计算所得的流速误差ΔV，以判断是否出现异常状况，并发出警报且停止马达运转。

为进一步说明流速侦测装置200侦测液体流速Vl的操作，请参考图3。图3是根据本发明其他部分实施例绘示的一种流速感测装置200的示意图。于图3所示实施例中，与图1的实施例中相似的组件以相同的组件符号表示，其操作已于先前段落说明者，于此不再赘述。和图1所示实施例相比，在本实施例中，流速感测装置200包含第一超音波传感器S1、第二超音波传感器S2以及处理器220。

结构上，第一超音波传感器S1及第二超音波传感器S2皆邻接于输液管120的管壁上。输液管120位于第一超音波传感器S1与第二超音波传感器S2之间。在部分实施例中，如图3所示，以流动方向Dv为坐标轴向，输液管120的输送端为原点、接收端为坐标轴正向，则第一超音波传感器S1的位置较第二超音波传感器S2的位置靠近原点。

操作上，如图3所示，第一超音波传感器S1用以沿第一方向D1发送第一超音波U1至第二超音波传感器S2。第二超音波传感器S2用以接收第一超音波U1，并沿相反于第一方向D1的第二方向D2发送第二超音波U2至第一超音波传感器S1。在部分实施例中，第二超音波传感器S2用以在接收到第一超音波U1，立刻以相反于第一方向D1的第二方向D2发送第二超音波U2至第一超音波传感器S1。此外，第二超音波传感器S2和第一超音波传感器S1分别将第一超音波U1的第一传播时间T1和第二超音波U2的第二传播时间T2传送至处理器220。

具体而言，请参考图4。图4是根据本发明部分实施例绘示的一种流速感测装置200的示意图。如图4所示，代表第一超音波U1传递方向的第一方向D1与液体的流动方向Dv之间呈现夹角θ。即，代表第二超音波U2传递方向的第二方向D2与液体的流动方向Dv之间呈现夹角180度-θ。在部分实施例中，夹角θ可为小于90度且大于等于0度的任意角度。换言之，第一方向D1于输液管120内液体的流动方向Dv上的分量大于0，而第二方向D2在输液管120内液体的流动方向Dv上的分量小于0。

举例来说，如图4所示，第一超音波传感器S1邻接于输液管120上靠近输送端的位置，并沿着与流动方向Dv夹角45度的第一方向D1发送第一超音波U1至第二超音波传感器S2。第二超音波传感器S2邻接于输液管120上靠近接收端的位置，并在接收到第一超音波U1后沿着与流动方向Dv夹角135度的第二方向D2发送第二超音波U2至第一超音波传感器S1。

另一方面，请参考图3，处理器220电性耦接控制模块160和/或轴编码器180，并电性连接第一超音波传感器S1及第二超音波传感器S2。在其他部分实施例中，处理器220亦可以有线或无线方式通讯连接于第一超音波传感器S1及第二超音波传感器S2。处理器220用以根据接收到的第一超音波U1的第一传播时间T1及第二超音波U2的第二传播时间T2，计算输液管120内液体的液体流速Vl。

具体而言，如第4图所示，输液管120的内径为R，其中R可为大于0之任意数值。在部分实施例中，内径R为2.4毫米。在其他部分实施例中，内径R为3.17毫米。根据第一超音波U1的发送方向D1与液体流动方向Dv之间的夹角θ，可计算出超音波行径的距离为R/sinθ，液体流速Vl在第一方向D1上的分量为Vcosθ。因此，第一超音波U1的第一传播时间T1及第二超音波U2的第二传播时间T2可分别由下式计算而得：

其中，C_o为超音波在静止的液体中传播的速度，M为超音波传感器收发的次数，M为任意正整数。

如此一来，处理器220可根据第一超音波传感器S1和第二超音波传感器S2所传送的第二传播时间T2和第一传播时间T1，以下式计算得到液体流速Vl：

此外，由于超音波在不同介质中传播时，超音波的讯号强度不同，因此可藉由第二超音波传感器S2或第一超音波传感器S1所接收第一超音波U1或第二超音波U2的讯号强度，以判断输液管120内是否出现异常状况。

具体而言，请结合图3和图5。图5是根据本发明其他部分实施例绘示的一种流速感测方法300的流程图。于图5所示实施例中，与图2的实施例中相似的步骤以相同的符号表示，其说明已于先前段落描述者，于此不再赘述。和图2所示实施例相比，在本实施例中，流速感测方法300更包含步骤S320。

在部分实施例中，操作S310的输液马达模块140开始进行输液后，接着，进行操作S320，由流速感测装置200中的处理器220接收第一超音波传感器S1和/或第二超音波传感器S2所传送的讯号强度，并根据讯号强度判断输液管120是否出现异常状况，例如，输液管120内不存在液体和/或输液管120内液体含有气泡。

具体而言，由于超音波在不同介质中的传导能力不同，因此当输液管120内不存在液体、存在纯液体以及存在含气泡的液体等等不同情况下，处理器所接收到超音波回传的讯号强度也会有所差异。据此，若处理器220接收到的讯号强度低于阀值，处理器220判断输液管120内不存在液体。举例来说，输液管120内不存在液体(即只有空气)与存在液体的超音波讯号强度相差约两个数量级。

当处理器220判断输液管120内出现异常时，进行步骤S350，使得流速感测装置200发出警报。详细说明已于先前段落描述，于此不再赘述。

如此一来，流速感测装置200可根据超音波强度讯号以判断输液管120内是否存在液体和/或输液管120内液体是否含有气泡，并发出警报且停止马达运转。

请结合图3和图6。图6是根据本发明其他部分实施例绘示的一种流速感测方法300的流程图。于图5所示实施例中，与图2、图5的实施例中相似的步骤系以相同的符号表示，其说明已于先前段落描述者，于此不再赘述。和图5所示实施例相比，在本实施例中，步骤S320包含步骤S321、S322，步骤S340包含步骤S341～S343，步骤S350包含步骤S351～S357。

首先，在步骤S310后进行步骤S321。在步骤S321中，流速感测装置200的处理器220根据第一超音波传感器S1或第二超音波传感器S2所接收的第二超音波U2或第一超音波U1的讯号强度判断输液管120内是否存在液体。

当处理器220判断输液管120内不存在液体时，则进行操作S351，流速感测装置200用以发出无装管警报。接着进行步骤S370，流速感测装置200输出停止讯号SS至控制模块160，以控制输液马达模块140停止运转。

当处理器220判断输液管120内存在液体时，则进行步骤S322，流速感测装置200的处理器220用以根据第二超音波传感器S2或第一超音波传感器S1所接收的第二超音波U2或第一超音波U1的讯号强度判断输液管120内是否含有气泡。

当流速感测装置200的处理器220判断输液管120内含有气泡时，进行步骤S352，流速感测装置200的处理器220计算累积的气泡含量。具体而言，处理器220根据讯号强度推估当前流经超音波的液体中的气泡含量，并将其乘上对应的时间后求和以获得累计的气泡含量。

接着，进行步骤S353，流速感测装置200的处理器220用以根据累计的气泡含量判断是否大于容忍含量。在部分实施例中，流速感测装置200内默认有人体所能容忍血液中的气泡含量，或根据实际状况需求设定气泡容忍含量。

当流速感测装置200的处理器220判断累计的气泡含量大于容忍含量时，则进行步骤S354，流速感测装置200发出气泡警报，接着进行步骤S370。步骤S370已于先前段落描述，于此不再赘述。

当流速感测装置200的处理器220判断输液管120内未含有气泡或累计的气泡含量未大于容忍含量时，则进行步骤S341，流速感测装置200的处理器220用以判断液体流速Vl是否小于阈值。在部分实施例中，流速感测装置200内默认液体流速的阈值，或根据实际状况需求设定液体流速阈值。

当流速感测装置200的处理器220判断液体流速Vl小于阈值时，则进行步骤S355，流速感测装置200发出装管错误警报，接着进行步骤S370。

举例来说，若输液管120的设置方向相反，如图7所示，液体被挤压趋向相反于流动方向Dv时，第一超音波传感器S1发送至第二超音波传感器S2之第一超音波U1的第一传播时间T1可能小于或相近于第二超音波传感器S2发送至第一超音波传感器S1的第二超音波U2的第二传播时间T2。因此，根据上述计算液体流速Vl的公式可求得液体流速Vl约为0或者为负数。

继续结合图3和图6。当流速感测装置200的处理器220判断液体流速Vl未小于阈值时，则进行步骤S342，流速感测装置200的处理器220用以计算液体流速Vl与马达转速RS之间的流速误差ΔV，并判断流速误差ΔV是否超过第一误差容许值E1。

当流速感测装置200的处理器220判断流速误差ΔV超过第一误差容许值E1时，则进行步骤S356，流速感测装置200的处理器220用以发出阻塞警报，接着进行步骤S370。

举例来说，在部分实施例中，当输液管的内径R约为2.4毫米，而轴编码器180侦测到的马达转速约为1rpm(Revolutions Per Minute，转每分)时，液体流速应约为每分钟0.26毫升。若第一误差容许值E1预设为30％，当流速感测装置200侦测到的液体流速约为每分钟0.13毫升时，流速感测装置200所计算的流速误差ΔV为50％。由于50％大于30％，流速感测装置200判断流速误差ΔV超过第一误差容许值E1，并发出阻塞警报。

当流速感测装置200的处理器220判断流速误差ΔV未超过第一误差容许值E1时，则进行操作S343，流速感测装置200的处理器220用以判断流速误差ΔV是否超过第二误差容许值E2。在部分实施例中，第一误差容许值E1大于第二误差容许值E2。

当流速感测装置200的处理器220判断流速误差ΔV超过第二误差容许值E2时，则进行操作S357，流速感测装置200的处理器220用以发出换管警报。接着进行操作S370。换言之，当流速误差ΔV未超过第一误差容许值E1但超过第二误差容许值E2时，代表虽然管内无阻塞但装置的输液管管径与预设有所差异而导致流速产生误差，因此处理器220将发出换管警报。

当流速感测装置200的处理器220判断流速误差ΔV未超过第二误差容许值E2时，则进行操作S360。操作S360已于先前段落描述，于此不再赘述。

举例来说，在部分实施例中，当输液管的内径R约为3.17毫米，而轴编码器180侦测到的马达转速约为5rpm时，液体流速应约为每分钟1.48毫升。若第二误差容许值E2预设为5％，当流速感测装置200侦测到的液体流速约为每分钟1.42毫升时，流速感测装置200所计算的流速误差ΔV为4％。由于4％小于5％，则流速感测装置200判断流速误差ΔV未超过第二误差容许值E2，为正常状况。

综上所述，本案通过应用上述各个实施例中，藉由超音波传感器S1、S2侦测的讯号强度、处理器220根据超音波传播时间T1、T2所计算液体流速Vl以及轴编码器180侦测的马达转速RS，使得流速感测装置200可判断输液管120设置是否正常、输液管120内是否堵塞以及液体是否含有过多气泡，据此发出相对应的警报提醒并停止输液，进而得以加速障碍的排除，使输液能正常进行。

虽然本发明已通过实施方式在上文公开，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种流速感测装置，其特征在于，包含：

一第一超音波传感器，邻接于一输液管的管壁，用以沿一第一方向发送一第一超音波；

一第二超音波传感器，邻接于该输液管的管壁上，该输液管位于该第一超音波传感器与该第二超音波传感器之间，该第二超音波传感器用以在接收到该第一超音波时，立刻以相反于该第一方向的一第二方向发送一第二超音波至该第一超音波传感器；以及

一处理器，电性连接该第一超音波传感器及该第二超音波传感器，用以根据该第一超音波的一第一传播时间及该第二超音波的一第二传播时间，计算该输液管内的一液体流速。

2.如权利要求1所述的流速感测装置，其特征在于，该处理器更用以当该液体流速小于一阈值时，判断该输液管设置异常。

3.一种流速感测系统，其特征在于，包含：

一输液管，用以传输一液体；

一输液马达模块，用以挤压该输液管以推进该液体于该输液管内沿一流动方向传输；以及

一流速感测装置，用以侦测该液体的一液体流速，包含：

一第一超音波传感器，邻接于该输液管的管壁上，用以沿一第一方向发送一第一超音波；

一第二超音波传感器，邻接于该输液管的管壁上，该输液管位于该第一超音波传感器与该第二超音波传感器之间，用以接收该第一超音波时沿相反于该第一方向的一第二方向发送一第二超音波至该第一超音波传感器；以及

一处理器，电性连接该第一超音波传感器及该第二超音波传感器，用以根据该第一超音波的一第一传播时间及该第二超音波的一第二传播时间，计算该输液管内的该液体流速。

4.如权利要求3所述的流速感测系统，其特征在于，还包含一控制模块，电性连接该输液马达模块及该流速感测装置，用以根据该流速感测装置输出的一流速控制讯号控制该输液马达模块。

5.如权利要求4所述的流速感测系统，其特征在于，该流速感测装置还用以根据该液体流速计算一液体输出量，当该液体输出量达一目标输出量时，输出一停止讯号至该控制模块以控制该输液马达模块停止运转。

6.如权利要求4所述的流速感测系统，其特征在于，该流速感测装置还用以当该液体流速小于一阈值时，发出一装管错误警报并输出一停止讯号至该控制模块以控制该输液马达模块停止运转。

7.如权利要求4所述的流速感测系统，其特征在于，当根据该第二超音波传感器或该第一超音波传感器所接收的该第一超音波或该第二超音波的一讯号强度判断该输液管内不存在该液体时，该流速感测装置还用以发出一无装管警报并输出一停止讯号至该控制模块，以控制该输液马达模块停止运转。

8.如权利要求4所述的流速感测系统，其特征在于，该流速感测装置还用以根据该第二超音波传感器或该第一超音波传感器所接收的该第一超音波或该第二超音波的该讯号强度判断该输液管内一气泡含量。

9.如权利要求8所述的流速感测系统，其特征在于，当该气泡含量大于一容忍含量时，该流速感测装置发出一气泡警报并输出一停止讯号至该控制模块以控制该输液马达模块停止运转。

10.如权利要求4所述的流速感测系统，其特征在于，还包含一轴编码器，电性连接该输液马达模块及该流速感测装置，用以侦测并输出该输液马达模块的一马达转速或一旋转总量至该流速感测装置，其中该流速感测装置计算该液体流速与该马达转速之间的一流速误差，以判断是否有异常状况。