CN109152906B - 用于检测透明或部分透明容器中的液位的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种捕集碗，用于积聚来自过滤器的液滴作为液体内容物。所述捕集碗包括透明的竖直棱镜。所述透明竖直棱镜包括面，所述面形成面向该部分的内容物的竖直透明表面。当该部分的内容物是一种气体时，所述面可以提供第一全反射角，而当该部分的内容物是所述液体内容物时，所述面可以提供第二全反射角。光源可以发射以一定入射角在所述面上入射的光束。当所述面具有所述第一全反射角时，所述入射角导致所述光束的反射，从而撞击光接收器，并且当所述面具有所述第二全反射角时，所述入射角导致所述光束的折射，从而错过所述光接收器。

Description

用于检测透明或部分透明容器中的液位的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年5月3日提交的题为“用于检测透明或部分透明容器中的液位的装置和方法(APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING LIQUID LEVEL IN A CLEAR ORPARTIALLY CLEAR CONTAINER)”的美国专利申请号62/331,117的优先权，所述美国专利申请的内容以引用方式整体并入本文。

技术领域

本公开一般涉及将来自患者呼吸回路的采样吸入气流的液体颗粒移除(例如，过滤)和收集在容器或捕集器中，所述患者呼吸回路附属于呼吸机和/或治疗气体输送系统(例如，吸入一氧化氮气体输送系统)。

背景技术

许多患者可受益于在吸气呼吸气流中接收治疗气体(例如，一氧化氮气体)。治疗气体可以例如从附属于呼吸机(例如，恒定流量呼吸机、可变流量呼吸机、高频呼吸机、双水平气道正压力呼吸机或BiPAP呼吸机等)的呼吸回路来输送。在操作中，可以将治疗气体注入在呼吸机装置的呼吸回路中流动的吸气呼吸气体中。该吸入治疗气体通常通过治疗气体输送系统以恒定浓度提供，所述恒定浓度基于治疗气体与呼吸气体的成比例输送而提供。此外，采样系统(例如，附属于治疗气体输送系统)可以连续引入吸气呼吸气流，以至少确认吸气呼吸气流中的所需剂量的治疗气体正被输送给患者。示例性操作可以包括采样泵抽吸吸气流(例如，在患者附近)，以确认所需的治疗气体浓度实际上被输送给患者。

一种这样的治疗气体是吸入一氧化氮(iNO)，其可以用作对患者产生血管舒张作用的治疗气体。当吸入时，iNO起到扩张肺部血管，从而改善血液氧合，并且例如降低肺动脉高压的作用。因此，对于患有包括但不限于缺氧性呼吸衰竭(HRF)和持续性肺动脉高压(PPH)的各种肺病变的患者，在吸气呼吸气体中提供一氧化氮。iNO的实际给药通常通过以气体形式与其他正常吸入气体一起引入患者体内来进行。例如，可以将iNO从iNO输送系统引入到与呼吸机相关的患者呼吸回路的吸气流中。

单独地和/或与iNO结合，患者可以接收含有液体颗粒(例如，雾化的医用溶液和悬浮液，来自潮湿空气的水分等)和/或其他颗粒的吸气呼吸气流。然而，如上所述，iNO输送系统可以包括采样系统，以确认输送给患者的iNO的剂量。虽然吸气呼吸流中的液体颗粒可能为患者提供额外的益处，但是它们也可能污染采样系统(例如，气体分析仪)。因此，有时需要过滤具有液体颗粒和/或其他颗粒的采样吸气呼吸气流，以减轻气体采样系统的污染。

与从吸气呼吸流中过滤液体颗粒相关联，需要捕集被移除的液体颗粒。这种捕集器的各种配置以及涉及检测捕集器中的液位的各种技术是已知的。液位检测的附加期望特征可以包括对捕集器的各种取向的容差、检测捕集器的正确安装的能力、简单性以及对不同容量的捕集器的简便适应性。因此，需要一种改进的装置和方法来捕集和检测从提供给有需要的患者的吸气呼吸气流中过滤的液体颗粒的累积液位。

发明内容

一般而言，本公开的方面涉及从含有湿气、水蒸气、雾化液体或其他液体组分的气流中去除液体颗粒的过滤装置和方法。也可以去除微粒。更具体地，本公开的方面涉及从附属于呼吸机和/或治疗气体输送系统(例如，吸入一氧化氮气体输送系统)的患者呼吸回路的采样吸气气流中去除液体颗粒和/或颗粒的过滤装置和方法。

一个或多个公开的实施方案涉及一种过滤捕集装置，该过滤捕集装置在一方面可以包括捕集碗，该捕集碗被配置成积聚来自过滤器的液滴作为液体内容物，并且可以具有或提供相关的透明圆周棱镜。在一个方面，面可以形成捕集碗的圆周内表面。根据一个或多个实现方式，面可以在气体抵靠圆周内表面时提供第一全反射角，并且在液体内容物抵靠圆周内表面时提供第二全反射角。在一个方面，过滤捕集装置还可以包括光源，该光源可以被配置为发射以入射角来入射在面上的光束，并且可以包括光接收器。在一个方面，可以选择透明圆周棱镜的光学折射率，使得当面具有第一全反射角时，入射角提供光束的反射，以便撞击光接收器，并且当面具有第二全反射角时，可以提供光束的折射，从而错过光接收器。

在一方面，过滤捕集装置还可包括过滤器。根据另外的方面，过滤器可包括入口通道、出口通道和中间通道。在一个或多个实现方式中，过滤器可以被配置为在入口通道处接收治疗气体的样品，从治疗气体移除液滴以形成过滤的治疗气体，并且将液滴输送通过中间通道，以及从气体出口通道输出过滤的治疗气体。

在一个方面，面可以是上面，并且捕集碗的圆周内表面可以是或可以形成上圆周内表面。根据一个或多个另外的方面，透明圆周棱镜还可以包括下面，并且下面可以形成捕集碗的下圆周内表面。在一个或多个实现方式中，上面和下面可以形成夹角，在一个方面，该夹角可以围绕捕集碗周向地向外打开。在另一方面，上面和下面可以在顶点处相交，该顶点可以围绕捕集碗呈周向的。在示例性方面，角度可以关于参考平分线对称地布置，所述参考平分线又可以从顶点向外延伸。

根据一个或多个实现方式，光源可以被配置为将光束作为准直光束来发射，并且在大致平行于参考平分线的方向上发射准直光束。在一个方面，不管捕集碗的旋转取向如何，当面具有第一全反射角时，入射角导致光束的反射，撞击光接收器，并且当面具有第二全反射角时，导致光束的折射，错过光接收器。在一个方面，参考平分线可以在参考圆锥中延伸，该参考圆锥围绕捕集碗呈周向并且包含顶点。此外对于一个或多个实现方式，夹角可以是大约90度。而且，在一个或多个实现方式中，入射角可以是大约45度。

在一方面，透明圆周棱镜还可包括光束接收面。在一个相关方面中，准直光束可以在一定的布置中，在入射点处入射到光束接收面，在所述布置中，在入射点处，与光束接收面相切的参考平面是垂直于准直光束的。在一个或多个实现方式中，光束接收面可以是围绕捕集碗的外表面周向延伸的斜面。

一个或多个公开的另外的实施方案还涉及一种过滤捕集装置，在一个方面，该过滤捕集装置可以包括捕集碗，所述捕集碗被配置为积聚来自过滤器的液滴作为液体内容物。在一个方面，捕集碗可包括沿竖直方向延伸的部分，并且可包括透明竖直棱镜。根据一个方面，透明竖直棱镜可以包括可以形成竖直透明表面的面，所述竖直透明表面面向该部分的内容物。在另一方面，面可被配置成当所述部分的内容物是气体时提供第一全反射角，并且当所述部分的内容物是液体内容物时提供第二全反射角。根据一个或多个实现方式的示例性过滤捕集装置还可包括光源，其配置成发射以入射角来入射在面上的光束，以及光接收器。在一个方面，当面具有第一全反射角时，入射角以及光学折射的某些关系或比率，可以提供光束的反射，以便撞击光接收器，并且当面具有第二全反射角时，提供光束的折射，以便错过光接收器。

在一个或多个实现方式中，滤波器捕集装置还可以包括可调节的发射器/接收器支撑件，其可以包括被配置为附接到光学发射器/接收器的支撑元件。在一个方面，可调节的发射器/接收器支撑件还可以包括选择性致动的升降支撑件，其在竖直方向上的选择性高度处支撑光学发射器/接收器。

在一个方面，面可以是第一面，并且竖直透明表面可以是第一竖直透明表面。根据另一方面，透明竖直棱镜还可包括第二面，并且第二面可形成面向该部分的内容物的第二竖直透明表面。在一个方面，当该部分的内容物是气体时，第二面也可以提供第一全反射角，而当该部分的内容物是液体内容物时，第二面也可以提供第二全反射角。

一个或多个公开的实施方案涉及一种过滤捕集装置，该过滤捕集装置在一方面可以包括捕集碗，其被配置成积聚来自过滤器的液滴作为液体内容物。在一个方面，捕集碗可包括可沿竖直方向延伸的透明圆形部分。根据一个或多个方面，透明圆形部分可由具有光学折射率的材料形成。在一个实现方式中，过滤捕集装置可包括偏移光源，其被配置成发射入射在透明圆形部分的外表面上的光束。在一个方面，在入射点处，光束可以包括平行于与入射点相切的参考线的矢量分量，以及与入射点处的参考线垂直的矢量分量。根据一个或多个实现方式，过滤捕集装置可包括偏移光接收器。如上所述，在一个或多个方面，用于透明圆形部分的材料可以由具有特别选择的光学折射率的材料形成。这些方面可以包括选择光学折射率，使得当气体内容物抵靠透明部分时，光束沿第一路径折射，并且当液体内容物抵靠透明部分时，光束沿着第二路径折射，其中第一路径入射在光接收器上，第二路径错过光接收器。

根据以下详细描述、附图和权利要求，本公开的其他特征和方面将是显而易见的。

附图说明

参考以下结合附图进行的详细描述，将更全面地理解本公开的特征和优点，其中：

图1A示出了根据一个或多个实施方案的过滤器和填充液位检测捕集器组件的一种实现方式的正面横截面图，所述组件包括圆周棱镜和成角度光束发射器/检测器，以及响应于操作填充液位，通过圆周棱镜的返回反射的示例方面；

图1B示出了图1A捕集碗的一部分的根据图1A切割平面投影2-2的正视图，示出了根据一个或多个实施方案的示例性圆周棱镜的上棱镜面；

图1C示出了根据一个或多个实施方案的图1A的过滤器和填充液位检测捕集器组件，其具有捕集碗中的示例性超过最大填充液位，以及通过成角度光束的非返回式折射得到的检测；

图2通过与图1A相同的投影的部分分解图示出了根据一个或多个实施方案的包括圆周棱镜的捕集碗与图1A的过滤器壳体分离的示例性分离；

图3示出了根据一个或多个实施方案的一个示例性捕集碗附接结构的从图1A切割平面投影1-1的正视图；

图4示出了在根据一个或多个实施方案的向患者输送治疗气体的方法中，向患者施用气体治疗的过程中的示例性操作的方框图，包括验证捕集捕集器安装和填充液位；

图5示出了根据一个或多个实施方案的过滤器和捕集器组件的一种实现方式的正面横截面图，所述组件包括通过竖直棱镜和光束来进行的填充液位和捕集碗对准检测，以及响应于操作填充液位和正确安装捕集碗的光束的示例性返回反射的某些特征；

图6示出了根据一个或多个实施方案的图5中所示的过滤器和捕集碗组件的具有竖直棱镜的示例性捕集碗的一个透视图；

图7示出了来自图5投影3-3的横截面图，其中没有描绘光束；

图8示出了来自图5投影3-3的横截面图，其中没有描绘光束，图5中示出的响应于操作填充液位和正确安装捕集碗的光束的返回反射的示例性方面；

图9从与图5相同的正面横截面图示出了根据一个或多个示例性实施方案的示例性过填充状态，以及光束的相应非返回折射的部分；

图10示出了来自图9投影4-4的根据一个或多个相应实施方案的响应于适当安装捕集碗的示例性过填充状态的光束的非返回折射的投影视图；

图11A示出了来自图5投影3-3的根据一个或多个实施方案的过滤器和竖直棱镜捕集碗组件的一个示例实现方式的投影视图，所述组件包括偏移光学检测器，其用于检测填充液位和捕集碗安装。图11B和11C从与图11A相同的投影示出了可由偏移光学检测器提供的附加能力；

图12示出了来自图5投影3-3的根据一个或多个实施方案的过滤器和捕集器组件的另一实现方式的投影视图，所述组件包括偏移发射器光束和偏移检测器，提供基于折射的填充液位检测；

图13示出了在根据一个或多个实施方案的用于向患者输送治疗气体的方法中，在图11A、11B、11C和图12实现方式中的一个或多个上执行的检测示例性捕集碗填充状态的过程中的示例性操作的方框流程表示；和

图14说明性地描绘了根据一个或多个实施方案的呼吸气体供应装置中的过滤器和液位检测捕集器组件的一个示例性实现方式的各方面。

具体实施方式

本公开一般涉及捕集悬浮在气体中或由气体携带的特定材料，所述特定材料在通过专门过滤来移除并且在捕集容器中收集后聚集成液态。要移除并且在捕集容器中收集的特定材料可包括例如水蒸气、蒸汽状态的其他液体、其他雾化液体、雾化医用溶液和悬浮液等。在一些实施方案中，材料的移除和捕集可以在向患者(例如，从呼吸机回路接收呼吸气体的患者，所述呼吸气体可包括硝酸和其他治疗气体)输送治疗气体的情形下。例如，实现方式可以包括在使样品通过采样装置之前从通过吸气肢体的呼吸气体样品中去除这种特定材料。采样装置可以被配置为连续确认至少给药(例如，一氧化氮浓度等)以及其他参数(例如，二氧化氮浓度、氧气浓度等)，可以安装在呼吸气体源和采样装置之间，可以减少污染，例如，改善采样装置的操作和/或寿命。

在样品气体到达采样装置之前过滤悬浮或夹带的水蒸气或其他液体组分的概念有时可称为“水捕集器”或“过滤捕集器”。然而，本公开涉及不仅仅可以除去水，而且可以除去例如各种雾化药物的一些实现方式。

术语液体颗粒和/或颗粒在本文中以其最广泛的形式使用，以包括可以在气流中的任何和所有颗粒，不论是液体或固体，有机或无机颗粒，例如但不限于雾化的医用溶液和悬浮液，气溶胶，来自加湿空气的水分，或通过呼吸回路输送的治疗产生的患者呼吸回路中存在的其他污染物。有时，术语液体颗粒、颗粒、物质等单独使用或指代要去除的共同材料组。

术语“过滤器”和“过滤”在本文中以其最广泛的含义使用，包括从气体中除去或分离液体的任何和所有类型和程度，并且还可以包括去除在一些情况中存在的其他非液体微粒。

图1A示出了根据一个或多个实施方案的过滤器和填充液位检测捕集器组件100的一种实现方式的正面横截面图，其包括圆周棱镜和光束发射器/检测器。图1A另外示出了根据一个或多个实施方案的响应于操作填充液位的圆周棱镜的返回反射的示例方面。

参照图1A，过滤器和填充液位检测捕集器组件100可包括过滤器壳体102，过滤器壳体102的形状和尺寸适于保持布置在捕集碗106上方的过滤器，例如示例性过滤器104。过滤器104的操作可以包括通过过滤器进入通道108接收治疗气体样品，然后从样品中移除呈液滴LD形式的液体并将它们沉积在捕集碗106中，然后将过滤后的样品气体从过滤器出口通道110排出。过滤器104可包括过滤器第一中间通道112和过滤器第二中间通道114，过滤器第一中间通道112允许液体液滴LD进入捕集碗，过滤器第二中间通道114用于传递来自捕集碗108的样品气体并通过过滤器出口通道110排出。示例性气体通过过滤器104的流动以及捕集碗106用液滴LD的相关填充将在后面更详细地描述。然而，对于本领域技术人员来说，过滤器104的内部结构的进一步详细描述对于理解本公开的概念不是必需的，所述概念足以制造和使用采用一个或多个实施方案的实例，因此这个详细描述予以省略。

应当理解，图1A所示的过滤器壳体102和过滤器104的形状和相对尺寸仅用于举例的目的，并不意图为本公开的范围或根据其概念实施的实现方式。

参考图1A，在一个或多个实现方式中，捕集碗106可包括圆周棱镜116。在相关联的方面，形成圆周棱镜116的捕集碗06的至少这些部分可以是透明的。

应当理解，在捕集碗106的情况下，“透明”不限于肉眼的“透视”可见性。例如，普通技术人员将理解，在“透明”含义内的透射率可以至少部分地取决于诸如准直光束CB的强度、光路的长度(至少部分地由捕集碗106的厚度和尺寸来确定)、圆周棱镜116的横截面尺寸，以及光发射器/接收器118的光检测器部分的灵敏度的因素。

在一种实现方式中，圆周棱镜116可以与捕集碗106成一体，例如，作为捕集碗106的外表面的特定配置，如图1A所示。在其他实现方式中，其中的实例在本公开中稍后更详细地描述，圆周棱镜116可以单独形成并且附接到捕集碗106。

在一个方面，圆周棱镜116可包括上棱镜面116U和下棱镜面116L，其在横截面中观察时可形成V形布置的圆周面，所述圆周面形成夹角θ1，所述夹角θ1从顶点120V在向外方向上围绕平分线BL对称地打开。

图1B示出了图1A的捕集碗106的一部分的来自图1A的切割平面投影2-2的正视图，示出了上棱镜面116U和顶点116V的周向配置。从图1A的切割平面投影2-2看，下棱镜面116L虽然没有明确可见，但是在上棱镜面116U下方并与其对准。

参照图1A，过滤器和填充液位检测捕集器组件100可以包括光发射器/接收器118，其可以被配置为例如发射准直光束(下文中称为“CB”)，并检测这种光的接收。在一个方面，光发射器/接收器118可以被配置和布置成在与上棱镜面116U和下棱镜面116L之间的夹角θ1的平分线BL平行或近似平行的方向上发射CB。在一个方面，捕集碗106可具有外部光束接收面106A，用于从光学发射器/接收器118的发射器接收CB。外部光束接收面106A例如可以是周向斜面。周向斜面可以被配置成垂直于平分线BL。由于CB与平分线BL平行或近似平行，因此CB将以法向入射撞击外部光束接收面106A(即，周向斜面)，这将避免CB的折射。因此，准直光束CB将以入射角θ2撞击上棱镜面116U，该入射角θ2约为夹角θ1的一半。

现在将描述材料的被称为“N1”的光学折射率的示例选择，所述材料用于形成CB通过的捕集碗106的透明部分，以提供在圆周棱镜116上方的顶表面TSL的检测。

参照图1A，直到被捕集的液体TL的顶表面TSL到达上棱镜面116U，捕集碗106内的抵靠上棱镜面116U的物质将是空气或另一种气体，没有相当大的含水量。干燥空气或干燥气体的光学折射率将被称为“N2”。出于本说明书的目的，N2将近似为整数1。当被捕集的液体TL的表面TSL到达上棱镜面116U时，水或具有类似于水的光学折射率(将被称为“N3”)的另一种液体将抵靠上棱镜面。出于本说明书的目的，假设捕集的液体TL是水，N3可以近似为1.5。

根据Snell定律，如果CB到上棱镜面116U的入射角θ2满足或超过如下面的等式(1)中定义的全反射角“TFA”，则CB将从上棱镜面116U全反射，并且将作为第一全反射光束(以下称“CBF”)离开：

TFA＝Sin-¹(N3/N1)等式(1)

出于说明的目的，将假设大约90度的示例θ1值，例如，上棱镜面116U大致垂直于下棱镜面116L。因此，假设CB与二等分线BL对准，入射角θ2将是θ1的一半，即大约45度。

将导致CB的全内反射(假设θ2约为45度)的N3的必要值可以通过将45度和N1＝1插入等式(1)中来解决，如下所示

45＝Sin-¹(1/N3)->Sin(45)＝1/N3->N3＝1/Sin(45)≈1/.707，或1.41

因此，如果CB穿过其中以撞击上棱镜面116U的捕集碗108的透明材料的折射率大于1.41，则CB将从上棱镜面116U全反射。

出于说明的目的，具有约1.6的光学折射率的透明聚碳酸酯将用作捕集碗106的示例性透明材料，CB穿过该透明材料以撞击上棱镜面116U。由于1.6大于1.41，CB将被上棱镜面116U全反射。事实上，将N3＝1.6和N1＝1插入等式(1)会产生以下全反射角TFA值：

Sin-¹(1/1.6)≈38.5度。

如上所述，CBF从上棱镜面116U的离去角与θ2相同，约为45度。由于在图1A的实例中，上棱镜面116L和下棱镜面116U是垂直的，因此CBF以与θ2相同的入射角(即大约45度)撞击下棱镜面116L。假设被捕集的液体TL的上表面TSL没有到达下棱镜面116L，因此CBF将被下棱镜面116L全反射，作为第二全反射光束(下文称为“CBS”)离开。CBS的离去角(可见但未单独标记)与θ2相同，即约45度。因此，CBS将返回并撞击光发射器/接收器118的光接收器(图1A中未单独可见)。

图1C示出了图1A的过滤器和填充液位检测捕集器组件，具有捕集碗106中的流体TL的示例性超过最大填充液位，以及CB的最终折射路径。参照图1C，在所描绘的超过最大填充状态下，抵靠上棱镜面116U的TL的物质将是水或类似特征流体，其折射率N2约为1.5。继续使用聚碳酸酯(具有约1.6的N3)作为形成捕集碗110的透明区域的材料并且用N2代替N1，在图1C超过最大状态中，等式(1)产生以下CB的全反射角的值：

全反射(过度填充状态)＝Sin^-1(1.5/1.6)≈70度。

由于45度小于70度，CB将不会从上棱镜面116U全反射，而是将作为折射光束继续进入流体TL(下文中称为“CRB”，如图中所示)。因此，没有光束将返回到光发射器/接收器118的光接收器。

在一个方面，具有圆周棱镜116的捕集碗106可以选择性地从过滤器壳体102移除以进行维修或更换。图2通过过滤器和填充液位检测捕集器组件100的部分分解图示出了从过滤器壳体102移除捕集碗106。在一个方面，可以例如通过捕集器壳体102的捕集碗附接特征和捕集碗106的上部附接部分的机械配合来提供捕集碗106与过滤器壳体102的选择性附接和移除。

将参考图1A、1B和3描述用于过滤器壳体102的捕集碗附接特征的一个示例结构，其中图1C示出了从图1A的切割平面投影2-2的正视图。参照图1A和图3，在一个方面，捕集碗附接构件120可以设置在过滤器壳体102的下部上。捕集碗附接构件120的一种实现方式可包括圆形外壁122(以CR为中心)，如图1A所示，其可沿方向DR突出距离D1，并且可具有从中心CR径向延伸的半径R1。方向DR可以是例如“向下”，即朝向地球。

参照图1A和1B，在一个方面，捕集碗106可包括上附接部分106A，其可形成具有半径R2和深度D2的圆形容器106S。在一个方面，圆形容器106S和圆形外壁122的机械配合可以通过将半径R2设置为略大于R1，在圆形外壁122上配置外螺纹(图中未明确可见)并且在圆形容器106S上配置相应内螺纹来提供。为方便起见，圆形外壁122上的外螺纹和圆形容器表面106S上的相应内螺纹可统称为“捕集碗附接螺纹”(图中未明确显示)。捕集碗附接螺纹是“左手”还是“右手”可以是应用特定的，并且至少部分地可以是设计选择。

在一个方面，通过沿第一旋转方向(即逆时针或顺时针方向)旋转捕集碗106直到其与过滤器壳体102分离，可以移除或分离捕集碗106，如图2所示。可以通过将圆形外壁122与圆形容器106S对准，促使捕集碗附接螺纹接合，并且使捕集碗106沿相反或第二旋转方向(即顺时针或逆时针方向)旋转来更换捕集碗106。

参照图1A，在一种实现方式中，至少一个密封接收槽(例如代表性示例性密封槽124)可以在圆形外壁122或圆形容器106S中，或两者中形成。密封槽124或等同物的形状和尺寸可以设计成为相应的液密密封构件，例如代表性的液密密封构件126提供支撑。液密密封构件126的一个示例性实现方式可包括传统的“O形环”。

如上所述，过滤器104可配置有过滤器进入通道108、过滤器第一中间通道112、过滤器第二中间通道114和过滤器出口通道110。在一个或多个实现方式中，过滤器壳体102可包括过滤器壳体进入通道128和过滤器壳体出口通道130。在一个方面，过滤器壳体102和过滤器104可以配置成使得过滤器壳体进入通道128基本上与过滤器进入通道108对准，并且过滤器壳体出口通道130基本上与过滤器出口通道110对准。

参考图1A，将描述过滤器104的示例性操作，以及由此产生的捕集碗106的填充。为方便起见，图1A具有治疗气流的叠加图，其各个部分标记为“GF”、“GI”和“GT”。同样为了方便描述，气流部分GF将被称为“未过滤气体GF”，气流部分GI将被称为“中间过滤气体GI”，并且气流部分GT将被称为“最终过滤气体GT”。操作可包括未过滤的气体GF进入过滤器壳体进入通道128，并传递至过滤器进入通道108中，因此过滤器104的第一操作(其可通过图1A中未明确可见的结构和操作执行)可移除来自治疗气体的一些或所有液体颗粒。然后，所得的中间过滤气体GI可以通过过滤器第一中间通道112排出，并进入捕集碗106内的剩余容量空间RC。液滴LD可以向下通过过滤器第一中间通道112落下并且落到顶表面TSL上，所述液滴从未过滤的气体GF中移除以获得中间过滤的气体GI。通过迫使中间过滤气体GI进入剩余容量空间RC的压力来推动，中间过滤气体GI可以进入过滤器第二中间通道114。在一个方面，中间过滤气体GI然后可以穿过过滤器104内的附加过滤结构(图1A中不可见)以实现最终过滤气体GT，所述最终过滤气体GT通过过滤器出口通道110和过滤器壳体出口通道130离开。在一个替代实现方式中，过滤器104的全部或基本上全部的液体去除功能可以在中间过滤气体GI离开过滤器第一中间通道112之前执行。

图4示出了在根据一个或多个实施方案的向患者输送治疗气体的方法中，表示验证捕集碗安装和液位的过程中的示例性操作的方框流程400。为方便起见，将参考图1A-1D描述流程400中的某些操作的示例性能。参考图4，流程400中的操作可以在开始事件402处开始，然后进行到判定框404。启动事件的实例可以包括为治疗气体输送系统供电，例如在本公开中稍后参考图14描述的示例系统1400。在一个方面，开始事件402中的操作可以包括例如向发送/接收器118施加电力，以发射准直光束CB。

流程400可以根据是否接收到反射光束从判定框404继续进行。所有图示，404处的操作可以包括确定图1A的光发送/接收器118是否接收到反射的CBS波束。“是”表示安装有诸如捕集碗106的捕集碗并且具有诸如流体TL的流体的操作液位(例如，从空的到恰好低于最大填充的液位)。然后，流程400可以进行到406并且执行例如从被输送到患者的治疗气体接收样品气体的操作，然后进行到408以确定是否仍然接收到反射光束。如果408处的答案为“是”，则流程可以循环回到406。应当理解，框406和408的循环布置不一定意味着顺序循环。例如，框406和408可以表示“继续直到”过程，例如，继续接收样品气体直到例如由于停止接收反射光束而中断。在408处接收或肯定地检测到“否”时，流程400可以进行到410通知用户或维护人员清空捕集容器，例如，移除捕集碗106，清空它并重新安装它。然后流程400可以返回到404，并且恢复重复上述操作。

上述示例操作在判定框404处假定为“是”。404处的“否”表示没有接收到反射光束，例如，光学发送/接收器118未接收到CBS波束。在一个示例性解决过程中，流程可以进行到412并且通知用户或维护人员检查是否安装了捕集碗。如果用户或维护人员观察到未安装捕集碗，则流程400可以进行到414并等待指示(例如，按下用户界面按钮)已经安装了捕集碗，于是流程400可以返回到404。如果用户或维护人员在412处观察到捕集碗(或至少看起来)已经安装，则流程400可以进行到416并且通知用户或维护人员检查捕集碗液位是否太高。例如，用户或维护人员可以在视觉上检查是否上述捕集碗透明部分是可见透明的。如果用户或维护人员观察到捕集碗处于过度填充状态，则流程400可以进行到418并且等待指示(例如，按下另一个用户界面按钮)捕集碗已被清空并重新安装，于是流程400可以返回到404。如果在416处用户或维护人员观察到或以其他方式确定捕集碗未处于过度填充状态，则在从用户或维护人员接收到这种观察时(例如，按下另一个用户界面按钮)，流程400可以进行到418并生成维修检查通知。

图5示出了根据一个或多个实施方案的过滤器和捕集器组件500的一个实现方式的正面横截面图，该过滤器和捕集器组件500包括具有竖直棱镜504的捕集碗502和另一个光学发射器/接收器506。图5还部分地通过入射和反射光束的叠加视图(标记为“LB1”)示出了根据一个或多个实施方案的操作填充液位和适当安装捕集碗的竖直棱镜检测的示例方面。图6示出了根据一个或多个实施方案的图5所示的过滤器和捕集碗组件的具有竖直棱镜504的示例性捕集碗502的一个透视图。图7从图5的投影4-4示出了具有竖直棱镜504的示例性捕集碗502的横截面视图，省略了来自光学发射器/接收器506的光束的可见表示。图8示出了图7的视图，其叠加了由光发射器/接收器506产生的示例性准直光束CLB，以及随后反射回光学发射器/接收器506的图形描绘，如将稍后更详细地描述。

为了集中于与过滤器和填充液位检测捕集器组件100不同的所示方面和特征，过滤器和捕集器组件500将在假设与参考图1A-3所述的相同的过滤器壳体102和过滤器104的情况下进行描述。类似地，可以假设具有竖直棱镜504的捕集碗502可以具有或可以提供与圆形容器106S相当的结构，例如，具有内螺纹(在图5中未明确可见)，所述内螺纹被配置为与如上所述在圆形外壁(在图5中部分可见，但未单独标记)上的螺纹配合。

在一个方面，过滤器和捕集器组件500可包括可调节的发射器/接收器支撑件508，其可包括配置成附接到光学发射器/接收器506的支撑元件510。在一个实现方式中，可调节发射器/接收器支撑件508可包括导螺杆510，并且支撑元件510可以是螺纹套管(图5中未明确可见)，其固定到光学发射器/接收器506并且导螺杆510可以在螺纹接合中穿过该螺纹套管。在一个方面，可调节发射器/接收器支撑件508可包括选择性致动的升降支撑件(图5中未明确可见)。例如，选择性致动的升降支撑件可以是伺服马达(图5A中未明确可见)，或者是手动致动机构(图5A中未明确可见)或两者，其配置成选择性地旋转导螺杆510，如由定向箭头AR表示。可调节发射器/接收器支撑件508的示例性操作由光学发射器/接收器506的下部定位的假体图像(标记为506')示出。

参照图6，在一个方面，竖直棱镜504可以与捕集碗502成一体，例如，在注射模具中一起铸造。在另一方面，捕集碗502可以顺序地形成为没有竖直棱镜504的临时捕集碗，然后例如通过透明粘合剂(图5中未明确可见)附接到临时捕集碗的内表面(在图6中部分可见，但未单独编号)。

参照图7，竖直棱镜504可以配置有第一竖直棱镜面504L和第二竖直棱镜面504R，它们可以彼此平行，并且平行于捕集碗502的竖直延伸的中心轴线CVX来竖直延伸。在一个方面，第一竖直棱镜面504L和第二竖直棱镜面504R可以布置成形成夹角θ5，所述夹角θ5从竖直延伸的顶点504V向外打开。出于说明的目的，夹角θ5的示例值将被选为大约90度。在一个方面，第一竖直棱镜面504L和第二竖直棱镜面504R可以被配置为使得夹角θ5关于竖直棱镜平分线BVL对称。另外，第一竖直棱镜面504L和第二竖直棱镜面504R可以配置成使得竖直棱镜平分线BVL从捕集碗502的竖直延伸的中心轴线CVX径向延伸。

参照图8，在相关联的方面，光学发射器/接收器506可以被配置和布置成发射准直光束CLB，该准直光束CLB与竖直棱镜平分线BVL平行或近似平行地对准。此外，参考图5，光学发射器/接收器506可以被布置成将准直光束(下文中称为“CLB”)在垂直于竖直延伸的中心轴线CVX的平面(在图5-8中未明确可见)中传输。

继续参考图8，在一个方面，透明材料至少形成捕集碗502的区域，CLB穿过该区域以撞击第一竖直棱镜面504L，以及FLR和SLR穿过的区域，将在后面的段落中进一步描述。或者，整个捕集碗502可由透明材料形成。

根据一个方面，光学发射器/接收器506可以被布置成使得准直光束CLB在垂直于在此点处与外表面相切的平面(图中未明确可见)的方向上撞击捕集碗502的外表面。因此，假设(为了示例)夹角θ5大约为90度，CLB将以45度的入射角(图8中可见但未单独标记)撞击第一竖直棱镜面504L。这与CB撞击上棱镜面116U的入射角θ2基本相同，即45度的角度θ2。

图5示出了液体填充TL的上表面TLS低于CLB撞击第一竖直棱镜面504L的高度。出于描述的目的，将假设至少捕集碗502的透明区域及其竖直棱镜504由聚碳酸酯形成，如上文所述的实例所假设的。如上所述，聚碳酸酯的光学折射率可近似为1.6。因此，将值1.6插入Snell全反射定律的等式(1)实例中，并且使用45度的示例入射角，CLB将被第一竖直棱镜面504L全内反射。结果，这将建立第一横向反射光束FLR，接着是第二横向反射光束SLR，其将返回并撞击光学发射器/接收器506。

图9从与图5相同的投影示出了根据一个或多个示例性实施方案，响应于液体填充TL的上表面TLS处于或高于CLB撞击第一竖直棱镜面504L的点所进行的操作。假设聚碳酸酯材料(N1等于约1.6)并参考等式(1)，当液体填充TL的上表面TLS到达CLB撞击第一竖直棱镜面504L的点时，总反射角将为Sin-¹(1.5/1.6)，约为70度。入射角度，即45度，小于70度。因此，CLB将不会从第一竖直棱镜面504L全反射。相反，CLB的大部分将作为折射光束继续进入流体TL(下文中称为“RFR”，如图中标记的)。因此，返回到光发射器/接收器506的光接收器的原始CLB的任何部分(如果有的话)将不被检测为返回。

图10从图9的投影5-5示出了具有竖直棱镜504的示例性捕集碗502的横截面视图，示例性准直光束CLB和折射光束RFR的另一图形描绘。

图11A从图5的投影3-3示出了示例性过滤器和竖直棱镜捕集碗组件1100的投影图。过滤器和竖直棱镜捕集碗组件1100可包括过滤器和竖直棱镜捕集碗组件500，其与偏移光学接收器1102(也标记为“S2”)和直径相对的光学接收器1104(也标记为“S3”)一起配置。出于描述示例操作的目的，光发射器/接收器506的接收器元件可替代地称为“第一光学接收器506”，偏移光学接收器1102可替代地称为“第二光学接收器1102”，并且在直径上相对光学接收器1104可替代地称为“第三光学接收器1104”。根据各个方面，第二光接收器1102和第三光接收器1104可以提供附加的状态检测能力。第一示例能力在图11A中示出，并且类似于上面参考图7和8描述的能力，即，正确安装的捕集碗502(即，CLB与竖直棱镜504的竖直棱镜平分线BVL对准)，在操作填充液位(即，液体内容物TL的顶表面TLS低于CLB)。图11B中示出了第二示例性能力，即，正确安装但过度填充的捕集碗502。第三示例性能力可以检测并分解至两种状态，即，未正确安装(例如，旋转)的捕集碗502和缺失捕集碗502。

参照图11A，假设如上参考图5和8所述的示例值，发射的准直光束CLB将以45度的入射角照射第一竖直棱镜面504L。假设竖直棱镜504的示例光学折射率(大约1.6)，总反射角大约为38度。因此，参考图5和8描述的反射将使CLB基本上返回到光发射器/接收器506。

参照图11B，并且继续假设竖直棱镜504具有足够接近水的光学折射率(例如1.5)的光学折射率(例如，1.6)，45度入射角将远远小于全反射角度。因此，CLB的重要部分将以折射角θ7作为第一折射光束RF1继续进入捕集碗502的内容物中。当第一折射光束RF1在点IFP处撞击捕集碗内容物材料和捕集碗502的材料的界面时，它将再次以折射角度θ8折射并继续作为第二折射光束RF2。假设正确设置偏移θ6，第二折射光束RF2将撞击偏移(或第二)光学传感器1102。

参照图11C，如上所述，当正确安装捕集碗502时，光发射器/接收器506使CLB与竖直棱镜平分线BVL对准。因此，当如图11C所示旋转捕集碗502时，CLB将在基本垂直于该外表面的方向上撞击捕集碗502的外表面。因此，不管不同光学折射率的界面如何，CLB将穿过中心轴线CVX，并因此撞击第三光学传感器1104。但是，状态检测可能存在不明确性。例如，如果捕集碗502缺失(未在图11A-11C中明确示出)，则CLB也将继续其原始发射方向并撞击第三光学传感器1104。

图12示出了来自图5的投影3-3的过滤器和捕集器组件的另一实现方式的投影图，其将被称为“偏移光束，基于折射的过滤器和捕集器组件1200”。偏移光束，基于折射的过滤器和捕集器组件1200的示例性实现方式可包括透明捕集碗1202(部分地在图12中示出)、偏移光学发射器1204和偏移光学检测器1206。

在一个方面，偏移光学发射器1204可以被配置为在初始入射点IP1处沿入射到外表面(在图12中的横截面中可见)的方向上发射偏移准直光束OCL。假设捕集碗的光学折射率例如约为1.6，准直光束被折射并作为RFA继续前进，直到它撞击透明捕集碗1202与其内容物之间的界面。例如，假设在界面处的捕集碗1202的内容物是空气或具有大约1的光学折射率的另一种气体。因此，折射光束RFA将再次作为RFB折射，并继续前进直到它在IP2处撞击从捕集碗1202的内容物到捕集碗1202的界面。然后光束可以通过RFC和RFD的折射前行，直到它撞击偏移光接收器1206。

上述折射段序列，RFA、RFB、RFC和RFD可以称为“非填充光路”。如果光束穿过的捕集碗1202的内容物是水，则每次折射将更少。得到的标记为RXA、RXB和RXC的区段导致光束错过偏移光接收器1206。所描述的区段RXA、RXB和RXC可以被称为“超过最大填充状态光路”。

参照图12，可以理解，OCL的一个方面是，在其初始入射点IP1处，它不是垂直于捕集碗1202的外表面。换句话说，OCL可以具有在初始入射点IP1处与切线平行的矢量分量(标记为“VX”)，以及与切线垂直的矢量分量(标记为“VY”)。

图13示出了在根据一个或多个实施方案的用于向患者输送治疗气体的方法中的方框流程1300，其表示例如在图11A-11C实现方式(或具有对图12实现方式的修改)上执行的检测示例性捕集碗填充状态的过程中的示例性操作。参考图13，流程1300中的操作可以在开始事件1302处开始，然后进行到判定框1304。开始事件的实例可以包括给治疗气体输送系统供电，例如将参考图14描述的示例系统1400。在一方面，开始事件1302中的操作可包括例如向光发射器/接收器506施加电力以发射光束CLB。流程1300可以根据是否有任何光学传感器接收到信号而从判定框1304继续进行。参照图11A-11C，在第一光学传感器506、第二光学传感器1102或第三光学传感器1304中的任何一个处接收信号的失败可指示系统故障。因此，在判定框1304处接收到“否”时，流程1300可以进行到1306并且向用户或维护人员通知需要维修。

参考图13，在判定框1304处假设“是”，流程1300可以进行到判定框1308。在一方面，判定框1308处的操作可包括检查多于一个光学传感器是否指示接收到光束。例如，假设所设置的光学传感器是第一光学传感器506、第二光学传感器1102和第三光学传感器1104，操作可以包括检查以确定该组中的两个或更多个是否指示接收到光束。如果1308处的答案为“是”，则流程1300可以进行到1306，并且例如通知用户或维护人员需要维修。如果1308处的答案为“否”，则流程1300可以进行到1310，其中操作可以确定第一光学传感器(例如，光学发送器/接收器506)是否已经接收到光束。参照图11A-11B，如果1301处的答案为“是”，则流程1300有效地确定了捕集碗(例如，捕集碗502)被正确安装并且处于操作填充液位(即，具有接收液滴LD的剩余容量)。作为响应，流程1300可以进行到1312并且执行接收样品气体的操作，例如，从被输送到患者的治疗气体接收样品气体，然后返回到1310以确定是否仍然正在接收反射光束(例如，通过第一光学传感器506)。

继续参考图13，如果在1310的答案处的初始答案是“否”或在1310-1312循环的任何迭代期间变为“否”，则流程1300进行到判定框1314。1314处的操作可以包括确定第二光学传感器(例如，第二光学传感器1102)是否正在接收光束。参照图11B，如果在1314处的答案为“是”，则流程1300确定捕集碗(例如，捕集碗502)被正确安装，但是超过最大填充状态。因此，流程1300可以进行到1316通知用户或维护人员清空捕集容器，例如，移除捕集碗502，清空它并重新安装它。然后流程1300可以返回到1304并重复上述操作。

然而，如果在1314处的答案为“否”，则流程1300可以进行到1318并且确定是否在第三光学传感器(例如，在第三光学传感器1104处)处接收光束。参照图11C，如果在1318处的答案为“是”，则流程1300确定捕集碗(例如，捕集碗502)缺失或者未正确安装(例如，如图11C所示旋转)。因此，流程1300可以进行到1320并且通知用户或维护人员捕集器＝碗(例如，捕集碗502)缺失或不正确地安装。例如，流程1300可以等待1320处的指示(例如，检测到用户或维护人员按下界面按钮)已经正确安装了捕集碗，流程300可以返回到1304。

图14说明性地描绘了根据一个或多个实施方案的呼吸气体供应装置中的过滤器和液位检测捕集器组件的一个示例性实现方式的各方面。该示例性实现方式涉及一种呼吸装置，并且不限制根据本发明的过滤器组件的其他各种实现方式。参考图14，装置1400与呼吸机1410一起使用。诸如NO的补充或添加气体的供应1412向导管1414提供供应并且通向阀1416，阀1416也可以连接到呼吸机1410。在呼吸气体供应的任何阶段，可以将其他额外的呼吸材料(例如雾化药物)提供到经由导管1420行进的流中。控制器1418可以致动阀以控制导管1420中的混合气体的NO和雾化药物的比率。患者吸入导管1420的内容物，其可以被认为是吸气肢体。患者呼气或过量气体可被认为是呼气肢体导管1422。

在该实例中，导管1424与吸气肢体流体连通，并且可以称为样品气体管线。过滤器和捕集器组件1426接收一些或全部样品气体。在一个方面，过滤器捕集器组件1426可以对应于如上所述的过滤器和捕集器组件1100。在被过滤器捕集器组件1326过滤之后，气体被传递到气体采样系统1428，并且可以经由排气口1430排出。

呈现前述详细描述是为了使所属领域的技术人员能够制作和使用所揭示的标的物。出于解释的目的，阐述了具体的术语以提供透彻的理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，实践所公开的主题不需要这些具体细节。对具体应用的描述仅作为代表性实例被提供。对于本领域的技术人员来说，对所公开的实现方式的各种修改将显而易见，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可以将本文所定义的一般原理应用于其他实现方式和应用。本文描述的操作顺序仅仅是实例，并且操作顺序不限于本文阐述的操作顺序而是可以改变，这对于本领域普通技术人员来说将显而易见，其中例外的情况是必须按特定次序进行的操作。而且，为了增加清晰度和简洁性，可以省略本领域普通技术人员熟知的功能和构造的描述。本公开不意图限于所示的实现方式，而是符合与本文公开的原理和特征相一致的最宽的可能范围。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本说明书的精神和范围的情况下，可以对本说明书的方法和系统进行各种修改和变化。因此，本说明书意图包括在随附权利要求书和它们的等效物的范围内的修改和变更。

应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以重新布置、分离和/或组合所描述的任何步骤。为方便起见，有时按顺序呈现步骤。这仅仅是为了方便并且绝不意味着是限制。另外，应当理解的是，可以重新布置、分离和/或组合所描述的本发明的元件和/或实施方案中的任一个而不偏离本发明的范围。为方便起见，有时分别描述各种元件。这仅仅是为了方便并且绝不意味着是限制。

上述实例中的各种系统部件的分离不应理解为在所有实例中都需要这样的分离，并且应当理解，所描述的部件和系统通常可以整合在一起并且以单体封装到多个系统和/或多个部件中。应当理解的是，可以在本文中进行各种修改，并且本文公开的主题可能以各种形式和实例来实现，并且教导可以应用于多种应用中，本文仅描述了其中一些应用。除非另外说明，否则在本说明书中(包括在以下的权利要求书中)所阐述的所有测量结果、值、等级、位置、量值、大小和其他规范均为近似的，而不是准确的。它们意图具有合理的范围，这个范围与它们相关的功能一致并且与它们所属领域中的习惯一致。

尽管在本文中已参照特定实施方案来描述本发明，但应了解，这些实施方案仅说明本发明的原理和应用。本领域技术人员将显而易知的是可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明的方法和装置做出各种修改和变更。因此，意图本发明包括在随附权利要求书和其等效物的范围内的修改和变更。

Claims (7)

1.一种过滤捕集装置，其包括：

捕集碗，其被配置成积聚来自过滤器的液滴作为液体内容物，所述捕集碗包括透明的圆周棱镜，所述圆周棱镜具有上面和下面，当气体抵靠所述捕集碗的圆周内表面时，所述上面具有第一全反射角，当所述液体内容物抵靠所述圆周内表面时，所述上面具有第二全反射角；

光源，其被配置成发射以一定入射角在所述上面上入射的光束；和

光接收器，其中当所述上面具有所述第一全反射角时，所述入射角导致所述光束的反射，从而撞击所述光接收器，并且当所述上面具有所述第二全反射角时，导致所述光束的折射，从而错过所述光接收器，

其中所述上面形成所述捕集碗的上圆周内表面，其中所述下面形成所述捕集碗的下圆周内表面，并且其中所述上面和所述下面形成夹角，所述夹角围绕所述捕集碗周向地向外打开，

其中所述上面和所述下面在顶点处相交，所述顶点围绕所述捕集碗呈周向的，并且其中所述夹角关于参考平分线对称地布置，所述参考平分线从所述顶点向外延伸，

其中所述光源被配置为将所述光束作为准直光束来发射，并且在大致平行于所述参考平分线的方向上发射所述准直光束，和

其中不管所述捕集碗的旋转取向如何，当所述上面具有所述第一全反射角时，所述入射角导致所述光束的反射，从而撞击所述光接收器，并且当所述上面具有所述第二全反射角时，导致所述光束的折射，从而错过所述光接收器。

2.如权利要求1所述的过滤捕集装置，其还包括所述过滤器，其中所述过滤器包括入口通道、出口通道和中间通道，其中所述过滤器被配置成在所述入口通道处接收治疗气体的样品，从所述治疗气体去除所述液滴以形成过滤的治疗气体，将所述液滴输送通过所述中间通道，并从所述出口通道输出过滤的治疗气体。

3.如权利要求1所述的过滤捕集装置，其中所述参考平分线在参考圆锥中延伸，所述参考圆锥围绕所述捕集碗呈周向并且包含所述顶点。

4.如权利要求1所述的过滤捕集装置，其中所述夹角为90度。

5.如权利要求4所述的过滤捕集装置，其中所述入射角为45度。

6.如权利要求1所述的过滤捕集装置，其中所述透明的圆周棱镜还包括光束接收面，其中所述准直光束在入射点处入射到所述光束接收面。

7.如权利要求6所述的过滤捕集装置，其中所述夹角为90度，所述入射角为45度，并且其中所述光束接收面是围绕所述捕集碗的外表面周向延伸的斜面。

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