CN109939294A - 一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置，涉及微量输注泵和胰岛素泵技术领域，该微量输注及胰岛素泵装置，包括装置外壳，所述装置外壳内部的一侧固定连接有卡式瓶套筒，所述卡式瓶套筒的一侧设置有控制单元，另一侧有巨磁电阻效应传感器。该微量输注及胰岛素泵装置，通过使用多级沉筒式驱动方式运动，利用控制单元对设备进行控制，利用巨磁电阻效应做为驱动依据和闭环式反馈，解决现有技术驱动反馈机制不是真实直接的药液输注量反馈，从而造成反馈累积误差，造成药液输注误差大、精度不高的问题；其次解决现有技术结构复杂，为了设备便携性需求需特制储药器问题。
Description
技术领域
本发明涉及微量输注泵和胰岛素泵技术领域，具体为一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置。
背景技术
巨磁电阻（GMR，GiantMagneto Resistance，以下内容出现“GMR”英文字母简称皆等同于巨磁电阻) 效应传感器是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象，也就是说，非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化的特殊效应，变化的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值高10余倍，目前微量输注泵或胰岛素泵多采用伺服电机驱动、齿轮箱传动、螺杆推进储药器活塞前进进行药液注射的技术或方法，采用固定在伺服电机中心驱动轴上的码盘对伺服电机转动角度进行推进量计算和反馈的方式，进行输注药量的计算反馈机制，现有技术存在以下问题：1、驱动反馈机制因为计算的是伺服电机中心轴转动角度或行进量，中间还需要经过齿轮箱传动，而齿轮箱传动会有丢齿滑齿的现象发生，另外还需要螺杆传动推进，所以该技术的反馈机制不是真正直接的药液输注量反馈，从而造成反馈误差累积，造成药液输注误差大、精度不高的问题；2、现有技术结构复杂，占用体积大，为了设备便携性需求需要特制储药器；3、使用时需要将药品从标准储药器手动灌装到特制储药器中，操作繁琐；4、换装储药器时药品暴露空气中易发生药品污染；5、换装储药器时药液容易抛洒，容易造成药液浪费。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置，解决了现有的微量输注泵和胰岛素泵装置，结构复杂，给药精度不高，使用不便，不利于推广使用的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置，包括装置外壳，装置外壳内部的一侧固定连接有卡式瓶套筒，卡式瓶套筒的一侧设置有控制驱动单元，控制驱动单元包括控制单元和巨磁电阻效应传感器，控制驱动单元连接有驱动器，驱动器与线圈连接，巨磁电阻效应传感器监测当前位置，连接有信号放大器，信号放大器连接有A/D转换器，A/D转换器将微弱的磁电阻效应传感器信号加以滤波并放大 ；
巨磁电阻效应传感器与控制单元电性连接，卡式瓶套筒的内部开设有磁铁推进块和磁石标尺，磁铁推进块的一侧固定连接有推进杆，推进杆远离磁铁推进块的一侧固定连接有推进活塞，磁铁推进块的远离推进杆的一侧固定连接有伸缩杆，伸缩杆远离磁铁推进块一端与卡式瓶套筒固定连接，卡式瓶固定孔的内部固定连接有卡式瓶限位板。
可选的，巨磁电阻效应传感器由第一电阻R1的一端与第二电阻R2一端电性连接，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3一端电性连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4一端电性连接，第四电阻R4的另一端接地，第一电阻R1另一端接VCC,第一电阻R1、第四电阻R4、第二电阻R2、第三四电阻R3依次顺序排列形成电桥电路传感器，电桥电路传感器与多对以异性磁极相对方式的磁铁相对，电桥电路传感器处于电桥对角位置的第三电阻R3和第四电阻R4覆盖一层高导磁率的材料以屏蔽外磁场的影响，第一电阻R1、第二电阻R2直接面对外磁场使其阻值随外磁场变化而改变，电桥式电路对应端的输入电压为UIN，另一对应端输出电压为UOUT，无外磁场时四个电阻的阻值均为R，当外磁场改变时电阻R1、R2的阻值在外磁场作用下减小ΔR，输出电压：UOUT=（ΔR*UIN）/(2R–ΔR)，因而不难得出输出电压与固定有电桥电路传感器的磁铁推进块的微弱移动量之关系。
可选的，所述卡式瓶套筒的外表面设置有线圈，所述线圈与卡式瓶套筒固定连接。
（三）有益效果
本发明提供了一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置，具备以下有益效果：
（1）、该微量输注及胰岛素泵装置，一方面通过使用电磁原理驱动磁铁推进块运动，利用控制单元对设备进行控制，利用巨磁电阻效应传感器作为磁电转换装置和闭环式反馈，解决现有技术驱动反馈机制不是真实直接的药液输注量反馈，从而造成反馈累积误差，造成药液输注误差大、精度不高的问题；其次解决现有技术结构复杂，占用体积大，为了设备便携性需求需要特制储药器问题；另一方面解决现有技术使用时需要将药品从标准卡式瓶储药器手动灌装到特制储药器中，采用将药液原装的标准卡式瓶储药器直接放入，省去灌装操作，解决操作繁琐问题；并解决现有技术换装储药器时药品暴露空气中易发生药品污染问题和现有技术换装储药器时药液容易抛洒，造成药液浪费问题，有效的提高该装置的使用效果，增强该装置的实用性。
（2）、该微量输注及胰岛素泵装置，通过设置卡式瓶限位帽和卡式瓶限位板，能对药液原装的标准卡式瓶储药器进行有效的固定，并能够使药液原装的标准卡式瓶储药器方便拆卸，以达到方便病人更换的目的，进一步提高该装置的使用效果，增强该装置的实用性，通过设置伸缩杆，能够在不影响磁铁推进块使用的前提下，对磁铁推进块进行固定，避免磁铁推进块的工作受到干扰，进一步的提高该装置的实用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明多段式沉筒驱动机构的结构示意图；
图3为本发明巨磁电阻效应传感器原理整体结构的示意图；
图4为本发明巨磁电阻效应传感器结构电路的示意图；
图5为本发明巨磁电阻效应传感器位置测量的示意图；
图1中：1-外壳，2-卡式瓶套筒，3-磁石标尺，4-多段式沉筒驱动机构，5-巨磁电阻效应传感器，6-推进活塞，7-控制单元；
401-第一电阻R1，402-第二电阻R2，403-第三电阻R3，404-第四电阻R4；501-第一电阻R1和第三电阻R3，502-第二电阻R2和第四电阻R4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：
一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置，包括装置外壳1，装置外壳1内部的一侧固定连接有卡式瓶套筒2，卡式瓶套筒2的外侧设置有磁石标尺3，卡式瓶套筒2内壁设置有巨磁电阻效应传感器5，巨磁电阻效应传感器5与控制单元7有电性连接，控制单元7与多段式沉筒驱动机构4连接，巨磁电阻效应传感器5监测当前位置，并连接有信号放大器，信号放大器连接有A/D转换器，所述A/D转换器反馈给控制驱动单元进行补偿；
巨磁电阻效应传感器5与控制单元7电性连接，卡式瓶套筒2内壁设置有巨磁电阻效应传感器5和活塞6，巨磁电阻效应传感器5的一侧固定连接有多段式沉筒驱动机构4，多段式沉筒驱动机构4推动一侧固定的活塞6，活塞6带动巨磁电阻效应传感器5移动。巨磁电阻效应传感器5由第一电阻R1的一端与第二电阻R2一端电性连接、第二电阻R2的另一端与第三电阻R3一端电性连接、第三电阻R3的另一端与第四电阻R4一端电性连接、第四电阻R4的另一端接地，第一电阻R1另一端接VCC，第一电阻R1另一端接VCC,第一电阻R1、第四电阻R4、第二电阻R2、第三四电阻R3依次顺序排列形成电桥电路传感器，电桥电路传感器与有多块N磁石和S磁石相间的磁石标尺并排，电桥电路传感器处于电桥对角位置的第三电阻R3和第四电阻R4覆盖一层高导磁率的材料用于屏蔽外磁场的影响，第一电阻R1、第二电阻R2直接面对外磁场使其阻值随外磁场变化而改变，设桥式电路对应端的输入电压为UIN，另一对应端输出电压为UOUT，无外磁场时四个巨磁电阻效应的阻值均为R，当外磁场改变时电阻R1、R2的阻值在外磁场作用下减小ΔR，输出电压：UOUT =（ΔR* UIN）/(2R–ΔR)。
在将巨磁电阻效应构成传感器时，为了消除温度变化等环境因素对输出的影响，一般采用桥式结构，对于电桥结构，如果4个巨磁电阻效应电阻对磁场的响应完全同步，就不会有信号输出；将处在电桥对角位置的第三电阻R3、第四电阻R4覆盖一层高导磁率的材料如坡莫合金，以屏蔽外磁场对它们的影响，将第一电阻R1、第二电阻R2直接面对外磁场使其阻值随外磁场变化而改变；屏蔽层同时设计为磁通聚集器，它的高磁导率将磁感应线聚集在第一电阻R1、第二电阻R2所在的空间，进一步提高了第一电阻R1、第二电阻R2的磁灵敏度，设桥式电路对应端的输入电压为UIN，另一对应端输出电压为UOUT，无外磁场时四个巨磁电阻效应的阻值均为R，当外磁场改变时第一电阻R1、第二电阻R2的阻值在外磁场作用下减小ΔR，简单分析表明，输出电压：UOUT=（ΔR*UIN）/(2R–ΔR)，由上式可以得到巨磁电阻效应传感器的磁电转换特性，从而对有关物理量进行测量，另外将巨磁电阻效应光刻成微米宽度迂回状的电阻条，以增大其电阻到千欧姆数量级，使其在较小的工作电流得到合适的电压输出。
由公式也可以看出巨磁电阻效应传感器在一定的范围内输出电压与磁场强度成线性关系，且灵敏度高于其它磁传感器，可以方便地测量磁场强度或其它与磁场相关的物理量。
图4所示由第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4组成电桥电路传感器，且第一电阻R1的一端接VCC，第四电阻R4的末端接GND，电桥电路传感器与磁石标尺相对，固定有电桥电路传感器的磁铁推进块在磁石标尺产生的磁场的微弱移动会产生电阻的微弱变化。当外磁场改变时第一电阻R1、第二电阻R2的阻值在外磁场作用下减小ΔR，输出电压：UOUT也将发生变化。测量UOUT的变化量ΔUOUT就可以线性得出固定有电桥电路传感器的磁铁推进块的微弱移动量，从而得出巨磁电阻效应输出量Y轴与固定有电桥电路传感器的磁铁推进块移动量X轴的相关曲线, Y轴巨磁电阻效应输出1.6V，则X轴移动264um。
作为本发明的一种可选技术方案：所述标准卡式瓶储药器能将药液有效的固定，并能够使药液原装的标准卡式瓶储药器方便拆卸，以达到方便病人更换的目的，进一步提高该装置的使用效果。
综上所述，该微量输注及胰岛素泵装置，使用时，一方面通过多段式沉筒驱动机构推进活塞6移动，利用控制单元7对多段式沉筒驱动机构进行控制，利用巨磁电阻效应5做为驱动依据和闭环式反馈，解决现有技术驱动反馈机制不是真实直接的药液输注量反馈，从而造成反馈累积误差，造成药液输注误差大、精度不高的问题；其次解决现有技术结构复杂，占用体积大，为了设备便携性需求需要特制储药器问题；另一方面解决现有技术使用时需要将药品从标准卡式瓶储药器手动灌装到特制储药器中，采用将药液原装的标准卡式瓶储药器直接放入，省去灌装操作，解决操作繁琐问题；并解决现有技术换装储药器时药品暴露空气中易发生药品污染问题和现有技术换装储药器时药液容易抛洒，造成药液浪费问题，有效的提高该装置的使用效果，增强该装置的实用性，通过原装的标准卡式瓶储药器进行有效的固定，并能够使药液原装的标准卡式瓶储药器方便拆卸，以达到方便病人更换的目的，进一步提高该装置的使用效果，增强该装置的实用性。
需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置，包括装置外壳（1）和多段式沉筒驱动机构（4），其特征在于：
所述装置外壳（1）内部的一侧固定连接有卡式瓶套筒（2），所述卡式瓶套筒（2）的一侧设置有磁石标尺（3），所述磁石标尺（3）与巨磁电阻效应传感器（5）连接，所述卡式瓶套筒（2）的另一侧设置有控制单元（7），所述巨磁电阻效应传感器（5）连接至控制单元（7），所述控制单元（7）连接有所述多段式沉筒驱动机构（4），所述巨磁电阻效应传感器（5）含有信号放大器，所述信号放大器连接有A/D转换器；
所述卡式瓶套筒（2）的内部设有活塞（6）和巨磁电阻效应传感器（5），所述多段式沉筒驱动机构（4）推进巨磁电阻效应传感器（5），所述巨磁电阻效应传感器（5）推进活塞（6）移动，所述多段式沉筒驱动机构（4）一侧固定连接有外壳（1），所述外壳（1）另一侧固定连接有磁石标尺（3），所述巨磁电阻效应传感器（5）连接有活塞（6），所述活塞（6）包含在卡式瓶（2）内部，所述卡式瓶（2）固定连接在外壳（1）另一侧。
2.根据权利要求1所述的一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置，其特征在于，
所述巨磁电阻效应传感器（5）由第一电阻R1的一端与第二电阻R2一端电性连接，所述第二电阻R2的另一端与第三电阻R3一端电性连接，所述第三电阻R3的另一端与第四电阻R4一端电性连接，所述第四电阻R4的另一端接地，第一电阻R1的另一端接VCC，第一电阻R1、第四电阻R4、第二电阻R2、第三四电阻R3依次顺序排列形成电桥电路传感器；所述第一电阻R1、第二电阻R2直接面对外磁场使其阻值随外磁场变化而改变，所述电桥式电路对应端的输入电压为UIN，另一对应端输出电压为UOUT，无外磁场时四个巨磁电阻效应的阻值均为R，所述当外磁场改变时电阻R1、R2的阻值在外磁场作用下减小ΔR，输出电压：UOUT=（ΔR*UIN）/(2R–ΔR)。
3.根据权利要求2所述的一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置，其特征在于，
所述电桥电路传感器的对角位置的第三电阻R3、第四电阻R4覆盖一层坡莫合金的高导磁率的材料。
4.根据权利要求2所述的一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置，其特征在于，
所述磁石标尺（3）是由多对磁铁以异性磁极相对的方式置于卡式瓶套筒（2）外壁 。
5.根据权利要求1所述的一种巨磁电阻效应传感器的微量输注及胰岛素泵装置，其特征在于，
所述卡式瓶套筒（2）的内壁侧设置有巨磁电阻效应传感器（5），巨磁电阻效应传感器（5）与卡式瓶套筒（2）固定连接。
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