CN110772684B - 一种自动换药微量注射泵及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种自动换药微量注射泵及工作方法，包括输液管、多个液‑液转换器、活塞型压水器、步进电机、第一和第二换药自保持电磁铁、毛细管和微控制器，微控制器控制第一和第二换药自保持电磁铁动作，首先打开第一支路，断开第二支路，利用第一液‑液隔离器输液，当微控制器检测到第一和第二压力传感检测毛细管两端的压力相等时，第一液‑液转换器输液完毕，微控制器控制第一和第二换药自保持电磁铁动作，断开第一支路，打开第二支路，利用第二液‑液转换器进行输液；本公开能够准确的检测输液管中的药液流量，同时在一种药液输完后自动输送另一种药物，实现了换药的自动控制，极大的减轻了医护人员的工作量，保证了输液的连续性。

Description

一种自动换药微量注射泵及工作方法
技术领域
本公开涉及注射泵技术领域，特别涉及一种自动换药微量注射泵及工作方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
按照输液泵的控制原理，可以将输液泵分为活塞型注射泵和蠕动滚压型输液泵两类，后者又可以分为容积控制型(毫升/小时)和滴数控制型(滴/分钟)。活塞型输液泵是活塞以恒定的压力推动注射器，是液体匀速的输入病人体内，其特点是输注药液流速平稳、均衡、精确，速度调节幅度为0.1毫升/小时，而且体积小；蠕动滚压型输液泵采用可调恒速蠕动泵作为动力源，利用转盘和旋转活门等装置，顺序挤压输液管推动液体流动，使液体按照一定的速度均匀的输入病人体内。
但是，本公开发明人发现，(1)目前的输液泵只能进行一种药液的输液，当一种药液输完之后需要人工更换另一种药液，不仅增加了护理人员的工作量，也不能持续的对患者进行输液治疗；(2)目前的活塞型注射泵和蠕动型输液泵是开环式的，输液泵输出药量后不可控(即没有反馈)，如活塞式注射泵在步进电机带动下丝杠虽然可以匀速的推动注射器，向输液管中注入药液，但注入输液管后就不可控制了，不能对管路中出现流量异常情况进行检测，如当输液出现跑针或者阻塞等，步进电机的持续动作还会导致电机过载从而可能导致驱动电路或电机损坏；(3)目前的流量计的最小检测流量值较大，市场上常用的流量计最小流量检测值大约为十几毫升/小时，而目前活塞型输液泵给液速度可在0.1-99ml/h之间调节，即目前的流量计完全无法满足输液过程中的流量检测的需求，因此也无法实现对输液量的闭环控制；(4)目前的气泡传感器可采用超声检测和光电检测，超声检测成本相对较高，并且传感器与输液管要求紧密接触(减少管子表面反射和声阻抗)，而光电检测结构简单，成本低，输液管与光电检测装置的配合要求低，其原理是利用气泡产生的光强变化进行检测的，但是光电检测的方式容易受输液管和被输液体透光率(如不同的药液透光不同)、光源变化、灰尘及光敏元件对温度变化敏感等因素的影响，同时其不易采用增加光强的办法来减少上述因素的影响，因为增加光强会降低探测气泡的分辨率(灵敏度低)，即不利于对小气泡的检测，并且还会对某些药液产生光污染，因而限制了其实际应用；(5)目前的输液装置中，当输液管中出现气泡时，无法实现气泡的自动排出，一般都需要人工将气泡挤出，操作繁琐；(6)目前的输液泵大都需要步进电机和丝杠的配合，对步进电机和丝杠的加工精度和装配精度要求较高，从而导致其成本高；(7)目前的蠕动泵是根据红外滴点传感器检测输液量的，但因滳数的大小受液体粘度，导管内径的影响在实际中出入很较大，误差甚至达到了30％以上。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种自动换药微量注射泵及工作方法，实现了对输液过程中输液量的闭环控制，能够准确的检测输液管中的药液流量，同时在一种药液输完后自动输送另一种药物，实现了换药的自动控制，极大的减轻了医护人员的工作量，保证了输液的连续性。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种自动换药微量注射泵。
一种自动换药微量注射泵，包括输液管、多个液-液转换器、活塞型压水器、步进电机、毛细管和微控制器，所述液-液转换器内设有柔性隔离膜，用于将液-液转换器分成第一腔室和第二腔室，所述液-液转换器的第二腔室的端口与选通阀组的端口连接，所述选通阀组的一个端口与第一换向阀的第一端口连接，所述第一换向阀的第二端口与接水盒连接，所述第一换向阀的第三端口与毛细管的第一端连接，所述毛细管的第二端通过第二换向阀与活塞型压水器连接；
所述活塞型压水器由压水器本体和活塞构成第三腔室，所述步进电机通过螺母和丝杠与活塞连接，所述步进电机用于根据微控制器的指令控制活塞向前运动，推动第三腔室内的液体通过毛细管后不断的向第二腔室内挤压，第二腔室内的液体通过柔性隔离膜挤压第一腔室内的药液输出到输液管中；
所述毛细管的两端分别设有同型号的压力传感器，所述压力传感器与微控制器通信连接，当液体如水通过毛细管时，所述微控制器根据泊肃叶定律利用毛细管两端液体的压力差进行输液流量检测；
所述液-液转换器至少包括第一液-液转换器和第二液-液转换器，所述第一液-液转换器的第一腔室的端口与输液管的第一支路连接，所述第一支路上设有与第一换药自保持电磁铁；所述第二液-液转换器的第一腔室的端口与输液管的第二支路连接，所述第二支路上设有第二换药自保持电磁铁，所述微控制器通过控制第一换药自保持电磁铁和第二换药自保持电磁铁实现第一液-液转换器和第二液-液转换器的输液转换。
作为可能的一些实现方式，微控制器控制第一和第二换药自保持电磁铁动作，首先打开第一支路，断开第二支路，利用第一液-液隔离器输液，当微控制器检测到第一压力传感器和第二压力传感检测毛细管两端的压力相等时，第一液-液转换器输液完毕，微控制器控制第一和第二换药自保持电磁铁动作，断开第一支路，打开第二支路，利用第二液-液转换器进行输液。
作为可能的一些实现方式，所述选通阀组包括与液-液转换器数量相同的选通阀，至少包括第一选通阀和第二选通阀，所述第一液-液转换器的第二腔室的端口与第一选通阀的第一端口连接，所述第二液-液转换器的第二腔室的端口与第二选通阀的第一端口连接；
所述第一选通阀的第三端口与第二选通阀的第二端口连接，所述第二选通阀的第三端口与第一换向阀的第一端口连接，需要自动换药工作时，所述第一选通阀和第二选通阀的各个端口均为常开状态。
作为可能的一些实现方式，所述活塞型压水器的出水端与二位三通电磁阀的第一端口连接，所述二位三通电磁阀的第二端口与第二换向阀的第三端口连接，所述第二换向阀的第一端口与毛细管的另一端连接，所述第二换向阀的第二端口为单向放气端口，所述二位三通电磁阀的第三端口与储水瓶连接，所述微控制器通过控制二位三通电磁阀的第二端口和第三端口的开闭实现活塞型压水器的抽水操作；
作为可能的一些实现方式，所述螺母上固定有磁铁，所述磁铁沿滑杆滑动，沿滑杆的方向上以预设间距设有第一霍尔限位开关和第二霍尔限位开关，当磁铁靠近第一霍尔限位开关时，微控制器控制步进电机停止，此时第三腔室的体积达到最大，当磁铁靠近第二霍尔限位开关时，微控制器控制步进电机停止，此时第三腔室的体积为零。
作为可能的一些实现方式，所述第二腔室的端口通过密封圈与第一凸形端口连接，所述第一凸形端口包裹第二腔室的端口。
作为可能的一些实现方式，所述输液管上靠近针头端口接头的位置上设有检测用光纤式气泡检测装置，所述检测用光纤式气泡检测装置包括设置在输液管一侧的多根沿输液管方向并排设置的发射光纤和设置在输液管另一侧的与发射光纤相对的接收光纤，所述接收光纤的出光端口与第一光敏二极管相对设置，所述第一光敏二极管与微控制器通信连接，所述微控制器根据第一光敏二极管的亮度变化情况判断是否有气泡产生。
作为进一步的限定，所述输液管上设有检测用光纤式气泡检测装置的管段上设有引流管，所述引流管上设有第一自保持电磁铁和第一止流压头，所述第一止流压头将引流管压紧断流，所述第一自保持电磁铁与微控制器通信连接，当检测到有气泡产生时，第一自保持电磁铁带动第一止流压头动作，放开引流管将气泡排出。
作为更进一步的限定，所述检测用光纤式气泡检测装置与针头端口接头之间的管段上设有第二自保持电磁铁和第二止流压头，所述第二自保持电磁铁与微控制器通信连接，当检测到有气泡产生时或出现跑针时，第二自保持电磁铁带动第二止流压头动作，将输液管压紧断流。
作为更进一步的限定，所述输液管上第二自保持电磁铁与针头端口接头之间的管段上内置有过滤器，用于进行药液的过滤。
作为进一步的限定，还包括参比用光纤式气泡检测装置和参比药液管，所述参比药液管内充满注射液，所述参比用光纤式气泡检测装置内的光纤设置与检测用光纤式气泡检测装置完全相同，所述参比用光纤式气泡检测装置和检测用光纤式气泡检测装置内的发射光纤共用一个光源，所述参比用光纤式气泡检测装置的发射光纤与第二光敏二极管相对设置，所述第二光敏二极管与微控制器通信连接，所述微控制器用于根据第一光敏二极管和第二光敏二极管的明暗程度对比判断是否有气泡产生。
本公开第二方面提供了一种自动换药微量注射泵的工作方法，利用本公开第一方面所述的自动换药微量注射泵；
当毛细管中有液体流动时，毛细管两端的压力传感器把相应的压力信号转换成电信号传输给微控制器，所述微控制器根据泊肃叶定律，得到毛细管中液体的流量Q为：
Q＝K(p2-p1)/η
其中，(p2-p1)为毛细管两端的压力差，η为液体的粘滞系数，K为毛细管的几何常数，K＝πR4/8L，R为毛细管内半径，L是毛细管长度，π为圆周率，通过查表得到参比液体其粘度η，进而计算得到毛细管中流动的液体的流量。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的注射泵在一种药液输完后自动输送另一种药物，实现了换药的自动控制，极大的减轻了医护人员的工作量，保证了输液的连续性。
2、本公开能够通过对毛细管两端的压力差进行流量的精密检测，同时压力传感器通过检测输液管中压力的变化，实现了对输液管路中异常情况的检测，如出现阻塞和跑针情况，通常的吊瓶输液因为压力有限，跑针后不会产生太大的问题，但是输液泵输液是加压输液，跑针后如果不报警和切断输液通路会持续过量的向皮下组织中泵药，因而会造成医疗事故。但目前是市场上很多输液泵都不具有跑针报警的功能，原因是输液泵加压输液发生静脉跑针后，输液管中动态压力最多只能增加100毫米汞柱，而输液泵的阻塞报警压力一般都在200毫米汞柱以上，也就是说采用一般输液泵的阻塞报警方式无法检测静脉跑针(进口输液泵中也仅有几家能对跑针报警的，但要采用高弹性硅胶管)，而本公开对常规的输液就能对跑针情况进行实时检测(因为压力传感器灵敏很高)，并自动切断输液通路(实时保护患者安全)。
3、本公开实现了对输液过程中输液量的闭环控制，相比于现有技术中的采用步进电机带动下丝杠控制的输液泵，能够有效的识别管路中的异常情况，而且能够有效的防止出现管路堵塞后出现的步进电机过载导致的驱动电路或电机损坏，其能够检测和控制输液管中的药液流量，其流量传感器部件的敏感元件是毛细管，转换元件是压力传感器，由于毛细管半径可以很细，并且压力传感器灵敏度很高，所以可以对输液量进行准确的检测及控制。
4、本公开的光纤式气泡传感器，是利用气泡能引起光强的变化这一特性检测气泡的，其灵敏度对光源等的变化很敏感，本公开用参比的方法克服了这个缺陷，因为检测光敏二极管和参比光敏二极管用的是同一个光源照射，光源波动对两个光敏二极管产生的作用基本可以抵消(两个光敏二极管产生光电流变化一样)，即光敏二极管和电阻组成的电桥不产生输出。两个光敏二极管处在同样的环境中，温度和尘土的影响也相同，对两个光敏二极管产生的作用也基本可以抵消，只对气泡引起的光强变化敏感，并且还利用气泡匀速移动的特点对气泡信号和干扰信号进行识别，所以光纤式气泡传器灵敏度可以很高(稳定性好)，这样普通亮度发光二极管(低亮度LED)就能满足要求，低亮度也有利于对小气泡的检测(亮度高时小气泡引起的光强变化反差小)。
5、本公开所述的光纤式气泡传感器设置为多点检测，即发射光纤和接收光仟分为多对，在扫描电路的控制下沿着一小段输液管依次检测(扫描频率远大于气泡移动速度)，这样可以防止气泡被漏检，并且在自动排气泡后对排气泡的情况进行复检(排气泡的管路设在多对光纤的中间)，确万无一失。
6、本公开所述的输液泵还设置有与检测用光纤式气泡检测装置相对应的参比用光纤式气泡检测装置和参比药液管，通过设置参比装置和参比药管，解决了现有的输液泵气泡检测中容易受输液管和被输液体透光率、光源变化、灰尘及光敏元件对温度变化敏感等因素影响的问题，极大的提高了气泡检测的精度，降低了气泡进入人体引起气体栓塞造成呼吸不适的可能性。
7、本公开所述的流量传感器器，根据泊肃叶定律利用毛细管两端的压力传感器检测到的压力差进行流量检测，其检测精度能够达到0.1毫升/小时，完全能够实对输液过程中的药液流量检测，相比于现有的流量传感器，其检测精度更高，能够更有效的实现输液量的闭环控制。
8、本公开采用液-液转换器，把被输药液和水隔离，通过检测水的流量得到药液的流量(液体不可压缩)，同时又不相混(药液不会被污染)；并且能把输液管路中的压力变化无损失的传递给压力传感器(为检测跑针等创造了条件)；液-液转换器外壳所用材料和普通的一次性注射针管材料相同，隔离膜用的材料也是普通的(如手术手套用的材料)，因此，使输液管路的成本和普通的一次使用输液器接近(只是多了一个液-液转换器)，因此一次性使用成本不高(比高弹性硅胶管成本低)。
附图说明
图1为本公开实施例1所述的自动换药微量注射泵的整体结构示意图。
图2为本公开实施例1所述的自动换药微量注射泵的控制电路框图及液压传动部分的结构示意图。
图3为本公开实施例1所述的液-液转换器的结构示意图。
图4为本公开实施例1所述的检测用光纤式气泡传感器的结构示意图。
图5为本公开实施例1所述的参比用光纤式气泡传感器的结构示意图。
1、止流夹；2、加液口护帽；3、第一三通阀；4、液-液转换器；5、选通阀组；5-1、选通阀凹形接口；6、第一换向阀；7、第一压力传感器；8、毛细管；9、第二压力传感器；10、第二换向阀；10-1、排气口；11、检测用光纤式气泡传感器；12、扫描电路；13、发光二极管；14、液体连接管；15、接水盒；16、发射光纤束；17、参比用光纤式气泡传感器；18、参比药液管；19、参比药液入口帽；20、输液管；21、第一自保持电磁铁；22、第一止流压头；23、排气泡口护帽；24、检测接收光纤束；25、检测光敏二极管；26、参比光敏二极管；27、透镜；28、参比接收光纤束；29、第二自保持电磁铁；30、过滤器；31、端口接头；32、第一换药自保持电磁铁；33、第二换药自保持电磁铁；34、步进电机；35、滑杆；36、霍尔限位开关；37、滑块；38、磁铁；39、螺母；40、推头；41、活塞；42、活塞型压水器；43、丝杠；44、二位三通电磁阀；45、第一电磁铁驱动电路；46、第二电磁铁驱动电路；47、第一换药电磁铁驱动电路；48、第二换药电磁铁驱动电路；49、步进电机驱动电路；50音响驱动电路；51、微控制器；52、第一放大电路；53、温度传感器；54、第二放大电路；55、按键模块；56、显示模块；57、电磁阀驱动电路；58、第一腔室；59、柔性隔离膜；60、壳体；61、第二腔室；62、加水口帽；63、密封圈；64、凸形接口；65、暗盒盖；66、检测用光纤式气泡传感器暗盒壳体；67、参比用光纤式气泡传感器暗盒壳体；68、储水瓶。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1-5所示，本公开实施例1提供了一种自动换药微量注射泵，包括输液管20、多个液-液转换器4、活塞型压水器42、步进电机34、毛细管8和微控制器51，所述液-液转换器4由硬质壳体60围成。所述液-液转换器4内设有柔性隔离膜59，用于将液-液转换器4分成第一腔室58和第二腔室61，所述第一腔室58用于存储药液，第二腔室61用于存储普通液体；
所述液-液转换器4作用是用柔性隔离膜59把被输药液和水隔离，并把水的流量转换成药液的流量且流量相同(液体不可压缩)，同时又不相混，这样可以通过检测水的流量得到被输药液的流量，药液又不会被污染。柔性隔离膜59的形状及大小和第一腔体完全相同，保证其不被拉伸(即处于无弹性状态下)，这样可以使压力无损失传递，目的是为了保证静脉压通过输流管传递到第一压力传感器7处，通过检测静脉压的变化可以检测输液的异常情况(如跑针等)。液-液转换器4外壳所用材料和普通的一次性注射针管材料相同，隔离膜用的材料也是普通的(如手术手套用的材料)，因此，使输液管路的成本和普通的一次使用输液器接近(只多了一个液-液转换器，因此一次性使用成本不高)。
所述液-液转换器4至少包括第一液-液转换器和第二液-液转换器，所述第一液-液转换器的第一腔室的端口与输液管20的第一支路连接，所述第一支路上设有与第一换药自保持电磁铁32；所述第二液-液转换器的第一腔室的端口与输液管20的第二支路连接，所述第二支路上设有第二换药自保持电磁铁33；
各个液-液转换器的第二腔室的端口分别与选通阀组5的端口连接，所述选通阀组5的一个端口与第一换向阀6的第一端口连接，所述第一换向阀6的第二端口与储水瓶15连接，所述第一换向阀6的第三端口与毛细管8的第一端连接，所述毛细管8的第二端通过第二换向阀10与活塞型压水器42连接；所述第一换向阀6和第二换向阀10均为手动的三通换向阀。
所述活塞型压水器42由压水器本体和活塞41构成第三腔室，所述步进电机34通过螺母39和丝杠43与活塞41连接，所述螺母39和丝杠43之间通过推头40固定，所述步进电机34通过步进电机驱动电路49与微控制器51通信连接，所述步进电机34用于根据微控制器51的指令控制活塞41向前运动，推动第三腔室内的液体通过毛细管8后不断的向第二腔室61内挤压，第二腔室61内的液体通过柔性隔离膜59挤压第一腔室58内的药液输出到输液管20中；
所述毛细管8的两端分别设有同型号的压力传感器，分别为第一压力传感器7和第二压力传感器9，所述第一压力传感器7和第二压力传感器9分别通过第一放大电路52和第二放大电路54与微控制器51通信连接，当液体如水通过毛细管时，所述微控制器51根据泊肃叶定律利用毛细管两端液体的压力差进行输液流量检测；
所述微控制器51通过第一换药电磁铁驱动电路47与第一换药电磁铁32通信连接，所述微控制器51通过第二换药电磁铁驱动电路48与第二换药电磁铁33通信连接，微控制器51控制第一和第二换药自保持电磁铁动作，首先打开第一支路，断开第二支路，利用第一液-液隔离器输液，当微控制器检测到第一压力传感器和第二压力传感检测毛细管两端的压力相等时，第一液-液转换器输液完毕，微控制器51控制第一和第二换药自保持电磁铁动作，断开第一支路，打开第二支路，利用第二液-液转换器进行输液。
所述选通阀组5包括与液-液转换器数量相同的手动三通选通阀，至少包括第一选通阀和第二选通阀，所述第一液-液转换器的第二腔室的端口与第一选通阀的第一端口连接，所述第二液-液转换器的第二腔室的端口与第二选通阀的第一端口连接；
所述第一选通阀的第三端口与第二选通阀的第二端口连接，所述第二选通阀的第三端口与第一换向阀的第一端口连接，需要自动换药工作时，所述第一选通阀和第二选通阀的各个端口均为常开状态。
所述活塞型压水器42的出水端与二位三通电磁阀44的第一端口连接，所述二位三通电磁阀44的第二端口与第二换向阀10的第三端口连接，所述第二换向阀10的第一端口与毛细管8的另一端连接，所述第二换向阀10的第二端口为单向放气端口，所述二位三通电磁阀44的第三端口与储水瓶68连接，所述微控制器51通过控制二位三通电磁阀44的第二端口和第三端口的开闭实现活塞型压水器42的抽水操作；
所述螺母39上固定有滑块37，所述滑块37沿滑杆35滑动，滑块37上固定有磁铁38，沿滑杆35的方向上以预设间距设有两个霍尔限位开关36，分别为第一霍尔限位开关和第二霍尔限位开关，当磁铁38靠近第一霍尔限位开关时，微控制器51控制步进电机34停止，此时第三腔室的体积达到最大，当磁铁38靠近第二霍尔限位开关时，微控制器51控制步进电机34停止，此时第三腔室的体积为零。
所述第一腔室58的端口通过第一三通阀3与输液管20连接，所述第一三通阀3上设有加液口，所述加液口上设有加液口护帽2，所述输液管20上靠近第一三通阀的位置设有止流夹1,。
所述输液管20上靠近针头端口接头31的位置上设有检测用光纤式气泡检测装置11，所述检测用光纤式气泡检测装置11包括设置在输液管一侧的多根沿输液管方向并排设置的发射光纤束16和设置在输液管另一侧的与发射光纤束相对的检测用接收光纤束24，所述检测用接收光纤束24的出光端口与第一光敏二极管25相对设置，所述第一光敏二极管25与微控制器51通信连接，所述微控制器51根据第一光敏二极管25的亮度变化情况判断是否有气泡产生。
所述输液管20上设有检测用光纤式气泡检测装置11的管段上设有引流管，所述引流管上设有第一自保持电磁铁21和第一止流压头22，所述第一止流压头22将引流管压紧断流，所述第一自保持电磁铁21通过第一电磁铁驱动电路45与微控制器51通信连接，当检测到有气泡产生时，第一自保持电磁铁21带动第一止流压头22动作，放开引流管，将气泡排出。
所述检测用光纤式气泡检测装置11与针头端口接头31之间的管段上设有第二自保持电磁铁29和第二止流压头，所述第二自保持电磁铁29通过第二电磁铁驱动电路46与微控制器51通信连接，当检测到有气泡产生时，第二自保持电磁铁29带动第二止流压头动作，将输液管20压紧断流。
所述输液管20上第二自保持电磁铁29与针头端口接头31之间的管段上内置有过滤器30，用于进行药液的过滤。
还包括参比用光纤式气泡检测装置17和参比药液管18，所述参比药液管18内充满注射液(如生理盐水)，所述参比药液管18端部设有参比药液管护帽19，所述参比用光纤式气泡检测装置内的光纤设置与检测用光纤式气泡检测装置完全相同，所述参比用光纤式气泡检测装置17和检测用光纤式气泡检测装置11内的发射光纤共用一个发光二极管13作为光源，所述微控制48通过扫描电路12控制发光二极管13的亮灭和亮度，所述参比用光纤式气泡检测装置17的参比用发射光纤束28与第二光敏二极管26相对设置，所述检测用接收光纤24与第一光敏二极管25之间和参比用接收光纤28与第二光敏二极管26之间均设有透镜27；所述第二光敏二极管26与微控制器51通信连接，所述微控制器51用于根据第一光敏二极管25和第二光敏二极管26的明暗程度对比判断是否有气泡产生。
本实施例所述的光纤式气泡检测装置的工作方法具体为：
发光二极管13发射的光由发射光纤束分16为两路，一路为标准光路，用没有气泡的参比药液管(其管子与被输管子相同)定出标准光强，并通过接光纤束照射到参比光敏二极管上，另一路为待测光路，经输液管通过接收光纤束照射到检测光敏二极管上。当没有气泡时，检测光敏二极管和参比光敏二极管接收到的光强相同，由于光强相同光敏二极管和电阻组成的电桥输出为零，当有气泡时，气泡使检测光敏二极管接收的光强发生变化，光电流发生变化(阻抗发生变化)，而参比光敏二极管光电流没有变化(阻抗不变化)，电桥有输出信号，从而检测出气泡信息。
用光电检测气泡，是利用气泡能引起光强的变化这一特性实现的，其灵敏度对光源等的变化很敏感，用参比的方法克服了这个缺陷，因为检测光敏二极管和参比光敏二极管用的是同一个光源照射，光源波动对两个光敏二极管产生的作用基本可以抵消(两个光敏二极管产生光电流变化一样)，即光敏二极管和电阻组成的电桥不产生输出。两个光敏二极管处在同样的环境中，温度和尘土的影响也相同，对两个光敏二极管产生的作用也基本可以抵消，只对气泡引起的光强变化敏感，并且还利用气泡匀速移动的特点对气泡信号和干扰信号进行识别，所以光纤式气泡传器灵敏度可以很高(稳定性好)，这样普通亮度发光二极管(低亮度LED)就能满足要求，低亮度也有利于对小气泡的检测(亮度高时小气泡引起的光强变化反差小)。
同时本实施例所述的光纤式气泡传感器设置为多点检测，即发射光纤和接收光仟分为多对，在扫描电路的控制下沿着一小段输液管依次检测(扫描频率远大于气泡移动速度)，这样可以防止气泡被漏检，并且在自动排气泡后对排气泡的情况进行复检(排气泡的管路设在多对光纤的中间)，确万无一失。
所述第二腔室61的端口通过密封圈63与第一凸形端口64连接，所述第一凸形端口64设置在加水口帽62上，所述加水口帽62包裹第二腔室61的端口。
所述微控制器51还与按键模块55、显示模块56和音响驱动电路50连接，用于实现控制命令的手动输入、相关参数的实时显示以及异常情况时的告警。
所述微控制器51还与温度传感器53连接，所述温度传感器53用于对温度进行实时检测，微控制器51根据检测的温度值，确定相应的粘度值。
所述检测用光纤式气泡检测装置11设置在检测用光纤式气泡传感器暗盒壳体66中，所述参比用光纤式气泡检测装置17设置在参比用光纤式气泡传感器暗盒壳体67中，所述检测用光纤式气泡传感器暗盒壳体66和参比用光纤式气泡传感器暗盒壳体67均通过暗盒盖65盖住。
本实施例所述的注射泵的工作过程具体如下：
(1)本实施例的流量控制过程，具体为：
由流量传感器对流量进行实时检测，也即由第一压力传感器7和第二压力传感器9，对毛细管8两端的压力进行实时检测，并反馈到微控制器51，微控制器51将反馈值与给定值进行比较，并实时控制步进电机34移动活塞41使压力稳定在给定值上，也即使流量Q稳定在给定值上。
(2)向第二腔室内加液的过程，具体为：
以第一液-液转换器为例，向第二腔室61加水，打开加液口护帽2(第一腔室58中空气由此排出)和加水口帽62，把液-液转换器的第二腔室61的整体腔体中加满水，此时柔性隔离膜59在水的压力下，把第一腔体58中的空气排出，旋紧加水口帽62，并把液-液转换器通过其凸形接口64接到选通阀组5中的第一选通阀的凹形接口5-1上，加水操作完成。其他液-液转换器的加液方法相同，这里不再赘述。
(3)向活塞型压水器42中加水的过程，具体为：
把第二换向阀10旋通至和排气口10-1连通(二位三通电磁阀44的P-A连通)，启动步进电机推动活塞向右移动将活塞型压水器42中的空气排出，其右止点的位置通过磁铁38和霍尔限位开关36判定，再使活塞向左移动把水吸入活塞型压水器中(从储水瓶68中吸入，二位三通电磁阀44的P-B连通)，活塞向左移至左止点的位置通过磁铁38和霍尔限位开关36判定，最后把第二换向阀10旋至与排气口10-1断开(且与毛细管连通，二位三通电磁阀44的P-A连通)。
(4)向第一腔体内加药的过程，具体为：
用注射器把药液通过加液口2注入第一腔体58中，同时把第一换向阀6旋至与接水盒15连通(第二腔体61中的水由此排入接水盒15中)，加药液操作完成。
加药液完成后，把加液口护帽2旋上并旋紧，把第一换向阀6旋至与毛细管8连通，打开止液夹1，由预先设定好输液程序进行输液。
(5)换药的自别识别原理为：
换药的自别识别过程，由微控制器51通过流量传感器对第一液-液转换器中的给定药液量进行计量(输液量等于流量Q乘以时间)，当达到其所需的药量后微控制器断定第一液-液转换器中的药液为输完，并且当第一液-液转换器药液输完时加水腔中的水会占满整个腔体使液体不在流动，这时第一压力传感器和第二压力传感检测毛细管两端的压力相等。
第一液-液转换器中的药液为输完后微控制器51控制第一换药自保持电磁铁32动作，使第一液-液转换器和输液管路20断开，同时微控制器控制电磁阀44动作使P-B连通，再从储水瓶68中吸入水，吸水过程完成后(由磁铁38和霍尔限位开关36断定)控制电磁阀P-A连通，同时微控制器控制第二换药自保持电磁铁33动作，使第二液-液转换器和输液管路20连通，进行第二种药液的输液，如果需输第三种药液则重复上述过程，这里不再赘述。
实施例2：
本公开实施例2供一种自动换药微量注射泵的工作方法，利用实施例1所述的自动换药微量注射泵。流量传感器部件是由敏感元件和转换元件构成的，敏感元件是毛细管，转换元件是压力传感器，毛细管起感受液体流动的作用，两个压力传感器作用是把相应的信号转换成电信号，具体为：
当毛细管中有液体流动时，毛细管两端的压力传感器把相应的压力信号转换成电信号传输给微控制器51，所述微控制器根据泊肃叶定律，得到毛细管中液体的流量Q为：
Q＝K(p2-p1)/η
其中，(p2-p1)为毛细管两端的压力差，η为液体的粘滞系数，K为毛细管的几何常数，K＝πR4/8L，R为毛细管内半径，L是毛细管长度，π为圆周率，由上式可以看出，知道了压力差(p2-p1)和粘度系数η，就可以得到流量Q，通过查表得到参比液体的粘度η，进而计算得到毛细管中流动的液体的流量。因为水的粘度η通常作为参考标准来测量某未知粘度的，所以本实施例中的参比液体优选为水。
用活塞型压水器可使输液泵的分辨率达到每小时0.1毫升(0.1mL/h)。
设流量Q为0.1mL/h，取毛细管半径R为0.12mm，毛细管长度L为200mm，粘度η为1.009*10-3Pa.S(温度为20℃)；
则P2-P1＝8ηLQ/πR4＝0.069(KPa)＝6.9mm水柱(可以通过减小毛管直径使压差增大)。
压阻式压力传感器的分辨率高，可以分辨1mm水柱的微压。
例如型号为MPX2010DP的压力传感器，其灵敏度为2.5mv/KPa，则0.069KPa*2.5mv/KPa＝0.1725mv。
通常情况下提高传感器的灵敏度，可得到较高的测量精度，但灵敏度愈高，测量范围愈窄，即灵敏度高和测量范围之间存在矛盾，本实施例的流量传感器，可以通过改变毛细管的半径来扩大量程(流量与毛细管的半径成4次方关系)，由此解决了这个问题，并且毛细管制作容易成本低。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动换药微量注射泵，其特征在于，包括输液管、多个液-液转换器、活塞型压水器、步进电机、毛细管和微控制器，所述液-液转换器内设有柔性隔离膜，用于将液-液转换器分成第一腔室和第二腔室，所述液-液转换器的第二腔室的端口与选通阀组的端口连接，所述选通阀组的一个端口与第一换向阀的第一端口连接，所述第一换向阀的第二端口与储水瓶连接，所述第一换向阀的第三端口与毛细管的第一端连接，所述毛细管的第二端通过第二换向阀与活塞型压水器连接；
所述活塞型压水器由压水器本体和活塞构成第三腔室，所述步进电机通过螺母和丝杠与活塞连接，所述步进电机用于根据微控制器的指令控制活塞向前运动，推动第三腔室内的液体通过毛细管后不断的向第二腔室内挤压，第二腔室内的液体通过柔性隔离膜挤压第一腔室内的药液输出到输液管中；
所述毛细管的两端分别设有同型号的压力传感器，所述压力传感器与微控制器通信连接，当液体如水通过毛细管时，所述微控制器根据泊肃叶定律利用毛细管两端液体的压力差进行输液流量检测；
所述液-液转换器至少包括第一液-液转换器和第二液-液转换器，所述第一液-液转换器的第一腔室的端口与输液管的第一支路连接，所述第一支路上设有与第一换药自保持电磁铁；所述第二液-液转换器的第一腔室的端口与输液管的第二支路连接，所述第二支路上设有第二换药自保持电磁铁，所述微控制器通过控制第一换药自保持电磁铁和第二换药自保持电磁铁实现第一液-液转换器和第二液-液转换器的输液转换；
所述输液管上靠近针头端口接头的位置上设有检测用光纤式气泡检测装置；
还包括参比用光纤式气泡检测装置和参比药液管，所述参比药液管内充满注射液，所述参比用光纤式气泡检测装置内的光纤设置与检测用光纤式气泡检测装置完全相同，所述参比用光纤式气泡检测装置和检测用光纤式气泡检测装置内的发射光纤共用一个光源，所述参比用光纤式气泡检测装置的发射光纤与第二光敏二极管相对设置，所述第二光敏二极管与微控制器通信连接，所述微控制器用于根据第一光敏二极管和第二光敏二极管和电阻组成电桥，根据电桥的输出判断是否有气泡产生。
2.如权利要求1所述的自动换药微量注射泵，其特征在于，所述选通阀组包括与液-液转换器数量相同的三通的选通阀，至少包括第一选通阀和第二选通阀，所述第一液-液转换器的第二腔室的端口与第一选通阀的第一端口连接，所述第二液-液转换器的第二腔室的端口与第二选通阀的第一端口连接；
所述第一选通阀的第三端口与第二选通阀的第二端口连接，所述第二选通阀的第三端口与第一换向阀的第一端口连接，需要自动换药工作时，所述第一选通阀和第二选通阀的各个端口均为常开状态。
3.如权利要求1所述的自动换药微量注射泵，其特征在于，所述活塞型压水器的出水端与二位三通电磁阀的第一端口连接，所述二位三通电磁阀的第二端口与第二换向阀的第三端口连接，所述第二换向阀的第一端口与毛细管的另一端连接，所述第二换向阀的第二端口为单向放气端口，所述二位三通电磁阀的第三端口与储水瓶连接，所述微控制器通过控制二位三通电磁阀的第二端口和第三端口的开闭实现活塞型压水器的抽水或者排气。
4.如权利要求1所述的自动换药微量注射泵，其特征在于，所述螺母上固定有磁铁，所述磁铁沿滑杆滑动，沿滑杆的方向上以预设间距设有第一霍尔限位开关和第二霍尔限位开关，当磁铁靠近第一霍尔限位开关时，微控制器控制步进电机停止，此时第三腔室的体积达到最大，当磁铁靠近第二霍尔限位开关时，微控制器控制步进电机停止，此时第三腔室的体积达到最小。
5.如权利要求1所述的自动换药微量注射泵，其特征在于，所述第二腔室的端口通过密封圈与第一凸形端口连接，所述第一凸形端口包裹第二腔室的端口。
6.如权利要求1所述的自动换药微量注射泵，其特征在于，所述检测用光纤式气泡检测装置包括设置在输液管一侧的多根沿输液管方向并排设置的发射光纤和设置在输液管另一侧的与发射光纤相对的接收光纤，所述接收光纤的出光端口与第一光敏二极管相对设置，所述第一光敏二极管与微控制器通信连接，所述微控制器根据第一光敏二极管的亮度变化情况判断是否有气泡产生。
7.如权利要求6所述的自动换药微量注射泵，其特征在于，所述输液管上设有检测用光纤式气泡检测装置的管段上设有引流管，所述引流管上设有第一自保持电磁铁和第一止流压头，所述第一止流压头将引流管压紧断流，所述第一自保持电磁铁与微控制器通信连接，当检测到有气泡产生时，第一自保持电磁铁带动第一止流压头动作，放开引流管将气泡排出。
8.如权利要求7所述的自动换药微量注射泵，其特征在于，所述检测用光纤式气泡检测装置与针头端口接头之间的管段上设有第二自保持电磁铁和第二止流压头，所述第二自保持电磁铁与微控制器通信连接，当检测到有气泡产生时，第二自保持电磁铁带动第二止流压头动作，将输液管压紧断流。
9.如权利要求8所述的自动换药微量注射泵，其特征在于，所述输液管上第二自保持电磁铁与针头端口接头之间的管段上内置有过滤器，用于进行药液的过滤。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的自动换药微量注射泵的工作方法，其特征在于，当毛细管中有液体流动时，毛细管两端的压力传感器把相应的压力信号转换成电信号传输给微控制器，所述微控制器根据泊肃叶定律，得到毛细管中液体的流量Q为：
Q＝K(p2-p1)/η
其中，(p2-p1)为毛细管两端的压力差，η为液体的粘滞系数，K为毛细管的几何常数，K＝πR4/8L，R为毛细管内半径，L是毛细管长度，π为圆周率，通过查表得到参比液体其粘度η，进而计算得到毛细管中流动的液体的流量。
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