CN112316248B - 一种声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测装置，包括：输液袋、与所述输液袋连通的输液管及贴附于所述输液管上的传感单元，所述传感单元包括测量单元，所述测量单元信号连接有接受单元；所述传感单元用于检测输液管内液体流动情况并转化成信号发出；所述接受单元用于接受测量单元发出的分析信号进行预警动作。根据本发明，可以检测输液管中输液流速，以避免对人造成不适，而且输液管中无液体时实现自动报警。

Description

一种声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测装置
技术领域
本发明涉及输液管检测的技术领域，特别涉及一种声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测装置。
背景技术
静脉输液治疗是临床医疗工作中常用的治疗手段，不少患者一天需要输几组药液。因输液时间长，患者卧床产生疲劳，易在输液过程中熟睡。如果液体输完未被及时发现，医护人员不能及时换药或拔掉针头，会出现空气进入血管形成气栓情况。轻则延误治疗，给病人造成痛苦，重则会严重危及患者，发生医疗事故。针对这一情况市面上已经有输液报警器装置在使用。目前市面上在使用的输液报警器大多由单片机、感应夹、手控开关、蜂鸣器组成。这类报警器虽然在使用，但是存在价格昂贵、布线难、需要电源供电、装置复杂给换药人员带来了一定的麻烦。
从工作原理来看，SAW传感器大致可分为以相位为输出的时间延迟型和以频率为输出的谐振型两大类时间延迟型SAW传感器将被测量转化为信号的延迟时间，而延迟时间为模拟量测量，与频率量相比，其测量不方便，且精度不高，另外终端阅读器与传感器之间的距离对信号的延迟时间也有很大影响。谐振型声表面波传感器将叉指换能器置于两个全反射的反射栅之间。当激励出的声表面波的频率与谐振器频率相等时，声表面波在反射栅间形成驻波，反射栅反射的能量也达到最大。当振荡环路的参数发生变化是，谐振器的中心频率也随之发生漂移，这样得到的频率漂移量就可以来度量被测量的变化情况。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测装置，可以检测输液管中输液流速，以避免对人造成不适，而且输液管中无液体时实现自动报警。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测装置，包括：
输液袋、与所述输液袋连通的输液管及贴附于所述输液管上的传感单元，所述传感单元包括测量单元，所述测量单元信号连接有接受单元；
所述传感单元用于检测输液管内液体流动情况并转化成信号发出；
所述接受单元用于接受测量单元发出的分析信号进行预警动作。
优选的，其特征在于，所述测量单元包括声表面波谐振器、与所述声表面波谐振器电连接的天线及与所述声表面波谐振器电连接的匹配网络单元。
优选的，其特征在于，所述接受单元包括终端设备、与所述终端设备固定的阅读器及设置于所述阅读器上的阅读天线，所述阅读器通过集成固定于所述端设备上。
优选的，所述匹配网络单元的电路包括敏感电容、与所述敏感电容串联的第一匹配电容与第二匹配电容及与所述第一匹配电容与第二匹配电容均并联的匹配电感，且所述声表面波谐振器的电路与所述敏感电容并联。
优选的，所述声表面波谐振器的中心频率为433MHz且为单端对谐振器本发明与现有技术相比，其有益效果是：
1)在无人陪护或患者意识不清醒时，可以对患者的输液状态起到实时的监测，实现液体流速的测量以及输液完成后的报警功能，可以有效避免医疗事故的发生；
2)通过合理设计使敏感单元电容成为声表面波谐振器匹配网络单元的一个组成部分，通过优化环路设计声表面波谐振器具有足够的带宽和高Q值、从而降低器件插损、失配特性。实际运用时通过解调系统的谐振频率就能完成有关输液管的输液状态的监测。当输液管里没有液体流过时，系统谐振频率与声表面波谐振器的固有频率保持一致；当有液体流过时谐振频率会发生偏移。通过判断谐振频率是否发生偏移，来判断输液管是否有液体流过，当没有液体流过时终端设备将会发出警报。进一步的还可以判断液体在输液管里的流速，以防流速的不合适引起患者的不适；
3)声表面波谐振器具有灵敏度高、线性度好、抗干扰能力强等特点，且符合微型化、低功耗、低成本、高精度、长寿命等技术要求。巧妙利用声表面波谐振器外接负载的阻抗变化可导致反射极反射系数S11改变的原理，可以实现将传统式阻抗变化为传感机理的传感量的无线传输；
4)通过无线射频激励和回波信号频率检测，可以解决现有监测方法中存在得布线难、需要电源的弊端，实现对注射液输液管状态无线无源的监测。
附图说明
图1为本发明基于声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测的系统总图；
图2为本发明基于声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测的传感器模块的声表面波谐振器与匹配网络单元的连接图；
图3为本发明基于声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测的声表面波谐振器与匹配网络单元的等效电路图；
图4为本发明基于声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测的声表面波谐振器的真实回波信号图。
图中：1.输液袋；2.输液管；3.传感单元；4.测量单元；5.接受单元；41.声表面波谐振器；42.天线；43.匹配网络单元；431.敏感电容；432.第一匹配电容；433.第二匹配电容；434.匹配电感。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-4，一种声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测装置，包括：输液袋1、与所述输液袋1连通的输液管2及贴附于所述输液管2上的传感单元3，所述传感单元3包括测量单元4，所述测量单元4信号连接有接受单元5；所述传感单元3用于检测输液管2内液体流动情况并转化成信号发出；所述接受单元5用于接受测量单元4发出的分析信号进行预警动作。
进一步的，所述测量单元4包括声表面波谐振器41、与所述声表面波谐振器41电连接的天线42及与所述声表面波谐振器41电连接的匹配网络单元43，天线42作用是收发信号，匹配网络单元43作用是感知输液管内的输液状态以及给予必要的失配补偿，够保证声表面波谐振器41有足够的带宽和高Q值、从而降低器件插损、失配特性，声表面波谐振器41可以达到无线无源的目的，并且操作简便，可重复利用，还可结合频分技术实现多个输液管2状态监测。
进一步的，所述接受单元5包括终端设备、与所述终端设备固定的阅读器及设置于所述阅读器上的阅读天线，所述阅读器通过集成固定于所述端设备上，在终端设备上就可实现对输液管状态的监测以及当输液完成后的报警功能，工作时终端阅读器向传感单元3发送宽带脉冲信号，声表面波谐振器41的IDT接收到该脉冲后在谐振腔内激励出SAW驻波，其频率等于传感单元3的中心频率，当激励信号停止发送，阅读器转到接收状态后，系统接收到传感单元3发出的幅值不断衰减的自由振荡信号，通过频率计测量该接收信号的频率即可完成对输液管输液状态的监测。
进一步的，所述匹配网络单元43的电路包括敏感电容431、与所述敏感电容431串联的第一匹配电容432与第二匹配电容433及与所述第一匹配电容432与第二匹配电容433均并联的匹配电感434，且所述声表面波谐振器41的电路与所述敏感电容431并联，当输液正常时第一匹配电容432与第二匹配电容433的电容恒定声表面波谐振器41的谐振频率以及回波信号稳定。当输液完成，输液管2里没有液体流过第一匹配电容432与第二匹配电容433的电容发生改变，进而声表面波谐振器41谐振频率发生变化进而回波信号发生改变。通过对回波信号的检测解调实现注射液输液管状态的监测，并且可以将解调回波信号的阅读器集成在移动手机或电脑上，实现远程监测。
所述匹配网络单元43的阻抗发生变化时，匹配网络的反射系数S11也会发生线性变化，而匹配网络单元43的反射系数S11是对输液状态判定的依据，其中匹配网络单元43的反馈系数为：
Zex是外部传感器的阻抗，Zmatch是匹配电路的阻抗，P13，P33取自P矩阵，P矩阵用于定义具有两个声学端口和单个IDT的电声耦合。匹配网络和SAWR的阻抗发展可以写成：
Ztd＝ZT+Zmatch
其中ZT是电容式无源传感器的阻抗，Zmatch是匹配网络的阻抗。由SAWR、匹配电路和外部电路引起的总阻抗可以写为：
下式给出了具有IDT的匹配网络的修正反射系数S11：
当输液管2中的流量发生变化时，反射系数S11会跟着变化通过观察有无液体时S11的值大小即可判断输液袋中液体是否已经输完。同时也可根据不同流速时S11的大小来判断输液的快慢状态，以此来达到我们对注射液输液管2输液状态的监测。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测装置，其特征在于，包括：输液袋(1)、与所述输液袋(1)连通的输液管(2)及贴附于所述输液管(2)上的传感单元(3)，所述传感单元(3)包括测量单元(4)，所述测量单元(4)信号连接有接受单元(5)，测量单元(4)包括声表面波谐振器(41)、与所述声表面波谐振器(41)电连接的天线(42)及与所述声表面波谐振器(41)电连接的匹配网络单元(43)；匹配网络单元(43)的电路包括敏感电容(431)、与所述敏感电容(431)串联的第一匹配电容(432)与第二匹配电容(433)及与所述第一匹配电容(432)与第二匹配电容(433)均并联的匹配电感(434)，且所述声表面波谐振器(41)的电路与所述敏感电容(431)并联；匹配网络单元(43)的阻抗发生变化时，匹配网络的反射系数S11也会发生线性变化，而匹配网络单元(43)的反射系数S11是对输液状态判定的依据，其中匹配网络单元(43)的反射系数为：
Zex是外部传感器的阻抗，Zmatch是匹配电路的阻抗，P13，P33取自P矩阵，P矩阵用于定义具有两个声学端口和单个IDT的电声耦合，匹配网络和SAWR的阻抗发展可以写成：
Ztd＝ZT+Zmatch
其中ZT是电容式无源传感器的阻抗，Zmatch是匹配网络的阻抗，由SAWR、匹配电路和外部电路引起的总阻抗可以写为：
下式给出了具有IDT的匹配网络的修正反射系数S11：
当输液管(2)中的流量发生变化时，反射系数S11会跟着变化通过观察有无液体时S11的值大小即可判断输液袋中液体是否已经输完，同时也可根据不同流速时S11的大小来判断输液的快慢状态，以此来达到我们对注射液输液管(2)输液状态的监测；
所述传感单元(3)用于检测输液管(2)内液体流动情况并转化成信号发出；
所述接受单元(5)用于接受测量单元(4)发出的分析信号进行预警动作。
2.如权利要求1所述的一种声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测装置，其特征在于，所述接受单元(5)包括终端设备、与所述终端设备固定的阅读器及设置于所述阅读器上的阅读天线，所述阅读器通过集成固定于所述端设备上。
3.如权利要求1所述的一种声表面波技术的无线无源注射液输液管状态监测装置，其特征在于，所述声表面波谐振器(41)的中心频率为433MHz且为单端对谐振器。
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