CN113476694A - 一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，包括光纤传感单元、光电检测单元、报警单元，光纤传感单元安装在输液管上，所述光纤传感单元设置有第一检测端和第二检测端，第一检测端和第二检测端分别位于输液管的两侧且与输液管的外壁抵接，所述第一检测端靠近输液管的端面为反射面，第二检测端中贯穿设置有第一光纤，第一光纤的一端与输液管的外壁抵接并与反射面相对应；第一光纤的另一端连接光电检测单元；报警单元经光电检测单元连接光纤传感单元获取其信号，报警单元根据获取的信号发出报警信息。本发明采用光纤法珀检测原理控制输液报警器工作，在工作过程中不会对输入液体造成污染。

Description

一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器
技术领域
本发明涉及临床医疗技术领域，特别是涉及一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器。
背景技术
在目前的临床治疗体系中，静脉输液是最主要的治疗手段之一。当病人在输液时，由于身体位于输液瓶下方而无法看清输液瓶内溶液的剩余量，所以通常需要护士或家人全程看护。若输液瓶内液体输完后不及时拔掉输液管，就可能会引起血液倒流从而给病人造成一定的危险。所以迫切需要一种输液报警器，保证病人在静脉输液的过程中不浪费不必要的人力，也能保证病人输液过程的安全性。
目前，为解决上述存在的问题，国内外提出了各种不同的解决方案，主要有浮球法、电容法、探针法、称重法以及液滴探测法等。浮球法是将浮球置于内溶液液面，当液体输完之后浮球到达输液瓶底端而触发报警器，该方法的缺点是浮球与待输入液体接触，从而对液体造成不必要的污染，且操作过程比较繁琐。电容法是将输液瓶放到电容传感器一侧，通过对传感器电容的判断从而对输液瓶内是否有液体进行判断，该方法简单且易于实现，但是在实际操作过程中会有一定的误判。探针法是将两个探针深入输液瓶中，通过检测两个探针之间的阻值来判断输液瓶内液体是否输完。称重法是通过称输液瓶的重量来判断输液瓶中液体书否输入完成，该方法原理简单，但是操作比较繁琐，针对不同的输液瓶进行的设置不同的参数。液体探测法是采用光电探测的方法，该方法通过检测滴斗内药液点滴滴下时产生的红外脉冲信号对输液是否完成进行判断，没有大规模推广开来。
输液警报器在某种情况下会带来医务人员“警报疲劳”，在输液警报器上需要设置自动夹停装置，减少医务人员因警报疲劳造成事故。
现有技术的缺陷是，缺少一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，采用光纤法珀检测原理控制输液报警器工作。
发明内容
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明的目的是提供一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，采用光纤法珀检测原理控制输液报警器工作，在工作过程中不会对输入液体造成污染。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，包括光纤传感单元、光电检测单元、报警单元，光纤传感单元安装在输液管上用于检测输液管中是否含有液体；所述光纤传感单元设置有第一检测端和第二检测端，第一检测端和第二检测端分别位于输液管的两侧且与输液管的外壁抵接，所述第一检测端靠近输液管的端面为反射面，第二检测端中贯穿设置有第一光纤，第一光纤的一端与输液管的外壁抵接并与反射面相对应；第一光纤的另一端连接光电检测单元；报警单元经光电检测单元连接光纤传感单元获取其信号，报警单元根据获取的信号发出报警信息。
光纤传感单元是用来检测输液管中是否含有液体，在使用时可将其夹持并固定在莫非管上端的输液管处；光纤传感单元后端连接着光电检测单元，光电检测单元固定在支撑架的平台上，光电检测单元后端连接着报警单元。
光纤传感单元中第一检测端的反射面和第一光纤的一端相对应，第一光纤正对反射面的一端端面平整，在使用时将第一检测端和第二检测端夹紧输液管，第一光纤将测得的传感信号传输到后端的光电检测单元。光电检测单元负责将第一光纤收集到的信号进行处理，当输液管中液体从有到无时，光纤传感单元前后收集到的信号发生变化，此时触发后端报警单元，报警单元发出警报提醒医护人员进行相关的医护操作。
还包括槽形的安装架，安装架的前部和上下两端均开口，安装架内腔左侧固定设置有第一检测端，安装架内腔右侧安装有第二检测端，第二检测端的内侧呈圆弧形且与输液管的外壁相适应；第一检测端与第二检测端之间穿设输液管；第一光纤的另一端经安装架右侧壁开设的第一过孔伸出连接光电检测单元。
槽形的安装架用于安装光纤传感单元，使用时，将输液管安放在第一检测端与第二检测端之间，第二检测端圆弧形的内侧面有助于将光纤传感单元固定在输液管上防止脱落。
所述第二检测端的右端固定设置有滑板，滑板经弹簧与安装架的右侧内壁连接；滑板的前后两端还设置有把手，后端的把手经安装架后壁开设的滑孔伸出安装架，后端的把手可以在滑孔内左右滑动。滑板也设置有第一光纤通过的过孔。
先用一只手捉住滑板前后两端的把手，向右侧压缩弹簧，使第一检测端与第二检测端之间的距离变大，另一只手将输液管放在第一检测端与第二检测端之间，放开把手；第二检测端在弹簧的回复力作用下向左运动，将输液管夹持在第一检测端与第二检测端之间。
所述光电检测单元包括光源、光谱仪、光纤耦合器，光源经第二光纤连接光纤耦合器的输入接口，第一光纤的另一端连接光纤耦合器的第一连接接口；光谱仪经第三光纤连接光纤耦合器的第二连接接口。
光电检测单元设置有光谱仪、光源和光纤耦合器，光源负责发出测试光并将测试光经第二光纤发送到光纤耦合器中，光纤耦合器负责将连接光源的第二光纤、光纤传感单元的第一光纤和连接到光谱仪的第三光纤耦合在一起，光谱仪将第一光纤传输回来的光信号转化成为电信号并传输给报警单元，当输液管中液体从有到无时，光纤传感单元前后收集到的信号发生变化，此时触发后端报警单元，报警单元发出警报提醒医护人员进行相关的医护操作。
所述报警单元设置有单片机，光谱仪的信号输出端与单片机的信号输入端相连接，单片机还连接有蓝牙模块、蜂鸣报警器和灯光报警器；单片机连接有启停开关和声音开关。
报警单元设置有单片机，单片机连接有蜂鸣报警器、灯光报警器和蓝牙模块，蓝牙模块可将报警指令传送到护士站终端，而声音开关可控制蜂鸣报警器是否鸣叫；在夜晚的时候，单片机可以获取声音开关的指令控制蜂鸣报警器停止鸣叫，防止影响他人安睡。启停开关可以控制报警单元的启动和停止。当护士将光电检测单元安装在输液管上之后，即可按下启停开关控制报警单元开始工作；输液完毕后，再次按下启停开关控制报警单元停止工作。
所述安装架上还安装有夹停装置；所述夹停装置设置于第一检测端与第二检测端的下方，夹停装置包括橡胶垫板、方形的夹板、端盖以及丝杆电机；橡胶垫板设置于安装架的左侧内壁，夹板滑动设置于安装架的内腔右侧并正对橡胶垫板，所述夹板的右侧壁固定设置有端盖，安装架的右侧外壁安装有丝杆电机，丝杆电机的丝杆左端经安装架右侧壁开设的第二过孔伸入安装架内腔，丝杆左端经端盖右侧壁开设的通孔伸入端盖内，丝杆左端连接有端头，端头位于端盖内；报警单元经电机驱动模块连接丝杆电机驱动其转动；报警单元连接有电机复位开关。
上述结构设置的效果为：当输液管中液体从有到无时，光纤传感单元前后收集到的信号发生变化，此时触发后端报警单元，报警单元发出警报提醒医护人员进行相关的医护操作；同时，报警单元经电机驱动模块连接丝杆电机驱动其正向转动；丝杆的左端向左运动，推动夹板向左滑动，直到夹紧输液管；当按下电机复位开关时，报警单元经电机驱动模块连接丝杆电机驱动其反向转动；丝杆的左端向右运动，经端盖推动夹板向右滑动，直到放开输液管。橡胶垫板在夹停的过程中起缓冲作用。
通过上述的装置，当输液管中没有液体时，能够通过夹停装置实现自动夹停。
所述安装架的下端开口与莫非管的上端抵接。
显著效果:本发明提供了一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，采用光纤法珀检测原理控制输液报警器工作，在工作过程中不会对输入液体造成污染。
附图说明
图1为光纤传感单元和夹停装置的结构图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B-B剖视图；
图4为本发明的电路模块图；
图5为本发明的一种使用状态图；
图6为单片机的电路图；
图7为蜂鸣报警器的电路图；
图8为灯光报警器的电路图；
图9为电机驱动模块的电路图；
图10为单片机的电源模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-图10所示，一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，包括光纤传感单元1、光电检测单元2、报警单元3，光纤传感单元1安装在输液管10上，用于检测输液管10中是否含有液体；所述光纤传感单元1设置有第一检测端11和第二检测端12，第一检测端11和第二检测端12分别位于输液管10的两侧且与输液管10的外壁抵接，所述第一检测端11靠近输液管10的端面为反射面，第二检测端12中贯穿设置有第一光纤121，第一光纤121的一端与输液管10的外壁抵接并与反射面相对应；第一光纤121的另一端连接光电检测单元2；报警单元3经光电检测单元2连接光纤传感单元1获取其信号，报警单元3根据获取的信号发出报警信息。
光纤传感单元1用于检测输液管10中是否含有液体，在使用时可将其夹持并固定在莫非管5上端的输液管10处；光纤传感单元1后端连接着光电检测单元2，光电检测单元2固定在支撑架7的平台上，光电检测单元2后端连接着报警单元3。
光纤传感单元1如图1-图2所示。光纤传感单元1中第一检测端11的反射面和第一光纤121的一端相对应，第一光纤121正对反射面的一端端面平整，在使用时将第一检测端11和第二检测端12夹紧输液管10，第一光纤121将测得的传感信号传输到后端的光电检测单元2。光电检测单元2负责将第一光纤121收集到的信号进行处理，当输液管10中液体从有到无时，光纤传感单元1前后收集到的信号发生变化，此时触发后端报警单元3，报警单元3发出警报提醒医护人员进行相关的医护操作。
图5为本发明的一种使用状态图，其中可移动的底座6安放于地面上，底座6上安装有支撑架7，在支撑架7一侧的平台上放置有光电检测单元2和报警单元3；在支撑架7的顶部吊装有输液瓶8；输液瓶8的底端通过输液管10连接有莫非管5，光纤传感单元1夹持并固定在莫非管5上端的输液管10处。
光电检测单元2和报警单元3设置有壳体，光谱仪22、光源21和光纤耦合器23、单片机放置在壳体内，蓝牙模块32、蜂鸣报警器和灯光报警器、启停开关和声音开关嵌设在壳体表面；壳体表面还设置有过孔，图略。所述壳体中还设置有电源模块，电源模块为光谱仪22、单片机、蓝牙模块32供电。蓝牙模块32可采用HC-06蓝牙模块；电路图略。另外，单片机还可以通过WIFI模块、4G移动通讯模块等输出报警信号；发出警报提醒医护人员进行相关的医护操作。
如图1和图2所示。将第一光纤121的一端与第二检测端12的反射面分别固定在输液管10的两侧，第一光纤121的平滑端面和反射面构成了法珀腔，其中第一光纤121本身作为光输入和光输出的传输元件。第一光纤121发出的出射光与反射面的反射光发生干涉后的干涉光耦合进第一光纤121，形成干涉光信号；输液管10中有液体时的法珀腔光程大于输液管10中没有液体的法珀腔光程，此时产生的干涉信号不一样，通过光纤传感单元1后端的光电检测单元2对干涉信号进行解调，即可知道此时输液管10中是否有液体存在。
单片机31通过杜邦线连接光谱仪22通过干涉光信号识别输液管10中是否有液体的技术为现有成熟技术。
干涉光信号与法珀腔中材料折射率n有关，即与法珀腔的光程有关系。
干涉光信号为光强随波长呈余弦波变化的信号，干涉光信号产生如公式(1)。
Figure BDA0003147173960000081
其中，I0(λ)为第一光纤121的出射光，IR(λ)为光谱仪22接收到的干涉信号，R为反射面的反射率，n为透明液体的折射率，反射面与第一光纤121的内端面之间的距离为法珀腔的物理长度，记为L，法珀腔的光程为Δ＝nL，λ为测试光的波长。
由上式(1)可知，IR(λ)干涉信号与法珀腔中材料折射率n有关，即与法珀腔的光程有关系。
医学输液瓶中的常用液体折射率如下表所示空气的折射率约等于1。
液体 折射率
生理盐水 1.334765
蒸馏水 1.32850
葡萄糖液体 1.34210
。
还包括槽形的安装架13，安装架13的前部和上下两端均开口，安装架13内腔左侧固定设置有第一检测端11，安装架13内腔右侧安装有第二检测端12，第二检测端12的内侧呈圆弧形且与输液管10的外壁相适应；第一检测端11与第二检测端12之间穿设输液管10；第一光纤121的另一端经安装架13右侧壁开设的第一过孔132伸出连接光电检测单元2。
槽形的安装架13用于安装光纤传感单元1，使用时，将输液管10安放在第一检测端11与第二检测端12之间，第二检测端12圆弧形的内侧面有助于将光纤传感单元1固定在输液管10上防止脱落。
所述第二检测端12的右端固定设置有滑板14，滑板14经弹簧15与安装架13的右侧内壁连接；滑板14的前后两端还设置有把手141，后端的把手141经安装架13后壁开设的滑孔131伸出安装架13，后端的把手141可以在滑孔131内左右滑动。滑板14也设置有第一光纤121通过的过孔。
先用一只手捉住滑板14前后两端的把手141，向右侧压缩弹簧15，使第一检测端11与第二检测端12之间的距离变大，另一只手将输液管10放在第一检测端11与第二检测端12之间，放开把手141；第二检测端12在弹簧15的回复力作用下向左运动，将输液管10夹持在第一检测端11与第二检测端12之间；然后，打开单片机31的启停开关，报警单元3开始工作，当输液瓶8中没有液体时，输液瓶8下端的输液管10中也没有液体，这时候，光纤传感单元1触发报警单元3，报警单元3通过蓝牙模块32可将相应的报警信息传送到护士站终端，同时可控制蜂鸣报警器、灯光报警器工作，再次按下启停开关；蜂鸣报警器、灯光报警器停止工作。
所述光电检测单元2包括光源21、光谱仪22、光纤耦合器23，光源21经第二光纤211连接光纤耦合器23的输入接口，第一光纤121的另一端连接光纤耦合器23的第一连接接口；光谱仪22经第三光纤221连接光纤耦合器23的第二连接接口。
光电检测单元2设置有光谱仪22、光源21和光纤耦合器23，光源21负责发出测试光并将测试光经第二光纤211发送到光纤耦合器23中，光纤耦合器23负责将连接光源21的第二光纤211、光纤传感单元1的第一光纤121和连接到光谱仪22的第三光纤221耦合在一起，光谱仪22将第一光纤121传输回来的光信号转化成为电信号并传输给报警单元3，当输液管10中液体从有到无时，光纤传感单元1前后收集到的信号发生变化，此时触发后端报警单元3，报警单元3发出警报提醒医护人员进行相关的医护操作。
光谱仪22可以选用现有技术中成熟的光谱仪22，尺寸要求尽量小巧。
光纤耦合器中连接光纤传感单元1、连接光源21和连接光谱仪23的光纤端头均为FC连接器。
光源21采用激光光源。
所述报警单元3设置有单片机31，光谱仪22的信号输出端与单片机31的信号输入端相连接，单片机31还连接有蓝牙模块32、蜂鸣报警器和灯光报警器；单片机31连接有启停开关和声音开关。
报警单元3设置有单片机31，单片机31连接有蜂鸣报警器、灯光报警器和蓝牙模块32，蓝牙模块32可将报警指令传送到护士站终端，而声音开关可控制蜂鸣报警器是否鸣叫；在夜晚的时候，单片机可以获取声音开关的指令控制蜂鸣报警器停止鸣叫，防止影响他人安睡。启停开关可以控制报警单元3的启动和停止。
单片机31可以采用stc89c52单片机或STM32型号的单片机。光谱仪22通过相应的接口连接单片机31向其发送检测信号，光电检测单元2的输出检测信号可以经接口P34和接口P37连接stc89c52单片机。蜂鸣报警器的端口BEEP连接stc89c52单片机的相应控制管脚，另一端口经100R电阻接电源VCC。八个LED灯D1-D8的负极经相应的电阻连接stc89c52单片机的P20到P27接口，八个LED灯D1-D8的正极连接电源VCC。
当光电检测单元2的电信号正常时输液管10有液体不会触发信号时，P34输入信号为0，当有触发信号输液管10无液体时输入信号变为1，带动灯光报警器和蜂鸣报警器发出警报，通过单片机31控制灯光报警器和蜂鸣报警器持续一分钟报警，并同时通过蓝牙模块32发出报警信息，人为地按下复位信号后不再发出警报。
优选地，单片机31内设置有延时装置，当单片机31获取到触发信号时，通过延时装置延时10-30秒再次检测触发信号，如果仍有触发信号，启动报警。
如图1和图3所示，所述安装架13上还安装有夹停装置4；所述夹停装置4设置于第一检测端11与第二检测端12的下方，夹停装置4包括橡胶垫板41、方形的夹板42、端盖43以及丝杆电机44；橡胶垫板41设置于安装架13的左侧内壁，夹板42滑动设置于安装架13的内腔右侧并正对橡胶垫板41，夹板42可以沿着安装架13的内腔后部左右滑动，所述夹板42的右侧壁固定设置有端盖43，安装架13的右侧外壁安装有丝杆电机44，丝杆电机44的丝杆441左端经安装架13右侧壁开设的第二过孔伸入安装架13内腔，丝杆441左端经端盖43右侧壁开设的通孔伸入端盖43内，丝杆441左端连接有端头442，端头442位于端盖43内，端头442的外径大于端盖43右侧壁开设的通孔的外径；报警单元3经电机驱动模块连接丝杆电机44驱动其转动；报警单元3连接有电机复位开关。
上述结构设置的效果为：当输液管10中液体从有到无时，光纤传感单元1前后收集到的信号发生变化，此时触发后端报警单元3，报警单元3发出警报提醒医护人员进行相关的医护操作；同时，报警单元3经电机驱动模块连接丝杆电机44驱动其正向转动；丝杆441的左端向左运动，推动夹板42向左滑动，直到夹紧输液管10；当按下电机复位开关时，报警单元3经电机驱动模块连接丝杆电机44驱动其反向转动；丝杆441的左端向右运动，推动夹板42向右滑动，直到放开输液管10。
通过上述的装置，当输液管10中没有液体时，能够通过夹停装置4实现自动夹停；上述结构有助于防止医护人员因为警报疲劳未及时关停输液管10而造成事故。
所述夹板42的前端还固定设置限位板42a，限位板42a向安装架13的左侧延伸，防止输液管10在夹停的进程中从安装架13中滑出。
也可以在安装架13的前端一侧设置一个转动的挡板，通过挡板的旋转挡住或打开安装架13前端开口，防止输液管10从安装架13中滑出；图略。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，其特征在于，包括光纤传感单元(1)、光电检测单元(2)、报警单元(3)，光纤传感单元(1)安装在输液管(10)上用于检测输液管(10)中是否含有液体；所述光纤传感单元(1)设置有第一检测端(11)和第二检测端(12)，第一检测端(11)和第二检测端(12)分别位于输液管(10)的两侧且与输液管(10)的外壁抵接，所述第一检测端(11)靠近输液管(10)的端面为反射面，第二检测端(12)中贯穿设置有第一光纤(121)，第一光纤(121)的一端与输液管(10)的外壁抵接并与反射面相对应；第一光纤(121)的另一端连接光电检测单元(2)；报警单元(3)经光电检测单元(2)连接光纤传感单元(1)获取其信号，报警单元(3)根据获取的信号发出报警信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，其特征在于：还包括槽形的安装架(13)，安装架(13)的前部和上下两端均开口，安装架(13)内腔左侧固定设置有第一检测端(11)，安装架(13)内腔右侧安装有第二检测端(12)，第二检测端(12)的内侧呈圆弧形且与输液管(10)的外壁相适应；第一检测端(11)与第二检测端(12)之间穿设输液管(10)；第一光纤(121)的另一端经安装架(13)右侧壁开设的第一过孔(132)伸出连接光电检测单元(2)。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，其特征在于：所述第二检测端(12)的右端固定设置有滑板(14)，滑板(14)经弹簧(15)与安装架(13)的右侧内壁连接；滑板(14)的前后两端还设置有把手(141)，后端的把手(141)经安装架(13)后壁开设的滑孔(131)伸出安装架(13)，后端的把手(141)可以在滑孔(131)内左右滑动。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，其特征在于：所述光电检测单元(2)包括光源(21)、光谱仪(22)、光纤耦合器(23)，光源(21)经第二光纤(211)连接光纤耦合器(23)的输入接口，第一光纤(121)的另一端连接光纤耦合器(23)的第一连接接口；光谱仪(22)经第三光纤(221)连接光纤耦合器(23)的第二连接接口。
5.根据权利要求4所述的一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，其特征在于：所述报警单元(3)设置有单片机(31)，光谱仪(22)的信号输出端与单片机(31)的信号输入端相连接，单片机(31)还连接有蓝牙模块(32)、蜂鸣报警器和灯光报警器；单片机(31)连接有启停开关和声音开关。
6.根据权利要求2所述的一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，其特征在于：所述安装架(13)上还安装有夹停装置(4)；所述夹停装置(4)设置于第一检测端(11)与第二检测端(12)的下方，夹停装置(4)包括橡胶垫板(41)、方形的夹板(42)、端盖(43)以及丝杆电机(44)；橡胶垫板(41)设置于安装架(13)的左侧内壁，夹板(42)滑动设置于安装架(13)的内腔右侧并正对橡胶垫板(41)，所述夹板(42)的右侧壁固定设置有端盖(43)，安装架(13)的右侧外壁安装有丝杆电机(44)，丝杆电机(44)的丝杆(441)左端经安装架(13)右侧壁开设的第二过孔伸入安装架(13)内腔，丝杆(441)左端经端盖(43)右侧壁开设的通孔伸入端盖(43)内，丝杆(441)左端连接有端头(442)，端头(442)位于端盖(43)内；报警单元(3)经电机驱动模块连接丝杆电机(44)驱动其转动；报警单元(3)连接有电机复位开关。
7.根据权利要求2所述的一种基于光纤法珀检测原理的可夹停的输液报警器，其特征在于：所述安装架(13)的下端开口与莫非管(5)的上端抵接。
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