CN114191653B - 一种红外光液滴检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外光液滴检测装置及方法，红外发射装置包括从左往右依次设置的红外发射管(1)、遮光片(2)和透镜(3)，透镜(3)的凸面伸入于通槽(19)内且位于滴嘴(11)的下方，遮光片(2)的端面上开设有用于通光的弧形缝隙(4)，弧形缝隙(4)与透镜(3)的平面的下半部分重叠，弧形缝隙(4)的长度小于透镜(3)的凸面直径，所述红外发射管(1)与透镜(3)的凸面处于同一水面线上；红外接收装置包括固设于机壳(17)内的红外透光片(9)，所述红外透光片(9)的左端面上固设有红外接收阵列(10)。本发明的有益效果是：结构紧凑、检测可靠性高、避免出现误检和漏检、提高液滴检测精度。

Description

一种红外光液滴检测装置及方法

技术领域

本发明涉及液滴检测的技术领域，特别是一种红外光液滴检测装置及方法。

背景技术

重力输液器用于向病人输送药物，重力输液器包括滴管和滴嘴，滴嘴设置于滴管的顶部，且其末端口伸入于滴管内，滴嘴的顶端口与输液瓶或输液袋经输液管连接，输液瓶或输液袋经输液管流出的药液进入到滴嘴后，在滴嘴末端口处逐渐聚集成液滴，聚集到一定大小后，液滴落下并滴落到滴管内，最后滴管内的药液输送给病人。为了方便医生实时的获知输液时已经完成的药剂量以解输液的进度，目前需采用重力输液器液滴检测装置来统计从滴嘴末端口处滴落到滴管内液滴的总次数，从而获知给病人完成的输液量。

现有的重力输液器液滴检测装置包括红外发射端和红外接收端，红外光发射端和红外接收端分别设置于滴管的左右侧，红外光发射端发出的红外光束穿过滴管而照射在红外接收端上，当从滴嘴末端口滴落下来的液滴穿过红外光束时，液滴将红外光束遮挡住，此时在红外接收端产生光电波动信号，红外接收端判断有液滴落下并对液滴记数。然而，这种重力输液器液滴检测装置虽然能够检测液滴并统计滴落的液滴数量，但是在实际的使用过程中，仍然发现出以下技术缺陷：1、在外界因素下，滴管发生晃动，滴管带动滴嘴同步晃动，造成悬挂在滴嘴末端口处且未滴落的液滴晃动，晃动的液滴往复的遮挡红外光束，导致红外接收端连续的产生光电波动信号，进而导致红外接收端错误判断有液滴滴落，最终导致所获知的输液量根本不精确，从而极大了降低了液滴的检测精确度。2、在外界因素下，滴管发生倾斜，滴管带动滴嘴同步倾斜，当滴嘴与重力方向形成最大倾斜角时，滴落下来的液滴不沿着垂向方向向下滴落，而是绕过红外光束滴落，造成红外接收端没有检测到液滴，导致出现漏检的现象，最终导致所获知的输液量也不精确，从而极大的降低了液滴的检测精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、检测可靠性高、避免出现误检和漏检、提高液滴检测精度的红外光液滴检测装置及方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种红外光液滴检测装置，它包括滴管、滴嘴和机壳，所述滴嘴的末端口与滴管连通，机壳的前端面上由上往下依次开设有上U形卡槽、通槽和下U形卡槽，通槽贯穿机壳的前后端面设置，所述滴管设置于通槽内，且滴管的上下端部分别固设于上U形卡槽和下U形卡槽内，该检测装置还包括设置于机壳内的红外发射装置和红外接收装置，红外发射装置和红外接收装置分别设置于滴管的左右侧；

所述红外发射装置包括从左往右依次设置的红外发射管、遮光片和透镜，透镜的左右侧分别为平面和凸面，透镜的平面与遮光片的右端面相接触，透镜的凸面伸入于通槽内且位于滴嘴的下方，遮光片的端面上开设有用于通光的弧形缝隙，弧形缝隙与透镜的平面的下半部分重叠，弧形缝隙的长度小于透镜的凸面直径，所述红外发射管与透镜的凸面处于同一水面线上；

所述红外接收装置包括固设于机壳内的红外透光片，所述红外透光片的右端面上固设有红外接收阵列，红外接收阵列由三个并列且相互接触的红外接收传感器组成；红外发射管发出的红外光束依次通过遮光片、弧形缝隙并进入到透镜内，透镜将红外光束聚光后形成一条平行且开口朝上的弧形光束，弧形光束绕过滴嘴后穿过红外透光片，最后弧形光束照射在由三个红外接收传感器组成的红外接收阵列上，此时弧形光束在红外接收阵列上的投影光斑为开口朝上的弧形。

所述滴管为莫菲氏滴管。

所述红外发射管的发光角度为120度。

所述透镜为圆形平凸透镜。

所述弧形缝隙的两端均开设有一个通光孔，两个通光孔的直径均大于弧形缝隙的宽度且与弧形缝隙相接。

处于中间位置的红外接收传感器与两侧的红外接收传感器向下错开三分之一个身位。

所述红外透光片与通槽相连通。

所述装置红外光检测液滴的方法，它包括：当滴管处于正常工作位置时液滴的检测过程、当液滴处于最大倾斜工作位置时液滴的检测过程；

所述当滴管处于正常工作位置时，即滴管与重力方向平行时，其液滴的检测过程为：

S11、当液滴还没有在滴嘴的末端口形成时，弧形光束没有被液滴遮挡，此时红外接收阵列上为一个完整的投影光斑，红外接收阵列输出信号为一高电平信号；

S12、当滴嘴末端口处的药液慢慢集聚而逐渐变大，聚集中还未滴落的液滴A在滴落前将悬于滴嘴处，且液滴A刚好处于弧形光束的弧形开口内，此时红外接收阵列上为一个完整的投影光斑，红外接收阵列输出信号为一高电平信号；

S13、当液滴从滴嘴脱离后，滴落下来的液滴B在正穿越弧形光束时，液滴B将聚焦它触及到的红外光束，由于弧形光束是平行方向传播的，在通过液滴聚光后将改变红外光束的传播途径，使得这部分红外光束无法到达红外接收阵列上，同时不透明的液滴B在穿越弧形光束时，将遮挡它所触及到的红外光束，同样使得这部分红光束无法到达红外接收阵列，此时红外接收阵列的输出信号为从高电平信号逐渐下降的波形；

S14、当液滴C向下完全穿过弧形光束后，被遮挡或被聚焦改变传播方向的红外光将慢慢减少，此时红外接收阵列的输出信号为逐渐上升到高电平信号的波形，最终红外接收阵列检测到一个完整的液滴已经滴落到滴管内，并对液滴计数；

所述当滴管处于最大倾斜工作位置时，即滴管与重力方向呈最大倾角时，其液滴的检测过程为：

S21、当液滴还没有在滴嘴的末端口形成时，弧形光束没有被液滴遮挡，此时红外接收阵列上为一个完整的投影光斑，红外接收阵列输出信号为一高电平信号；

S22、当滴嘴末端口处的药液慢慢集聚而逐渐变大，聚集中还未滴落的液滴A在滴落前将悬于滴嘴处，且液滴A刚好处于弧形光束的弧形开口内，此时红外接收阵列上为一个完整的投影光斑，红外接收阵列输出信号为一高电平信号；

S23、当液滴从滴嘴脱离后，滴落下来的液滴B在正穿越弧形光束时，液滴B将聚焦它触及到的红外光束，由于弧形光束是平行方向传播的，在通过液滴聚光后将改变红外光束的传播途径，使得这部分红外光束无法到达红外接收阵列上，同时不透明的液滴B在穿越弧形光束时，将遮挡它所触及到的红外光束，同样使得这部分红光束无法到达红外接收阵列，此时红外接收阵列的输出信号为从高电平信号逐渐下降的波形；

S24、当液滴C向下完全穿过弧形光束后，被遮挡或被聚焦改变传播方向的红外光将慢慢减少，此时红外接收阵列的输出信号为逐渐上升到高电平信号的波形，最终红外接收阵列检测到一个完整的液滴已经滴落到滴管内，并对液滴计数。

本发明具有以下优点：

1、当滴管处于正常工作位置时，用于检测液滴的红外光束为开口向上的弧形光束，这将很好的避开聚集中还未滴落的液滴A，即使滴管晃动而造成液滴A晃动，也不会造成红外接收阵列输出变化的波形，从而有效的避免了错误的检测出有液滴滴落，从而确保了所获知的输液量精确，进而极大的提高了液滴的检测精确度。

2、当滴管处于最大倾斜工作位置时，弧形光束到滴嘴末端口的中心轴之间的间距略大于液滴A的长度，即液滴A处于弧形光束的上方，从而避免了液滴A在滴落前触及到弧形光束，确保了红外接收阵列不会输出变化的波形，从而有效的避免了错误的检测出有液滴滴落，从而确保了所获知的输液量精确，进一步的极大的提高了液滴的检测精确度。

3、当滴嘴与重力方向形成最大倾斜角时，即滴落下来的液滴A不沿着垂向方向向下滴落时，该装置同样能够检测到液滴，避免了液滴绕过红外光束，防止了出现漏检现象，确保了所获知的输液量精确，进一步的极大的提高了液滴的检测精确度。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明的工作原理图；

图3 为当滴管处于正常工作位置时滴液聚集前的主视图；

图4 为图3的侧视图；

图5为图3中红外接收阵列输出的电信号波形图；

图6 为当滴管处于正常工作位置时且滴液聚集中还未滴落时的主视图；

图7 为图6的侧视图；

图8 为图6中红外接收阵列输出的电信号波形图；

图9为当滴管处于正常工作位置时且滴液正穿越弧形光束时的主视图；

图10为图9的侧视图；

图11为图9红外接收阵列输出的电信号波形图；

图12为当滴管处于正常工作位置时且滴液穿越弧形光束以后的主视图；

图13为图12的侧视图；

图14为图12中红外接收阵列输出的电信号波形图；

图15 为当滴管处于最大倾斜工作位置时滴液聚集前的主视图；

图16为图15的侧视图；

图17为图15中红外接收阵列输出的电信号波形图；

图18为当滴管处于最大倾斜工作位置时且滴液聚集中还未滴落时的主视图；

图19 为图18的侧视图；

图20为图18中红外接收阵列输出的电信号波形图；

图21为当滴管处于最大倾斜工作位置时且滴液正穿越弧形光束时的主视图；

图22为图21的侧视图；

图23为图21红外接收阵列输出的电信号波形图；

图24为当滴管处于最大倾斜工作位置时且滴液穿越弧形光束以后的主视图；

图25为图24的侧视图；

图26为图24中红外接收阵列输出的电信号波形图；

图中，1-红外发射管，2-遮光片，3-透镜，4-弧形缝隙，5-通光孔， 7-弧形光束，8-投影光斑，9-红外透光片，10-红外接收阵列，11-滴嘴， 13-液滴A，14-液滴B，15-液滴C，16-滴管，17-机壳，18-上U形卡槽，19-通槽，20-下U形卡槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1~2所示，一种红外光液滴检测装置，它包括滴管16、滴嘴11和机壳17，所述滴嘴11的末端口与滴管16连通，滴管16为莫菲氏滴管，机壳17的前端面上由上往下依次开设有上U形卡槽18、通槽19和下U形卡槽20，通槽19贯穿机壳17的前后端面设置，所述滴管16设置于通槽19内，且滴管16的上下端部分别固设于上U形卡槽18和下U形卡槽20内，该检测装置还包括设置于机壳17内的红外发射装置和红外接收装置，红外发射装置和红外接收装置分别设置于滴管16的左右侧；

所述红外发射装置包括从左往右依次设置的红外发射管1、遮光片2和透镜3，所述红外发射管1的发光角度为120度，透镜3为圆形平凸透镜，透镜3的左右侧分别为平面和凸面，透镜3的平面与遮光片2的右端面相接触，透镜3的凸面伸入于通槽19内且位于滴嘴11的下方，遮光片2的端面上开设有用于通光的弧形缝隙4，弧形缝隙4与透镜3的平面的下半部分重叠，弧形缝隙4的长度小于透镜3的凸面直径，所述红外发射管1与透镜3的凸面处于同一水面线上；

所述红外接收装置包括固设于机壳17内的红外透光片9，红外透光片9与通槽19相连通，所述红外透光片9的右端面上固设有红外接收阵列10，红外接收阵列10由三个并列且相互接触的红外接收传感器组成；红外发射管1发出的红外光束依次通过遮光片2、弧形缝隙4并进入到透镜3内，透镜3将红外光束聚光后形成一条平行且开口朝上的弧形光束7，弧形光束7绕过滴嘴11后穿过红外透光片9，最后弧形光束7照射在由三个红外接收传感器组成的红外接收阵列上，此时弧形光束7在红外接收阵列上的投影光斑8为开口朝上的弧形，投影光斑8的轮廓大致与遮光片2上通光弧形缝隙4及通光孔5组成的轮廓类似。

所述弧形缝隙4的两端均开设有一个通光孔5，两个通光孔5的直径均大于弧形缝隙4的宽度且与弧形缝隙4相接，通光孔5能增加弧形光束7最外侧边沿的通光量，以此得到一条平行的且外侧边沿通光量大于内侧的弧形光束。处于中间位置的红外接收传感器与两侧的红外接收传感器向下错开三分之一个身位。

所述装置红外光检测液滴的方法，它包括：当滴管处于正常工作位置时液滴的检测过程、当液滴处于最大倾斜工作位置时液滴的检测过程；

S11、当液滴还没有在滴嘴11的末端口形成时，弧形光束7没有被液滴遮挡，此时红外接收阵列10上为一个完整的投影光斑8，红外接收阵列10输出信号为一高电平信号如图3~5所示；

S12、当滴嘴11末端口处的药液慢慢集聚而逐渐变大，聚集中还未滴落的液滴A13在滴落前将悬于滴嘴11处，且液滴A13刚好处于弧形光束7的弧形开口内，此时红外接收阵列10上为一个完整的投影光斑8，红外接收阵列10输出信号为一高电平信号如图6~8所示；由于用于检测液滴的红外光束为开口向上的弧形光束7，这将很好的避开聚集中还未滴落的液滴A13，即使滴管16晃动而造成液滴A13晃动，也不会造成红外接收阵列10输出变化的波形，从而有效的避免了错误的检测出有液滴滴落，从而确保了所获知的输液量精确，进而极大的提高了液滴的检测精确度；

S13、当液滴从滴嘴11脱离后，滴落下来的液滴B14在正穿越弧形光束7时，液滴B将聚焦它触及到的红外光束，由于弧形光束7是平行方向传播的，在通过液滴聚光后将改变红外光束的传播途径，使得这部分红外光束无法到达红外接收阵列10上，同时不透明的液滴B14在穿越弧形光束7时，将遮挡它所触及到的红外光束，同样使得这部分红光束无法到达红外接收阵列10，此时红外接收阵列10的输出信号为从高电平信号逐渐下降的波形如图9~11所示；

S14、当液滴C15向下完全穿过弧形光束7后，被遮挡或被聚焦改变传播方向的红外光将慢慢减少，此时红外接收阵列10的输出信号为逐渐上升到高电平信号的波形如图12~14所示，最终红外接收阵列10检测到一个完整的液滴已经滴落到滴管16内，并对液滴计数；

所述当滴管处于最大倾斜工作位置时，即滴管16与重力方向呈最大倾角时，其液滴的检测过程为：

S21、当液滴还没有在滴嘴11的末端口形成时，弧形光束7没有被液滴遮挡，此时红外接收阵列10上为一个完整的投影光斑8，红外接收阵列10输出信号为一高电平信号如图15~17所示；

S22、当滴嘴11末端口处的药液慢慢集聚而逐渐变大，聚集中还未滴落的液滴A13在滴落前将悬于滴嘴11处，且液滴A13刚好处于弧形光束7的弧形开口内，此时红外接收阵列10上为一个完整的投影光斑8，红外接收阵列10输出信号为一高电平信号如图18~20所示；其中，弧形光束7到滴嘴11末端口的中心轴之间的间距略大于液滴A13的长度，即液滴A13处于弧形光束7的上方，从而避免了液滴A13在滴落前触及到弧形光束7，确保了红外接收阵列10不会输出变化的波形，从而有效的避免了错误的检测出有液滴滴落，从而确保了所获知的输液量精确，进一步的极大的提高了液滴的检测精确度。此外，当滴嘴11与重力方向形成最大倾斜角时，即滴落下来的液滴A13不沿着垂向方向向下滴落时，该装置同样能够检测到液滴，避免了液滴绕过红外光束，防止了出现漏检现象，确保了所获知的输液量精确，进一步的极大的提高了液滴的检测精确度；

S23、当液滴从滴嘴11脱离后，滴落下来的液滴B14在正穿越弧形光束7时，液滴B将聚焦它触及到的红外光束，由于弧形光束7是平行方向传播的，在通过液滴聚光后将改变红外光束的传播途径，使得这部分红外光束无法到达红外接收阵列10上，同时不透明的液滴B14在穿越弧形光束7时，将遮挡它所触及到的红外光束，同样使得这部分红光束无法到达红外接收阵列10，此时红外接收阵列10的输出信号为从高电平信号逐渐下降的波形如图21~23所示；

S24、当液滴C15向下完全穿过弧形光束7后，被遮挡或被聚焦改变传播方向的红外光将慢慢减少，此时红外接收阵列10的输出信号为逐渐上升到高电平信号的波形如图24~26所示，最终红外接收阵列10检测到一个完整的液滴已经滴落到滴管16内，并对液滴计数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种红外光液滴检测方法，该方法采用红外光液滴检测装置，所述红外光液滴检测包括滴管（16）、滴嘴（11）和机壳（17），所述滴嘴（11）的末端口与滴管（16）连通，机壳（17）的前端面上由上往下依次开设有上U形卡槽（18）、通槽（19）和下U形卡槽（20），通槽（19）贯穿机壳（17）的前后端面设置，所述滴管（16）设置于通槽（19）内，且滴管（16）的上下端部分别固设于上U形卡槽（18）和下U形卡槽（20）内，该红外光液滴检测装置还包括设置于机壳（17）内的红外发射装置和红外接收装置，红外发射装置和红外接收装置分别设置于滴管（16）的左右侧；

所述红外发射装置包括从左往右依次设置的红外发射管（1）、遮光片（2）和透镜（3），透镜（3）的左右侧分别为平面和凸面，透镜（3）的平面与遮光片（2）的右端面相接触，透镜（3）的凸面伸入于通槽（19）内且位于滴嘴（11）的下方，遮光片（2）的端面上开设有用于通光的弧形缝隙（4），弧形缝隙（4）与透镜（3）的平面的下半部分重叠，弧形缝隙（4）的长度小于透镜（3）的凸面直径，所述红外发射管（1）与透镜（3）的凸面处于同一水面线上；

所述红外接收装置包括固设于机壳（17）内的红外透光片（9），所述红外透光片（9）的右端面上固设有红外接收阵列（10），红外接收阵列（10）由三个并列且相互接触的红外接收传感器组成；红外发射管（1）发出的红外光束依次通过遮光片（2）、弧形缝隙（4）并进入到透镜（3）内，透镜（3）将红外光束聚光后形成一条平行且开口朝上的弧形光束（7），弧形光束（7）绕过滴嘴（11）后穿过红外透光片（9），最后弧形光束（7）照射在由三个红外接收传感器组成的红外接收阵列上，此时弧形光束（7）在红外接收阵列上的投影光斑（8）为开口朝上的弧形；

所述滴管（16）为莫菲氏滴管；所述红外发射管（1）的发光角度为120度；所述透镜（3）为圆形平凸透镜；所述弧形缝隙（4）的两端均开设有一个通光孔（5），两个通光孔（5）的直径均大于弧形缝隙（4）的宽度且与弧形缝隙（4）相接；处于中间位置的红外接收传感器与两侧的红外接收传感器向下错开三分之一个身位；所述红外透光片（9）与通槽（19）相连通，其特征在于：该方法包括：

当滴管处于正常工作位置时液滴的检测过程、当液滴处于最大倾斜工作位置时液滴的检测过程；

所述当滴管处于正常工作位置时，即滴管（16）与重力方向平行时，其液滴的检测过程为：

S11、当液滴还没有在滴嘴（11）的末端口形成时，弧形光束（7）没有被液滴遮挡，此时红外接收阵列（10）上为一个完整的投影光斑（8），红外接收阵列（10）输出信号为一高电平信号；

S12、当滴嘴（11）末端口处的药液慢慢集聚而逐渐变大，聚集中还未滴落的液滴A（13）在滴落前将悬于滴嘴（11）处，且液滴A（13）刚好处于弧形光束（7）的弧形开口内，此时红外接收阵列（10）上为一个完整的投影光斑（8），红外接收阵列（10）输出信号为一高电平信号；

S13、当液滴从滴嘴（11）脱离后，滴落下来的液滴B（14）在正穿越弧形光束（7）时，液滴B将聚焦它触及到的红外光束，由于弧形光束（7）是平行方向传播的，在通过液滴聚光后将改变红外光束的传播途径，使得这部分红外光束无法到达红外接收阵列（10）上，同时不透明的液滴B（14）在穿越弧形光束（7）时，将遮挡它所触及到的红外光束，同样使得这部分红光束无法到达红外接收阵列（10），此时红外接收阵列（10）的输出信号为从高电平信号逐渐下降的波形；

S14、当液滴C（15）向下完全穿过弧形光束（7）后，被遮挡或被聚焦改变传播方向的红外光将慢慢减少，此时红外接收阵列（10）的输出信号为逐渐上升到高电平信号的波形，最终红外接收阵列（10）检测到一个完整的液滴已经滴落到滴管（16）内，并对液滴计数；

所述当滴管处于最大倾斜工作位置时，即滴管（16）与重力方向呈最大倾角时，其液滴的检测过程为：

S21、当液滴还没有在滴嘴（11）的末端口形成时，弧形光束（7）没有被液滴遮挡，此时红外接收阵列（10）上为一个完整的投影光斑（8），红外接收阵列（10）输出信号为一高电平信号；

S22、当滴嘴（11）末端口处的药液慢慢集聚而逐渐变大，聚集中还未滴落的液滴A（13）在滴落前将悬于滴嘴（11）处，且液滴A（13）刚好处于弧形光束（7）的弧形开口内，此时红外接收阵列（10）上为一个完整的投影光斑（8），红外接收阵列（10）输出信号为一高电平信号；

S23、当液滴从滴嘴（11）脱离后，滴落下来的液滴B（14）在正穿越弧形光束（7）时，液滴B将聚焦它触及到的红外光束，由于弧形光束（7）是平行方向传播的，在通过液滴聚光后将改变红外光束的传播途径，使得这部分红外光束无法到达红外接收阵列（10）上，同时不透明的液滴B（14）在穿越弧形光束（7）时，将遮挡它所触及到的红外光束，同样使得这部分红光束无法到达红外接收阵列（10），此时红外接收阵列（10）的输出信号为从高电平信号逐渐下降的波形；

S24、当液滴C（15）向下完全穿过弧形光束（7）后，被遮挡或被聚焦改变传播方向的红外光将慢慢减少，此时红外接收阵列（10）的输出信号为逐渐上升到高电平信号的波形，最终红外接收阵列（10）检测到一个完整的液滴已经滴落到滴管（16）内，并对液滴计数。