CN201108599Y - 血浆袋空气清除装置 - Google Patents

Abstract

血浆袋空气清除装置，属于丝杆传动的挤压装置，克服现有的采用手动控制清除空气所带来的缺点，以快捷高效地清除血浆袋内所混杂的空气。本实用新型支撑框架一端的机座固定硅胶垫板，导杆穿过支撑框架，导杆与挤压板、动板固定连接，动板通过丝杆螺母连接梯形丝杆，梯形丝杆依次通过弹性联轴器、减速器连接步进电机，硅胶垫板内封装一个弹性钢板，弹性钢板固定在机座上，呈简支梁结构；弹性钢板中央位置固定有发光二极管，机座上与发光二极管对应位置固定有光敏电阻；光敏电阻阻值变化信号转化为电压模拟信号通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。本实用新型控制实现方式简单，提高工作效率，节约劳动力成本，并使得整个空气挤压过程更加可靠。

Description

血浆袋空气清除装置

技术领域

本实用新型属于丝杆传动的挤压装置，特别涉及在血液成分分离过程中对血浆袋内空气进行自动清除的装置。

背景技术

医学输血从全血输血逐渐走向成分输血时代。血液成分包括血浆、红细胞、血小板等，血液分离机将血液成分进行分离，将成分血转移到不同的血袋中，在不同的环境中保存，当病人需要某种成分血时，可以方便地随时取用。

血浆从全血中分离出来，转移到血浆袋中，血液分离转移过程不可避免的会有空气的掺杂，血浆分离完成后，清除血浆袋内空气，再把血浆袋放在-40℃温度下进行速冻处理，然后放置在-20℃环境中保存，这样处理可使血浆保存一年左右。一般情况下，血袋中的血浆都装的比较满，如果不先将袋内的空气清除而是直接进行冷冻处理，由于血浆发生凝固，体积增大，而由于有空气混杂使得血浆膨胀的空间比较小，血袋容易被胀破。而如果先将袋内的空气清除再进行冷冻，血浆的膨胀空间就有所增大，血袋也不会那么容易被胀破了。通过实验也验证了这种现象。所以，在不胀破血袋的相同前提下先清除空气可以使血袋盛装更多的血浆。而且，由于空气的掺杂，使得血浆容易变质，保存期限下降。

目前主要是利用手动控制方法来清除血浆袋内空气，这样使得操作繁琐，工人的劳动强度很大，且会存在比较大的人为误差。

发明内容

本实用新型提供一种血浆袋空气清除装置，克服现有的采用手动控制清除空气所带来的缺点，以快捷高效地清除血浆袋内所混杂的空气。

本实用新型的一种血浆袋空气清除装置，支撑框架一端的机座固定硅胶垫板，导杆穿过支撑框架，导杆端部与挤压板固定连接，导杆中部与动板固定连接，动板通过其上固定的丝杆螺母连接梯形丝杆，梯形丝杆依次通过弹性联轴器、减速器连接步进电机，其特征在于：

所述硅胶垫板内封装一个弹性钢板，弹性钢板中央悬空，两端通过支承螺钉固定在机座上，呈简支梁结构；弹性钢板中央位置固定有发光二极管，机座上与发光二极管对应位置固定有光敏电阻；

所述光敏电阻阻值变化信号转化为电压模拟信号通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。

所述的一种血浆袋空气清除装置，其特征在于：通过所述发光二极管的电流恒定；所述光敏电阻与固定电阻串联，固定电阻端电压作为输出信号，通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。

本实用新型利用挤压运动来实现空气清除动作，利用光电传感器-单片机-上位机实现挤压自动控制。血浆袋挂在挂杆上，并放在挤压板和硅胶垫板之间，步进电机带动梯形丝杆转动，梯形丝杆上丝杆螺母连同挤压板一起左右移动，实现挤压运动。在硅胶垫板内封装一个受到挤压压力会产生弯曲弹性形变的弹性钢板，弹性钢板通过两端的螺钉固定在机座外壁上，弹性钢板中央悬空，呈简支梁结构。在弹性钢板中央位置贴有一个通以恒定电流的发光二极管，机座外壁与发光二极管对应处贴有一个光敏电阻。挤压血袋时，由于挤压力的作用使得弹性钢板产生弯曲变形，发光二极管与光敏电阻的距离产生变化，这个距离的连续变化使得光敏电阻接收到的光强发生连续变化，光强变化则导致光敏电阻阻值率连续变化，阻值变化又转化为电压模拟信号通过放大电路和A/D转换电路转化为数字信号传给单片机。当血袋内血浆被压至热合头处时，意味着空气清除完成，单片机命令电机停止转动，挤压停止。通过实验可得到当血袋内血浆被挤压至热合头处时，数字变化信号的数值，这个标识挤压结束的数值称为阈值。阈值与血袋内血浆的多少有关。在应用中，挤压空气之前，上位机要先称取血浆重量，通过插值运算得到该重量下的阈值，然后将阈值传递给控制空气挤压的单片机。那么在挤压进行过程中，当数字信号到达该阈值时，单片机命令电机停止转动，挤压停止。

本实用新型控制实现方式简单，仅利用了光敏电阻的光电特性来检测挤压状态变化，并采用单片机来实现简单的动作控制，提高工作效率，节约劳动力成本，并使得整个空气挤压过程更加可靠。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为图1局部放大示意图；

图3是挤压压力使得钢板产生弯曲变形示意图；

图4是光敏电阻阻值变化转变为电压变化的电路原理图；

图5(a)是血浆袋内血浆挤压时血浆高出袋口为h时的示意图，袋内血浆体积为V1；

图5(b)是血浆袋内血浆挤压时血浆高出袋口为h时的示意图，袋内血浆体积为V2，且V2＞V1；

图6是同类型血袋条件下血浆容积与阈值关系示意图。

图中标记：挤压板1，导杆2，机座3，支撑横板4，梯形丝杆5，弹性联轴器6，减速器7，步进电机8，支撑竖板9，丝杆螺母10，动板11，挂杆12，硅胶垫板13，发光二极管14，光敏电阻15，弹性钢板16，支承螺钉17，固定电阻18。

具体实施方式

本实用新型的装置及实现原理为：

如图1所示，机座3、支撑横板4和支撑竖板9构成支撑框架，支撑框架一端的机座3固定硅胶垫板13，导杆2穿过支撑框架，导杆2端部与挤压板1固定连接，导杆中部与动板11固定连接，动板11通过其上固定的丝杆螺母10连接梯形丝杆5，梯形丝杆5依次通过弹性联轴器6、减速器7连接步进电机8；挂杆12固定在机座3上。

工作时，血浆袋挂在挂杆12上，并放置在挤压板1和硅胶垫板13之间。挤压板1采用具有弹性、机械性能优良的特殊材料聚碳酸脂纤维，而硅胶垫板13的材料为硅胶，硅胶也富有弹性，且化学性质稳定、有较高的机械强度。挤压动作的实现主要利用了丝杆螺母10结构，丝杆螺母10固定安装在动板11上，而动板11与导杆2固定联接。梯形丝杆5转动，丝杆螺母10通过动板11和导杆2带动挤压板1实现左右移动。采用步进电机8作为驱动电机，以实现简单的开环控制和挤压板准确定位。步进电机8、减速器7以及梯形丝杆5的轴的轴线都在同一条直线上，这样能够尽量减少传动误差。

如图2所示，本实用新型用到了一个发光二极管14和一个光敏电阻15。在光的作用下，光敏电阻的电阻率会随着空间光强的变化而连续变化。利用光敏电阻的这个特性来监测挤压过程。光敏电阻15相当于光接收器，贴在机座3的外壁上，而发光二极管14则相当于光接收器，它一直保持发光的状态，且通过恒定电流。二极管贴在弹性钢板16上，与光敏电阻位置对应。弹性钢板16的两端通过两个支承螺钉17固定在机座上，呈简支梁结构。钢板连同发光二极管一起封装在硅胶垫板13内。挤压过程中，由于挤压力的作用，弹性钢板16发生弯曲变形，发光二极管14与光敏电阻15的距离产生变化，这个距离的连续变化使得光敏电阻接收到的光强发生连续变化，光强变化则导致光敏电阻阻值率连续变化，光敏电阻阻值变化信号转化为电压模拟信号通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。

随着挤压过程的进行，血浆袋内的空气逐渐被挤出，袋内血浆的压强逐渐增大，血袋对硅胶垫板13产生的挤压压力就越大，进而使得弹性钢板16的弯曲变形量也越来越大，发光二极管14和光敏电阻15之间的距离越来越小。如图3所示，初始状态时，弹性钢板16没有弯曲变形，发光二极管14和光敏电阻15之间的距离为X0，随着挤压的进行，发光二极管和光敏电阻之间的距离变小，为X，X＜X0。

以下讨论挤压压力与距离变量X之间的关系，弹性钢板可看作两端固定的简支梁，受到垂直于梁轴线方向的分布力F作用。在F的作用下，弹性钢板产生弹性弯曲变形，垂直于轴线方向的线位移为挠度。挠度与分布力F的大小、作用位置以及弹性钢板自身参数有关。设在F力作用下，发光二极管所在位置弹性钢板的挠度为v，那么X＝X0-v。F越大，挠度v当然也越大，那么X就越小，故可得到：

X＝f₁(F)，f₁(F)为单调递减函数。        (1)

如图4所示，发光二极管14一直保持发光状态，且通过它的电流是恒定的，即发光二极管在空间产生的光强是不随时间变化而变化的。而距离发光二极管越远，空间的光强越弱，并且空间的光强只与距离参数有关。随着发光二极管和光敏电阻15之间的距离X的逐渐变小，光敏电阻15接收到的光强就逐渐变强，且接收到的光强变化只与X有关。由光敏电阻光电特性可知，光强越强使得光敏电阻阻值率越小；而光敏电阻阻值越小，则通过的电流越大，那么与该光敏电阻串连的固定电阻18端电压就越大，且以固定电阻18的端电压作为输出信号。固定电阻端电压信号通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。单片机得到的是数字变化信号，它是电压模拟信号数字化的结果，设这个数字变化信号的值为Y，通过以上分析得知Y只与X有关。且X越小，固定电阻端电压越大，Y也就越大。得到：

Y＝f₂(X)，f₂(X)为单调递减函数。        (2)

挤压板挤压血袋，血袋中的空气逐渐被挤出，血袋被压扁，从而使得血袋中血浆的压强逐渐增大。血袋压在硅胶垫板13上，对硅胶垫板13以及弹性钢板产生挤压压力。挤压压力F与血浆袋内液体的压强P以及血浆袋和硅胶垫板13的接触面积S有关。且：

F＝P×S                                (3)

由上述(1)、(2)、(3)式可以得出：

Y＝f₂(X)＝f₂(f₁(F))＝f₂(f₁(P×S))      (4)

由(4)式得到：

Y＝f(F)＝f(P×S)，f(F)为单调递增函数   (5)

不同献血者血浆密度差别并不大，在误差允许范围内可认为相等。当血浆袋内的血浆挤压超过袋口，图5(a)所示袋内血浆体积为V1、图5(b)所示袋内血浆体积为V2，且V2＞V1；液柱超出袋口高度为h。此时袋内液体压强的分布只与液柱高度h有关。

空气清除结束后需要对血浆袋的胶管进行热合，为了保证热合胶管时血袋内没有残留空气，袋内血浆必须挤压超出袋口，到达热合头处。即挤压结束的标志就是血浆流出袋口，到达热合头处。设空气挤压完成时液体超出袋口高度为h＝H。当血袋内血浆被压至热合头处时，意味着空气清除完成，单片机命令电机停止转动，挤压停止。标志空气挤压完成时数字信号的值，称为阈值。

设当h＝H时，得到Y＝Y_t。那么Y_t就是标识挤压结束的阈值。在挤压过程中，上位机通过血浆重量设定的控制电机停转的数字值用Y_f表示，即当Y＝Y_f时电机停转。理想情况下Y_f应该设置与Y_t相等，才能保证电机停转时血浆液体被挤压至热合头处。

只要血浆挤压超出袋口，血浆袋内的压强分布与袋内血浆的多少是没有关系的，对于血浆重量不同的血袋，只要当血浆高出袋口高度相同，比如均为H时，血浆袋内的压强分布是相同的。

即当h＝H时，不管血袋内血浆有多少，血袋内压强分布P是相同的。但是血袋内血浆的量不同，血袋与硅胶垫板13的接触面积S不同，如图5(a)、图5(b)所示。

那么在h＝H时，由(5)式得到：

Y_t＝f′(S)，f′(S)单调递增        (6)

从图5(a)、图5(b)可以看出，同一种血袋，当h相等时，血袋内血浆越多，血袋与挤压板的接触面积越小，由(6)式可知Y_t越小。通过实验也得知，对于同一种血袋且h＝H时，血袋内血浆的量越多Y_t越小。

图6是通过实验得到的在血袋类型相同条件下，血浆重量与阈值关系示意图。从图上可以得知，随着血浆量的增多，标识挤压结束的数字阈值下降，但下降比较平缓，并且当血袋内的血浆比较多时，阈值基本保持不变。

清除空气之前，要对血浆袋进行称重，得到袋内血浆的重量，并把重量数据传给上位机，上位机利用图6中血浆重量与阈值关系图通过插值等处理运算得到在该重量下的阈值，称重完成后上位机把该重量下的阈值传送给单片机，命令单片机开始挤压空气，单片机控制空气挤压过程。

Claims (2)

1.一种血浆袋空气清除装置，支撑框架一端的机座固定硅胶垫板，导杆穿过支撑框架，导杆端部与挤压板固定连接，导杆中部与动板固定连接，动板通过其上固定的丝杆螺母连接梯形丝杆，梯形丝杆依次通过弹性联轴器、减速器连接步进电机，其特征在于：

所述硅胶垫板内封装一个弹性钢板，弹性钢板中央悬空，两端通过支承螺钉固定在机座上，呈简支梁结构；弹性钢板中央位置固定有发光二极管，机座上与发光二极管对应位置固定有光敏电阻；

所述光敏电阻阻值变化信号转化为电压模拟信号通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。

2.如权利要求1所述的一种血浆袋空气清除装置，其特征在于：通过所述发光二极管的电流恒定；所述光敏电阻与固定电阻串联，固定电阻端电压作为输出信号，通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。

Images