CN217286750U - 一种动静脉壶液位检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医疗器械技术领域，提供了一种动静脉壶液位检测电路，包括驱动电路、接收处理电路及分别与所述驱动电路、接收处理电路相连接的超声波探头，所述超声波探头相对设置在动静脉壶的外壁上，所述驱动电路包括信号发生电路与发射信号放大电路，所述接收处理电路包括接收信号放大电路、信号转换电路，所述接收处理电路与报警电路相连接。

Description

一种动静脉壶液位检测电路

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种动静脉壶液位检测电路。

背景技术

目前检测动脉壶或静脉壶液位的方案通常采用电容式液位检测或超声波液位检测。电容式液位检测通常使用相对设置在动静脉壶外壁上的电极片组成检测电容，电容检测单元通过检测电极片之间的电容变化，可以检测动静脉壶内的液位是否达到阈值，与超声波检测相比虽然电路稍简单，但容值易受介质影响、校准困难、精度较差、易出现误报警情况。

现有的超声波液位检测通常采用超声波对射法，精度较高，但检测电路结构复杂，调试困难，对不同型号的动静脉壶兼容性差，易出现误报警的情况。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种动静脉壶液位的检测电路，用于解决现有的动静脉壶液位检测方法校准困难、结构复杂、兼容性差、易出现误报警现象的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种动静脉壶液位检测电路，包括驱动电路、接收处理电路及分别与所述驱动电路、接收处理电路相连接的超声波探头，所述超声波探头相对设置在动静脉壶的外壁上，所述驱动电路包括信号发生电路与发射信号放大电路，所述接收处理电路包括接收信号放大电路、信号转换电路，所述接收处理电路与报警电路相连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述信号发生电路包括单片机U1，所述单片机U1为内/外部时钟大于24M的单片机。

作为本实用新型的进一步改进，所述发射信号放大电路包括上拉电阻R4、限流电阻R5、下拉电阻R6，电容C6，三极管Q1，所述限流电阻R5与电容C6并联，所述限流电阻R5一端连接PWM接口，另一端分别与三极管Q1基极、下拉电阻R6相连接，所述三极管Q1发射极与下拉电阻R6连接并接地，集电极分别与上拉电阻R4、超声波探头发射端相连接，所述上拉电阻R4与VCC12接口相连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述接收信号放大电路包括运算放大器U2，同向输入端连接的电阻R9、下拉电阻R10；反向输入端连接的电阻R8、反馈电阻R7。

作为本实用新型的进一步改进，所述运算放大器U2为AD8651ARZ型号的高增益带宽积型运放。

作为本实用新型的进一步改进，所述信号转换电路包括光耦U3、输入端限流电阻R12、输出端电阻R11与限流电阻R3，所述光耦U3输入端AN接口与输入端限流电阻R12一端相连接，所述输入端限流电阻R12另一端与收信号放大电路相连接，CAT接口输出端接地，NC接口悬空，所述光耦U3输出端VCC接口与VCC3.3接口相连，GND接口接地，VO接口与限流电阻R3相连接，所述限流电阻R3与报警电路连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述光耦U3具有施密斯触发器功能。

作为本实用新型的进一步改进，所述超声波探头采用收发一体式超声波换能器，利用弹簧与动静脉壶过盈配合，使超声波探头与动静脉壶之间紧密接触。

作为本实用新型的进一步改进，所述报警电路包括与所述信号转换电路中光耦U2相连的LED灯或/和蜂鸣器。

作为本实用新型的进一步改进，所述单片机U1的引脚PD5、引脚PD6分别与外部接口连接，可与血液透析机进行串口通信，提供反馈信号。

作为本实用新型的进一步改进，所述

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型发射信号放大电路中使用三极管搭建放大电路，将单片机信号产生的方波信号放大，在保持信号放大性能的前提下简化了电路结构，相比于现有的集成芯片电路生产成本更低。

2. 本实用新型中使用光耦信号转换法进行接收信号处理，在输入低电平信号时光耦处于未导通状态，电路输出高电平，报警电路进行报警操作；在输入高电平信号时光耦处于导通状态，电路输出低电平，报警电路不工作,液位检测更加精确，利用光耦进行信号转换，也使电路结构更加简单，具有施密特触发器功能的光耦在信号转换过程中更加稳定，降低出现误报警的可能性。

3. 本实用新型中使用单片机产生方波激励信号，电路结构简单，信号输出稳定。

4. 本实用新型中接收放大电路采用具有高增益带宽积的运算放大器，型号为AD8651ARZ，具有高精度，低噪声的优点，可将接收信号放大后稳定输出，降低信号失真及噪声干扰的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本实用新型原理框图。

附图2为本实用新型驱动电路原理图。

附图3为本实用新型接收处理电路原理图。

附图4为本实用新型外部接口原理图。

图中：1为驱动电路，2为超声波探头，3为动静脉壶，4为接收处理电路，5为报警电路，6为外部接口。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种动静脉壶液位检测电路，包括驱动电路1、接收处理电路4及分别与所述驱动电路1、接收处理电路4相连接的超声波探头2，所述超声波探头2相对设置在动静脉壶3的外壁上，所述驱动电路1包括信号发生电路与发射信号放大电路，所述接收处理电路4包括接收信号放大电路、信号转换电路，所述接收处理电路4与报警电路5相连接。

在一个具体的实施例中，进一步的，所述信号发生电路包括单片机U1，所述单片机U1选用ASM31LX003芯片或其余型号内/外部时钟大于24M的单片机。ASM31LX003是一款32位的国产芯片，外围电路结构简单，输出波形稳定，用来产生5V、500KHZ、占空比50%的方波信号，由于超声波在不同介质中的衰减程度不同，加之具有频率越高衰减程度越大的特性，故该频率的方波信号相较于常用的40KHZ超声波信号而言，更容易区分动静脉壶3内是液体或气体，提高了装置的精度，同时使用单片机产生方波信号，电路结构简单，降低了设计难度和生产成本。

优选的，所述单片机最小系统包括组成复位电路的R1、C2，组成晶振电路的Y1、R2、C1、C3，滤波电容C4、C5，三极管开关电路R5、C6,R6、Q1、R4。

在一个具体的实施例中，进一步的，所述发射信号放大电路包括上拉电阻R4、限流电阻R5、下拉电阻R6，电容C6，三极管Q1，所述限流电阻R5与电容C6并联，所述限流电阻R5一端连接PWM接口，另一端分别与三极管Q1基极、下拉电阻R6相连接，所述三极管Q1发射极与下拉电阻R6连接并接地，集电极分别与上拉电阻R4、超声波探头发射端相连接，所述上拉电阻R4与VCC12接口相连接；所述发射信号放大电路选用三级管搭建放大电路，简化了电路结构，降低了生产成本，三级管基极限流电阻R5与电容C6并联，提高了三级管的开关速率。

优选的，发射信号放大电路选用型号为8050的三极管，集电极连接12V电压，将单片机输出的5V信号放大为12V信号，以增加信号驱动能力。

在一个具体的实施例中，进一步的，所述接收信号放大电路包括运算放大器U2，同向输入端连接的电阻R9、下拉电阻R10；反向输入端连接的电阻R8、反馈电阻R7。

优选的，运算放大器U2采用同向放大方式，反馈电阻为50K，同向端输入电阻为1K，即放大倍数为50倍左右，在接收端超声波探头转换的毫伏级正弦波小信号后，通过运算放大器将其放大为5V左右的正弦波信号。

在一个具体的实施例中，进一步的，所述运算放大器U2为AD8651ARZ型号的高增益带宽积型运放。

在一个具体的实施例中，进一步的，所述信号转换电路包括光耦U3、输入端限流电阻R12、输出端电阻R11与限流电阻R3，所述光耦U3输入端AN接口与输入端限流电阻R12一端相连接，所述输入端限流电阻R12另一端与收信号放大电路相连接，CAT接口输出端接地，NC接口悬空，所述光耦U3输出端VCC接口与VCC3.3接口相连，GND接口接地，VO接口与限流电阻R3相连接，所述限流电阻R3与报警电路连接。

在一个具体的实施例中，进一步的，所述光耦U3设有施密斯触发器功能，光耦U3型号为H11L1S，提高了信号转换电路的抗干扰能力。

在一个具体的实施例中，进一步的，所述超声波探头2采用收发一体式超声波换能器，利用弹簧与动静脉壶3过盈配合，使超声波探头2与动静脉壶3之间紧密接触，避免造成误报警。

优选的，超声波探头谐振频率为500KHZ，发射端超声波探头2在信号发生电路及发射信号放大电路驱动下产生500KHZ的超声波，经过动静脉壶3传递到超声波探头2接收端，产生百毫伏级正弦波信号。

在一个具体的实施例中，进一步的，所述报警电路5包括与所述信号转换电路中光耦U2相连的LED灯或/和蜂鸣器。

在一个具体的实施例中，进一步的，所述单片机U1的引脚PD5、引脚PD6分别与外部接口6连接，可与血液透析机进行串口通信，反馈此时液位状态。

优选的，串口通信时，外部接口6连接器H1的1引脚TX为数据发送端，2引脚RX为数据接收端。3引脚SWDCLK与4引脚SWDIO分别为程序烧录的时钟引脚和数据引脚，5引脚接地，6引脚为3.3V供电引脚，7引脚为5V供电引脚，8引脚为12V供电引脚。

工作原理：信号发生电路产生5V、500KHZ、占空比50%的方波信号，在发射信号放大电路中利用三极管的开关特性，将方波信号提高到12V左右，超声波信号由超声波探头2发射端到超声波探头2接收端的过程中，换能器通过压电效应将接收到的超声波信号转换为电信号。

在动静脉管中液位未达到超声波探头2发射/接收点时，由于在空气介质中衰减较大，接收端转换的电信号可忽略不计，接收信号放大电路输出低电平信号，不能使信号转换电路中光耦输入端发光二极管导通，光耦内接收端未感光，处于截止状态，信号转换电路将会输出高电平，报警电路5导通进行声光报警。

在动静脉管中液位达到超声波探头2发射/接收点时, 由于在液体介质中衰减相对较小，接收端转换的电信号在100mV左右，在接收信号放大电路中通过型号为AD8651ARZ的运算放大器放大50倍，输出5V左右的高电平信号，经过放大后的频率为500KHZ、幅值为5V的信号会使信号转换电路中光耦输入端发光二极管导通，光耦内接收端感光，处于导通状态，信号转换电路将会输出低电平，报警电路5处于未导通状态，不会进行声光报警。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种动静脉壶液位检测电路，其特征在于，包括驱动电路、接收处理电路及分别与所述驱动电路、接收处理电路相连接的超声波探头，所述超声波探头两端相对设置在动静脉壶的外壁上，所述驱动电路包括信号发生电路与发射信号放大电路，所述接收处理电路包括接收信号放大电路、信号转换电路，所述接收处理电路与报警电路相连接。

2.根据权利要求1所述的动静脉壶液位检测电路，其特征在于，所述信号发生电路包括单片机U1，所述单片机U1为内/外部时钟大于24M的单片机。

3.根据权利要求1所述的动静脉壶液位检测电路，其特征在于，所述发射信号放大电路包括上拉电阻R4、限流电阻R5、下拉电阻R6，电容C6，三极管Q1，所述限流电阻R5与电容C6并联，所述限流电阻R5一端连接PWM接口，另一端分别与三极管Q1基极、下拉电阻R6相连接，所述三极管Q1发射极与下拉电阻R6连接并接地，集电极分别与上拉电阻R4、超声波探头发射端相连接，所述上拉电阻R4与VCC12接口相连接。

4.根据权利要求1所述的动静脉壶液位检测电路，其特征在于，所述接收信号放大电路包括运算放大器U2，同向输入端连接的电阻R9、下拉电阻R10；反向输入端连接的电阻R8、反馈电阻R7。

5.根据权利要求4所述的动静脉壶液位检测电路，其特征在于，所述运算放大器U2为AD8651ARZ型号的高增益带宽积型运放。

6.根据权利要求1所述的动静脉壶液位检测电路，其特征在于，所述信号转换电路包括光耦U3、输入端限流电阻R12、输出端电阻R11与限流电阻R3，所述光耦U3输入端AN接口与输入端限流电阻R12一端相连接，所述输入端限流电阻R12另一端与收信号放大电路相连接，CAT接口输出端接地，NC接口悬空，所述光耦U3输出端VCC接口与VCC3.3接口相连，GND接口接地，VO接口与限流电阻R3相连接，所述限流电阻R3与报警电路连接。

7.根据权利要求6所述的动静脉壶液位检测电路，其特征在于，所述光耦U3具有施密斯触发器功能。

8.根据权利要求1所述的动静脉壶液位检测电路，其特征在于，所述超声波探头采用收发一体式超声波换能器，利用弹簧与动静脉壶过盈配合，使超声波探头与动静脉壶之间紧密接触。

9.根据权利要求1所述的动静脉壶液位检测电路，其特征在于，所述报警电路包括与所述信号转换电路中光耦U2相连的LED灯或/和蜂鸣器。

10.根据权利要求2所述的动静脉壶液位检测电路，其特征在于，所述单片机U1的引脚PD5、引脚PD6分别与外部接口连接，可与血液透析机进行串口通信，提供反馈信号。

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