DE102017105571A1

DE102017105571A1 - Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102017105571A1
Application number: DE102017105571.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Steger
Original assignee: B Braun Melsungen AG
Current assignee: B Braun Melsungen AG
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2018-09-20

Abstract

Eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Luft in einem fluidführenden Schlauchabschnitt beinhaltet: ein Sende- und Empfangselement (20), das einstückig ausgebildet und dazu angeordnet ist, ein Erfassungssendesignal (U) in den Schlauchabschnitt (10) auszusenden und ein reflektiertes Erfassungsempfangssignal (U) aus dem Schlauchabschnitt (10) zu empfangen; und eine Reflexionseinrichtung (30), die dazu angeordnet ist, das von dem Sende- und Empfangselement (20) ausgesendete Erfassungssendesignal (U) zu reflektieren und dadurch das reflektierte Erfassungsempfangssignal (U) zu erzeugen, wobei das Sende- und Empfangselement (20) dazu angeordnet ist, ein Ausgangssignal (S) in Abhängigkeit von einer Amplitude des Erfassungsempfangssignals (U) zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Luft in einem fluidführenden Schlauchabschnitt, und bezieht sich insbesondere auf einen Luftsensor zur Verwendung in einer Dosierpumpe zur kontinuierlichen intravenösen Verabreichung von Infusionen.
Hintergrund der Erfindung
Dosierpumpen (Schlauchpumpen), wie beispielsweise eine Infusionspumpe, sind elektrische/hydraulische Geräte für die kontinuierliche intravenöse Gabe von Infusionslösungen. Bekannt sind beispielsweise Infusionspumpen mit einer elektronisch gesteuerten peristaltischen Pumpe an einem Infusionsschlauch, die eine exakte Dosierung der Infusionsflüssigkeit pro Zeiteinheit ermöglichen.
Das Förderprinzip bei Pumpen der genannten Art, die auch als volumengesteuerte bzw. volumetrische Pumpen bezeichnet werden, beruht auf dem System der Schieberperistaltik, mit der ein gleichmäßiger Fluss mit geringer Pulsation und variabler Stärke erzeugt werden kann. Eine Wellenumdrehung der Peristaltik entspricht dabei einem Arbeitsschritt, in dem durch die Kompression eines definierten Schlauchvolumens eine bestimmte Menge Infusionslösung dem Infusionssystem zugeführt wird.
Derartige Pumpen fördern mittels eines Überleitsystems Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter in den Patienten. Beispielsweise wird über eine rotierende Schlauchklemme an einem separaten Infusionsschlauch Infusionslösung in gleichen Mengen pro Zeiteinheit dem Körper des Patienten zugeführt.
Als eines von Sicherheitsmerkmalen zum Schutz des Patienten vor einer Luftinfusion ist bei Infusionspumpen in der Regel ein Luftsensor vorgesehen, der bei vorhandener Luft im Überleitsystem alarmiert oder die Pumpe bei Belüftung des Zugangs abschaltet. D.h., bei Luftblasen im Infusionsschlauch (beispielsweise bei Infusionsende) stoppt beispielsweise eine Lichtschranke die Zufuhr. Bei entsprechender Einstellung wird dadurch ein Alarmsignal zur Information von Pflegepersonal ausgelöst.
Stand der Technik
Um Luft bzw. Luftblasen, die durch einen zu überwachenden Schlauchabschnitt im Überleitungssystem gefördert werden, detektieren zu können, wird üblicherweise das Überleitsystem nach Öffnen einer in der Regel frontseitig angeordneten Pumpenklappe/Gehäuseklappe von vorne waagerecht liegend bzw. horizontal in die Infusionspumpe eingesetzt, da andernfalls Luftblasen in der Flüssigkeit zu schnell aus dem Erfassungsbereich wandern können.
In diesem Fall ist dazu der Luftsensor in einem U-förmigen Gehäuse/Sensorhalterung aufgenommen/angeordnet, das den zu überwachenden Schlauchabschnitt hinter dem Schlauch umgreift, damit der Schlauch, beispielsweise ein Einwegschlauch, über eine vorderseitige Öffnung am Pumpengehäuse von einem Benutzer eingelegt oder eingeschoben bzw. gewechselt werden kann.
Außerdem sind bekannte Luftsensoren der vorstehend beschriebenen Bauart in solchen Pumpen beispielsweise mittels Ultraschallsendern und Ultraschallempfängern (auch magnetische Welle aussendende und empfangende Einrichtungen sind denkbar) realisiert. Eine Luftblase im überwachten Schlauchabschnitt bzw. in der Flüssigkeit in diesem Abschnitt unterbricht im Erfassungsfall die vom (Ultraschall)-sender ausgehenden Schallwellen. Der in der Regel dem Sender gegenüberliegende und damit den Schlauch zwischen sich und dem Sender einschließende (Ultraschall)-empfänger erfasst bzw. detektiert das vom Sender abgegebene, sowie den Schlauch durchdringende Signal.
Bei der Detektion von Luft ist dabei zwischen (für den Patienten) gefährlichen Luftmengen, die zu alarmieren sind, und ungefährlichen kleinsten Luftblasen, die nicht alarmiert werden sollen, zu unterscheiden.
Besonders nachteilig bei der U-förmigen Ausbildung des Luftsensors und der waagerechten Anordnung des Schlauchs (im Gerät) ist, dass sowohl Sender als auch Empfänger bzw. deren Signalisierungsrichtung zwangsläufig senkrecht zu dem zu überwachenden Schlauchabschnitt stehen müssen (also vertikal ausgerichtet), weil die U-Form den Schlauchabschnitt auf dessen Rückseite umgreift und der Sender bzw. der Empfänger an der Unterseite bzw. der Oberseite des Schlauchabschnitts zu liegen kommen, um das Einlegen des Schlauches von einer zugänglichen, zumindest vorderen Seite, beispielsweise durch die Abdeckung oder Pumpenklappe, zu ermöglichen. Bei den bekannten Lösungen befindet sich somit zwangsläufig der Sender oder der Empfänger senkrecht oberhalb über dem Schlauch.
Diese senkrechte Anordnung über dem Schlauch ist weiter besonders nachteilig, da kleinste Luftblasen, die als solche nicht zu alarmieren sind, auch im waagerecht liegenden Schlauch zur oberen Schlauchwandung aufsteigen und sich an der Schlauchwandung festsetzen/ansammeln können. Derart festgesetzte kleine Luftblasen werden jedoch bei den üblichen kleinen Förderraten der Infusionstechnik nicht mehr fortbewegt, können sich an der Schlauchwandung kumulieren, und sich somit stationär unmittelbar vor dem Sender oder Empfänger befinden. Eine Ansammlung kleiner Blasen erscheint im Sensor bzw. in der Erfassung deutlich größer, als die kleinen Blasen tatsächlich sind. Bekannte U-förmige Luftsensoren neigen daher auch verstärkt zu Luftfehlalarmen, da sie an sich noch nicht zu alarmierende kleine Luftblasen als eine zu alarmierende größere Luftmenge interpretieren.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung als eine Aufgabe zugrunde, eine Luftsensoreinrichtung bereitzustellen, die bei waagerechter Anordnung oder Führung des Schlauchs das Einlegen des Schlauches nicht behindert und gleichzeitig in geringerem Ausmaß zu Luftfehlalarmen neigt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, einen derartigen U-förmigen Luftsensor zu drehen und demzufolge die Einlegerichtung für den Schlauch vertikal auszulegen. Dies ist aber in der Praxis nur schwer möglich, da Pumpen dieser Gattung normaler Weise in Instrumenten-Racks (gestapelt) untergebracht sind und daher nur ein „frontloading“, nicht aber „toploading“ möglich ist. D.h. es ist prinzipiell vorteilhaft, einen Schlauch von der Vorderseite des Pumpengehäuses aus in Querrichtung des Pumpengehäuses (horizontal) einzulegen, damit der eingelegte Schlauch oberhalb und unterhalb weiter angeordnete Einrichtungen nicht kreuzt.
Gemäß einer der Erfindung zugrundeliegenden Idee bildet vorzugsweise ein Piezoelement ein Sende- und Empfangselement bzw. eine Sende- und Empfangseinheit, wobei die Sende- und Empfangseinheit sowohl als Sender als auch als Empfänger für zur Erfassung von Luftblasen genutzten Ultraschall dient. Möglich wäre natürlich auch die separate Anordnung von Sender und Empfänger derart, dass der Empfänger außerhalb des Sendebereichs des Senders (also quasi neben dem Sender, im Wesentliche auf einer gemeinsamen Seite des zu durchleuchtenden/durchstrahlenden Schlauchs) liegt.
Eine durch einen Mikrokontroller angesteuerte Sendeendstufe regt bevorzugt dazu das Piezoelement (oder Sender) in seiner Resonanzfrequenz mit einer vorbestimmten Signalfolge (Burstgruppe) so an, dass dieses die elektrische Spannung der Signalfolge in eine mechanische Verformung umwandelt und beispielsweise eine Ultraschall-Signalfolge (einen Ultraschallburst) in bzw. durch einen auf Luft zu überwachenden Schlauchabschnitt aussendet.
Auf der dem Sende- und Empfangselement (z.B. Piezoelement) gegenüberliegenden Seite des Schlauchs ist ein (Ultraschall-) Reflektor angeordnet, der das eintreffende Signal zu dem (Sende- und) Empfangselement zurückreflektiert. Der (Ultraschall)-Reflektor ist auf die Wellenlänge des (Ultraschall)-Signals abgestimmt, wodurch er für die ausgesendete Welle (Ultraschall) undurchlässig wird und das (Ultraschall)-Signal mit besonders hohem Wirkungsgrad reflektiert.
Das Sende- und Empfangselement (Sende- und Empfangseinheit) ist vorzugsweise im Inneren der Pumpe bezüglich der Einlegerichtung des Schlauchs (d.h. bezüglich der Gehäuse-Klappe bzw. Schlaucheinlegeöffnung) hinter dem zu überwachenden Schlauch bzw. Schlauchabschnitt positioniert. Das im Wesentlichen horizontal vom Sender ausgesendete Signal wird durch den sich vor dem Sende- und Empfangselement befindenden Schlauch bzw. Schlauchabschnitt und die sich darin befindende Flüssigkeit hindurchgeleitet und an dem beispielsweise an einer Pumpenklappe angeordneten Reflektor im Wesentlichen horizontal reflektiert.
Die (im Wesentlichen horizontal) zurücklaufende (Ultraschall)-Pulsgruppe wird von dem Sende- und Empfangselement (Sende- und Empfangseinheit / Piezoelement) wieder in eine Spannung umgewandelt. Der Mikrokontroller schaltet nach Ablauf einer vorbestimmten Signallaufzeit das Signal auf einen Empfangsverstärker und prüft, ob das Empfangssignal die bei Flüssigkeit im Schlauch zu erwartende Amplitude besitzt. Bei Luft im Schlauch muss das Signal zweimal durch die Luftstrecke und wird dabei stark gedämpft. Somit kann der Mikrokontroller Luft von Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, unterscheiden.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung (Luftsensor) insbesondere unter Verwendung ein und desselben Piezoelements als sowohl Sender als auch Empfänger und eines vorzugsweise auf die Wellenlänge des ausgesendeten (Ultraschall)-Signals abgestimmten Reflektors (der bevorzugt an der Innenseite der Klappe angeordnet ist) gewährleistet auf diese Weise, dass Luftfehlalarme vermieden und ein leichtes Einlegen des Schlauches unter Verzicht auf die bekannt üblichen U-förmigen Konturen des Sensors/Sende-Empfangs-Einheit ermöglicht wird.
Luftfehlalarme werden insbesondere deshalb vermieden, weil der Sensor (das Piezoelement) allein eine Kopplung mit der Sendeendstufe benötigt und der Reflektor als passives Element in bzw. an beispielsweise der Pumpenklappe angeordnet sein kann. Daher können der Sensor, d.h. die Sende-Empfangs-Einheit (das Piezoelement) bezüglich der Klappe hinter dem Schlauch und der Reflektor vor dem Schlauch angeordnet sein bzw. sich horizontal gegenüberliegen und den Schlauch bzw. die Flüssigkeit darin in einem durch beispielsweise Eigenschaften des Reflektors vorbestimmbaren Wirkbereich (beispielsweise einer diffusen Reflexion, einer keulenförmigen Reflexion oder einer vorbestimmt fokussierten Ebene, die nicht vertikal, d.h. z.B. parallel oder in geringerem Maße als vertikal geneigt, zu der Anordnungsebene des Schlauchs liegt) durchstrahlen.
Kleine und kleinste Luftblasen können daher nach wie vor zur oberen Schlauchwandung hin aufsteigen, liegen dort aber nicht mehr signifikant im Signalweg, und der von dem Sender (Piezoelement) ausgesendete (Ultraschall-)Strahl sowie der reflektierte (Ultraschall-)Strahl durchlaufen diese nicht oder zumindest nur teilweise und werden nicht oder in nur geringerem Ausmaß durch sie gedämpft.
Weiter vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung einen kostengünstigen Luftsensor mit vorzugsweise nur einem Piezoelement als Sender und Empfänger, die jeweils vor und hinter dem zu überwachenden Schlauch angeordnet sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im Einzelnen gelöst durch eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Luft in einem fluidführenden Leitungs-/Schlauchabschnitt, beinhaltend: ein Sende- und Empfangselement (oder Einheit), das vorzugsweise einstückig ausgebildet und dazu angeordnet ist, ein Erfassungssendesignal in den Schlauchabschnitt (im Wesentlichen horizontal) auszusenden und ein reflektiertes Erfassungsempfangssignal aus dem Schlauchabschnitt zu empfangen; und eine (bezüglich des Schlauchabschnitts dem Ende- und Empfangselement gegenüberliegende) Reflexionseinrichtung, die dazu angeordnet ist, das von dem Sende- und Empfangselement ausgesendete Erfassungssendesignal (in Richtung hin zum Sende- und Empfangselement) zu reflektieren und dadurch das reflektierte Erfassungsempfangssignal zu erzeugen, wobei das Sende- und Empfangselement dazu angeordnet ist, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von einer Amplitude des Erfassungsempfangssignals zu erzeugen.
Bevorzugt ist das Sende- und Empfangselement ein piezoelektrisches Element, das dazu konfiguriert ist, ein anregendes Eingangssignal in das Erfassungssendesignal umzuwandeln und sodann das empfangene Erfassungsempfangssignal in das Ausgangssignal umzuwandeln; die Reflexionseinrichtung einen Reflektor ausbildet, der auf eine vorbestimmte Wellenlänge des Erfassungssendesignals abgestimmt ist; und das Sende- und Empfangselement und die Reflexionseinrichtung einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Bevorzugt sind das Erfassungssendesignal und das Erfassungsempfangssignal ein Schallsignal, vorzugsweise ein Ultraschallsignal.
Bevorzugt beinhaltet die Sensoreinrichtung eine Sendeendstufeneinrichtung, die dazu angeordnet ist, eine das Sende- und Empfangselement in seiner Resonanzfrequenz anregende Signalfolge an das Sende- und Empfangselement zu übertragen, wobei das Sende- und Empfangselement dazu angeordnet ist, die von der Sendeendstufeneinrichtung übertragene Signalfolge in ein dem Erfassungsausgangssignal entsprechendes Ultraschall-Burstsignal umzuwandeln.
Bevorzugt beinhaltet die Sensoreinrichtung eine Empfangsverstärkereinrichtung, die dazu angeordnet ist, das Ausgangssignal von dem Sende- und Empfangselement zu empfangen; und eine Steuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, nach Ablauf einer der zumindest der Laufzeit des Erfassungssendesignals und des Erfassungsempfangssignals entsprechenden Signallaufzeit das Erfassungsempfangssignal auf die Empfangsverstärkereinrichtung zu schalten und dessen Amplitude zu erfassen.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu angeordnet, auf der Grundlage der erfassten Amplitude zu prüfen, ob das Erfassungsempfangssignal einer vorbestimmte Amplitude entspricht oder nicht; und dann, wenn die Amplitude nicht der vorbestimmten Amplitude entspricht, als ein Ergebnis der Prüfung ein Erfassungssignal auszugeben, das das Vorhandensein von Luft in dem Schlauchabschnitt anzeigt.
Erfindungsgemäß kann eine Infusionspumpe eine als Luftsensor konfigurierte Sensoreinrichtung der vorgenannten Art beinhalten, wobei das Sende- und Empfangselement pumpeninnenseitig hinter dem zu überwachenden Schlauchabschnitt angeordnet ist.
Die Einrichtungen, Strukturen, Konfigurationen und/oder Komponenten, die die hierin beschriebene Sensoreinrichtung bilden, können dazu konfiguriert sein, eine Vielzahl von Modifikationen bereitzustellen, einschließlich mehr oder weniger vorinstallierter Konfigurationen und/oder an geeigneter Stelle vorzusehender und bei Verwendung/in Betrieb verbundener oder angeschlossener separater Teile.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die schematisch und vereinfacht bereitgestellte, beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

1 eine ausschnittsweise Darstellung einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Luft in einem fluidführenden Schlauchabschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Ähnliche oder gleiche Teile, die in der Zeichnung dargestellt sind, können durch gleiche Bezugszeichen oder nicht durch Bezugszeichen bezeichnet sein, und Einzelheiten derselben werden nicht redundant beschrieben oder erklärt. Außerdem können über die Zeichnung hinweg Abschnitte und/oder Komponenten ohne unmittelbare Bedeutung für die Beschreibung der Erfindung weggelassen oder verborgen sein, um eine verbesserte Sichtbarkeit wichtigerer Teile zu schaffen.
1 zeigt in einer Aufsicht von oben einen fluidführenden und zu überwachenden Schlauchabschnitt 10. In einer tatsächlichen Ausführung einer Pumpe wie beispielsweise einer Schlauchpumpe oder Infusionspumpe verläuft zumindest der zu überwachende Schlauchabschnitt 10 in einer Ebene, die im Wesentlichen waagerecht oder horizontal zu einem Untergrund liegt.
Figurenbeschreibung
An einer ersten Seite des Schlauchabschnitts 10 ist ein Piezoelement 20 angeordnet, das ein Sendelement und gleichzeitig ein Empfangselement bildet. Auf einer der ersten Seite des Schlauchabschnitts 10 gegenüber liegenden zweiten Seite des Schlauchabschnitts 10 ist ein Reflektor 30 angeordnet.
Piezoelement 20 und Reflektor 30 sind so zueinander ausgerichtet, dass sich eine von dem Piezoelement 20 abgestrahlte Ultraschallwelle U_A durch den fluidführenden Schlauchabschnitt 10 fortpflanzt, auf den Reflektor 30 trifft, und von diesem zu dem Piezoelement 20 zurück reflektiert und als reflektierte Ultraschallwelle U_R an dem Piezoelement 20 empfangen wird.
Das Piezoelement 20 bildet somit ein Sende- und Empfangselement 10, 20 bzw. eine Sende- und Empfangseinheit, das bzw. die einstückig ausgebildet ist und dazu angeordnet ist, ein Erfassungssendesignal (die Ultraschallwelle U_A) in den Schlauchabschnitt 10 auszusenden bzw. abzustrahlen und ein reflektiertes Erfassungsempfangssignal (die Ultraschallwelle U_R) aus dem Schlauchabschnitt 10 zu empfangen, und der Reflektor 30 als eine Reflexionseinrichtung ist dazu angeordnet, die von dem Piezoelement 20 ausgesendete Ultraschallwelle U_A zu reflektieren und dadurch die reflektierte Ultraschallwelle U_R als ein Erfassungsempfangssignal zu erzeugen.
Der Reflektor 30 ist vorzugsweise auf die Wellenlänge der Ultraschallwelle bzw. des Ultraschallsignals abgestimmt, wodurch er für Ultraschall undurchlässig wird und das Ultraschallsignal mit besonders hohem Wirkungsgrad reflektiert.
Vorzugsweise ist dabei das Piezoelement 20 von einer Zugangs- bzw. Einlegerichtung oder -Öffnung aus gesehen im Inneren der Pumpe bzw. pumpeninnenseitig hinter dem Schlauchabschnitt 10 angeordnet, und ist der Reflektor 30 dementsprechend vor dem Schlauchabschnitt 10 angeordnet. Eine solche Einbaulage ist dahingehend vorteilhaft, dass zur Ansteuerung des Piezoelements 20 notwendige Elektronik und Leitungsführung ebenfalls pumpeninnenseitig verbaubar ist, während der passiv arbeitende Reflektor 30 keine weitere Elektronik und Leitungsführung benötigt und daher an beispielsweise einer Pumpenklappe oder anderweitigen Abdeckung angeordnet sein kann, die den Reflektor bei ihrem Schließen (nach Einlegen des Schlauchs) in eine korrekte Arbeitsposition verschwenkt.
Da die Sensoreinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel eine speziell U-förmige und eine Aufnahme für einen Sender und in Zuordnung dazu einen Empfänger bereitstellende Halterung und/oder Fixierung des Schlauchabschnitts 10 nicht benötigt, kann der Schlauchabschnitt 10 in der Pumpe wahlfrei in Anlage gegen das Piezoelement 20 und den Reflektor 30 gehalten werden. Eine nähere Beschreibung einer solchen Halterung und/oder Fixierung wird daher nicht beschrieben.
Ein Mikrokontroller 40, der eine Steuereinrichtung bildet, ist mit einer Sendeendstufe 50 verbunden und steuert die Sendeendstufe 50 mittels einer vorbestimmten Signalfolge (Burstsignal) an.
Die Sendeendstufe 50 ist mit dem Piezoelement 20 gekoppelt und regt das Piezoelement 20 in seiner Resonanzfrequenz mit der einer vorbestimmten (elektrischen) Signalfolge (Burstgruppe bzw. Burstgruppensignal) dazu an, die elektrische Spannung der Signalfolge in eine mechanische Verformung umzuwandeln und eine der Signalfolge entsprechende Ultraschall-Signalfolge (einen Ultraschallburst) in bzw. durch den auf Luft zu überwachenden Schlauchabschnitt 10 auszusenden.
Die Sendeendstufe 50 bildet somit eine Sendeendstufeneinrichtung, die dazu angeordnet ist, eine das Piezoelement 20 in seiner Resonanzfrequenz anregende Signalfolge an das Piezoelement zu übertragen, wobei das Piezoelement 20 dazu angeordnet ist, die von der Sendeendstufe 50 übertragene Signalfolge in ein der Ultraschallwelle U_A entsprechendes Ultraschall-Burstsignal umzuwandeln und auszusenden.
Die an dem Reflektor 30 reflektierte Ultraschallwelle U_R, d.h. die zurücklaufende Ultraschall-Pulsgruppe, wird von dem Piezoelement 20 empfangen und wieder in eine Spannung umgewandelt. Das Piezoelement 20 erzeugt sodann ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von einer Amplitude der empfangenen Ultraschallwelle U_R zu erzeugen.
Der Mikrokontroller 40 schaltet (in 1 durch einen Schalter 60 angedeutet) nach Ablauf einer vorbestimmten Signallaufzeit, d.h. unter Berücksichtigung, dass die von dem Piezoelement 20 ausgesendete Ultraschallwelle U_R eine gewisse Zeit benötigt, bis sie nach der Reflexion an dem Reflektor 30 als die Ultraschallwelle U_A wieder von dem Piezoelement 20 empfangen und in das für den Mikrokontroller 40 erfassbare Ausgangssignal umgewandelt ist, das Ausgangsignal des Piezoelements 20 auf einen Empfangsverstärker 70, der das Ausgangssignal zu einer durch den Mikrokontroller 40 auswertbaren Form verstärkt. Danach prüft der Mikrokontroller 40, unter Verwendung des verstärkten und mit dem Empfangssignal des Piezoelements vorbestimmt korrelierten Ausgangssignals, ob das Empfangssignal des Piezoelements 20 eine Amplitude aufweist, die einem luftfreien Schlauchabschnitt 10 entspricht (die bei Flüssigkeit im Schlauch zu erwartende Amplitude besitzt).
Tritt beispielsweise eine Luftblase, beispielsweise eine Luftblase 80, in dem Schlauchabschnitt 10 auf, muss das Ultraschallsignal deren Luftstrecke zweimal, einmal als abgestrahltes Ultraschallsignal U_A und einmal als reflektiertes Ultraschallsignal U_R, durchlaufen und wird dabei gegenüber einem Durchlaufen luftfreier Flüssigkeit gedämpft.
Die Dämpfung, die das Ultraschallsignal bei Durchlaufen der Luftblase erfährt, kann durch den Mikrokontroller 40 erfasst und als Grundlage für eine Unterscheidung zwischen einem luftfreien Schlauchabschnitt 10 und einem Schlauchabschnitt 10 mit sich darin befindender Luft herangezogen werden. In anderen Worten ist der Mikrokontroller 40 dazu angeordnet, einen ersten Signalpegel, der bei einem Durchlaufen des Ultraschallsignals nur durch Flüssigkeit erhalten wird, von einem zweiten Signalpegel, der bei einem Durchlaufen des Ultraschallsignals durch Flüssigkeit und Luft erhalten wird, zu unterscheiden, und somit Luft von Flüssigkeit zu unterscheiden.
Der Empfangsverstärker 70 ist somit dazu angeordnet, das Ausgangssignal von dem Piezoelement 20 zu empfangen; und der Mikrokontroller 40 ist dazu angeordnet, nach Ablauf einer der zumindest der Laufzeit des gesendeten Ultraschallsignals U_A als das Erfassungssendesignal und des zurücklaufenden Ultraschallsignals U_R als Erfassungsempfangssignal entsprechenden Signallaufzeit das empfangene Ultraschallsignal bzw. dessen entsprechendes Ausgangssignal des Piezoelements 20 auf den Empfangsverstärker 70 zu schalten und dessen Amplitude zu erfassen.
Sodann prüft der Mikrokontroller 50 auf der Grundlage der erfassten Amplitude, ob das Erfassungsempfangssignal einer vorbestimmten Amplitude entspricht oder nicht. Wenn die Amplitude nicht der vorbestimmten Amplitude entspricht, gibt der Mikrokontroller 40 als Ergebnis der Prüfung ein erstes Erfassungssignal aus, das das Vorhandensein von Luft in dem Schlauchabschnitt 10 anzeigt, oder gibt dann, wenn die Amplitude der vorbestimmten Amplitude entspricht, als Ergebnis der Prüfung ein zweites Erfassungssignal aus, das anzeigt, dass keine Luft in dem Schlauchabschnitt 10 vorhanden ist.
Die Auswertung durch den Mikrokontroller 40 kann für den Fall der Erfassung von Luft, d.h. im Fall des ersten Erfassungssignals, darüber hinaus dahingehend erfolgen bzw. festlegbar oder einstellbar sein, dass eine Unterscheidung zwischen einer noch nicht zu alarmierenden Luftmenge und einer zu alarmierenden Luftmenge möglich ist. In diesem Fall können Luftfehleralarme weiter reduziert werden. Beispielsweise kann dazu eine vorbestimmte Anzahl von Schwellenwerten, die mit zu erwartender oder erwarteter Dämpfung durch Luft korrelieren, als Entscheidungsgrundlage für den Mikrokontroller 40 festlegbar oder einstellbar sein.
Obwohl bestimmte Größen, wie beispielsweise Gewicht, absolute Länge, Breite und Dicke, Farbgebung, Form und unwesentliche Einzelheiten nicht gezeigt sind, liegen derartige Spezifikationen für den Fachmann ersichtlich im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und Erfindung. Darüber hinaus versteht sich, dass der konkrete Text, eine Abfolge und ein Inhalt von in der Zeichnung gezeigten und hierin beschriebenen Konfigurationen und Komponenten lediglich darstellender Natur und beispielhaft sind, und dass die Vorrichtung und deren Betriebsablauf nicht auf diese beschränkt sind.
Daher und verständlicherweise ist die Erfindung nicht auf das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel und dessen Modifikationen beschränkt, und ergeben sich Kombinationen von zumindest Teilen des Ausführungsbeispiels, Modifikationen und Äquivalente für den Fachmann als sämtlich innerhalb des durch die beigefügten Ansprüche definierten Rahmens liegend.
Wie vorstehend beschrieben wurde, beinhaltet eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Luft in einem fluidführenden Schlauchabschnitt: ein Sende- und Empfangselement 20, das einstückig ausgebildet und dazu angeordnet ist, ein Erfassungssendesignal U_A in den Schlauchabschnitt 10 auszusenden und ein reflektiertes Erfassungsempfangssignal U_R aus dem Schlauchabschnitt 10 zu empfangen; und eine Reflexionseinrichtung 30, die dazu angeordnet ist, das von dem Sende- und Empfangselement 20 ausgesendete Erfassungssendesignal U_A zu reflektieren und dadurch das reflektierte Erfassungsempfangssignal U_R zu erzeugen, wobei das Sende- und Empfangselement 20 dazu angeordnet ist, ein Ausgangssignal S_A in Abhängigkeit von einer Amplitude des Erfassungsempfangssignals U_R zu erzeugen.

Claims

Sensoreinrichtung zur Erfassung von Luft in einem fluidführenden Leitungsabschnitt, beinhaltend: ein Sende- und Empfangselement (20), das vorzugsweise einstückig ausgebildet und dazu angeordnet ist, ein Erfassungssendesignal (U_A) in den Leitungsabschnitt (10) auszusenden und ein reflektiertes Erfassungsempfangssignal (U_R) aus dem Schlauchabschnitt (10) zu empfangen; und eine Reflexionseinrichtung (30), die dazu angeordnet ist, das von dem Sende- und Empfangselement (20) ausgesendete Erfassungssendesignal (U_A) zu reflektieren und dadurch das reflektierte Erfassungsempfangssignal (U_R) zu erzeugen, wobei das Sende- und Empfangselement (20) dazu angeordnet ist, ein Ausgangssignal (S_A) in Abhängigkeit von einer Amplitude des Erfassungsempfangssignals (U_R) zu erzeugen.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Sende- und Empfangselement (20) ein piezoelektrisches Element ist, das dazu konfiguriert ist, ein anregendes Eingangssignal (S_E) in das Erfassungssendesignal (U_A) umzuwandeln und sodann das empfangene Erfassungsempfangssignal (U_R) in das Ausgangssignal (S_A) umzuwandeln.
Sendeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Reflexionseinrichtung (30) einen Reflektor ausbildet, der vorzugsweise auf eine vorbestimmte Wellenlänge des Erfassungssendesignals (U_A) abgestimmt ist; und das Sende- und Empfangselement (20) und die Reflexionseinrichtung (30) bezüglich des Leitungsabschnitts (10) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Erfassungssendesignal (U_A) und das Erfassungsempfangssignal (U_R) ein Schallsignal, vorzugsweise ein Ultraschallsignal, sind.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Sendeendstufeneinrichtung (50), die dazu angeordnet ist, eine das Sende- und Empfangselement (20) in seiner Resonanzfrequenz anregende Signalfolge (S_E) an das Sende- und Empfangselement (20) zu übertragen, wobei das Sende- und Empfangselement (20) dazu angeordnet ist, die von der Sendeendstufeneinrichtung (50) übertragene Signalfolge (S_E) in ein dem Erfassungsausgangssignal (U_A) entsprechendes Ultraschall-Burstsignal umzuwandeln.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Empfangsverstärkereinrichtung (70), die dazu angeordnet ist, das Ausgangssignal (S_A) von dem Sende- und Empfangselement (20) zu empfangen; und einer Steuereinrichtung (40), die dazu angeordnet ist, nach Ablauf einer der zumindest der Laufzeit des Erfassungssendesignals (U_A) und des Erfassungsempfangssignals (U_R) entsprechenden Signallaufzeit das Erfassungsempfangssignal (U_R) auf die Empfangsverstärkereinrichtung (70) zu schalten und dessen Amplitude zu erfassen.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 6, bei der die Steuereinrichtung (40) dazu angeordnet ist, auf der Grundlage der erfassten Amplitude zu prüfen, ob das Erfassungsempfangssignal (U_R) einer vorbestimmte Amplitude entspricht oder nicht; und dann, wenn die Amplitude nicht der vorbestimmten Amplitude entspricht, als ein Ergebnis der Prüfung ein Erfassungssignal auszugeben, das das Vorhandensein von Luft in dem Schlauchabschnitt (10) anzeigt.
Sensoreinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Sende- und Empfangselement (20) dafür konfiguriert ist, das Erfassungssendesignal im Wesentlichen horizontal auszusenden und die Reflexionseinrichtung (30) dafür konfiguriert ist, das Erfassungsempfangssignal im Wesentlichen horizontal zu reflektieren.
Infusionspumpe, beinhaltend eine als Luftsensor konfigurierte Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Sende- und Empfangselement (20) pumpeninnenseitig hinter dem zu überwachenden Schlauchabschnitt (10) angeordnet ist.
Infusionspumpe nach Anspruch 9, mit einem Pumpengehäuse, an dessen Frontseite eine Öffnung für das Einlegen eines Leitungs-/Schlauchabschnitts ausgebildet ist, die mittels einer Klappe verschließbar ist, wobei die Reflexionseinrichtung (30) an/in der Klappe angeordnet ist, derart, dass diese in geschlossener Stellung der Klappe vor dem bereits eingelegten Leitungs-/Schlauchabschnitt positioniert ist.