DE112009003520B4

DE112009003520B4 - Pumpentester

Info

Publication number: DE112009003520B4
Application number: DE112009003520.5T
Authority: DE
Inventors: Karl A. Ruiter; Mirik Hovsepian
Original assignee: Pronk Technologies Inc
Current assignee: Pronk Technologies Inc
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: DE112009003520T5; US8880361B2; GB201109099D0; US20120203477A1; US8589090B2; US20120215466A1; US8626455B2; GB2477688A; WO2010062997A3; US20120330573A1; GB2477688B; US8738306B2; US20120330574A1; US20110224920A1; WO2010062997A2; US8626457B2

Abstract

Ein Verfahren zur Fließgeschwindigkeitsschätzung von Fluiden in einer Pumpe, aufweisend:Detektion eines periodischen Synchronisationsereignisses über Verfolgung einer eingebrachten Blase mit einer Signalprozessor-Einheit, aufweisend eine Zentralrecheneinheit und adressierbaren Speicher,wobei das periodische Synchronisationsereignis wenigstens eins von Folgendem anzeigt:einen aktuellen Punkt in einem Schub-Pause-Zyklus und einen aktuellen Bereich in einem Schub-Pause-Zyklus, unddie Detektion des periodischen Synchronisationsereignisses aufweist: Detektieren eines oder mehrerer Schübe einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall und wenigstens einem von: einem Schlittenpositionswechsel, einer Schlittenbewegung und einer Fluiddruckänderung; und Detektieren einer oder mehrerer Pausen einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall, einem Grenzwert und wenigstens einem von: einem Schlittenpositionswechsel, einer Schlittenbewegung und einer Fluiddruckänderung; undSynchronisieren einer Strömungscharakteristikbestimmung eines strömungscharakteristischen Kennwerts basierend auf dem periodischen Synchronisationsereignis,wobei das Synchronisieren der Strömungscharakteristikbestimmung aufweist: (a) Sammeln von Durchflussdaten innerhalb jedes Schub-Pause-Zyklus der Pumpe; und (b) Hinzufügen, mittels der Signalprozessor-Einheit, der gesammelten Durchflussdaten zu einem Mittelwert, wenn eine Pause nach einer Schubdetektion detektiert wird.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der vorläufigen amerikanischen Patentanmeldung mit der Serien-Nummer 61/118,378 , eingereicht am 26. November 2008, und der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Serien-Nummer 61/251,418 , eingereicht am 14. Oktober 2009, welche beide durch Bezugnahme hierauf in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke mit aufgenommen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen umfasst Verfahren und Vorrichtungen zur Prüfung von Flüssigkeitspumpen und betrifft insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zur Prüfung medizinischer Pumpen.
STAND DER TECHNIK
Moderne medizinische Verfahren verwenden eine Vielzahl von Flüssigkeitspumpen für vielfältige Anwendungen, wie etwa die Einbringung einer Salzlösung in Patienten, um die Hydratation aufrecht zu erhalten und zur gesteuerten Versorgung von Patienten mitAnästhesiemitteln. Aufgrund der Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten für diese Pumpen bedienen sie sehr unterschiedliche Fließgeschwindigkeitsbereiche von einem Bruchteil eines Milliliters pro Stunde bis zu mehreren Litern/Stunde. Derzeitige Vorrichtungen, welche den Durchfluss und Volumenausstoß von Pumpen messen, tun dies, indem sie den Fluidausstoß der Pumpe in eine transparente Röhre fördern und Blasen in die Röhre einbringen. Durchflussmessungen und volumetrischer Ausstoß können durch Messung der Zeit, welche die Blasen benötigen, um vielfach angeordnete optischen Sensoren zu passieren, erfolgen. Vorrichtungen, welche solche Mittel von Durchflussmessungen beinhalten, sind von begrenztem Nutzen für zeitnahe Messungen, da bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten die abgeleiteten Durchflussmessungen möglicherweise einige Minuten, einige Stunden einige zehn Stunden für die Prüfung der Blasenbewegung zwischen Punkten entlang einer Anordnung von festen optischen Sensoren benötigen.
Die DE 1 277 603 A offenbart eine Anordnung zur Erfassung der Geschwindigkeitsverteilung von sich in einer vertikalen, flüssigkeitsgefüllten Leitung bewegenden Gasblasen mit elektrischer Bestimmung des Durchgangs der Gasblasen an Messpunkten in der Leitung. Die Anordnung hat zwei Sonden, deren empfindliche Enden auf einer gemeinsamen Vertikalen innerhalb der Leitung übereinander liegen, und n Koinzidenzschaltungen mit je zwei Eingängen, von denen jeweils der eine direkt mit der oberen Sonde und der andere über je eines von n in Reihe geschalteten Verzögerungselementen mit der unteren Sonde verbunden ist. Ein Eingang ist direkt mit der oberen Sonde verbunden und der andere Eingang ist über eines von n in Reihe geschalteten Verzögerungselementen mit der unteren Sonde verbunden. Die Verzögerungsschaltungen haben jeweils einen Ausgang, an den einer der n Zähler angeschlossen ist.
Die DE 195 47 624 A1 offenbart ein Verfahren zur Messung von Volumenströmen, bei dem eine Luftblase in einer eine Messpipette durchströmenden Flüssigkeit erzeugt wird und die Laufzeit der Luftblase für eine Messstrecke gemessen wird. Aus der Länge, der Querschnittsfläche und der Laufzeit kann derVolumenstrom bestimmt werden.
Die US 5 355 735 A offenbart eine Vorrichtung zur Messung des Durchflusses einer Flüssigkeit durch eine Leitung durch Beobachtung des Durchgangs einer eingespritzten Gasblase durch die Leitung. Eine Gasquelle, die auf den Druck der Flüssigkeit in der Leitung anspricht, liefert Gas mit einem vorbestimmten Druck an einen Gasinjektor. Ein Bildgeber erzeugt ein Leitungsbild, das für die Gasblase und die Flüssigkeit in der Leitung repräsentativ ist und eine Mehrzahl von Elementen umfasst, die einer Mehrzahl von vorbestimmten Stellen entlang der Leitung entsprechen. Ein Zeitgeber, der auf das Leitungsbild reagiert, erzeugt eine Vielzahl von Durchgangszeiten, die im Wesentlichen den Zeiten entsprechen, die die Gasblase für den Durchgang zwischen benachbarten vorbestimmten Stellen benötigt. Ein Zeitanalysator und ein Indikator sind zur Analyse der mehreren Durchgangszeiten und zur Anzeige des Flüssigkeitsstroms durch die Leitung vorgesehen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, in ihren verschiedenen Ausführungsformen kann ein beispielhaftes Verfahren zur Fließgeschwindigkeitsschätzung von Fluiden in einer Pumpe beinhalten, umfassend: (a) Erfassen eines periodischen Synchronisationsereignisses über Verfolgung einer eingebrachten Blase mit einer Signalprozessor-Einheit und mit einer Zentralrecheneinheit und adressierbarem Speicher; und (b) Synchronisation basierend auf dem periodischen Synchronisationsereignis, entweder: (i) einer strömungscharakteristischen Berechnung, beispielsweise Bestimmung eines strömungscharakteristischen Kennwerts; oder (b) einer strömungscharakteristischen Datenanzeige; oder (c) beidem. Die Signalprozessor-Einheit kann eine Schaltung und/oder eine Zentralrecheneinheit und einen adressierbaren Speicher beinhalten. Die Detektion eines periodischen Synchronisationsereignisses nach dem beispielhaften Verfahren kann umfassen: (a) Detektion eines oder mehrerer Schübe einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall und mindestens einem von: einem Schlittenpositionswechsel und einer Schlittenbewegung, und (b) Detektion einer oder mehrerer Pausen einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall, einem Grenzwert und mindestens einem von: einem Schlittenpositionswechsel und einer Schlittenbewegung. Eine Synchronisation einer strömungscharakteristischen Berechnung basierend auf dem periodischen Synchronisationsereignis kann umfassen: (a) Sammlung von Durchflussdaten innerhalb jedes Schub-Pause-Zyklus der Pumpe; und (b) Hinzufügen, mittels der Signalprozessor-Einheit, der gesammelten Durchflussdaten zu einem Mittelwert, wenn eine Pause nach einer Schubdetektion bestimmt wird. Ein Beispiel für die Verfolgung eingebrachter Blasen nach dem Verfahrensanspruch kann umfassen: (a) Einbringen einer ersten Blase in die Fluidströmung; und (b) Verfolgung, durch die Signalprozessor-Einheit, einer Bewegung von wenigstens entweder der Vorderkante der eingebrachten ersten Blase oder der Hinterkante der eingebrachten ersten Blase, wobei die Verfolgung auf dem Photo-Detektor-Ausgang, der auf einem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist.
Die Erfindung, in ihren verschiedenen Ausführungsformen, kann auch einen beispielhaften Pumpentester beinhalten, umfassend: (a) eine lichtdurchlässige Fluidleitung mit einem Ausflussweg und einem Zuflussweg bezogen auf einen Mehrfachverteiler, konfiguriert zur Blaseneinbringung; (b) einen Schlitten, versetzbar angeordnet entlang wenigstens entweder des Ausflussweges der Leitung oder des Zuflussweges der Leitung, wobei der Schlitten eine erste Licht emittierende Einheit und einen ersten Photo-Rezeptor aufweist; (c) einen Motor mit einer Verbindung, konfiguriert, um den Schlitten zu versetzen; und (d) eine Signalprozessor-Einheit mit wenigstens einem von: (i) einer Schaltung und (ii) einem Mikroprozessor mit einem Zentralrechner und adressierbarem Speicher; die Signalprozessor-Einheit ist so konfiguriert, dass Motorsteuersignale basierend auf Eingangssignalen von dem ersten Photo-Rezeptor ausgegeben werden. Die Verbindung eines Pumpentesters kann einen Antriebsriemen aufweisen, welcher mit einer Führungsrolle und einer Antriebsrolle, angetrieben von einem Motor, zusammengreift,, wobei der versetzbare Schlitten an dem Antriebsriemen angeordnet ist. Die Signalprozessor-Einheit eines Pumpentesters kann ferner konfiguriert sein, beispielsweise über Schaltungen und/oder einen Zentralprozessor zur Ausführung von Anweisungen, zur: (1) Detektion, über die Verfolgung einer eingebrachten Blase, eines oder mehrere Schübe einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall einer Schlittenbewegung; (2) Detektion einer oder mehrere Pausen einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall einer Schlittenbewegung unter einem Grenzwert; (3) Sammeln von Durchflussdaten durch jeden Schub-Pause-Zyklus der Pumpe; und (4) Hinzufügen, mittels einer Signalprozessor-Einheit, der gesammelten Durchflussdaten zu einem Mittelwert, wenn eine Pause nach einer Schubdetektion detektiert wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen Verfahren zur Bestimmung und/oder Messung der Fluidströmung einer Pumpe mittels eines Pumpentesters mit einer lichtdurchlässigen Fluidleitung, wobei die Schritte umfassen können: (a) Einbringen einer ersten Blase in die Fluidströmung; und (b) Verfolgung, mittels einer Signalprozessor-Einheit, der Bewegung von wenigstens entweder der Vorderkante der eingebrachten ersten Blase oder der Hinterkante der eingebrachten ersten Blase, wobei die Verfolgung auf einem Photo-Detektor-Ausgang eines ersten Photo-Detektors, angeordnet auf einem kontrollierten versetzbaren Schlitten, basiert. Die zur Ausübung der beispielhaften Verfahren verwendete Signalprozessor-Einheit kann eine Zentralrecheneinheit und adressierbaren Speicher umfassen.
Ein beispielhaftes Verfahren kann ferner umfassen: Einbringen einer zweiten Blase in die Fluidströmung und Verfolgung, mit einer Signalprozessor-Einheit, der Bewegung von wenigstens entweder der Vorderkante der eingebrachten zweiten Blase oder der Hinterkante der eingebrachten zweiten Blase, wobei die Verfolgung wenigstens entweder auf einem Photo-Detektor-Ausgang des angeordneten ersten Photo-Detektors oder eines zweiten Photo-Detektors basiert, der auf dem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist.
Ein anderes beispielhaftes Verfahren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann umfassen: (a) Bereitstellen eines versetzbaren Schlittens mit wenigstens einem auf dem Schlitten angeordnetem Lichtsender, der Schlitten ist im Bereich einer Fluidleitung angeordnet, die Fluidleitung geht von einem Mehrfachverteiler aus; (b) Einbringen einer Blase in ein Fluid der Fluidleitung, das Fluid weist eine Fließgeschwindigkeit und Fließrichtung innerhalb der Fluidleitung auf; (c) Testen auf wenigstens eine von: einer Vorderkante und einer Hinterkante der Blase, wobei die Tests auf einer Änderung in empfangenem Licht von dem schlittenmontierten Lichtsender basieren; (d) wenn die wenigstens eine von: einer Vorderkante und einer Hinterkante der Blase detektiert ist; dann (i) Bestimmen einer ersten Schlittenposition über den schlittenmontierten Lichtsender, z.B. einer obersten Schlittenposition eines vertikal montierten Pumpentesters; und (ii) Vorbewegen des Schlittens in Richtung der Strömung zu einer Schlittenhalteposition, z.B. einer untersten Position eines vertikal montierten Pumpentesters; (e) Rückholung des Schlittens in einer zur Strömung entgegengesetzten Richtung, d.h. in einer Richtung von der Halteposition zu der ersten Schlittenposition; (f) Testen auf wenigstens eine von einer Vorderkante und einer Hinterkante der Blase, wobei das Testen auf einer Änderung in empfangenem Licht von dem schlittenmontierten Lichtsender basiert; (g) wenn die wenigstens eine von der Vorderkante und der Hinterkante der Blase detektiert ist; dann (i) Bestimmung einer zweiten Schlittenposition; und (ii) Aufruf eines Verfolgungsmodus basierend auf dem Unterschied zwischen der zweiten Schlittenposition, der ersten Schlittenposition und der Schlittenhalteposition; und (h) wenn die wenigstens eine von der Vorderkante und der Hinterkante der Blase nicht detektiert ist, dann Aufruf eines ersten Verfolgungsmodus. Die Fluidleitung des beispielhaften Verfahrens kann einen Rückführungsabschnitt aufweisen, konfiguriert, um das Fluid zu dem Mehrfachverteiler zurückzubringen, und der erste Verfolgungsmodus kann umfassen: eine Rückholung des Schlittens zu der ersten Schlittenposition und die Detektion wenigstens entweder einer Vorderkante oder einer Hinterkante der Blase. Wenn die detektierte zweite Schlittenposition bei weniger als einem Zehntel eines Abstandes zwischen der Halteposition und der ersten Schlittenposition liegt, dann kann das beispielhafte Verfahren einen zweiten Verfolgungsmodus aufrufen, wobei der zweite Verfolgungsmodus eine Detektion einerVorderkante der Blase und ein Schwenken des Schlittens zur Erhaltung der Detektion von wenigstens einerVorderkante einer Blase umfassen kann. Wenn die bestimmte zweite Schlittenposition bei weniger als der Hälfte eines Abstandes zwischen der Halteposition und der ersten Schlittenposition und bei mehr als einem Zehntel eines Abstands zwischen der Halteposition und der ersten Schlittenposition liegt, dann kann das beispielhafte Verfahren einen dritten Verfolgungsmodus aufrufen, wobei der dritte Verfolgungsmodus beinhaltet: die Detektion einer Hinterkante der Blase; und ein Schwenken des Schlittens zur Erhaltung der Detektion der Hinterkante der Blase. Wenn die bestimmte zweite Schlittenposition bei mehr als der Hälfte eines Abstandes zwischen der Halteposition liegt, dann wird ein vierterVerfolgungsmodus aufgerufen, wobei der vierte Verfolgungsmodus beinhalten kann: die Detektion von wenigstens entweder einer Vorderkante oder einer Hinterkante einer Blase, das Schwenken des Schlittens in die Halteposition und die Detektion von wenigstens entweder einer Vorderkante oder einer Hinterkante einer Blase. Ein anderes beispielhaftes Verfahren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zur Fluidströmungsmessung umfassen mit (a) Einbringung einer ersten Blase in einen Fluidstrom einer lichtdurchlässigen Leitung, wobei die Leitung einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist; (b) Verfolgung, mit einer Signalprozessor-Einheit, der Bewegung der eingebrachten ersten Blase in dem ersten Abschnitt der Leitung, wobei die Verfolgung auf einem Photo-Detektor-Ausgang eines ersten Photo-Detektors basiert, der auf einem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist, wobei der zweite Photo-Detektor Emissionen einer Licht emittierenden Diode über den ersten Abschnitt der Leitung empfangen kann; (d) Einbringen einer zweiten Blase in den Fluidstrom; (e) Detektion der eingebrachten Blase, basierend auf einem Photo-Detektor-Ausgang des ersten Photo-Detektors, der auf dem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist; (f) Verfolgung, mit der Signalprozessor-Einheit, der Bewegung der eingebrachten zweiten Blase, wobei die Verfolgung auf dem Photo-Detektor-Ausgang des ersten Photo-Detektors basiert, der auf dem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist; (g) Detektion der eingebrachten ersten Blase basierend auf einem Photo-Detektor-Ausgang des zweiten Photo-Detektors, der auf dem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist, wobei der zweite Photo-Detektor Emissionen einer Licht emittierenden Diode über den zweiten Abschnitt der Leitung empfangen kann; und (h) Verfolgung, mit der Signalprozessor-Einheit, der Bewegung der eingebrachten ersten Blase, wobei die Verfolgung auf dem Photo-Detektor-Ausgang des zweiten Photo-Detektors basiert, der auf dem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind beispielhaft und nicht als Einschränkung in den Figuren der beigefügten Zeichnungen dargestellt:

1A zeigt, in einer funktionalen Anordnung, die Ausführungsform einer beispielhaften Vorrichtung der vorliegenden Erfindung;
1B zeigt in einem Blockschaltbild die Ausführungsform einer beispielhaften Vorrichtung der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B zeigen, in einer funktionellen Anordnung, Merkmale der Ausführungsform einer beispielhaften Vorrichtung der 1A und 1B;
3 zeigt ein Top-Level-Flussdiagramm der Ausführungsform eines beispielhaften Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
4A-4G zeigen jeweils beispielhafte Bewegungspositionen einer ersten eingebrachten Blase und/oder zweiten eingebrachten Blase einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zwei Blasen;
5A zeigt eine beispielhafte Pumpzyklus-Zeitleiste;
5B zeigt einen beispielhaften laufenden Durchschnitt auf einer Zeitleiste in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein beispielhaftes Top-Level-Flussdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
7 ist ein beispielhaftes Top-Level-Flussdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 1A und 1B gezeigt. Zu testendes Fluid aus der Pumpe läuft in die Vorrichtung (190) durch die Einlassöffnung (1). Das Fluid kann dann an einer Drucksensor-Einheit (2), welche den Druck misst, vorbei abgezogen werden, wobei die Drucksensor-Einheit (2) einen Sensor zur Messung der Fluidtemperatur beinhalten kann.
Das Fluid kann dann an die Einlassöffnung (3) eines Okklusions-Ventils (50) geleitet werden und kann unter Verschiebung eines elastomeren Diaphragmas (5) zu der Auslassöffnung (4) des Okklusion-Ventils (50) fließen. Der Auslenkung des elastomeren Diaphragmas (5) kann durch Druck von einer elastischen Schaumstofffeder (6) entgegengewirkt werden, wobei der Druck durch Einstellen einer Schraube (7) an einem Gewindering (51) des Okklusion-Ventils (50) geändert werden kann. Ein Drucksensor kann benachbart zu dem Okklusions-Ventil platziert und Drucksensoren können entlang der Fluidleitung platziert werden. Ausgang, beispielsweise abgetasteter Druck, kann zu dem Signal-Prozessor, welcher ein Mikroprozessor (15) sein kann, übertragen werden.
Durch das Okklusions-Ventil (50) passierendes Fluid kann dann zu einem Auslauf und zurück in eine Fluidleitungsanordnung, wie ein u-förmiges Blasenrohr (60), geleitet werden. Eine Blasenpumpe (70) mit einem Aktuator (9) kann Bewegung (z.B. über eine mechanische Verbindung (31)) der Blasenpumpen-Membran (10) verursachen, was dazu führen kann, dass sich Luft durch das Blasenpumpen-Einlassventil (11) und dann durch das Blasenpumpen-Auslassventil (12) und dann in das Blasenrohr (60) bewegt.
Fluid und Blasen können den ersten Schenkel (8) des Blasenrohrs (60) der Fluidleitung hinunter, um die Biegung (61) dann den zweiten Schenkel (13) des Blasenrohrs (60) der Fluidleitung hinauf gelangen, und das Fluid und die Blasen können dann zur Auslassöffnung (14) geleitet werden.
1A zeigt einen Schlitten (21) in der Seitenansicht. Ein Schlitten kann Öffnungen, durch welche die Leitung (60) passieren kann, haben. 2B zeigt eine orthogonale Ansicht des Schlittens (57), wobei eine erste LED (16) einen ersten Lichtweg (201) emittieren kann, welcher an einem ersten Photo-Detektor (17) nach dem Durchlaufen des ersten Schenkels (8) der Leitung (60) detektiert werden kann, und wobei eine zweite LED (19) einen zweiten Lichtweg (202) emittieren kann, welcher an einem zweiten Photo-Detektor (20) detektierbar nach Durchlaufen des zweiten Schenkels (13) der Leitung ist.
Das Vorhandensein einer Blase im ersten Schenkel (8) des Blasenrohrs (60) kann von einer Signalprozessor-Einheit detektiert werden, die eine Schaltung und/oder einen Mikroprozessor (15) mit einer Zentralrecheneinheit (110) und adressierbarem Speicher (111), wie in 1B gezeigt, aufweist, wenn es Änderungen in der Menge des Ausgangslichts einer ersten Licht emittierenden Vorrichtung wie einer ersten Licht emittierenden Diode (LED) (16) gibt, die durch einen ersten Photo-Sensor (17) empfangen wird und durch die Verstärkerschaltung (18) verstärkt wird. Das Vorhandensein einer Blase in dem zweiten Schenkel (13) des Blasenrohrs (60) kann ebenfalls durch den Mikroprozessor (15) durch die Verwendung einer zweiten Licht emittierenden Vorrichtung, wie einer zweiten LED (19) und eines zweiten Photo-Detektors (20) detektiert werden, um Änderungen in dem empfangenen Ausgangslicht der zweiten LED (19) zu detektieren, die auf die Anwesenheit einer Blase in dem Fluidstrom zurückführbar sind.
Die LEDs (16,19) und Photo-Detektoren (17, 20) können an einem beweglichen Schlitten (21) angebracht sein, welcher an einer Antriebseinheit angebracht sein kann, z.B. einem Antriebsriemen (22), und der bewegliche Schlitten (21) kann mit Steuerung durch den Mikroprozessor (15) durch die Verwendung von Antriebsrollen (23 und 24), die durch einen Schrittmotor (25) angetrieben werden können, bewegt werden. Zum Beispiel kann der Schrittmotor (25) durch den Mikroprozessor (15) gesteuert sein, und der Antriebsriemen (22) kann durch die Antriebsrolle (24), die mit dem Schrittmotor (25) verbunden ist, angetrieben werden.
Sobald sich die Flüssigkeit durch den ersten und zweiten Schenkel (8, 13) des Blasenrohrs bewegt, können Blasen über die Blasenpumpe (70) eingebracht werden und die Bewegung der Blase kann durch Photo-Detektoren auf dem Schlitten (21) verfolgt werden, wobei ein Schlitten in verschiedenen Mustern unter Steuerung durch den Mikroprozessor (15) bewegt werden kann. Dies ermöglicht es dem Mikroprozessor (15), durch das Ausführen computerlesbarer Anweisungen, die Durchflussrate und das von der Pumpe gelieferte Volumen zu messen und diese Daten gemeinsam mit der Fluidtemperatur und Druckdaten auf dem Display einer Bedienerschnittstelle (26) anzuzeigen.
Das Blasenrohr (60) kann aus einer einzigen Glasröhre geformt sein, welche in den Rest des Fluidkanals oder Mehrfachverteilers über O-Ringe (27 und 28) in einer solchen Weise eingreift, wie im Querschnitt in 1A gezeigt, so dass die Blasenrohranordnung zur Reinigung leicht aus den restlichen Fluidkanälen (101, 102) herausgezogen werden kann.
Ein Anti-Siphon Ventil (29) kann vorgesehen sein, um die Wirkung von Sog auszuschließen, d.h. einem partiellen Unterdruck, der in Rohren vorhanden sein kann, welche mit der Auslassöffnung (14) verbunden sind; ein Sog, welcher anderenfalls verursachen kann, dass Luft durch die Blasenpumpenventile (11, 12) gesaugt wird.
Im typischen Betrieb bewegen sich Blasen und Fluid den ersten Schenkel (8) des Blasenrohrs (60) hinunter, und der Schlitten (21) kann die Blase, durch die Versetzung mit der Blase, bis die Blase eine Biegung (61) im Rohr erreicht, verfolgen. Der Schlitten (21) kann dann in seiner Translationsbewegung pausieren, in diesem Beispiel an der Biegung (61) in dem Rohr, damit die Blase die Biegung (61) umrunden kann und sich in den zweiten Schenkel (13) des Rohrs (60) bewegen kann, und dann die Blase in dem zweiten Schenkel (13) des Rohrs nach oben verfolgen kann. Die Schritte des Schrittmotors (25) können relativ klein ausgeführt sein, z.B. kleiner als der kleinstmögliche Abstand der mehrfach angeordneten Photo-Detektoren, die Bewegung des Fluids kann in feiner Auflösung verfolgt werden und erlaubt hierbei relativ präzise Durchfluss- und Volumenmessungen, die schnell durchgeführt werden können, selbst bei relativ geringen Durchflussraten.
Aufgrund der großen Breite zu testender Durchflussraten können mehrere Sätze computerlesbarer Anweisungen für die Verfolgung und Messung der Blasenbewegung erforderlich sein. Beispielsätze computerlesbarer Anweisungen werden nachfolgend in Zusammenhang mit 2A und 2B diskutiert.
Unterprozess oder Verfahren 1: Ultrahohe Durchflussraten
Eine beispielhafte erste Ausführungsform desVerfolgungsverfahrens der vorliegenden Erfindung kann als ein optionaler erster Unterprozess ausgeführt sein, der Schlitten (57) kann an der höchsten Position (51) platziert werden, und eine Blase (54) wird in den ersten Schenkel (8) des Blasenrohrs (60) eingebracht. Der Schlitten (57) kann in Position verbleiben und das Zeit-Intervall - erforderlich für die Blase (54), um sich durch das gesamte Blasenrohr (60) zu bewegen und in dem zweiten Schenkel (13) des Rohrs detektiert zu werden - wird durch Messungen bestimmt. Wenn der Biegungsbereich (61) des Rohrs ein unbekanntes Volumen darstellt, kann ein signifikanter Genauigkeitsverlust auftreten. Diese potentielle Ungenauigkeit kann automatisch auskalibriert werden, d.h. rechnerisch berücksichtigt werden, indem der Schlitten an einer zweiten Position P2 positioniert und die Gesamtbewegungszeit gemessen wird. Wenn die Bewegungszeit an der höchsten Position durch TT_top-most repräsentiert sein kann, kann die Bewegungszeit an der zweiten Position durch TT_P2 repräsentiert sein und der Unterschied im Rohrvolumen zwischen der höchsten Position und P2 durch DeltaV repräsentiert sein, und dann kann die Durchflussrate R bestimmt werden nach: $R = DeltaV / ({TT}_{top-most} - {TT}_{P2}),$
und eine Schätzung des gesamten Rohrvolumens, V_total, kann generiert werden, inklusive des Biegungsbereichs, nach: $V_{total} = R \cdot {TT}_{top-most}$
V_total kann gespeichert und für weitere Durchflusskalkulationen verwendet werden. Dieser Prozess kann für alle Durchflussraten vorzuziehen sein, bei welchen der durchschnittlichen Durchflussrate nicht mit der maximalen Motorgeschwindigkeit Rechnung getragen werden kann.
Unterprozess oder Verfahren 2: Sehr niedrige Durchflussraten
Eine beispielhafte zweite Ausführungsform des Verfolgungsverfahrens der vorliegenden Erfindung ist als ein optionaler zweiter Unterprozess ausführbar, bei welchem der Schlitten (57) initial an seine höchste Position (51) bewegbar ist. Sobald die Vorderkante (56) der Blase (54) detektiert ist oder als erstes von der Optik (16,17) auf dem Schlitten (57) detektiert ist, kann die Blasenverfolgung und Messung beginnen. Der Schlitten (57) kann bewegt werden, z.B. mit dem Antriebsriemen (22), wie erforderlich, um die Vorderkante der Blase auf oder nahe der Zentrallinie (53) der Schlittenoptik zu halten, wobei der Schlitten (57) in eine Richtung weg von dem Mehrfachverteiler (130) versetzt wird. Durchflussrate und Volumenkalkulationen können jedes Mal, wenn der Schlitten bewegt wird, aktualisiert werden. Wenn der Schlitten seine unterste Position (52) erreicht, kann er zurückgeführt werden, z.B. in Richtung (141) seiner höchsten Position versetzt werden, um mit dem Prozess wieder zu beginnen. Bei sehr niedrigen Durchflussraten kann das System die Blasen durch Verfolgung der Vorderkante (56) der Blase (54) verfolgen, da zwischen der Zeit des ersten Erscheinens der Vorderkante (56) der Blase (54) an der Optik und der Zeit des ersten Erscheinens der Hinterkante (55) an der Optik viele Minuten oder gar einige zehn Minuten vergehen können.
Unterprozess oder Verfahren 3: Mittlere Durchflussraten
Eine beispielhafte dritte Ausführungsform des Verfolgungsverfahrens der vorliegenden Erfindung kann ausgeführt sein als ein optionaler dritter Unterprozess. Der Schlitten (57) kann initial zu seiner höchsten Position (51) bewegt werden. Nachdem die Vorderkante (56) der Blase (54) von der Optik auf dem Schlitten detektiert oder als erstes detektiert ist, kann der Schlitten in Position verbleiben, bis die Hinterkante (55) der Blase erscheint ( 2A). Sobald die Hinterkante (55) detektiert ist, kann die Blasenverfolgung und -messung beginnen. Der Schlitten kann in eine Richtung (140) weg von dem Mehrfachverteiler (130) bewegt werden, wie erforderlich, um die Hinterkante der Blase (55) auf der Zentrallinie (53) der Schlittenoptik zu halten. Durchflussrate und Volumenkalkulationen können jedes Mal, wenn der Schlitten bewegt wird, aktualisiert werden. Sobald der Schlitten seine unterste Position (52) erreicht, kann er in seiner Versetzungsbewegung pausieren, bis die Blase im zweiten Schenkel (13) des Blasenrohrs (60) wieder auftaucht und er dann die Blase (54) weiter verfolgt, beispielsweise bezüglich zu der Hinterkante (55) hinauf zur höchsten Position (51) in Richtung (141) des Mehrfachverteilers (130) unterVerwendung beispielsweise des Schrittmotors (25) und Antriebsriemens (22) der 1A. Bei mittleren Durchflussraten kann das System die Hinterkante (55) der Blase (54) akkurater verfolgen, weil Mikroblasen oder Schaum in dem Rohr vor der Blase vorhanden sein können (d.h. unten am ersten Schenkel, oben am zweiten Schenkel, wenn die Vorrichtung vertikal ausgerichtet ist). Diese Mikroblasen sammeln sich an der Vorderkante der Blase, bringen diese zum Anwachsen und können dementsprechend eine potentielle Überschätzung der Durchflussrate verursachen.
Unterprozess oder Verfahren 4: Hohe Durchflussraten
Eine beispielhafte vierte Ausführungsform des Verfolgungsverfahrens der vorliegenden Erfindung kann als ein optionaler vierter Unterprozess ausgeführt sein, wobei der Schlitten (57) initial in seine höchste Position (51) bewegt werden kann. Nachdem die Vorderkante (57) der Blase (54) als erstes von der Optik auf dem Schlitten detektiert ist, kann der Schlitten bei relativ hoher Geschwindigkeit oder Höchstgeschwindigkeit (oder Schwenkrate) bewegt werden, um dann an seiner untersten Position (52) anzuhalten. Wenn die Vorderkante der Blase (56) an ihrer untersten Position (52) detektiert ist, können Durchflussrate und Volumenkalkulationen basierend auf der Menge an vergangener Zeit, beispielsweise des Zeitschrittes, welche für die Blase erforderlich ist, um sich von der obersten Position (51) zu der untersten Position (52) zu bewegen, aktualisiert werden. Der Schlitten kann in Position verweilen, bis die Blase im zweiten Schenkel des Blasenrohrs (13) wieder auftaucht und der Prozess in diesem Rohr wiederholt wird. Wenn die durchschnittliche Durchflussrate ungefähr über der Hälfte der maximalen Durchflussrate liegt, welche bei der maximalen Geschwindigkeit des Schrittmotors unterstützt wird, kann dieses beispielhafte vierte Verfahren das bevorzugte Verfahren sein, wobei mehrere betriebene Pumpen möglicherweise keinen kontinuierlichen Fluss produzieren, sondern eher einen stoßartigen Fluss produzieren, der praktisch augenblicklich oberhalb und unterhalb des durchschnittlichen Wertes gelangt. Wenn die augenblickliche Durchflussrate plötzlich über die maximale Geschwindigkeit des Motors ansteigt, kann es für den Schlitten undurchführbar werden, die Blase augenblicklich zu verfolgen; aber die durchschnittliche Rate, wie durch die Bewegungszeit von der höchsten Position (51) zur niedrigsten Position (52) repräsentiert, kann noch gemessen werden, wenn die augenblickliche Durchflussrate plötzlich über die Motor-Maximalgeschwindigkeit ansteigt. In der Praxis kann ein vernachlässigbarer Genauigkeitsverlust bei Ausführung dieses vierten beispielhaften Verfahrens entstehen, und bei diesen relativ hohen Durchflussraten können Messungen dennoch schnell im Vergleich zu den anderen offenbarten Verfolgungsverfahren oder Unterprozessen durchgeführt werden.
Verfahren zum Umschalten zwischen den Verfolgungsverfahren
Die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Blasenverfolgungsverfahren, wenn ausgewählt, können für bestimmte Durchflussraten und für unterschiedliche Durchflussraten optimiert werden. Aber man muss möglicherweise das genaueste oder schnellste Messverfahren auswählen, ohne die Durchflussrate vorher zu wissen. Das Verfahren zum Umschalten zwischen den Verfolgungsverfahren oder optionalen Verfolgungsunterprozessen, d.h. ein Verfahren, welches einige oder alle der Verfahren als Optionen vorsieht und eine automatisierte Auswahl von Verfolgungsverfahren (Sub-Prozesse) anbietet, ist in dem Flussdiagramm von 3 dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren für ultrahohe Durchflussraten als erstes Verfolgungsverfahren bezeichnet werden, das Verfahren für sehr niedrige Durchflussraten kann als zweites Verfolgungsverfahren bezeichnet werden, das Verfahren für mittlere Durchflussraten kann als drittes Verfolgungsverfahren bezeichnet werden, und das Verfahren für hohe Durchflussraten kann als viertes Verfolgungsverfahren bezeichnet werden. Das Verfahren zum Umschalten zwischen den Verfolgungsverfahren (Unterprozessen) kann als computerlesbare Anweisungen ausgeführt sein und über den Mikroprozessor (15) aus 1A und 1B durchgeführt werden. Mit Bezug auf 1A und 3 kann man den Schlitten (57) an der höchsten Position (51) positionieren (Schritt 301).
Eine Blase kann in das Rohr über eine Blasenpumpe (70) eingebracht werden (Schritt 302). Der Mikroprozessor, welcher computerlesbare Anweisungen durchführt, kann auf die Detektion einer Vorderkante der eingebrachten Blase (Schritt 303) testen. Der Schlitten (57) kann dann bei voller Geschwindigkeit zu einer untersten Position (52) bewegt werden (Schritt 304). Bei Erreichen der untersten Position (52) kann die Richtung der Bewegung des Schlittens (57) dann umgedreht werden und der Mikroprozessor, welcher die computerlesbaren Anweisungen durchführt, kann auf eine Detektion der Vorderkante der eingebrachten Blase testen (Schritt 305). Wenn die Vorderkante der Blase nicht detektiert wird (Test 315), dann kann der Mikroprozessor die Verarbeitung der ultrahohen Durchflussrate aufrufen (Schritt 306). Wenn die Vorderkante der Blase detektiert ist (Test 315), dann kann der Mikroprozessor die Bewegung der Blasenvorderkante basierend auf der Schlittenschwenkung bestimmen (Schritt 307). Wenn die bestimmte Vorderkante bei weniger als einem ersten Grenzwert liegt (Test 308), z.B. zehn Prozent der einseitigen Rohrlänge, d.h. erster Schenkel, Rohrlänge, dann kann der Mikroprozessor die Schritte des Verfahrens für sehr niedrige Durchflussraten durchführen (Schritt 309). Wenn die bestimmte Vorderkante bei mehr als oder bei dem ersten Grenzwert (Test 308) liegt und bei weniger als einem zweiten Grenzwert liegt (Test 310), z.B. 50 Prozent der einseitigen Rohrlänge, d.h. erster Schenkel, Rohrlänge, dann kann der Mikroprozessor die Schritte des Verfahrens für mittlere Durchflussraten durchführen (Schritt 311). Wenn die bestimmte Vorderkante bei mehr als oder bei dem ersten Grenzwert liegt (Test 308) und bei mehr als oder bei dem zweiten Grenzwert (Test 310) liegt, dann kann der Mikroprozessor die Schritte des Verfahrens für hohe Durchflussraten durchführen (Schritt 312).
Ausführungsformen mit mehreren Blasen
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können sich mehrere Blasen simultan zunutze machen. Eine beispielhafte Ausführungsform für die Bestimmung einer Volumenmessung mit der Verwendung von zwei Blasen ist in den 4A-4G dargestellt.
4A zeigt eine erste Blase (80) eingebracht in das beispielhafte u-förmige Rohr (51) und den Schlitten (21), der die Vorderkante (81) der ersten Blase (80) verfolgt. Die Vorderkantenverfolgung erfolgt, bis der Schlitten (21) einen vorbestimmten Ort (111) wie in 4B dargestellt erreicht. Basierend auf einem Ereignis wie dem Erreichen eines bestimmten Schlittenortes, z.B. Antriebsriemen- oder Schrittmotorschritten oder basierend auf einem Zeitunterschied, z.B. einem Blasenpumpenzyklus, kann eine zweite Blase (90) in das beispielhafte u-förmige Rohr eingebracht werden, und der Schlitten schaltet auf die Verfolgung der Hinterkante (82) der ersten Blase (80) um, wie in 4C abgebildet. Die Hinterkante (82) der ersten Blase (80) wird so lange verfolgt, bis der Schlitten (21) seine unterste Position (112), wie in 4D dargestellt, erreicht. Von der untersten Position wird der Schlitten (21) zur Vorderkante (91) der zweiten Blase (90) bewegt, und die Vorderkante (91) der zweiten Blase wird verfolgt, wie in 4E dargestellt. Die Verfolgung Vorderkante (91) der zweiten Blase (90) erfolgt bis, wie in 4F dargestellt, die Vorderkante (81) der ersten Blase, die sich in den zweiten Schenkel (13) des u-förmigen Rohrs bewegt hat, von einem zweiten Photo-Detektor (20) des Schlittens (21) detektiert wurde. Die Vorderkante (81) der ersten Blase (80) oder die Vorderkante (91) der zweiten Blase (90) kann dann aufwärts entlang der zweiten Seite (13) des u-förmigen Rohrs so lange verfolgt werden, bis der Schlitten (21) seine oberste Position (113) erreicht, wobei dann eine neue erste Blase (100) eingebracht wird und der Prozess sich wiederholt, wie in 4G dargestellt.
Mittelwerterstellung synchronisierter Daten
Viele medizinische Pumpen weisen keinen stetigen, kontinuierlichen Durchfluss auf. Vielmehr ist der ausgeführte Durchfluss ein periodischer, pulsierender Durchfluss. 5A zeigt das typische Verhalten einer solchen Pumpe mit schnell ansteigendem Durchfluss aufgetragen über die Zeit. Das Durchflussmuster besteht aus Zeitperioden, in welchen die Pumpe Fluid in der Zeit P schiebt, und Zeitperioden, in welchen die Pumpe pausiert in der Zeit C-P, in einem Schub + Pausenzyklus-Gesamtzeit C. Entsprechend zeigt 5A ein Beispiel von n + 2 kompletten Pumpzyklen. Typischerweise ist die Durchflussrate für solch eine Pumpe als ein kontinuierlich laufender Durchschnitt der schnell ansteigenden Durchflussrate angenommen. Immer wenn der laufende Durchschnitt etwas anderes als eine exakt gerade Zahl kompletter Pumpzyklen ist, handelt es sich um einen Fehler. Beispielsweise zeigt am Ende des Zeit-Intervalls T2 in 5A der laufende Durchschnitt die korrekte Durchschnittsrate an, aber das Ende des Zeit-Intervalls T1 basiert auf einem fehlerhaft hohen Betrag der Schubzeit und verursacht eine Überschätzung der Durchflussrate, am Ende des Zeit-Intervalls T3 basiert der Durchschnitt auf einem fehlerhaft hohen Betrag der Pausenzeit und verursacht eine Unterschätzung der Durchflussrate.
Wenn die wirkliche Durchschnittsrate R ist, ist die Überschätzung im schlechtesten Fall wiedergegeben als R': $R' = R \cdot C \cdot (n + 1) / (n \cdot C + P)$
Wobei „n“ aus der obigen Gleichung Nr. 3 die Anzahl der vollständigen Zyklen im Durchschnitt ist, C die Länge der gesamten Schub-Pause-Zyklen und P die Länge des Schub-Teils der Pause-Zyklen.
Im schlechtesten Fall ist die Unterschätzung, wiedergegeben durch R'': $R " = R \cdot (1 / (1 + (C - P) / n \cdot C))$
5B zeigt eine Skizze des laufenden Durchschnitts R_avg, oszillierend zwischen R' und R'' und sich langsam annähernd an den mutmaßlichen wirklichen Durchschnitt R, während die durchschnittliche Anzahl von vollständigen Zyklen „n“ zunimmt.
In mehreren Anwendungen kann es wünschenswert sein, Durchflussraten innerhalb eines Fehlers von 1% zu messen. Bei mehreren Pumpen erfordert ein Zielfehler von weniger als 1% einen „n“-Wert von mehreren Hundert. Diese große Anzahl von Zyklen kann eine gesamte Testlänge von mehreren Minuten bis zu mehreren Stunden erfordern, was für die zeitbegrenzte Erprobung einer Pumpenvorrichtung unpraktikabel sein kann. Dementsprechend kann ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer Ausführungsform entsprechend dem Flussdiagramm von 6, Durchflussratenschätzungen einer Pumpe vorsehen, wobei das beispielhafte Verfahren folgende Schritte aufweist: (a) Detektion eines Synchronisationsereignisses (600) über die Verfolgung einer eingebrachten Blase durch eine Signalprozessor-Einheit bestehend aus einer Zentralrecheneinheit und adressierbarem Speicher; und (b) Synchronisieren einer strömungscharakteristischen Kalkulation basierend auf dem periodischen Synchronisationsereignis. Die Signalprozessor-Einheit kann aus einer Schaltung und/oder einer Zentralrecheneinheit und adressierbarem Speicher bestehen, wobei der Zentralprozessor computerlesbare Anweisungen ausführt, um das Verfahren auszuführen. Ein periodisches Synchronisationsereignis (600) kann an einem Punkt oder einem Bereich entlang des Schub/Pause-Zyklus liegen und kann an die Schub/Pause-Detektion gebunden sein. Eine beispielhafte Durchflusscharakteristik kann das durchschnittliche Schubvolumen pro durchschnittlicher Zeit zwischen den Schüben sein. Zum Beispiel kann ein Synchronisationsereignis detektiert werden, welches die aktuelle Stelle oder einen Bereich in dem Schub/Pause-Zyklus anzeigt, z.B. den Übergang zwischen dem Schub-Zeit-Bereich und dem Pause-Zeit-Bereich, und Sensor-Daten, z.B. eine Schlittenposition oder Geschwindigkeitsinformationen und/oder ein Fluiddruck in der Leitung, dies kann eine Eingabe in das Mittelungsverfahren basierend auf der Detektion oder dem Synchronisationsereignis sein. In einem anderen Beispiel können die Sensor-Daten eine Eingabe in ein Mittelungsverfahren bei einer Abtastrate (606) sein, aber das Ergebnis des Mittelungsverfahrens (605) kann nur für die Ausgabe und/oder Anzeige bei Detektion eines Synchronisationsereignisses zur Verfügung gestellt werden. In einem weiterem Beispiel kann die Strömungscharakteristik über ein mathematisches Modell, das die durchschnittliche Schublänge repräsentiert, und über ein mathematisches Modell, das die durchschnittliche Zeit zwischen den Schüben repräsentiert, ausgedrückt sein, und die Durchflusscharakteristik als ein Paar von mathematischen Modellen kann mit der Detektion eines Synchronisationsereignisses aktualisiert werden.
Detektionen von periodischen Synchronisationsereignissen können basieren auf Zeitderivaten von unterschiedlichen Schlittenpositionen, linearen Schlittengeschwindigkeitsunterschieden und/oder auf Änderungen im Fluiddruck in der Leitung oder einer oder mehreren Zeitderivaten von Fluiddruckunterschieden in der Leitung basieren. Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Schritte einer Schaltung und/oder eines Mikroprozessors umfassen, der bzw. die konfiguriert ist zur: (a) Detektion von Schüben einer Pumpe als Zeit von erhöhter und konsistenter Schlittenbewegung - was eine Blasenverfolgung widerspiegelt; (b) Detektion von Pausen während des Pumpens als ZeitIntervalle, wenn die Schlittenbewegung vernachlässigbar ist oder wenn die Schlittenbewegung weniger als einen gewissen Prozentsatz der während der Schübe detektierten beträgt; (c) Sammlung gemessener und/oder detektierter Durchflussdaten innerhalb des Schub-Pause-Zyklus; und (d) Hinzufügen der gesammelten Durchflussdaten zu einem Durchschnittswert nur dann, wenn eine Pause nach einer Schub-Detektion detektiert wird. Ein Mikroprozessor (15) einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann computerlesbare Anweisungen für einen Test basierend auf einer Verfolgung vorderer oder hinterer Teile einer oder mehrerer eingebrachter Blasen gemäß einem beispielhaften Verfahren im Flussdiagramm von 6 aufführen, wobei die Strömungsdaten gesammelt werden (Schritt 601), ein Test kann zeigen, dass die Pumpe in einer Pausenphase eines Schub-Pause-Zyklus ist (Synchronisationsereignisse 600), d.h. eine Pause wird detektiert (Test 603), die einer Schub-Detektion (Test 602) folgt, und beim Vorliegen einer Pausenphase werden Durchflussdaten zu dem Mittelwert hinzugefügt (Schritt 604). Ausführungsformen des beispielhaften Verfahrens mit detektierten Pumppausen liefern testweise akzeptable Durchflussratenzahlen mit „n“-Werten im Bereich von zwei bis zehn.
In einigen Fällen können optimale Ergebnisse in der Regel durch Kombination des obigen beispielhaften synchronisierten Mittelungsverfahrens mit der Anwendung mehrerer Blasen in einem Strömungsrohr erreicht werden. In dieser kombinierten Ausführungsform erfolgt ein Einbringen neuer Blasen und ein Hinzufügen von Durchflussdaten zu dem durchschnittlichen Wert nur dann, wenn eine Pause nach einer Schub-Detektion detektiert wurde.
7 ist ein Flussdiagramm, das mit Bezug auf die 4A-4G beschrieben wird, wobei 7 ein Beispiel für die Schritte ist, die von einem Computer, der computerlesbare Anweisungen ausführt, ausgeführt werden können, um eine Mehrzahl eingebrachter Blasen zu verfolgen, wobei eine erste Blase in den ersten Abschnitt der Leitung eingebracht wird (Schritt 701) und die erste Blase verfolgt wird (Schritt 702), d.h. der Schlitten mit einem Photo-Detektor kann versetzt werden, während sich die Blase basierend auf empfangenen Levels der schlittenbasierenden Lichtemissionen bewegt. Dann wird eine zweite Blase in die Erfindung eingebracht (Schritt 703) und eine Überprüfung zum Ort der ersten Blase (Test 704) wird durchgeführt. Wenn die erste Blase verloren geht, z.B. durch Bewegungsbeschränkungen des Schlittens oder einen Verlust bei der Verfolgung, kehrt der Schlitten wieder zurück zu einem Ausgangspunkt (Schritt 705) und das Verfahren beginnt für die nächste Blase erneut. Wenn die erste Blase nicht verloren geht, wird eine Überprüfung zum Ort der zweiten Blase durchgeführt (Test 706), und wenn die zweite Blase verloren ist, dann wird der Schlitten zurück zu der ersten Blase bewegt und diese wird verfolgt (Schritt 707). Wenn die zweite Blase detektiert wird (Test 706), dann wird die zweite Blase in dem ersten Abschnitt der Leitung verfolgt (Schritt 708), d.h. entlang der Ausflussrichtung. Eine Überprüfung wird dann durchgeführt, um zu bestimmen, ob die erste Blase im zweiten Abschnitt der Leitung detektiert wurde (Test 709), d.h. entlang der Einflussrichtung. Wenn die Blase in dem zweiten Abschnitt der Leitung bestimmt wird, dann wird die erste Blase verfolgt (Schritt 710). Wenn bestimmt wird, dass die erste Blase nicht in dem zweiten Abschnitt der Leitung ist (Test 709), dann kehrt das Verfahren zurück zur Verfolgung oder fährt mit der Verfolgung der zweiten Blase in dem ersten Abschnitt der Leitung fort (Schritt 708). Das Verfahren kann für eine Vielzahl von Blasen wiederholt werden.
Es ist vorgesehen, dass verschiedene Kombinationen und/oder Unterkombinationen der spezifischen Merkmale und Aspekte der obigen Ausführungsformen vorgenommen werden können und dennoch in den Geltungsbereich der Erfindung fallen. Entsprechend wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Merkmale und Aspekte der offenbarten Ausführungsformen miteinander kombiniert oder füreinander ersetzt werden können, um unterschiedliche Modi der offenbarten Erfindung zu erhalten. Ferner ist es vorgesehen, dass der hier anhand von Beispielen offenbarte Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die besonderen, oben beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken ist.

Claims

Ein Verfahren zur Fließgeschwindigkeitsschätzung von Fluiden in einer Pumpe, aufweisend: Detektion eines periodischen Synchronisationsereignisses über Verfolgung einer eingebrachten Blase mit einer Signalprozessor-Einheit, aufweisend eine Zentralrecheneinheit und adressierbaren Speicher, wobei das periodische Synchronisationsereignis wenigstens eins von Folgendem anzeigt: einen aktuellen Punkt in einem Schub-Pause-Zyklus und einen aktuellen Bereich in einem Schub-Pause-Zyklus, und die Detektion des periodischen Synchronisationsereignisses aufweist: Detektieren eines oder mehrerer Schübe einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall und wenigstens einem von: einem Schlittenpositionswechsel, einer Schlittenbewegung und einer Fluiddruckänderung; und Detektieren einer oder mehrerer Pausen einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall, einem Grenzwert und wenigstens einem von: einem Schlittenpositionswechsel, einer Schlittenbewegung und einer Fluiddruckänderung; und Synchronisieren einer Strömungscharakteristikbestimmung eines strömungscharakteristischen Kennwerts basierend auf dem periodischen Synchronisationsereignis, wobei das Synchronisieren der Strömungscharakteristikbestimmung aufweist: (a) Sammeln von Durchflussdaten innerhalb jedes Schub-Pause-Zyklus der Pumpe; und (b) Hinzufügen, mittels der Signalprozessor-Einheit, der gesammelten Durchflussdaten zu einem Mittelwert, wenn eine Pause nach einer Schubdetektion detektiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner die Synchronisation einer strömungscharakteristischen Datenanzeige basierend auf dem periodischen Synchronisationsereignis aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Verfolgung einer eingebrachten Blase aufweist: Einbringen einer ersten Blase in die Fluidströmung und Verfolgung, durch die Signalprozessor-Einheit, einer Bewegung von wenigstens entweder der Vorderkante der eingebrachten ersten Blase oder der Hinterkante der eingebrachten erste Blase, wobei die Verfolgung auf einer Photo-Detektor-Ausgabe eines ersten Photo-Detektors, angeordnet auf einem kontrollierten versetzbaren Schlitten, basiert.
Ein Verfahren zur Fließgeschwindigkeitsschätzung einer Pumpe, aufweisend: Detektion eines periodischen Synchronisationsereignisses über Verfolgung einer eingebrachten Blase mit einer Signalprozessor-Einheit, aufweisend eine Zentralrecheneinheit und adressierbaren Speicher, wobei das periodische Synchronisationsereignis wenigstens eins von Folgendem anzeigt: einen aktuellen Punkt in einem Schub-Pause-Zyklus und einen aktuellen Bereich in einem Schub-Pause-Zyklus; wobei die Detektion des periodischen Synchronisationsereignisses aufweist: Detektieren eines oder mehrerer Schübe einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall und wenigstens einem von: einem Schlittenpositionswechsel, einer Schlittenbewegung und einer Fluiddruckänderung; und Detektieren einer oder mehrerer Pausen einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall, einem Grenzwert und wenigstens einem von: einem Schlittenpositionswechsel, einer Schlittenbewegung und einer Fluiddruckänderung; und Synchronisation einer strömungscharakteristischen Datenanzeige basierend auf dem periodischen Synchronisationsereignis; wobei die Synchronisation der strömungscharakteristischen Datenanzeige aufweist: (a) Sammeln von Durchflussdaten innerhalb jedes Schub-Pause-Zyklus der Pumpe; und (b) Hinzufügen, mittels der Signalprozessor-Einheit, der gesammelten Durchflussdaten zu einem Mittelwert, wenn eine Pause nach einer Schubdetektion detektiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Verfahren ferner die Synchronisation einer Strömungscharakteristikbestimmung basierend auf dem periodischen Synchronisationsereignis aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Verfolgung einer eingebrachten Blase aufweist: Einbringen einer ersten Blase in die Fluidströmung und Verfolgung, durch die Signalprozessor-Einheit, einer Bewegung wenigstens entweder der Vorderkante der eingebrachten ersten Blase oder der Hinterkante der eingebrachten erste Blase, wobei die Verfolgung auf einer Photo-Detektor-Ausgabe eines ersten Photo-Detektors, angeordnet auf einem kontrollierten versetzbaren Schlitten, basiert.
Ein Pumpentester, aufweisend: eine lichtdurchlässige Fluidleitung mit einem Ausflussweg und einen Zuflussweg bezogen auf einen Mehrfachverteiler, konfiguriert zur Blaseneinbringung; einen Schlitten, versetzbar angeordnet entlang wenigstens entweder des Ausflussweges der Fluidleitung oder des Zuflussweges der Fluidleitung, wobei der Schlitten aufweist: eine erste Licht emittierende Einheit und einen ersten Photo-Rezeptor; einen Motor mit einer Verbindung, konfiguriert, um den Schlitten zu versetzen; und eine Signalprozessor-Einheit mit wenigstens einem von: (a) einer Schaltung und (b) einem Mikroprozessor mit einem Zentralrechner und adressierbarem Speicher; die Signalprozessor-Einheit ist so konfiguriert, dass Motorsteuersignale basierend auf Eingangssignalen von dem ersten Photo-Rezeptor ausgegeben werden; wobei die Signalprozessor-Einheit das Vorhandensein einer Blase in wenigstens einem der folgenden Bereiche erkennen kann: dem Ausflussweg der Fluidleitung und dem Zuflussweg der Fluidleitung.
Pumpentester gemäß Anspruch 7, wobei die Verbindung einen Antriebsriemen aufweist, welcher mit einer Führungsrolle und einer Antriebsrolle, angetrieben von einem Motor, zusammengreift, wobei der versetzbare Schlitten an dem Antriebsriemen angeordnet ist.
Pumpentester gemäß Anspruch 7, wobei die Signalprozessor-Einheit ferner konfiguriert ist zum: Detektieren, über Verfolgung einer eingebrachten Blase, eines oder mehrerer Schübe einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall einer Schlittenbewegung; Detektieren einer oder mehrerer Pausen einer Pumpe basierend auf einem Zeit-Intervall einer Schlittenbewegung unter einem Grenzwert; Sammeln von Durchflussdaten innerhalb jedes Schub-Pause-Zyklus der Pumpe und Hinzufügen, mittels einer Signalprozessor-Einheit, der gesammelten Durchflussdaten zu einem Mittelwert, wenn eine Pause nach einer Schubdetektion detektiert wird.
Ein Verfahren zur Messung von Fluidströmungen innerhalb einer lichtdurchlässigen Leitung, aufweisend: Einbringen einer ersten Blase in die Fluidströmung und Verfolgung, durch eine Signalprozessor-Einheit der Bewegung wenigstens entweder der Vorderkante der eingebrachten ersten Blase oder der Hinterkante der eingebrachten ersten Blase, wobei die Verfolgung auf einem Photo-Detektor-Ausgang eines ersten Photo-Detektors, angeordnet auf einem kontrollierten versetzbaren Schlitten, basiert; wobei der Schlitten entlang der Leitung angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Signalprozessor-Einheit eine Zentralrecheneinheit und adressierbaren Speicher aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend eine Einbringung einer zweiten Blase in die Fluidströmung und Verfolgung, durch eine Signalprozessor-Einheit, der Bewegung wenigstens entweder der Vorderkante der eingebrachten zweiten Blase oder der Hinterkante der eingebrachten zweiten Blase, wobei die Verfolgung auf wenigstens entweder einer Photo-Detektor-Ausgabe des ersten Photo-Detektors oder eines zweiten Photo-Detektors, angeordnet auf einem kontrollierten versetzbaren Schlitten, basiert.
Ein Verfahren, aufweisend: Bereitstellen eines versetzbaren Schlittens mit wenigstens einem schlittenmontierten Lichtsender, wobei der Schlitten im Bereich einer Fluidleitung angeordnet ist und die Fluidleitung von einem Mehrfachverteiler ausgeht; Einbringung einer Blase in ein Fluid der Fluidleitung, wobei das Fluid eine Fließgeschwindigkeit und eine Fließrichtung innerhalb der Fluidleitung aufweist; Testen auf wenigstens eine von einer Vorderkante und einer Hinterkante der Blase, wobei das Testen auf einer Änderung im empfangenen Licht des schlittenmontierten Lichtsenders basiert; wenn die wenigstens eine von der Vorderkante und der Hinterkante der Blase detektiert ist, dann (a) Bestimmung einer ersten Schlittenposition mittels des schlittenmontierten Lichtsenders und (b) Vorbewegen des Schlittens in Richtung der Strömung bis zu einer Schlittenhalteposition, Rückholung des Schlittens in einer zur Strömung entgegengesetzten Richtung von der Halteposition zu der ersten Schlittenposition; Testen auf wenigstens eine von einer Vorderkante und einer Hinterkante der Blase, wobei das Testen auf einer Änderung im empfangenen Licht von dem schlittenmontierten Lichtsender basiert; wenn die wenigstens eine von der Vorderkante und der Hinterkante der Blase detektiert ist, dann (a) Bestimmung einer zweiten Schlittenposition und (b) Aufruf eines Verfolgungsmodus basierend auf einem Unterschied zwischen der zweiten Schlittenposition, der ersten Schlittenposition und der Schlittenhalteposition; und wenn die wenigstens eine von der Vorderkante und der Hinterkante der Blase nicht detektiert ist, dann Aufruf eines ersten Verfolgungsmodus.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Fluidleitung einen Rückführungsabschnitt aufweist, konfiguriert, um das Fluid zu dem Mehrfachverteiler zurückzubringen, und wobei der erste Verfolgungsmodus aufweist: Rückholung des Schlittens zu der ersten Schlittenposition und Detektion wenigstens entweder einer Vorderkante oder einer Hinterkante der Blase.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei, wenn die bestimmte zweite Schlittenposition bei weniger als einem Zehntel eines Abstandes zwischen der Halteposition und der ersten Schlittenposition liegt, ein zweiterVerfolgungsmodus aufgerufen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der zweite Verfolgungsmodus eine Detektion einer Vorderkante der Blase und ein Schwenken des Schlittens zur Erhaltung der Detektion der Vorderkante der Blase aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei, wenn die bestimmte zweite Schlittenposition bei weniger als der Hälfte eines Abstandes zwischen der Halteposition und der ersten Schlittenposition und bei mehr als einem Zehntel eines Abstandes zwischen der Halteposition und der ersten Schlittenposition liegt, ein dritterVerfolgungsmodus aufgerufen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei der dritte Verfolgungsmodus aufweist: eine Detektion einer Hinterkante der Blase und ein Schwenken des Schlittens zur Erhaltung der Detektion der Hinterkante der Blase.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei, wenn die bestimmte zweite Schlittenposition bei mehr als der Hälfte eines Abstandes zwischen der Halteposition liegt; ein vierter Verfolgungsmodus aufgerufen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei der vierte Verfolgungsmodus aufweist: Detektion von wenigstens entweder einer Vorderkante oder einer Hinterkante der Blase; Schwenken des Schlittens zur Halteposition; und Detektion von wenigstens entweder einer Vorderkante oder einer Hinterkante der Blase.
Ein Verfahren zur Fluidströmungsmessung, aufweisend: Einbringung einer ersten Blase in einen Fluidstrom einer lichtdurchlässigen Leitung, wobei die Leitung einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist; Verfolgung der Bewegung der eingebrachten ersten Blase in dem ersten Abschnitt der Leitung mit einer Signalprozessor-Einheit, wobei die Verfolgung auf einem Photo-Detektor-Ausgang eines ersten Photo-Detektors basiert, der auf einem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist, wobei der zweite Photo-Detektor Licht-Emissionen über den ersten Abschnitt der Leitung empfängt; Einbringen einer zweiten Blase in die Fluidströmung; Detektion der eingebrachten zweiten Blase, basierend auf dem Photo-Detektor-Ausgang des ersten Photo-Detektors, der auf dem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist; Verfolgung der Bewegung der eingebrachten zweiten Blase mit der Signalprozessor-Einheit, wobei die Verfolgung auf dem Photo-Detektor-Ausgang des ersten Photo-Detektors basiert, der auf dem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist; und Detektion der eingebrachten ersten Blase, basierend auf dem Photo-Detektor-Ausgang des zweiten Photo-Detektors, der auf dem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist, wobei der zweite Photo-Detektor Licht-Emissionen über den zweiten Abschnitt der Leitung empfängt; Verfolgung der Bewegung der eingebrachten ersten Blase mit der Signalprozessor-Einheit, wobei die Verfolgung auf dem Photo-Detektor-Ausgang des zweiten Photo-Detektors basiert, der auf dem kontrollierten versetzbaren Schlitten angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei die Signalprozessor-Einheit eine Zentralrecheneinheit und adressierbaren Speicher aufweist.