DE3806800A1

DE3806800A1 - Device for monitoring the fluid flow in flow lines

Info

Publication number: DE3806800A1
Application number: DE3806800A
Authority: DE
Inventors: Artur Dipl Ing Siewruk; Wieslaw Dipl Ing Grenda; Boguslaw Dipl Ing Szumowski; Wojciech Gajdzis
Original assignee: POLSKA AKADEMIA NAUK ZAKLAD
Current assignee: POLSKA AKADEMIA NAUK ZAKLAD
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1988-03-03
Publication date: 1988-09-15
Also published as: SU1720504A3; HUT46445A; DD267799A5; CS135788A2

Abstract

A device for monitoring the fluid flow in flow lines, in particular in a flow chamber of a drop infusion set of an infusion pump, is intended to interact with automatic measuring devices. The device contains an optoelectronic sensor whose radiation-source unit and detector unit are accommodated in separate housings which are connected to one another by a sleeve-shaped supporting beam. A clamping piece supported by a spring is placed on the supporting beam in a sliding manner. The radiation source and the detector are arranged in the optical passage, which forms a light gap which is formed by a cylindrical-concave lens which is fastened in the housing of the radiation source and by a cylindrical-spherical lens which is fastened in the housing of the detector. The radiation source and the detector are connected to an electronic circuit which contains a timing circuit which is connected to the supply source to which the electroluminescence diodes and the photo transistor are connected. The device is suitable for use under variable lighting conditions. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Flüssig keitsdurchflusses in den Durchflußleitungen, insbesondere in der Durchflußkammer des Tropfinfusionssatzes einer Infusionspumpe, die zur Zusammenarbeit mit automatischen Meßeinrichtungen geeignet ist. Bisher sind zahlreiche Konstruktionen von Einrichtungen zur Durch flußüberwachung bekannt, die mit Fühlern zur Flüssigkeitsdurchfluß messung in den Durchflußleitungen versehen sind.The invention relates to a device for monitoring the liquid keitsdurchflußes in the flow lines, especially in the Flow chamber of the drip infusion set of an infusion pump, the is suitable for cooperation with automatic measuring devices. So far, numerous designs of facilities have been through flow monitoring known with sensors for liquid flow measurement in the flow lines are provided.

Aus der Patentschrift US-PS 45 33 350 ist ein Gerät zur präzisen Messung und Überwachung der Durchflußstörung bekannt. Dieses Gerät besitzt ein bogenförmiges Gehäuse, in welchem eine fotoelektrische Ein heit untergebracht ist, die sich aus einer Strahlungsquelle und einem Detektor zusammensetzt, die mit einer elektronischen Schaltung zur Signalumsetzung verbunden sind. In den Seitenwänden der Nische des Gehäuses sind Strahlungsquellen und der Detektor untergebracht, die durch eine planparallele durchsichtige Scheibe voneinander getrennt sind. In der Nische des Gehäusebogens befindet sich ein Klinkwerk zur trennbaren Befestigung des Gerätes an die Durchflußkammer. Es ist auch eine optoelektronische Detektorschaltung zur Detektion der sich verlagernden Objekte bekannt. Die Schaltung enthält vier Operations verstärker, die durch das Signal von einem Fototransistor gesteuert werden. Mit den Operationsverstärkern sind drei Transistoren verbunden. Die Schaltung ist mit digitalen Schaltungen verbunden.From the patent US-PS 45 33 350 is a device for precise Measurement and monitoring of the flow disturbance known. this device has an arc-shaped housing in which a photoelectric one unit, which consists of a radiation source and a Detector composed with an electronic circuit for Signal conversion are connected. In the side walls of the niche of the Housing are housed radiation sources and the detector that separated from each other by a plane-parallel transparent disc are. A clinker mechanism is located in the niche of the housing arch for separable attachment of the device to the flow chamber. It is also an optoelectronic detector circuit for the detection of itself known relocating objects. The circuit contains four operations amplifier controlled by the signal from a photo transistor will. Three transistors are connected to the operational amplifiers. The circuit is connected to digital circuits.

Das Eingangssignal passiert, zwecks Anpassung an Zusammenarbeit mit digitalen Schaltungen, nacheinanderfolgende Verstärkungsstufen. The input signal passes to adapt to cooperation with digital circuits, successive gain stages.

Die bekannten Einrichtungen sind zum Einsatz für bestimmte Arten von Leitungen oder Durchflußgefäßen vorgesehen. Je nach der Art der An zuwendenden, z. B. Tropfinfusionssätze, muß jeweils das Gehäuse ange paßt werden. Wegen der Anordnung der Strahlungsquelle und des Detektors findet das Gerät unter den Bedingungen der konstanten Be leuchtung Anwendung. Die elektronische Umsetzschaltung ist kompliziert, wegen der mehrstufigen Signalverstärkung zwecks Anpassung zum Ab lesen in einer digitalen Schaltung.The known devices are used for certain types of Lines or flow vessels provided. Depending on the type of arrival turning, e.g. B. drip infusion sets, the housing must be be fit. Because of the arrangement of the radiation source and the Detector finds the device under the conditions of constant loading lighting application. The electronic conversion circuit is complicated because of the multi-stage signal amplification for the purpose of adaptation to the Ab read in a digital circuit.

Die Aufgabe der Erfindung bestand in der Entwicklung eines Gerätes mit vereinfachter Konstruktion, die gleichzeitig die geforderte Bestän digkeit gegenüber den veränderlichen Beleuchtungsbedingungen ge währleisten wird.The object of the invention was to develop a device with a simplified construction that also meets the required inventory ability to withstand changing lighting conditions will ensure.

Erfindungsgemäß enthält das Gerät zur Überwachung des Flüssigkeits durchflusses einen optoelektronischen Fühler, dessen Strahlungs quellen- und Detektoreinheit in separaten Gehäusen untergebracht sind, die miteinander durch einen hülsenförmigen Tragbalken verbunden werden, auf welcher verschieblich ein durch eine Feder abgestütztes Klemmstück gesetzt ist.According to the invention, the device for monitoring the liquid contains flows through an optoelectronic sensor whose radiation source and detector unit are housed in separate housings, which are connected to each other by a sleeve-shaped support beam on which is slidably supported by a spring Clamp is set.

Die Strahlungsquelle und der Detektor sind in dem optischen Kanal an geordnet, der den Lichtspalt bildet, der durch eine in dem Gehäuse der Strahlungsquelle angeordnete zylindrisch-konkave Linse und durch eine in dem Detektor-Gehäuse untergebrachte zylindrisch-sphärische Linse gebildet wird. Die die Elektrolumineszenzdioden enthaltende Strahlungsquelle und der einen Fototransistor enthaltende Detektor sind durch eine Zeitschaltung verbunden, die die Komparatoren und ein Flip-Flop enthalten. Der Emitter des Fototransistors ist mit dem Kollektor über den ersten Kondensator verbunden. Außerdem ist der Emitter des Fototransistors mit dem Minuspol der Speisequelle über den ersten Resistorteiler verbunden, der aus dem zweiten und dem dritten Resistor zusammengebaut ist.The radiation source and the detector are on in the optical channel ordered, which forms the light gap, which by a in the housing the cylindrical-concave lens arranged through the radiation source and through a cylindrical-spherical housed in the detector housing Lens is formed. The one containing the electroluminescent diodes Radiation source and the detector containing a phototransistor are connected by a timer circuit which the comparators and a flip-flop included. The emitter of the photo transistor is with the Collector connected via the first capacitor. In addition, the Emitter of the photo transistor with the negative pole of the supply source over the connected first resistor divider, which consists of the second and the third Resistor is assembled.

Der dritte Resistor ist durch den Schalter geshuntet. An den Auslöse eingang der Zeitschaltung ist ein zweiter Resistorteiler angeschlossen, der aus dem vierten Resistor, der mit seinem zweiten Pol an den Plus pol der Speisequelle geschaltet ist, und einem fünften Resistor, der mit seinem zweiten Pol an den Minuspol der Speisequelle angeschlossen ist, zusammengesetzt ist.The third resistor is shunted by the switch. The trigger a second resistor divider is connected to the input of the timer, the one from the fourth resistor, the one with its second pole to the plus pole of the supply source, and a fifth resistor, the with its second pole connected to the negative pole of the source is composed.

Das Klemmstück besitzt Führungen, die mit dem Gehäuse des Detektors zusammenarbeiten sowie eine Arbeitsfläche in der Gestalt eines Buch stabens C.The clamping piece has guides that are connected to the housing of the detector work together as well as a work surface in the form of a book stabens C.

Die erfindungsgemäße Lösung sichert die Möglichkeit des Einsatzes des Gerätes zur Durchflußüberwachung in den Leitungen mit unterschied lichen Abmessungen. Die optoelektronische Schaltung des erfindungsge mäßen Gerätes ermöglicht eine weitgehende Vereinfachung des Aufbaus des Fühlers im Vergleich mit den bekannten Lösungen. Die Schaltung ist durch eine hohe Universalität gekennzeichnet, wobei gleichzeitig eine hohe Genauigkeit gesichert wird. Die Schaltung des Detektors ist durch Störfestigkeit gekennzeichnet und die unabhängigen Gehäuse für die Strahlungsquelle und den Detektor sichern konstante Lage des optischen Kanals. Die Linsen, die zugleich die Funktion der Abdeckun gen erfüllen, schützen den Fühler vor dem Einfluß der veränderlichen Bedingungen der äußeren Beleuchtung, wodurch sie das Verhältnis der Intensivität der Nutzbeleuchtung zu der der Störbeleuchtung verbessern. Die Ausbildung des Klemmstückes ermöglicht eine sichere Befestigung des Gerätes an der Leitung oder am Durchflußgefäß. The solution according to the invention ensures the possibility of using the Device for flow monitoring in the lines with different dimensions. The optoelectronic circuit of the fiction device allows the construction to be largely simplified of the sensor in comparison with the known solutions. The circuit is characterized by a high level of universality, while at the same time high accuracy is ensured. The circuit of the detector is characterized by immunity and the independent housing for the radiation source and the detector ensure a constant position of the optical channel. The lenses, which also function as covers conditions, protect the sensor from the influence of the variable Conditions of external lighting, thereby changing the ratio of the Improve the intensity of the useful lighting to that of the stray lighting. The design of the clamping piece enables secure attachment of the device on the line or on the flow vessel.

Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, worin die einzelnen Figuren zeigen:The subject of the invention is based on one in the drawing voltage illustrated embodiment, wherein the individual figures show:

Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Gerät zur Durchfluß überwachung, Fig. 1 shows a section monitoring by the inventive apparatus for flow,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des optischen Kanals, Fig. 2 is a schematic representation of the optical channel,

Fig. 3 ein Schema der optoelektronischen Schaltung, und Fig. 3 is a schematic of the optoelectronic circuit, and

Fig. 4 ein Schema der Zeitschaltung. Fig. 4 is a schematic of the timing circuit.

Das Gerät enthält die Strahlungsquelleneinheit 1 und die Detektorein heit 2. Die Gehäuse der Einheiten 1 und 2 sind an den Enden eines Tragbalkens 3 angeordnet. Auf dem Tragbalken 3 zwischen den Gehäu sen der Einheiten 1 und 2 ist schiebeweise ein auf der Feder 5 abge stütztes Klemmstück 4 gesetzt. Der Tragbalken 3 hat die Form einer Hülse und bildet eine Durchführung, in welcher sich die Leitungen zur Verbindung des Gerätes mit den zusammenarbeitenden Geräten be finden. An den Enden in einer Bohrung des Tragbalkens 3 sind die erste Abdeckung 6 und die zweite Abdeckung 7 angeordnet, die gleich zeitig die Gehäuse der Einheiten 1 und 2 abschließen. Die Bauteile der Strahlungsquelleneinheit 1 sind durch eine zylindrisch-konkave Linse 8 und die Detektoreinheit 2 durch die zylindrisch-konvexe Linse 9 abgedeckt. Die Linsen 8 und 9 sind in den Gehäusen der Strahlungs quelleneinheit 1 und der Detektoreinheit 2 seitens der Befestigung der Durchflußleitung 10 befestigt. The device contains the radiation source unit 1 and the detector unit 2 . The housings of the units 1 and 2 are arranged at the ends of a support beam 3 . On the support beam 3 between the housings of the units 1 and 2 , an abge supported on the spring 5 clamping piece 4 is set. The support beam 3 has the shape of a sleeve and forms a bushing in which the lines for connecting the device with the cooperating devices can be found. At the ends in a bore of the support beam 3 , the first cover 6 and the second cover 7 are arranged, which simultaneously close the housing of the units 1 and 2 . The components of the radiation source unit 1 are covered by a cylindrical-concave lens 8 and the detector unit 2 by the cylindrical-convex lens 9 . The lenses 8 and 9 are fixed in the housing of the radiation source unit 1 and the detector unit 2 on the part of the attachment of the flow line 10 .

Das Klemmstück besitzt die Führungen 11, die mit dem Gehäuse der Detektoreinheit 2 zusammenarbeiten. Die Arbeitsfläche des Klemmstückes ist im Querschnitt C-förmig. Die Strahlungsquelle und der Detektor sind in dem optischen Kanal angeordnet, der einen Lichtspalt bildet, der durch die zylindrisch-konkave Linse 8 und die zylindrisch-sphäri sche Linse 9 gebildet wird. Die elektronische Schaltung enthält drei Elektrolumineszenzdioden 12 als Strahlungsquelle. Die Dioden 12 sind in Reihe mit dem ersten Resistor 14 verbunden und an die Versorgungs quelle angeschlossen. Der Detektor besteht aus einem Fototransistor 13, der über den Kondensator 21 mit dem Auslöseeingang der Zeitschaltung 21 verbunden ist. Der Emitter des Fototransistors 13 ist mit dem Kollek tor über den ersten Kondensator 21 verbunden. Der Fototransistor 13 ist in Reihe mit dem ersten Resistorteiler verbunden, der sich aus dem zweiten Resistor 15 und dem dritten Resistor 16 zusammensetzt, wobei der dritte Resistor 16 durch den Schalter 17 geshuntet ist. An den Auslöseeingang der Zeitschaltung 20 ist ein zweiter Resistorteiler an geschlossen, der aus dem vierten Resistor 18 und dem fünften Resistor 19 zusammengesetzt ist. Der zweite Pol des vierten Resistors 18 ist an den Pluspol der Versorgungsquelle und der zweite Pol des fünften Resistors 19 an den Minuspol der Versorgungsquelle angeschlossen.The clamping piece has the guides 11 which cooperate with the housing of the detector unit 2 . The working surface of the clamping piece is C-shaped in cross section. The radiation source and the detector are arranged in the optical channel which forms a light gap which is formed by the cylindrical-concave lens 8 and the cylindrical-spherical lens 9 . The electronic circuit contains three electroluminescent diodes 12 as a radiation source. The diodes 12 are connected in series with the first resistor 14 and connected to the supply source. The detector consists of a phototransistor 13 , which is connected via the capacitor 21 to the trigger input of the timing circuit 21 . The emitter of the phototransistor 13 is connected to the collector gate via the first capacitor 21 . The phototransistor 13 is connected in series to the first resistor divider, which is composed of the second resistor 15 and the third resistor 16 , the third resistor 16 being shunted by the switch 17 . At the trigger input of the timing circuit 20 , a second resistor divider is closed, which is composed of the fourth resistor 18 and the fifth resistor 19 . The second pole of the fourth resistor 18 is connected to the positive pole of the supply source and the second pole of the fifth resistor 19 to the negative pole of the supply source.

Die Funktionsweise des Gerätes kann folgendermaßen beschrieben werden.The operation of the device can be described as follows will.

Nach dem Unterbringen der Durchflußkammer der Tropfinfusionssatzes zwischen der zylindrischen Fläche der zylindrisch-konkaven Linse 8 der Detektoreinheit 2 und dem Klemmstück 4 wird das Gerät in erwünsch ter Lage befestigt und gesichert. Dann wird das Gerät an eine Speise spannungsquelle zur Versorgung der elektronischen Schaltung geschal tet und es wird die Messung der Durchflußstärke durchgeführt, be stehend in der Zusammenzählung der Tropfenmenge innerhalb eines vor gegebenen Zeitintervalls. Der in dem Bereich zwischen den Elektrolu mineszenzdioden 12 und dem Fototransistor 13 passierende Tropfen schneidet den optischen Kanal durch und wird in dem durch die Linsen 8, 9 gebildeten Lichtspalt erkannt. Dies bewirkt eine Änderung der Infrarotstrahlung in dem Raum zwischen den Elektrolumineszenzdioden 12 und dem Fototransistor 13. In dem Kreis des Emitters des Foto transistors 13 entsteht ein Impuls, der durch Änderung der Strahlungs intensivität bewirkt wird. Die dynamischen Störungen von den schnell veränderlichen Beleuchtungsbedingungen werden durch den ersten Kon densator 21 beseitigt. Dann wird der Impuls dem Auslöseeingang der Zeitschaltung 20 zugeführt. In der Zeitschaltung 20 wird der Impuls kompariert und dann in einem internen Flip-Flop geformt. Am Ausgang der Zeitschaltung 20 wird ein Impuls mit logischen TTL- oder CMOS- Pegeln erreicht.After accommodating the flow chamber of the drip infusion set between the cylindrical surface of the cylindrical-concave lens 8 of the detector unit 2 and the clamping piece 4 , the device is fastened and secured in the desired position. Then the device is switched to a supply voltage source for supplying the electronic circuit and the measurement of the flow rate is carried out, standing in the aggregation of the amount of drops within a given time interval. The drop passing in the area between the electroluminescent diodes 12 and the phototransistor 13 cuts through the optical channel and is recognized in the light gap formed by the lenses 8 , 9 . This causes a change in the infrared radiation in the space between the electroluminescent diodes 12 and the phototransistor 13 . In the circle of the emitter of the photo transistor 13 , a pulse is generated which is caused by changing the radiation intensity. The dynamic disturbances from the rapidly changing lighting conditions are eliminated by the first capacitor 21 . Then the pulse is supplied to the trigger input of the timing circuit 20 . In the timing circuit 20 , the pulse is compared and then shaped in an internal flip-flop. A pulse with logical TTL or CMOS levels is reached at the output of the timer circuit 20 .

Nach der Änderung des Wertes des vierten Resistors 18 paßt sich die Schaltung an einen anderen Signalpegel an, es wird die Empfindlich keit des Fotodetektors geändert. Die Schaltung kann auch als Fühler zum Erkennen z. B. von Luftblasen in Flüssigkeiten bei laminarer Strömung ausgenutzt werden.After changing the value of the fourth resistor 18 , the circuit adapts to a different signal level, it changes the sensitivity of the photodetector. The circuit can also be used as a sensor to detect z. B. of air bubbles in liquids in laminar flow.

Claims

1. Device for monitoring the flow of liquid in the flow lines, provided with a sensor for flow reporting, ent containing a radiation source and a photodetector, which are connected to an electronic circuit and are housed in a housing with a unit for fastening the line, because by characterized in that the optoelectronic sensor is composed of a radiation source unit ( 1 ) and a detector unit ( 2 ), which are housed in separate housings which are connected by a sleeve-shaped support beam ( 3 ) on which a spring ( 5 ) slides in supported clamping piece ( 5 ) is set, wherein the radiation source and the photo detector are arranged in the optical channel, which forms a light gap by a cylindrical-concave lens ( 8 ) which is fixed in the housing of the radiation source and a cylindrical -spherical lens ( 9 ), which is placed in the detector housing t is formed, and also the radiation source and the detector are connected to the electronic circuit.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the electronic circuit includes a timer circuit ( 20 ) which is connected to a voltage source to which the electroluminescent diodes ( 12 ) and the phototransistor ( 13 ) are connected, the emitter of which Collector is connected via the first capacitor ( 21 ) and to the trigger input via the second capacitor ( 22 ) and also the emitter of the phototransistor ( 13 ) is connected to the negative pole of the supply source via the first resistor divider, which consists of the second resistor ( 15 ) and the third resistor ( 16 ), the third resistor ( 16 ) being shunted by the switch ( 17 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that a second resistor divider is connected to the trigger input from the timer circuit ( 20 ), which is composed of the fourth resistor ( 18 ), which is connected with its second pole to the positive pole of the supply source and from the fifth resistor ( 19 ), which is connected with its second pole to the negative pole of the supply source.