DE9207338U1 - Device for optical level control for a device for monitoring body fluid leaking from a catheter - Google Patents
Device for optical level control for a device for monitoring body fluid leaking from a catheterInfo
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Description
t -V &iacgr;&idiagr; Tv Ct -V δ Tv C
Die vorliegende Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Füllstandskontrolle für ein Gerät zur Überwachung von aus einem Katheter austretender Körperflüssigkeit. The present innovation relates to a device for optical level control for a device for monitoring body fluids leaking from a catheter.
Aus WO 92/01420 ist ein solches Gerät zur Überwachung von aus einem Katheter austretender Körperflüssigkeiten bekannt. Das Gerät enthält_eine als Einmalartikel konzipierte Meßzelle und einen die Meß- und Auswerteelektronik enthaltenen Geräteteil, in das die Meßzelle einschiebbar ist. Die Meßzelle selbst setzt sich aus einer Meßwerter-Such a device for monitoring body fluids leaking from a catheter is known from WO 92/01420. The device contains a measuring cell designed as a disposable item and a device part containing the measuring and evaluation electronics into which the measuring cell can be inserted. The measuring cell itself consists of a measuring value
fassungseinheit und einer Meßkammer zusammen, die wiederum in eine Einlaufkammer und einen Meßraum unterteilt ist. Im oberen Teil der Meßkammer ist eine Zwischenwand eingefügt, die den Meßraum von der Einlaufkammer abtrennt. Das Deckelteil der Meßkammer ist mit einem oberen Anschlußstutzen versehen, an den ein absperrbarer Zulaufschlauch, der über einen Katheter mit dem Patienten verbunden ist, angeschlossen ist. Das Ende des Zulaufschlauches ragt in die Ei &eegr; 1 aufkammer ein und hat einen zur Ausbildung einer Tropfstrecke ausreichenden Abstand von der Zwischenwand. Die Zwischenwand weist im tiefsten Bereich eine durch ein Rückschlagventil gegenüber der Einlaufkammer verschlossenen Öffnung als Flüssigkeitsdurchlaß aus der Einlaufkammer in den Meßraum auf. Das Bodenteil der Meßkammer ist mit einem unteren Anschlußstutzen mit einem daran angeschlossenen absperrbaren Ablaufschlauch ausgestattet. Zusätzlich ist im Deckelteil der Meßkammer eine mit einem bakteriendichten Filter verschlossene Belüftungsöffnung angeordnet.The measuring chamber consists of a holding unit and a measuring chamber, which in turn is divided into an inlet chamber and a measuring space. In the upper part of the measuring chamber, a partition wall is inserted, which separates the measuring space from the inlet chamber. The cover part of the measuring chamber is provided with an upper connection piece, to which a lockable inlet hose is connected, which is connected to the patient via a catheter. The end of the inlet hose extends into the egg nib chamber and is at a sufficient distance from the partition wall to form a drip path. In the deepest area, the partition wall has an opening closed by a check valve opposite the inlet chamber as a fluid passage from the inlet chamber into the measuring space. The bottom part of the measuring chamber is equipped with a lower connection piece with a lockable drain hose connected to it. In addition, a ventilation opening closed with a bacteria-tight filter is arranged in the cover part of the measuring chamber.
Die Meßwerterfassungseinheit ist aus zwei elektrisch voneinander isolierten Elektroden aufgebaut, die einen Meßkondensator ausbilden, der über Anschlußleitungen mit dem die Meß- und Auswertelektronik enthaltenen Geräteteil elektrisch verbindbar ist. Eine Elektrode ist als dünner Stab ausgebildet, der von einer zweiten rohrförmigen Elektrode in geringem Abstand konzentrisch umgeben ist. Die Elektroden sind dabei zentral oder leicht versetzt vom Zentrum in der Meßkammer angeordnet. Als Meßgröße wird die Kapazität des Meßkondensators verwendet, die sich in Abhängigkeit vom Füllstand im Meßraum verändert. Die Kapazität wird in von einem Mikroprozessor gesteuerten Zeitintervallen gemessen, wodurch sowohl das Füllvolumen des Meßraumes zu einem bestimmten Zeitpunkt als auch das Durchflußvolumen pro Zeiteinheit bestimmt werden kann.The measurement value acquisition unit is made up of two electrodes that are electrically insulated from each other and form a measuring capacitor that can be electrically connected to the device section containing the measuring and evaluation electronics via connecting cables. One electrode is designed as a thin rod that is concentrically surrounded by a second tubular electrode at a short distance. The electrodes are arranged centrally or slightly offset from the center in the measuring chamber. The capacitance of the measuring capacitor is used as the measured variable, which changes depending on the fill level in the measuring chamber. The capacitance is measured at time intervals controlled by a microprocessor, whereby both the fill volume of the measuring chamber at a certain point in time and the flow volume per unit of time can be determined.
Die Ausbildung und Anordnung der Meßelektroden stellt sicher, daß das jeweilige Füllvolumen ausschließlich in einem zentralen Bereich der Meßkammer und somit beabstandet zu dessen Wandung ermittelt wird. Eine Neigung der Meßkammer aus der üblichen Meßposition bzw. ein "Schwappen" der Flüssigkeit bei Bewegung des Gerätes bedingt damit nur eine unwesentliche Veränderung des Füllstandes im Bereich des Meßkondensators, so daß eine hohe Meßgenauigkeit gewährleistet ist.The design and arrangement of the measuring electrodes ensures that the respective filling volume is determined exclusively in a central area of the measuring chamber and thus at a distance from its wall. An inclination of the measuring chamber from the usual measuring position or a "sloshing" of the liquid when the device is moved only causes an insignificant change in the filling level in the area of the measuring capacitor, so that a high level of measurement accuracy is guaranteed.
Die Einlaufkammer bildet eine sogenannte Pasteursche Kammer aus mit einer Tropfstrecke für eintretende Körperflüssigkeit und Rückschlagventil zwischen Pasteurscher Kammer und eigentlichem Meßraum und verhindert ein Zurücklaufen der Meßflüssigkeit aus Meßraum oder Pasteurscher Kammer in dem mit dem Patienten verbundenen Katheter selbst bei extremen Schräglagen des Gerätes und unterbindet somit die Übertragung von Keimen der Meßflüssigkeit aus der Meßkammer, die dort mit der Außenwelt in Verbindung steht, auf den Patienten. Die retrograde Keimwandung wird zusätzlich dadurch verhindert, daß die Belüftungsöffnung der Pasteurschen Kammer mit einem bakteriendichten Filter versehen ist.The inlet chamber forms a so-called Pasteur chamber with a drip path for incoming body fluid and a check valve between the Pasteur chamber and the actual measuring chamber and prevents the measuring fluid from flowing back from the measuring chamber or Pasteur chamber into the catheter connected to the patient, even if the device is at an extreme angle, and thus prevents the transmission of germs from the measuring fluid from the measuring chamber, which is connected to the outside world, to the patient. Retrograde germ walling is also prevented by the fact that the ventilation opening of the Pasteur chamber is equipped with a bacteria-proof filter.
Das Gerät kann zur Bestimmung der Abflußmengen von Körperflüssigkeiten, wie Urin, Hämofiltrat und Sekretblutplasma oder Dialyseflüssigkeit verwendet werden. Vorzugsweise wird das Gerät zur Überwachung des Urinflusses eingesetzt. The device can be used to determine the outflow volume of body fluids, such as urine, hemofiltrate and secreted blood plasma or dialysis fluid. Preferably, the device is used to monitor urine flow.
Außer dem in WO 92/01420 beschriebenen Meßkondensator können auch andere Meßwerterfassungseinheiten in die Meßkammer eingesetzt werden. So kann z.B. eine Meßwerterfassungseinheit, die nach dem Staudruckprinzip arbeitet, entsprechend der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 41 37 074.0 in die ansonsten baugleiche Meßzelle eingesetzt werden. Die Meßwerterfassungseinheit bildet dabei ein Staurohr, das zentrisch oder ge-ringfügig ver-In addition to the measuring capacitor described in WO 92/01420, other measurement data acquisition units can also be used in the measuring chamber. For example, a measurement data acquisition unit that works according to the dynamic pressure principle can be used in the otherwise identical measuring cell in accordance with the German patent application with the reference number P 41 37 074.0. The measurement data acquisition unit forms a dynamic pressure tube that is centrally or slightly offset.
setzt vom Zentrum in der Meßkammer angeordnet ist und sich bis etwas oberhalb des Bodenteils der Meßkammer erstreckt und an dessen oberem Ende über eine Verbindungsleitung ein Drucksensor anschließbar ist. Die Verbindungsleitung ist dabei mit einer Luer-Lock-Verbindung nach DIN 13090 zum Anschluß an die Druckmeßdose versehen, wobei zwischen Steigrohr und Luer-Lock-Verbindung ein steriler Filter integriert ist. Diese Vorrichtung ermöglicht die Messung des Füllstandes in der Meßkammer über den Staudruck der sich in der Meßkammer befindlichen Flüssigkeit.is arranged from the center in the measuring chamber and extends to just above the bottom part of the measuring chamber and at the upper end of which a pressure sensor can be connected via a connecting line. The connecting line is provided with a Luer-Lock connection according to DIN 13090 for connection to the pressure measuring cell, with a sterile filter integrated between the riser pipe and the Luer-Lock connection. This device enables the filling level in the measuring chamber to be measured via the dynamic pressure of the liquid in the measuring chamber.
Eine weitere Meßwerterfassungseinheit, die in die Meßzelle eingebaut werden kann, mißt das Füllvolumen in der Meßkammer über die Eindringtiefe einer mit einem Schwimmer verbundenen ferromagnetisehen Nadel in eine Induktionsspule über die damit erzeugte Änderung der Induktivität der Spule. Eine solche Meßwerterfassungseinheit zur induktiven Messung des Füllstandes ist in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 41 37 075.9 offenbart und enthält eine unten offene, zentral oder geringfügig vom Zentrum versetzt angeordnete Vorrichtung zur Führung eines Schwimmers mit ferromagnetischer Nadel, die in die zentrale Bohrung eines koaxial angeordneten Steges eines Spulenhalters eingreift, der sich an die Führungsvorrichtung anschließt und das Deckelteil der Meßkammer durchsetzt, wobei eine Spule in den Spulenhalter einschiebbar ist. Dabei kann die Einrichtung zur Führung des Schwimmers entweder ein Rohr oder drei bis vier Führungsstäbe sein, die mit gleichem Abstand zueinander und zu der gemeinsamen Achse von Führungseinrichtung und Spulenhalter angeordnet sind. Die Induktionsspule ist über eine entsprechende elektrische Verbindungsleitung als Bestandteil einer Reaktanzschaltung an das die Meß- und Auswerteelektronik enthaltene Geräteteil angeschlossen. Bei steigendem Füllstand der Meßkammer stetgt der Schwimmer mit dem Flüssigkeitsniveau nach oben, wodurch die ferromagnetische Nadel -stärker in den Spulenhalter eindringtAnother measurement value acquisition unit, which can be installed in the measuring cell, measures the filling volume in the measuring chamber via the penetration depth of a ferromagnetic needle connected to a float into an induction coil via the change in the inductance of the coil that this produces. Such a measurement value acquisition unit for inductive measurement of the filling level is disclosed in the German patent application with the file number P 41 37 075.9 and contains a device that is open at the bottom and arranged centrally or slightly offset from the center for guiding a float with a ferromagnetic needle, which engages in the central hole of a coaxially arranged web of a coil holder, which is connected to the guide device and passes through the cover part of the measuring chamber, whereby a coil can be inserted into the coil holder. The device for guiding the float can be either a tube or three to four guide rods that are arranged at the same distance from one another and from the common axis of the guide device and coil holder. The induction coil is connected to the device part containing the measuring and evaluation electronics via a corresponding electrical connection cable as part of a reactance circuit. As the filling level of the measuring chamber increases, the float rises with the liquid level, causing the ferromagnetic needle to penetrate the coil holder more deeply
und somit die Induktivität der Spule verändert. Diese Veränderung wird mit Hilfe einer Reaktanzschaltung direkt in eine Frequenzänderung überführt. Auf diese Weise stellt die Frequenz ein direktes Maß für die Fülistandshöhe in der Meßkammer dar.and thus the inductance of the coil changes. This change is converted directly into a frequency change using a reactance circuit. In this way, the frequency represents a direct measure of the fill level in the measuring chamber.
Unabhängig davon, nach welchem Meßprinzip die Meßzelle arbeitet, ist sowohl eine hohe Meßgenauigkeit als auch aufgrund der speziell ausgebildeten Ei &eegr; 1 aufkammer zusammen mit den bakteriendichten Filtern der in der Medizintechnik geforderte hohe Hygienestandard gewährleistet.Regardless of the measuring principle used by the measuring cell, both a high level of measuring accuracy and the high hygiene standards required in medical technology are guaranteed due to the specially designed egg &eegr; 1 chamber together with the bacteria-proof filters.
Dennoch besteht ein Bedürfnis, um eine besonders hohe Sicherheit für den zu behandelnden Patienten zu garantieren, medizintechnische Geräte gegen Bedienungsfehler abzusichern. Deshalb liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung zu schaffen, um die richtige Bedienung des oben beschriebenen Gerätes durch das Pflegepersonal zu überwachen.Nevertheless, there is a need to protect medical devices against operating errors in order to guarantee a particularly high level of safety for the patient being treated. The innovation is therefore based on the task of creating an additional safety device to monitor the correct operation of the device described above by the nursing staff.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur optischen Füllstandskontrolle für ein Gerät zur Überwachung
von aus einem Katheder austretender Körperflüssigkeit mit einer als Einmalartikel konzipierten Meßzelle,
in der eine Meßwerterfassungseinheit angeordnet ist und
einem die Meß- und Auswerteelektronik enthaltenden Geräteteil,
in das die Meßzelle einschiebbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßzelle einen durchsichtigen, optisch aktiven Bereich mit einer die Innenwand bildenden Lichtreflexionsfläche
und einer mit einer geradzahligen Anzahl von zackenförmigen Ausnehmungen versehenen Außenwand aufweist,
wobei die äußeren Seitenflanken der Ausnehmungen einen Winkel &agr; mit einer senkrecht auf die Reflexionsfläche
stehenden Gerade einnehmen und der Öffnungswinkel der zackenförmigen Ausnehmungen 90° beträgt und
das die Meß- und Auswerteelektronik enthaltende Geräteteil
mit einem Fenster in der Gehäusewand versehen ist,This object is achieved by a device for optical level control for a device for monitoring body fluids emerging from a catheter with a measuring cell designed as a disposable article in which a measured value acquisition unit is arranged and a device part containing the measuring and evaluation electronics into which the measuring cell can be inserted,
characterized,
that the measuring cell has a transparent, optically active area with a light reflection surface forming the inner wall and an outer wall provided with an even number of serrated recesses, the outer side flanks of the recesses forming an angle α with a straight line perpendicular to the reflection surface and the opening angle of the serrated recesses being 90° and
the part of the device containing the measuring and evaluation electronics is provided with a window in the housing wall,
das bei eingeschobener Meßzelle paralell zu dem Bereich angeordnet ist und einen Lichtsender sowie einen Lichtempfänger aufweist, die so justiert sind, daß der emittierte Lichtstrahl mit einer senkrecht zur Reflexionsfläche stehenden Gerade einen Winkel &agr; einnimmt und der unter dem gleichen Winkel &agr; reflektierte Strahl auf den Empfänger trifft, wobei sich der Winkel &agr; aus der Gleichung which is arranged parallel to the area when the measuring cell is inserted and has a light transmitter and a light receiver which are adjusted so that the emitted light beam forms an angle α with a straight line perpendicular to the reflection surface and the beam reflected at the same angle α hits the receiver, the angle α being calculated from the equation
or= sin (1 / &eegr;) + kor= sin (1 / η) + k
ergibt, in der &eegr; der Brechungsindex des für den optisch aktiven Bereich verwendeten Materials ist und k einen Zahlenwert zwischen 0,75 und 2,5 annehmen kann.where η is the refractive index of the material used for the optically active region and k can take a numerical value between 0.75 and 2.5.
Die Sicherheitseinrichtung folgt dem Prinzip, daß der Anstieg der Meßflüssigkeit in der Meßkammer ein Meßsignal zur Folge haben muß und umgekehrt, daß ein Meßsignal nur vorliegen darf, wenn auch eine Mindestmenge der Flüssigkeit vorhanden ist. Deshalb wird zusätzlich zu einem der drei oben beschriebenen Meßwerterfassungseinheiten eine optische qualitative Füllstandskontrolle in das Meßgerät integriert, mit der festgestellt werden kann, ob eine Mindestmenge an Meßflüssigkeit vorhanden ist oder nicht. Die vorliegende Sicherheitseinrichtung dient daher der Kontrolle, ob das Pflegepersonal die Meßleitung von der Meßzelle richtig an die auswertende Elektronikeinheit angeschlossen hat.The safety device follows the principle that the increase in the measuring liquid in the measuring chamber must result in a measuring signal and, conversely, that a measuring signal may only be present if a minimum amount of liquid is present. Therefore, in addition to one of the three measurement value recording units described above, an optical qualitative fill level control is integrated into the measuring device, which can be used to determine whether a minimum amount of measuring liquid is present or not. This safety device therefore serves to check whether the nursing staff has correctly connected the measuring line from the measuring cell to the evaluating electronic unit.
Die optische Füllstandskontrolle basiert darauf, daß ein Lichtstrahl unter einem bestimmten Winkel auf einen speziell dafür ausgearbeiteten, optisch aktiven Bereich der Meßzelle gerichtet wird, der Strahl, wenn sich keine Flüssigkeit in der Meßzelle befindet, an einer Fläche reflektiert wird und von einem Empfänger aufgenommen wird der ein entsprechendes Meßsignal erzeugt.The optical level control is based on the fact that a light beam is directed at a specific angle onto a specially designed, optically active area of the measuring cell. If there is no liquid in the measuring cell, the beam is reflected from a surface and is received by a receiver which generates a corresponding measuring signal.
Strahls an der Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindeces n.beam at the interface between two media with different refractive indices n.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, gilt für den Grenzwinkel der Totalreflexion an einer GrenzflächeAs can be seen from Fig. 1, the critical angle of total reflection at an interface is
sin or = n'/n gsin o = n'/n g
g
den Brechungsindex des optisch dichteren Mediums und n' den Brechungsindex des optisch dünneren Mediums. Dabei
ist der Ausfallswinkel des reflektierten Lichtstrahls
gleich dem Einfallswinkel des einfallenden Lichtstrahls.
Trifft z.B. ein Lichtstrahl auf die Grenzfläche zwischen einem Körper aus Acryl-Butadien-Styrol copolymer (n =
1,54) und Luft (&eegr;1 = 1), ergibt sich für den Grenzwinkel
der TotalreflexionG
the refractive index of the optically denser medium and n' the refractive index of the optically thinner medium. The angle of reflection of the reflected light beam is equal to the angle of incidence of the incident light beam. If, for example, a light beam hits the interface between a body made of acrylic-butadiene-styrene copolymer (n = 1.54) and air (&eegr; 1 = 1), the critical angle of total reflection is
sin cc = 1/1,54 a = 40,49°sin cc = 1/1.54 a = 40.49°
8 g8g
Das bedeutet, daß ein Lichtstrahl, der unter diesem Grenzwinkel bezogen auf eine senkrecht zur Reflexionsebene stehenden Gerade eingestrahlt wird, unter dem gleichen Winkel vollständig reflektiert wird und von einem Detektor empfangen werden kann.This means that a light beam that is irradiated at this critical angle relative to a straight line perpendicular to the reflection plane is completely reflected at the same angle and can be received by a detector.
Da es sich um einen Grenzwinkel handelt, muß etwas flacher eingestrahlt werden, um eine sichere Totalreflexion zu erreichen. Daher sollte zu dem errechneten Grenzwinkel ein Zahlenwert k im Bereich zwischen 0,75 und 2,5, vorzugsweise etwa 1,5, addiert werden. Ein für das vorliegende Beispiel optimaler Einstrahlungswinkel, um eine Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen ABS-Polymer und Luft zu ereichen ist somit 42°.Since this is a critical angle, the radiation must be somewhat flatter in order to achieve reliable total reflection. Therefore, a numerical value k in the range between 0.75 and 2.5, preferably around 1.5, should be added to the calculated critical angle. The optimal angle of radiation for this example in order to achieve total reflection at the interface between ABS polymer and air is therefore 42°.
Wird nun das optisch dünnere Medium Luft durch ein anderes optisch dünneres Medium, z.B. Wasser, was in guter Näherung mit Urin übereinstimmt (n" = 1,33) verdrängt,If the optically thinner medium air is displaced by another optically thinner medium, e.g. water, which corresponds to urine in good approximation (n" = 1.33),
resultiert daraus auch ein geänderter Grenzwinkel für die Totalreflexion. Es giltThis also results in a changed critical angle for total reflection.
sin a = 1,33/1,54 &agr; = 59,73°
g * sin a = 1.33/1.54 α = 59.73°
e *
Daraus folgt, daß nun die Bedingungen der Totalreflexion bei einem Einstrahlungswinkel von 42° nicht mehr erfüllt sind und der Strahl nicht mehr reflektiert wird, sondern unter einem Winkel oc' (siehe Fig. 1) abgebeugt wird.It follows that the conditions of total reflection are no longer fulfilled at an angle of incidence of 42° and the beam is no longer reflected but is diffracted at an angle α' (see Fig. 1).
Für &agr;' gilt:For &agr;' the following applies:
&eegr; sina = n11 si na1 ; si na' - &eegr; si na / &eegr;11 =
= 1,54 sin(42°)/l,33 a1= 59,73°sina = n 11 si na 1 ; si na' - si na / 11 =
= 1.54 sin(42°)/l.33 a 1 = 59.73°
Aus diesen Überlegungen ergibt sich, daß ein Lichtstrahl, der unter einem WinkelFrom these considerations it follows that a light beam which is directed at an angle
&agr;= sin (l/n)+k,α= sin(l/n)+k,
wobei &eegr; und k die Bedeutung wie oben beschrieben haben, auf die Grenzfläche zwischen einem optisch dichten Medium und einem optisch dünneren Medium eingestrahlt wird, vollständig reflektiert wird, wenn das optisch dünnere Medium Luft mit dem Brechungsindex &eegr; gleich 1 ist und abgebeugt wird, wenn das optisch dünnere Medium z.B. Wasser oder Urin ist. Die Wahl des Einstrahlungswinkels hängt somit ausschließlich von dem verwendeten optisch dichteren Medium ab. Die einzigen Einschränkungen, die für das zu verwendende Material gegeben sind, ist, daß der Brechungsindex &eegr; größer sein muß als der Brechungsindex &eegr;" von Wasser.where η and k have the meanings described above, is irradiated onto the interface between an optically dense medium and an optically thinner medium, is completely reflected if the optically thinner medium is air with the refractive index η equal to 1 and is diffracted if the optically thinner medium is e.g. water or urine. The choice of the angle of incidence therefore depends exclusively on the optically denser medium used. The only restrictions on the material to be used are that the refractive index η must be greater than the refractive index η" of water.
Zur Verwirklichung dieses Meßprinzips hat die vorliegende Vorrichtung zur optischen Füllstandskontrolle folgenden Aufbau:To implement this measuring principle, the present device for optical level control has the following structure:
Boden einen durchsichtigen, optisch aktiven Bereich mit einer die Innenwand bildenden Lichtreflexionsfläche auf. Zusätzlich ist das die Meß- und Auswerteelektronik enthaltende Geräteteil mit einem Fenster in der Gehäusewand versehen, das bei eingeschobener Meßzelle parallel zu dem optisch aktiven Bereich angeordnet ist und einen Lichsender sowie einen Lichtempfänger aufweist, die so justiert sind, daß der emitierte Lichtstrahl mit einer senkrecht zur Reflexionsfläche stehenden Geraden einen Winkel &agr; einnimmt und der unter dem gleichen Winkel a reflektierte Lichtstrahl auf den Empfänger trifft, wobei sich der Winkel &agr; aus der GleichungThe base has a transparent, optically active area with a light reflection surface forming the inner wall. In addition, the device part containing the measuring and evaluation electronics is provided with a window in the housing wall, which is arranged parallel to the optically active area when the measuring cell is inserted and has a light transmitter and a light receiver, which are adjusted in such a way that the emitted light beam forms an angle α with a straight line perpendicular to the reflection surface and the light beam reflected at the same angle a hits the receiver, whereby the angle α is calculated from the equation
a = sin (l/n) + k a = sin (l/n) + k
ergibt, in der &eegr; der Brechungsindex des für den obengenannten Bereich verwendeten Materials ist und k einen Zahlenwert zwischen 0,75 und 2,5, vorzugsweise 1,5, annehmen kann.where η is the refractive index of the material used for the above-mentioned range and k can take a numerical value between 0.75 and 2.5, preferably 1.5.
Damit beim Auftreffen des Lichtstrahles auf die Außenwand des obengenannten Bereiches der Meßzelle keine Intensitätsverluste aufgrund von Reflexion entstehen, weist diese Außenwand eine geradzahlige Anzahl von zackenförmigen Ausnehmungen auf, wobei der Winkel der äußeren Seitenflanken der Ausnehmungen mit einer senkrecht auf die Reflexionsfläche stehenden Gerade dem obengenannten Reflexionswinkel &agr; entspricht. Der Öffnugnswinkel der zackenförmigen Ausnehmungen beträgt dabei 90°. Aus dieser geometrischen Konstruktion ergibt sich, daß die jeweiligen inneren Seitenflanken der Ausnehmungen mit der senkrecht auf die Reflexionsfläche stehenden Geraden einen Winkel von 90 - &agr; einschließen und die gesamte Konstruktion bezüglich einer Fläche senkrecht zur Reflexionsfläche, die durch die Spitze der mittleren zackeförmigen Erhebung verläuft, spiegelsymmetrisch ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß sowohl der eintretende Lichtstrahl als auch der austretende Lichtstrahl grundsätzlich senkrechtTo ensure that no loss of intensity occurs due to reflection when the light beam hits the outer wall of the above-mentioned area of the measuring cell, this outer wall has an even number of jagged recesses, whereby the angle of the outer side flanks of the recesses with a straight line perpendicular to the reflection surface corresponds to the above-mentioned angle of reflection α. The opening angle of the jagged recesses is 90°. This geometric construction results in the respective inner side flanks of the recesses enclosing an angle of 90 - α with the straight line perpendicular to the reflection surface and the entire construction is mirror-symmetrical with respect to a surface perpendicular to the reflection surface, which runs through the tip of the central jagged elevation. In this way, it is ensured that both the incoming light beam and the outgoing light beam are basically perpendicular to the reflection surface.
zur Außenwand des besagten Meßzellenbereiches eintritt bzw. austritt. Dadurch werden Intensitätverluste durch unerwünschte Reflexion an der Außenwand vermieden. Die Wanddicke des besagten Meßzellenbereiches, gemessen zwischen dem tiefsten Punkt einer der zackenförmigen Ausnehmungen und der Reflexionsfläche kann zwischen 0,5 und 4 mm betragen. Bei größeren Wanddicken ist eine Intensitätskorrektur notwendig. Die Zahl der zackenförmigen Ausnehmungen ist grundsätzlich unkritisch. Sie ergibt sich aus den Abmessungen des optisch aktiven Bereiches, der in einer bevorzugten Ausführungsform eine Breite von 6 25mm mit 2 bis 8 Ausnehmungen aufweist.to the outer wall of the measuring cell area in question. This avoids losses of intensity due to undesirable reflection on the outer wall. The wall thickness of the measuring cell area in question, measured between the lowest point of one of the jagged recesses and the reflection surface, can be between 0.5 and 4 mm. For larger wall thicknesses, an intensity correction is necessary. The number of jagged recesses is basically uncritical. It results from the dimensions of the optically active area, which in a preferred embodiment has a width of 6 25 mm with 2 to 8 recesses.
Die Wellenlänge des verwendeten Lichtes kann entweder im Infrarot- oder im sichtbaren Bereich liegen. Da der Brechungsindex wellenlängenabhängig ist, muß der Wert entsprechend der verwendeten Wellenlänge korrigiert werden. Vorzugsweise wird als Sender eine LED-Diode und als Empfänger eine Fotodiode verwendet, die im sichtbaren Bereich des Lichtes emittiert bzw. empfängt. Sender und Empfänger sind dabei vorzugsweise in einer Entfernung zwischen 1 und 2 cm von dem optisch aktiven Bereich bei eingeschobener Meßzelle angeordnet und der Sender weist einen Divergenzwinkel des emittierten Strahles zwischen 4 und 12° auf.The wavelength of the light used can be either in the infrared or visible range. Since the refractive index is wavelength-dependent, the value must be corrected according to the wavelength used. Preferably, an LED diode is used as the transmitter and a photodiode that emits or receives light in the visible range is used as the receiver. The transmitter and receiver are preferably arranged at a distance of between 1 and 2 cm from the optically active area with the measuring cell inserted and the transmitter has a divergence angle of the emitted beam between 4 and 12°.
Vorzugsweise ist die gesamte Meßzelle inklusive des optisch aktiven Bereich aus dem gleichen Material wie z.B. Acryl-Butadien-Styrolcopolymer oder Polymethylmethacrylat gefertigt. Prinzipiell kann aber auch der optisch aktive Bereich und die übrige Meßzelle aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Preferably, the entire measuring cell, including the optically active area, is made of the same material, such as acrylic butadiene styrene copolymer or polymethyl methacrylate. In principle, however, the optically active area and the rest of the measuring cell can also be made of different materials.
Die Funktionsweise der optischen Füllstandskontrolle kann wie. folgt beschrieben werden:The functionality of the optical level control can be described as follows:
Bei eingeschobener Meßzelle und eingeschaltetem Meßgerät tritt der emittierte Lichtstrahl senkrecht zur AußenwandWhen the measuring cell is inserted and the measuring device is switched on, the emitted light beam is perpendicular to the outer wall
des optisch aktiven Bereiches der Meßzelle ein und wird an der Reflexionsfläche unter dem Winkel &agr; reflektiert, falls die Meßzelle nicht mit Meßflüssigkeit gefüllt ist. Die Intensität des reflektierten Strahles wird vom Empfänger registriert und in ein elektronisches Signal umgewandelt. Füllt sich nun die Meßzelle mit der zu messenden Flüssigkeit, z.B. Urin, so wird in dem optisch aktiven Bereich der Meßzelle Luft durch die Meßflüssigkeit verdrängt, wodurch sich der Reflexionsgrenzwinkel verändert und der emittierte Strahl nicht mehr reflektiert, sondern ins Innere der Meßzelle abgebeugt wird. In diesem Fall kann der Empfänger keine Lichtintensität mehr feststellen und gibt ein entsprechendes Signal an die Auswerteeinheit weiter. Das Meßsignal der Meßwerterfassungseinheit wird nun mit dem Signal der optischen Füllstandskontrolle verglichen. Stimmen beide Signale in ihrer qualitativen Aussage nicht überein, muß ein Bedienungsfehler vorliegen und es wird Alarm ausgelöst.of the optically active area of the measuring cell and is reflected at the reflection surface at an angle α if the measuring cell is not filled with measuring liquid. The intensity of the reflected beam is registered by the receiver and converted into an electronic signal. If the measuring cell is filled with the liquid to be measured, e.g. urine, air in the optically active area of the measuring cell is displaced by the measuring liquid, which changes the reflection limit angle and the emitted beam is no longer reflected but is diffracted into the interior of the measuring cell. In this case, the receiver can no longer determine the light intensity and passes a corresponding signal on to the evaluation unit. The measurement signal from the measured value acquisition unit is now compared with the signal from the optical level control. If the two signals do not match in their qualitative statement, there must be an operating error and an alarm is triggered.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Neuerung wird anhand von Figuren genauer beschrieben.The preferred embodiment of the present innovation is described in more detail with reference to figures.
Fig. 2 zeigt den unteren Teil der Meßzelle im Längsschnitt. Fig. 2 shows the lower part of the measuring cell in longitudinal section.
Fig. 3 zeigt die Meßzelle im Querschnitt entlang der Lini e A-A von Fig. 2.Fig. 3 shows the measuring cell in cross section along the line A-A of Fig. 2.
Fig. 4 zeigt den optischen aktiven Bereich der Meßzelle im Detai 1 .Fig. 4 shows the optically active area of the measuring cell in detail 1 .
In Fig. 2 ist die Meßzelle mit 1 und der optische aktive Bereich mit 3 bezeichnet.In Fig. 2, the measuring cell is designated 1 and the optically active region is designated 3.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der optisch aktive Bereich 2 der Meßzelle parallel zu dem Fenster"10 in der Gehäusewand 12 des die Meß- und Auswerteelektronik enthaltenen Geräteteils 11 angeordnet, weiHi die MeßzelleAs can be seen from Fig. 3, the optically active area 2 of the measuring cell is arranged parallel to the window 10 in the housing wall 12 of the device part 11 containing the measuring and evaluation electronics, because the measuring cell
1 in das Geräteteil 11 eingeschoben ist. Der durchsichtige optisch aktive Bereich 2 der Meßzelle 1 ist mit einer die Innenwand bildenden Lichtreflexionsfläche 3 und mit einer geradzahligen Anzahl von zackenförmigen Ausnehmungen 4, die die Außenwand bilden, versehen. Der Lichtsender 8 ist dabei so justiert, daß der emittierte Lichtstrahl senkrecht zu den inneren Flanken der Ausnehmungen 4 in die Wand eintritt und unter dem Winkel or, falls sich keine Meßflüssigkeit in der Meßzelle befindet, an der Reflexionsfläche 3 reflektiert wird, wiederum senkrecht durch die Außenwand hindurchtritt und von dem Empfänger 9 registriert wird.1 is inserted into the device part 11. The transparent optically active area 2 of the measuring cell 1 is provided with a light reflection surface 3 forming the inner wall and with an even number of jagged recesses 4 forming the outer wall. The light transmitter 8 is adjusted so that the emitted light beam enters the wall perpendicular to the inner flanks of the recesses 4 and is reflected at the angle o, if there is no measuring liquid in the measuring cell, on the reflection surface 3, again passes perpendicularly through the outer wall and is registered by the receiver 9.
Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, schließen die äußeren Seitenflanken 6 der Ausnehmungen 4 einen Winkel, der dem Reflexionswinkel &agr; entspricht, mit einer senkrecht auf die Reflexionsfläche 3 stehenden Gerade ein. Der Öffnungswinkel der zackenförmigen Ausnehmung 4 beträgt dabei 90°. Aus dieser geometrischen Anordnung resultiert, daß der optisch aktive Bereich 2 bezüglich einer Ebene senkrecht zur Reflexionsfläche 3, die durch die Spitze der mittleren zackenförmigen Erhebung 7 läuft, spiegelsymmetrisch ist. Das in das Innere der Meßzelle reichende Teil des optisch aktiven Bereiches ist vorzugsweise als Kegelstumpf mit einem Öffnungswinkel von 90° ausgebildet.As can be seen from Fig. 4, the outer side flanks 6 of the recesses 4 form an angle, which corresponds to the reflection angle α , with a straight line perpendicular to the reflection surface 3. The opening angle of the jagged recess 4 is 90°. This geometric arrangement results in the optically active region 2 being mirror-symmetrical with respect to a plane perpendicular to the reflection surface 3, which runs through the tip of the central jagged elevation 7. The part of the optically active region extending into the interior of the measuring cell is preferably designed as a truncated cone with an opening angle of 90°.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die gesamte Meßzelle aus Acryl-Butadien-Styrol copolymer, woraus sich ein Reflexionswinkel &agr; von 42° ergibt.In the embodiment shown in Fig. 4, the entire measuring cell consists of acrylic-butadiene-styrene copolymer, resulting in a reflection angle α of 42°.
1 Meßzelle1 measuring cell
2 optisch aktiver Bereich2 optically active area
3 Reflexionsfläche3 Reflection surface
4 zackenförmige Ausnehmung4 serrated recess
5 Außenwand5 Exterior wall
6 äußere Seitenflanken6 outer side flanks
7 zackenförmige Erhebung7 jagged elevation
8 Lichtsender8 light transmitters
9 Lichtempfänger9 light receivers
10 Fenster10 windows
11 Geräteteil11 Device part
12 Gehäusewand12 Housing wall
Claims (9)
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßzelle (1) einen durchsichtigen, optisch aktiven Bereich (2) mit einer die Innenwand bildenden Lichtreflexionsfläche (3) und einer mit einer geradzahligen Anzahl von zackenförmigen Ausnehmungen (4) versehenen Außenwand (5) aufweist, wobei die äußeren Seitenflanken (6) der Ausnehmungen (4) einen Winkel a mit einer senkrecht auf die Reflexionsfläche (3) stehenden Gerade einnehmen und der Öffnungswinkel der zackenförmigen Ausnehmungen (4) 90° beträgt und
das die Meß- und Auswerteelektronik enthaltende Geräteteil (11) mit einem Fenster (10) in der Gehäusewand (12) versehen ist, das bei eingeschobener Meßzelle (1) paralell zu dem Bereich (2) angeordnet ist und einen Lichtsender (8) sowie einen Lichtempfänger (9) aufweist, die so justiert sind, daß der emittierte Lichtstrahl mit einer senkrecht zur Reflexionsfläche (3) stehenden Gerade einen Winkel &agr; einnimmt und der unter dem gleichen Winkel &agr; reflektierte Strahl auf den Empfänger trifft, wobei sich der Winkel &agr; aus der Gleichung 1. Device for optical level control for a device for monitoring body fluid exiting from a catheter with a measuring cell (1) designed as a disposable article in which a measured value acquisition unit is arranged and a device part (11) containing the measuring and evaluation electronics into which the measuring cell (1) can be inserted,
characterized,
that the measuring cell (1) has a transparent, optically active area (2) with a light reflection surface (3) forming the inner wall and an outer wall (5) provided with an even number of serrated recesses (4), the outer side flanks (6) of the recesses (4) forming an angle a with a straight line perpendicular to the reflection surface (3) and the opening angle of the serrated recesses (4) being 90° and
the device part (11) containing the measuring and evaluation electronics is provided with a window (10) in the housing wall (12) which, when the measuring cell (1) is inserted, is arranged parallel to the area (2) and has a light transmitter (8) and a light receiver (9) which are adjusted so that the emitted light beam forms an angle α with a straight line perpendicular to the reflection surface (3) and the beam reflected at the same angle α hits the receiver, the angle α being calculated from the equation
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1058099A2 (en) * | 1999-05-19 | 2000-12-06 | UMM Electronics, Inc. | Fluid detector |
-
1992
- 1992-05-30 DE DE9207338U patent/DE9207338U1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1058099A2 (en) * | 1999-05-19 | 2000-12-06 | UMM Electronics, Inc. | Fluid detector |
| EP1058099A3 (en) * | 1999-05-19 | 2001-11-07 | UMM Electronics, Inc. | Fluid detector |
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