ES2348766T3 - Emisor ultrasã“nico, en particular para un detector de burbujas de aire. - Google Patents

Emisor ultrasã“nico, en particular para un detector de burbujas de aire. Download PDF

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Abstract

LA INVENCION TRATA DE UN EMISOR DE ULTRASONIDOS, EN PARTICULAR PARA UN DETECTOR DE BURBUJAS DE AIRE, CON UN NIVEL DE EMISION Y CON UN TRANSDUCTOR DE ULTRASONIDOS. PARA CREAR UN EMISOR DE ULTRASONIDOS, QUE SEA SENCILLO Y AL MISMO TIEMPO CON UNA FUERTE SEÑAL DE PARTIDA, SE PREVE EN EL NIVEL DE EMISION UN MULTIVIBRADOR CON UN CIRCUITO BASCULANTE QUE LLEVA DOS ESTADOS ESTABLES DE PARTIDA Y UN TEMPORIZADOR QUE ESTA UNIDO AL CIRCUITO BASCULANTE EN UNA RAMIFICACION DE RETROACCION. UN TRANSDUCTOR DE ULTRASONIDOS ESTA CONECTADO DE TAL MANERA CON LA RAMIFICACION DE RETROACCION DEL CIRCUITO BASCULANTE, QUE EL CIRCUITO ELECTRICO OSCILA SOBRE O EN LA CERCANIA DE UNA FRECUENCIA DE RESONANCIA DEL TRANSDUCTOR DE ULTRASONIDOS, MIENTRAS QUE CUANDO EL TRANSDUCTOR DE ULTRASONIDOS ESTA CERRADO EL MULTIVIBRADOR OSCILA POR SI MISMO EN SU PROPIA FRECUENCIA.

Description

[0001] La invención se refiere a un emisor ultrasónico, en particular para un detector de burbujas de aire, con una fase de emisión y con un vibrador ultrasónico. 5 El vibrador ultrasónico está constituido habitualmente por un piezo-elemento, que es accionado a una de sus frecuencias de resonancia. En este caso, se plantea el problema de preparar una fase de emisión, que excita al vibrador ultrasónico precisamente a esta frecuencia de resonancia, para que en el vibrador ultrasónico se genere una señal de salida lo más fuerte posible. 10
[0002] Si se emplea el emisor ultrasónico en un detector de burbujas de aire, entonces replantean en el emisor ultrasónico también requerimientos especiales con respecto a la fiabilidad. En un detector de burbujas de aire, entre el emisor ultrasónico y un receptor ultrasónico dispuesto de manera correspondiente se encuentra una manguera, que debe supervisarse con respecto a las burbujas de 15 aire. Durante la administración de infusiones o durante la realización de transfusiones debe detectarse absolutamente una entrada de aire en las mangueras utilizadas en este caso, puesto que, en otro caso, pueden aparecer situaciones que amenazan la vida del paciente. Para la detección de las burbujas de aire se aprovecha en este caso el hecho de que se modifica la amortiguación del 20 recorrido ultrasónico, tan pronto como una burbuja de aire entra en la manguera que se encuentra entre el emisor ultrasónico y el receptor ultrasónico.
[0003] Se conoce a partir del documento US 5 583 280 un detector de burbujas de aire con una fase de emisión, que comprende un generador de frecuencia que es sintonizado linealmente dentro de una zona de frecuencia determinada, de manera 25 que una frecuencia de resonancia del vibrador ultrasónico se encuentra igualmente en esta zona de frecuencia. Tan pronto como el generador de frecuencia variable encuentra la frecuencia de resonancia del vibrador ultrasónico, tiene lugar una excitación del vibrador ultrasónico y se puede iniciar de nuevo la sintonización del generador de frecuencia. 30
[0004] Se conoce igualmente a partir del documento EP 0 416 911 A2 un detector de burbujas de aire con una fase de emisión, que presenta un generador de frecuencia variable, de manera que está previsto adicionalmente un circuito de prueba para la detección de funciones erróneas.
[0005] Se conoce a partir del documento EP 0 340 470 A1 un atomizador de líquido 35 con un vibrador ultrasónico, en el que para la excitación del vibrador ultrasónico está previsto un oscilador controlado por tensión. Este oscilador es regulado con un generador triangular, de manera que su frecuencia es explorada periódicamente en una zona que rodea la resonancia de serie del vibrador ultrasónico. Con la ayuda de un bucle de regulación superpuesto se puede conseguir que el oscilador 5 controlado por tensión engrane sobre la frecuencia de resonancia en serie del vibrador ultrasónico.
[0006] Se conoce a partir del documento EP 0 084 485 A2 igualmente un atomizador de líquido con un vibrador ultrasónico. Para la excitación del vibrador ultrasónico, un multivibrador y un generador de impulsos está conectados de tal 10 forma que el generador de impulsos emite, en el pulso de reloj de la frecuencia propia del multivibrador, impulsos al vibrador ultrasónico. El impulso actúa sobre el vibrador ultrasónico como una excitación del sistema, de manera que el vibrador ultrasónico reacciona al impulso con una vibración de resonancia atenuada. Durante la actuación del impulso existe, sin embargo, el inconveniente de que se 15 necesita siempre un generador de impulsos con una memoria de energía correspondiente para la preparación de la energía del impulso, lo que tiene como consecuencia un gasto de circuito relativamente alto.
[0007] Además, se conoce a partir del documento US 5.583.280 un indicador del nivel del líquido de acuerdo con el principio ultrasónico, en el que para la excitación 20 del vibrador ultrasónico se utiliza un filtro pasabanda reacoplado, que engrana de manera similar a un circuito PLL sobre la frecuencia de resonancia del vibrador ultrasónico.
[0008] Un inconveniente del emisor ultrasónico conocido a partir del estado de la técnica consisten que las fases de emisión presentan un gasto de circuito 25 relativamente alto.
[0009] Por lo tanto, el cometido de la invención es crear un emisor ultrasónico, cuya fase de emisión para la excitación del vibrador ultrasónico del lado de emisión está constituido sencillo y genera al mismo tiempo una señal de salida fuerte en el vibrador ultrasónico. 30
[0010] Este cometido se soluciona con las características de la reivindicación 1 de la patente.
[0011] La solución de acuerdo con la invención consiste en que la fase de emisión presenta un multivibrador, que está constituido de manera conocida en sí por un circuito oscilante y un elemento de tiempo conectado en la derivación de 35 reacoplamiento del circuito oscilante. En esta forma, el multivibrador oscila ya automáticamente sobre su frecuencia propia, que está influenciada esencialmente por el elemento de tiempo. De acuerdo con la invención, el vibrador ultrasónico se conecta con la derivación de reacoplamiento del circuito oscilante, de tal manera que la fase de emisión oscila en o en la proximidad de una frecuencia de 5 resonancia del vibrador ultrasónico. En oposición a circuitos de excitación conocidos, el vibrador ultrasónico trabaja, por lo tanto, él mismo con componente determinante de la frecuencia para una frecuencia de emisión generada continuamente. Esto ahorra gasto de circuito considerable, y al mismo tiempo se obtiene de esta manera una disposición especialmente insensible frente a 10 interferencias electromagnéticas, con lo que se eleva de nuevo la fiabilidad. El emisor de ultrasonido de acuerdo con la invención genera, además, una señal de salida muy fuerte, que posibilita un circuito receptor fácil de construir.
[0012] De acuerdo con una forma de realización preferida, está previsto que el elemento de tiempo del multivibrador esté constituido por al menos un elemento RC 15 y que el vibrador ultrasónico esté conectado en paralelo a la resistencia de un elemento RC. De esta manera, se garantiza una oscilación segura del circuito, puesto que el multivibrador oscila en primer lugar con seguridad sobre su frecuencia propia y a continuación en virtud de las modificaciones repentinas del nivel en la salida del circuito oscilante excita el vibrador ultrasónico a una frecuencia 20 de resonancia.
[0013] De acuerdo con otra forma de realización preferida, en la salida del circuito oscilante está previsto un paso bajo, para suprimir una oscilación del vibrador ultrasónico sobre sus oscilaciones superiores. Se puede conseguir también una oscilación definida adicionalmente porque la fase de emisión oscila por debajo de la 25 frecuencia de resonancia correspondiente del vibrador ultrasónico.
[0014] De manera más conveniente, el vibrador ultrasónico es accionado en su frecuencia de resonancia de serie más baja. Si en el vibrador ultrasónica se trata, por ejemplo, de un piezo-elemento, entonces la frecuencia de resonancia de serie es en gran medida independiente de influencias externas, mientras que en la 30 frecuencia de resonancia en paralelo, penetra la capacidad de los electrodos mal definida del piezo-elemento.
[0015] De acuerdo con otra forma de realización preferida, está previsto que la fase de emisión esté conectada lógicamente con una entrada de prueba, para activar o bien desactivar de forma selectiva el sensor ultrasónico para fines de 35 prueba. De manera más conveniente, en este caso, la entrada de prueba está conectada con una puerta-Y con la entrada del circuito oscilante. De esta manera, se puede ensayar de forma selectiva el emisor ultrasónico para aplicaciones técnicas de seguridad.
[0016] De acuerdo con otra forma de realización preferida está previsto que el 5 circuito oscilante es un disparador Schmitt. Un disparador Schmitt convencional se puede obtener fácilmente como componente integrado y a penas se carga por un elemento de tiempo en la derivación de reacoplamiento, de manera que resulta un espacio de juego grande para la selección de los componentes del elemento.
[0017] Un detector de burbujas de aire, para el que se reivindica protección 10 autónoma, está constituido por el emisor ultrasónico según la invención, por un receptor ultrasónico y una manguera introducida entre el emisor ultrasónico y el receptor ultrasónico.
[0018] Otros detalles y ventajas de la invención se explican con la ayuda de varios ejemplos de realización representados en el dibujo. En éste: 15
La figura 1 muestra un circuito eléctrico de un detector de burbujas de aire con el emisor ultrasónico de acuerdo con la invención.
La figura 2 muestra un multivibrador conocido.
La figura 3 muestra el circuito de un vibrador ultrasónico con la derivación de reacoplamiento del multivibrador de acuerdo con la figura 2, y 20
La figura 4 muestra la estructura esquemática del detector de burbujas de aire.
[0019] Antes de describir la función del emisor ultrasónico según la figura 1, se explica el principio funcional con la ayuda de las figuras 2 y 3. La figura 2 muestra en primer lugar la estructura de un multivibrador conocido. El multivibrador 22 25 presenta como circuito oscilante un disparador Schmitt 1, que está conectado en su derivación de reacoplamiento con la resistencia 2 y el condensador 3. El multivibrador oscila automáticamente a su frecuencia propia, de manera que el condensador 3 es cargado a través de la resistencia 2 hasta el nivel de desconexión del disparador Schmitt y a continuación se descarga de nuevo hasta el 30 nivel de conexión. El disparador Schmitt 1 presenta en su salida dos estados estables, de manera que en la salida 4 aparece una señal rectangular periódica.
[0020] La figura 3 muestra el circuito de un vibrador ultrasónico con la derivación de reacoplamiento del multivibrador según la figura 2. El vibrador ultrasónico está constituido en este caso por un plexo-elemento 5, en el que el piezo-elemento 5 35 está conectado en paralelo a la resistencia 2. Después de la conexión, el circuito empieza a oscilar en primer lugar a la frecuencia propia del multivibrador. No obstante, en virtud de las señales rectangulares en la salida, el piezo-elemento 5 es excitado igualmente a través de señales rectangulares, con lo que en la salida del disparador 1 aparece una señal periódica con la frecuencia de resonancia del 5 piezo-elemento 5. De esta manera de nuevo se generan también en la salida 4 señales rectangulares con la frecuencia de la frecuencia de resonancia del piezo-elemento 5, de manera que el circuito oscila finalmente a la frecuencia de resonancia del piezo-elemento.
[0021] La figura 1 muestra un circuito eléctrico de un detector de burbujas de aire 10 con el emisor ultrasónico de acuerdo con la invención. El detector de burbujas está constituido por un emisor ultrasónico 20, un receptor ultrasónico 21 y una manguera médica 11 introducida en medio de ellos, en el que deben detectarse con seguridad burbujas de aire. El emisor ultrasónico 20 se diferencia con respecto al circuito según la figura 3 porque en la salida del disparador Schmitt 1 está previsto 15 adicionalmente un paso bajo 6, 7 y porque la salida del disparador Schmitt está conectada lógicamente con una entrada de prueba 9. El paso bajo está constituido por la resistencia 6 y el condensador 7 y provoca que el vibrador ultrasónico comience a oscilar, por una parte, con seguridad a su frecuencia de resonancia más baja y que, por otra parte, la tensión en el vibrador ultrasónico 5 sea 20 aproximadamente de forma sinusoidal. La conexión de la entrada de prueba 9 con la derivación de reacoplamiento 8 se realiza a través de una puerta-Y 10. De esta manera, el disparador Schmitt 1 se puede activar o desactivar con seguridad para fines de prueba. Sobre el lado opuesto de la manguera médica 11 se encuentra un receptor ultrasónico 21, que presenta un piezo-elemento 12 de la misma 25 constitución. La tensión en el piezo-elemento es rectificada a través de los diodos 13, 14 y es filtrada a través del amplificador de operaciones 15, a través de la resistencia 16 y a través del condensador 17, de manera que en la salida 18 se encuentra la señal de curvas envolventes correspondiente. Si una burbuja de aire llega a la manguera médica 11, entonces se modifica la amortiguación, con 30 respecto a la manguera llena de líquido, en el trayecto de ultrasonido entre el emisor ultrasónico 20 y el receptor ultrasónico 21. De esta manera, de nuevo se modifica la señal de las curvas envolventes en la salida 18, con lo que es posible una detección de burbujas de aire dentro de la manguera 11.
[0022] La figura 4 muestra la estructura esquemática del detector de burbujas de 35 aire según la figura 1 con un emisor ultrasónico 20 y un receptor ultrasónico 21. Los vibradores ultrasónicos 5, 12 están constituidos esencialmente por un piezo-disco con dos conexiones. Éstas están dispuestas en la manguera 11 a supervisar una frente a la otra, de manera que el sonido puede llegar desde el vibrador ultrasónico 5 del lado de emisión hacia el vibrador ultrasónico 12 del lado de recepción. Debido 5 a la adaptación necesaria a la impedancia acústica de la manguera médica, los piezo-discos están acoplados con un medio de acoplamiento adecuado para esta finalidad en la manguera médica. Por este motivo y para la protección contra daños, los vibradores ultrasónicos están fundidos en una carcasa, que forma al mismo tiempo el cojinete correspondiente para la manguera a supervisar. El vibrador 10 ultrasónico 5del lado de emisión es activado por la fase de emisión 23, de tal manera que el vibrador ultrasónico 5 oscila a su frecuencia de resonancia más baja. El librador ultrasónico 12 del lado de recepción está constituido igual que el librador ultrasónico del lado de emisión, de manera que su sensibilidad máxima cae sobre a frecuencia de emisión del emisor de ultrasonido 20. De esta manera, se obtiene una 15 señal de salida 18 máxima posible en el receptor ultrasónico 21, que se puede evaluar fácilmente.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
  2. 1. Emisor ultrasónico (20), en particular para un detector de burbujas de are, con una fase de emisión (23) y con un vibrador ultrasónico (5), caracterizado porque la fase de emisión (23) presenta un multivibrador (22), que está constituido por un circuito oscilante (1), que presenta dos estados de salida estables, y por un 5 elemento de tiempo (2, 3) conectado en la derivación de reacoplamiento del circuito oscilante, y porque el vibrador ultrasónico (5) está conectado con la derivación de reacoplamiento del circuito oscilante de tal manera que la fase de emisión (23) oscila en o en la proximidad de una frecuencia de resonancia del vibrador ultrasónico. 10
  3. 2. Emisor ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de tiempo del multivibrador está constituido por al menos un elemento RC (2, 3).
  4. 3. Emisor ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el vibrador ultrasónico (5) está conectado paralelamente a la resistencia (2) 15 del elemento RC.
  5. 4. Emisor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en la salida del circuito oscilante está previsto un paso bajo (6, 7) para suprimir una oscilación inicial del vibrador ultrasónico (5) sobre sus oscilaciones superiores. 20
  6. 5. Emisor ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el vibrador ultrasónico (5) es accionado sobre su frecuencia de resonancia de emisión más baja.
  7. 6. Emisor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la fase de emisión oscila por debajo de una frecuencia de 25 resonancia correspondiente del vibrador ultrasónico.
  8. 7. Emisor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la fase de emisión (23) está conectada lógicamente con una entrada de prueba (9), para activar o desactivar el emisor ultrasónico de manera selectiva para fines de prueba. 30
  9. 8. Emisor ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la entrada de prueba (9) está conectada con una puerta-Y (10) con la entrada del circuito oscilante (1).
  10. 9. Emisor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el vibrador ultrasónico (5) es un piezo-elemento. 35
  11. 10. Emisor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el circuito oscilante (1) es un disparador Schmitt.
  12. 11. Detector de burbujas de aire con un emisor ultrasónico (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, con un receptor ultrasónico (21) y con una manguera (11) insertada entre el emisor ultrasónico (20) y el receptor ultrasónico 5 (21).
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