TW201839371A - 流體取樣系統及其流體感測裝置 - Google Patents

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邱普德
莊少棋
吳宗勳
賴韋臣
溫峻宏
張文斌
李文樞
譚大倫
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Abstract

一種流體感測裝置，包含一本體以及一光感測單元。該本體包含一殼體、一轉動件。該殼體形成有一容納腔室。該轉動件係以可轉動之方式設置於該殼體內，且該轉動件具有至少一透光部。一流體流入該容納腔室並帶動該轉動件繞一中心軸旋轉。該光感測單元包含一第一、第二光收發模組。該第一、第二光收發模組以不對稱於該中心軸之方式設置於該本體附近，用以發出且接收穿過該透光部之光線。

Description

流體取樣系統及其流體感測裝置
本發明係涉及一種流體取樣系統及其流體感測裝置，特別係一種可偵測流體方向之流體取樣系統及其流體感測裝置。
現今在實驗室中會進行很多有關流體的實驗，例如血液、體液等液體的混合、稀釋或是分離，因此實務上會使用適當的器具來進行實驗。
請參考第1圖，第1圖為習知之一流體實驗設備10之示意圖。上述流體實驗設備10例如為一流體取樣或混合設備，其主要包含一槽體20、一第一導管21、一第二導管22、一第一液體槽41、一第二液體槽42、一第一閥門31以及一第二閥門32。其中，第一導管21連通於第一液體槽41以及槽體20，且第二導管22連通於第二液體槽42以及槽體20。第一閥門31控制液體A是否藉由第一導管21於第一液體槽41以及槽體20之間流動，而第二閥門32控制液體B是否藉由第二導管22於第二液體槽42以及槽體20之間流動。
當進行實驗時，例如槽體20要抽取第一液體槽41內的液體A時，第一閥門31會開啟且第二閥門32會關閉，使得液體B無法經過第二導管22流到槽體20，而能讓槽體20僅抽取液體A。然而，第一閥門31以及第二閥門32可能因反覆使用後而無法完全將第一閥門31或第二閥門32關閉，導致在進行實驗時產生不必要的液體滲漏或逆流。舉例來說，當槽體20要抽取第一液體槽41內的液體A時，第二閥門32可能因無法完全關閉而使得部分的液體B也流進槽體20內，進而造成實驗錯誤或不準確。
有鑑於此，一種可以監控不必要的流體流動並且可以提醒使用者的感測裝置便是現在值得研究的一個課題。
有鑑於此，本發明提出一種流體感測裝置，以解決上述之問題。
於一實施例中，流體感測裝置包含一本體以及一光感測單元。該本體包含一中空之殼體、一轉動件、一第一導管以及一第二導管。該殼體形成有一容納腔室。該轉動件係以可轉動之方式設置於該容納腔室內，且該轉動件具有至少一透光部。該第一導管與該第二導管連通於該容納腔室，其中一流體經由該第一導管流入該容納腔室，並帶動該轉動件繞一中心軸旋轉後，經由該第二導管流出該容納腔室。該光感測單元包含一第一、第二光收發模組。該第一、第二光收發模組以不對稱於該中心軸之方式設置於該本體附近，其中該第一光收發模 組包含一第一光發射器與一第一光接收器，該第二光收發模組包含一第二光發射器與一第二光接收器，且該第一、第二光接收器係用以分別接收來自該第一、第二光發射器所發出且穿過該透光部之一第一光線以及一第二光線。
在部分實施例中，該轉動件具有複數個凸出的扇葉，相鄰之該些扇葉間的角度相等且將該轉動件分為複數個扇形區域。
在部分實施例中，該轉動件上具有二個透光部，設置於該些扇形區域的其中兩個相鄰扇形區域。
在部分實施例中，該轉動件上具有四或五個凸出的扇葉，相鄰之該些扇葉之間的角度相等且將該轉動件分為四或五個扇形區域。
在部分實施例中，該第一導管以及該第二導管分別具有一漸縮結構，連接該殼體並與該容納腔室相通。
本發明提供一流體取樣系統，包含具有一閥門之一基座、如前述之流體感測裝置以及一流體驅動單元。該流體感測裝置設置在該基座上。該流體驅動單元設置於該基座上，用以將該流體經由該閥門注入或排出該容納腔室。
在部分實施例中，該流體取樣系統另包含一處理單元，用以接收該光感測單元發出之一電子訊號，並根據該電子訊號判斷該轉動件之轉動方向。
在部分實施例中，當該處理單元判斷該轉動件之轉動方向與一預設轉動方向不同時，該處理單元傳送一控制訊號至該基座上之一顯示螢幕，以使該顯示螢幕顯示一警告畫面。
在部分實施例中，當該處理單元判斷該轉動件之轉速與一預設轉速不同時，該處理單元傳送一控制訊號至該基座上之一顯示螢幕，以使該顯示螢幕顯示一警告畫面。
在部分實施例中，該流體驅動單元包含一步進馬達。
本發明提供一種流體感測裝置，連接於槽體與外部的容置槽之間。當流體於槽體與外部的容置槽之間流動時，藉由光感測單元來偵測流體感測裝置內的轉動件的轉動方向，並且處理單元可以此判斷此轉動方向是否為一非預期轉動或與一預設轉動方向不同。當該轉動方向為一非預期轉動或與一預設轉動方向不同時，處理單元會控制顯示螢幕顯示一警告畫面，藉以通知使用者。因此可解決在先前技術中，實驗設備的驅動馬達因長時間使用而無法準確地將閥門關閉而導致在進行實驗時產生不必要的液體逆流之問題。
20‧‧‧槽體
21‧‧‧第一導管
22‧‧‧第二導管
31‧‧‧第一閥門
32‧‧‧第二閥門
32‧‧‧第二閥門
41‧‧‧第一液體槽
41‧‧‧第一液體槽
42‧‧‧第二液體槽
A、B‧‧‧液體
100‧‧‧流體取樣系統
102‧‧‧基座
104‧‧‧流體感測裝置
106‧‧‧處理單元
108‧‧‧顯示螢幕
110‧‧‧安裝部
112‧‧‧閥門組
114‧‧‧槽體
115‧‧‧流管
116‧‧‧驅動件
118‧‧‧本體
120‧‧‧殼體
122‧‧‧容納腔室
124‧‧‧轉動件
126‧‧‧第一導管
127‧‧‧漸縮結構
128‧‧‧第二導管
129‧‧‧漸縮結構
130‧‧‧扇葉
132‧‧‧開孔
134‧‧‧透光部
136‧‧‧光感測單元
137‧‧‧第一光收發模組
137R‧‧‧第一光接收器
137T‧‧‧第一光發射器
138‧‧‧第二光收發模組
138R‧‧‧第二光接收器
138T‧‧‧第二光發射器
140‧‧‧第一導管
142‧‧‧第二導管
144‧‧‧第三導管
146‧‧‧第一閥門
148‧‧‧第二閥門
150‧‧‧第三閥門
200‧‧‧第一容置槽
224‧‧‧轉動件
300‧‧‧第二容置槽
324‧‧‧轉動件
400‧‧‧第三容置槽
t、T‧‧‧時間
A1‧‧‧最大截面積
A2‧‧‧最小截面積
F1‧‧‧第一方向
F2‧‧‧第二方向
V1‧‧‧流速
V2‧‧‧流速
第1圖為一習知流體實驗設備之示意圖；第2圖為本發明一實施例之流體取樣系統的立體示意圖；第3A圖為本發明一實施例之流體感測裝置之本體之立體示意圖；第3B圖為第3A圖之上視圖；第4A至4D圖為本發明一實施例之轉動件轉動至不同位置之示意圖； 第5圖為本發明另一實施例之轉動件之示意圖；第6圖為本發明另一實施例之轉動件之示意圖；以及第7圖為本發明一實施例之流體取樣系統連接三個外部容置槽之示意圖。
為了讓本揭露之目的、特徵、及優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示做詳細說明。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以限制本揭露。且實施例中圖式標號之部分重複，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本揭露。
必需了解的是，為特別描述或圖示之元件可以此技術人士所熟知之各種形式存在。此外，當某層在其它層或基板「上」時，有可能是指「直接」在其它層或基板上，或指某層在其它層或基板上，或指其它層或基板之間夾設其它層。
此外，實施例中可能使用相對性的用語，例如「較低」或「底部」及「較高」或「頂部」，以描述圖示的一個元件對於另一元件的相對關係。能理解的是，如果將圖示的裝置翻轉使其上下顛倒，則所敘述在「較低」側的元件將會成為在「較高」側的元件。
在此，「約」、「大約」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，較佳是10%之內，且更佳是5%之內。在此給定 的數量為大約的數量，意即在沒有特定說明的情況下，仍可隱含「約」、「大約」之含義。
請參考第2圖，第2圖為本發明一實施例之一流體取樣系統100的立體示意圖。流體取樣系統100主要包含一基座102、一流體感測裝置104、一處理單元106以及一顯示螢幕108。如圖所示，基座102上方設有一安裝部110、一閥門組112以及一槽體114，其中流體感測裝置104是設置於安裝部110，並且藉由一流管115與槽體114彼此連通。於此實施例中，槽體114可為帶有刻度之一唧筒或注射器，但不限於此。
本實施例中，驅動馬達係安裝於基座102內(圖中未表示)，用以帶動驅動件116以一第一方向F1或相反於第一方向F1之一第二方向F2移動，藉以使槽體114可由外部抽取液體或將液體排出槽體114。前述驅動馬達可為一步進馬達，但不限於此。處理單元106電性連接於流體感測裝置104、前述驅動馬達以及顯示螢幕108，處理單元106則用以接收來自流體感測裝置104的電子訊號，並可發出控制訊號至前述驅動馬達或顯示螢幕108，以使前述驅動馬達帶動驅動件116移動，或使得顯示螢幕108顯示各種數據資訊(例如實驗時間、次數等)。再者，處理單元106更電性連接於閥門組112，其可用以發出控制訊號使閥門組112中之閥門開啟或關閉，藉以控制流體於流體感測裝置104與槽體114之間流通。
再請同時參考第3A圖與第3B圖，第3A圖為本發明一實施例之流體感測裝置104之立體示意圖，第3B圖為第3A圖中的流體感測裝置104之上視圖。如圖所示，流體感測裝置104 主要包含一本體118以及一光感測單元136，其中本體118包含一中空的殼體120，其內部形成有一容納腔室122。殼體120可以透光材質製成，例如聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)或聚丙烯(PP)等。此外，本體118另包含一轉動件124、一第一導管126以及一第二導管128。第一導管126與第二導管128分別設置於殼體120之兩側，並且連通於容納腔室122。轉動件124是以可轉動之方式設置於殼體120內，例如可在殼體120內設置一轉軸(圖中未表示)並使其穿過轉動件124，使得轉動件124可繞一中心軸C轉動。流體可經由第一導管126流入容納腔室122並帶動轉動件124繞中心軸C旋轉後，再經由第二導管128流出容納腔室122(如第3A圖中箭頭方向所示)。值得注意的是，如第3B圖所示，第一導管126具有一漸縮結構127，而第二導管128具有一漸縮結構129，前述漸縮結構127、129是連接於殼體120並與容納腔室122連通。其中，漸縮結構127具有一最大截面積A1以及一最小截面積A2(位於漸縮結構127與殼體120連接處)。當流體為不可壓縮且在一穩定流動狀態下，流經最大截面積A1的流體的一流速V1與最大截面積A1的乘積會相等於流經最小截面積A2的的流體一流速V2與最小截面積A2的乘積，也就是A1*V1=A2*V2。由於最大截面積A1大於最小截面積A2，因此可以得知流速V2會大於流速V1。當由槽體114所輸送至第一導管126的流體的流速V1較慢時，透過漸縮結構127、129的設計可使得流入容納腔室122的流體的流速V2加快，使得流體仍可以有效地帶動轉動件124旋轉。
轉動件124可設置有四個凸出的扇葉130，相鄰四個扇葉130之間的角度相等且將轉動件124分為四個扇形區域。然而，扇葉130的數量亦可為2個、3個或4個以上。再者，轉動件124於該四個扇形區域的其中一個區域上形成有一開孔132，使得光線可由轉動件124之一側穿過開孔132而至轉動件124之另一側。然而，亦可於轉動件124的開孔132內設置一具有透光材質的一透光部134，以利光線通過。
前述光感測單元136設置於本體118附近，其包含一第一光收發模組137以及一第二光收發模組138，且第一、第二光收發模組137、138是以不對稱於中心軸C之方式設置於本體118兩側，舉例來說，於此實施例中之第一光收發模組137是設置在第3A圖中轉動件124的左下扇形區域的相反側，而第二光收發模組138是設置在轉動件124的右下扇形區域相反側。其中，第一光收發模組137包含一第一光發射器137T與一第一光接收器137R，第二光收發模組138包含一第二光發射器138T與一第二光接收器138R，且第一、第二光接收器137R、138R係用以分別接收來自第一、第二光發射器137T、138T所發出且穿過開孔132內的透光部134之第一、第二光線。
請參考第4A至4D圖，第4A至4D圖為本發明一實施例之轉動件124轉動至不同位置之示意圖。首先假設轉動件124的轉動速度為定速且在時間t=0時位在第4A圖所示的位置，也就是透光部134對應於右下方的扇形區域，此時第二光收發模組138的第二光接收器138R可接收到來自第二光發射器138T所發出之並穿過透光部134之第二光線。接著轉動件124以逆時針 方向在時間t=T時轉動至第4B圖的位置，使得透光部134位於右上方的扇形區域，此時第一光接收器137R以及第二光接收器138R皆無法收到來自第一光發射器137T以及第二光發射器138T的光訊號。再接著轉動件124會在時間t=2T時轉動到第4C圖的位置，並在時間t=3T時轉動到第4D圖的位置，此時透光部134對應於左下方的扇形區域，且第一光收發模組137的第一光接收器137R可接收到第一光發射器137T所發出並穿過透光部134之第一光線。最後轉動件124會在時間t=4T時轉動一周回到第4A圖之位置，也就是透光部134再次回到右下方扇形區域的位置。
在上述的轉動件124的轉動過程中，第一光收發模組137與第二光收發模組138會在收到第一光線與第二光線時發出電子訊號傳送至處理單元106，處理單元106便可根據接收上述訊號的時間點來判斷轉動件124的轉動方向。由前述的例子來說，當轉動件124由第4D圖的位置轉動到第4A圖的位置時，處理單元106可以得知第一光收發模組137在接收到第一光線後，經過時間T後即由第二光收發模組138接收到第二光線。而接著當轉動件124再由第4A圖的位置轉動到第4D圖的位置時，處理單元106可以得知第二光收發模組138在收到該二光線後須經過時間3T後，第一光收發模組137才會收到該第一光線，因此處理單元106便可根據此期間內之訊號變化得知轉動件124是以逆時針方向旋轉。相反地，若第一光收發模組137在收到第一光線後，經過時間3T後第二光收發模組138才收到第二光線。或者第二光收發模組138接收到第二光線後僅經過時 間T後，第一光收發模組137就接收到第一光線，則處理單元106便可判斷轉動件124是順時針方向旋轉。
請參考第5圖，第5圖為本發明另一實施例之轉動件224之示意圖。於此實施例中，轉動件224上可設置有二個透光部134，分別設置於兩個相鄰的扇形區域內，並且第一光收發模組137與第二光收發模組138是設置在對應於該二個透光部134的位置。相似於前述實施例，在轉動件224轉動的過程中，處理單元106可根據第一光收發模組137與第二光收發模組138所發出之電子訊號以及時間來求得轉動件224的轉動方向的判斷方式可參考前述實施例。
請參考第6圖，第6圖為本發明另一實施例之一轉動件324之示意圖。於此實施例中，轉動件324上具有五個凸出的扇葉130，相鄰之該些扇葉130之間的角度相等且將轉動件324分為五個扇形區域。轉動件324上可設置有二個透光部134，於此實施例中，二個透光部134是分別設置於該些扇形區域的第一個扇形區域以及第三個扇形區域內，並且第一光收發模組137與第二光收發模組138是設置在對應於該二個透光部134的位置。相似於前述實施例，在轉動件324轉動的過程中，處理單元106可根據第一光收發模組137與第二光收發模組138所發出之電子訊號以及時間來求得轉動件324的轉動方向的判斷方式可參考前述實施例。
請參考第7圖，第7圖為本發明一實施例流體取樣系統100連接三個外部的容置槽之示意圖。為了簡化的緣故，部分的元件省略不畫以簡化說明。於此實施例中，槽體114是 分別藉由一第一導管140、一第二導管142與一第三導管144連通於外部的一第一容置槽200、一第二容置槽300以及一第三容置槽400。閥門組112具有一第一閥門146、一第二閥門148以及一第三閥門150，分別用來控制第一導管140、第二導管142以及第三導管144內的流體流通。其中，流體取樣系統100可作為動物使用的血液透析系統，其中第一容置槽200代表內存有透析液的瓶子，第二容置槽300表示動物的體腔，第三容置槽400則代表廢棄液體回收筒。當利用流體取樣系統100替動物進行血液透析時，處理單元106可控制第一閥門146開啟而第二閥門148與第三閥門150關閉，並且控制驅動馬達帶動驅動件116向右移動，使得槽體114吸取第一容置槽200內的透析液。接著，第二閥門148打開而第一閥門146與第三閥門150被關閉，並透過驅動件116將槽體114內的透析液注入至第二容置槽300(動物的體腔)。當透析液進入動物的體腔內與體液混合後，利用腹膜所具有的半透膜性質，可以達到清除新陳代謝所產生之廢物的目的。接著再將第三閥門150打開而第一閥門146與第二閥門148關閉，使混合後的廢棄體液可被排入第三容置槽400，以完成一次透析的流程。值得注意的是，第一導管140、第二導管142與第三導管144是緊密地連接於相對應的流體感測裝置104，因此可以確保其內的流體不會與外部環境接觸而受到污染。再者，第一導管140、第二導管142與第三導管144為可拋棄式，例如在使用24~48小時後即會拋棄並更換新的導管，避免前述導管重複使用在不同的動物身上，以確保每一次透析的安全性。
若在抽取透析液的過程中，第三閥門150沒有正確關閉，則有可能導致廢棄的動物體液也會由第三容置槽400被抽取到槽體114。此時連接於第三導管144的流體感測裝置104便可偵測到廢棄的動物體液的不正常流動而發出電子訊號通知處理單元106，處理單元106即可依此判斷廢棄的動物體液的流動所產生的轉動為一非預期轉動(例如連接於第三導管144的流體感測裝置104的轉動件124的轉速與一預設轉速不同)，並傳送一控制訊號至顯示螢幕108，以使顯示螢幕108顯示一警告畫面，通知使用者第三閥門150發生故障。於另一實施例中，當處理單元106判斷液體的流動所產生的轉動方向與一預設轉動方向不同時，也會傳送一電子訊號至顯示螢幕108，以使顯示螢幕108顯示警告畫面。
相較於先前技術，本發明提供一種流體感測裝置，連接於槽體與外部的容置槽之間。當流體於槽體與外部的容置槽之間流動時，藉由光感測單元來偵測流體感測裝置內的轉動件的轉動方向，並且處理單元可以此判斷此轉動方向是否為一非預期轉動或與一預設轉動方向不同。當該轉動方向為一非預期轉動或與一預設轉動方向不同時，處理單元會控制顯示螢幕顯示一警告畫面，藉以通知使用者。因此可解決在先前技術中，實驗設備的驅動馬達因長時間使用而無法準確地將閥門關閉而導致在進行實驗時產生不必要的液體逆流之問題。
雖然本揭露的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本揭露之 保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本揭露揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本揭露使用。因此，本揭露之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本揭露之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。

Claims (10)

  1. 一種流體感測裝置，包含：一本體，包含：一中空之殼體，形成有一容納腔室；一轉動件，以可轉動之方式設置於該容納腔室內，且該轉動件具有至少一透光部；一第一導管；以及一第二導管，該第一導管與該第二導管連通於該容納腔室，其中一流體經由該第一導管流入該容納腔室，並帶動該轉動件繞一中心軸旋轉後，經由該第二導管流出該容納腔室；以及一光感測單元，包含一第一、第二光收發模組，該第一、第二光收發模組以不對稱於該中心軸之方式設置於該本體附近，其中該第一光收發模組包含一第一光發射器與一第一光接收器，該第二光收發模組包含一第二光發射器與一第二光接收器，且該第一、第二光接收器係用以分別接收來自該第一、第二光發射器所發出且穿過該透光部之一第一光線以及一第二光線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之流體感測裝置，其中該轉動件具有複數個凸出的扇葉，相鄰之該些扇葉間的角度相等且將該轉動件分為複數個扇形區域。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之流體感測裝置，其中該轉動件上具有二個透光部，設置於該些扇形區域的其中兩個相鄰扇形區域。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之流體感測裝置，其中該轉動件上具有四或五個凸出的扇葉，相鄰之該些扇葉之間的角度相等且將該轉動件分為四或五個扇形區域。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之流體感測裝置，其中該第一導管以及該第二導管分別具有一漸縮結構，連接該殼體並與該容納腔室相通。
  6. 一種流體取樣系統，包含：一基座，具有一閥門；如請求項1所述之流體感測裝置，設置在該基座上；以及一流體驅動單元，設置於該基座上，用以將該流體經由該閥門注入或排出該容納腔室。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之流體取樣系統，其中該流體取樣系統另包含一處理單元，用以接收該光感測單元發出之一電子訊號，並根據該電子訊號判斷該轉動件之轉動方向或轉速。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之流體取樣系統，其中當該處理單元判斷該轉動件之轉動方向與一預設轉動方向不同時，該處理單元傳送一控制訊號至該基座上之一顯示螢幕，以使該顯示螢幕顯示一警告畫面。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之流體取樣系統，其中當該處理單元判斷該轉動件之轉速與一預設轉速不同時，該處理單元傳送一控制訊號至該基座上之一顯示螢幕，以使該顯示螢幕顯示一警告畫面。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之流體取樣系統，其中該 流體驅動單元包含一步進馬達。
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