WO1993023740A1 - Device for bubble detection in a liquid flowing through a tube - Google Patents

Device for bubble detection in a liquid flowing through a tube Download PDF

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WO1993023740A1
WO1993023740A1 PCT/FR1993/000463 FR9300463W WO9323740A1 WO 1993023740 A1 WO1993023740 A1 WO 1993023740A1 FR 9300463 W FR9300463 W FR 9300463W WO 9323740 A1 WO9323740 A1 WO 9323740A1
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pipe
light
detection device
detector
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PCT/FR1993/000463
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Inventor
Frédéric Neftel
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Debiotech
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/12Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/36Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests with means for eliminating or preventing injection or infusion of air into body
    • A61M5/365Air detectors
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/14212Pumping with an aspiration and an expulsion action
    • A61M5/14232Roller pumps

Definitions

  • the present invention relates to a device for detecting bubbles in a liquid flowing in a pipe.
  • the invention relates to a device for detecting the accidental presence of bubbles in a translucent liquid flowing in a pipe which is itself translucent.
  • the nature of the liquid conveyed can vary from one intervention case to another and in particular its transparency and that it is desirable for the device to adapt to the different types of liquid capable of being circulated in the driving. Given the fact that it is particularly important in the medical field to detect the appearance of a bubble in the liquid, it is understood that it is desirable to have in addition a permanent control of the proper functioning of the detection device itself. It is also understood that the supply system and more particularly the pipe for circulating the liquid may be present in different environments. It is of course essential that the detection device can function satisfactorily whatever the environment encountered.
  • An object of the present invention is to provide a device for detecting the presence of bubbles in a liquid circulating in a pipe, in particular for medical applications, which ensures very precise and reliable detection of the accidental presence of this bubble, which , in particular, avoids untimely triggers which would be unfavorable for the treatment of the patient and which, moreover, allows optimal functioning of the detection whatever the liquid circulating in the pipe and in particular whatever its transparency.
  • the device for detecting bubbles in a liquid flowing in a pipe comprises: a first light emitter arranged on a first side of the pipe, a first light detector arranged on the other side of the pipe opposite the first emitter to receive the portion of the light beam emitted by the first emitter having passed through said pipe and the liquid, first means for supplying the first emitter so that the latter emits a pulsed light beam with a first frequency; first means for processing the signal delivered by the first detector comprising at least one high-pass filter and / or a band-pass filter centered on said first frequency, and means for converting the signal processed by the filters into a first continuous signal having an amplitude proportional to the amplitude of the first pulsed signal; means for developing a reference signal corresponding to the circulation of the liquid in the pipe in the absence of bubbles; means for periodically comparing the reference signal with the first continuous signal; and means for generating an alarm signal in response to said comparison; and initial self-calibration means comprising means for
  • the detection device operates automatically under optimal detection conditions whatever the transparency of the liquid.
  • the means for developing the reference signal comprise a second light emitter disposed on a second side of the pipe; a second light detector disposed on a first side of the pipe opposite the second emitter to receive the portion of the light beam emitted by said second emitter having passed through said pipe and said liquid; second means for supplying the second transmitter so that the latter emits a pulsed light beam with a second frequency; second means for processing the signal delivered by the second detector comprising a high-pass filter and / or a band-pass filter centered on said second frequency and means for converting the signal processed by said filters into a second continuous signal having an amplitude proportional to the amplitude of the second pulsed signal, the second signal constituting said reference signal, furthermore said initial self-calibration means being able to carry out self-calibration of the assembly constituted by said second supply means, said second transmitter and said second receiver.
  • the two frequencies are distinct and between 120 and a few MHz, which facilitates filtering of the signals.
  • - Figure 1 is a top view of a roller pump to illustrate an example of use of the detection device
  • FIG. 2 is a simplified diagram of the electrical and electronic circuit of the detection device
  • FIG. 3 shows schematically the layout of a light transmitter / detector assembly
  • FIG. 5a and 5b are diagrams showing shapes of usable pulsed light beam
  • - Figures 6a to 6c are diagrams showing the electrical signals appearing at different points in the circuit of Figure 2
  • - Figure 7 shows an exemplary embodiment of the initial self-calibration circuit.
  • FIG. 1 a part of a roller pump 10 has been shown.
  • the pump itself known includes a housing 12 in which is formed a cylindrical cavity 14. Inside the cylindrical cavity 14, there are three cylindrical rollers 16, 18 and 20 which can be generally rotated about an axis 22. Inside the cavity 14 is mounted a deformable tube 24 disposed between the wall of the cavity and all of the rollers 16 to 20. The ends of this tube are connected to two pipe elements, respectively inlet 26 and outlet 28. It is understood that the rotation of the rollers causes a localized pinching of the flexible tube, which ensures the entrainment of the liquid from the inlet line 26 to outlet line 28.
  • the detection device comprises a first optical detection assembly 30 mounted on the inlet pipe 26 and a second optical detection assembly 32 mounted on the outlet pipe 28.
  • Each detection assembly consists of a light emitter L1, L2 disposed on one side of the pipes 26, 28 and of a light detector PI, P2 mounted on the other side of the pipe opposite the corresponding transmitter.
  • the optical axis of each detection assembly XI, X2 is at the same time a diameter of the pipe. To avoid as much as possible the interference between the two detection systems, we see that the axes XI and X2 are offset according to the length of the pipes and that the light emitters Ll and L2 each emit a light beam towards the outside of the body of the pump. In other words, the light beams are emitted in opposite directions.
  • FIG. 2 shows the light emitters L1 and L2 and the light detectors or receivers PI and P2.
  • the light emitters are for example each constituted by a light-emitting diode 40, 40 ′ emitting in the infrared mounted between a power supply source of which only the terminals 42 and 44 have been shown and the mass M, in the case of the diode 40 via a bias resistor 44 and in the case of the diode 40 'via a variable resistor 46.
  • the detectors PI and P2 which are for example constituted by photodetector diodes or photodetector transistors.
  • photodiodes 48 and 50 are shown.
  • the resistors RI and R2 make it possible to convert the current created by the photoelectric effect in the photodiodes into a voltage appearing respectively on the conductors 52 and 54.
  • the conductors 52 and 54 are respectively connected to the inputs of the high-pass filters 56 and 58 whose cut-off frequency is for example equal to 500 Hz.
  • the outputs of the filters 56, 58 are respectively connected to the inputs of the band-pass filters 60 and 62.
  • the outputs of the filters bandpass 60 and 62 are connected to the inputs of detectors, respectively referenced 64 and 66.
  • the outputs of detectors 64 and 66 are connected to the inputs of a comparator circuit 68, the output 68a of the latter being connected to the input 70a of microprocessor 70.
  • the emitting diodes 40 and 40 ′ have a pulsed electrical supply 42, 44.
  • the diagrams in FIGS. 5a and 5b illustrate control and supply signals possible for these diodes.
  • the diode 40 is supplied with a frequency voltage FI and the diode 40 'with a frequency voltage F2.
  • the frequency FI is equal to 1 kHz and the frequency F2 is equal to 2 kHz.
  • the width of the pulses of the frequency signal FI is twice that of the pulses of frequency F2. There is thus generally the same energy in the two signals.
  • the frequencies FI and F2 are chosen in such a way that they are clearly above the parasitic frequencies which can be found in the environment of the detector, that is to say typically that which can come from light sources such as bulbs , etc.
  • the frequencies FI and F2 are chosen to be greater than 120 Hz. It is also desirable that these two frequencies are clearly different in order to be able to dissociate the useful signal received by each detector from the "parasitic" signal which must be received by the other detector . We would not, however, depart from the invention if the two frequencies were equal.
  • the pulsed supply makes it possible to reduce the consumption of electrical energy and of which to increase the autonomy of the system in the hypothesis of a battery supply.
  • frequencies substantially greater than 120 Hz for example greater than 500 Hz in order to facilitate filtering.
  • frequencies substantially greater than 120 Hz for example greater than 500 Hz
  • these photodiodes collect not only the part of the useful light signal emitted respectively by the diodes 40 and 40 ′ but also the parasitic light signals from the environment of the detector.
  • the photo-detectors 48 and 50 collect as useful signal the part of the light signal emitted by the diodes which has passed through the conduits 26 and 28 as well as the liquid which circulates therein.
  • the frequency and the duty cycle of the useful signals collected by the photo-detectors are not modified but the amplitude of the signals collected is modulated by the light transfer function of the assembly constituted by the driving and the liquid.
  • FIG. 6a shows a form of signal SI which is collected at the output of the photo-detectors PI or P2.
  • This signal is for example constituted by the superposition of a DC component A corresponding to the ambient light level, an AC component B corresponding to parasitic light sources whose frequency can typically be of the order of 100 or 120 Hz and the collected pulsed signal of frequency FI or F2, the amplitude of which has been modulated by the light transfer function of the system constituted by the pipe and the liquid.
  • the filtered signal S2 shown in FIG. 6b is obtained. It is an alternating signal whose frequency is equal to FI and whose amplitude represents the measurement sought.
  • the high-pass filters 56 and 58 eliminate the DC component A of the signal and the parasitic components B of low frequency, typically less than 120 Hz, preferably less than 500 Hz, while the band-pass filters 60 or 62, centered respectively on the frequencies FI and F2, make it possible to eliminate harmonics of the parasitic signals which could exist in the collected signal and whose frequencies would be higher than the cut-off frequency of the bandpass filter.
  • the bandpass filter could be replaced by a synchronous detector calibrated respectively on the frequency IF or the frequency F2.
  • the signal thus filtered is processed by the detector 64 or 66 which has the function of delivering a DC voltage whose amplitude is representative of the amplitudes of the pulses of the pulsed signal.
  • the amplitude of the signal S3 (FIG. 6c) is representative of the light actually received by the detector P2 or by the detector PI and emitted by the corresponding transmitter.
  • the comparator 68 therefore delivers on its output 68a a signal which is equal to the difference between the signals collected by the detectors 48 and 50.
  • the signals S2 and S3 show the presence of a bubble.
  • each measurement chain if there are actually two, or the measurement chain, if there is only one, is equipped with a initial self-calibration circuit allowing the power supply level of the light emitter to be defined in order to obtain optimal detection conditions whatever the transparency of the liquid.
  • Figure 7 illustrates such a circuit. It includes a comparator 80 which receives on the two inputs respectively the measurement signal S delivered by the detector 66 and a reference signal C corresponding to the optimal level of detection in the absence of bubble.
  • the difference E between these two signals is applied to a zero detection circuit 82 whose output is connected to the input 70e of the microprocessor 70.
  • the output 70f of the microprocessor Depending on the signal received on the input 70e converted into a digital value, the output 70f of the microprocessor generates a digital or analog signal for controlling the supply circuit 84 of the transmitter L2 in a direction which tends to cancel the deviation E.
  • the zero detector 82 delivers a signal to the microprocessor which maintains the supply control signal 84 at a constant value. This control signal value is stored in the memory 86 of the microprocessor and the initial self-calibration circuit is deactivated.
  • the gap E cannot be canceled. In this case, the increase in the supply current of the transmitter L2 is stopped when this current reaches its maximum admissible value for the transmitter. If the measurement signal S corresponding to this value is greater, for example, than c / 4, the measurement will be accepted and this maximum value of the supply current will be used during the measurement. Otherwise, the device will not work.
  • the comparator 80 and the zero detector 82 are shown in the form of discrete components. It goes without saying, however, that the microprocessor 70 could implement a subroutine performing the two comparison and detection functions. from zero.
  • the signal delivered by the detector 64 constitutes a reference signal.
  • the signal delivered by the detector 66 is equal to the reference signal due to the initial calibration which will be described later.
  • a zero or very weak signal is received at input 70a of the microprocessor.
  • the signal delivered by the detector 66 is very significantly lower. To amplify this phenomenon, it is advantageous to maximize the difference in optical transmission through the pipe depending on whether a bubble is present or not. For this, preferably, as shown in FIGS.
  • the transmitter Ll, L2 and the detector PI, P2 are provided with optical systems 72, 74, constituted by lenses, which are defined in such a way that, when the liquid is present in the pipe 28, most of the light beam crosses the pipe and is focused on the sensitive surface 76 of the photodiode PI, whereas in the case (Fig. 4b) where a bubble circulates in the pipe 28 , the light beam diverges and a smaller part of the beam is received by the sensitive surface of the PI detector.
  • optical systems producing the opposite effect could be used, that is to say an increase in the optical energy transmitted when a bubble is present in the pipe.
  • an initial calibration of the detection device is carried out to balance the two measurement chains.
  • the microprocessor 70 implements a first program.
  • the difference of the continuous signals received on the input 70a of the microprocessor is converted into a digital value by an analog-digital conversion assembly 72.
  • This difference is converted into a control signal R delivered by the output 70b of the microprocessor which is converted into an analog signal used to modify the value of the bias resistor 46 of the diode 40 '.
  • This produces a servo modifies the value of the resistor 46 until the signal applied to the input 70a is zero.
  • the detection device is then calibrated and the device is ready to operate, the value of the resistor 46 being kept constant. It goes without saying that the calibration could be obtained by acting on the operating parameters of the diode 40, on the operating parameters of the photo-detectors 48 or 50 or on the parameters of a combination of these components.
  • the microprocessor 70 implements a second program.
  • the difference of the continuous signals delivered by the output 68a of the comparator is converted into a digital value which is compared with a lower threshold. If the value of the difference is less than this threshold, this means that no bubble crosses the pipe 28 since the two continuous signals are substantially equal. On the contrary, if the difference is greater than this threshold, this means that a bubble is present in the pipe 28 due to the modification of the optical system constituted by the pipe and its content.
  • the comparison is carried out periodically, for example every 5 milliseconds.
  • the microprocessor 70 is preferably programmed to trigger an alarm 80 which causes the immediate stop of the pump 10 only if the quantity of entrained air becomes significant.
  • the microprocessor can be programmed to trigger the alarm only if a predetermined number of successive differences is greater than the threshold.
  • the alarm can also only be triggered if during a predetermined time interval, for example 15 minutes, the number of measurements detecting the presence of air is greater than a predetermined number. This number can be determined so that it corresponds to a volume of air circulating in the pipe during this time interval. Many other types of alarm trigger programming could be considered.
  • the purpose of this procedure is to avoid stopping the pump due to the presence in the pipe of an amount of air, or an air content, which is not significant for the patient.
  • the detection device also comprises means for continuously testing its correct operation or more precisely that of the detection assemblies 30 and 32.
  • the continuous signal delivered by the detector 64 or 66 becomes zero.
  • the outputs of the detectors 64 and 66 are directly connected to the inputs 70c and 70d of the microprocessor 70. The latter permanently monitors the level of the signals applied to the inputs 70c and 70d. As soon as one of these signals falls below a predetermined value, it is that one of the detection assemblies 30 or 32 has failed and the alarm circuit 80 is activated.
  • a substantially equivalent solution consists in comparing the difference signal applied to the input 70a of the microprocessor with an upper threshold. If this threshold is exceeded, it means that one of the detection assemblies has failed.
  • one of the two measurement chains that corresponding to the detection assembly 32, is in fact used to define a reference value using the self-calibration step.
  • the other measurement chain continuously provides the useful measurement.
  • the measuring device included only one measuring chain constituted for example by the circuits L2, P2, 58, 62 and 66.
  • the value of the continuous signal delivered by the detector 66 is determined when there are effectively no bubbles in the line 28. This value is stored by the microprocessor 70.
  • the value of the continuous signal delivered by the detector 66 is compared with the reference value previously stored.
  • the processing of the signals delivered by the detectors 48 and 50 is analog. Only the comparison of the signal delivered by the circuit 68 with thresholds is done digitally by the microprocessor 70. However, it goes without saying that the signals delivered by the detectors 48 and 50 could be directly converted into digital information. The microprocessor 70 then performs, in digital form, the operations made by the analog circuits 56 to 68 of FIG. 2, that is to say the filtering, the conversion into a continuous signal and the calculation of the difference of the two signals treated.

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Abstract

Device for bubble detection in a liquid flowing through a tube. The device preferably comprises two detection assemblies (30, 32) each consisting of a light transmitter (40, 40) and a detector (48, 50) disposed on either side of the tube. The emitted light is pulsed at distinct frequencies F1 and F2. The collected signals are filtered and treated (56 to 64). The difference (68) between the two treated signals is calculated. If the difference exceeds a predefined threshold, then an air bubble exists in the tube.

Description

DISPOSITIF DE DETECTION DE BULLES DANS UN LIQUIDE EN ECOULEMENT DANS UNE CONDUITEDEVICE FOR DETECTING BUBBLES IN A FLOW IN A PIPELINE
La présente invention a pour objet un dispositif de détection de bulles dans un liquide en écoulement dans une conduite.The present invention relates to a device for detecting bubbles in a liquid flowing in a pipe.
De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif pour détecter la présence accidentelle de bulles dans un liquide translucide en écoulement dans une conduite elle-même translucide.More specifically, the invention relates to a device for detecting the accidental presence of bubbles in a translucent liquid flowing in a pipe which is itself translucent.
Il existe un certain nombre de cas où il est important de s'assurer qu'un liquide translucide circulant dans une conduite elle-même translucide n'entraîne pas de façon accidentelle des bulles, notamment des bulles d'air. C'est en particulier le cas dans le domaine médical des conduites qui servent à amener le liquide de perfusion ou autre pour un malade. Dans certaines circonstances, ce liquide est acheminé vers l'aiguille de perfusion dans une conduite non pas par un simple effet de gravité mais à l'aide d'une pompe, par exemple d'une pompe à galets. Une telle disposition permet de contrôler de manière beaucoup plus précise le débit d'injection du liquide. Dans le cas d'une pompe et quelle que soit sa précision de fonctionnement et l'étanchéité qu'elle présente, il peut toujours se trouver une quantité d'air inadmissible dans le liquide provenant d'une introduction accidentelle d'air dans le réservoir, d'une trop grande quantité d'air dissous dans le liquide ou éventuellement d'un effet de cavitation accidentelle provoquant l'entraînement de bulles d'air avec le liquide en circulation. On comprend bien sûr qu'une telle situation est totalement inacceptable et qu'il est particulièrement important de pouvoir détecter en permanence une éventuelle apparition de bulles d'air dans la conduite, notamment à la sortie de la pompe lorsqu'un tel dispositif est prévu, afin de pouvoir interrompre l'arrivée de liquide.There are a number of cases where it is important to ensure that a translucent liquid flowing in a pipe which is itself translucent does not accidentally cause bubbles, in particular air bubbles. This is particularly the case in the medical field of the pipes which are used to supply the perfusion or other liquid for a patient. In certain circumstances, this liquid is conveyed to the infusion needle in a pipe not by a simple effect of gravity but by means of a pump, for example a roller pump. Such an arrangement makes it possible to control the injection rate of the liquid much more precisely. In the case of a pump and whatever its operating precision and the tightness it presents, there can always be an inadmissible amount of air in the liquid resulting from an accidental introduction of air into the tank , too much air dissolved in the liquid or possibly an accidental cavitation effect causing the entrainment of air bubbles with the circulating liquid. We understand of course that such a situation is completely unacceptable and that it is particularly important to be able to constantly detect any appearance of air bubbles in the pipe, especially at the outlet of the pump when such a device is provided. , in order to be able to interrupt the arrival of liquid.
On comprend également que la nature du liquide véhiculé peut varier d'un cas d'intervention à un autre et notamment sa transparence et qu'il est souhaitable que le dispositif s'adapte aux différents types de liquide susceptibles d'être mis en circulation dans la conduite. Compte tenu du fait qu'il est, dans le domaine médical, particulièrement important de détecter l'apparition d'une bulle dans le liquide, on comprend qu'il est souhaitable d'avoir de plus un contrôle permanent du bon fonctionnement du dispositif de détection lui-même. On comprend également que le système d'alimentation et plus particulièrement la conduite de mise en circulation du liquide peut se présenter dans des environnements différents. Il est bien sûr indispensable que le dispositif de détection puisse fonctionner de façon satisfaisante quelle que soit l'environnement rencontré.It is also understood that the nature of the liquid conveyed can vary from one intervention case to another and in particular its transparency and that it is desirable for the device to adapt to the different types of liquid capable of being circulated in the driving. Given the fact that it is particularly important in the medical field to detect the appearance of a bubble in the liquid, it is understood that it is desirable to have in addition a permanent control of the proper functioning of the detection device itself. It is also understood that the supply system and more particularly the pipe for circulating the liquid may be present in different environments. It is of course essential that the detection device can function satisfactorily whatever the environment encountered.
Un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de détection de la présence de bulles dans un liquide en circulation dans une conduite, notamment pour les applications médicales, qui assure une détection très précise et sûre de la présence accidentelle de cette bulle, qui, notamment, évite des déclenchements intempestifs qui seraient défavorables pour le traitement du patient et qui, de plus, permette un fonctionnement optimal de la détection quel que soit le liquide qui circule dans la conduite et notamment quelle que soit sa transparence.An object of the present invention is to provide a device for detecting the presence of bubbles in a liquid circulating in a pipe, in particular for medical applications, which ensures very precise and reliable detection of the accidental presence of this bubble, which , in particular, avoids untimely triggers which would be unfavorable for the treatment of the patient and which, moreover, allows optimal functioning of the detection whatever the liquid circulating in the pipe and in particular whatever its transparency.
Pour atteindre ce but, le dispositif de détection de bulles dans un liquide en écoulement dans une conduite se caractérise en ce qu'il comprend : un premier émetteur lumineux disposé d'un premier côté de la conduite, un premier détecteur lumineux disposé de l'autre côté de la conduite en regard du premier émetteur pour recevoir la portion du faisceau lumineux émise par le premier émetteur ayant traversé ladite conduite et le liquide, des premiers moyens d'alimentation du premier émetteur pour que celui-ci émette un faisceau lumineux puisé avec une première fréquence ; des premiers moyens de traitement du signal délivré par le premier détecteur comprenant au moins un filtre passe-haut et/ou un filtre passe-bande centré sur ladite première fréquence, et des moyens pour convertir le signal traité par les filtres en un premier signal continu ayant une amplitude proportionnelle à l'amplitude du premier signal puisé ; des moyens pour élaborer un signal de référence correspondant à la circulation du liquide dans la conduite en l'absence de bulles ; des moyens pour comparer périodiquement le signal de référence au premier signal continu ; et des moyens pour élaborer un signal d'alarme en réponse à ladite comparaison ; et des moyens d'auto-calibrage initial comprenant des moyens pour comparer, lorsque le liquide, exempt de bulles, circule dans la conduite, le signal délivré par ledit premier détecteur à un signal de consigne, des moyens pour commander lesdits premiers moyens d'alimentation dudit premier émetteur jusqu'à ce que ledit signal délivré soit égal audit signal de consigne ou que l'alimentation dudit premier émetteur atteigne un niveau maximum admissible et des moyens pour commander lesdits moyens d'alimentation, en utilisation normale, en fonction des résultats dudit auto-calibrage initial. On voit que, grâce à l'utilisation d'un émetteur lumineux puisé ayant une fréquence bien déterminée, il est possible de s'affranchir des conditions ambiantes d'éclairement, notamment du niveau lumineux ambiant et des phénomènes lumineux parasites tels que les différentes sources lumineuses présentes dans l'environnement de la conduite. On comprend également que, grâce à l'utilisation de ce faisceau lumineux puisé, il est possible de vérifier en permanence le fonctionnement effectif du dispositif de détection. En outre, on voit que le signal de référence pouvant être adapté aux conditions particulières définies par le liquide en circulation et la canalisation, le dispositif peut s'adapter aux différents liquides à mettre en circulation. Enfin, grâce aux moyens d'auto-calibrage initial, le dispositif de détection fonctionne automatiquement dans des conditions optimales de détection quelle que soit la transparence du liquide.To achieve this goal, the device for detecting bubbles in a liquid flowing in a pipe is characterized in that it comprises: a first light emitter arranged on a first side of the pipe, a first light detector arranged on the other side of the pipe opposite the first emitter to receive the portion of the light beam emitted by the first emitter having passed through said pipe and the liquid, first means for supplying the first emitter so that the latter emits a pulsed light beam with a first frequency; first means for processing the signal delivered by the first detector comprising at least one high-pass filter and / or a band-pass filter centered on said first frequency, and means for converting the signal processed by the filters into a first continuous signal having an amplitude proportional to the amplitude of the first pulsed signal; means for developing a reference signal corresponding to the circulation of the liquid in the pipe in the absence of bubbles; means for periodically comparing the reference signal with the first continuous signal; and means for generating an alarm signal in response to said comparison; and initial self-calibration means comprising means for comparing, when the bubble-free liquid circulates in the pipe, the signal delivered by said first detector to a setpoint signal, means for controlling said first supply means said first transmitter until said delivered signal is equal to said setpoint signal or that the supply of said first transmitter reaches a maximum admissible level and means for controlling said supply means, in normal use, according to the results of said initial self-calibration. It can be seen that, thanks to the use of a pulsed light emitter having a well-determined frequency, it is possible to overcome the ambient lighting conditions, in particular the ambient light level and parasitic light phenomena such as the different sources. in the driving environment. It is also understood that, thanks to the use of this pulsed light beam, it is possible to constantly check the effective operation of the detection device. In addition, it can be seen that the reference signal being able to be adapted to the particular conditions defined by the circulating liquid and the pipeline, the device can adapt to the various liquids to be circulated. Finally, thanks to the initial self-calibration means, the detection device operates automatically under optimal detection conditions whatever the transparency of the liquid.
Selon un mode préféré de réalisation, les moyens d'élaboration du signal de référence comprennent un deuxième émetteur lumineux disposé d'un deuxième côté de la conduite ; un deuxième détecteur lumineux disposé d'un premier côté de la conduite en regard du deuxième émetteur pour recevoir la portion du faisceau lumineux émis par ledit deuxième émetteur ayant traversé ladite conduite et ledit liquide ; des deuxièmes moyens d'alimentation du deuxième émetteur pour que celui-ci émette un faisceau lumineux puisé avec une deuxième fréquence ; des deuxièmes moyens de traitement du signal délivré par le deuxième détecteur comprenant un filtre passe-haut et/ou un filtre passe-bande centré sur ladite deuxième fréquence et des moyens pour convertir le signal traité par lesdits filtres en un deuxième signal continu ayant une amplitude proportionnelle à l'amplitude du deuxième signal puisé, le deuxième signal constituant ledit signal de référence, en outre lesdits moyens d'auto-calibrage initial étant aptes à réaliser l'auto-calibrage de l'ensemble constitué par lesdits deuxièmes moyens d'alimentation, ledit deuxième émetteur et ledit deuxième récepteur.According to a preferred embodiment, the means for developing the reference signal comprise a second light emitter disposed on a second side of the pipe; a second light detector disposed on a first side of the pipe opposite the second emitter to receive the portion of the light beam emitted by said second emitter having passed through said pipe and said liquid; second means for supplying the second transmitter so that the latter emits a pulsed light beam with a second frequency; second means for processing the signal delivered by the second detector comprising a high-pass filter and / or a band-pass filter centered on said second frequency and means for converting the signal processed by said filters into a second continuous signal having an amplitude proportional to the amplitude of the second pulsed signal, the second signal constituting said reference signal, furthermore said initial self-calibration means being able to carry out self-calibration of the assembly constituted by said second supply means, said second transmitter and said second receiver.
On voit que, dans ce mode préféré de mise en oeuvre, on a deux chaînes de détection montées en parallèle dont on compare les résultats. C'est la différence entre les mesures fournies par ces deux chaînes de mesure qui permet de détecter l'éventuelle présence d'une bulle au niveau d'un des deux détecteurs. Il en résulte que le signal de référence est en permanence adapté aux conditions dans lesquelles le signal de mesure est obtenu. Cette disposition permet en outre un auto-calibrage du dispositif de détection puisqu'il suffit dans une phase initiale de régler une ou les deux chaînes de mesure de telle manière qu'elles délivrent toutes les deux le même niveau de signal. On a alors obtenu un signal de référence.It can be seen that, in this preferred embodiment, there are two detection chains connected in parallel, the results of which are compared. It is the difference between the measurements provided by these two measurement chains which makes it possible to detect the possible presence of a bubble at one of the two detectors. As a result, the reference signal is constantly adapted to the conditions under which the measurement signal is obtained. This arrangement also allows self-calibration of the detection device since it suffices in an initial phase to adjust one or both measurement chains so that they both deliver the same signal level. A reference signal was then obtained.
De préférence, les deux fréquences sont distinctes et comprises entre 120 et quelques MHz, ce qui permet de faciliter le filtrage des signaux. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est une vue de dessus d'une pompe à galets pour illustrer un exemple d'utilisation du dispositif de détection ;Preferably, the two frequencies are distinct and between 120 and a few MHz, which facilitates filtering of the signals. Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the following description of several embodiments of the invention given by way of nonlimiting examples. The description refers to the appended figures in which: - Figure 1 is a top view of a roller pump to illustrate an example of use of the detection device;
- la figure 2 est un schéma simplifié du circuit électrique et électronique du dispositif de détection ;- Figure 2 is a simplified diagram of the electrical and electronic circuit of the detection device;
- la figure 3 montre de façon schématique l'implantation d'un ensemble émetteur/détecteur lumineux ;- Figure 3 shows schematically the layout of a light transmitter / detector assembly;
- les figures 4a et 4b montrent l'effet de la présence d'une bulle sur la réception du faisceau lumineux ;- Figures 4a and 4b show the effect of the presence of a bubble on the reception of the light beam;
- les figures 5a et 5b sont des diagrammes montrant des formes de faisceau lumineux puisé utilisable ; - les figures 6a à 6c sont des diagrammes montrant les signaux électriques apparaissant en différents points du circuit de la figure 2 ; et - la figure 7 montre un exemple de réalisation du circuit d'auto- calibrage initial.- Figures 5a and 5b are diagrams showing shapes of usable pulsed light beam; - Figures 6a to 6c are diagrams showing the electrical signals appearing at different points in the circuit of Figure 2; and - Figure 7 shows an exemplary embodiment of the initial self-calibration circuit.
En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire un exemple d'utilisation et d'implantation du dispositif de détection de bulles. Sur cette figure, on a représenté une partie d'une pompe à galets 10. La pompe en elle-même connue comporte un boîtier 12 dans lequel est ménagé une cavité cylindrique 14. A l'intérieur de la cavité cylindrique 14, on trouve trois galets cylindriques 16, 18 et 20 qui peuvent globalement être entraînés en rotation autour d'un axe 22. A l'intérieur de la cavité 14 est monté un tube déformable 24 disposé entre la paroi de la cavité et l'ensemble des galets 16 à 20. Les extrémités de ce tube sont raccordées à deux éléments de conduite, respectivement d'entrée 26 et de sortie 28. On comprend que la rotation des galets provoque un pincement localisé du tube flexible, ce qui assure l'entraînement du liquide depuis la conduite d'arrivée 26 jusqu'à la conduite de sortie 28.Referring first to Figure 1, we will describe an example of use and installation of the bubble detection device. In this figure, a part of a roller pump 10 has been shown. The pump itself known includes a housing 12 in which is formed a cylindrical cavity 14. Inside the cylindrical cavity 14, there are three cylindrical rollers 16, 18 and 20 which can be generally rotated about an axis 22. Inside the cavity 14 is mounted a deformable tube 24 disposed between the wall of the cavity and all of the rollers 16 to 20. The ends of this tube are connected to two pipe elements, respectively inlet 26 and outlet 28. It is understood that the rotation of the rollers causes a localized pinching of the flexible tube, which ensures the entrainment of the liquid from the inlet line 26 to outlet line 28.
Le dispositif de détection comporte un premier ensemble de détection optique 30 monté sur la canalisation d'arrivée 26 et un deuxième ensemble de détection optique 32 monté sur la canalisation de sortie 28. Chaque ensemble de détection est constitué par un émetteur lumineux Ll, L2 disposé d'un côté des conduites 26, 28 et d'un détecteur lumineux PI, P2 monté de l'autre côté de la conduite en regard de l'émetteur correspondant. L'axe optique de chaque ensemble de détection XI, X2 est en même temps un diamètre de la conduite. Pour éviter autant que faire se peut les interférences entre les deux systèmes de détection, on voit que les axes XI et X2 sont décalés selon la longueur des conduites et que les émetteurs lumineux Ll et L2 émettent chacun un faisceau lumineux vers l'extérieur du corps de la pompe. En d'autres termes les faisceaux lumineux sont émis dans des directions opposées. En se référant maintenant à la figure 2, on va décrire l'ensemble des circuits du dispositif de détection de bulles. Sur cette figure, on a fait apparaître les émetteurs lumineux Ll et L2 et les détecteurs ou récepteurs lumineux PI et P2. Les émetteurs lumineux sont par exemple constitués chacun par une diode électroluminescente 40, 40' émettant dans l'infrarouge montée entre une source d'alimentation électrique dont on a seulement représenté les bornes 42 et respectivement 44 et la masse M, dans le cas de la diode 40 par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation 44 et dans le cas de la diode 40' par l'intermédiaire d'une résistance variable 46. En regard des émetteurs Ll, L2 on a représenté les détecteurs PI et P2 qui sont par exemple constitués par des diodes photodétectrices ou des transistors photo détecteurs. Sur la figure, on a représenté des photodiodes 48 et 50. Les résistances RI et R2 permettent de convertir le courant créé par l'effet photoélectrique dans les photodiodes en une tension apparaissant respectivement sur les conducteurs 52 et 54. Les conducteurs 52 et 54 sont respectivement reliés aux entrées des filtres passe-haut 56 et 58 dont la fréquence de coupure est par exemple égale à 500 Hz. Les sorties des filtres 56, 58 sont respectivement reliées aux entrées des filtres passe-bande 60 et 62. Les sorties des filtres passe-bande 60 et 62 sont reliées aux entrées de détecteurs, respectivement référencés 64 et 66. Les sorties des détecteurs 64 et 66 sont reliées aux entrées d'un circuit comparateur 68, la sortie 68a de ce dernier étant reliée à l'entrée 70a du microprocesseur 70.The detection device comprises a first optical detection assembly 30 mounted on the inlet pipe 26 and a second optical detection assembly 32 mounted on the outlet pipe 28. Each detection assembly consists of a light emitter L1, L2 disposed on one side of the pipes 26, 28 and of a light detector PI, P2 mounted on the other side of the pipe opposite the corresponding transmitter. The optical axis of each detection assembly XI, X2 is at the same time a diameter of the pipe. To avoid as much as possible the interference between the two detection systems, we see that the axes XI and X2 are offset according to the length of the pipes and that the light emitters Ll and L2 each emit a light beam towards the outside of the body of the pump. In other words, the light beams are emitted in opposite directions. Referring now to Figure 2, we will describe all the circuits of the bubble detection device. This figure shows the light emitters L1 and L2 and the light detectors or receivers PI and P2. The light emitters are for example each constituted by a light-emitting diode 40, 40 ′ emitting in the infrared mounted between a power supply source of which only the terminals 42 and 44 have been shown and the mass M, in the case of the diode 40 via a bias resistor 44 and in the case of the diode 40 'via a variable resistor 46. With regard to the emitters L1, L2 we have depicted the detectors PI and P2 which are for example constituted by photodetector diodes or photodetector transistors. In the figure, photodiodes 48 and 50 are shown. The resistors RI and R2 make it possible to convert the current created by the photoelectric effect in the photodiodes into a voltage appearing respectively on the conductors 52 and 54. The conductors 52 and 54 are respectively connected to the inputs of the high-pass filters 56 and 58 whose cut-off frequency is for example equal to 500 Hz. The outputs of the filters 56, 58 are respectively connected to the inputs of the band-pass filters 60 and 62. The outputs of the filters bandpass 60 and 62 are connected to the inputs of detectors, respectively referenced 64 and 66. The outputs of detectors 64 and 66 are connected to the inputs of a comparator circuit 68, the output 68a of the latter being connected to the input 70a of microprocessor 70.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les diodes émettrices 40 et 40' comportent une alimentation électrique 42, 44 puisée..Les diagrammes des figures 5a et 5b illustrent des signaux de commande et d'alimentation possible pour ces diodes. La diode 40 est alimentée avec une tension de fréquence FI et la diode 40' avec une tension de fréquence F2. Par exemple, la fréquence FI est égale à 1 kHz et la fréquence F2 est égale à 2 kHz. Dans l'exemple considéré, on voit également que la largeur des impulsions du signal de fréquence FI est le double de celle des impulsions de fréquence F2. On a ainsi globalement la même énergie dans les deux signaux. Les fréquences FI et F2 sont choisies de telle manière qu'elles soient nettement au-dessus des fréquences parasites qui peuvent se trouver dans l'environnement du détecteur, c'est-à-dire typiquement celle pouvant provenir de sources lumineuses telles que des ampoules, etc. Pour cela les fréquences FI et F2 sont choisies supérieures à 120 Hz. Il est également souhaitable que ces deux fréquences soient nettement différentes afin de pouvoir dissocier le signal utile reçu par chaque détecteur du signal "parasite" qui doit être reçu par l'autre détecteur. On ne sortirait cependant pas de l'invention si les deux fréquences étaient égales. On comprend également que, en plus des avantages qui seront soulignés ultérieurement, l'alimentation puisée permet de diminuer la consommation d'énergie électrique et dont d'augmenter l'autonomie du système dans l'hypothèse d'une alimentation par batterie. Plus généralement, on choisira de préférence des fréquences sensiblement supérieures à 120 Hz, par exemple supérieure à 500 Hz afin de faciliter le filtrage. Il n'y a pas de limite supérieure pour ces fréquences. Pour des raisons d'économie, on pourra se limiter à quelques MHz, par exemple 5 MHz. Si l'on revient maintenant au schéma de la figure 2, on comprend que les signaux lumineux de fréquence FI et F2 émis par les diodes 40 et 40' sont détectés par les photodiodes 48 et 50 et convertis en grandeurs électriques. On comprend bien sûr que ces photodiodes recueillent non seulement la partie du signal lumineux utile émis respectivement par les diodes 40 et 40' mais également les signaux lumineux parasites de l'environnement du détecteur. Plus précisément, les photo-détecteurs 48 et 50 recueillent comme signal utile la partie du signal lumineux émis par les diodes qui a traversé les conduites 26 et 28 ainsi que le liquide qui circule dans celles-ci. En d'autres termes, la fréquence et le rapport cyclique des signaux utiles recueillis par les photo-détecteurs ne sont pas modifiés mais l'amplitude des signaux recueillis est modulée par la fonction de transfert lumineux de l'ensemble constitué par la conduite et le liquide.According to an essential characteristic of the invention, the emitting diodes 40 and 40 ′ have a pulsed electrical supply 42, 44. The diagrams in FIGS. 5a and 5b illustrate control and supply signals possible for these diodes. The diode 40 is supplied with a frequency voltage FI and the diode 40 'with a frequency voltage F2. For example, the frequency FI is equal to 1 kHz and the frequency F2 is equal to 2 kHz. In the example considered, it can also be seen that the width of the pulses of the frequency signal FI is twice that of the pulses of frequency F2. There is thus generally the same energy in the two signals. The frequencies FI and F2 are chosen in such a way that they are clearly above the parasitic frequencies which can be found in the environment of the detector, that is to say typically that which can come from light sources such as bulbs , etc. For this, the frequencies FI and F2 are chosen to be greater than 120 Hz. It is also desirable that these two frequencies are clearly different in order to be able to dissociate the useful signal received by each detector from the "parasitic" signal which must be received by the other detector . We would not, however, depart from the invention if the two frequencies were equal. It is also understood that, in addition to the advantages which will be emphasized later, the pulsed supply makes it possible to reduce the consumption of electrical energy and of which to increase the autonomy of the system in the hypothesis of a battery supply. More generally, it is preferable to choose frequencies substantially greater than 120 Hz, for example greater than 500 Hz in order to facilitate filtering. There is no upper limit for these frequencies. For reasons of economy, we can limit ourselves to a few MHz, for example 5 MHz. Returning now to the diagram in FIG. 2, it will be understood that the light signals of frequency FI and F2 emitted by the diodes 40 and 40 'are detected by the photodiodes 48 and 50 and converted into electrical quantities. It will of course be understood that these photodiodes collect not only the part of the useful light signal emitted respectively by the diodes 40 and 40 ′ but also the parasitic light signals from the environment of the detector. More specifically, the photo-detectors 48 and 50 collect as useful signal the part of the light signal emitted by the diodes which has passed through the conduits 26 and 28 as well as the liquid which circulates therein. In other words, the frequency and the duty cycle of the useful signals collected by the photo-detectors are not modified but the amplitude of the signals collected is modulated by the light transfer function of the assembly constituted by the driving and the liquid.
La figure 6a montre une forme de signal SI que l'on recueille à la sortie des photo-détecteurs PI ou P2. Ce signal est par exemple constitué par la superposition d'une composante continue A corres¬ pondant au niveau lumineux ambiant, une composante alternative B correspondant à des sources lumineuses parasites dont la fréquence peut être typiquement de l'ordre de 100 ou de 120 Hz et le signal puisé recueilli de fréquence FI ou F2 dont l'amplitude a été modulée par la fonction de transfert lumineuse du système constitué par la conduite et le liquide. A la sortie des filtres respectivement passe-haut 58, 56 et passe-bande 62, 60, on obtient le signal filtré S2 représenté sur la figure 6b. Il s'agit d'un signal alternatif dont la fréquence est égale à FI et dont l'amplitude représente la mesure recherchée. On comprend aisément que les filtres passe-haut 56 et 58 éliminent la composante continue A du signal et les composantes parasites B de basse fréquence, typiquement inférieures à 120 Hz, de préférence inférieures à 500 Hz, alors que les filtres passe-bande 60 ou 62, centrés respectivement sur les fréquences FI et F2, permettent d'éliminer des harmoniques des signaux parasites qui pourraient exister dans le signal recueilli et dont les fréquences seraient supérieures à la fréquence de coupure du filtre passe-bande. On pourrait simplifier le circuit en n'utilisant qu'un seul des deux filtres. De même le filtre passe-bande pourrait être remplacé par un détecteur synchrone calé respectivement sur la fréquence FI ou la fréquence F2. Le signal ainsi filtré est traité par le détecteur 64 ou 66 qui a pour fonction de délivrer une tension continue dont l'amplitude est représentative des amplitudes des impulsions du signal puisé. En d'autres termes, l'amplitude du signal S3 (figure 6c) est représentative de la lumière effectivement reçue par le détecteur P2 ou par le détecteur PI et émise par l'émetteur correspondant. Le comparateur 68 délivre donc sur sa sortie 68a un signal qui est égal à la différence entre les signaux recueillis par les détecteurs 48 et 50. Les signaux S2 et S3 montrent la présence d'une bulle.FIG. 6a shows a form of signal SI which is collected at the output of the photo-detectors PI or P2. This signal is for example constituted by the superposition of a DC component A corresponding to the ambient light level, an AC component B corresponding to parasitic light sources whose frequency can typically be of the order of 100 or 120 Hz and the collected pulsed signal of frequency FI or F2, the amplitude of which has been modulated by the light transfer function of the system constituted by the pipe and the liquid. At the output of the high pass filters 58, 56 and bandpass 62, 60 respectively, the filtered signal S2 shown in FIG. 6b is obtained. It is an alternating signal whose frequency is equal to FI and whose amplitude represents the measurement sought. It is easily understood that the high-pass filters 56 and 58 eliminate the DC component A of the signal and the parasitic components B of low frequency, typically less than 120 Hz, preferably less than 500 Hz, while the band-pass filters 60 or 62, centered respectively on the frequencies FI and F2, make it possible to eliminate harmonics of the parasitic signals which could exist in the collected signal and whose frequencies would be higher than the cut-off frequency of the bandpass filter. We could simplify the circuit by using only one of the two filters. Similarly, the bandpass filter could be replaced by a synchronous detector calibrated respectively on the frequency IF or the frequency F2. The signal thus filtered is processed by the detector 64 or 66 which has the function of delivering a DC voltage whose amplitude is representative of the amplitudes of the pulses of the pulsed signal. In other words, the amplitude of the signal S3 (FIG. 6c) is representative of the light actually received by the detector P2 or by the detector PI and emitted by the corresponding transmitter. The comparator 68 therefore delivers on its output 68a a signal which is equal to the difference between the signals collected by the detectors 48 and 50. The signals S2 and S3 show the presence of a bubble.
Comme on l'a déjà expliqué, chaque chaîne de mesure, dans le cas où il y en a effectivement deux, ou bien la chaîne de mesure, dans le cas où il n'y en a qu'une, est équipée d'un circuit d'auto-calibrage initial permettant de définir le niveau d'alimentation électrique de l'émetteur lumineux afin d'obtenir des conditions optimales de détection quelle que soit la transparence du liquide.As already explained, each measurement chain, if there are actually two, or the measurement chain, if there is only one, is equipped with a initial self-calibration circuit allowing the power supply level of the light emitter to be defined in order to obtain optimal detection conditions whatever the transparency of the liquid.
La figure 7 illustre un tel circuit. Il comprend un comparateur 80 qui reçoit sur les deux entrées respectivement le signal de mesure S délivré par le détecteur 66 et un signal de consigne C correspondant au niveau optimal de détection en l'absence de bulle.Figure 7 illustrates such a circuit. It includes a comparator 80 which receives on the two inputs respectively the measurement signal S delivered by the detector 66 and a reference signal C corresponding to the optimal level of detection in the absence of bubble.
L'écart E entre ces deux signaux est appliqué à un circuit 82 de détection de zéro dont la sortie est reliée à l'entrée 70e du microprocesseur 70.The difference E between these two signals is applied to a zero detection circuit 82 whose output is connected to the input 70e of the microprocessor 70.
En fonction du signal reçu sur l'entrée 70e converti en une valeur numérique, la sortie 70f du microprocesseur élabore un signal numérique ou analogique de commande du circuit d'alimentation 84 de l'émetteur L2 dans un sens qui tend à annuler l'écart E. Lorsque l'écart devient nul, le détecteur de zéro 82 délivre un signal vers le microprocesseur qui maintient à une valeur constante le signal de commande de l'alimentation 84. Cette valeur de signal de commande est stockée dans la mémoire 86 du microprocesseur et le circuit d'auto- calibrage initial est désactivé.Depending on the signal received on the input 70e converted into a digital value, the output 70f of the microprocessor generates a digital or analog signal for controlling the supply circuit 84 of the transmitter L2 in a direction which tends to cancel the deviation E. When the deviation becomes zero, the zero detector 82 delivers a signal to the microprocessor which maintains the supply control signal 84 at a constant value. This control signal value is stored in the memory 86 of the microprocessor and the initial self-calibration circuit is deactivated.
Si le liquide est très peu transparent, l'écart E ne peut être annulé. Dans ce cas, l'augmentation du courant d'alimentation de l'émetteur L2 est arrêtée lorsque ce courant atteint sa valeur maximale admissible pour l'émetteur. Si le signal de mesure S correspondant à cette valeur est supérieur, par exemple, à c/4 la mesure sera admise et l'on utilisera, durant la mesure, cette valeur maximale du courant d'alimentation. Dans le cas contraire, l'appareil ne pourra fonctionner.If the liquid is not very transparent, the gap E cannot be canceled. In this case, the increase in the supply current of the transmitter L2 is stopped when this current reaches its maximum admissible value for the transmitter. If the measurement signal S corresponding to this value is greater, for example, than c / 4, the measurement will be accepted and this maximum value of the supply current will be used during the measurement. Otherwise, the device will not work.
Sur la figure 7, on a représenté sous forme de composants discrets, le comparateur 80 et le détecteur de zéro 82. Il va cependant de soi que le microprocesseur 70 pourrait mettre en oeuvre un sous- programme réalisant les deux fonctions de comparaison et de détection de zéro.In FIG. 7, the comparator 80 and the zero detector 82 are shown in the form of discrete components. It goes without saying, however, that the microprocessor 70 could implement a subroutine performing the two comparison and detection functions. from zero.
Dans la conduite d'alimentation 26, on peut admettre qu'il n'y a pas, à priori, de bulle et le signal délivré par le détecteur 64 constitue un signal de référence. Lorsqu'il n'y a pas de bulle dans la conduite 28 le signal délivré par le détecteur 66 est égal au signal de référence en raison du calibrage initial qui sera décrit ultérieurement. Un signal nul ou très faible est reçu à l'entrée 70a du microprocesseur. Au contraire, si une bulle passe dans la conduite 28, le signal délivré par le détecteur 66 est très sensiblement inférieur. Pour amplifier ce phénomène, il y a intérêt à rendre maximale la différence de transmission optique à travers la conduite selon qu'une bulle y est présente ou non. Pour cela, de préférence, comme le montrent les figures 4a et 4b, l'émetteur Ll, L2 et le détecteur PI, P2 sont munis de systèmes optiques 72, 74, constitués par des lentilles, qui sont définis de telle manière que, lorsque le liquide est présent dans la conduite 28, la plus grande partie du faisceau lumineux traverse la conduite et est focalisée sur la surface sensible 76 de la photodiode PI, alors que dans le cas (Fig. 4b) où une bulle circule dans la conduite 28, le faisceau lumineux diverge et une plus faible partie du faisceau est reçue par la surface sensible du détecteur PI. En variante, on pourrait utiliser des systèmes optiques produisant l'effet inverse, c'est-à-dire une augmentation de l'énergie optique transmise lorsqu'une bulle est présente dans la conduite.In the supply line 26, it can be assumed that there is no a priori bubble and the signal delivered by the detector 64 constitutes a reference signal. When there is no bubble in the pipe 28, the signal delivered by the detector 66 is equal to the reference signal due to the initial calibration which will be described later. A zero or very weak signal is received at input 70a of the microprocessor. On the contrary, if a bubble passes through the pipe 28, the signal delivered by the detector 66 is very significantly lower. To amplify this phenomenon, it is advantageous to maximize the difference in optical transmission through the pipe depending on whether a bubble is present or not. For this, preferably, as shown in FIGS. 4a and 4b, the transmitter Ll, L2 and the detector PI, P2 are provided with optical systems 72, 74, constituted by lenses, which are defined in such a way that, when the liquid is present in the pipe 28, most of the light beam crosses the pipe and is focused on the sensitive surface 76 of the photodiode PI, whereas in the case (Fig. 4b) where a bubble circulates in the pipe 28 , the light beam diverges and a smaller part of the beam is received by the sensitive surface of the PI detector. In alternatively, optical systems producing the opposite effect could be used, that is to say an increase in the optical energy transmitted when a bubble is present in the pipe.
Le fonctionnement du dispositif qui a été décrit ci-dessus est le suivant.The operation of the device which has been described above is as follows.
Dans une première phase, on réalise un calibrage initial du dispositif de détection pour équilibrer les deux chaînes de mesure. Pour cela le microprocesseur 70 met en oeuvre un premier programme. La différence des signaux continus reçue sur l'entrée 70a du microprocesseur est convertie en une valeur numérique par un ensemble de conversion analogique-numérique 72. Cette différence est convertie en un signal de commande R délivré par la sortie 70b du microprocesseur qui est converti en un signal analogique servant à modifier la valeur de la résistance de polarisation 46 de la diode 40'. On réalise ainsi un asservissement qui modifie la valeur de la résistance 46 jusqu'à ce que le signal appliqué à l'entrée 70a soit nul. Le dispositif de détection est alors calibré et le dispositif est prêt à fonctionner, la valeur de la résistance 46 étant maintenue constante. Il va de soi que le calibrage pourrait être obtenu en agissant sur les paramètres de fonctionnement de la diode 40, sur les paramètres de fonctionnement des photo-détecteurs 48 ou 50 ou sur les paramètres d'une combinaison de ces composants.In a first phase, an initial calibration of the detection device is carried out to balance the two measurement chains. For this, the microprocessor 70 implements a first program. The difference of the continuous signals received on the input 70a of the microprocessor is converted into a digital value by an analog-digital conversion assembly 72. This difference is converted into a control signal R delivered by the output 70b of the microprocessor which is converted into an analog signal used to modify the value of the bias resistor 46 of the diode 40 '. This produces a servo which modifies the value of the resistor 46 until the signal applied to the input 70a is zero. The detection device is then calibrated and the device is ready to operate, the value of the resistor 46 being kept constant. It goes without saying that the calibration could be obtained by acting on the operating parameters of the diode 40, on the operating parameters of the photo-detectors 48 or 50 or on the parameters of a combination of these components.
On procède ensuite à I'auto-calibrage initial décrit en liaison avec la figure 7. Dans sa phase de fonctionnement normal, le microprocesseur 70 met en oeuvre un deuxième programme. La différence des signaux continus délivrée par la sortie 68a du comparateur est convertie en une valeur numérique qui est comparée à un seuil inférieur. Si la valeur de la différence est inférieure à ce seuil, cela signifie qu'aucune bulle ne traverse la conduite 28 puisque les deux signaux continus sont sensiblement égaux. Au contraire, si la différence est supérieure à ce seuil, cela signifie qu'une bulle est présente dans la conduite 28 du fait de la modification du système optique constitué par la conduite et son contenu. La comparaison est effectuée périodiquement, par exemple toutes les 5 millisecondes. Si pour un nombre prédéterminé de comparaisons successives, la différence est supérieure au seuil inférieur, c'est qu'une bulle est effectivement présente dans la conduite 28. Le microprocesseur 70 est de préférence programmé pour ne déclencher une alarme 80 qui entraîne l'arrêt immédiat de la pompe 10 que si la quantité d'air entraînée devient importante. Par exemple, le microprocesseur peut être programmé pour ne déclencher l'alarme que si un nombre prédéterminé de différences successives est supérieur au seuil. L'alarme peut également n'être déclenchée que si pendant un intervalle de temps prédéterminé, par exemple 15 minutes, le nombre de mesures détectant la présence d'air est supérieur à un nombre prédéterminé. Ce nombre peut être déterminé pour qu'il corresponde à un volume d'air circulant dans la conduite pendant cet intervalle de temps. De nombreux autres types de programmation de déclenchement d'alarme pourraient être envisagés. Le but de cette procédure est d'éviter un arrêt de la pompe dû à la présence dans la conduite d'une quantité d'air, ou d'une teneur en air, non significative pour le patient.Next, the initial self-calibration described in connection with FIG. 7 is carried out. In its normal operating phase, the microprocessor 70 implements a second program. The difference of the continuous signals delivered by the output 68a of the comparator is converted into a digital value which is compared with a lower threshold. If the value of the difference is less than this threshold, this means that no bubble crosses the pipe 28 since the two continuous signals are substantially equal. On the contrary, if the difference is greater than this threshold, this means that a bubble is present in the pipe 28 due to the modification of the optical system constituted by the pipe and its content. The comparison is carried out periodically, for example every 5 milliseconds. If for a predetermined number of successive comparisons, the difference is greater than the lower threshold, it is that a bubble is effectively present in the pipe 28. The microprocessor 70 is preferably programmed to trigger an alarm 80 which causes the immediate stop of the pump 10 only if the quantity of entrained air becomes significant. For example, the microprocessor can be programmed to trigger the alarm only if a predetermined number of successive differences is greater than the threshold. The alarm can also only be triggered if during a predetermined time interval, for example 15 minutes, the number of measurements detecting the presence of air is greater than a predetermined number. This number can be determined so that it corresponds to a volume of air circulating in the pipe during this time interval. Many other types of alarm trigger programming could be considered. The purpose of this procedure is to avoid stopping the pump due to the presence in the pipe of an amount of air, or an air content, which is not significant for the patient.
Comme le montre la figure 2, le dispositif de détection comporte en outre des moyens pour tester en permanence son bon fonctionnement ou plus précisément celui des ensembles de détection 30 et 32. En cas de défaillance de l'émetteur Ll (L2) ou du détecteur PI (P2), le signal continu délivré par le détecteur 64 ou 66 devient nul. Pour détecter une telle situation, les sorties des détecteurs 64 et 66 sont directement reliées aux entrées 70c et 70d du microprocesseur 70. Ce dernier contrôle en permanence le niveau des signaux appliqués sur les entrées 70c et 70d. Dès qu'un de ces signaux devient inférieur à une valeur prédéterminée, c'est qu'un des ensembles de détection 30 ou 32 est défaillant et le circuit d'alarme 80 est activé.As shown in FIG. 2, the detection device also comprises means for continuously testing its correct operation or more precisely that of the detection assemblies 30 and 32. In the event of failure of the transmitter L1 (L2) or of the detector PI (P2), the continuous signal delivered by the detector 64 or 66 becomes zero. To detect such a situation, the outputs of the detectors 64 and 66 are directly connected to the inputs 70c and 70d of the microprocessor 70. The latter permanently monitors the level of the signals applied to the inputs 70c and 70d. As soon as one of these signals falls below a predetermined value, it is that one of the detection assemblies 30 or 32 has failed and the alarm circuit 80 is activated.
Une solution sensiblement équivalente consiste à comparer le signal de différence appliqué à l'entrée 70a du microprocesseur à un seuil supérieur. Si ce seuil est dépassé, c'est qu'un des ensembles de détection est défaillant.A substantially equivalent solution consists in comparing the difference signal applied to the input 70a of the microprocessor with an upper threshold. If this threshold is exceeded, it means that one of the detection assemblies has failed.
Dans la description précédente, on comprend qu'une des deux chaînes de mesure, celle correspondant à l'ensemble de détection 32, sert en fait à définir une valeur de référence à l'aide de l'étape d'auto- calibrage. L'autre chaîne de mesure (ensemble de détection 30) fournit en permanence la mesure utile. On ne sortirait pas de l'invention si le dispositif de mesure ne comportait qu'une seule chaîne de mesure constituée par exemple par les circuits L2, P2, 58, 62 et 66. Dans une première étape, on détermine la valeur du signal continu délivré par le détecteur 66 lorsqu'il n'y a effectivement pas de bulles dans la conduite 28. Cette valeur est mémorisée par le microprocesseur 70. Dans une deuxième étape correspondant à la phase normale de détection, la valeur du signal continu délivrée par le détecteur 66 est comparée à la valeur de référence précédemment mémorisée.In the preceding description, it will be understood that one of the two measurement chains, that corresponding to the detection assembly 32, is in fact used to define a reference value using the self-calibration step. The other measurement chain (detection assembly 30) continuously provides the useful measurement. We would not depart from the invention if the measuring device included only one measuring chain constituted for example by the circuits L2, P2, 58, 62 and 66. In a first step, the value of the continuous signal delivered by the detector 66 is determined when there are effectively no bubbles in the line 28. This value is stored by the microprocessor 70. In a second step corresponding to the normal detection phase, the value of the continuous signal delivered by the detector 66 is compared with the reference value previously stored.
Dans le mode de réalisation précédemment décrit, le traitement des signaux délivrés par les détecteurs 48 et 50 est analogique. Seule la comparaison du signal délivré par le circuit 68 à des seuils est faite de façon numérique par le microprocesseur 70. Cependant, il va de soi que les signaux délivrés par les détecteurs 48 et 50 pourraient être directement convertis en informations numériques. Le microprocesseur 70 effectue alors, sous forme numérique, les opérations faites par les circuits analogiques 56 à 68 de la figure 2, c'est-à-dire le filtrage, la conversion en un signal continu et le calcul de la différence des deux signaux traités. In the previously described embodiment, the processing of the signals delivered by the detectors 48 and 50 is analog. Only the comparison of the signal delivered by the circuit 68 with thresholds is done digitally by the microprocessor 70. However, it goes without saying that the signals delivered by the detectors 48 and 50 could be directly converted into digital information. The microprocessor 70 then performs, in digital form, the operations made by the analog circuits 56 to 68 of FIG. 2, that is to say the filtering, the conversion into a continuous signal and the calculation of the difference of the two signals treated.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de détection de bulles dans un liquide en écoulement dans une conduite se caractérise en ce qu'il comprend : un premier émetteur lumineux (L2) disposé d'un premier côté de la conduite (28), un premier détecteur lumineux (P2) disposé de l'autre côté de la conduite en regard du premier émetteur pour recevoir la portion du faisceau lumineux émise par le premier émetteur ayant traversé ladite conduite et le liquide, des premiers moyens d'alimentation (42) du premier émetteur pour que celui-ci émette un faisceau lumineux puisé avec une première fréquence (F2) ; des premiers moyens de traitement du signal délivré par le premier détecteur comprenant des moyens de filtrage incluant au moins un filtre passe-haut (58) et/ou un filtre passe-bande (62) centré sur ladite première fréquence et des moyens de détection (66) pour convertir le signal traité par les moyens de filtrage en un premier signal continu ayant une amplitude proportionnelle à l'amplitude du premier signal puisé ; des moyens pour élaborer un signal de référence correspondant à la circulation du liquide dans la conduite en l'absence de bulles ; des moyens (68, 70) pour comparer périodiquement le signal de référence au premier signal continu et des moyens (80) pour élaborer un signal d'alarme en réponse à ladite comparaison ; et des moyens d'auto-calibrage initial comprenant des moyens pour comparer, lorsque le liquide, exempt de bulles, circule dans la conduite, le signal délivré par ledit premier détecteur à un signal de consigne, des moyens pour commander lesdits premiers moyens d'alimentation dudit premier émetteur jusqu'à ce que ledit signal délivré soit égal audit signal de consigne ou que l'alimentation dudit premier émetteur atteigne un niveau maximum admissible et des moyens pour commander lesdits moyens d'alimentation, en utilisation normale, en fonction des résultats dudit auto-calibrage initial.1. Device for detecting bubbles in a liquid flowing in a pipe is characterized in that it comprises: a first light emitter (L2) disposed on a first side of the pipe (28), a first light detector (P2 ) arranged on the other side of the pipe opposite the first transmitter to receive the portion of the light beam emitted by the first transmitter having passed through said pipe and the liquid, of the first supply means (42) of the first transmitter so that the -this emits a pulsed light beam with a first frequency (F2); first means for processing the signal delivered by the first detector comprising filtering means including at least one high-pass filter (58) and / or a band-pass filter (62) centered on said first frequency and detection means ( 66) to convert the signal processed by the filtering means into a first continuous signal having an amplitude proportional to the amplitude of the first pulsed signal; means for developing a reference signal corresponding to the circulation of the liquid in the pipe in the absence of bubbles; means (68, 70) for periodically comparing the reference signal with the first continuous signal and means (80) for generating an alarm signal in response to said comparison; and initial self-calibration means comprising means for comparing, when the bubble-free liquid circulates in the pipe, the signal delivered by said first detector to a setpoint signal, means for controlling said first means of supply of said first transmitter until said delivered signal is equal to said setpoint signal or until supply of said first transmitter reaches a maximum admissible level and means for controlling said supply means, in normal use, according to the results of said initial self-calibration.
2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'élaboration du signal de référence comprennent : un deuxième émetteur lumineux (Ll) disposé d'un deuxième côté de la conduite (26) ; un deuxième détecteur lumineux (PI) disposé d'un premier côté de la conduite en regard du deuxième émetteur pour recevoir la portion du faisceau lumineux émis par ledit deuxième émetteur ayant traversé ladite conduite et ledit liquide, des deuxièmes moyens d'alimentation (44) du deuxième émetteur pour que celui-ci émette un faisceau lumineux puisé avec une deuxième fréquence (FI) ; des deuxièmes moyens de traitement du signal délivré par le deuxième détecteur comprenant des moyens de filtrage incluant au moins un filtre passe-haut (56) et/ou un filtre passe-bande (60) centré sur ladite deuxième fréquence et des moyens de détection (64) pour convertir le signal traité par lesdits filtres en un deuxième signal continu ayant une amplitude proportionnelle à l'amplitude du deuxième signal puisé, le deuxième signal constituant ledit signal de référence ; et en ce que lesdits moyens d'auto-calibrage initial sont aptes à réaliser l'auto-calibrage de l'ensemble constitué par lesdits deuxièmes moyens d'alimentation, ledit deuxième émetteur et ledit deuxième récepteur.2. Detection device according to claim 1, characterized in that the means for developing the reference signal comprise: a second light emitter (L1) disposed on a second side of the pipe (26); a second light detector (PI) disposed on a first side of the pipe opposite the second emitter to receive the portion of the light beam emitted by said second emitter having passed through said pipe and said liquid, from the second supply means (44) the second transmitter so that it emits a pulsed light beam with a second frequency (FI); second means for processing the signal delivered by the second detector comprising filtering means including at least one high-pass filter (56) and / or a band-pass filter (60) centered on said second frequency and detection means ( 64) to convert the signal processed by said filters into a second continuous signal having an amplitude proportional to the amplitude of the second pulsed signal, the second signal constituting said reference signal; and in that said initial self-calibration means are capable of carrying out self-calibration of the assembly constituted by said second supply means, said second transmitter and said second receiver.
3. Dispositif de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites première (FI) et deuxième (F2) fréquences sont différentes.3. Detection device according to claim 2, characterized in that said first (FI) and second (F2) frequencies are different.
4. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdites fréquences sont comprises entre 120 et quelques MHz.4. Detection device according to any one of claims 2 and 3, characterized in that said frequencies are between 120 and a few MHz.
5. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits émetteurs (Ll, L2) et détecteurs (PI, P2) lumineux sont munis respectivement d'un système optique (72, 74) pour focaliser le faisceau émis par chaque émetteur sur la surface sensible (76) du détecteur associé lorsque la portion de ladite conduite disposée entre eux est entièrement remplie de liquide. 5. Detection device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that said emitters (L1, L2) and light detectors (PI, P2) are respectively provided with an optical system (72, 74) for focusing the beam emitted by each emitter on the sensitive surface (76) of the associated detector when the portion of said pipe disposed between them is completely filled with liquid.
6. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits émetteurs (Ll, L2) et détecteurs (PI, P2) lumineux sont munis respectivement d'un système optique (72, 74) pour focaliser le faisceau émis par chaque émetteur sur la surface sensible (76) du détecteur associé lorsque la portion de ladite conduite disposée entre eux est entièrement remplie d'air. 6. Detection device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that said light emitters (L1, L2) and detectors (PI, P2) are respectively provided with an optical system (72, 74) for focusing the beam emitted by each emitter on the sensitive surface (76) of the associated detector when the portion of said pipe disposed between them is completely filled with air.
7. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que lesdits émetteurs (Ll, L2) sont des diodes électroluminescentes dans l'infrarouge et en ce que lesdits détecteurs (PI, P2) sont des photodiodes ou des phototransistors. 7. Detection device according to any one of claims 2 to 6, characterized in that said emitters (L1, L2) are light-emitting diodes in the infrared and in that said detectors (PI, P2) are photodiodes or phototransistors.
8. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens pour élaborer une valeur de référence comportent en outre des moyens (68, 70) pour comparer, dans une phase initiale, les signaux continus délivrés par lesdits deux moyens de traitement et des moyens (70, 46) pour modifier les paramètres de fonctionnement d'au moins un émetteur et/ou au moins un détecteur pour annuler la différence entre lesdits signaux continus.8. Detection device according to any one of claims 2 to 7, characterized in that said means for developing a reference value further comprises means (68, 70) for comparing, in an initial phase, the continuous signals delivered by said two processing means and means (70, 46) for modifying the operating parameters of at least one transmitter and / or at least one detector to cancel the difference between said continuous signals.
9. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (70) pour comparer chaque signal continu à un seuil inférieur et des moyens pour déclencher une alarme en réponse à ladite comparaison.9. Detection device according to any one of claims 2 to 8, characterized in that it further comprises means (70) for comparing each continuous signal to a lower threshold and means for triggering an alarm in response to said comparison.
10. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que lesdits faisceaux lumineux présentent des rapports cycliques différents.10. Detection device according to any one of claims 2 to 9, characterized in that said light beams have different duty cycles.
11. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite alarme est déclenchée si la différence entre la valeur dudit signal continu et ledit signal de référence est supérieure à une valeur prédéterminée pendant une durée prédéterminée.11. Detection device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that said alarm is triggered if the difference between the value of said continuous signal and said reference signal is greater than a predetermined value for a predetermined duration.
12. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que lesdits premiers émetteur et détecteur lumineux (Ll, PI) sont montés sur une première portion de conduite (28) et lesdits deuxièmes émetteur et récepteur lumineux (L2, P2) sont montés sur une deuxième portion de conduite (26), lesdites portions de conduite étant sensiblement parallèles, lesdits deux émetteurs (Ll, L2) étant décalés selon la direction commune desdites portions de conduite et émettant chacun un faisceau lumineux de telle manière que lesdits faisceaux soient émis dans des directions opposées. 12. Detection device according to any one of claims 2 to 10, characterized in that said first light transmitter and detector (L1, PI) are mounted on a first portion of pipe (28) and said second light transmitter and receiver ( L2, P2) are mounted on a second pipe portion (26), said pipe portions being substantially parallel, said two emitters (L1, L2) being offset in the common direction of said pipe portions and each emitting a light beam of such so that said beams are emitted in opposite directions.
13. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de filtrage (58, 62), lesdits moyens de détection (64, 66) et les moyens de comparaison (68) sont du type numérique. 13. Detection device according to any one of claims 2 to 12, characterized in that said filtering means (58, 62), said detection means (64, 66) and the comparison means (68) are of the digital type.
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