WO2019047623A1 - 流体驱动设备 - Google Patents

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WO2019047623A1
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左辉
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苏州迈迪威检测技术有限公司
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Abstract

一种流体驱动设备，包括：设置为提供流体流通道的管流系统（1）；动力系统（2），设置为为流体从管流系统（1）流入和流出提供动力；以及控制系统（3），控制系统（3）设置为对流体驱动设备的运作进行控制。

Description

流体驱动设备
本申请要求在2017年9月12日提交中国专利局、申请号为201710812958.4的中国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本公开涉及机械电子设备领域，例如涉及一种流体驱动设备。
背景技术
相关技术中，已经出现了可产生周期性脉动流体的流体驱动设备，以模拟人工心脏等，供临床医生、医疗器械产品研发企业等用来模拟器械的临床使用环境、进行医疗器械的测试或者供相关单位和学校教学演示等。但是，相关技术中的用于模拟心脏的流体驱动设备大多功能简单，无法准确模拟人体心脏的生理条件(例如，难以更加精确的模拟心脏的收缩与舒张，心率和心输出量等，或者模拟血液的温度和压力)，或者体积较大，不便于携带移动。
发明内容
本公开提供一种流体驱动设备，该设备结构紧凑、并且可以快速的根据需要提供脉动流体。
一种流体驱动设备，包括：
管流系统，所述管流系统设置为提供流体通道；
动力系统，所述动力系统设置为为流体从所述管流系统流入和流出提供动力；以及
控制系统，所述控制系统设置为对所述流体驱动设备的运转进行控制。
在一实施例中，还包括底座，其中，所述管流系统形成在所述底座内，所述动力系统支撑在所述底座上，所述控制系统支撑在所述底座上，且所述动力系统位于所述控制系统与所述底座之间。
在一实施例中，所述管流系统包括由所述底座的内部空间限定而成的内腔、控制流体流入所述内腔的流入阀门以及控制流体流出所述内腔的流出阀门。
在一实施例中，所述流入阀门和所述流出阀门均为单向阀门。
在一实施例中，所述单向阀门包括阀门本体、沿流体流动方向设置于所述阀门本体的球笼座和设置于所述球笼座中可移动的球体，所述阀门本体具有流 体通道，所述球体设置为通过在所述球笼座中移动以封堵或打开所述流体通道。
在一实施例中，所述阀门本体由软材料形成，所述软材料包括硅胶或橡胶。
在一实施例中，还包括蓄能器，所述蓄能器与所述管流系统的内腔相连通，设置为缓冲流体流动以及调节流体第一压力和第二压力之间的压力差，所述第一压力为所述蓄能器储存能量后的流体压力，所述第二压力为所述蓄能器释放能量后的流体压力。
在一实施例中，所述动力系统包括：
与所述内腔的上方连通的壳体；
在所述壳体内能够沿上下方向移动的活塞；以及
位于所述壳体上方设置为驱动活塞沿上下方向移动的驱动机构。
在一实施例中，所述驱动机构包括：直线电机、气缸、电磁阀或往复机械结构。
在一实施例中，所述动力系统包括：
与所述内腔的上方连通的壳体；以及
与壳体相连接的可变形的弹性体，设置为在所述壳体内变形以提供动力。
在一实施例中，还包括压力传感器，所述压力传感器设置为检测所述管流系统中的流体的压力。
在一实施例中，所述控制系统设置为基于所述压力传感器检测到的所述流体的压力来控制所述管流系统中的流体的压力。
在一实施例中，还包括流量传感器，所述流量传感器设置为检测流入所述管流系统的流体的流量。
在一实施例中，所述控制系统设置为基于所述流量传感器检测到的所述流体的流量来控制进入所述管流系统的流体的流量。
在一实施例中，还包括与所述管流系统相连接的加热组件，所述加热组件设置为加热所述管流系统中的流体温度。
在一实施例中，还包括温度传感器，所述温度传感器设置成检测所述管流系统中的流体的温度。
在一实施例中，所述控制系统还设置为根据所述温度传感器的检测结果对所述加热组件进行控制。
在一实施例中，所述流入阀门与流入管道相连接，所述流出阀门与流出管道相连接，所述流入管道设置有流量控制阀，设置为控制流入所述流体驱动设 备的流体的流量和压力。
在一实施例中，还包括触摸显示屏或便携式电脑，与所述控制系统电连接，设置为输入控制命令和显示所述压力传感器和所述温度传感器检测到的压力和温度。
在一实施例中，所述控制系统还设置为检测到所述管流系统中无流体时，控制所述动力系统和所述加热组件停止工作。
本公开的流体驱动设备，整体设计架构简单，结构紧凑，极大减少了整体仪器体积和重量，便于携带移动。
附图说明
图1是一实施例提供的流体驱动设备的结构示意图；
图2是图1中的管流系统的结构示意图；
图3是图2中的流入阀门的结构示意图；
图4是图2中的流出阀门的结构示意图；
图5是图1中的动力系统的结构示意图；
图6是图1中的蓄能器的结构示意图；以及
图7是另一实施例提供的流体驱动设备的结构示意图。
具体实施方式
图1是根据一实施例提供的流体驱动设备的结构示意图；图2是图1中的管流系统的结构示意图；图3是图2中的流入阀门的结构示意图；图4是图2中的流出阀门的结构示意图；图5是图1中的动力系统的结构示意图。可选地，该流体驱动设备为可提供周期性的脉动流体的便携式的流体驱动设备
如图1所示，本实施例的流体驱动设备包括：底座、管流系统1、动力系统2和控制系统3，其中，管流系统1用于提供流体流通道，管流系统1形成在底座内；动力系统2支撑在底座上，被设置成为为流体23从管流系统1流入和流出提供动力；控制系统3支撑在底座上且位于动力系统2的上方，主要用于对流体驱动设备的运作进行控制和监测。在整个装置运行前，通过注水口24的通道，使整个装置内部充满上述流体。
例如，控制系统3的顶部可以形成为设备的顶板，顶板上方可以设置有提手，以供使用者方便地移动该流体驱动设备。动力系统2设置在管流系统1和 控制系统3之间，通过压缩管流系统1和控制系统3之间的高度可以进一步减小设备的体积。在一实施例中，动力系统2也可设置在管流系统1的一侧或可以单独设置，控制系统也可设置在管流系统1的一侧或可以单独设置。
如图2所示，管流系统1包括底座的内部空间限定而成的内腔11、控制流体23流入内腔的流入阀门12和控制流体流出内腔的流出阀门13。其中，流入阀门12和流出阀门13均为单向阀门，以确保流体23的单向流动。在一些实施方式中，管流系统的内腔可以通过从内部掏空底座以形成，或者也可以在底座内增加管道以形成内腔。
如图3所示，流入阀门12包括阀门本体12a、设置于阀门本体12a的球笼座12b和在球笼座12b中可移动的球体12c，阀门本体12a设置有流体通道12d以供流体23通过，通过球体12c与球笼座12b的配合，即球体12c在球笼座12b中移动，以封堵或打开流体通道12d。图中箭头所示方向为流体流动方向，球笼座12b沿流体23的流动方向设置于阀门本体12a并用于限制球体12c的移动，球笼座12b上有流体通道12d的开口12e，球体12c的直径大于开口12e的直径。随着流体23流入，球体12c被推动离开流体通道12d的开口12e从而打开流体通道12d，而反向时，球体12c会被挤压在开口12e上而封堵住流体通道12d，因此，流体23只能流入阀门12，而无法反向流出。球笼座12b可以通过螺钉12f固定于阀门本体12a。阀门本体12a及流体通道12d可以由软材料形成，例如硅胶或橡胶等高分子材料。
如图4所示，流出阀门13包括阀门本体13a、设置于阀门本体13a的球笼座13b和在球笼座13b中可移动的球体13c，阀门本体13a设置有流体通道13d以供流体23通过，通过球体13c与球笼座13b的配合，即球体13c在球笼座13b中移动，以封堵或打开流体通道13d。图中箭头所示方向为流体23流动方向，球笼座13b沿流体23的流动方向设置于阀门本体13a并用于限制球体13c的移动，球笼座13b上有流体通道13d的开口13e，球体13c的直径大于开口13e的直径。随着流体23流出，球体被推动离开流体通道13d的开口13e从而打开流体通道13d，而反向时，球体会被挤压在开口13e上而封堵住流体通道13d，因此，流体23只能从流出阀门13流出，而无法反向流入。球笼座13b可以通过螺钉13f固定于阀门本体13a。阀门本体13a及流体通道13d可以由软材料形成，例如硅胶、橡胶等高分子材料。
如图2所示，管流系统1还可以外接位于底座外的管道，例如，与设置在 底座外的流入管道9a、流出管道9b相连接，其中，流入阀门12与流入管道9a相连接(如图3所示，流入阀门12可通过阀门快插接口12g与流入管道9a相连接)，流出阀门13与流出管道9b相连接(如图4所示，流出阀门13可通过阀门快插接口13g与流出管道9b相连接)，流体23经过流入管道9a和流入阀门12流入内腔11，经过流出阀门13和流出管道9b从内腔11流出。流入管道9a上还可以设置流量控制阀9c，用于控制流入设备的流体23的流量和压力之间的关系。
图5是图1中动力系统2的结构示意图。如图5所示，动力系统2包括与内腔11的上方连通的壳体、在壳体内能够沿上下方向移动的活塞21以及位于壳体上方用于驱动活塞沿上下方向移动的驱动机构22。
例如，壳体可以呈圆柱体形状，在壳体中移动的活塞21底面呈密封的圆板，活塞21底面在上下方向上的投影面积为S，驱动机构22可以为直线电机，直线电机与活塞21相连接，驱动活塞21上下移动，通过控制活塞21的底面圆板向下的位移改变量ΔL，可以控制内腔11中流体23体积改变(S×ΔL)，从而控制流体23从设备流出的量(即心输出量)，通过控制直线电机驱动的上下移动的速率，可以控制流体23流入和流出的速率(即心率)。这样，动力系统2可以推动流体23从管流系统1流出和流入(即从设备流出和流入)，从而模拟心脏的收缩和舒张。
在一实施例中，直线电机可以替换为气缸等其他能够上下移动的驱动机构，例如电磁电机、电磁阀和离心泵等其他电机，或其他往复机械结构。壳体可以为圆柱体或长方体等形状。
在一实施例中，活塞21和驱动机构22可以替换为可变形的弹性体，例如球囊，通过弹性体在壳体内变形以控制内腔11中的流体23体积改变，从而提供动力。
如图1所示，在管流系统1和控制系统3之间还设置有蓄能器8，蓄能器8与管流系统1的内腔流体23连通，用于控制流体流动阻尼以及调节流体最大压和最小压之间的压力差。
蓄能器8的结构如图6所示，蓄能器8为空腔结构，包括用于形成空腔的蓄能器壳体8a和设置在壳体8a顶部的阀门8d，空腔内容纳有液体8b和空气8c，液体(例如，水)和空气的体积比例可通过手动调节阀门8d以进行调节，该蓄能器用于调节流体第一压力和第二压力之间的差值，以及消去流体的不正常波 动以缓冲流体流动。本实施例中，第一压力为蓄能器储存能量后的流体压力，第二压力为蓄能器释放能量后的流体压力。
控制系统3用于流体驱动设备的运作进行控制。例如，控制系统3可与动力系统2电连接，例如，向动力系统2的驱动机构22(例如，直线电机)提供控制信号(例如可以提供电压或电流等)，使得动力系统2提供使流体23从管流系统1流入和流出的动力。例如，控制系统可以控制直线电机的移动速率和位移改变量，从而模拟不同的心率和心输出量。
如图1所示，流体驱动设备还包括压力传感器4，设置成检测管流系统1中的流体23的压力。例如，压力传感器4可以设置在管流系统1的内腔处和流出管道处至少之一，以实时检测内腔与流出管道内的压力，或者也可以设置在任何需要的地方。控制系统3设置成基于压力传感器4检测到的流体23的压力来控制管流系统1中的流体23的压力。例如，控制系统3可以通过控制动力系统2来控制流体压力，或者可以通过控制流入阀门12和流出阀门13来控制流体压力。
设备的控制系统结合压力传感器、温度传感器和流量传感器的使用，使得该设备可以更好地控制所提供的脉动流体的压力、温度和流量等，在作为模拟心脏使用时可以更好地模拟人体的心率、心输出量、以及输出的流体的压力和温度，更好地实现心脏模拟效果。
流体驱动设备还包括与管流系统1相连接的加热组件5，该加热组件5用于加热管流系统中的流体温度。例如加热组件5可以为加热棒，加热组件5与内腔相连接，并且与控制系统3电连接，控制系统3可以向加热组件5提供控制信号以加热该组件。
流体驱动设备还可包括温度传感器6，设置成检测管流系统1中的流体23的温度。温度传感器6可以设置于管流系统1的内腔处，以实时检测内腔内的流体温度，或者也可以设置在任何需要的地方。控制系统3可以根据温度传感器的检测结果对加热组件5进行控制，例如当温度传感器检测到的温度偏低时，控制系统3控制加热棒对内腔中的流体23进行加热，以将流体维持在设定的温度范围内。
流体驱动设备还包括流量传感器，设置成检测流入管流系统的流体的流量。流量传感器可分别设置在流入管道和流出管道上，也可以设置在流入阀门12和流出阀门13处，以实时检测流入管流系统的流体的流量。控制系统3可以基于 流量传感器检测到的流体的流量来控制进入管流系统1的流体的流量。例如，控制系统3可以通过控制动力系统2来控制进入的流体流量，或者可以通过控制流入阀门12来控制进入的流体流量，还可以通过控制流量控制阀来控制进入的流体流量。
在一实施例中，控制系统3还设置成检测到管流系统1中无流体时，停止动力系统2和加热组件5，从而实现模拟心脏设备的自我诊断与保护。在一实施例中，流体驱动设备还可包括警报器，当检测到管流系统1中无流体时，可以同时向使用者提供警报。
在一实施例中，流体驱动设备还包括触摸显示屏7，如图7所示，触摸显示屏7与控制系统3电连接，可以设置在控制系统3侧壁上。在一实施例中，触摸显示屏7可采用无线连接方式，触摸显示屏7采用为便携式电脑。该触摸显示屏7可以显示动力系统2的动力源具体参数，压力传感器4和温度传感器检测到的流体23的温度和压力等，也可以供使用者输入控制命令以通过控制系统向动力系统2、加热组件5等提供控制信号。这样，利用触摸显示屏可以实时监控流体23的压力和温度，方便使用判断是否需要调整压力温度，也可以更加方便地实现对动力系统的控制(例如控制电机的振幅、频率等)和对流体23的温度调节控制等，从而更好地根据需要进行模拟。
在一实施例中，控制系统3可以通过一个控制装置独自实现上述不同功能，也可以通过多个控制装置实现上述不同功能。例如，控制系统3可以包括第一控制装置，该第一控制装置设置成基于压力传感器检测到的流体23的压力来控制管流系统1中的流体23的压力。控制系统3可以包括第二控制装置，该第二控制装置设置成根据温度传感器的检测结果对加热组件5进行控制。控制系统3可以包括第三控制装置，该第三控制装置设置成基于流量传感器检测到的流体23的流量来控制进入管流系统1的流体23的流量。控制系统3可以包括第四控制装置，该第四控制装置设置成检测到所述管流系统1中无流体时，停止所述动力系统2和所述加热组件5用于停止动力系统2和加热组件5，第四控制装置还可与警报器电连接以控制提供警报。这些控制装置可以集成在一个芯片上，或者可以通过多个芯片来实现。
本实施例提供的流体驱动设备能产生周期性的脉动流体，可根据实际需要控制流体的周期性的流量、周期性的压力以及温度，模拟心脏的收缩和舒张，可用于医学教学(例如用于模拟手术中)、医疗器械测试(例如测试人工心脏瓣 膜)、辅助医疗(血管系统提供脉动压力且温度为37±2℃的血流)以及其它需要周期性脉动流体的场合。
工业实用性
本公开的流体驱动设备，整体设计架构简单，结构紧凑，极大减少了整体仪器体积和重量，便于携带移动。

Claims (20)

  1. 流体驱动设备，包括：
    管流系统，所述管流系统设置为提供流体通道；
    动力系统，所述动力系统设置为为流体从所述管流系统流入和流出提供动力；以及
    控制系统，所述控制系统设置为对所述流体驱动设备的运转进行控制。
  2. 根据权利要求1所述的流体驱动设备，还包括底座，其中，所述管流系统形成在所述底座内，所述动力系统支撑在所述底座上，所述控制系统支撑在所述底座上，且所述动力系统位于所述控制系统与所述底座之间。
  3. 根据权利要求2所述的流体驱动设备，其中，所述管流系统包括由所述底座的内部空间限定而成的内腔、控制流体流入所述内腔的流入阀门以及控制流体流出所述内腔的流出阀门。
  4. 根据权利要求3所述的流体驱动设备，其中，所述流入阀门和所述流出阀门均为单向阀门。
  5. 根据权利要求4所述的流体驱动设备，其中，所述单向阀门包括阀门本体、沿流体流动方向设置于所述阀门本体的球笼座和设置于所述球笼座中可移动的球体，所述阀门本体具有流体通道，所述球体设置为通过在所述球笼座中移动以封堵或打开所述流体通道。
  6. 根据权利要求5所述的流体驱动设备，其中，所述阀门本体由软材料形成，所述软材料包括硅胶或橡胶。
  7. 根据权利要求3所述的流体驱动设备，还包括蓄能器，所述蓄能器与所述管流系统的内腔相连通，设置为缓冲流体流动以及调节流体第一压力和第二压力之间的压力差，所述第一压力为所述蓄能器储存能量后的流体压力，所述第二压力为所述蓄能器释放能量后的流体压力。
  8. 根据权利要求3所述的流体驱动设备，其中，所述动力系统包括：
    与所述内腔的上方连通的壳体；
    在所述壳体内能够沿上下方向移动的活塞；以及
    位于所述壳体上方设置为驱动活塞沿上下方向移动的驱动机构。
  9. 根据权利要求8所述的流体驱动设备，其中，所述驱动机构包括：直线电机、气缸、电磁阀或往复机械结构。
  10. 根据权利要求3所述的流体驱动设备，其中，所述动力系统包括：
    与所述内腔的上方连通的壳体；以及
    与壳体相连接的可变形的弹性体，设置为在所述壳体内变形以提供动力。
  11. 根据权利要求3所述的流体驱动设备，还包括压力传感器，所述压力传感器设置为检测所述管流系统中的流体的压力。
  12. 根据权利要求11所述的流体驱动设备，其中，所述控制系统设置为基于所述压力传感器检测到的所述流体的压力来控制所述管流系统中的流体的压力。
  13. 根据权利要求3所述的流体驱动设备，还包括流量传感器，所述流量传感器设置为检测流入所述管流系统的流体的流量。
  14. 根据权利要求13所述的流体驱动设备，其中，所述控制系统设置为基于所述流量传感器检测到的所述流体的流量来控制进入所述管流系统的流体的流量。
  15. 根据权利要求11所述的流体驱动设备，还包括与所述管流系统相连接的加热组件，所述加热组件设置为加热所述管流系统中的流体。
  16. 根据权利要求15所述的流体驱动设备，还包括温度传感器，所述温度传感器设置为检测所述管流系统中流体的温度。
  17. 根据权利要求16所述的流体驱动设备，其中，所述控制系统还设置为根据所述温度传感器的检测结果对所述加热组件进行控制。
  18. 根据权利要求3所述的流体驱动设备，其中，所述流入阀门与流入管道相连接，所述流出阀门与流出管道相连接，所述流入管道设置有流量控制阀，设置为控制流入所述流体驱动设备的流体的流量和压力。
  19. 根据权利要求16所述的流体驱动设备，还包括触摸显示屏或便携式电脑，与所述控制系统电连接，设置为输入控制命令和显示所述压力传感器和所述温度传感器检测到的压力和温度。
  20. 根据权利要求17所述的流体驱动设备，其中，所述控制系统还设置为检测到所述管流系统中无流体时，控制所述动力系统和所述加热组件停止工作。
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