一種捕獲并去除輸液管中氣泡的裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種捕獲并去除輸液管中氣泡的裝置，屬于精密驅動領域。它包括壓電換能器發生裝置、可移動的反射裝置、超聲空化器件、激光檢測反饋裝置、超聲發生控制器和超聲空化發生控制器。本發明是利用超聲懸浮的方法來捕獲輸液管中的氣泡于懸浮波節處，然后再利用超聲空化的方法來使氣泡破碎，從而達到捕獲并去除輸液管中氣泡的目的，激光檢測反饋裝置是用來識別輸液管中氣泡的大小，從而將反饋信息傳入給超聲發生控制器和超聲空化發生控制器。這種捕獲并去除輸液管中氣泡裝置的優點在于：微型化，集成化，使用方便，易攜帶，結構簡單等特點。
【專利說明】
一種捕獲并去除輸液管中氣泡的裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種捕獲并去除輸液管中氣泡的裝置，屬于精密驅動領域。
【背景技術】
[0002]眾所周知，隨著醫療水平的日新月異的提高，輸液成本的降低。輸液治療已經成為百姓治療疾病的有效手段。其中靜脈輸液是臨床醫療中最為常見的一種給藥方法。它是采用點滴方法，將注射用藥直接輸進靜脈血管中，這種用藥方式最為直接，吸收快，見效快。但輸液時其衛生要求、安全要求應最為嚴格。特別是在滴點時，藥液中不得有大氣泡，否則可能造成患者血管中出現氣塞而危及生命。在輸液過程中，常遇到排氣不徹底，常有散落氣泡附著在輸液管壁內。要排出這些氣泡，常見的方法是用手指不停地彈動輸液管，使氣泡與管壁分離，然后上浮排除到莫菲氏壺中。在操作中發現:此法排氣泡，氣泡上浮困難，難以排除干凈，且耗費一定的時間。主要原因是手不停地彈動管壁時，輸液管將會持續左右震動，氣泡同樣也受到左右震動力的作用而分解了上浮的力量，因而上浮速度有所減緩。然而現有的一些發明裝置只是涉及到如何利用超聲檢測原理來探測輸液管中的氣泡問題，而并未提出該如何捕獲它并去除輸液管氣泡的方法與裝置。為了去除輸液管中的氣泡，本發明提出了一種捕獲并去除氣泡的方法與裝置。該裝置是利用超聲的兩種原理來除去氣泡，與常規的方法有截然的不同。該發明裝置是利用壓電換能器發生裝置和可移動的反射裝置產生的超聲駐波聲壓來捕獲并固定輸液管中的氣泡于波節處;然后再利用超聲空化器件產生的高頻聲壓來擊碎波節處捕獲到的輸液管中的氣泡，從而達到捕獲并去除輸液管中氣泡的問題。
【發明內容】
[0003]為了去除輸液管中存在的氣泡，本發明設計了一種捕獲并去除輸液管中氣泡的裝置。該裝置利用超聲駐波懸浮的原理來篩選捕獲氣泡，使其穩定懸浮在超聲駐波波節處。然后再用超聲空化的原理將捕獲到的氣泡予以擊碎，從而達到去除輸液管中存在氣泡的問題。
[0004]為達到以上目的，本發明采用以下技術方案:一種捕獲并去除輸液管中氣泡的裝置，包括壓電換能器發生裝置部分、可移動的反射裝置部分、超聲空化器件部分和激光檢測反饋裝置。
[0005]壓電換能器發生裝置部分:超聲壓電換能器(200)由變幅桿(204)、節面板(203)、兩片壓電陶瓷片(202)和后端蓋(201)構成。通過在兩片壓電陶瓷片(202)(注意兩片陶瓷片在結構參數上應具有完全的一致性)施加正負電壓即可實現超聲壓電換能器(200)的整體振動，再通過變幅桿(204)放大壓電陶瓷片(202)的振幅。從而實現超聲壓電換能器(200)的高頻振動。超聲壓電換能器(200)通過螺釘(4)固定在換能器支架(I)上。其中換能器支架
(I)通過螺釘(12)固定在底座(10)上。從而構成一個完整的固定式壓電換能器發生裝置。通過改變超聲發生控制器的頻率來匹配超聲壓電換能器(200)的頻率使其處于共振狀態。通過改變超聲發生控制器的功率可獲得高強度的超聲駐波。
[0006]可移動的反射裝置部分:本發明采用的反射裝置為可移動的反射裝置，由于壓電換能器發生裝置處于固定位置，則需要通過調節可移動的反射裝置來夾持輸液管，并起反射超聲前進波的作用。可移動的反射裝置有反射端(7)、XY軸移動平臺(800)和調節旋鈕(801)構成。反射端(7)固定在XY軸移動平臺(800)的內槽內，通過調節旋鈕(801)可實現固定在XY軸移動平臺(800)上的反射端(7)左右、前后的移動以夾持待測輸液管。其中XY軸移動平臺(800)通過螺釘(11)固定在底座(10)上。可移動的反射裝置和壓電換能器發生裝置共同構成了一套完整的超聲駐波發生機構。通過調節超聲發生控制器的頻率可使超聲壓電換能器(200)處于共振狀態并激發出超聲前進波，前進波經反射端(7)反射回來在波節處與前進波相互疊加;從而使得波節處的振速為零。同時，流進該超聲前進波區域內的氣泡均會在超聲前進波的作用下，被聲福射壓推移至波節處并穩定懸浮在波節處，從而實現輸液管中氣泡的捕獲。
[0007]超聲空化器件部分:超聲空化器件部分是用于破碎輸液管中已被超聲駐波捕獲到的氣泡。通過調節超聲空化發生控制器的頻率和功率可達到不同的空化效果。
[0008]作為本發明的優化方案，超聲空化器件由超聲空化壓電片(301)、ΡΜΜΑ支架(302)和沉積在超聲空化壓電片(301)上的合成柔性材料(303)構成。
[0009]作為本發明的優化方案，合成柔性材料(303)與PMMA支架(302)固定粘結在一起。
[0010]作為本發明的優化方案，PMMA支架(302)內嵌在空化支架(13)內，其中空化支架(13)通過螺釘(12)穩定固定在底座(10)上。
[0011]作為本發明的優化方案，選用合成柔性材料(303)沉積在超聲空化壓電片(301)上，選用柔性材料是考慮其不會抑制超聲空化壓電片(301)的振動，還可起連接超聲空化壓電片(301)與PMMA支架的橋梁。待利用壓電換能器發生裝置和可移動的反射裝置產生的超聲駐波捕獲到輸液管(6)中的氣泡于波節處時，再利用超聲空化器件產生的高效聚焦的聲輻射壓來克服氣泡的閾值，使其在正負聲壓的作用下被擊碎。
[0012]作為本發明的優化方案，本發明還添加了激光檢測反饋裝置。該裝置是用于檢測識別輸液管中氣泡的尺寸大小，當氣泡大小在不同尺寸范圍時通過激光檢測反饋裝置把檢測信號傳送至超聲發生控制器和超聲空化發生控制器，使其分別自動調至合適的頻率來激發壓電換能器發生裝置和超聲空化器件，然后產生大小合適的駐波聲輻射壓來捕獲固定不同尺寸的氣泡和產生不同的空化高頻聲輻射壓來克服不同氣泡的空化閾值，從而達到去除不同尺寸大小氣泡的目的。
[0013]本發明的優點在于:把超聲駐波懸浮理念應用到輸液管中氣泡的捕獲固定中，再利用超聲空化的原理把捕獲固定于波節處的氣泡給予破碎。通過激光檢測反饋裝置可控制不同頻率以實現不同尺寸大小氣泡的破碎，從而成功地實現了去除輸液管中氣泡的問題。該裝置結構簡單，微型化，易便攜，易操作，可隨時隨地進行使用，安裝方便。
【附圖說明】
[0014]圖1是一種捕獲并去除輸液管中氣泡的裝置的三維結構示意圖；
[0015]圖2是一種捕獲并去除輸液管中氣泡的裝置的二維結構示意圖，其中圖中標記“5”為輸液管中的氣泡；
[0016]圖3是超聲壓電換能器與超聲空化器件的細節結構示意圖；
[0017]圖4是XY軸移動平臺與底座固定方式的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]實施方式
[0019]參見圖3，超聲壓電換能器(200)由變幅桿(204)、節面板(203)，兩片壓電陶瓷片(202)和后端蓋(201)構成，通過在兩片壓電陶瓷片(202)施加正負電壓即可實現超聲壓電換能器(200)的整體共振。值得注意的是，整個壓電換能器(200)處于共振模式，但是超聲壓電換能器(200)的節面板(203)處的振幅須為零，這是可以通過設計共振頻率與波長來保證的。由于超聲壓電換能器(200)的節面板(203)不處于振動模式下，因此可通過螺釘(4)把超聲壓電換能器(200)固定在換能器支架(I)上，而兩片壓電陶瓷片(202)產生的高頻低幅振動經由變幅桿(204)可實現高頻高幅的振動。換能器支架(I)通過螺釘(12)固定在底座(10)上。這樣就完成了壓電換能器發生裝置部分的安裝。底座(10)是通過螺釘(9)固定在地腳
(14)上。
[0020]參見圖3，在超聲空化壓電片(301)上沉積合成柔性材料(303)，然后合成柔性材料(303)粘結在PMMA支架(302)上，最后將PMMA支架(302)過盈內嵌在空化支架(13)內。選用合成柔性材料(303)是因為當超聲空化壓電片(301)處于高頻振動時，柔性材料不會抑制其壓電片的振動，同時又可實現壓電片與剛性支架的連接。柔性材料選用的不同，所產生的整體超聲空化器件的諧振頻率是不同的。本發明要保證超聲空化器件的設計，須確保其柔性材料不會較大程度的干擾、抑制超聲空化壓電片(301)的振動。通過螺釘(12)可實現空化支架
(13)與底座(10)的固定，即可完成超聲空化器件部分的安裝。一般情況下，超聲空化器件是一個整體部件，不可拆卸。
[0021 ]參見圖2，反射端(7)固定在XY軸移動平臺(800)的內槽內，XY軸移動平臺(800)通過螺釘(11)固定在底座(10)上。參見圖3，這樣即可完成可移動的反射裝置的安裝。其中XY軸移動平臺(800)上的調節按鈕(801)可實現反射端(7)的左右、前后的移動。
[0022]當把待測的輸液管(6)安放在超聲空化器件的壓電片(301)的內圈上，輸液管(6)的左端側面緊貼在超聲壓電換能器(200)的變幅桿(204)的前端內圈上，通過旋轉調節按鈕(801)可實現反射端(7)的左右、前后的移動，從而達到夾持住輸液管(6)的作用。通過輸液管(6)的左端面、右端面和下端面的三個位置的固定，即可實現輸液管(6)的夾持。此時，SP完成了整個發明裝置的安裝，同時在輸液管(6)附近設有激光檢測反饋裝置，該裝置是用于把檢測到的信號反饋給超聲發生控制器和超聲空化發生控制器，使其分別做出頻率相應改變的目的。
[0023]待輸液管(6)固定在壓電換能器發生裝置和可移動的反射裝置之間后，通過調節超聲發生控制器此時壓電換能器發生裝置就會產生非線性高強度的聲輻射壓前進波，當這種前進波傳播至可移動的反射裝置后，經可移動的反射裝置的反射端(7)反射回的反射波就會與激發的前進波相互疊加，便在輸液管(6)中形成駐波的波節。該波節呈現出的狀態為振速為零，同時在壓電換能器發生裝置和可移動的反射裝置之間區域內會形成高聲強的聲輻射壓。由于輸液管中的氣泡會在重力作用下隨著輸液一起下行，當氣泡流進前進波與反射波區域時，這種非線性高輻射壓會克服氣泡與周圍液體之間的相互粘滯力與慣性力，驅使氣泡改變原來的軌跡而匯集在波節處，同時在波節周圍由駐波聲輻射壓產生的回復力也會拖曳氣泡的下行力，使其懸浮固定在波節處。由于高聲場區域內具有強大的聲輻射壓，輸液管中流進該區域內的所有氣泡均會這種聲輻射壓力下克服自身與周圍液體間的粘滯力與慣性力而被推移至波節處，從而實現輸液管的氣泡均被篩選出來并懸浮固定在波節處。
[0024]此后打開超聲空化發生控制器。待調節至適當頻率時，超聲空化器件即會處于高頻的共振模態下，并產生高強度的聚焦聲波，同時這種聚焦聲波作用于懸浮固定在波節處的氣泡上。當作用的聲壓值達到一定值(大于氣泡的空化閾值)時，氣泡就會發生時而生長，時而壓縮的動力學過程。當負壓作用于氣泡時，氣泡就會被拉長；當正壓作用于氣泡時，氣泡就會處于壓縮狀態。當空化高頻聲輻射壓達到一定值(大于氣泡的空化閾值)時，氣泡就會被擊碎。從而達到去除輸液管中氣泡的目的。根據氣泡動力學，頻率越高的超聲波聚焦能力越強。因此本發明裝置應當選用高聚焦效果的、高頻率的超聲空化器件。由于氣泡的空化閾值與輸液的表面張力、粘度、慣性和氣泡的直徑密切相關。因此在超聲空化器件安裝之前，即前道輸液管一側，本裝置還添加了用于檢測識別輸液管中氣泡尺寸大小的激光檢測反饋裝置，當檢測到的氣泡在不同尺寸范圍時，通過該反饋裝置可把信號傳送至超聲發生控制器和超聲空化發生控制器，使其分別自動調節至合適的頻率來激發超聲壓電換能器處于共振模式和超聲空化器件處于共振模式，然后產生合適大小的駐波聲輻射壓來捕獲不同尺寸的氣泡，和產生不同的空化高頻聲輻射壓來克服不同尺寸氣泡的空化閾值(氣泡的空化閾值與氣泡的尺寸大小有密切關系)，從而實現了輸液管中每一個氣泡均被捕獲和去除的目的。在開始輸液時該裝置就需處于工作狀態。
【主權項】
1.一種捕獲并去除輸液管中氣泡的裝置，包括4個部分結構，其特征在于:部分I結構為壓電換能器發生裝置，它是由超聲壓電換能器(200)，螺釘(4)和換能器支架(I)組成，換能器支架(I)通過螺釘(12)固定在底座(10)上;部分2結構為可移動的反射裝置，它是由反射端(7)和XY軸移動平臺(800)構成，其中XY軸移動平臺(800)通過螺釘(11)固定在底座(10)上;部分I和部分2構成一套完整的駐波懸浮捕獲輸液管(6)中氣泡的機構;部分3結構為超聲空化器件(300)，超聲空化器件(300)內嵌在空化支架(I3)內，通過螺釘(12)實現空化支架(13)與底座(10)的固定，底座(10)又可通過螺釘(9)固定在下端的地腳(14)上，該部分3結構用于擊碎被捕獲到的氣泡;部分4為激光檢測反饋裝置，用于識別輸液管中不同氣泡的大小，并實現控制去除不同大小氣泡的目的。
【文檔編號】A61M5/36GK105944192SQ201610307938
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】江海, 顧守東, 路崧, 呂慶慶, 劉建芳, 丁海前, 焦曉陽, 楊洋, 崔建松
【申請人】吉林大學