專利名稱：一種輸液速度檢測方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸液速度檢測方法及其裝置，屬于醫用輸液監測應用領域。
背景技術：
目前，用于醫用輸液的檢測裝置一般采用紅外線對管，即紅外線發光二極管與紅外線接收光敏三極管分別對稱地安裝于茂菲氏滴管壁的兩側，對茂菲氏滴管中的液滴是否滴落進行檢測。此液滴檢測的工作原理是:采用光電檢測技術在茂菲氏滴管壁處對輸液速度進行檢測，具體為紅外線發光二極管發出紅外光，光線透過茂菲氏滴管照射到紅外接收光敏三極管，紅外接收光敏三極管將接收到的光信號轉換成光電流輸出。當茂菲氏滴管沒有液滴通過時，光線衰減小，紅外接收光敏三極管輸出比較強的光電流；當茂菲氏滴管中有液滴通過時，由于液滴對光線吸收和散射作用，照射到紅外接收光敏三極管的光信號比較弱，導致紅外接收光敏三極管輸出比較弱的光電流；然后將電流的變化轉換為電壓的變化，通過檢測紅外接收光敏三極管輸出端電壓的變化，就可以檢測出有無液滴通過。另外，由于液滴兩端比液滴中間對紅外光的折射大，導致紅外接收光敏三極管開路，輸出電壓變高，所以每個液滴漓落時均會接收到兩次脈沖信號，該脈沖信號通過信號測理電路送入微處理器，微處理器則根據一定時間內所檢測到的脈沖信號的個數，計算出輸液液滴的速度，當液滴速度太慢或太快時均發出報警聲響。這種紅外線對管的醫用輸液檢測裝置有以下幾個缺點。第一，當茂菲氏滴管中透過干擾光時，即使沒有液滴滴下時紅外接收光敏三極管的輸出電壓也不為0V，輸出脈沖電壓的幅值與干擾光的強度成正比。第二，當茂菲氏滴管內壁有水霧時，會擋住一部分紅外光，即使沒有液滴滴下時紅外接收光敏三極管的輸出電壓也不為0V。上述情況都很有可能導致紅外接收光敏三極管所發出的雙脈沖信號嚴重畸變，一定時間內所檢測到的脈沖信號的個數不準，最終導致輸液檢測裝置液滴速度檢測不準，不該報警時誤報或者該報警時卻不報，釀成嚴重的醫療事故。第三，使用電壓比較器來判斷有無液滴通過的方法，比較的電壓閾值是固定的，無法根據周圍環境光的強弱，和滴液管內水霧的情況來改變閾值電壓，從而容易造成誤判。因此，如何提高基于紅外檢測技術的醫用輸液檢測裝置的抗干擾性，是醫用輸液檢測應用領域必須解決的一項關鍵技術。
發明內容
本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種新型的輸液液滴測速方法及裝置。所述方法及裝置采用紅外發光二極管每秒多次交替發光和熄滅來照射被茂菲氏滴管，根據紅外三極管檢測到的光強來自動調整紅外發光二極管的發光強度，自動調整去直流的大小，得到檢測到的信號的交流部分。以一定的頻率來開關紅外發光二極管，產生的亮滅間隔的紅外光照 射被測部位，透射光經光電轉換得到變化的光電流信號，光電流信號經過放大、去直流、濾波去干擾得到信號的交流部分，交流部分即為液滴測量產生的波形，軟件測得其周期可計算出液滴滴速。因為干擾光變換緩慢，多為直流量，去直流的過程就能把大部分干擾光去掉，從而抗拒干擾光的影響。紅外發光二極管的發光強度根據接收到的紅外光強度中的直流量來自動調整，從而抗拒干擾光的影響和茂菲氏滴管內水霧的影響。紅外線發光二極管與紅外線接收光敏三極管分別對稱地安裝于茂菲氏滴管壁的兩側，照射茂菲氏滴管的紅外發光二極管交替發光和熄滅，透射光經光電轉換得到變化的光電流信號；光電流信號經經過一級放大后，經過AD轉換，轉成數字信號，通過控制模塊計算其直流量的大小，然后根據這個直流量的大小，控制紅外發光二極管下一次發光的強度，同時根據這個直流量的大小，控制二級放大電路去直流量的大小，從而有效的去除此次光電流信號中的直流量，這個有效去除了直流量后的光電流信號經過AD轉換，控制器對此轉換后的數字信號進行數字濾波，并計算周期，換算成頻率，即液滴滴速。一種使用所述輸液液滴速度檢測方法的裝置包括:紅外led驅動電路、光檢測放大電路、去直流電路、第一 AD轉換模塊、第二 AD轉換模塊、第一 DA轉換模塊、第二 DA轉換模塊、控制模塊；所述紅外發光二極管驅動電路與控制模塊的一個IO端口相連，控制紅外發光二極管的交替亮滅；與第一 DA轉換模塊相連控制紅外發光二極管發光的幅值；所述光檢測放大電路的輸出與第一 AD轉換模塊相連，第一 AD轉換模塊的輸出與控制模塊相連，光檢測放大電路的輸出被第一 AD轉換模塊采集轉換輸入到控制模塊中，控制模塊根據此數據來控制第一 DA轉換模塊的輸出從而控制紅外發光二極管發光的幅值；所述光檢測放大電路的輸出與也與去直流電路相連，第二 DA轉換模塊的輸出端也與去直流電路相連，去直流電路將光檢測放大電路輸出的包含一定直流量交流信號減去第二 DA轉換模塊的輸出的直流信號，從而得到較好的交流信號；所述去直流電路的輸出端與第二 AD轉換模塊的輸入端相連，第二 AD轉換模塊的輸出端與控制模塊相連，第二 AD轉換模塊將去直流電路的輸出轉換成數字信號并輸入到控制模塊中。控制模塊對此信號進行周期計算，計算后，把結果輸出到顯示器模塊。與現有技術相比，本發明的醫用輸液液滴速度檢測方法及其裝置具有抗干擾能力強的有益效果，具體有以下幾個優點。第一，由于 本發明的醫用輸液液滴速度檢測裝置，發光二極管的驅動電流大小根據檢測到的紅外光強度自動調整，茂菲氏管內水霧造成的紅外光接收功率的下降，通過自動提高紅外發光二極管的發光強度來避免。周圍環境光造成的紅外光接收功率的上升，通過自動提高紅外發光二極管的發光強度來避免。因此，有效提高了醫用輸液液滴速度檢測裝置對干擾光和水霧等的抗干擾性能。第二，由于本發明的醫用輸液液滴速度檢測裝置，發光二極管是以一定的頻率亮滅的，檢測到光電信號，經過放大、去直流、濾波去干擾得到信號的交流部分，干擾光是變化緩慢的，大部分為直流分量，在去直流的過程和濾波的過程中都被去掉了，從而有效的提高了對干擾光的抗干擾性能。第三，以往使用電壓比較器來判斷有無液滴通過的方法，比較的電壓閾值是固定的，無法根據周圍環境光的強弱，和滴液管內水霧的情況來改變閾值電壓，從而容易造成誤判。由于本發明的醫用輸液液滴速度檢測裝置，是通過對波形的周期的檢測來計算液滴的滴速。檢測周期時不是采用固定的閾值來檢測，而是用排序查找波谷的方法來計算周期，從而能夠很好的適應環境光的干擾和水霧的影響。
圖1為本發明的醫用輸液液滴速度檢測裝置的原理框圖。圖2為紅外線對管安裝示意圖。圖3為紅外線發光二極管驅動電路原理圖。圖4為紅外線檢測電路原理圖。圖5為本發明的醫用輸液液滴速度檢測方法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明做進一步的詳細闡述，但下述實施例不應理解為對本發明的限制。如圖1所示，一種采用上述輸液速度的檢測方法的裝置，包含:紅外led驅動電路、光檢測放大電路、去直流電路、第一 AD轉換模塊、第二 AD轉換模塊、第一 DA轉換模塊、第二DA轉換模塊、控制模塊。所述紅外發光二極管驅動電路與控制模塊的一個IO端口相連，控制紅外發光二極管的交替亮滅；與第一 DA轉換模塊相連控制紅外發光二極管發光的幅值。所述光檢測放大電路的輸出與第一 AD轉換模塊相連，第一 AD轉換模塊的輸出與控制模塊相連，光檢測放大電路的輸出被第一 AD轉換模塊采集轉換輸入到控制模塊中。控制模塊根據此數據來控制第一 DA轉換模塊的輸出從而控制紅外發光二極管發光的幅值。所述光檢測放大電路的輸出與也與去直流電路相連，第二 DA轉換模塊的輸出端也與去直流電路相連，去直流電路將光檢測放大電路輸出的包含一定直流量交流信號減去第二 DA轉換模塊的輸出的 直流信號，從而得到較好的交流信號。所述去直流電路的輸出端與第二 AD轉換模塊的輸入端相連，第二 AD轉換模塊的輸出端與控制模塊相連。第二 AD轉換模塊將去直流電路的輸出轉換成數字信號并輸入到控制模塊中。所述紅外發光二極管驅動電路控制紅外發光二極管以200hz的頻率亮滅，由兩個三極管構成。光檢測放大電路和去直流電路由兩級運放構成，一級運放將光電流信號放大為電壓信號，這個電壓信號包含交流分量和較大的直流分量，因此需要二級運放去直流處理。控制模塊接受兩個運放的輸出，作為反饋為紅外發光二極管驅動電路和去直流電路提供參考電壓幅值。如圖2所示，所述紅外發光二級管Dl和PIN光電二極管D2分別對稱位于茂菲氏滴管壁兩側，所述紅外發光二級管7距離茂菲氏滴管頂郜20mm。如圖3所示，所述紅外發光二極管驅動電路包括紅外發光二級管Dl、PNP三極管Q1、NPN三極管Tl、電阻R11、電阻R12、電阻R13。紅外發光二極管Dl的陽極連接PNP三極管Ql的集電極，紅外發光二極管Dl的陰極連接PNP三極管Ql的集電極。PNP三極管Ql的基極連接到控制模塊的一個IO端口控制光線的交替開關。NPN三極管的基極連接到第二DA轉換模塊，控制發光的幅度。如圖4所示，所述PIN光電二極管D2的陽極與第一級運算放大器的反相輸入端相連，陰極與第一級運算放大器的同相輸入端相連。第一級運算放大器的反相輸入端和輸出端之間并聯5Pf的電容Cl和5M歐姆的電阻R5，第一級運算放大器的輸出端接到第二級運算放大器的反相輸入端，第二級運算放大器的同相輸入端接到第二 DA轉換模塊的輸出端，來控制去直流量的大小。第二級運算放大器的反相輸入端和輸出端之間并聯47Pf的電容C2和150K歐姆的電阻R9。如圖1所示，所述控制模塊用于將接收到第一運放的輸出電壓進行AD轉換，根據這個電壓的大小調整第一 DA轉換輸出，即Al點的電壓，從而調整紅外發光二極管的發光強度。同時根據這個電壓的大小，控制第二 DA轉換模塊的輸出，即B2點電壓，從而有效的去掉信號的直流分量。所述控制模塊將第二運放的輸出電壓進行AD轉換，然后數字濾波去直流，計算周期，從而計算出液滴的滴速。如圖5所示，基本的測量流程如下。設置200Hz定時器中斷，定時器中斷發生后，首先，根據上次的計算，輸出led幅值電壓和去直流參考電壓。然后，控制模塊開啟紅外發光二極管，接著讀取兩路運放輸出端電壓數據，即BI與B3點電壓大小。再然后，關燈，根據BI更新LED的幅度，供下次開燈使用，根據B2輸出更新去直流電路的直流參考電壓，供下次開燈使用。最后，原始信號數字去直流后得到交流光電信號，對所述交流光電信號進行周期的計算。`
權利要求
1.一種醫用輸液液滴速度檢測方法，其特征在于:紅外線發光二極管與紅外線接收光敏三極管分別對稱地安裝于茂菲氏滴管壁的兩側，照射茂菲氏滴管的紅外發光二極管交替發光和熄滅，透射光經光電轉換得到變化的光電流信號；光電流信號經經過一級放大后，經過AD轉換，轉成數字信號，通過控制模塊計算其直流量的大小，然后根據這個直流量的大小，控制紅外發光二極管下一次發光的強度，同時根據這個直流量的大小，控制二級放大電路去直流量的大小，從而有效的去除此次光電流信號中的直流量，這個有效去除了直流量后的光電流信號經過AD轉換，控制器對此轉換后的數字信號進行數字濾波，并計算周期，換算成頻率，即液滴滴速。
2.一種實現權利要求1所述的醫用輸液液滴速度檢測方法的裝置，其特征在于包含:紅外led驅動電路、光檢測放大電路、去直流電路、第一 AD轉換模塊、第二 AD轉換模塊、第一 DA轉換模塊、第二 DA轉換模塊、控制模塊；所述紅外發光二極管驅動電路與控制模塊的一個IO端口相連，控制紅外發光二極管的交替亮滅；與第一DA轉換模塊相連控制紅外發光二極管發光的幅值；所述光檢測放大電路的輸出與第一AD轉換模塊相連，第一AD轉換模塊的輸出與控制模塊相連，光檢測放大電路的輸出被第一 AD轉換模塊采集轉換輸入到控制模塊中，控制模塊根據此數據來控制第一 DA轉換模塊的輸出從而控制紅外發光二極管發光的幅值；所述光檢測放大電路的輸出與也與去直流電路相連，第二 DA轉換模塊的輸出端也與去直流電路相連，去直流電路將光檢測放大電路輸出的包含一定直流量交流信號減去第二 DA轉換模塊的輸出的直流信號，從而得到較好的交流信號；所述去直流電路的輸出端與第二 AD轉換模塊的輸入端相連，第二 AD轉換模塊的輸出端與控制模塊相連，第二 AD轉換模塊將去直流電路的輸出轉換成數字信號并輸入到控制模塊中；控制模塊對此信號進行周期計算，把結果輸出到顯示器模塊。
3.權利要求2所述的紅外發光二極管驅動電路由一個PNP三極管和一個NPN三極管構成；紅外發光二極管的陽極連接 PNP三極管的集電極，紅外發光二極管的陰極連接PNP三極管的集電極；PNP三極管的基極連接到IOK歐姆電阻一端，這個IOk歐姆電阻另一端連接點控制模塊的一個IO端口，從而控制光線的交替開關；NPN三極管的基極連接到控制模塊的一個DA端口，控制發光的幅度。
4.權利要求2所述的光檢測放大電路和去直流電路由兩級運放構成，第一級運放將光電流信號放大為電壓信號，PIN光電二極管的陽極與第一級運算放大器的反相輸入端相連，陰極與第一級運算放大器的同相輸入端相連；第一級運算放大器的反相輸入端和輸出端之間并聯5Pf的電容和5M歐姆的電阻。
5.權利要求4所述的第一級運放的輸出端與第一AD模塊相連，第一級的運放的輸出端同時接到第二級運算放大器的反相輸入端，第二級運算放大器的同相輸入端接到第二 DA轉換模塊的輸出端，來控制去直流量的大小，第二級運算放大器的反相輸入端和輸出端之間并聯47Pf的電容和150K歐姆的電阻。
6.權利要求3、4、5所述的控制模塊與第一AD模塊、第二 AD模塊、第一 DA模塊、第二DA模塊、紅外發光二極管驅動電路相連；控制模塊的一個IO端口連接到PNP三極管的基極控制光線的交替開關；所述第一 DA轉換模塊連接到NPN三極管的基極控制發光的幅度；所述第一 AD轉換模塊與第一級運放的輸出端與相連，接受這個運放的輸出，作為反饋為紅外發光二極管驅動電路和去直流電路提供參考電壓幅值；所述第二 DA轉換模塊連接到第二級運算放大器的同相輸入端，來控制去直流量的大小；所述第二 AD轉換模塊與第二級運放的輸出端相連，來接收去 直流后的檢測光波形。
全文摘要
本發明公開了一種輸液速度檢測方法及其裝置，包括紅外發光二極管及其驅動電路、光敏三極管、光檢測放大電路、去直流電路、控制模塊和顯示模塊。紅外發光二極管與光敏三極管分別對稱地安裝于茂菲氏滴管壁的兩側；紅外發光二極管以一定的頻率亮滅，每次燈亮時，透射光經過光檢測放大電路轉換成放大的信號，控制模塊采集這一信號，計算出其中的直流量大小，并根據其大小來控制下一次發光的強度，這一光電信號繼續經過去直流電路，控制模塊根據前面所述直流量的大小，來控制下一次亮燈時去直流量的大小。去直流后得到交流部分，測得其周期可計算出液滴滴速，并在顯示模塊上顯示。本發明能夠提高醫用輸液液滴速度檢測方法及其裝置的抗干擾能力。
文檔編號G01P5/26GK103239777SQ201310160198
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月3日 優先權日2013年5月3日
發明者劉一 申請人:劉一