CN101856525B - 医用输液液滴速度监测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种医用输液液滴速度监测方法及其装置涉及医用输液监测应用领域。本发明包括红外线双对管检测电路、差分检测电路、控制单元电路和报警电路，上述红外线双对管检测电路包括第一红外发射、第一红外接收、第一阻抗隔离、第二红外发射、第二红外接收和第二阻抗隔离；上述差分检测电路包括信号差分、信号整流、信号放大和稳压及信号整形；上述控制单元电路用于对差分检测电路的输出脉冲信号的下降沿进行处理后得到相邻两输液液滴间的时间间隔，从而判断是否需要产生报警信号。该发明有效提高了医用输液液滴速度监测方法及其装置的抗干扰性能。

Description

医用输液液滴速度监测方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种医用输液液滴速度监测方法及其装置，属于医用输液监测应用领域。

背景技术

目前，用于医用输液的监测装置一般采用红外线对管，即红外线发光二极管与红外线接收光敏三极管分别对称地安装于茂菲氏滴管壁的两侧，对茂菲氏滴管中的液滴是否滴落进行检测。此液滴检测的工作原理是：采用红外检测技术在茂菲氏滴管壁处对输液速度进行检测，具体为红外线发光二极管发出红外光，光线透过茂菲氏滴管照射到红外接收光敏三极管，红外接收光敏三极管将接收到的光信号转换成光电流输出。当茂菲氏滴管中没有液滴通过时，光线衰减小，红外接收光敏三极管输出比较强的光电流；当茂菲氏滴管中有液滴通过时，由于液滴对光线吸收和散射作用，照射到红外接收光敏三极管的光信号比较弱，导致红外接收光敏三极管输出比较弱的光电流；然后将电流的变化转换为电压的变化，通过检测红外接收光敏三极管输出端电压的变化，就可以检测出有无液滴通过。另外，由于液滴两端比液滴中间对红外光的折射大，导致红外接收光敏三极管开路，输出电压变高，所以每个液滴滴落时均可接收到两次脉冲信号，该脉冲信号通过信号调理电路送入微处理器，微处理器则可根据单位时间内所检测到的脉冲信号的个数，计算出输液液滴的速度，当液滴速度太慢或太快时均发出报警声响。

这种基于红外线对管的医用输液监测装置的缺点在于：①当茂菲氏滴管中透过干扰光时，没有液滴滴下时红外接收光敏三极管的输出电压不为0V，且输出脉冲电压的幅值与干扰光的强度成正比；②当茂菲氏滴管内壁有水雾时，会挡住一部分红外光，即使没有液滴滴下时红外接收光敏三极管的输出电压也不为0V。上述情况都很有可能导致红外接收光敏三极管所发出的双脉冲信号严重畸变，单位时间内所检测到的脉冲信号的个数不准，最终导致输液监测装置液滴速度检测不准，不该报警时误报或者该报警时却不报，酿成严重的医疗事故。

因此，如何提高基于红外检测技术的医用输液监测装置的抗干扰性，是医用输液监测应用领域必须解决的一项关键技术。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于红外线双对管差分检测的抗干扰能力强的医用输液液滴速度监测方法及其装置，当茂菲氏滴管中液滴速度太慢或太快时，均自动报警，发出清晰的声响，提示病人或护士及时处理。

一种医用输液液滴速度监测方法，其特征在于：

1)设置第一红外信号采集和第二红外信号采集，分别采集得到第一红外线信号和第二红外线信号，并将第一红外线信号和第二红外线信号送至信号差分及调理，经过信号差分及调理后得到脉冲信号INT1_1，最后将脉冲信号INT1_1输入至控制单元电路的微处理器芯片的中断端口INT1；

2)初始化微处理器芯片的输出端s_1输出高电平，即报警电路不发出报警信号，当微处理器芯片的中断端口INT1第一次检测到脉冲信号INT1_1信号的下降沿时，微处理器芯片的计数器清零，并且重新开始计时，设此计数器所计时间为t₀；

3)比较t₀与t1之间的大小，t1为液滴通过第一红外发射和第二红外发射之间距离的时间，t1＝0.09～0.11s；

4)若t₀＜t1，则转到步骤(3)；

5)若t₀≥t1，则等待微处理器芯片的中断端口INT1再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿；

6)若微处理器芯片的中断端口INT1再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿，则将微处理器芯片的计数器所计时间t₀赋值给变量temp，即temp＝t₀，temp则为相邻两液滴间的时间间隔，液滴速度v则为60/temp滴/分钟，并且将微处理器芯片的计数器清零，重新开始计时，如果temp≤0.15s，即液滴速度v≥400滴/分钟，则微处理器芯片的输出端s_1输出低电平，报警电路的蜂鸣器发出报警声响；如果temp＞0.15s，即液滴速度v＜400滴/分钟，则转到步骤(3)；

7)若微处理器芯片的中断端口INT1没有再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿且t₀＜6s，即液滴速度v＞10滴/分钟，则转到步骤(5)；

8)若微处理器芯片的中断端口INT1没有再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿且t₀≥6s，即液滴速度v≤10滴/分钟，微处理器芯片的输出端s_1输出低电平，报警电路的蜂鸣器发出报警声响。

一种采用上述医用输液液滴速度监测方法的监测装置，其特征在于，包含：红外线双对管检测电路、差分检测电路、控制单元电路和报警电路，红外线双对管检测电路的第一红外线输出端A_{1_1}与差分检测电路的第一红外线输入端A_{1_2}相连，红外线双对管检测电路的第二红外线输出端A_{2_1}与差分检测电路的第二红外线输入端A_{2_2}相连，差分检测电路的输出端INT11与控制单元电路的输入端INT1相连，控制单元电路的输出端s_1与报警电路的输入端s_2相连，

所述红外线双对管检测电路用于输出经过阻抗隔离后的第一红外线信号和第二红外线信号，其包括：第一红外发射、第一红外接收、第一阻抗隔离、第二红外发射、第二红外接收和第二阻抗隔离，所述第一阻抗隔离的输入端与第一红外接收连接，且其输出端A_{1_1}作为红外线双对管检测电路的输出端与所述差分检测电路的输入端A_{1_2}连接，所述第二阻抗隔离的输入端与第二红外接收连接，且其输出端A_{2_1}作为红外线双对管检测电路的输出端与所述差分检测电路的输入端A_{2_2}连接；

所述第一红外发射包括电阻R2和红外发光二级管D7，第一红外接收包括电阻R18和光敏三极管T1，第二红外发射包括电阻R17和红外发光二级管D8，第二红外接收包括电阻R3和光敏三极管T2，

所述红外发光二级管D7和光敏三极管T1分别对称位于茂菲氏滴管壁两侧，所述红外发光二级管D8和光敏三极管T2分别对称位于茂菲氏滴管壁两侧，且红外发光二级管D7距离茂菲氏滴管顶部20mm，距离红外发光二级管D818mm，

所述光敏三极管T1的集电极与第一阻抗隔离的引脚3相连，所述光敏三极管T2的集电极与第二阻抗隔离的引脚3相连，第一阻抗隔离和第二阻抗隔离均为射极跟随器，用于提高信号输出阻抗，起到阻抗隔离的作用；

所述差分检测电路用于将接收到的第一红外线信号和第二红外线信号进行差分，并进行信号调理后输出适合于上述控制单元电路处理的脉冲信号INT1_1，

所述差分检测电路依次由信号差分、信号整流、信号放大和稳压及信号整形四部分连接而成，各连接点依次为B1、C1、D1，

所述信号差分的输入端A_{1_2}作为差分检测电路的输入端与红外线双对管检测电路的输出端A_{1_1}连接，信号差分的输入端A_{2_2}作为差分检测电路的输入端与红外线双对管检测电路的输出端A_{2_1}连接，所述信号整形的输出端INT11作为差分检测电路的输出端与所述控制单元电路的输入端INT1连接。

与现有技术相比，本发明的医用输液液滴速度监测方法及其装置具有抗干扰能力强的有益效果，具体如下：

1)由于本发明的医用输液液滴速度监测装置提出了一种基于红外线双对管差分检测的差分检测电路，将接收到的第一红外线信号和第二红外线信号依次通过信号差分、信号整流、信号放大和稳压及信号整形四部分电路进行信号调理后输出适合于控制单元电路处理的低电平为0V，高电平为5V的脉冲信号INT1_1，因此，有效提高了医用输液液滴速度监测装置对干扰光等的抗干扰性能；

2)由于设置液滴通过第一红外发射和第二红外发射之间距离的时间t1＝0.09～0.11s，当t₀＜t1时，微处理器芯片继续比较计时器t₀与t1之间的大小，并且本发明以每个液滴的脉冲信号INT1_1的第一个下降沿为此液滴的开始计时时间，从而得到各相邻两输液液滴间的时间间隔，最终判断是否需要产生报警信号，因此，有效避免了在时间段t1内各种干扰对脉冲信号INT1_1的影响，相比一般通过计算单位时间内所检测到的脉冲信号INT1_1的脉冲个数来计算液滴速度的方法，极大地提高了医用输液液滴速度监测方法的抗干扰性。

附图说明

图1为本发明医用输液液滴速度监测装置的原理框图

图2为红外线双对管安装示意图

图3为红外线双对管检测电路原理图

图4为差分检测电路原理图

图5为差分检测电路中各关键信号波形图

图6为控制单元电路和报警电路原理图

图7为本发明的医用输液液滴速度监测方法流程图

在以上各图中采用了统一标号，即同一信号或物件在各图中用同一标号。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述，但下述实施例不应理解为对本发明的限制。

该实施例的内容包括两部分，其一是医用输液液滴速度监测装置，其二是医用输液液滴速度监测方法。

(一)医用输液液滴速度监测装置

如图1所示，该医用输液液滴速度监测装置包括：红外线双对管检测电路1、差分检测电路2、控制单元电路3和报警电路4，其中红外线双对管检测电路1包括：第一红外发射11、第一红外接收12、第一阻抗隔离u19、第二红外发射13、第二红外接收14和第二阻抗隔离u17，所述第一阻抗隔离u19的输入端与第一红外接收12连接，且其输出端A_{1_1}作为红外线双对管检测电路1的输出端与所述差分检测电路2的输入端A_{1_2}连接，所述第二阻抗隔离u17的输入端与第二红外接收14连接，且其输出端A_{2_1}作为红外线双对管检测电路1的输出端与所述差分检测电路2的输入端A_{2_2}连接；所述差分检测电路2用于将接收到的第一红外线信号和第二红外线信号进行差分，并进行信号调理后输出适合于所述控制单元电路3处理的脉冲信号INT1_1，此差分检测电路2由信号差分211、信号整流221、信号放大和稳压231及信号整形241四部分依次连接而成，且信号差分211的输入端A_{1_2}作为差分检测电路2的输入端与红外线双对管检测电路1的输出端A_{1_1}连接，信号差分211的输入端A_{2_2}作为差分检测电路2的输入端与红外线双对管检测电路1的输出端A_{2_1}连接，所述信号整形241的输出端INT11作为差分检测电路2的输出端与所述控制单元电路3的输入端INT1连接；所述控制单元电路3用于对差分检测电路2的输出端INT11的脉冲信号INT1_1进行处理后得到相邻两液滴间的时间间隔，从而判断是否需要产生报警信号，其输入端INT1与所述差分检测电路2的输出端INT11连接，输出端(s_1)与所述报警电路4的输入端(s_2)连接；所述报警电路4的输入端(s_2)与所述控制单元电路3的输出端(s_1)连接，用于接收控制单元电路3的报警指令发出报警声音。

如图3所示，红外线双对管检测电路原理图包括：第一红外发射11、第一红外接收12、第一阻抗隔离u19、第二红外发射13、第二红外接收14和第二阻抗隔离u17，其中第一红外发射11包括电阻R2和红外发光二级管D7，第一红外接收12包括电阻R18和光敏三极管T1，第二红外发射13包括电阻R17和红外发光二级管D8，第二红外接收14包括电阻R3和光敏三极管T2，如图2所示，所述红外发光二级管D7和光敏三极管T1分别对称位于茂菲氏滴管壁两侧，所述红外发光二级管D8和光敏三极管T2分别对称位于茂菲氏滴管壁两侧，且红外发光二级管D7距离茂菲氏滴管顶部20mm，距离红外发光二级管D818mm；所述光敏三极管T1的集电极与第一阻抗隔离u19的引脚3相连，所述光敏三极管T2的集电极与第二阻抗隔离u17的引脚3相连，第一阻抗隔离u19和第二阻抗隔离u17均为射极跟随器，用于提高信号输出阻抗，起到阻抗隔离的作用。红外线双对管检测电路的工作原理是：如图2所示，红外发光二极管D7和D8均发出红外光，光线透过茂菲氏滴管分别照射到光敏三极管T1和T2，光敏三极管T1和T2均将接收到的光信号转换成电流信号输出。当茂菲氏滴管中没有液滴通过时，光线衰减小，光敏三极管输出比较强的电流信号；当茂菲氏滴管中有液滴通过时，由于液滴对光线吸收和散射作用，光敏三极管接收到的光信号比较弱，则输出比较弱的电流信号。

如图4所示，差分检测电路2用于将接收到的第一红外线信号和第二红外线信号进行差分，并进行信号调理后输出适合于控制单元电路3处理的脉冲信号INT1_1，此差分检测电路2依次由信号差分211、信号整流221、信号放大和稳压231及信号整形241四部分连接而成，各连接点依次为B1、C1、D1，如图5所示，由于输液液滴两端比液滴中间部分对红外光的折射大，导致光电三极管开路，输出电压变高，所以每个液滴通过茂菲氏滴管时光敏三极管T1和T2均可接收到两次脉冲信号，故差分检测电路接收到的第一红外线信号和第二红外线信号分别如图5中A₁和A₂所示波形，A₁和A₂波形的低电平部分均不为0V，分别为1V和0.8V，是由于干扰光的影响而导致红外线信号A₁和A₂的低电平部分被抬高，两路红外线信号A₁和A₂经过信号差分211后输出端B1的信号波形如图5中B所示，再经过信号整流221后输出端C1的信号波形如图5中C所示，信号C的低电平已低于0.38V明显比信号A₁和A₂的低电平部分低得多，可见由于差分的作用极大地消除了干扰光对信号A₁或A₂低电平部分的抬升作用，不过由于差分而造成信号C的高电平部分比信号A₁或A₂有所减小，且所减小的量即为干扰光所导致的A₁或A₂的低电平部分从0V抬升的电压量，因此，为消除干扰光对信号C高电平部分的削弱作用，特将信号C通过信号放大和稳压231放大4倍并经4.7V稳压二极管D100稳压后得到信号放大和稳压231的输出信号D，如图5中D所示，信号D的高电平部分超过3.495V，比信号A₁或A₂均大得多，则干扰光对信号C高电平部分的削弱作用不仅被完全补偿，而且有效增强了其高电平部分，信号D经过信号整形241，即555定时器电路后，得到如图5所示低电平为0V，高电平为5V的数字脉冲波形E，即差分检测电路2输出的脉冲信号INT1_1，可见受到干扰光强烈影响的第一红外线信号A₁和第二红外线信号A₂，经过此差分检测电路2后干扰光被完全消除。

如图6所示，控制单元电路3由微处理器芯片33、晶振电路32和看门狗复位电路31三部分构成，用于对差分检测电路2输出的脉冲信号INT1_1进行处理后得到相邻两液滴间的时间间隔，从而判断是否需要产生报警信号，其输出端s_1与所述报警电路4的输入端s_2连接，本实施例采用微处理器芯片ATmegal16；所述报警电路4用于接收控制单元电路3的报警指令发出报警声音，依次由U5A、U4和蜂鸣器LS2三部分连接而成，其中U5A采用反相器芯片74LS04，U4采用驱动芯片ULN2003。

(二)医用输液液滴速度监测方法

本实施例监测方法的具体实施步骤为：

1)设置第一红外信号采集51和第二红外信号采集52，分别采集得到第一红外线信号和第二红外线信号，并将第一红外线信号和第二红外线信号送至信号差分及调理53，经过信号差分及调理53后得到脉冲信号INT1_1，最后将脉冲信号INT1_1输入至控制单元电路3的微处理器芯片33的中断端口INT1；

2)初始化微处理器芯片33的输出端s_1输出高电平，即报警电路4不发出报警信号，当微处理器芯片33的中断端口INT1第一次检测到脉冲信号INT1_1信号的下降沿时，微处理器芯片33的计数器清零，并且重新开始计时，设此计数器所计时间为t₀；

3)比较t₀与t1之间的大小，t1为液滴通过第一红外发射11和第二红外发射13之间距离的时间，本实施例中t1＝0.1s；

4)若t₀＜t1，则转到步骤(3)；

5)若t₀≥t1，则等待微处理器芯片33的中断端口INT1再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿；

6)若微处理器芯片33的中断端口INT1再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿，则将微处理器芯片33的计数器所计时间t₀赋值给变量temp，即temp＝t₀，temp则为相邻两液滴间的时间间隔，液滴速度v则为60/temp滴/分钟，并且将微处理器芯片33的计数器清零，重新开始计时，如果temp≤0.15s，即液滴速度v≥400滴/分钟，则微处理器芯片33的输出端s_1输出低电平，报警电路4的蜂鸣器LS2发出报警声响；如果temp＞0.15s，即液滴速度v＜400滴/分钟，则转到步骤(3)；

7)若微处理器芯片33的中断端口INT1没有再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿且t0＜6s，即液滴速度v＞10滴/分钟，则转到步骤(5)；

8)若微处理器芯片33的中断端口INT1没有再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿且t₀≥6s，即液滴速度v≤10滴/分钟，微处理器芯片33的输出端s_1输出低电平，报警电路4的蜂鸣器LS2发出报警声响。

Claims (4)

1.一种医用输液液滴速度监测方法，其特征在于：

1)设置第一红外信号采集(51)和第二红外信号采集(52)，分别采集得到第一红外线信号和第二红外线信号，并将第一红外线信号和第二红外线信号送至信号差分及调理(53)，经过信号差分及调理(53)后得到脉冲信号INT1_1，最后将脉冲信号INT1_1输入至控制单元电路(3)的微处理器芯片(33)的中断端口INT1；

2)初始化微处理器芯片(33)的输出端(s_1)输出高电平，即报警电路(4)不发出报警信号，当微处理器芯片(33)的中断端口INT1第一次检测到脉冲信号INT1_1信号的下降沿时，微处理器芯片(33)的计数器清零，并且重新开始计时，设此计数器所计时间为t₀；

3)比较t₀与t1之间的大小，t1为液滴通过第一红外发射(11)和第二红外发射(13)之间距离的时间，t1＝0.09～0.11s；

4)若t₀＜t1，则转到步骤(3)；

5)若t₀≥t1，则等待微处理器芯片(33)的中断端口INT1再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿；

6)若微处理器芯片(33)的中断端口INT1再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿，则将微处理器芯片(33)的计数器所计时间t₀赋值给变量temp，即temp＝t₀，temp则为相邻两液滴间的时间间隔，液滴速度v则为60/temp滴/分钟，并且将微处理器芯片(33)的计数器清零，重新开始计时，如果temp≤0.15s，即液滴速度v≥400滴/分钟，则微处理器芯片33的输出端(s_1)输出低电平，报警电路(4)的蜂鸣器(LS2)发出报警声响；如果temp＞0.15s，即液滴速度v＜400滴/分钟，则转到步骤(3)；

7)若微处理器芯片(33)的中断端口INT1没有再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿且t₀＜6s，即液滴速度v＞10滴/分钟，则转到步骤(5)；

8)若微处理器芯片(33)的中断端口INT1没有再次检测到脉冲信号INT1_1的下降沿且t₀≥6s，即液滴速度v≤10滴/分钟，微处理器芯片(33)的输出端(s_1)输出低电平，报警电路(4)的蜂鸣器(LS2)发出报警声响。

2.一种实现权利要求1所述的医用输液液滴速度监测方法的装置，其特征在于，包含：红外线双对管检测电路(1)、差分检测电路(2)、控制单元电路(3)和报警电路(4)，红外线双对管检测电路(1)的第一红外线输出端A_{1_1}与差分检测电路(2)的第一红外线输入端A_{1_2}相连，红外线双对管检测电路(1)的第二红外线输出端A_{2_1}与差分检测电路(2)的第二红外线输入端A_{2_2}相连，差分检测电路(2)的输出端INT11与控制单元电路(3)的微处理器芯片(33)的中断端口INT1相连，控制单元电路(3)的输出端(s_1)与报警电路(4)的输入端(s_2)相连，

所述控制单元电路(3)用于对差分检测电路(2)的输出端信号进行处理后得到相邻两液滴间的时间间隔，从而判断是否需要产生报警信号，其输入端INT1与所述差分检测电路(2)的输出端INT11连接，输出端(s_1)与所述报警电路(4)的输入端(s_2)连接；

所述报警电路(4)的输入端(s_2)与所述控制单元电路(3)的输出端(s_1)连接，用于接收控制单元电路(3)的报警指令发出报警声音。

3.根据权利要求2所述的的装置，其特征在于，所述红外线双对管检测电路(1)用于输出经过阻抗隔离后的第一红外线信号和第二红外线信号，其包括：第一红外发射(11)、第一红外接收(12)、第一阻抗隔离(u19)、第二红外发射(13)、第二红外接收(14)和第二阻抗隔离(u17)，所述第一阻抗隔离(u19)的输入端与第一红外接收(12)连接，且其输出端A_{1_1}作为红外线双对管检测电路(1)的输出端与所述差分检测电路(2)的输入端A_{1_2}连接，所述第二阻抗隔离(u17)的输入端与第二红外接收(14)连接，且其输出端A_{2_1}作为红外线双对管检测电路(1)的输出端与所述差分检测电路(2)的输入端A_{2_2}连接；

所述第一红外发射(11)包括电阻(R2)和红外发光二级管(D7)，第一红外接收(12)包括电阻(R18)和光敏三极管(T1)，第二红外发射(13)包括电阻(R17)和红外发光二级管(D8)，第二红外接收(14)包括电阻(R3)和光敏三极管(T2)，

所述第一红外发射(11)的红外发光二级管(D7)和所述第一红外接收(12)的光敏三极管(T1)分别对称位于茂菲氏滴管壁两侧，所述第二红外发射(13)的红外发光二级管(D8)和所述第二红外接收(14)的光敏三极管(T2)分别对称位于茂菲氏滴管壁两侧，且所述第一红外发射(11)的红外发光二级管(D7)距离茂菲氏滴管顶部20mm，距离所述第二红外发射(13)的红外发光二级管(D8)18mm，

所述光敏三极管(T1)的集电极与第一阻抗隔离(u19)的引脚3相连，所述光敏三极管(T2)的集电极与第二阻抗隔离(u17)的引脚3相连，第一阻抗隔离(u19)和第二阻抗隔离(u17)均为射极跟随器，用于提高信号输出阻抗，起到阻抗隔离的作用。

4.根据权利要求2所述的的装置，其特征在于，所述差分检测电路(2)用于将接收到的第一红外线信号和第二红外线信号进行差分，并进行信号调理后输出适合于上述控制单元电路(3)处理的脉冲信号INT1_1，

所述差分检测电路(2)依次由信号差分(211)、信号整流(221)、信号放大和稳压(231)和信号整形(241)四部分连接而成，各连接点依次为B1、C1、D1，

所述信号差分(211)的输入端A_{1_2}作为差分检测电路(2)的输入端与红外线双对管检测电路(1)的输出端A_{1_1}连接，信号差分(211)的输入端A_{2_2}作为差分检测电路(2)的输入端与红外线双对管检测电路(1)的输出端A_{2_1}连接，所述信号整形(241)的输出端INT11作为差分检测电路(2)的输出端与所述控制单元电路(3)的输入端INT1连接。

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