一種液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備，具體涉及一種液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波氣泡檢測(cè)系統(tǒng)是醫(yī)療設(shè)備重要的傳感器之一，廣泛用于如透析機(jī)、輸液泵、人工心肺機(jī)等生命支持設(shè)備上，屬非侵入式檢測(cè)，不與液體接觸、無(wú)污染，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液體管道中是否有空氣混入，是防止氣體意外輸入到體內(nèi)造成空氣栓塞甚或死亡，保障治療安全的重要部件。
[0003]目前市場(chǎng)上提供的超聲波氣泡檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾性能和工作可靠性都不高，不利于準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)液體中的空氣，有一定的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種抗干擾性能強(qiáng)、工作可靠性強(qiáng)的液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)發(fā)射單元，用于向被檢測(cè)液體發(fā)出檢測(cè)信號(hào)；信號(hào)接收單元，用于接收所述檢測(cè)信號(hào)；以及控制模塊；所述控制模塊包括信號(hào)檢測(cè)單元；所述信號(hào)檢測(cè)單元用于檢測(cè)從信號(hào)接收單元傳來(lái)的所述檢測(cè)信號(hào)，并根據(jù)所述檢測(cè)信號(hào)的特性判斷液體中是否有空氣存在；所述信號(hào)發(fā)射單元和信號(hào)接收單元分別置于被檢測(cè)液體的相對(duì)的兩側(cè)，所述信號(hào)接收單元與信號(hào)檢測(cè)單元通信連接，所述控制模塊內(nèi)設(shè)置有檢測(cè)時(shí)間窗，所述信號(hào)檢測(cè)單元只檢測(cè)落入檢測(cè)時(shí)間窗的檢測(cè)信號(hào)。檢測(cè)時(shí)間窗內(nèi)檢測(cè)到的接收信號(hào)才是對(duì)應(yīng)脈沖超聲的信號(hào)。不在檢測(cè)時(shí)間窗內(nèi)的信號(hào)為干擾，因此，本發(fā)明的技術(shù)方案不檢測(cè)時(shí)間窗以外信號(hào)，能提高抗干擾性能。
[0006]信號(hào)發(fā)射單元發(fā)出的檢測(cè)信號(hào)為超聲波檢測(cè)信號(hào)。
[0007]信號(hào)接收單元將接收到的超聲波檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送至控制模塊。
[0008]液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)還包括信號(hào)發(fā)射驅(qū)動(dòng)單元，所述控制模塊經(jīng)信號(hào)發(fā)射驅(qū)動(dòng)單元與信號(hào)發(fā)射單元連接，所述控制模塊發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)信號(hào)發(fā)射驅(qū)動(dòng)單元控制信號(hào)發(fā)射單元發(fā)出檢測(cè)信號(hào)。
[0009]液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)還包括帶通濾波單元、信號(hào)放大單元以及檢波單元；所述信號(hào)接收單元經(jīng)帶通濾波單元、信號(hào)放大單元與檢波單元連接，所述信號(hào)接收單元將接收到的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)帶通濾波單元、信號(hào)放大單元以及檢波單元處理。
[0010]控制模塊包括模擬比較器；所述信號(hào)接收單元將接收到的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)帶通濾波單元、信號(hào)放大單元以及檢波單元處理后傳至模擬比較器。
[0011]檢測(cè)時(shí)間窗根據(jù)檢測(cè)信號(hào)從信號(hào)發(fā)射單元傳送至信號(hào)接收單元的傳送時(shí)間、檢測(cè)信號(hào)自身的持續(xù)時(shí)間以及檢測(cè)信號(hào)的發(fā)射頻率而定。
[0012]控制模塊連接有報(bào)警器，當(dāng)控制模塊接收到信號(hào)檢測(cè)單元傳來(lái)的液體內(nèi)有空氣的信號(hào)時(shí)，控制模塊控制報(bào)警器發(fā)出警示信號(hào)。
[0013]信號(hào)發(fā)射單元和信號(hào)接收單元均為壓電陶瓷晶片。
[0014]信號(hào)發(fā)射單元和信號(hào)接收單元平行同軸設(shè)置。
[0015]液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)包括固定槽，用于固定盛裝被檢測(cè)液體的管路，所述信號(hào)發(fā)射單元和信號(hào)接收單元分別設(shè)置在固定槽相對(duì)的槽壁上。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案不僅提高了抗干擾性能強(qiáng)和工作可靠性強(qiáng)，還可用于液位測(cè)量，超聲測(cè)距等，能在多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為驅(qū)動(dòng)信號(hào)示意圖；
[0019]圖3為信號(hào)發(fā)射單元發(fā)射信號(hào)和信號(hào)接收單元接收信號(hào)的信號(hào)時(shí)序圖；
[0020]圖4為液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)的電路原理圖；
[0021]圖5為主程序流程圖；
[0022]圖6為MRTO中斷處理程序；
[0023]圖7為MRTl中斷處理程序；
[0024]圖8為MRT2中斷處理程序；
[0025]圖9為MRT3中斷處理程序。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]如圖1-9所示的液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)發(fā)射單元1，用于向被檢測(cè)液體發(fā)出檢測(cè)信號(hào)；信號(hào)接收單元2，用于接收所述檢測(cè)信號(hào)；以及控制模塊；所述控制模塊包括信號(hào)檢測(cè)單元；所述信號(hào)檢測(cè)單元用于檢測(cè)從信號(hào)接收單元2傳來(lái)的所述檢測(cè)信號(hào)，并根據(jù)所述檢測(cè)信號(hào)的特性判斷液體中是否有空氣存在；所述信號(hào)發(fā)射單元I和信號(hào)接收單元2分別置于被檢測(cè)液體的相對(duì)的兩側(cè)，所述信號(hào)接收單元2與信號(hào)檢測(cè)單元通信連接，所述控制模塊內(nèi)設(shè)置有檢測(cè)時(shí)間窗，所述信號(hào)檢測(cè)單元只檢測(cè)落入檢測(cè)時(shí)間窗的檢測(cè)信號(hào)。
[0029]信號(hào)發(fā)射單元I發(fā)出的檢測(cè)信號(hào)為超聲波檢測(cè)信號(hào)。
[0030]信號(hào)接收單元2將接收到的超聲波檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送至控制模塊。
[0031]液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)還包括信號(hào)發(fā)射驅(qū)動(dòng)單元，所述控制模塊經(jīng)信號(hào)發(fā)射驅(qū)動(dòng)單元與信號(hào)發(fā)射單元I連接，所述控制模塊發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)信號(hào)發(fā)射驅(qū)動(dòng)單元控制信號(hào)發(fā)射單元I發(fā)出檢測(cè)信號(hào)。
[0032]液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)還包括帶通濾波單元、信號(hào)放大單元以及檢波單元；所述信號(hào)接收單元2經(jīng)帶通濾波單元、信號(hào)放大單元與檢波單元連接，所述信號(hào)接收單元2將接收到的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)帶通濾波單元、信號(hào)放大單元以及檢波單元處理。
[0033]控制模塊包括模擬比較器；所述信號(hào)接收單元2將接收到的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)帶通濾波單元、信號(hào)放大單元以及檢波單元處理后傳至模擬比較器。
[0034]檢測(cè)時(shí)間窗根據(jù)檢測(cè)信號(hào)從信號(hào)發(fā)射單元I傳送至信號(hào)接收單元2的傳送時(shí)間、檢測(cè)信號(hào)自身的持續(xù)時(shí)間以及檢測(cè)信號(hào)的發(fā)射頻率而定。
[0035]控制模塊連接有報(bào)警器，當(dāng)控制模塊接收到信號(hào)檢測(cè)單元傳來(lái)的液體內(nèi)有空氣的信號(hào)時(shí)，控制模塊控制報(bào)警器發(fā)出警示信號(hào)。
[0036]信號(hào)發(fā)射單元I和信號(hào)接收單元2均為壓電陶瓷晶片。
[0037]信號(hào)發(fā)射單元I和信號(hào)接收單元2平行同軸設(shè)置。
[0038]液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)包括固定槽，用于固定盛裝被檢測(cè)液體的管路3，所述信號(hào)發(fā)射單元I和信號(hào)接收單元2分別設(shè)置在固定槽相對(duì)的槽壁上。
[0039]以下為所述液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)的詳細(xì)方案和原理的介紹:
[0040]一、延遲測(cè)量法檢測(cè)氣泡4的原理
[0041]1、液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)
[0042]圖1所示，兩片PZT5壓電陶瓷晶片(信號(hào)發(fā)射單元I和信號(hào)接收單元2)分別封裝在ABS材料殼體的兩側(cè)，平行同軸放置，環(huán)氧樹(shù)脂灌封，分別用于發(fā)射和接收檢測(cè)信號(hào)。中間固定槽放置被檢測(cè)的液體管路3，檢測(cè)是否有氣泡4存在。
[0043]信號(hào)發(fā)射單元I在3MHz的控制模塊發(fā)出的猝發(fā)脈沖方波(驅(qū)動(dòng)信號(hào))的激勵(lì)下，將電壓變化轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生脈沖超聲波。超聲以縱波的方式在均勻介質(zhì)中沿直線方向傳播，穿透力強(qiáng)，定向性好。信號(hào)發(fā)射單元I發(fā)出超聲波后，穿透?jìng)鞲衅鞯臍んw和固定槽中內(nèi)充滿(mǎn)液體的塑料軟管，達(dá)到對(duì)側(cè)的信號(hào)接收單元2。信號(hào)接收單元2把超聲波的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為與發(fā)射頻率相同的電信號(hào)。超聲波在遇到不同介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生反射和折射，并服從與幾何光學(xué)類(lèi)似的反射、折射定律。如管路3內(nèi)的液體中有空氣混入，超聲波會(huì)在氣液界面發(fā)生反射和折射，信號(hào)接收單元2接收到的檢測(cè)信號(hào)衰減。檢測(cè)信號(hào)衰減幅度與氣泡4的大小、形狀和多少有關(guān)。
[0044]2、延遲測(cè)量法的檢測(cè)原理
[0045]室溫下超聲波在ABS塑料和生理鹽水中的傳導(dǎo)速度約為1500m/s。理論計(jì)算如下:信號(hào)發(fā)射單元I和信號(hào)接收單元2之間的距離為12mm，傳導(dǎo)時(shí)間Sus (微秒)。信號(hào)發(fā)射單元I被猝發(fā)(Burst)脈沖激勵(lì)，頻率為3MHz，連續(xù)8個(gè)脈沖，持續(xù)時(shí)間2.64us，猝發(fā)重復(fù)頻率為ΙΟΚΗζ，見(jiàn)圖2。信號(hào)發(fā)射單元I發(fā)出脈沖超聲8us后，信號(hào)接收單元2才能接收到信號(hào)。信號(hào)發(fā)射單元I和信號(hào)接收單元2的信號(hào)時(shí)序見(jiàn)圖3，A為8us，B為10.64us, C為檢測(cè)時(shí)間窗。在信號(hào)發(fā)射單元I發(fā)射超聲波后Sus-10.64us的時(shí)間窗內(nèi)，檢測(cè)到的接收信號(hào)才是對(duì)應(yīng)脈沖超聲的信號(hào)。不在檢測(cè)時(shí)間窗內(nèi)的信號(hào)為干擾，因此，延遲測(cè)量法，不檢測(cè)時(shí)間窗以外信號(hào)，能提高抗干擾性能。
[0046]二、液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
[0047]1、液體媒介中空氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以控制模塊(LPC810M021FN8)為核心，外圍電路包括信號(hào)發(fā)射驅(qū)動(dòng)單元(壓電陶瓷功率驅(qū)動(dòng)單元)、帶通濾波單元和信號(hào)放大單元等。LPC810M021FN8是基于ARM Cortex-MO+的低成本32位微處理器，主頻可達(dá)30MHz。集成了單周期乘法器和快速單周期I/O端口，外設(shè)包括二個(gè)USART、一個(gè)SPI接口、一個(gè)多速率定時(shí)器(Multiple-channel mult1-Rate Timer，MRT