非侵入式多功能传感器系统技术方案

技术编号:5444052 阅读:199 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本申请公开一种集成多功能传感器系统,具有头部,该头部具有狭槽从而容纳由可变形材料形成的管,多个传感器元件,安装在头部狭槽的壁部从而面对狭槽中的管,每个传感器元件用于检测与管中流体相关的状态。集成电子电路包括微处理器,用于确定由传感器元件检测的流动在管中的流体的各种状态,这些状态包括通过超声波检测元件检测气泡和/或颗粒,通过由力检测元件检测管壁的变形而检测流体流中的夹杂物,通过红外温度检测元件确定流体的温度,以及通过光学元件确定流体的颜色。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用多功能传感器头部的传感器系统,该多功能传感器头部具有传感器元件,能够执行非侵入式多重功能,诸如检测流动于管子中的流体的温度,检测流体 中存在的气泡和/或颗粒并且分析流体中存在的气泡和/或颗粒的特征,以及检测流体的 类型并且检测流体中的夹杂物。
技术介绍
在医疗设备的特定应用中,诸如肾脏透析机、注入泵血液分析器、输血系统、心肺 转流机等,尝试确保病人的安全。在这些应用中,使用柔性塑料管来完成任务,诸如为病人 供应药物、补给盐水溶液、从病人身体抽取流体诸如血液并且在进行净化或清洗之后将其 输送回身体,以及其他功能。例如,在肾脏透析过程期间,管子连接至病人的静脉和动脉从 而进行血液抽取并在清洗之后输送回身体。另一种管子用于药物的注入。对于连接至病人身体的每个管子来说,理想地并且甚至必须地监视关于流动在管 子中的流体的不同状态,甚至关于管子本身的状态。例如,可能需要或者理想地检测流动在 管子中的流体的温度,检测流体中是否存在气泡和/或颗粒并且分析它们的尺寸和数量特 征。对其他状态进行检测包括某种类型的流体,诸如血液或者干净的盐水溶液,在管子中流 动以及检测流体中的夹杂物。甚至理想情况下需要检测所需的管子是否连接至病人。在现有技术中,使用分离的传感器和相关联的电子电路来执行每个检测功能。这 使得医疗设备的使用复杂化,每个传感器必须安装至一个或多个管子。例如,若干不同的传 感器分离地安装至单独的管子从而检测对于流动在那个管子中的流体来说应当被监视的 状态。这需要通过医疗技术人员执行选择过程。这也使得医疗设备的使用在操作、尺寸方 面比较麻烦,也使得其成本更高。同样,由于不同的传感器和其相关联的电子电路需要监视 每个不同状态,所以传感器和医疗设备的整个系统的可靠性下降,因为故障模式可能性由 于使用多个且分离的每个都具有专用电子电路的传感器而增加。此外,该设备的用户通常 需要与多个厂家协调来购买不同的传感器和不同的电子电路来实现不同的功能。因此,需 要能够克服这许多问题和劣势的设备。
技术实现思路
本专利技术涉及一种能够执行多个检测功能并且包括集成多功能检测模块的系统,从 而解决上述问题。在本专利技术中,模块具有头部,该头部具有管能够放置入其中的狭槽。头部 结合有多个传感器元件,诸如检测气泡所需的传感器元件,用于检测管中的流体流中的夹 杂物的温度检测和压力检测,并且也表示管子正确地连接至头部。该头部也包括发光装置, 诸如LED,将光束传递至狭槽中的管,以及接收光的光检测器。这能够确定管子中的流体是 否是血液或者比较清洁的流体,诸如盐水溶液或药物流。该模块头部由材料块形成,诸如清 洁的聚碳酸酯塑料,其包括具有相对侧壁的狭槽,在相对侧壁上安装有各种传感器元件。该 管子设置在狭槽中并且由需要物理接触从而执行其功能的检测元件接触。安装在头部中的各种传感器元件的引线连接至包括微处理器的电子电路,该微处理器经编程从而执行与安 装在头部中的传感器元件相关的各种功能。该电子电路优选地包括多路调制器,使得单个 的微处理器能够用于控制所有检测功能。附图说明 本专利技术的其他目的和优势将通过参照随后的说明书和所附的附图而变得更加清 楚明了,其中图1是整体多功能传感器头部的透视图;图2是图1的头部的横截面剖视图;图3是该系统的电子电路的方框图;图4是示出管子变形的横截面剖视图;以及图5是说明用于测量管子中的流体的温度的红外传感器的操作的视图。 具体实施例方式参照图1和2,本专利技术的整体多功能传感器具有头部10,该头部采用塑料材料块 体,诸如由Solvay Advanced Polymers制造的UDEL聚砜树脂。头部10示意性地示出为大 体矩形的形状并且可通过任何合适的技术模制形成。在头部10中,存在纵向狭槽12,具有 相对的侧壁14和16。管子20将要设置在狭槽12中,该管子采用柔性且弹性的向外可膨胀 塑料材料制成,其中具有流动的流体。管子20的一端连接至病人的身体,另一端连接至流 体供给源,诸如药物或盐水溶液,或者连接至诸如透析机的机器。在模制头部10的过程中, 在相对的狭槽侧壁14和16中形成许多凹陷。下文将说明的不同类型的传感器元件安装在 这些凹陷中,每个凹陷的形状能够容纳将要安装在其中的特定类型的传感器元件。狭槽侧 壁的厚度一般为0. 30”至.050”,取决于塑料材料和所使用的传感器元件。将孔钻穿头部 10的外壁至狭槽侧壁14和16中的每个凹陷,从而容纳连接至相应传感器元件的相应导引 线或多个导引线。考虑传感器元件,头部10的一端附近是一对压电元件26a和26b,它们彼此相对 置地安装在狭槽对置狭槽的侧壁14和16中。在头部10的中心附近,温度传感器20安装 在狭槽侧壁14其中的一个中,力传感器30安装在另一侧壁16中。在头部10的另一端附 近,发光元件32,诸如LED,安装在侧壁14,光检测器34安装在侧壁16中并且与发光元件 32相对置。各种传感器元件的形状的图示是示意性的形式,形状将取决于所使用的具体传 感器元件。各种传感器元件的设置也可以变化。每个传感器元件通过合适的粘合剂诸如环 氧树脂而保持在其相应的凹陷中,相应于每个传感器元件的导引线穿过头部的形成狭槽的 壁部,以位于头部的外部,从而能够连接至电子电路,如下所述。在本专利技术的系统的操作中,将塑料管12放置在头部10的狭槽12中。狭槽12的 宽度稍微小于塑料管20的外直径,使得安装在相对狭槽侧壁14和16中的需要与管20接 触的传感器元件26、28和30的表面能够形成这种接触。狭槽中的管的典型变形或压挤可 以是管外直径的15%至20%。发光元件32和光晶体管34光学元件不需要必须接触塑料 管的壁部,只要这些元件其中的一个或二者能够完成这种接触。下面将说明单个传感器元 件和它们相应的功能。压电元件26a和26b采用超声波技术中使用的任何合适的材料,诸如PZT或PVDF 材料。在本专利技术的整体多功能传感器系统中,压电元件26a和26b操作为气泡检测和特征设 备的一部分。在这一设备中,超声波能量供给至压电元件26其中的一个,并且传递通过管 20从而由另一元件接收。这一类型的电路记载在提交于2007年2月7日的美国专利申请序 列号 11/703025 的“Ultrasonic System for Detecting and Quantifying of AirBubbles/ paryicles in a Flowing Liquid”中,该申请转让给本申请的受让人,其完整内容引用结 合于此。这一系统将参照图3进行简单的说明。也可使用其他超声波类型的系统来检测气 泡。温度传感器元件28优选地采用红外热电偶,实例是MA的Watertown的Exergen 制造的P/N 150042,型号为C UIRT-K-98. 6f/37C。这一装置能够通过测量管子表面温度和 环境温度而非侵入地测量管子20中的流体的内部温度。优选地,将传感器元件28安装在 头部10中,从而将传感器红外线会聚在管子20中间的聚焦点,从而精确地测量流体温度。温度传感器元件28的操作参照图5进行说明。如图5所示,流体L在管子中流过, 诸如管子20,其温度IY为由热阻&表示,流体L将热量通过热传本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种集成多功能传感器系统,包括:头部,该头部具有狭槽以容纳由可变形材料形成的管;安装在所述头部中的多个传感器元件,面对所述狭槽中的管,每个所述传感器元件用于检测与管中流体相关的状态;以及电子电路,所述多个传感器元件连接至所述电子电路从而提供由所述多个传感器元件的每个检测到的状态的测量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-9-21 11/903,261一种集成多功能传感器系统,包括头部,该头部具有狭槽以容纳由可变形材料形成的管;安装在所述头部中的多个传感器元件,面对所述狭槽中的管,每个所述传感器元件用于检测与管中流体相关的状态;以及电子电路,所述多个传感器元件连接至所述电子电路从而提供由所述多个传感器元件的每个检测到的状态的测量。2.根据权利要求1所述的集成多功能传感器系统,其中,所有的所述传感器元件执行 相应的检测功能,同时位于所述狭槽中的管的壁的外部。3.根据权利要求2所述的集成多功能传感器系统,其中,所述多个传感器包括 一对压电元件,彼此对置地安装在所述狭槽的侧壁上从而接触所述狭槽中的管的外壁;以及安装在所述狭槽的一个壁上的力传感器,从而接触所述狭槽中的管的外壁;以及其中, 所述电子电路包括 微处理器;气泡和颗粒检测电路,由所述微处理器控制从而将超声波能量提供至所述压电传感器 元件其中的一个,并且接收传递穿过所述管的超声波能量,并且根据所接收的能量确定流 动在狭槽中的管的流体中是否存在气泡和/或颗粒;以及由所述微处理器控制的力检测电路,从而根据所述狭槽中的管的变形的变化确定流动 在管中的流体的压力的变化,其表示流体流的夹杂物。4.根据权利要求3所述的集成多功能传感器系统,其中,所述力检测电路也用于确定 所述狭槽中的管是否存在。5.根据权利要求3所述的集成多功能传感器系统,其中,所述多个传感器元件还包括 红外温度传感器元件,将红外能量束投射入所述狭槽中的管;以及安装在狭槽的一个壁上的发光元件,用于将光传递入狭槽中的管的内部,以及所述狭 槽的相对壁上的光接收元件,用于接收通过所述管的光;以及其中,所述电子电路还包括温度检测电路,响应于由所述红外温度检测元件检测到的红外能量来确定流动在所述 狭槽中的管的流体的温度;以及流...

【专利技术属性】
技术研发人员:奈姆达姆
申请(专利权)人:弗雷塞尼斯医疗保健控股公司
类型:发明
国别省市:US[美国]

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