一种基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统，包括：微流控泵芯片，通过控制致动器件的振动以输出液体；压力传感器，位于所述微流控泵芯片输出口后的管路中，通过感知所述微流控泵芯片输出液体的压力变化而输出电信号；信号调理电路，用于将所述电信号进行信号调理，获得调理后的电信号；信号采集电路，用于将所述调理后的电信号从模拟信号转换为数字信号；信号处理单元，用于根据所述数字信号判断所述微流控泵芯片及输注管路的工作状态，当发现异常时，向报警单元发出信号；报警单元，用于根据所述信号发出报警；以及控制驱动单元，用于根据所述信号处理单元的输出来调整所述微流控泵芯片的输出状态。

An Abnormal State Detection and Control System for Infusion Based on Microfluidic Pump

The utility model provides a detection and control system for abnormal infusion state based on a microfluidic pump, which includes: a microfluidic pump chip, which outputs liquid by controlling the vibration of the actuator; a pressure sensor, which is located in the pipeline behind the output port of the microfluidic pump chip, outputs electric signals by sensing the pressure change of the liquid output from the microfluidic pump chip; The circuit is used for signal conditioning of the electric signal to obtain the conditioned electric signal; the signal acquisition circuit is used for converting the conditioned electric signal from analog signal to digital signal; the signal processing unit is used to judge the working state of the microfluidic pump chip and the infusion pipeline according to the digital signal, and to send a signal to the alarm unit when abnormal conditions are found; A unit for alarming according to the signal and a control driving unit for adjusting the output state of the microfluidic pump chip according to the output of the signal processing unit.

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统
本技术涉及医疗、生物、化学、农业、美容、卫浴领域，尤其涉及一种基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统。
技术介绍
微流控泵芯片作为微流控技术的一个重要组成部分，以其结构简单、体积轻薄、低频工作、低功耗等优点在医疗应用、生物、化学、农业、美容、卫浴等方面都有着广泛的前景。在实际工作中，与之相匹配的异常检测及控制系统是整个系统中非常重要的组成部分。尤其是对安全性、稳定性有很高要求的应用方面时，设备工作过程中各种状态都必须进行监控，防止异常状态比如管路堵塞、储液器打空、泵芯片失效、气泡驻留、液体渗漏等带来的潜在风险。目前，市面上的电子注射泵大多采用机械的结构，使用活塞推进的方式输送液体。通过检测推杆的阻力，判断电子注射泵的不同工作状态。但是因为活塞阻力的存在，该方法灵敏度不高，而且会对液路施加一个较大的累积压力，在堵塞排除的瞬间可能造成短时间输注大剂量液体，有一定的安全隐患。另外，有基于硅基MEMS工艺的微流控泵芯片内部集成了压力传感器。该方案解决了灵敏度问题。但是，集成在芯片内的压力传感器检测的是芯片内管路的压力变化，而输注异常同时也可能产生于芯片外的管路中，单单检测芯片内管路的压力变化是不够的，不同的外部管路设计，甚至输注软管的晃动都可能会影响测试精度，所以，该方案不能精确检测整个系统的异常输注状态。
技术实现思路
针对现有微流控泵系统在异常检测和精确控制方面的缺点，本技术提供了一种基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统。本技术方案能够实时监控微流控泵芯片和输送管路的工作状态，当发现工作异常时，停止或调整微流控泵芯片的工作并及时报警。本技术的基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统，包括：微流控泵芯片，通过控制致动器件的振动以输出液体；压力传感器，位于所述微流控泵芯片输出口后的管路中，通过感知所述微流控泵输出液体的压力变化而输出电信号；信号调理电路，用于将所述电信号进行信号调理，获得调理后的电信号；信号采集电路，用于将所述调理后的电信号从模拟信号转换为数字信号；信号处理单元，用于根据所述数字信号判断所述微流控泵芯片及输注管路的工作状态，当发现异常时，向报警单元发出信号；报警单元，用于根据所述信号发出报警；以及控制驱动单元，用于根据所述信号处理单元的输出来调整所述微流控泵芯片的输出状态。优选地，所述微流控泵芯片进一步包括致动器件、泵腔、连接机构、入口阀和出口阀，所述泵腔供液体通过，所述致动器件作为驱动源。优选地，所述压力传感器由压敏材料、阻隔层、上盖、底盖和感应腔室构成。优选地，所述压力传感器安装在一个单独的腔室中，或者集成在输送管路上成为管路的一部分。优选地，可以集成多个压力传感器，位于微流控芯片输入口之前、微流控泵芯片中、微流控泵芯片输出口之后，从而对整个液路进行监控。优选地，所述信号处理单元进一步包括分析模块、判断模块和输出模块，所述分析模块分析所述数字信号以获得所述电信号反映的液体压力值，所述判断模块根据所述压力值判断所述微流控泵芯片及输注管路处于何种工作状态，当发现异常时，所述输出模块向所述报警单元输出信号，所述异常包括管路堵塞、储液器打空、泵芯片失效、气泡驻留和液体渗漏。优选地，所述报警单元的报警方式包括屏幕报警、灯光报警、震动报警和声音报警。优选地，所述报警单元进一步包括无线传输模块。优选地，进一步包括噪声滤除模块，用于滤除运动噪声干扰。优选地，所述控制驱动单元根据所述信号处理模块的输出调整输出至所述微流控泵芯片的所述驱动信号的参数，所述参数包括驱动信号电压值、驱动信号频率和驱动信号占空比。本技术具有如下有益效果：通过本技术的异常状态检测及控制系统，微流控泵芯片可以精确控制，其异常状态可以准确检测并及时报警。附图说明图1是本技术的一个实施例的基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统的结构示意图。图2是本技术的一个实施例的微流控泵的结构示意图。图3是本技术的一个实施例的压力传感器的结构示意图。图4是本技术的一个实施例的信号处理单元的结构示意图。图5是本技术的一个实施例的驱动控制单元的结构框图。图6是本技术的一个实施例的报警单元的结构示意图。图7(a)、图7(b)、图7(c)是本技术的三种噪声滤除模块的滤除噪声的波形示意图。具体实施方式下面通过实施例对本技术作进一步说明，其目的仅在于更好地理解本技术的研究内容而非限制本技术的保护范围。下面结合附图详细说明本技术的基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统的结构。如图1所示，本技术的一个实施例的基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统包括微流控泵芯片1、压力传感器2、信号调理电路3、信号采集电路4、信号处理单元5、控制驱动单元6和报警单元7。下面对各个部分进行详细说明。微流控泵芯片1，通过控制致动器件的振动以输出液体。微流控泵芯片1的结构如图2所示，主要由致动器件11、泵腔14、连接机构15、入口阀12和出口阀13组成。微流控泵芯片1采用致动器件11作为驱动源，在控制驱动单元6输出的驱动信号下，产生振动。致动器件包括但不限于压电陶瓷、磁致伸缩器件、热致伸缩器件、形状记忆合金。微流控泵芯片1通过导线组1a和控制驱动单元6连接。当控制驱动单元6产生的驱动信号加载在微流控泵芯片1上时，致动器件11产生振动，通过连接机构15，直接或间接改变泵腔14的容积，同时，入口阀12和出口阀13交替打开关闭，从而输出液体。图中箭头表示液体的流动方向，泵腔14供液体流通。压力传感器2安装于微流控泵芯片1的输出口之后，通过管路3a相连。压力传感器2的结构如图3所示，主要由压敏材料21、阻隔层22、上盖23、底盖24和感应腔室25构成。液体从微流控泵芯片1输出，通过管路3a流向压力传感器2。管路3a是经过特殊设计的流道，能够减小或消除液体受外界和由于阻力突变产生的干扰。该部分设计包括且不仅限于特殊的毛细管路、流体阻力装置和压力平滑装置。压力传感器2连接在管路3a中，当液体流经感应腔室25的时候，液体压力的变化通过阻隔层22作用到压敏材料21上。该阻隔层22是柔性材料，能够隔绝液体，同时响应液体压力产生微小形变从而将压力传递给压敏材料21。压敏材料21是一种特殊的材料，当其产生机械形变时，比如挤压、拉伸、剪切、扭转等，其电气性能会发生改变，电气性能包括且不仅限于电阻，电容，电感，电荷等。压力传感器2的压敏材料21包括且不仅限于压敏电阻、压电材料等。压敏材料21感受到压力后，其电气性能发生改变。同时，由于底盖24采用的是刚性材料，所以感应腔室25在不同的压力下腔室大小不会发生明显改变，所以，作用在压敏材料21上的压力可以精确反映液体内部的压力。压敏材料21感知所述微流控泵芯片1输出液体体积的变化，输出电信号。压力传感器2和信号调理电路3通过导线组2a相连，从而输出信号被传送至信号调理电路3。如上所述，微流控泵芯片1是基于压力差的方式输送液体，在驱动信号的作用下，泵腔14交替膨胀和收缩，同时入口阀12和出口阀13交替打开关闭，液体在压力的变化下进行输送。所以，液体内部压力值的变化，就能够反映微流控泵芯片的不同状态。信号调理电路3用于将压力传感器2变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统，其特征在于，包括：微流控泵芯片，通过控制致动器件的振动以输出液体；压力传感器，位于所述微流控泵芯片输出口后的管路中，通过感知所述微流控泵输出液体的压力变化而输出电信号；信号调理电路，用于将所述电信号进行信号调理，获得调理后的电信号；信号采集电路，用于将所述调理后的电信号从模拟信号转换为数字信号；信号处理单元，用于根据所述数字信号判断所述微流控泵芯片及输注管路的工作状态，当发现异常时，向报警单元发出信号；报警单元，用于根据所述信号发出报警；以及控制驱动单元，用于根据所述信号处理单元的输出来调整所述微流控泵芯片的输出状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统，其特征在于，包括：微流控泵芯片，通过控制致动器件的振动以输出液体；压力传感器，位于所述微流控泵芯片输出口后的管路中，通过感知所述微流控泵输出液体的压力变化而输出电信号；信号调理电路，用于将所述电信号进行信号调理，获得调理后的电信号；信号采集电路，用于将所述调理后的电信号从模拟信号转换为数字信号；信号处理单元，用于根据所述数字信号判断所述微流控泵芯片及输注管路的工作状态，当发现异常时，向报警单元发出信号；报警单元，用于根据所述信号发出报警；以及控制驱动单元，用于根据所述信号处理单元的输出来调整所述微流控泵芯片的输出状态。2.根据权利要求1所述的基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统，其特征在于，所述微流控泵芯片进一步包括致动器件、泵腔、连接机构、入口阀和出口阀，所述泵腔供液体通过，所述致动器件作为驱动源。3.根据权利要求2所述的基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统，其特征在于，所述压力传感器由压敏材料、阻隔层、上盖、底盖和感应腔室构成。4.根据权利要求1所述的基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统，其特征在于，所述压力传感器安装在一个单独的腔室中，或者集成在输送管路上成为管路的一部分。5.根据权利要求1所述的基于微流控泵的输注异常状态检测及控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晗光，徐亦博，
申请(专利权)人：瞬知广州健康科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44