一种利用超声波检测管路流速和气泡的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用超声波检测管路流速和气泡的装置及方法，包括输液管路、换能片、控制电路以及显示和警报电路；其中，输液管路呈S型布置，输液管路的中间部分管路轴向中心线与换能片居中垂直；所述换能片布设在输液管路的两端，换能片均放置在具有通声孔的密闭空间内；本发明专利技术在检测流速的同时利用气泡空化原理对管路气泡进行消泡合并处理，利用超声波降低管路气泡表面能量，有助于将气泡从容器表面脱离，促进邻近气泡的接触和合并，从而加速气泡的生长，将管路中的微小气泡聚集合并为较大气泡进行检测，提高了超声波气泡检测可靠性和输液安全性。输液安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用超声波检测管路流速和气泡的装置及方法


[0001]本专利技术涉及输液
，具体涉及一种利用超声波检测管路流速和气泡的装置及方法。

技术介绍

[0002]静脉输液是临床治疗中常用的一种给药方式。在临床上输液速度的快慢和稳定性可能直接影响治疗效果，甚至有可能影响护理安全。同时如何快速有效的检测输液管路中可能的空气气泡也是输液安全的一个重要课题。如果气泡进入人体可能会引起气体栓塞，严重时可导致猝死。
[0003]目前市面检测输液管路液体气泡一般采用红外检测、电容检测和超声检测三种方法。红外检测容易受环境光、管路表面磨砂等因素影响同时可能对某些液体产生光污染。电容检测在微小气泡检测时对电容传感器灵敏度要求较高不易实现。图1为三种不同检测方法的优缺点对比。
[0004]与红外检测、电容检测两种测量方法相比，超声法具有穿透性强、对中要求低、散射影响较小、非侵入性、非辐射性、安全性高、系统简单、成本低等优点等优点而被广泛使用。
[0005]如图2和图3所示，液体流速检测通常是利用超声波流量计，常用测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量；多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。
[0006]如图4所示，检测流速时超声波传感器一般采用Z字或V字安装方法，其中Z字安装法使用超声波对射收发，V字安装法使用超声波反射收发。实际产品中，一般当内径D＞300mm的管道采用Z法安装。
[0007]但当输液管路口径较细时，无论V字法安装还是Z字法安装，由于存在如下缺陷，导致针对流速和气泡检测效果不理想，测量误差较大，极大限制了超声波检测在临床输液场景中的应用：
[0008]1.迂回噪声大，由于管壁或杂质造成的多次反射造成的干扰多，超声波接收特征不明显
[0009]2.输液管路一般口径较细，超声波流经液体的时间过短，时差测量误差较大
[0010]3.对于V字形安装方法能量损耗大，声波在遇到管壁折射时，相当一部分能量穿透管壁产生较大的能量损耗。

技术实现思路

[0011]本专利技术所要解决的技术问题是一种利用超声波检测管路流速和气泡的装置及方法，综合运用超声波声阻原理、结合输液管路易于弯折的特点，将超声波换能器以管路中心
平行轴线对射方式进行布置，超声波传播方向与水流方向平行，降低超声波传播过程中由于折射和反射导致的各类杂波，提升信噪比，同时延长换能片之间相对距离，加大声程长度，提升正向和逆向传播时差，减轻信号检测和计算负担，从而提高小口径管路流速测精度；
[0012]在检测流速的同时利用气泡空化原理对管路气泡进行消泡合并处理，利用超声波降低管路气泡表面能量，有助于将气泡从容器表面脱离，促进邻近气泡的接触和合并，从而加速气泡的生长，将管路中的微小气泡聚集合并为较大气泡进行检测，提高了超声波气泡检测可靠性和输液安全性。
[0013]本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种利用超声波检测管路流速和气泡的装置，包括输液管路、换能片、控制电路以及显示和警报电路；
[0014]其中，输液管路呈S型布置，输液管路的中间部分管路轴向中心线与换能片居中垂直；
[0015]所述换能片布设在输液管路的两端，换能片均放置在具有通声孔的密闭空间内；
[0016]所述控制电路为换能片提供激励信号以及接收换能片的声电转化信号，并计算接收信号强度、收发信号时差，结合换能片收发频率、换能片距离、换能片灵敏度能参数，计算液体流速、判断气泡存在与否，并将计算结果显示在屏幕上或发出警报；
[0017]所述显示和报警电路与控制电路连接，为用户提供人机接口，提供配置参数输入、显示计算结果、提供声音或报警。
[0018]作为优选的技术方案，所述环能片包括布设在输液管路一侧的上换能片，以及布设在输液管路另一侧的下环能片，当上换能片发送的同时下换能片处于接收状态或者下换能片发送的同时上换能片处于接收状态。
[0019]本专利技术的一种利用超声波检测管路流速和气泡的方法，具体步骤如下：
[0020]步骤一、当设备工作时，假设换能片之间的距离为S，液体流速为V
液
，超声波在静止液体中的传播速度为V
超
，则可以得出如下结论：
[0021](一)超声波顺流传播时的速度V
顺
＝V
超
+V
液
，传播时间T
顺
＝S/V
顺
；
[0022](二)超声波逆流传播速度V
逆
＝V
超
‑
V
液
，传播时间T
逆
＝S/V
逆
；
[0023](三)顺溜传播和逆流传播的时间差T
差
＝T
逆
‑
T
顺
[0024]＝S/V
逆
‑
S/V
顺
[0025]＝S/(V
超
‑
V
液
)
‑
S/(V
超
+V
液
)
[0026]＝(S*(V
超
+V
液
)
‑
S*(V
超
‑
V
液
))/((V
超
+V
液
)*(V
超
‑
V
液
))
[0027]＝2*S*V
液
/((V
超
+V
液
)*(V
超
‑
V
液
))；
[0028](四)一般的，超声波在液体中的传播速度可达千米每秒，而液体流速不超过数米每秒，相对于声速可以忽略不计，故有(V
超
+V
液
)*(V
超
‑
V
液
)≈V
超2
；
[0029](五)T
差
≈2*S*V
液
/V
超2
，即V
液
＝T
差
*V
超2
/(2*S)；
[0030](六)由于S和V
超
皆为常量，故只要测量出T
差
，即可得出液体流速V
液
。
[0031]作为优选的技术方案，测量T
差
的方法采用高精度时钟和高精度计数器，通过时钟频率F和计数Q可得T
差
＝F*Q。
[0032]作为优选的技术方案，当管路口径较细时且气泡体积相对于管路口径较大时，气泡很容易将管路截流，形成管路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用超声波检测管路流速和气泡的装置，其特征在于：包括输液管路、换能片、控制电路以及显示和警报电路；其中，输液管路呈S型布置，输液管路的中间部分管路轴向中心线与换能片居中垂直；所述换能片布设在输液管路的两端，换能片均放置在具有通声孔的密闭空间内；所述控制电路为换能片提供激励信号以及接收换能片的声电转化信号，并计算接收信号强度、收发信号时差，结合换能片收发频率、换能片距离、换能片灵敏度能参数，计算液体流速、判断气泡存在与否，并将计算结果显示在屏幕上或发出警报；所述显示和报警电路与控制电路连接，为用户提供人机接口，提供配置参数输入、显示计算结果、提供声音或报警。2.根据权利要求1所述利用超声波检测管路流速和气泡的装置，其特征在于：所述环能片包括布设在输液管路一侧的上换能片，以及布设在输液管路另一侧的下环能片，当上换能片发送的同时下换能片处于接收状态或者下换能片发送的同时上换能片处于接收状态。3.一种利用超声波检测管路流速和气泡的方法，其特征在于，利用权利要求1
‑
2任意一项所述的装置，具体步骤如下：步骤一、当设备工作时，假设换能片之间的距离为S，液体流速为V
液
，超声波在静止液体中的传播速度为V
超
，则可以得出如下结论：(一)超声波顺流传播时的速度V
顺
＝V
超
+V
液
，传播时间T
顺
＝S/V
顺
；(二)超声波逆流传播速度V
逆
＝V
超
‑
V
液
，传播时间T
逆
＝S/V
逆
；(三)顺溜传播和逆流传播的时间差T
差
＝T
逆
‑
T
顺
＝S/V
逆
‑
S/V
顺
＝S/(V
超
‑
V
液
)
‑
S/(V
超
+V
液
)＝(S*(V
超
+V
液
)
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：侯景山，黄孝民，
申请(专利权)人：凯联医疗科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：