一种使用超声波能量以用于通过非侵入和非破坏性技术来检测和量化在导管中流动的液体中的气泡和／或微粒的系统具有超声波传感器，该超声波传感器具有在导管壁的外部上相对放置的压电发射机和接收机元件，并且从发射机元件向接收机元件传送超声波频率范围中的能量。放大并且检测所接收的超声波能量，并且优选地将其分离为分别用于指示在液体中不存在和存在气泡或微粒的稳态（ＤＣ）分量和变化或瞬时（ＡＣ）分量。将信号的两个分量施加到Ａ／Ｄ转换器，将该Ａ／Ｄ转换器的输出供应到微处理器，该微处理器使用对应于变化的瞬时分量的存在的数字数据来指示存在气泡和／或微粒，并且测量其特性。存在稳态分量指示了该系统正恰当地进行操作，以对于任何系统机能失常提供连续的自我检查。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术旨在一种使用超声波能量来检测和量化液体流中的气泡和/或微粒(particle)的系统。
技术介绍
医学和工业的发展已经造成了对于检测和分析流动液体中的气泡和/或 微粒的增长需求。工业应用包括其中微粒污染可能劣化性能的诸如发动机油 和液压液体之类的产品。在医学领域中，在肾脏透析或心肺移植手术期间检 测血液中的气栓(airemboli)是必须实现的功能。相应地，存在对于提供一种能够检测存在于液体流中的气泡和/或微粒的 系统的需要。还期望这种系统尽可能地简单和廉价。
技术实现思路
本专利技术旨在一种使用超声波能量以用于通过非侵入和非破坏性技术来检 测和量化在导管中流动的液体中的气泡和/或微粒的新系统。根据本专利技术，在 其中液体正在流动的导管的壁的外部上放置超声波传感器。该传感器具有压 电发射机和接收机元件。向发射机元件供应超声波频率范围中的能量，该发 射机元件通过导管壁和在该导管中流动的液体来向接收机元件传送超声波能 量。优选地通过全波检测器来放大和检测来自感测元件的信号。该信号包括 稳态(DC)和变化或瞬时(AC)分量，前者指示在液体流中不存在气泡或 微粒，而后者表示在液体中存在气泡或微粒。在本专利技术的优选实施例中，将由检测器产生的信号分为两个分量， 一个 是稳态DC,而另一个是瞬时AC。将两个信号分量施加到模数转换器，将该 模数转换器的输出供应到微处理器，该微处理器使用对应于变化的瞬时分量 的存在的数字数据来指示存在气泡和/或微粒，并且测量气泡和/或微粒的特 性。存在稳态分量指示了该系统正在恰当地进行操作，由此对于任何系统机 能失常提供了连续的自我检查。附图说明参考以下说明书和附图，本专利技术的其他目的和优点将变得更加明显，其中图l是本专利技术的系统的框图2示出了在没有任何气泡或微粒存在于液体中的情况下、流经导管 (tube )的液体中的传感器接收机元件的信号输出；图3示出了具有瞬时干扰的传感器信号输出，该瞬时干扰由在导管中流 动的液体中存在气泡或微粒所导致；图4示出了所检测的信号的稳态(DC )分量；以及图5示出了由在导管中流动的液体中存在气泡或微粒所导致的已检测信 号的瞬时或AC分量。具体实施例方式图1示出了液体12正在其中流动的导管10。例如，液体12可以是水、 油、液压液体、血液或盐水。在液体流12中示出了多个气泡或微粒14。在 导管IO的外壁的相对侧上直径对置地安装由一对压电元件16和18形成的超 声波传感器。发射机元件16在导管IO的高度、或长度、尺寸中产生一束相 对窄的超声波能量束。可以靠着导管10的外表面来附着传感器元件16和18， 在该导管10中液体12通过任何合适的机械装置而流动，所述元件可以单独 地或者两者都处于钳夹在导管周围的外壳中。在本专利技术的优选实施例中，靠 着导管外壁来安装所述元件，而无需使用所述元件和导管壁外表面之间的超 声波传导化合物(compound )。在本专利技术的实践应用中，导管IO是内径在1A6"( 1.6mm)到1/12"( 1.2mm) 范围内变动的金属或玻璃硬管或者塑料硬管或软管。通过所使用的材料的类 型和其他因素来设置导管的外径。可见，超声波传感器的元件16和18没有 接触到在导管中流动的液体。由于没有接触液体，所以这在操作中提供了无 污染的操作。导管IO—侧上的压电发射机元件16接收经过"与"门22而由时钟类型 电路20提供的已知频率(例如，从1 mhz到10 mhz)的超声波能量。可以按 照由微处理器80所控制的连续或突发模式，来将该能量供应到发射机元件说明书第3/5页16。微处理器80在线23上向"与"门22提供选通信号。当线23上的信号 接通"与"门时，发射机元件16传送超声波能量经过导管IO和在该导管10 中流动的液体12,以由压电接收机元件18来接收该能量，该压电4妾收才几元 件18将所接收的超声波能量转换为电学电压信号。所有这些步骤是本领域公 知的。将传感器接收机元件18的输出信号施加到放大器26的输入，所述放大 器26优选地是可以处置高频信号的类型，诸如RF放大器。将放大器26的 输出施加到增益控制放大器28的输入。将放大器28的输出施加到检测器电 路30的输入，所述检测器电路30优选地是全波类型。因为瞬时信号取决于 泡和/或微粒的类型而在正向或逆向上变化并且超声波能量也加减地变化，所 以全波检测器是优选的。在接通"与，，门22来向传感器发射机元件16提供 超声波能量的时间期间，通过经由线31而来自微处理器80的信号来切断检 测器电路30。经过AGC (自动增益控制)电路32来将检测器30输出信号的 一部分反馈到增益放大器28。这将放大器28的增益保持为常量。考虑到以下情况，即当在发射机元件16传送超声波能量经过液体12的 区域中、在导管10中流动的液体12中不存在气泡或微粒14时，检测器30 的输出将是稳态或DC信号。这由图2中的线A示出。图3示出了具有DC 分量(线A)和AC分量B两者的检测器30的输出处的电压，所述DC分量 (线A)和AC分量B用于代表流经导管10的液体12的稳态和瞬时条件二 者。当气泡或微粒穿过发射机元件16和接收机元件18之间的超声波能量通 路时，瞬时条件发生。在本专利技术的优选实施例中，将诸如图3所示的检测器电路30的输出供应 到调节(conditioning)电路36，该调节电路36用于将检测器30的输出处的 信号分离为两个单独分 量， 一个分量是如图4所示的稳态DC分量A，而另 一分量是如图5所示的瞬时分量B。该调节产生了用于从检测器30接收的信 号的DC分量的緩冲器输出。它包括DC分量减法(subtracting)放大器，以 将DC分量消除为接近零值，并且仅传输由另一放大器放大的AC分量。进 行该步骤，以使得AV分量具有满标度值，以用于如下所述的由模数(A/D) 转换器进行的到数字值的转换。这许可了使用诸如8到IO位类型的较不复杂 的A/D转换器。作为被分离为其DC和AC分量的原始信号的调节器电路36的输出被供6处的稳态信号的存在 代表了总系统性能，并且提供了连续的自我检查。也就是说，如果该系统的 任何电子组件(诸如，放大器26或28、检测器30或者调节电路36)故障， 或者压电发射机元件16和接收机元件18中的一个或两者脱落(disbond)，则 緩冲器37的输出将为用于指示故障情况的零。可能操作该系统，而无需使用将信号分离为两个分量的调节电路36。然 而，这需要更复杂的、并因此上更昂贵的模数转换器和微处理器。虽然在不 将信号分离为其分量的情况下操作该系统还可以提供系统操作的连续自我检 查，但是由于A/D转换器的满标度输入成为限制，所以将需要更高精确度的 A/D转换器(诸如，更昂贵的12-16位类型的A/D转换器)，以表征泡或微 粒大小。例如，如果A/D转换器具有2伏特满标度输入限制，则DC分量将 占据50%,而仅为AC分量留下500/0,由此限制了泡或微粒的表征。将緩沖器电路37和38的输出供应到高速模数(A/D )转换器40的输入。 A/D转换器40可以是单独的组件或可以是微处理器80的一部分。A/D转换 器40相对于其接收到的信号分量在连续的基础上进行操作(例如，每10微 秒进行采样)，并且将数字数据本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于检测在导管中流动的液体中的气泡和／或微粒的存在的系统，包括： 发射机元件和接收机元件的超声波传感器，所述发射机元件和接收机元件彼此相对地安装在导管的外部上； 超声波能量的发生器，将该超声波能量供应到所述发射机元件，并且通 过在该导管中流动的液体了来传送，以由接收元件接收，并且转换为电信号，当在液体中不存在气泡和／或微粒时，该电信号具有稳态分量，而当存在气泡和／或微粒时，该电信号是瞬态分量； 放大器，用于放大来自所述传感器接收元件的电信号； 模数转 换器，用于将来自所述放大器的输出的信号转换为数字数据；以及 微处理器，对数字数据进行响应，以通过所述放大器的输出处的信号幅度的改变来检测液体中的气泡和／或微粒的存在。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【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[]
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