CN111744072A - 一种用于电动输液泵的气压检测***及方法 - Google Patents

一种用于电动输液泵的气压检测***及方法 Download PDF

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丁大民
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Abstract

本发明提出了一种用于电动输液泵的气压检测***及方法，该***包括：用于监测待测气压环境的压力传感器，所述压力传感器通过滤波电路连接于ADC模块，所述ADC模块连接于MCU，所述滤波电路为五阶巴特沃斯滤波器电路。本发明提供的气压检测方法将连续获取的N个采样值作为一个队列T，队列的长度固定为N，将每次采用到一个新数据放入队尾并去掉原来队首的一次数据，把队列中的N个数据进行算数平均运算而获得新的滤波结果。本发明基于医疗器械领域的电动输液泵的气压检测***，实现了监测气压时间滞后少、监测精准且能够针对蠕动泵的转动，有效抵抗噪声的优点。

Description

一种用于电动输液泵的气压检测***及方法
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种用于电动输液泵的气压检测***及方法。
背景技术
肾内科等，肾透析和CRRT的治疗全部需要使用电动输液泵，以此精确控制输液量和输液速度。这种情况下往往是多电动泵联动。由于与人体直接接触，设备需要进行压力监测，以便实时监测设备的工作状态，判断设备和管道通路是否正常运行，尤其是直接作用于人体的电动泵，在图1中示出了气泡传感器AD1、漏血传感器LD1、采血压PACC、肝素泵SP、动脉压PA、静脉压PV、漏血传感器LD2、废液泵压P1ST、废液泵FP、置换液泵RP、加热板HT、平衡腔压P2ND、平衡称WT、气泡传感器AD2以及废液袋P1、补液袋P2，BP泵作用是从人体抽取血液，并通过透析器，最终送回到人体。电动泵的作用是将药品/药液输注入人体内，上述两个过程必须时刻监控输液泵与人体接触侧的压力，如图1中Pacc采血压、Pa动脉压和Pv静脉压接口，国产电动输液泵连接静脉壶的压力接口，用来连接压力传感器和管路耗材。
人体血压本身是由血液动态维持的，可以理解为一个时刻在微弱改变的物理量，在接入电动输液泵/蠕动泵之后，压力值的噪声会相应的变大。目前市场上的产品一般是压力传感器的模拟输出口，加上硬件一阶RC滤波，软件部分采用无差别的均值滤波等数字算法，最终得到的值用来作为整个设备运行时，可被调用和查询的压力值。
图2为目前的气压检测***，待测压力环境通过管路耗材，经过一个保护鲁尔头，进入压力传感器，压力传感器采集压力物理信号，产生模拟电信号，经过一阶RC滤波电路模块，送入模数转换模块ADC，将已经硬件滤波和转换之后的信号送入处理器，再经过软件算法处理，最终得到压力值。
目前现有技术的缺点主要在于应用了行业普遍的一阶RC滤波电路、配合常用数字滤波算法，而没有针对电动输液泵做行业特异性优化。现有技术虽可以得到比未滤波前更加稳定、噪声更小的信号，但是针对蠕动泵持续旋转产生的低频脉冲和随之产生的噪声，效果却没有非常理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电动输液泵的气压检测***及方法，其能够实现检测气压时间滞后少、监测精准且能够针对蠕动泵的转动，有效抵抗噪声。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种用于电动输液泵的气压检测***，其包括：用于监测待测气压环境的压力传感器，所述压力传感器通过滤波电路连接于ADC模块，所述ADC模块连接于MCU，所述滤波电路为五阶巴特沃斯滤波器电路。
进一步，所述五阶巴特沃斯滤波器电路包括第一部分、第二部分、第三部分；所述第一部分包括一阶低通RC滤波器，并经过1:1倍运算放大器用作信号跟随；所述第二部分和第三部分是两组二阶低通Sallen Key结构滤波器。
进一步，所述运算放大器为LM358或者AD620。
一种用于电动输液泵的气压检测方法，该方法将连续获取的N个采样值作为一个队列T，队列的长度固定为N，将每次采用到一个新数据放入队尾并去掉原来队首的一次数据，把队列中的N个数据进行算数平均运算而获得新的滤波结果。
进一步，所述N的取值等于蠕动泵的压簧在1s内压住管路的总数。
进一步，直径为36mm直流无刷电机蠕动泵转速k＜3000转时，N取值为4；
当3000＜k＜6000时，N取值为5。
与现有技术相比，本发明的优点为：本发明基于医疗器械领域的电动输液泵的气压检测***，实现了监测气压时间滞后少、监测精准且能够针对蠕动泵的转动，有效抵抗噪声的优点。
附图说明
图1为背景技术中CRRT设备治疗原理图。
图2为背景技术中目前的气压检测***原理图。
图3为本发明实施例中一种用于电动输液泵的气压检测***原理图。
图4为本发明实施例中五阶巴特沃斯(3级数)电路参数图，图4中Amplifier代表运算放大器。
图5为本发明实施例中LM324单电源四路运算放大器示意图。
图6为五阶巴特沃斯结构的响应曲线图，其中，(a)为波特图，(b)为电压幅值响应示意图，(c)为阶跃响应示意图。
图7为在仿真和实际使用过程中时域信号和滤波之后的信号图，其中，(a)为时域信号图，(b)为经滑动平均滤波滤波之后的信号图。
图8为时域信号与经滤波之后的信号图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明所采用的技术方案作进一步的说明。
本发明的第一实施方式提供了一种用于电动输液泵的气压检测***，参见图3，其包括：用于监测待测气压环境的压力传感器，待测压力环境通过管路耗材，经过一个保护鲁尔头，进入压力传感器，所述压力传感器通过滤波电路连接于ADC模块，所述ADC模块连接于MCU，压力传感器采集压力物理信号，产生模拟电信号，经过滤波电路模块，送入模数转换模块ADC，将已经硬件滤波和转换之后的信号送入处理器，再经过软件算法处理，最终得到压力值。值得一提的是，所述滤波电路为五阶巴特沃斯(3级数)滤波器电路。
结合图4，所述五阶巴特沃斯滤波器电路分为三个部分，包括第一部分、第二部分、第三部分。所述第一部分包括一阶低通RC滤波器，并经过1:1倍运算放大器用作信号跟随，确保信号强度不会削弱。所述第二部分和第三部分是两组二阶低通Sallen Key结构滤波器。以上三部分共同组成五阶巴特沃斯滤波器。其中电容和电阻的值如图4所示，运算放大器可以采用市面上较常用的信号运算放大器，如LM358、AD620等，本案中使用LM324(如图5)。
通过硬件结构的改进后，本案所用五阶巴特沃斯结构的响应曲线参见图6所示，由响应曲线可以看出，低通通带-3dB，5kHz以下，阻带20kHz以上，在5-20kHz中间，信号呈线性下降效果。
本发明的第二实施方式提供了一种用于电动输液泵的气压检测方法，该方法将连续获取的N个采样值作为一个队列T，队列的长度固定为N，将每次采用到一个新数据放入队尾并去掉原来队首的一次数据(先进先出原则)，把队列中的N个数据进行算数平均运算而获得新的滤波结果。
本发明的软件算法中，将传统的均值算法改进为滑动平均滤波法，其N值依据蠕动泵转动速度而变，其值等于蠕动泵的压簧在1s内压住管路的总数，即N的取值是一个动态变化的量。一般情况下，在Φ＝36mm直流无刷电机蠕动泵(本案使用)转速低于3000转，减速器减速比1：117的情况下，N取4；转速高于3000转，低于6000转，N取值5即可。
本案的软件算法部分的改进后，在仿真和实际使用过程中，时域信号和滤波之后的信号如图7所示。从图8可以看出，滤波后的信号与时域信号相比，该算法对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，并且在时间滞后问题上表现出色。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于电动输液泵的气压检测***，其包括：用于监测待测气压环境的压力传感器，所述压力传感器通过滤波电路连接于ADC模块，所述ADC模块连接于MCU，其特征在于，所述滤波电路为五阶巴特沃斯滤波器电路。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动输液泵的气压检测***，其特征在于，所述五阶巴特沃斯滤波器电路包括第一部分、第二部分、第三部分；
所述第一部分包括一阶低通RC滤波器，并经过1:1倍运算放大器用作信号跟随；
所述第二部分和第三部分是两组二阶低通Sallen Key结构滤波器。
3.根据权利要求2所述的一种用于电动输液泵的气压检测***，其特征在于，所述运算放大器为LM358或者AD620。
4.一种用于电动输液泵的气压检测方法，其特征在于，该方法将连续获取的N个采样值作为一个队列T，队列的长度固定为N，将每次采用到一个新数据放入队尾并去掉原来队首的一次数据，把队列中的N个数据进行算数平均运算而获得新的滤波结果。
5.根据权利要求4所述的一种用于电动输液泵的气压检测方法，其特征在于，所述N的取值等于蠕动泵的压簧在1s内压住管路的总数。
6.根据权利要求5所述的一种用于电动输液泵的气压检测方法，其特征在于，直径为36mm直流无刷电机蠕动泵转速k＜3000转时，N取值为4；
当3000＜k＜6000时，N取值为5。
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