CN115508439A - 用于气泡和流体检测的流体流动*** - Google Patents

Abstract

提供了用于检测空气气泡和液体的流体流动***和方法。所述流体流动***包括力传感器，所述力传感器被配置成监视流管中的空气气泡或阻塞中的至少一个。所述流体流动***包括用来执行所述方法的控制器。所述控制器被配置成：监视所述流体流动***的力传感器的输出信号，并且所述输出信号包括交流（AC）分量和直流（DC）分量，并且基于向新输出信号的转变数目和新输出信号的持续时间来检测所述输出信号到新输出信号的改变。所述控制器将所述输出信号的改变与预定义转变数目或预定义时间中的一个进行比较，并且当输出信号的改变超过预定义转变数目或预定义时间中的一个时确定新阈值。

Description

用于气泡和流体检测的流体流动***

技术领域

本公开的示例实施例总体上涉及流体流动***，并且更特别地，涉及用于检测静脉注射（IV）管中的气泡和液体的流体流动***。

背景技术

流体流动***可以在大量应用中使用，以便将流体从一个位置输送或以其他方式移动到另一个。特别地，流体流动***可以作为与静脉注射输注（intravenous infusion）相关联的安全措施的组成部分而被并入，所述静脉注射输注是现代医院日常例程中的治疗措施。此类流体流动***通常包括：静脉注射输注设备（诸如，套管或导管），用于将流体（诸如，营养物、血液和药物）输注给患者；一个或多个流体源，用于包含静脉注射流体或其组分；以及流体线组件，其具有在静脉注射输注设备与一个或多个流体源之间提供流体连通的静脉注射（IV）管。

流体流动***还包括一个或多个传感器，诸如用来测量递送给患者的流体的精确量的流体传感器。流体流动***还可以包括其他传感器，例如用来检测流体线堵塞的压力传感器和用来检测IV管中存在的空气气泡的超声传感器。

发明内容

本公开的说明性实施例涉及一种用于检测流体流动***的流管中的空气气泡或液体的方法。所述方法包括：针对从第一输出信号到第二输出信号的改变来监视所述流体流动***的力传感器的第一输出信号。从第一输出信号到第二输出信号的改变包括第一输出信号的交流（AC）分量的幅度改变和第一输出信号的直流（DC）分量的信号水平改变中的一个。此外，所述方法包括：检测从第一输出信号到第二输出信号的改变。基于AC分量的幅度的增加或减少来检测AC分量的幅度改变，并且基于信号水平从第一信号水平到第二信号水平的移位（shift）来检测DC分量的信号水平的改变。此外，所述方法包括：确定力传感器的第二输出信号从第一输出信号改变到第二输出信号的实例（instance）起的持续时间、以及DC分量的连续信号水平从第一信号水平到第二信号水平的转变数目中的一个；以及将第二输出信号的持续时间与预定义时间进行比较并且将转变数目与预定义转变数目进行比较。所述方法包括：当第二输出信号的持续时间超过预定义时间以及DC分量的转变数目超过预定义转变数目中的一个时确定阈值，其中基于第二输出信号的预定义百分比来确定所述阈值。

在示例实施例中，DC分量从第一信号水平到第二信号水平的移位包括从低信号水平到高信号水平的改变和从高信号水平到低信号水平的改变中的一个。

在示例实施例中，响应于以20千赫兹（KHz）至1兆赫兹（MHz）的频率范围传输的超声信号而接收第一输出信号。

在示例实施例中，流管被设置在力传感器的通道内，其中管压缩是流管直径的10-40%。

在示例实施例中，所述方法进一步包括基于所述阈值来检测流管中的空气气泡或液体。

在示例实施例中，所述预定义百分比是第二输出信号的65%。

在示例实施例中，从第一输出信号到第二输出信号的改变响应于力传感器的不受控制的传感器位置、或流管的移动、或流速率或压力改变中的一个或多个。

在示例实施例中，公开了一种流体流动***。所述流体流动***包括力传感器，所述力传感器被配置成监视流管中的空气气泡或阻塞（occlusion）中的至少一个，所述力传感器被配置成从超声换能器接收超声信号，所述超声换能器具有被配置成发射超声信号的发射面，并且所述发射面被配置成面向流管。所述流体流动***包括与力传感器电耦合的控制器，其中所述控制器被配置成：针对从第一输出信号到第二输出信号的改变来监视所述流体流动***的力传感器的第一输出信号，其中从第一输出信号到第二输出信号的改变包括第一输出信号的交流（AC）分量的幅度改变和第一输出信号的直流（DC）分量的信号水平改变中的至少一个。所述控制器进一步被配置成：检测从第一输出信号到第二输出信号的改变，其中基于AC分量的幅度的增加或减少来检测AC分量的幅度改变，并且基于信号水平从第一信号水平到第二信号水平的移位来检测DC分量的信号水平的改变。所述控制器被配置成：确定力传感器的第二输出信号的持续时间、以及DC分量的连续信号水平从第一信号水平到第二信号水平的转变数目中的一个；以及将第二输出信号的持续时间与预定义时间进行比较并且将转变的数目与预定义转变数目进行比较。所述控制器被配置成：当第二输出信号的持续时间超过预定义时间以及DC分量的转变数目超过预定义转变数目中的一个时确定阈值，其中基于第二输出信号的预定义百分比来确定所述阈值。

在一些实施例中，力传感器具有接收面，所述接收面被配置成接收超声信号以用于检测超声信号的幅度的改变，并且超声信号在被力传感器接收之前通过流管传播。

在示例实施例中，响应于以20千赫兹（KHz）至1兆赫兹（MHz）的频率范围传输的超声信号而接收第一输出信号。

在一些实施例中，流管被设置在力传感器的通道内，其中管压缩是流管直径的10-40%。

在示例实施例中，所述控制器被配置成基于所述阈值来检测流管中的空气气泡或液体。

在示例实施例中，所述预定义百分比是第二输出信号的65%。

在示例实施例中，从第一输出信号到第二输出信号的改变响应于不受控制的传感器位置、或流管的移动、或流速率或压力改变中的一个或多个。

在一些实施例中，所述控制器被配置成：基于从低信号水平到高信号水平的改变和从高信号水平到低信号水平的改变中的一个来检测DC分量从第一信号水平到第二信号水平的移位。

在示例实施例中，公开了一种存储用于检测***的流管中的空气气泡或液体的指令的非暂时性计算机可读介质。所述指令在被执行时使所述***：针对从第一输出信号到第二输出信号的改变来监视所述***的力传感器的第一输出信号。从第一输出信号到第二输出信号的改变包括第一输出信号的交流（AC）分量的幅度改变和第一输出信号的直流（DC）分量的信号水平改变中的至少一个。此外，所述指令在被执行时使所述***：检测从第一输出信号到第二输出信号的改变，并且基于AC分量的幅度的增加或减少来检测AC分量的幅度改变，并且基于信号水平从第一信号水平到第二信号水平的移位来检测DC分量的信号水平的改变。所述指令使所述***：确定力传感器的第二输出信号的持续时间、以及DC分量的连续信号水平从第一信号水平到第二信号水平的转变数目中的一个；以及将第二输出信号的持续时间与预定义时间进行比较并且将转变数目与预定义转变数目进行比较。所述指令使所述***：当第二输出信号的持续时间超过预定义时间以及DC分量的转变数目超过预定义转变数目中的一个时确定阈值，其中基于第二输出信号的预定义百分比来确定所述阈值。

在一些实施例中，所述非暂时性计算机可读介质存储用于基于所述阈值来检测流管中的空气气泡或液体的指令。

在示例实施例中，所述预定义百分比是第二输出信号的65%。

在一些实施例中，从第一输出信号到第二输出信号的改变响应于不受控制的传感器位置、或流管的移动、或流速率或压力改变中的一个或多个。

在示例实施例中，所述非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令用来基于从低信号水平到高信号水平的改变和从高信号水平到低信号水平的改变中的一个来检测DC分量从第一信号水平到第二信号水平的移位。

提供上面的发明内容仅仅是为了概述一些示例实施例以提供对本公开的一些方面的基本理解的目的。因此，将领会的是，上面描述的实施例仅仅是示例，并且不应当被解释成以任何方式缩窄本公开的范围或精神。将领会的是，除了这里概述的那些之外，本公开的范围涵盖许多潜在的实施例，其中的一些将在下面进一步描述。

附图说明

可以结合附图来阅读说明性实施例的描述。将领会的是，为了说明的简单和清楚，各图中所图示的元素不一定已按比例绘制。例如，元素中的一些的尺寸相对于其他元素被夸大。关于本文中呈现的各图来示出和描述并入本公开的教导的实施例，其中：

图1A和1B分别图示了根据本公开的示例实施例的流体传感器的透视图和顶视图；

图2图示了根据本公开的示例实施例的具有控制器的流体流动***；

图3图示了根据本公开的示例实施例的可以执行各种操作的示例电路的示意性框图；

图4A、图4B和图4C是根据本公开的示例实施例的力传感器的响应的图形表示；

图5是根据本公开的示例实施例的力传感器的灵敏度的图形表示；

图6A和6B是根据本公开的示例实施例的力传感器的灵敏度的图形表示；以及

图7图示了根据本公开的示例实施例的用于检测流体流动***的流管中的空气气泡或液体的方法的示例流程图；

图8图示了根据本公开的示例实施例的用于基于新阈值来检测流管中的液体或空气气泡的示例方法。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图来更完整地描述本公开的一些实施例，其中示出了一些但不是所有的实施例。实际上，本公开可以以许多不同的形式来具体实施，并且不应当被解释为限制到本文中阐述的实施例；更确切地说，提供这些实施例以使得本公开将满足适用的法律要求。除非另行指示，否则术语“或”和“可选地”在本文中以替代和结合（conjunctive）两者的意义来使用。术语“说明性”和“示例性”被用作不具有质量水平指示的示例。遍及全文，类似的数字指的是类似的元素。

如本文中所使用的，术语“控制器”指代可以与第一温度传感器、第二温度传感器和/或加热元件进行网络通信的任何用户设备、计算设备、对象或***。例如，控制器可以指代被配置成响应于由第一温度传感器和/或第二温度传感器生成的温度数据而执行各种温度相关操作的无线电子设备。控制器可以被配置成经由蓝牙、NFC、Wi-Fi、3G、4G、5G协议等与第一温度传感器、第二温度传感器、加热元件等进行通信。在一些实例中，控制器可以包括第一温度传感器、第二温度传感器和/或加热元件。

如本文中所使用的，术语“计算机可读介质”指代可以由控制器、微控制器、计算***或计算***的模块访问以在其上对计算机可执行指令或软件程序进行编码的非暂时性存储硬件、非暂时性存储设备或非暂时性计算机***存储器。非暂时性“计算机可读介质”可以由计算***或计算***的模块来访问，以检索和/或执行在该介质上编码的计算机可执行指令或软件程序。示例性非暂时性计算机可读介质可以包括但不限于一个或多个类型的硬件存储器、非暂时性有形介质（例如，一个或多个磁存储盘、一个或多个光盘、一个或多个USB闪存驱动器）、计算机***存储器或随机存取存储器（诸如，DRAM、SRAM、EDO RAM）等。

已经阐述了遍及本申请所要求的一系列定义，下面描述用于实现本公开的示例实施例和特征的示例***架构和示例装置。

流体流动***具有流体传感器，以通过监视各种参数（诸如，压力、流体通过静脉注射（IV）管的流速率、以及流体传感器的信号响应幅度）来检测IV管中的空气气泡和碎屑。流体传感器基于由流体传感器的发射器所发射的辐射来检测IV管中的空气气泡和碎屑，该辐射通过IV管传播并且由流体传感器的接收器来接收。现有的流体传感器通过使用压电换能器来使用1.7兆赫兹（MHz）至5MHz范围内的高频超声声波。此类高频超声波由另一压电换能器来接收和检测。高频范围通常用来检测IV管中的液体和气泡。然而，并非所有类型的流体传感器都与此类高频范围操作相兼容。例如，使用其他类型传感器的流体传感器（诸如，具有超声换能器的力传感器或压力传感器）并不在高频范围的情况下是可操作的，并且可能具有关于操作和检测准确度的问题。对于流体传感器进行操作并且达到检测空气气泡和液体的期望效率和准确度而言，要求最优的频率范围。

IV管与流体传感器进行表面接触，其中IV管被压靠着流体传感器的发射器和接收器以用于检测辐射。在患者给药期间，IV管可具有细微的移动，并且IV管与发射器和接收器的表面接触或接触面积会变化，从而导致接收器检测到的辐射幅度以及对应输出信号的不想要的变化。表面接触或管接触压力和面积的改变会影响超声信号的频率和力传感器的响应。IV管与流体流动传感器之间的不良耦合导致不足量的通过IV管传播的超声信号，并且导致对空气气泡和液体的不正确和不准确的检测。

此外，在阻塞的情况下，IV管内的压力增加，并且IV管的表面变得更硬。表面硬度的改变也会影响辐射和对应输出信号，这是因为当表面更硬时，需要更高幅度的更多辐射以通过IV管传播来到达接收器。这会导致错误的信号检测。为了传输通过IV管传播的超声信号，需要超声信号的足够压力水平，以便对空气气泡和液体进行不间断的检测。

本公开中描述的各种示例实施例涉及一种流体流动***，该流体流动***用于利用对IV管或流管中的空气气泡和液体的改进的检测来监视向患者的流体递送。流体流动***具有力传感器，该力传感器保持IV管或流管，并且针对各种参数来监视流管，诸如流速率和压力、空气气泡和液体。力传感器接收来自超声换能器的超声信号。流体流动***具有连接到力传感器的控制器。控制器检测来自力传感器的输出信号，并且基于该输出信号来检测空气气泡或液体。

在示例中，输出信号具有两个分量，即交流（AC）分量和直流（DC）分量。使用具有AC分量和DC分量两者的此类输出信号的优点是从相同信号接收关于空气气泡和阻塞的信息，从而防止针对每个空气气泡和阻塞检测使用不同或单独的信号。

在示例中，控制器检测输出信号从第一输出信号到第二输出信号的改变，例如响应于不受控制的传感器位置、或流管的移动、或流管中的液体的流速率或压力的改变。控制器确定力传感器的第二输出信号从第一输出信号改变到第二输出信号的实例起的持续时间持续时间。控制器确定DC分量的连续信号水平从第一信号水平到第二信号水平的转变数目。此外，控制器将该持续时间与预定义时间进行比较，并且将转变数目与预定义转变数目进行比较。

在比较之后，控制器确定用于检测空气气泡或液体的阈值，在本文中也被称为新阈值。然后，控制器基于该阈值来检测空气气泡和液体。例如，当存在小于该阈值的第二输出信号到第三输出信号的改变时，由控制器检测到空气气泡。以这种方式，针对流体流动***的阈值基于响应于各种因素的输出信号改变而被动态地更新，所述各种因素诸如不受控制的传感器位置、或流管的移动、或流速率或压力改变以及其他条件。因此，当流管和传感器的条件改变时，所公开的流体流动***在检测空气气泡方面是鲁棒且准确的，从而增强了流体流动***的可靠性。

在示例中，力传感器以20千赫兹（KHz）至1兆赫兹（MHz）的频率范围来操作。在此类频率范围中操作的力传感器在气泡检测与液体检测之间具有清晰区分的情况下提供了对空气气泡和液体的高效且准确的检测。在示例中，流管被设置在力传感器的通道内，其中管压缩是流管直径的10–40%，以实现更好的耦合效率。为了信号通过流管的改进且连续的传播，以足够的声功率级别（APL）来传输超声信号。

参考随后的附图来详细描述关于流体流动***的部件及其工作的细节。

各图中所图示的部件表示在本文中描述的各种示例实施例中可能存在或可能不存在的部件，使得实施例可以包括比各图中所示的那些更少或更多的部件，而不脱离本公开的范围。

现在转到附图，下面结合附图阐述的详细描述意图作为各种示例配置的描述，并且不意图表示其中可以实践本文中描述的概念的仅有配置。详细描述出于提供对各种概念的透彻理解的目的而包括具体细节，其中遍及若干视图，类似的数字表示类似的部件。然而，对于本公开的领域的技术人员来说将明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。

图1A和1B图示了根据本公开的示例实施例的流体流动***的流体传感器100的透视图和顶视图。如所示出，流体传感器100具有定义了用于保持流管106的通道104的外主体或壳体102。流体传感器100还包括多个指示器，诸如壳体102的顶面上的指示器108和110。在示例中，壳体102定义了流体传感器100的外部，并且可以具有高度、长度和宽度，其中壳体102的长度由第一端和第二端之间的距离来定义。壳体102定义了流体传感器100的形状。例如，壳体是该图中示出的立方体。壳体102也可以具有其他形状以适合流体流动***。

通道104被定义在壳体102的顶面上，并且具有预定义宽度以容纳流管106。如所示出，通道104沿着壳体102的顶面的中心区域而定义。通道104将壳体102的顶面划分成两部个分，即第一部分112和第二部分114。第一部分112和第二部分114中的每一个容纳传感器，如参考随后的各图更详细地描述的。在各种实施例中，流管106具有长度和直径，并且包括外周壁、内周壁、以及在外周壁与内周壁之间延伸的壁厚度。在示例中，流管106定义了内壁内的内部通道，其被配置成将流体流从一个位置引导到另一位置。

流管106可以包括弹性材料，例如硅树脂材料、聚氯乙烯材料等。在示例中，指示器108和110以不同的颜色发光，以在检测到气泡或检测到流动阻塞事件时发出信号。例如，以红色发光的指示器108指示检测到气泡，并且以红色发光的指示器110指示检测到流动阻塞事件。针对空气气泡和流动阻塞的这些信号被电传送到流体流动***的控制器，以进行流体流动***所要求的控制动作。

图2图示了根据本公开的示例实施例的流体流动***200。流体流动***200包括超声换能器202、力传感器204和控制器206。控制器206耦合到超声换能器202和力传感器204。此外，流体流动***200包括电源208和服务器或计算机210。

如所示出，壳体102包括从壳体102的第一端延伸到第二端的通道104，该通道104被配置成容纳并固定流管106的一部分。壳体102可以被配置成将超声换能器202和力传感器204两者封装在壳体102的内部部分内。超声换能器202和力传感器204每个被耦合到壳体102的内部部分，并且在壳体102的内部部分内间隔开，以定义两个传感器之间的通道104。所图示的实施例的超声换能器202和力传感器204在壳体102内对准，以便面向彼此，即，超声换能器202的发射面朝向力传感器204的接收面，使得由超声换能器202生成并且从超声换能器202的发射面发射的波或信号朝向力传感器204的接收面行进。在此类示例性配置中，超声换能器202和力传感器204被布置成面向垂直于通道104的长度的方向，并且可以定义通道104的至少一部分。

电源208被配置成接收功率并且对流体传感器100进行供电。在示例中，电源208可以包括一个或多个电池、一个或多个电容器、一个或多个恒定电源，例如壁上插座等。在示例中，电源208可以包括外部电源，该外部电源被定位在壳体102外部并且被配置成向流体传感器100递送交流或直流功率。在另一示例中，电源208可以包括集成在流体流动***内的内部电源，例如定位在壳体102内的一个或多个电池，以从流体流动***内获得功率。

在各种实施例中，可以向控制器206供给功率，以使得能够将功率分配给本文中描述的各种部件。在一些实施例中，流体传感器100的部件中的每个可以连接到控制器206（例如，用于电子通信），所述控制器206可以被配置成便于其之间的通信和功能控制。

如图3中所图示，控制器206可以包括输入/输出电路302、存储器304、处理器306和通信电路308。在示例实施例中，控制器206可以包括通信模块、板载显示器和信号分析电路（该图中未示出）。例如，控制器206可以包括驱动电路和信号处理电路。在各种实施例中，控制器206可以被配置成对力传感器204进行供电和/或从力传感器204接收输出信号。在各种实施例中，控制器206可以被配置成对超声换能器202进行供电，并且向超声换能器202传输驱动信号。在各种实施例中，控制器206可以被配置成经由通用串行总线（USB）或任何其他有线连接将输出信号向外传输到外部部件。在各种实施例中，板载显示器可以被配置成显示从控制器206传输或由控制器206接收的多种信号。在各种实施例中，控制器206可以被具体实施为单个芯片（例如，单个集成电路芯片），该单个芯片被配置成向超声换能器202和力传感器204两者提供功率信号，以接收和处理来自力传感器204的输出信号，和/或补偿环境因素（诸如例如，流管106内的温度、流量或压力）的任何检测到的改变。在示例中，控制器206被配置成使得能够在网络内与多种无线使能设备进行无线通信，该无线使能设备例如用户移动设备、服务器或计算机210等。控制器206可以被配置成执行下面结合图4A和4B描述的操作。虽然在某些情况下使用功能语言来描述部件302-308，但是应当理解的是，特定实现方式必然包括对特定硬件的使用。还应当理解的是，这些部件302-308中的某些可以包括类似或共同的硬件。例如，两组电路可以两者利用对相同存储器304、处理器306和通信电路308等的使用来执行它们的相关联功能，使得针对每组电路不需要重复的硬件。

如本文中使用的术语“电路”的使用包括被配置成执行与本文中描述的相应电路相关联的功能的特定硬件。如上面的示例中所描述，在一些实施例中，控制器206的电路的各种元件或部件可以被容纳在流体传感器100内。在这点上将理解的是，结合控制器206描述的部件中的一些可以被容纳在图3的一个或多个设备内，而其他部件被容纳在这些设备的另一个内、或者由图3中未明确图示的又一设备所容纳。

术语“电路”应当宽泛地理解成包括硬件，在一些实施例中，术语“电路”还可以包括用于配置硬件的软件。例如，虽然“电路”可以包括处理电路、存储介质、网络接口、输入/输出设备等，但是控制器206的其他元件可以提供或补充特定电路的功能。

在一些实施例中，处理器306（和/或协处理器或辅助处理器306或以其他方式与处理器306相关联的任何其他处理电路）可以经由总线与存储器304通信，以用于在控制器206的部件当中传递信息。存储器304可以是非暂时性的，并且可以包括例如一个或多个易失性和/或非易失性存储器。换句话说，例如，存储器可以是电子存储设备（例如，非暂时性计算机可读存储介质）。存储器304可以被配置成存储信息、数据、内容、应用、指令等，以用于使得控制器206能够执行根据本发明的示例实施例的各种功能。

处理器306可以以多种不同的方式来具体实施，并且可以例如包括被配置成独立地执行的一个或多个处理设备。另外地或替代地，处理器306可以包括经由总线串联配置的一个或多个处理器，以使得能够实现指令、流水线和/或多线程的独立执行。术语“处理电路”的使用可以被理解成包括单核处理器、多核处理器、计算设备内部的多个处理器、和/或远程或“云”处理器。

在示例实施例中，处理器306可以被配置成执行存储在存储器304中或者以其他方式对于处理器306可访问的指令。替代地或另外地，处理器306可以被配置成执行硬编码功能。由此，无论由硬件还是由硬件与软件的组合来配置，处理器306都可以在被相应地配置的同时表示能够执行根据本发明实施例的操作的实体（例如，物理地包含在电路中）。替代地，作为另一示例，当处理器306被具体实施为软件指令的执行器时，指令可以专门地将处理器306配置成在指令被执行时执行本文中描述的算法和/或操作。

控制器206进一步包括输入/输出电路302，所述输入/输出电路302继而可以与处理器306通信，以向用户提供输出并且从用户、用户设备或另一源接收输入。在这点上，输入/输出电路302可以包括可以由移动应用操纵的显示器。在一些实施例中，输入/输出电路302还可以包括另外的功能，包括键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏、触摸区域、软键、扩音器、扬声器或其他输入/输出机构。处理器306和/或包括处理器306的用户接口电路可以被配置成通过存储在对于处理器306可访问的存储器（例如，存储器304等）上的计算机程序指令（例如，软件和/或固件）来控制显示器的一个或多个功能。

通信电路308可以是被配置成从/向网络和/或与控制器206通信的任何其他设备、电路或模块接收和/或传输数据的任何装置，诸如以硬件或硬件和软件的组合具体实施的设备或电路。在这点上，通信电路308可以包括例如网络接口，以用于使得能够实现与有线或无线通信网络的通信。例如，通信电路308可以包括一个或多个网络接口卡、天线、总线、交换机、路由器、调制解调器和支持硬件和/或软件、或者适合于使得能够实现经由网络的通信的任何其他设备。另外地或替代地，通信接口可以包括用于与（多个）天线交互的电路，以引起经由（多个）天线的信号传输或处理经由（多个）天线接收到的信号的接收。

此外，计算机程序指令和/或其他类型的代码可以被加载到计算机、处理器或其他可编程电路上以产生机器，使得在机器上执行代码的计算机、处理器、其他可编程电路创建用于实现各种功能（包括结合控制器206的部件所描述的那些）的装置。

如上面所描述并且如基于本公开将领会的那样，本发明的实施例可以被配置为传感器、方法等。因此，实施例可以包括各种装置，包括全部硬件、或软件与硬件的任何组合。此外，实施例可以采取包括存储在至少一个非暂时性计算机可读存储介质（例如，存储在硬件设备上的计算机软件）上的指令的计算机程序产品的形式。可以使用任何合适的计算机可读存储介质，包括非暂时性硬盘、CD-ROM、闪速存储器、光存储设备或磁存储设备。

图4A、4B和4C是根据本公开的示例实施例的力传感器204的响应的图形表示。图4A和4B的图形表示400和402示出了分别在y轴和x轴上绘制的力传感器输出和时间。输出信号波具有：直流（DC）分量，诸如基线分量404；以及交流（AC）分量，诸如幅度406。控制器206被配置成使得能够同时监视输出信号的AC和DC分量两者以用于气泡和阻塞检测。此类配置可以通过补偿可能影响传感器的声学基线并导致不准确性的不想要的外力来有效地减少力传感器204的错误率。传感器的声学基线的此类移位可能是由诸如例如管道/塑料变形和温度改变之类的因素引起的。

如图4A中所示，在初始条件下，流管106内部不存在液体，并且流管106被填充有空气。超声换能器202传输超声信号，并且该超声信号由力传感器204接收并且由控制器206检测。在示例中，超声换能器202以290KHz 的频率在10V驱动下以80分贝（dB）传输超声信号。由控制器206检测的输出信号的基线分量404和幅度406如该图中所示。控制器206计算针对初始条件的初始阈值。在实例中，当发起静脉注射（IV）给药时，流管106被填充有液体，并且来自力传感器204的输出信号从第一输出信号改变到第二输出信号。转变408示出了当流管106具有液体时第一输出信号从初始条件到第二输出信号的改变。

在示例中，控制器206基于将第二输出信号的AC分量的幅度与第一输出信号的AC分量的幅度进行比较并且计算两个AC分量的幅度之间的差来确定输出信号的AC分量的幅度改变。控制器206然后将该差与预定义值进行比较，并且在该差超过预定义值时确定该改变。以类似的方式，控制器206检测如转变410和412中所示的信号的幅度改变。如410中所示，第二输出信号的AC分量的幅度降低到第三输出信号的较低幅度，并且在转变412中，第三输出信号的AC分量的幅度增加到第四输出信号的较高幅度。在转变414和416中，控制器206检测输出信号的DC分量的信号水平的改变。例如，控制器206检测到第四输出信号的信号水平在向第五输出信号的转变414中增加到更高的水平。控制器206测量第四输出信号的信号水平，并且与第五输出信号的信号水平进行比较，以确定第四输出信号与第五输出信号的信号水平之间的差。在示例中，控制器206确定连续信号水平从第四输出信号的信号水平到第五输出信号的信号水平的转变数目。在实施例中，控制器206确定第五输出信号从第四输出信号改变到第五输出信号的实例起的时间。控制器206针对输出信号中的每个此类转变检测此改变，并且将该改变与连续信号水平中的预定义时间或预定义转变数目进行比较，以确定是否要针对改变的信号确定阈值。

例如，在初始条件下，输出信号处于7毫伏（mV），并且在转变之后，信号处于10mV。控制器206确定连续信号水平的转变数目，例如从7mV到8mV、从8mV到9mV、以及从9mV到10mV。在另一示例中，当第一输出信号改变到第二输出信号时，控制器206确定该信号保持在新水平处（例如在第二输出信号处）的总持续时间。例如，第二输出信号存在达大约1秒。此后，控制器206将转变数目（诸如，3）与预定义转变数目（例如，2或3）进行比较。控制器206将1秒的总持续时间与预定义时间（例如，0.5-1秒）进行比较。当转变数目超过或等于预定义转变数目或预定义时间时，诸如在这个示例中，控制器206基于第二输出信号来重新计算阈值。

在示例中，控制器206基于预定义百分比来计算该阈值，诸如转变或改变之后的输出信号（例如，第二输出信号）的65%。例如，如果第二输出信号处于10mV，则控制器206将该阈值计算为10mV的65%，即6.5mV。控制器206利用该阈值以用于在力传感器204的操作期间检测空气气泡和液体。计算该阈值以适应普遍的管条件，诸如改变的传感器位置、流速率或压力改变、或管压缩的改变。控制器206可靠地且准确地检测输出信号的状态改变和状态改变的方向（从高到低或从低到高）。

在示例中，当流管106具有流动阻塞时，信号的DC分量改变，并且不存在AC分量中的改变。在此类实例中，控制器206可以不确定新阈值。然而，当存在流动阻塞中的下降时，DC分量减小，并且AC分量保持在针对该液体的水平处。在此类场景中，如果AC分量也减小，则此类变化被检测为用于检测空气气泡存在的针对该信号的状态改变。在另一实例中，当AC分量增加时，控制器206确定新阈值。

在另一示例实施例中，在初始条件下，流管106内存在液体。在对流体流动***200进行供电时，由控制器206基于初始条件下输出信号的预定义百分比来计算针对气泡检测的初始阈值。由控制器206针对可能的信号水平改变（如图4B的转变418中所示）来连续地监视流管106，以用于基于输出信号的65%的预定义百分比来检测空气气泡的存在。当针对气泡检测的信号结束时，AC分量的幅度增加（状态改变）并且达到新的水平，在转变420中示出。在这点上，控制器206重新计算该阈值以适应普遍的管条件。在示例中，当流管106在流管106中的低压的情况下具有流动阻塞时，DC分量的信号水平从高信号水平减小到低信号水平（如转变422中所示），而没有AC分量的任何改变。在示例中，如果存在AC分量的增加，则控制器206重新计算该阈值以适应新的管条件。在另一示例中，如果存在AC分量的减小（在转变424中示出），则由控制器206检测到气泡事件。如果流管106中的流动压力降低并且存在空气气泡，则基于针对先前转变所计算的阈值来检测空气气泡。

如图4C中所示，输出信号的区域426示出了当流管106中不存在气泡或阻塞时的条件。在存在空气气泡和完全阻塞的情况下，信号的DC分量上升到区域428中所示的新水平。在这个区域428中，信号的AC分量减小。在另一条件下，当不存在空气气泡和部分阻塞时，信号从区域428改变到区域430。在区域430中，信号的DC分量改变，并且信号的幅度也变化。

在另一条件下，当流管106中存在出现的空气气泡和部分阻塞（在区域432中示出）时，信号的DC分量保持恒定，并且在信号的幅度中存在轻微变化。此后，在当不存在气泡和阻塞时的条件下，信号的DC分量下降到较低水平，如区域434中所示。

图5图示了根据本公开的示例实施例的力传感器204的灵敏度的图形表示500。图形表示500示出了分别在y轴和x轴上绘制的力传感器输出和频率。力传感器输出具有两个信号，即对应于流管106内存在液体的信号502、以及对应于流管106内存在空气气泡的信号504。如在图中示出，对于20千赫兹（KHz）到1兆赫兹（MHz）的频率范围而言，信号502与504之间的差506在图形表示500上是可见的。在示例中，在500KHz的频率下，信号502与504之间的差506是最大的。因此，20KHz 至1MHz的频率范围为流体流动***200提供了最优频率，以操作并有区分地检测流管106中的气泡和液体。

图6A和6B是根据本公开的示例实施例的力传感器的灵敏度的图形表示。图6A和图6B图示了通过压缩流管106、并且在不同的声压级别（APL）和工作超声频率下具有增加的接触面积和力的流管106中空气气泡与液体的力传感器灵敏度。图6A具有在y轴上绘制的水与气泡的差、以及x轴上的DC偏移（offset）。该图图示了响应于驱动电压的不同条件的各种信号输出。例如，信号602响应于290KHz频率、78增益和10V电压的信号参数，信号604响应于290KHz频率、78增益和5V电压。信号606对应于64K/32KHz、78增益和10V电压，并且信号608对应于信号参数64K/32K、78增益和5V电压。图6B图示了针对290KHz频率下的DC偏移和AC峰值的信号610。在示例中，流管106的压缩在流管106的直径的10–40%的范围中。在示例中，流管的直径在2.36毫米（mm）至12.7 mm的范围中，并且外径是4.1 mm并且内径是3 mm，并且在管压缩为大约20%的情况下，超声换能器202与力传感器204之间的有效间隙是3.3 mm。此类压缩提供了最优的耦合效率，并且便于通过流管106的高效信号传播。

稍后结合图7和8来描述控制器206的操作。

参考图7，结合图1、图2和图3，描述了图示检测流管（诸如，流管106）中的空气气泡和液体的流程图700。图7示出了图示根据本文中描述的示例实施例的控制器的操作的流程图700。

首先转到操作702，确定用于检测空气气泡或液体的阈值。在示例中，控制器206基于初始条件来确定用于检测流管106中的空气气泡和液体的阈值。初始条件例如是当流管106具有流管106中存在的液体或空气时，并且控制器206基于初始条件下输出信号（被称为第一输出信号）的预定义百分比来确定该阈值。在704处，检测输出信号的改变。在一个示例中，该改变响应于力传感器204的位置的改变、或流管106中的液体的速率和压力的改变，并且导致输出信号从第一输出信号改变到第二输出信号。当第一输出信号的AC分量的幅度增加或减少时，控制器206基于AC分量的幅度来检测该改变。在另一示例中，当DC分量从第一信号水平移位到第二信号水平（也被称为新信号）时，控制器206基于第一输出信号的DC分量的信号水平的改变来检测该改变。例如，为了检测信号水平的改变，控制器测量并记录多个时间实例（time instance）处的DC分量的信号水平，并且将时间实例‘t’处的信号水平与时间实例‘t-2’处的信号水平进行比较。例如，控制器206测量并记录从初始条件起第30秒处的第一输出信号的信号水平，并且与从初始条件起第28秒处的信号水平进行比较，以检测信号水平是否已经改变。

此后，在706处，确定输出信号的改变存在达多于预定义时间或多于预定义转变数目。控制器206确定第二输出信号从第一输出信号改变到第二输出信号的实例起的持续时间、以及DC分量的连续信号水平从第一信号水平到第二信号水平的转变数目。在示例中，在708处，当第二输出信号存在达多于预定义时间或多于预定义转变数目时，则基于输出信号来确定新阈值。在示例中，在704处，当第二输出信号存在达少于预定义时间或预定义转变数目时，控制器206监视流管106以用于检测输出信号的改变。

在710处，基于新阈值来检测液体和空气气泡。在示例实施例中，控制器206确定新阈值，并且基于新阈值来检测流管106中的空气气泡和液体。

图8图示了根据本公开的示例实施例的用于检测流管（诸如，流管106）中的空气气泡和液体的示例性方法800。

在802处，检测输出信号的基线分量中的改变。例如，控制器206检测力传感器204的输出信号的基线分量404或DC分量的改变。在804处，确定该改变是针对基线分量的高到低或低到高中的一个。在信号水平从低到高的改变中，第一输出信号的第一信号水平改变到第二输出信号的第二信号水平，并且第二信号水平高于第一信号水平。在信号水平从高到低的改变中，第二信号水平处于比第一信号水平更低的水平。在示例中，信号水平从低到高的上升指示空气气泡和阻塞的存在，并且信号水平从高到低的下降指示空气气泡的存在并且无阻塞，如图4C中所示。

在806处，针对输出信号从信号水平的高到低或低到高中的一个的改变来确定新阈值。在示例中，当基线分量上升到较高信号水平或下降到较低信号水平时，控制器206基于基线分量的移位来确定新阈值。此后，在808处，基于新阈值来检测液体或空气气泡。在示例中，控制器206基于输出信号的预定义百分比来确定新阈值，并且然后基于新阈值来检测液体或空气气泡。

图7图示了示例流程图，并且图8图示了描述根据本公开的示例实施例执行的操作的示例方法。将理解的是，流程图的每个框以及流程图中的框的组合可以通过各种装置来实现，所述装置诸如包括硬件、固件、一个或多个处理器的设备、和/或与包括一个或多个计算机程序指令的软件的执行相关联的电路。例如，上面描述的程序中的一个或多个可以由驻留在非暂时性计算机可读存储存储器上的计算机程序指令来具体实施。在这点上，具体实施上面描述的程序的计算机程序指令可以由采用本公开的实施例的装置的存储器来存储，并且由该装置的处理器来执行。如将领会的那样，任何此类计算机程序指令可以被加载到计算机或其他可编程装置（例如，硬件）上以产生机器，使得所得到的计算机或其他可编程装置提供流程图框中指定的功能的实现。当被执行时，存储在计算机可读存储存储器中的指令产生被配置成实现流程图框中指定的各种功能的制品。此外，对用于执行各种功能的计算机或其他处理电路的执行将计算机或其他处理电路转换成被配置成执行本公开的示例实施例的机器。因此，流程图中阐述的操作定义了用于配置计算机或处理器以执行示例实施例的一个或多个算法。在一些情况下，通用计算机可以被提供有处理器的实例，该处理器执行在一个或多个流程图中描述的算法，以将通用计算机变换成被配置成执行示例实施例的机器。

因此，所描述的流程图框支持用于执行指定功能的装置的组合和用于执行指定功能的操作的组合。还将理解的是，一个或多个流程图框以及流程图框的组合可以由执行指定功能的基于专用硬件的计算机***或者执行计算机指令的专用硬件的组合来实现。

在一些示例实施例中，本文中的操作中的某一些可以如下面所描述的那样被修改或进一步放大。此外，在一些实施例中，还可以包括另外的可选操作。应当领会的是，本文中描述的修改、可选附加或放大中的每一个可以单独地或与本文中描述的特征当中的任何其他的相结合地与本文中的操作一起被包括。

前述方法描述和过程流程图仅作为说明性示例而提供，并且不意图要求或暗示各种实施例的步骤必须以所呈现的次序来执行。如本领域技术人员将领会的，前述实施例中的步骤次序可以以任何次序来执行。诸如“此后”、“然后”、“下一个”和类似词语之类的词语并不意图限制步骤的次序；这些词语仅仅是用于引导读者通过对方法的描述。此外，对单数形式中的权利要求元素的任何引用（例如，使用冠词“一”、“一个”或“该”）不要被解释为将该元素限制到单数形式，并且在某些实例中可以以复数来解释。

在一个或多个示例实施例中，本文中描述的功能可以由专用硬件或由固件或其他软件编程的硬件的组合来实现。在依赖于固件或其他软件的实现方式中，可以作为执行存储在一个或多个非暂时性计算机可读介质和/或一个或多个非暂时性处理器可读介质上的一个或多个指令的结果来执行功能。这些指令可以由驻留在一个或多个非暂时性计算机可读或处理器可读存储介质上的一个或多个处理器可执行软件模块来具体实施。在这方面，非暂时性计算机可读或处理器可读存储介质可以包括可由计算机或处理器访问的任何存储介质。作为示例而非限制，此类非暂时性计算机可读或处理器可读介质可以包括随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪速存储器、磁盘存储装置、磁存储设备等。如本文中所使用，磁盘存储装置包括致密盘（CD）、激光盘、光盘、数字多功能盘（DVD）、软盘和蓝光盘™、或利用激光以磁性方式或以光学方式存储数据的其他存储设备。上面类型的介质的组合也被包括在术语非暂时性计算机可读和处理器可读介质的范围内。另外，存储在一个或多个非暂时性处理器可读或计算机可读介质上的指令的任何组合在本文中可以被称为计算机程序产品。

说明书内对“一个实施例”、“一实施例”、“实施例”或“一个或多个实施例”的引用意图指示结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。此类短语在说明书内的不同地方的出现不一定全部指代相同实施例，单独或替代的实施例也不与其他实施例相互排斥。此外，描述了可以由一些实施例并且不是由其他实施例展现的各种特征。类似地，描述了各种要求，所述要求可以是针对一些实施例的要求，但不是针对其他实施例的要求。

应当注意的是，当在本公开中被采用时，术语“包括”、“包含”以及来自根术语“包括”的其他派生词意图是开放式术语，其指定任何所声明的特征、元素、整数、步骤或部件的存在，并且不意图排除一个或多个其他特征、元素、整数、步骤、部件或其群组的存在或添加。

根据需要，本文中公开了本公开的详细实施例；然而，要理解的是，所公开的实施例仅仅是示例性的，其可以以各种形式来具体实施。因此，本文中公开的特定结构和功能细节不要被解释为限制性的，而是仅仅作为权利要求的基础和作为用于教导本领域技术人员不同地用实际上任何适当详细结构来采用本公开的代表性基础。

虽然本文中公开的说明性实施例实现了上面声明的目的是显然的，但是将领会到的是，本领域普通技术人员可以设计许多修改和其他实施例。因此，将理解的是，所附权利要求意图覆盖落入本公开的精神和范围内的所有此类修改和实施例。

Claims (8)

1.一种流体流动***，包括：

力传感器，其被配置成监视流管中的空气气泡或阻塞中的至少一个，所述力传感器被配置成从超声换能器接收超声信号，所述超声换能器具有被配置成发射超声信号的发射面，并且所述发射面被配置成面向流管；

控制器，其与力传感器电耦合，其中所述控制器被配置成：

针对从第一输出信号到第二输出信号的改变来监视所述流体流动***的力传感器的第一输出信号，其中从第一输出信号到第二输出信号的改变包括第一输出信号的交流（AC）分量的幅度改变和第一输出信号的直流（DC）分量的信号水平改变中的至少一个；

检测从第一输出信号到第二输出信号的改变，其中基于AC分量的幅度的增加或减少来检测AC分量的幅度改变，并且基于信号水平从第一信号水平到第二信号水平的移位来检测DC分量的信号水平的改变；

确定力传感器的第二输出信号的持续时间、以及DC分量的连续信号水平从第一信号水平到第二信号水平的转变数目中的一个；

将第二输出信号的持续时间与预定义时间进行比较并且将转变数目与预定义转变数目进行比较；以及

当第二输出信号的持续时间超过预定义时间以及DC分量的转变数目超过预定义转变数目中的一个时确定阈值，其中基于第二输出信号的预定义百分比来确定所述阈值。

2.根据权利要求1所述的流体流动***，其中力传感器具有接收面，所述接收面被配置成接收超声信号以用于检测超声信号的幅度的改变，其中超声信号在被力传感器接收之前通过流管传播。

3.根据权利要求1所述的流体流动***，其中响应于以20千赫兹（KHz）至1兆赫兹（MHz）的频率范围传输的超声信号而接收第一输出信号。

4.根据权利要求1所述的流体流动***，其中流管被设置在力传感器的通道内，其中管压缩是流管直径的10-40%。

5.根据权利要求1所述的流体流动***，其中所述控制器被配置成基于所述阈值来检测流管中的空气气泡或液体。

6.根据权利要求1所述的流体流动***，其中所述预定义百分比是第二输出信号的65%。

7.根据权利要求1所述的流体流动***，其中从第一输出信号到第二输出信号的改变响应于不受控制的传感器位置、或流管的移动、或流速率或压力改变中的一个或多个。

8.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被配置成：基于从低信号水平到高信号水平的改变和从高信号水平到低信号水平的改变中的一个来检测DC分量从第一信号水平到第二信号水平的移位。

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