CN200987792Y - 血液净化设备的超声空气监测器 - Google Patents

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方廷寿
李富卫
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Chongqing Oakland Medical Equipment Research Co., Ltd.
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Abstract

血液净化设备的超声空气监测器是涉及临床医学之血液净化设备使用的空气监测装置，由超声波发射电路(1)、超声换能器(2)、(3)、超声波接收电路(4)及动态电平甄别电路(5)组成，由于采用单片机作为超声波发射电路(1)的发射源，保证了超声波发射频率的稳定性；由于采用动态电平甄别电路(5)，故对除泡器在声传感器上夹持的位置不敏感，只有在确定气泡状态下才报警，排除了误报，保证了检测过程的稳定性和可靠性。本实用新型可以实现血液净化设备之气泡检测功能，还具有工作可靠、误报率低、对患者大脑无负面影响的特点，主要适用于临床医学之血液净化设备。

Description

血液净化设备的超声空气监测器
所属技术领域
本实用新型是关于临床医学之血液净化设备使用的空气监测装置。
背景技术
在血液净化设备中，空气监测器是其中重要监测组件之一。空气监测器一般置于静脉血液回路，对气泡十分敏感，一旦检测到血液含有微小的气泡，马上自动夹闭血液管路、停止血液泵，并发出声、光报警，提示医务人员处理。
临床医学使用的空气监测器有两种：
一种是声波气泡检测***，传感器由声传感器构成，通过声音在不同介质中传播速度不同的原理来检测出血液中的气泡的。在血流量为200mL/min时，可以检测出体积0.05mL以上的微小气泡；
另一种是色度气泡检测***，通过血液及盐水溶液颜色的变化来进行鉴别。由于色度气泡检测***灵敏度低、故障率高、维修率高而被世界各国血液透析机生产厂商淘汰，目前广泛采用声波气泡检测***作为血液透析机的空气监测器。
声波气泡检测***的工作原理是：由超低频电磁波(5～10Hz)去调制50Hz(60Hz)工频交流电作为发射源，然后由声传感器完成电-声转换发射。接收部分由声传感器完成声-电转换，将微弱的声信号转换为电信号，经过放大、整形、比较单元处理后，交后级执行单元执行。除泡器(在血液管路上)夹在声发射传感器与声接收传感器中间。当血液管路之血液含有气泡时，由于声被在空气中的传播速度不同于在血液中的传播速度而引起接收声强变化，从而检出气泡。
由于声波气泡检测***具有灵敏度高、穿透力强的特点，所以现有技术的空气监测器无一例外地都是由声波气泡检测***构成。但是，该类型的空气监测器存在种种不足甚至有致命的缺陷，其一，由于其工作频率工作于工频段，所以极易受外界强电设备干扰，导致误报率高：其二，由于声波气泡检测***无一例外的都采用电平比较方式来实现气泡监测功能，所以，除泡器在声传感器上夹持的位置有微小变化都将导致误报警；其三，现代医学早已证明，次声波(频率为0.01～10Hz的声被)对人的大脑神经存在一定程度的伤害。虽然声传感器发射功率很小，但是对人的大脑有负面影响是必然的。
发明内容
本实用新型的目的是为血液净化设备提供一种工作可靠、误报率低、对人脑无伤害的空气监测器。
本实用新型的实现要点是：采用单片机作为超声波频率发射源，保证了超声波发射频率的稳定性，工作频段在超声频段，对人的大脑无负面影响；利用超声波在通过气泡时产生的相位偏移较大，采用半波检波及动态电平甄别电路，对除泡器在声传感器上夹持的位置不敏感，只有在确定气泡状态下才报警，保证了检测过程的稳定性和可靠性。
附图说明
下面结合附图及实施例，对本实用新型作详细叙述。
图1是本实用新型的电原理框图，也是本发明的一个实施例。
图2是超声波发射电路电原理图。
图3是动态电平甄别电路电原理图。
具体实施方式
图1中，由超声波发射电路(1)及超声换能器(2)实现电-声转换，此即为超声波发射过程；超声波接收电路(4)由一级典型的宽带交流放大器和一级典型的无限增益多反馈环型带通滤波器组成。超声换能器(3)将接收到的微弱超声被信号转换为电信号，由超声波接收电路(4)实现选频放大功能，然后由动态电平甄别电路(5)完成气泡的检测功能，此即为超声波接收过程。
图2中，超声波频率发生器(6)由单片机提供；整形电路(7)由电阻(8)、(9)、电容(10)和三极管(11)组成；驱动电路(13)由集成块(14)，电容(17)及自偶变压器(18)组成。超声波频率发生器(6)提供的交变波形经整形电路(7)反向整形后，送至集成块(14)输入端(15)，由集成块(14)功率放大后，由集成块(14)的输出端(16)，经电容(17)、自偶变压器(18)升压，然后驱动超声换能器(2)实现电-声转换，此即为超声波发射过程。
图3中，由电容(23)、电阻(24)及集成运放(25)组成跟随器电路(22)；由二极管(27)、电阻(28)、电容(29)组成半波检波及滤波电路(26)；由电阻(31)、(32)、电容(33)、(34)及集成运放(35)组成贝塞尔低通滤波电路(30)；由电阻(38)、(39)、电容(40)及集成运放(41)组成加法器电路(36)：集成运放(43)组成比较电路(42)。经选频放大后的超声波交变波形通过跟随器电路(22)实现信号的阻抗匹配，再经半波检波及滤波电路(26)，由贝塞尔低通滤波电路(30)滤波后，得到相应的平滑直流电平(44)，一路接至比较器(43)的负输入端；另一路通过由电阻(38)、(39)及电容(40)组成的滤波电路与基准电压(37)分压后接至加法器(41)正输入端，经过加法器电路(36)后，输出的比较直流电平为(45)＝(37)×((39)/((38)+(39)))+(44)×((38)/((38)+(39)))，比较直流电平(45)接至比较器(43)的正输入端，血液管路无气泡时，接收到的超声波信号飘移很小，接收直流电平(44)较高，此时(44)＞(45)，比较器(43)输出为低，后面执行机构不动作；血液管路有气泡时，接收到的超声波信号产生频率偏移、相位偏移及幅度偏移，接收直流电平(44)较低，此时(44)＜(45)，比较器(43)输出为高，后面执行机构动作，这样就达到气泡检出的目的。由于超声波传感器在通过气泡情况下相位偏移较大，采用半波检波，在通过液体或通过气泡状态下，其检出的直流电平差异很大，可以更有效地判断超声空气监测器的工作状态，减少误报率，保证检测过程的可靠性。
另外，从比较直流电平(45)的表达式可以看到：比较直流电平(45)由两部分构成，一部分是基准电压(37)的直流分量(37)×((39)/((38)+(39)))，另一部分是接收直流电平(44)的直流分量(44)×((38)/((38)+(39)))，也就是说，比较直流电平(45)是可变的，比较直流电平(45)的值在一定程度上正比于接收直流电平(44)，此意义十分重大。由于血液净化设备使用的空气监测器都是利用除泡器夹在声传感器上来实现气泡检出功能的，不同生产厂商的除泡器或者除泡器在声传感器上夹持的位置不同，都将影响声波的传输效率也不同，从而导致接收直流电平(44)的变化，这也是现有技术的空气监测器误报率高的原因之一。而本发明的关键点是：比较直流电平(45)在一定程度上正比于接收直流电平(44)，也就是说，接收直流电平(44)一定程度的变化不会影响超声空气监测器的输出状态，只有在有气泡的情况下才能改变超声空气监测器的输出状态，从而保证了检测过程的稳定性和可靠性。

Claims (3)

1、血液净化设备的超声空气监测器，由超声波发射电路(1)、超声换能器(2)、(3)、超声波接收电路(4)及动态电平甄别电路(5)顺序电连接构成，其特征是：超声波发射电路(1)由超声波频率发生器(6)、整形电路(7)及驱动电路(13)顺序电连接组成；超声波接收电路(4)由一级典型的宽带交流放大器和一级典型的无限增益多反馈环型带通滤波器顺序电连接组成；动态电平甄别电路(5)由跟随器电路(22)、半波检波及滤波电路(26)、贝塞尔低通滤波电路(30)、加法器电路(36)及比较器电路(42)顺序电连接组成。
2、根据权利要求1所述的超声波发射电路(1)，其特征是：整形电路(7)由电阻(8)、(9)、电容(10)和三极管(11)组成，三极管(11)基极同时连接电阻(8)一端及超声波频率发生器(6)的频率输出端，三极管(11)集电极同时连接电阻(9)一端、电容(10)一端及集成块(14)的输入端(15)，三极管(11)发射极同时连接电容(10)另一端及地线，电源(12)同时连接电阻(8)另一端及电阻(9)另一端；驱动电路由集成块(14)，电容(17)及自偶变压器(18)组成，集成块(14)的输出端(16)连接电容(17)正端，电容(17)负端连接自偶变压器(18)的(20)端，自偶变压器(18)的(21)端连接超声换能器(2)的一端，自偶变压器(18)的(19)端同时连接超声换能器(2)的另一端及地线。
3、根据权利要求1所述的动态电平甄别电路(5)，其特征是：跟随器电路(22)由电容(23)、电阻(24)及集成运放(25)组成，电容(23)一端连接超声波接收电路输出端，电容(23)另一端同时连接电阻(24)一端及集成运放(25)的正输入端，集成运放(25)的负输入端与集成运放(25)的输出端相连，电阻(24)另一端连接地线；半波检波及滤波电路(26)由二极管(27)、电阻(28)、电容(29)组成，二极管(27)正极连接跟随器电路(22)的输出端，二极管(27)负极同时连接电阻(28)一端、电容(29)一端及电阻(31)一端，地线同时连接电阻(28)另一端及电容(29)另一端；贝塞尔低通滤波电路(30)由电阻(31)、(32)、电容(33)、(34)及集成运放(35)组成，电阻(31)另一端同时连接电阻(32)一端及电容(33)一端，电阻(32)另一端同时连接电容(34)一端及集成运放(35)的正输入端，电容(33)另一端同时连接电阻(39)一端、集成运放(35)的负输入端、集成运放(35)的输出端及集成运放(43)的负输入端，电容(34)另一端连接地线；加法器电路(36)由电阻(38)、(39)、电容(40)及集成运放(41)组成，电阻(39)另一端同时连接电阻(38)一端、电容(40)一端及集成运放(41)的正输入端，电阻(38)另一端连接基准电压(37)，电容(40)另一端与地线相连，集成运放(41)的负输入端同时连接集成运放(41)的输出端及集成运放(43)的正输入端。
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