基于压电精确控制的液体输注方法及系统与流程

本发明涉及一种液体输注方法及系统，尤其涉及一种基于压电、能精确控制的液体输注方法及系统。

背景技术：

输注泵已经普遍适用于临床治疗，在国内已广发用于麻醉、镇痛、抗生素治疗、肿瘤化疗、心脑血管疾病治疗、高血压、糖尿病的治疗。输注泵的应用，降低了治疗的患者的治疗风险，减少了护理工作人员的工作量，大大的降低了传统输注方法在重病患者治疗过程中产生的给药风险。

医疗器械质量安全是医院管理的重中之重，因此希望有一种高性能、智能化的自动输注装置。智能输注泵具有传统重力输注无法比拟的优点，它可以精确测量和控制输注速度，输注量流线良好，能对气泡、阻塞、漏血等异常进行检测，并具有报警功能和自动切断输注通路。确保了患者的安全，减少了医疗事故的发生。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：构建一种基于压电精确控制的液体输注方法及系统，克服现有技术液体输注不方便进行智能控制、液体输注不精确的技术问题。

本发明的技术方案是：提供一种基于压电精确控制的液体输注方法，包括如下步骤：

输入参数：输入输注参数，所述输注参数包括输注液体总量和流速；

获取控制参数：根据所述输注参数确定输注时间，根据q＝(v0+δv)f·60确定压电振子的振动频率，其中：q表示每分钟输入流量，v0表示腔体容积，δv表示压电振子振动时腔体容积的变化量，f表示压电振子的振动频率；

驱动压电振子：在确定的输注时间向压电振子施以驱动电压，该驱动电压驱动压电振子以确定的振动频率工作；

输注液体：压电振子的振动控制腔体扩展和压缩从而完成进液和出液。

本发明的进一步技术方案是：还包括监测输液工作状态。

本发明的进一步技术方案是：还包括输出输注参数，所述输注参数包括输注液体总量、输注液体流速、液体输注时间、输注液体剩余时间、输注异常状态提示信息、电池电量提示信息、网络状态信息、输注液体类型、液体输注流速列表中的一种或多种。

本发明的进一步技术方案是：还包括在输注液体异常时报警。

本发明的进一步技术方案是：驱动压电振子的驱动电压为方波电压。

本发明的技术方案是：构建一种基于压电精确控制的液体输注系统，包括输入模块、容纳液体的腔体、压电振子、压电驱动模块、控制单元，所述腔体的至少一个端面为弹性端面,所述压电振子设置在所述腔体的弹性端面上，所述控制单元连接所述压电驱动模块，所述压电驱动模块连接所述压电振子，所述输入模块输入输注参数，所述输注参数包括输注液体总量和流速，所述控制单元根据所述输注参数确定输注时间，所述控制单元根据q＝(v0+δv)f·60确定压电振子的振动频率，其中：q表示每分钟输入流量，v0表示腔体容积，δv表示压电振子振动时腔体容积的变化量，f表示压电振子的振动频率，所述控制单元控制所述压电驱动模块在确定的输注时间向压电振子施以驱动电压，该驱动电压驱动压电振子以确定的振动频率工作，所述压电振子的振动控制所述腔体扩展和压缩从而完成进液和出液。

本发明的进一步技术方案是：驱动所述压电振子的驱动电压为方波电压。

本发明的进一步技术方案是：驱动所述压电振子的振动频率为0赫兹到1000赫兹。

本发明的进一步技术方案是：所述腔体包括进液阀和出液阀，所述进液阀连接所述进液口，所述出液阀连接所述出液口。

本发明的进一步技术方案是：所述进液阀和所述出液阀为单向阀门。

本发明的技术效果是：构建一种基于压电精确控制的液体输注方法及系统，输入参数：输入输注参数，所述输注参数包括输注液体总量和流速；获取控制参数：根据所述输注参数确定输注时间，根据q＝(v0+δv)f·60确定压电振子的振动频率，其中：q表示每分钟输入流量，v0表示腔体容积，δv表示压电振子振动时腔体容积的变化量，f表示压电振子的振动频率；驱动压电振子：在确定的输注时间向压电振子施以驱动电压，该驱动电压驱动压电振子以确定的振动频率工作；输注液体：压电振子的振动控制腔体扩展和压缩从而完成进液和出液。本专利通过压电振子的振动控制腔体的扩展和压缩从而完成进液和出液，既方便进行智能控制，又确保输注的精确，实现液体的精确输注控制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明压电振子结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。

如图1所示，本发明的具体实施方式是：提供一种基于压电精确控制的液体输注方法，包括如下步骤：

输入参数：输入输注参数，所述输注参数包括输注液体总量和流速。

具体实施过程是：通过输入模块10输入输注参数，包括输入输注液体总量和输注液体的流速。

获取控制参数：根据所述输注参数确定输注时间，根据q＝(v0+δv)f·60确定压电振子的振动频率，其中：q表示每分钟输入流量，v0表示腔体容积，δv表示压电振子4振动时腔体容积的变化量，f表示压电振子的振动频率。

驱动压电振子：在确定的输注时间向压电振子4施以驱动电压，该驱动电压驱动压电振子4以确定的振动频率工作。驱动压电振子4的驱动电压为方波电压。

输注液体：压电振子4的振动控制腔体扩展和压缩从而完成进液和出液。

具体实施过程如下：所述腔体3包括进液阀7和出液阀8，所述进液阀7连接所述进液口1，所述出液阀8连接所述出液口2。压电振子4在交变电压的作用下，产生弯曲变形从而形成腔体3内的容积和压力的变化从而实现流体的单向流动。当压电振子4在电压的驱动下向外弯曲形变时，腔体3内产生一定的真空度，促使所述进液阀7开启，所述出液阀8关闭，将液体吸入所述腔体3内。当压电振子4向内运动时，所述进液阀7关闭，压电振子4推动流体使所述出液阀8打开，所述腔体3中的液体从所述出液口2向外输出。

如图2所示，所述压电驱动模块5驱动所述压电振子4振动，所述压电振子4是由压电陶瓷晶片和基板衬底组成，压电陶瓷晶片设置在基板衬底上，所述压电振子4的基板衬底为弹性材料，所述压电陶瓷晶片包括但不仅限于压电生物陶瓷，如linbo3单晶(铌酸锂)、pzt(锆钛酸铝)和batio3(钛酸钡)压电陶瓷等。

具体实施过程如下：当外电场作用于所述压电振子4的基板衬底两端时材料发生形变，其形变量正比于与外电场强度，对其极化方向上的两个端面施加正负相反的交变电压，所述压电振子4会进行上凸或下凹的变形。

如图2所示，压电振子4分成中间压电陶瓷晶片部分(n区)，以及外圈基板衬底的共同部分(w区)两个部分。对于n区，此时可将压电振子简化为在r＝a处简支的弯曲薄板，此时n区相对于o1的挠度为：

式中a表示压电陶瓷半径(m)；

r表示距中心点距离(m)；

de表示n区等效弯曲刚度(n/m)，其计算公式如式(1-2)；

ve表示n区等效泊松比，其计算公式如式(1-4)；

m2表示n区外缘弯矩(n/m)，其计算公式如式(1-5)。

令压电陶瓷厚度为hc，基板厚度为hp，等效弯曲刚度由材料力学相关知识计算得:

式中h表示n区总厚度，h＝hc+hp(m)；

ee表示n区等效弹性模量(pa)，其计算公式如式(1-3)：

n区等效弹性模量及等效泊松比为：

式中：c1表示压电陶瓷与内圈部分厚度比c1＝hc/h；

c2表示基板与内圈部分厚度比c2＝hp/h；

ec表示压电陶瓷的弹性模量(pa)；

ep表示基板的弹性模量(pa)；

vc表示压电陶瓷的泊松比；

vp表示基板的泊松比。

n区外缘弯矩m2可写为

m2＝m0-m1(1-5)

式中m0表示压电陶瓷变形产生的弯矩(n·m)，其计算公式如式(1-6)；

m1表示属基板变形产生的弯矩(n·m)。

由压电陶瓷产生的弯矩m0为：

式中dc表示基板抗弯刚度，

对于w区部分，其固定支撑为基板外圈外缘，根据弹性力学知识可得w区挠度为：

式中dp表示基板弯曲刚度，

b表示基板半径(m)。

利用两区域连接处的连续性方程，求解化简得整个振子的振幅为：

式中k表示简化系数，

综上所述，压电振子振幅为：

振子振动产生的容积变化量为：

如图1、图2所示，当压电振子4在电压的驱动下向外弯曲形变时，腔体3内产生一定的真空度，促使所述进液阀7开启，所述出液阀8关闭，将液体吸入腔内。当压电振子4向内运动时，所述进液阀7关闭，压电振子4推动流体使所述出液阀8打开，液体从所述出液口2向外输出。液体流量与振子振动幅度及驱动频率有关，其每分钟的输出流量计算公式为：

、q＝(v0+δv)f·60

式中v0表示腔体固定体积(m³)；

δv表示振子的容积变化量(m³)；

f表示驱动频率(hz)。

根据所述输注参数确定输注时间，根据q＝(v0+δv)f·60确定压电振子的振动频率，其中：q表示每分钟输入流量，v0表示腔体容积，δv表示压电振子振动时腔体容积的变化量，f表示压电振子的振动频率。然后向压电振子4以确定的振动频率和输注时间工作。压电振子4的振动控制腔体扩展和压缩从而完成进液和出液。还包括输出输注参数，所述输注参数包括输注液体总量、输注液体流速、液体输注时间、输注液体剩余时间、输注异常状态提示信息、电池电量提示信息、网络状态信息、输注液体类型、液体输注流速列表中的一种或多种。

如图1所示，本发明的具体实施方式是：构建一种基于压电精确控制的液体输注系统，包括：输入模块10、进液口1、出液口2、容纳液体的腔体3、压电振子4、压电驱动模块5、控制单元6，所述压电振子4设置在所述腔体3的弹性端面31上，所述控制单元6连接所述压电驱动模块5，所述压电驱动模块5连接所述压电振子4，所述腔体3连接所述进液口1和所述出液口2，所述控制单元6控制所述压电驱动模块5驱动所述压电振子4振动，所述压电振子4的振动控制所述腔体3扩展和压缩从而完成进液和出液。所述输入模块10输入输注参数，所述输注参数包括输注液体总量和流速，所述控制单元6根据所述输注参数确定输注时间，根据q＝(v0+δv)f·60确定压电振子的振动频率，其中：q表示每分钟输入流量，v0表示腔体容积，δv表示压电振子振动时腔体容积的变化量，f表示压电振子的振动频率，所述控制单元6控制所述压电驱动模块5在确定的输注时间向压电振子4施以驱动电压，该驱动电压驱动压电振子4以确定的振动频率工作，所述压电振子4的振动控制所述腔体3扩展和压缩从而完成进液和出液。具体实施例中，驱动所述压电振子4的驱动电压为方波电压,驱动所述压电振子4的压电振子的振动频率为0赫兹到1000赫兹。

如图1所示，还包括监测模块9，所述监测模块9监测输液工作状态。监测模块9包括检测管路阻塞状态的压力传感器，压力传感器传感管路内部的压力，若压力超过设定值，则判断为管路阻塞状态。所述监测模块9还包括时间提醒模块，时间提醒模块通过确定的输注时间可以确定输液时间，包括提醒输注即将完毕或者输注完毕的信息。所述监测模块9还包括电池电量监测模块，电池电量监测模块监测电池的电量情况，然后进行电量使用情况的显示以及信息提示。所述监测模块9还包括系统监测模块，在系统出错时进行提醒。还包括报警模块10，所述报警模块在输液状态异常时报警。还包括输出输注参数，所述输注参数包括输注液体总量、流速、输注液体时间、电池容量、运行状态以及输注液体剩余时间。还包括输出输注参数，所述输注参数包括输注液体总量、输注液体流速、液体输注时间、输注液体剩余时间、输注异常状态提示信息、电池电量提示信息、网络状态信息、输注液体类型、液体输注流速列表中的一种或多种。

优选实施例中，所述腔体3包括进液阀7和出液阀8，所述进液阀7连接所述进液口1，所述出液阀8连接所述出液口2。压电振子4在交变电压的作用下，产生弯曲变形从而形成腔体3内的容积和压力的变化从而实现流体的单向流动。当压电振子4在电压的驱动下向外弯曲形变时，腔体3内产生一定的真空度，促使所述进液阀7开启，所述出液阀8关闭，将液体吸入所述腔体3内。当压电振子4向内运动时，所述进液阀7关闭，压电振子4推动流体使所述出液阀8打开，所述腔体3中的液体从所述出液口2向外输出。所述进液阀7和所述出液阀8为单向阀门。

如图1所示，本发明的优选实施方式是：还包括输入输液参数的输入模块11，所述输入模块11连接所述控制模块6。还包括显示输液参数的显示模块12，所述显示模块12连接所述控制模块6

本发明的技术效果是：构建一种基于压电精确控制的液体输注方法及系统，输入参数：输入输注参数，所述输注参数包括输注液体总量和流速；获取控制参数：根据所述输注参数确定输注时间，根据q＝(v0+δv)f·60确定压电振子的振动频率，其中：q表示每分钟输入流量，v0表示腔体容积，δv表示压电振子振动时腔体容积的变化量，f表示压电振子的振动频率；驱动压电振子：在确定的输注时间向压电振子4施以驱动电压，该驱动电压驱动压电振子4以确定的振动频率工作；输注液体：压电振子的振动控制腔体扩展和压缩从而完成进液和出液。本专利通过压电振子的振动控制腔体的扩展和压缩从而完成进液和出液，既方便进行智能控制，又确保输注的精确，实现液体的精确输注控制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。