专利名称：微流速实时测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于4氐流速流体的微流速实时测量仪，以对低流速 流体进4于实时4企测和纟交准。
背景技术：
在医疗等需要精密注射的领域，对于注射泵的注射速率有很高 的精度要求，如果注射速率偏差很大， 一定时间内的注射量偏差就 很大，从而对使用者的身体造成不适，严重时甚至可能危及生命， 因此必须对精密注射泵进行高精度的校准。目前对精密注射泵的校
准主要通过人工进行，其所需的校准器件主要包括精密天平，容 器和秒表，校准流程主要包括准备及设置过程，校准运行过程， 以及校准运行后的计算及比较过程。其具体的校准流程如图1所示， 在准备及设置过程中，预先用精密天平测量容器的净重，在注射泵 上安装注射器，在注射器内预装水，然后通过连接管将注射器接到 一个容器中，再设置注射泵的注射速率及注射量；在运行过程中， 启动注射泵同时启动秒表，注射完成后停止秒表；另外，在4交准运 行后计算比较过程中，需要通过多次试验计算低速值，若低速值在 误差容许范围内则合格，否则需在全范围内调整。
这种人工校准方式存在两大问题第一，人工校准相当耗时。 由图l的流程图可知，其不但操作步骤繁杂，而且在准备及设置过 程中，如果设置需要校准的流速值为1 ml/h，设置的校准注射量为 10 ml，则仅完成一次校准运行过程所需的时间就为10小时，再加
4上校准运行之前的设置和之后的计算比较过程，完成对一个设定值 的一次校准所耗费的时间非常长。第二，人工校准会不可避免地引 入人为测量误差，再加上系统自身的误差，则校准的精度和稳定性 很难保证。
因此，需要提供一种高精度和高可靠性的低流速流体检测和校 准装置，其采用非人工的方式完成对流速的检测和校准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度和高可靠性的 微流速实时测量仪，以对低流速流体进行实时4企测和校准。
根据本发明的技术方案，提供一种低流速流体测量仪，用于检 测低流速流体的流速，其包括电源电路、流速传感器、单片机以及
显示单元；所述电源电路分别电连4妾于流速传感器、单片才几以及显 示单元，用于向流速传感器、单片机以及显示单元提供电压；所述 流速传感器用于釆样低流速流体的流速值，并将所述流速值转换成 模拟电压值输出给所述单片机；所述单片机从所述流速传感器接收 所述模拟电压值进行A/D转换并作计算后，向所述显示单元输出； 所述显示单元从所述单片机接收经过A/D转换的流速值，并进行实 时显示。
在上述微流速实时测量仪中，所述流速传感器通过如下转换公 式将采样的流速值转换为相应电压值并输出给单片机，
4争才灸z^式F[ul/min]= ( 4.8 — V ) /4.6 x 40
其中，F为所述流速传感器采样的流速值，V为所述流速传感 器转换的电压值。
5优选方式为，单片机通过发送控制指令使所述流速传感器在一 个周期内对流体流速进行预设次采样，每次采样值经所述单片机进
行A/D转换，然后求取一个周期内所有预设次采样的平均值。其中 子贞i殳次可以为20次，同时一个周期为200ms。
优选方式为，所述单片才几具有10位A/D转换冲莫块，利用所述 10位A/D转换才莫块将/人所述流速传感器接收的电压值转换成相应 的IO位数字量。
此外，所述显示单元以波形坐标系实时显示/人所述单片积々妾收 的所述流速l直。并且，在所述显示单元的波形坐标系中i殳有上下误 差区间，如果显示出的采样流速值始终保持在误差区间内，则继续 才企测；如果显示出的采样流速值不能始终保持在误差区间内，则停 止才全测，重新对所述樣i流速实时测量仪进4亍调试。
另夕卜，在上述《鼓流速实时测量4义中，所述流速传感器才企测的流 速4直范围为0 ~ 40 p 1/min。
采用本发明的微流速实时测量仪，具有以下技术效果
首先，由于人工校准的误差较大，精度和稳定性都较低，因此 才艮据本发明的装置为自动控制的闭环回^各，校准和4企测的各个环节 均由通过相互连接的电子器件配合完成，这极大地提高了校准的精 度与系统的稳定性。
其次，可利用单片机控制流速的实时检测和校准，能够实现校 准装置中各个组成部分的自动控制，检测和校准连续进行无需中 断，显著降低校准耗时，提高了校准速度。
附图构成本i兌明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这
些附解了本发明的实施例，并与"i兌明书一起用来说明本发明的 原-里。其中
图1是现有技术中注射器校准的流程图2显示了根据本发明一个实施例的流速测量原理框图3是根据本发明一个实施例中检测和校准操作的主流程示意
图4是根据本发明的装置的一个实施例的主任务模块流程以及
图5是根据本发明的装置的一个实施例的中断服务模块流程图。
具体实施例方式
以下结合附图，对本发明优选实施例进行详细说明。
首先参照图2，显示了根据本发明的装置的一个实施例的组成 部分。根据本发明的用于检测低流速流体流速的测量仪，其包括电 源电路100,进一步包括流速传感器200,其是检测和校准的第 一环节；单片机300 (即，可单片机)，其是所述检测和校准的第二 环节；以及显示单元400 (例如液晶显示器)，其是所述冲企测和4交准 第三环节。其中，流速传感器200通过导线与电源电路100及单片 机300相连，单片机300通过导线与电源电i 各100、流速传感器200 以及液晶显示器400相连，液晶显示器400通过导线与电源电3各和
7单片才几相连，并且流速传感器200、单片才几300和液晶显示器400 与电源电路IOO以并联的方式电连接，并且它们三者之间以串联的 方式依次相连。
具体地，根据本发明的实施例的电源电路100采用220 V交流 供电，其中包括电压转换模块(在本实施例中电压转换模块采用星 原丰泰公司的XRA30/220S18T型)，该电压转换模块将输入电路的 220V交流电压转换成18 V的直流电压，进一步通过其内部的稳、压 芯片将18 V的直流电压转换成12 V和5 V的直流电压，进而将这 两个由稳压芯片转换成的电压分别输出到分别连接于其上的其他 三个组成部分中。其中，12 V的电压为流速传感器200供能，5V 的电压分别为单片机300和液晶显示器400供能。
才艮据本发明实施例的流速传感器200 (在本实施例中采用瑞士 sensirion传感器公司的LG16-480A型低流速传感器)被放置在注射 器的注射路径中(未示出)，用于^r测注射器的流速，其可以将枱r 测到的流速值转换成相应的模拟电压值输出到后续电路的单片机 300中。对于本实施例所用的流速传感器200,其电压的输出范围 为0.2-4.8 V,流速传感器200输出的电压与其检测到的流速值成 反比关系，当才全测到的流速值为0 nil/min时，相应的输出电压为 最大电压4.8V，当才企测到的流速值为40 /al/min时，相应的输出 电压为最小电压0.2V,则可冲企测的流速值范围为0~40 jul/min。
如图2所示，用在本发明的实施例中的单片机300 (本实施例 中的单片机300采用ATMEL公司的ATMEGA128L型，其内部自 带10位的A/D转换模块)用于控制上游电路的流速传感器200对 流体的采样方式，并对采样lt据进4于计算处理，以及向下游电路的 液晶显示器400输出实时显示的流速才企测值，这些通过在单片才几300 中编制相应程序实现。在流速传感器200将采样所得的检测流速值 转换为相应电压值输出到单片机300后，单片机300中的IO位A/D转化模块将模拟电压信号转换为相应的数字数据，并对这些采样所
得的数据进行计算处理，随后再次通过A/D转换模块将计算出的数 据转化为相应电压值，进而利用程序中的7>式将此电压值转换成相 应流速值输出到下游显示单元400中。
继续参照图2，在如图所示的才艮据本发明的一个实施例中，液 晶显示器(本实施例中显示控制芯片采用新曰本无线的NJU6676 型)用于实时显示设定的需要校准的流速值和由单片机300输入的 检测到的流速值(多次采样后的计算值)，操作人员通过观测液晶 显示器上实时显示的流速波形即可以对注射泵的才交准进4于动态评 估。
参照图3、图4和图5，分别显示了4艮据本发明的一个实施例 中检测和校准的主流程图，主任务模块流程图，和中断服务模块流 程图，其中主任务模块和中断服务模块在操作系统的控制下可相互 跳转。下面结合附图对本发明的这个实施例的整个才交准才喿作流程进 行说明。
当4妾通电源后，电源电i 各100分别向流速4专感器200、单片枳^ 300和液晶显示器400提供电压。首先，如图3所示，在随注射器 进4亍才企测和冲交准之前，在主流程中对本实施例中回路的各个环节依 次进4于初始化，具体包4舌如下步骤Sl,创建主4壬务并进4于任务堆 栈设置；S2,接着进行单片机300端口的初始化，即进行初始赋值 以保证程序能够顺利启动并运行；S3，单片机300的A/D转换模块 的初始化，以保证此A/D转换模块能够顺利运行；S4,进行液晶显 示器400初始化；S5,定时器初始化；S6，对单片机300中的主程 序进行中断开启设置以及中断服务模块的初始化。
9在上述初始化设置完成后，主任务程序就开始运行，开始对^f氐
流速流体进4亍4全测和4交准。参照图4，在步骤S10中，首先判断是否有设置按键按下，如果有按键按下，则进入步骤Sll，人工设定一个需要校准的流速值；如果没有按键按下，则进入步骤S12,系统利用自动识别功能进入自动设定校准流速的模式，其自动设定一个需要校准的流速值，需要注意，系统自动设定的校准流速只能为整数。设定的需要校准的流速值会在下游电路的液晶显示器400中显示出来。当所需校准的流速值设定好后，在主程序的控制下，程序会跳转到中断服务程序模块中对注射器的流速进行采样检测，并对采样数据进行相应处理从而得到采样均值；在采样和处理周期中，采样完成后，在操作系统的控制下，程序又会跳转到主任务程序模块，这时在步骤S13中，利用如下转换公式将中断服务程序模块中得到的采样数据转换为相应流速值并输出到显示器400,
4争4奂7>式F[ul/min]= ( 4.8-V ) /4.6 x 40
其中，F为传感器200所测的流速值，V为传感器200将流速转换成的电压值。
于是，在步骤S14中，液晶显示器400就将这些采样得到的流速值以波形的形式实时地显示出来，在显示器400的波形图中，在波形坐标系中设定了上下误差区间，用于实时对所显示的采样注射值进行动态评估。最后，在步骤S15中释放任务。另外，在主程序中，上述检测和校准的流程循环进行，直到注射器中的液体完全排出为止，如果显示出的采样流速值始终保持在误差区间内，则i兌明注射器在设定的检测流速下具有足够的精度，可认为其合格；反之，如果显示出的采样流速值不能始终保持在误差区间内，则i兌明注射器在设定的检测流速下精度不够，需要重新进行调试。
10参照图5，对上述图4所示流程中提及的中断服务模块的流程进行说明。如图5所示，在步骤S20中程序跳转到中断服务模块中后；在中断服务程序的控制下，在步骤S21中，设置在注射器注射3各径中的流速传感器200开始对流体流速进行采样；图5表示一个完整的采样和处理周期(本实施例中设定为200 ms)，在步骤S22中，流速传感器200需要进行20次采样，此时中断服务模块的程序会自动对采样完成情况进行判别如果采样20次完成，则进入下一步骤S23;如果没有完成，则继续发出采样指令，指示流速传感器200进行采样；在步骤S23中，单片才几300对所得的采样数据进行计算得出其均值。在采样过程中，流速传感器200将^f企测到的流速值转换成相应的电压值，并输入到下游电路的单片机300中，单片机300利用自带的10位A/D转换模块将此电压值转换成相应10位凄t字量。
当采才羊完成后，单片才几300在禾呈序的控制下计算20次采^"所得数据的平均值，进而将所得的平均值数据转换成相应的电压值，此时中断服务模块就完成了 一次采样任务，程序从中断服务模块中跳出，再次回到主任务才莫块。在主任务才莫块中，单片才几300通过A/D转换将所得的均值电压转换为相应的流速值，此流速值就是系统对注射器的注射速率进行20次采样后得到的均值，这个流速均值就作为一个采样点^皮输入到显示器400中在相应的波形坐标系中显示出来。
应注意，在200 ms的采样和处理周期中，禾呈序会在主4壬务冲莫块和中断服务模块之间相互跳转，如上所述，20次的采样和随后的取均值计算在中断服务模块完成，这个在中断服务模块中完成的过程耗时很短，远小于200 ms;得到20次采样的均值电压后，程序跳转回到主任务模块，在主任务模块中得到的均值电压由相应公式转换成流速均值输出到显示器400中显示。当采样平均值在主任务模块中进行处理时，中断服务模块处于等待状态，这一个等待状态一直持续到该200 ms的采才羊和处理周期结束为止，这时程序又会 跳转回到中断服务模块，开始下一个周期的采样操作。这样，程序 在每个采样和处理周期中不断的在主任务模块和中断服务模块之
间跳转，这种过程一直连续进行直到注射器中的流体完全注射完毕 为止。当注射器中的流体完全注射完毕，则主流程也就随之中断， 针对事先设定的流速值的检测和校准操作也就随之完成。如果实时 显示的流速采样均值始终保持在误差区间范围内，则说明在设定的 校准流速下注射泵合格，继续检测；反之，则说明注射泵不合格， 停止检测，需要重新对其进行校准。
综上所述，单片机的程序中包括多个循环任务模块，并且多个 〃f壬务之间可以相互if兆转，乂人而在整个才交准过禾呈中，可以对流速进4亍 实时采样检测，计算采样结果，并将检测和计算的值实时显示。还 可以在一次校准操作中设定一个校准值，并且校准值可以由传感器 自动选择或是人工选择。
并且，根据本发明的装置采用流速传感器检测流体流速，取代 了之前技术中通过精密天平称重进而利用人工计算流体流速的方 式，确保了很高的流速检测精度，同时简化了校准流程，降低校准 耗时。
另外，通过采用显示单元，可以显示i殳置的流速4交准值以及实 时显示流速检测波形，以使操作人员对注射器的注射精度做出动态 评估，并确定最终校准结果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发 明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进 等，均应包含在本发明的保护范围之内。
12符号说明
100电源电路 300单片机
200低流速传感器
400显示单元(液晶显示器)
权利要求
1. 一种微流速实时测量仪，用于检测低流速流体的流速，其特征在于，包括电源电路(100)、流速传感器(200)、单片机(300)以及显示单元(400)；所述电源电路(100)分别电连接于流速传感器(200)、单片机(300)以及显示单元(400)，用于向流速传感器(200)、单片机(300)以及显示单元(400)提供电压；所述流速传感器(200)用于采样低流速流体的流速值，并将所述流速值转换成模拟电压值输出给所述单片机(300)；所述单片机(300)从所述流速传感器(200)接收所述模拟电压值进行A/D转换并进行计算后，向所述显示单元(400)输出；所述显示单元(400)从所述单片机(300)接收经过A/D转换的流速值，并进行实时显示。
2. 根据权利要求1所述的微流速实时测量仪，其特征在于，所述流速传感器(200)通过如下转换公式将采样的流速 值转换为相应电压值并输出到单片机(300)，專争才灸7>式F[ul/min]= ( 4.8 - V ) /4.6 x 40其中，F为所述流速传感器(200)采样的流速值，V为 所述流速传感器(200)转换的电压值。
3. 根据权利要求1所述的微流速实时测量仪，其特征在于，单片机(300 )通过发送控制指令使所述流速传感器(100 ) 在一个周期内对流体流速进行预设次采样；每次采样值经所述 单片机(300)进行a/d转换，然后求取一个周期内所有预设 次采样的平均值。
4. 根据权利要求3所述的微流速实时测量仪，其特征在于，所述 预i殳次采冲羊为20次，所述一个周期为200 ms。
5. 根据权利要求1所述的微流速实时测量仪，其特征在于，所述单片才几(300 )具有10位a/d转换模块，利用所述 10位a/d转换模块将从所述流速传感器(100 )接收的电压值 转换成相应的10位凄t字量。
6. 根据权利要求1所述的微流速实时测量仪，其特征在于，所述 显示单元(400)以波形坐标系实时显示乂人所述单片才几(300) 接收的所述流速值。
7. 根据权利要求6所述的微流速实时测量仪，其特征在于，在所 述显示单元(400)的波形坐标系中i殳有上下误差区间，如果 显示出的采样流速值始终保持在误差区间内，则继续才企测；如 果显示出的采样流速值不能始终保持在误差区间内，则停止检 测，重新只于所述孩t流速实时测量4义进4亍调i式。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的微流速实时测量仪，其特 征在于，所述流速传感器(200)检测的流速值范围为0~40 m 1/min。
全文摘要
一种微流速实时测量仪，用于检测低流速流体的流速，包括电源电路(100)、流速传感器(200)、单片机(300)以及显示单元(400)；电源电路(100)分别电连接于流速传感器(200)、单片机(300)以及显示单元(400)并为各单元提供电压；流速传感器(200)用于检测低流速流体的流速值，并将流速值转换成模拟电压值输出给单片机(300)；单片机(300)从流速传感器(200)接收模拟电压值进行A/D转换并进行计算后，向显示单元(400)输出；显示单元(400)从单片机(300)接收经过A/D转换的流速值并实时显示。根据本发明，可取代人工方式完成对流速的检测和校准，显著提高了校准精度，缩短了校准时间。
文档编号G01P1/07GK101470127SQ20071030235
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者王洪东, 郭宏亮 申请人:北京谊安医疗系统股份有限公司