一种用于墨菲壶的双液位检测装置的制作方法

本发明设计一种液位检测，特别是涉及到一种墨菲壶的液位检测装置。

背景技术：

静脉输液是常用的疾病治疗方法之一。目前常用的输液管材质基本上采用透明塑料，静脉输液管线自身不具有监测报警功能，在输液治疗时，需人工定时巡回观察输液管路墨菲壶的药液液面，以便在输液结束时，及时处理，避免输液管路回血，对医务人员来说，工作量非常大，而对于病人及其家属也是一种负担，尤其是对于病人来说，影响病人休息。有时因患者及家属粗心或疲劳，或护士工作繁忙未能及时巡视，不能及时发现药液输注结束，造成输液管内回血或空气输入血管，产生不良后果。因此，需要额外附加输液报警器，当输液快结束时，输液报警器产生报警信号，提醒患者和家属或者医护人员。

现有的液位检测装置的主要类型有重量测量、电容感应、光电感应等不同类型。有的类型结构复杂，成本较高，使用步骤多，操作过程烦琐；有的类型是针对输液袋自身进行设计创新，无法适用所有类型的输液袋，实用性不高，触发报警器信号的传感器在感应区域内进行感应，但传感器必须直接插入输液瓶中进行使用，可能污染药液。

所以，如何设计一种操作简便、精确度较高的医用输液报警器或者医用输液报警系统，成为我们当前要解决的问题。

中国专利申请公布号cn102284105a，发明名称为一种输液报警装置，该发明公开了是一种以液位检测和单片机为核心的输液报警系统，包括电源模块、光电传感器、比较器、单片机、led灯、声音报警装置和执行机构；其中，通过光电传感器(光电断续器)来检测输液管液体,并通过单片机来控制输液报警系统；光电传感器是一光电断续器，用于检测输液管液体；比较器是一电压比较器；当输液管有液体时，光电传感器的光敏三极管接收到较强的由红外二极管发出的红外光，流经光敏三极管电路的电流较大，因而电压比较器的负电压减小，输出高电平，报警器不做任何动作，输液继续进行；当输液接近尾声，即输液管没有液体时，光电传感器的光敏三极管接收到较弱的由红外二极管发出的红外光，流经光敏三极管电路的电流较小，电流有明显的变化，因而电压比较器的负电压增大，输出低电平。但出现情况是墨菲壶中全部都是液体，说明输液出现了故障，检测输液管液体同时也输液管有液体，同样也需要通知医护人员，但输液报警装置不能报警。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在三种在不同状态下即墨菲壶没有液体，半充状态下和充满液体的检测装置。

本发明的技术方案是：

一种用于墨菲壶的双液位检测装置，包括一个墨菲壶、两个传感器、转换电路、控制电路；传感器由一个红外线发射器、红外吸收器和两个导光管构成；红外线发射器、红外吸收器分别置于墨菲壶同水平面上的两侧的导光管中；

传感器一设置于墨菲壶的上部，传感器二设置于墨菲壶的下部，传感器一和传感器二分别由在同一水平面互相垂直的两对传感器构成；

传感器的输入端和输出端分别设有转换电路；

传感器一经转换电路后在端点e输出两个电压ve1、ve2，传感器二经转换电路后在端点e输出两个电压ve3、ve4；

控制电路包括一个a/d转换电路和用于控制ve1、ve2、ve3、ve4四个输入信号数值的比较及状态判断的控制器。

进一步地，上述控制器为嵌入式控制器，

当正常输液时，上述四个信号同时满足下面关系：

a)-0.2<(ve1-ve2)/ve2<0.2；

b)-0.2<(ve3-ve4)/ve4<0.2；

c)-0.7>(ve1-ve3)/ve3，或0.7<(ve1-ve3)/ve3；

其他情况为非正常情况，说明发生以下故障或错误：

a)传感器损坏；

b)输液已经完成。

进一步地，上述红外线发射器、红外吸收器分别为一个led发光二极管d1和一个光敏三极管d2。

进一步地，上述传感器的输出端和输出端分别设有转换电路，转换电路包括电源、led限流电阻r1与一个电阻(r2)和电容(c1)并联电路。

进一步地，上述液位检测装置还包括一个执行电路，

当正常输液时，不需要报警，此时vout>0,蜂鸣器不工作；

当发生故障或错误时，vout≤0,蜂鸣器开始工作。

进一步地，上述执行电路为两个电阻和两个三极管，三极管d5的基极b连接电阻r7的一端，d5的集电极c连接d6的基极b，d5的发射极e接地，d6的集电极c连接电源vcc，d6的发射极e连接蜂鸣器的一端，电阻r8的两端分别连接所述电源vcc和d5的集电极c。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明的技术方案操作简便、精确度更高。

附图说明

图1是本发明的墨菲壶的双液位检测装置的示意图；

图2是本发明的墨菲壶的液位检测装置同一截面的二个传感器俯视示意图；

图3是本发明的转换电路示意图；

图4是本发明的控制电路示意图；

图5是本发明的报警电路示意图；

图6是本发明的墨菲壶的双液位检测装置的报警流程示意图；

图7是本发明的adc0809引脚结构示意图；

其中1-墨菲壶；2-传感器；3-转换电路；

21-led发光二极管d1；22-光敏三极管d2；23-导光管；

图1中短箭头表示红外线方向；墨菲壶长箭头表示墨菲壶内红外线方向。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参见图1，一种墨菲壶的液位检测装置，由一个墨菲壶1，两个传感器2构成；其中一组传感器(传感器一)置于墨菲壶1的下部，另一个(传感器二)置于墨菲壶1的下部。

传感器一和传感器二的结构如下图1所示，每对传感器包括一个led发光二极管d1，一个光敏三极管d2，两个导光管23；导光管23为不透明管状结构，可以采用如不透明塑料管等材料。

光敏三极管和普通三极管的结构相类似；不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的pn结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏三极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通三极管。光敏三极管与普通半导体三极管一样，是采用半导体制作工艺制成的具有npn或pnp结构的半导体管。它在结构上与半导体三极管相似，它的引出电极通常只有两个，也有三个的。为适应光电转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做得较小，入射光主要被基区吸收。和光敏二极管一样，管子的芯片被装在带有玻璃透镜金属管壳内，当光照射时，光线通过透镜集中照射在芯片上。当具有光敏特性的pn结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。

led发光二极管放置在导光管中，此导光管的作用是汇聚led发光二极管发出的光线；光敏三极管d2接受d1的光线，并产生与光线强度相对应的输出电流，导光管的作用是将其他方向的光线遮挡住，使d2只接受d1发出的光线，从而减少环境光线的干扰。

传感器的作用是测量光传播路径中是否包含液体。光线在水中传播的衰减率大于光线在空气中传播的衰减率，当光线是红外线时，这种衰减效应的对比(或区分)更明显。

当传感器一和传感器二输出电流相同或相近时，说明输液管的墨菲壶存在两种情况，一种是墨菲壶中都是空气，这说明输液已经完成，需要输出报警信号，通知医护人员；另一种情况是墨菲壶中全部都是液体，说明输液出现了故障，同样也需要通知医护人员。

当传感器一和传感器二输出电流明显不同时，存在两种情况。第一种是传感器一的输出电流明显小于传感器二的输出电流，说明传感器出现故障，需要输出报警信号，进行检修；第二种情况是传感器一的输出电流明显大于传感器二的输出电流，说明墨菲壶中存在药液，且没有充满墨菲壶，此种情况属于正常输液状态，不需要输出报警信号。

综上所述，只有传感器一的输出电流(输出电压)>传感器二的输出电流(电压)时，不需要报警，其他情况均需要报警。

参见图2，是墨菲壶的液位检测装置同一截面的二个传感器俯视示意图；也就是在墨菲壶的液位检测装置共有2组，即上、下各一组，上面为传感器一，下面为传感器二。

每组在同一水平面互相垂直的两对传感器的结构如图2中所示，每对传感器包括一个led发光二极管d1，一个光敏三极管d2，两个导光管；导光管为不透明管状结构，可以采用如不透明塑料管等材料。

参见图3，转换电路:

由于输液是一个缓变过程，而传感器的输出电压和电流是一个瞬变值，可能受外界的干扰而误报警，为了减少和消除误报警，需要采用转换电路，将传感器的瞬变值转换为一个稳定值。

简单的转换电路包括电源、led限流电阻r1与一个电阻r2和电容(c1)并联电路，电容的容值一般比较大，如几十微法，具体数值通过试验确定。转换电路的输出为端点e。则传感器一经转换电路后在端点e输出两个电压ve1、ve2，则传感器二经转换电路后在端点e输出两个电压ve3、ve4。

参见图4，控制电路:

控制电路包括a/d转换电路、嵌入式控制器。输入信号为ve1、ve2、ve3、ve4,输出信号为执行电路的驱动信号。

a/d转换芯片的种类非常多，选择的标准主要是成本、转换时间、模拟输入端口的数量等。本专利在权利项中不做限定，只在具体电路中列举一个实例，选择的一种a/d电路采用芯片adc0809。其主要参数如下：

模拟输入端口数量：8个

转换时间：128us

输出数据：8位

嵌入式控制器的种类也非常多，可以选择的芯片包括c51、z80、arm、fpga、x86等。本专利在权利项中不做限定，只在具体电路中列举一个实例，采用at89c51单片机。

控制电路的具体电路图如下，电路图中只列出了主要引脚和连接导线，电源、时钟晶振、复位等辅助引脚和接线未列出。

adc0809芯片具体说明见附录

参见图5，执行电路:

执行电路可以采用多种形式，主要目的是发出各种信号，如灯光、声音等，提醒患者及家属，或者医护人员。

执行电路为两个电阻和两个三极管，三极管d5的基极b连接电阻r7的一端，d5的集电极c连接d6的基极b，d5的发射极e接地，d6的集电极c连接电源vcc，d6的发射极e连接蜂鸣器的一端，电阻r8的两端分别连接所述电源vcc和d5的集电极c。

图中，电阻r7限制d5的基极电流在允许范围内，减小功耗，电阻r8限制d5导通期间的三极管电流在允许范围内，减小功耗。

ve1和ve2互为备份，ve3和ve4互为备份，ve1、ve2、ve3、ve4等四个输入信号数值的比较及状态判断如下。

1、正常输液时，上述四个信号同时满足下面关系：

a)-0.2<(ve1-ve2)/ve2<0.2；

b)-0.2<(ve3-ve4)/ve4<0.2；

c)-0.7>(ve1-ve3)/ve3，或0.7<(ve1-ve3)/ve3；

说明：上述-0.7、-0.2、0.2、0.7等数值为举例，具体数值根据试验确定。

2、其他情况为非正常情况，说明发生以下故障或错误，需要报警：

a)传感器损坏；

b)输液已经完成。

补充说明：

所有电路中的vcc均为同一个电源；所有电路中的接地均为同一个接地。

参见图6，流程图：

系统总体设计图如下所示。包括传感器、转换电路、比较电路、执行电路等功能模块。传感器一和传感器二测量不同位置，并输出电流；传感器输出电流经过转换电路转换为逻辑电路的正电压或零电压；转换电路输出的正电压或零电压输入到比较电路中，比较电路的逻辑电路经过计算输出控制型号，控制执行电路完成相应的动作。

参见图7，adc0809引脚结构功能说明图：

1～5、26～28，in0～in7：8路模拟量输入端。

14～15、8、17～21，d0～d7：8位数字量输出端。

23～25，adda、addb、addc：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路

22，ale：地址锁存允许信号，输入，高电平有效，对应ale上跳沿，a、b、c地址状态送入地址锁存器中。

6，start：a/d转换启动信号，输入高电平有效，start上升沿时，复位adc0809；start下降沿时启动芯片，开始进行a/d转换；在a/d转换期间，start应保持低电平。本信号有时简写为st.

7，eoc：a/d转换结束信号，输出，当a/d转换结束时，此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。

9，oe：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当a/d转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量，用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。oe＝0，输出数据线呈高阻；oe＝1，输出转换得到的数据。

10，clk：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640khz，eoc＝0,正在进行转换；eoc＝1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。

12、16，ref(+)、ref(-)：基准电压。

11，vcc：电源，单一+5v。

13，gnd：地。

具体地，传感器一和传感器二测量不同位置，并输出电流；传感器输出电流经过转换电路转换为逻辑电路的正电压或零电压；转换电路输出的正电压或零电压输入到比较电路中，比较电路的逻辑电路经过计算输出控制型号，控制执行电路完成报警或不报警相应的动作。