一种液体媒介中空气检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗设备，具体涉及一种液体媒介中空气检测系统。
【背景技术】
[0002]超声波气泡检测系统是医疗设备重要的传感器之一，广泛用于如透析机、输液泵、人工心肺机等生命支持设备上，属非侵入式检测，不与液体接触、无污染，可实时监测液体管道中是否有空气混入，是防止气体意外输入到体内造成空气栓塞甚或死亡，保障治疗安全的重要部件。
[0003]目前市场上提供的超声波气泡检测系统抗干扰性能和工作可靠性都不高，不利于准确及时地发现液体中的空气，有一定的安全隐患。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种抗干扰性能强、工作可靠性强的液体媒介中空气检测系统。
[0005]为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是:一种液体媒介中空气检测系统，包括信号发射单元，用于向被检测液体发出检测信号；信号接收单元，用于接收所述检测信号；以及控制模块；所述控制模块包括信号检测单元；所述信号检测单元用于检测从信号接收单元传来的所述检测信号，并根据所述检测信号的特性判断液体中是否有空气存在；所述信号发射单元和信号接收单元分别置于被检测液体的相对的两侧，所述信号接收单元与信号检测单元通信连接，所述控制模块内设置有检测时间窗，所述信号检测单元只检测落入检测时间窗的检测信号。检测时间窗内检测到的接收信号才是对应脉冲超声的信号。不在检测时间窗内的信号为干扰，因此，本发明的技术方案不检测时间窗以外信号，能提高抗干扰性能。
[0006]信号发射单元发出的检测信号为超声波检测信号。
[0007]信号接收单元将接收到的超声波检测信号转换为电信号发送至控制模块。
[0008]液体媒介中空气检测系统还包括信号发射驱动单元，所述控制模块经信号发射驱动单元与信号发射单元连接，所述控制模块发出的驱动信号经信号发射驱动单元控制信号发射单元发出检测信号。
[0009]液体媒介中空气检测系统还包括带通滤波单元、信号放大单元以及检波单元；所述信号接收单元经带通滤波单元、信号放大单元与检波单元连接，所述信号接收单元将接收到的检测信号经带通滤波单元、信号放大单元以及检波单元处理。
[0010]控制模块包括模拟比较器；所述信号接收单元将接收到的检测信号经带通滤波单元、信号放大单元以及检波单元处理后传至模拟比较器。
[0011]检测时间窗根据检测信号从信号发射单元传送至信号接收单元的传送时间、检测信号自身的持续时间以及检测信号的发射频率而定。
[0012]控制模块连接有报警器，当控制模块接收到信号检测单元传来的液体内有空气的信号时，控制模块控制报警器发出警示信号。
[0013]信号发射单元和信号接收单元均为压电陶瓷晶片。
[0014]信号发射单元和信号接收单元平行同轴设置。
[0015]液体媒介中空气检测系统包括固定槽，用于固定盛装被检测液体的管路，所述信号发射单元和信号接收单元分别设置在固定槽相对的槽壁上。
[0016]本发明的技术方案不仅提高了抗干扰性能强和工作可靠性强，还可用于液位测量，超声测距等，能在多个领域广泛应用。
【附图说明】
[0017]图1为液体媒介中空气检测系统的结构示意图；
[0018]图2为驱动信号示意图；
[0019]图3为信号发射单元发射信号和信号接收单元接收信号的信号时序图；
[0020]图4为液体媒介中空气检测系统的电路原理图；
[0021]图5为主程序流程图；
[0022]图6为MRTO中断处理程序；
[0023]图7为MRTl中断处理程序；
[0024]图8为MRT2中断处理程序；
[0025]图9为MRT3中断处理程序。
【具体实施方式】
[0026]下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0027]实施例1
[0028]如图1-9所示的液体媒介中空气检测系统，包括信号发射单元1，用于向被检测液体发出检测信号；信号接收单元2，用于接收所述检测信号；以及控制模块；所述控制模块包括信号检测单元；所述信号检测单元用于检测从信号接收单元2传来的所述检测信号，并根据所述检测信号的特性判断液体中是否有空气存在；所述信号发射单元I和信号接收单元2分别置于被检测液体的相对的两侧，所述信号接收单元2与信号检测单元通信连接，所述控制模块内设置有检测时间窗，所述信号检测单元只检测落入检测时间窗的检测信号。
[0029]信号发射单元I发出的检测信号为超声波检测信号。
[0030]信号接收单元2将接收到的超声波检测信号转换为电信号发送至控制模块。
[0031]液体媒介中空气检测系统还包括信号发射驱动单元，所述控制模块经信号发射驱动单元与信号发射单元I连接，所述控制模块发出的驱动信号经信号发射驱动单元控制信号发射单元I发出检测信号。
[0032]液体媒介中空气检测系统还包括带通滤波单元、信号放大单元以及检波单元；所述信号接收单元2经带通滤波单元、信号放大单元与检波单元连接，所述信号接收单元2将接收到的检测信号经带通滤波单元、信号放大单元以及检波单元处理。
[0033]控制模块包括模拟比较器；所述信号接收单元2将接收到的检测信号经带通滤波单元、信号放大单元以及检波单元处理后传至模拟比较器。
[0034]检测时间窗根据检测信号从信号发射单元I传送至信号接收单元2的传送时间、检测信号自身的持续时间以及检测信号的发射频率而定。
[0035]控制模块连接有报警器，当控制模块接收到信号检测单元传来的液体内有空气的信号时，控制模块控制报警器发出警示信号。
[0036]信号发射单元I和信号接收单元2均为压电陶瓷晶片。
[0037]信号发射单元I和信号接收单元2平行同轴设置。
[0038]液体媒介中空气检测系统包括固定槽，用于固定盛装被检测液体的管路3，所述信号发射单元I和信号接收单元2分别设置在固定槽相对的槽壁上。
[0039]以下为所述液体媒介中空气检测系统的详细方案和原理的介绍:
[0040]一、延迟测量法检测气泡4的原理
[0041]1、液体媒介中空气检测系统主要结构
[0042]图1所示，两片PZT5压电陶瓷晶片(信号发射单元I和信号接收单元2)分别封装在ABS材料壳体的两侧，平行同轴放置，环氧树脂灌封，分别用于发射和接收检测信号。中间固定槽放置被检测的液体管路3，检测是否有气泡4存在。
[0043]信号发射单元I在3MHz的控制模块发出的猝发脉冲方波(驱动信号)的激励下，将电压变化转换为机械振动产生脉冲超声波。超声以纵波的方式在均匀介质中沿直线方向传播，穿透力强，定向性好。信号发射单元I发出超声波后，穿透传感器的壳体和固定槽中内充满液体的塑料软管，达到对侧的信号接收单元2。信号接收单元2把超声波的机械振动转换为与发射频率相同的电信号。超声波在遇到不同介质时产生反射和折射，并服从与几何光学类似的反射、折射定律。如管路3内的液体中有空气混入，超声波会在气液界面发生反射和折射，信号接收单元2接收到的检测信号衰减。检测信号衰减幅度与气泡4的大小、形状和多少有关。
[0044]2、延迟测量法的检测原理
[0045]室温下超声波在ABS塑料和生理盐水中的传导速度约为1500m/s。理论计算如下:信号发射单元I和信号接收单元2之间的距离为12mm，传导时间Sus (微秒)。信号发射单元I被猝发(Burst)脉冲激励，频率为3MHz，连续8个脉冲，持续时间2.64us，猝发重复频率为ΙΟΚΗζ，见图2。信号发射单元I发出脉冲超声8us后，信号接收单元2才能接收到信号。信号发射单元I和信号接收单元2的信号时序见图3，A为8us，B为10.64us, C为检测时间窗。在信号发射单元I发射超声波后Sus-10.64us的时间窗内，检测到的接收信号才是对应脉冲超声的信号。不在检测时间窗内的信号为干扰，因此，延迟测量法，不检测时间窗以外信号，能提高抗干扰性能。
[0046]二、液体媒介中空气检测系统硬件设计
[0047]1、液体媒介中空气检测系统设计以控制模块(LPC810M021FN8)为核心，外围电路包括信号发射驱动单元(压电陶瓷功率驱动单元)、带通滤波单元和信号放大单元等。LPC810M021FN8是基于ARM Cortex-MO+的低成本32位微处理器，主频可达30MHz。集成了单周期乘法器和快速单周期I/O端口，外设包括二个USART、一个SPI接口、一个多速率定时器(Multiple-channel mult1-Rate Timer，MRT