基于光栅传感器的免挂式刻度调速压力输液手环的制作方法

1.本实用新型属于医疗器械机械领域，具体涉及一种基于光栅传感器的免挂式刻度调速压力输液手环。


背景技术：

2.输液是最常见的医疗手段之一，各个医院都存在着大量的需要输液的病人，传统的输液瓶或输液袋需要挂在输液架上才能对病人进行输液，病人输液时只能躺在床上或坐在床上等待药物输完，极其不方便，需要家属和护理人员随时陪同，医院医患数量多，护士人数相对较少，整个工作效率不高。另外，由于长时间的输液导致病人精神疲劳，还要时时监测输液进度，大多病患或陪同家属可能会因时间过长无聊乏味而睡觉或精神放松，忘记监测输液进度，很容易引起输液完成却忘记拔管拔针或换瓶换药的情况，从而出现回血、输空，血管堵塞等严重的情况，给病人带来不必要的麻烦和痛苦，也给医院带来不必要的医疗纠纷。
3.当前输液技术主要存在几方面的问题：
4.（1） 输液瓶和输液袋都采用重力输液的方式倒挂在输液架上，病患的手臂需要长时间固定在一定位置，使得病患在输液时不能自理，行动极为不方便，护士或陪同人员需要随时陪在病患身边，当遇到输液高峰期时，护士常常来不及到病房更换药瓶或响应病患要求，导致治疗效率不高，而病患的家属等陪护人员需要时刻在病患身边响应病患要求，病患输液时也不敢放松警惕，得不到充分的时间去修养身体。
5.（2） 当前已有的技术包括基于称重传感器的智能输液装置，红外光电传感器，以及基于液面压力传感器原理的智能输液控制仪这几个方面。称重输液装置利用称重传感器监测输液瓶或输液袋里剩余液体的重量来判断液体是否输完，该技术受限于输液袋或输液瓶必须处于水平状态下，且病人的手臂不能移动，否则会影响传感器的监测，造成误差从而影响输液进度的监测造成医疗事故。红外光电传感器对输液环境的温度，光线等外部条件要求很高，室内外光线和温度的变化都可能影响红外光电传感器的监测与判断，在大多数医院普通病房，都无法做到控制总体环境，所以可行性低，成本高，创新意义不大。压力传感智能输液仪利用弹性元件监测液面压力变化，传递给应变片信号，应变片阻值发生变化，发出报警。这种技术虽然方法简单，但弹性元件需要直接接触药物液体，可能会污染所输液体，从而危害病人身体健康，同时压力传感输液仪也受限于外界因素的干扰，病人稍微的挪动会导致弹性元件误判水滴滴落，发出警报，失误率较高。
6.以上三种输液技术均有技术漏洞，病患的安全性难以保证，在市场上很难进行推广和进一步改进。


技术实现要素：

7.本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种使用方便、提高输液安全性、更卫生、可以不用护士或家人陪护的基于光栅传感器的免挂式刻度调速压力输液手环。
8.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：基于光栅传感器的免挂式刻度调速压力输液手环，包括可戴在手臂上的环形瓶，环形瓶中间断开形成安装间隙，环形瓶在安装间隙左右两侧分别为左堵板和右堵板，环形瓶左侧连接有进液管，进液管上设有进液阀，环形左侧连接有输液管，输液管上设有手动调速器，环形瓶内滑动密封设有活塞，安装间隙内设有用于驱动活塞在环形瓶内移动的动力装置。
9.活塞为透明橡胶制成的圆筒状结构，活塞两端口处分别安装有透镜，活塞内部设有led光源、标尺光栅和速度传感器。
10.还包括智能控制装置以及为动力装置和智能控制装置提供电能的电源模块，智能控制装置包括微处理器、信息存储模块、心率传感器、光电转换器、速度传感器、智能调速模块、标尺光栅、指示光栅、光栅传感器、报警模块和无线传输模块；
11.微处理器、电源模块、无线传输模块集成安装在一个安装盒内，安装盒设置在安装间隙处；心率传感器设置在环形瓶的内圆表面，光电传感器、指示光栅、光栅传感器和光电传感器均设置在环形瓶外表面并临近右堵板，智能调速模块设置在输液管上并位于手动调速器内；
12.光栅传感器信号输出端与光电转换器的信号输入端连接，光电转换器、速度传感器和心率传感器的信号输出端均与微处理器的信号输入端连接，微处理器的信号输出端分别与智能调速模块和报警模块的信号输入端连接，报警模块通过无线传输模块与医院的护士移动端和总控制台信号连接。
13.动力装置包括微型电机、齿轮和尼龙齿条，微型电机设置在左堵板右侧面，微处理器的信号输出端与微型电机的信号输入端连接，微型电机齿轮左堵板上开设有穿孔，尼龙齿条穿过穿孔与活塞连接，齿轮与齿条啮合，齿条的相对两面分别为齿槽面和光滑面，左堵板右侧面转动设有与光滑面滑动配合的限位导向槽型轮，在限位导向槽型轮的作用下，齿条与齿轮保持稳定的啮合状态。
14.环形瓶外圆设有用于容纳尼龙齿条的环形管。
15.采用上述技术方案，本实用新型的具体工作过程为：本实用新型将传统的吊挂式输液瓶设计为能够穿戴在手臂上的免挂式输液手环，病患可戴上输液手环自由行动，同时光栅传感器可通过最小限度侵害方式测量液位，环形瓶内以压力活塞为界，有液体一端采取真空状态，左堵板上开设的穿孔不仅用于穿过尼龙齿条，而且与外界通透，调整瓶内与外界环境气压。在进行注射前，先将注射液通过进液管注入到环形瓶内，关闭进液阀，打开手动调速器，将输液管上的针头扎入人体需要扎针的皮肤部位，启动微型电机，驱动齿轮转动，齿轮带动尼龙齿条推动活塞在环形瓶内移动，随着环形瓶内注射液逐渐减少，活塞上的标尺光栅也随着活塞的移动相对于指示光栅沿着环形瓶上的刻度逐渐发生位移变化，当标尺光栅与指示光栅的距离即刻度位移小于某个设定值时，光栅传感器接收到信号，先经光电转换器转换为电信号后，再将电信号传输给微处理器，微处理器向报警模块（蜂鸣器）发出信号，报警模块报警，同时通过无线传输模块（wifi）向护士移动终端和总控制台发出信号，准时进行药水输完信号报警；另外，当速度传感器接收到活塞移动过快信号，心率感应器感应到病患心率过快等信号，便传递信号到微处理器，微处理器发出信号通过智能调速模块上的电磁阀进行调速，来保证病患的输液进度合理。
16.本实用新型中的各个部件主要功能作用如下：
17.1）环状瓶，用于盛装注射液，可戴在手臂上，根根据设置不能型号大小的环形瓶，以适合不同年龄段人使用。
18.2）led光源，作为照明光源，对标尺光栅以及莫尔条纹进行照明，以提高光栅传感器监测的精确度和图像清晰度。
19.3）微型电机，作为整个环形瓶输液过程中的关键动力，通电后将电能转化为动能，通过尼龙齿条驱动活塞提供注射动力。
20.4）尼龙齿条，一端与活塞固定连接，一端传入到环形管内，当活塞移动到临近右堵板时，在返回复位时，可拉动尼龙齿条，将尼龙齿条穿入到环形管内，确保尼龙齿条在注射过程中的灵活稳定。
21.5）将环形瓶上刻上定量的刻痕，刻痕不透光，两刻痕之间透光，液位逐渐发生变化，标尺光栅位移也随之发生变化，产生不同的条纹宽度，便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹，这些条纹以光栅的相对运动速度移动，并直接照射到光栅传感器上,利用光电转换器，莫尔条纹亮暗变化的光信号转换为脉冲信号从而测量出位移。
22.6）活塞两侧的透镜，用来反射和折射光源的光线以及聚光将光线反射到光电传感器上。
23.7）光电转换器，将光电信号转换为一串有正弦规律的电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，直接显示被测的位移量。
24.8）液体调速装置，用于调节液体在输液管中的速度，分为了手动调速器和智能调速模块，手动调速器可通过人为调整注射速度（与现有输液的手动调速手轮相同），速度器跟随活塞运动以监测活塞运动的快慢，智能调速模块将微处理器的信号接受完成后通过电磁阀调节速度。
25.9）心率传感器，用于实时监测病患的心率。
26.10）报警模块采用蜂鸣器，用作发声器件，直接与微处理器相连，在接到微处理器的信号之后，发出警报信号。
27.11）微处理器，作为整个输液手环的核心，将光栅传感器的信号接收后与预定的阈值相比，向护士站（护士移动端）发出实时信号，在输液中，通过速度传感器接受到液体流动之后的速度与预定的速度对比，发出数字信号，通过智能调速模块进行自动调节速度，同时，心率传感器将实时监测的心跳信号发送给微处理器，微处理器通过与之前设定的阈值相比，发出信号到微处理器，此时微处理器在发出数字信号到速度传感器进行速度调节，当光栅传感器中检测到距离与相应阈值相比后，低于阈值，判定环形瓶中的无液体，微处理器对蜂鸣器发送信号，蜂鸣器发出警报信号。
28.12)速度传感器,用于实时测量液体的速度，将实时的液体流速信息发送到微处理器中。
29.综上所述，本实用新型在患者在生病打针期间有了极大的便携性，可以随时移动，并且在每个微处理器中设定了阈值，当环形输液瓶中的液体少于预定的阈值时发出警报提醒病人和护士及时更换药物等。解决了病人在打点滴期间行动不方便，护士及家属陪护不及时而造成的医疗问题，极大的提高了输液进度的高效性以及医院的工作效率。
附图说明
30.图1是本实用新型结构示意图。
31.图2是本实用新型中控制原理框图；
32.图3是齿轮、齿条和限位导向槽型轮的传动连接示意图。
具体实施方式
33.如图1、图2和图3所示，本实用新型的基于光栅传感器的免挂式刻度调速压力输液手环，包括可戴在手臂上的环形瓶1，环形瓶1中间断开形成安装间隙2，环形瓶1在安装间隙2左右两侧分别为左堵板和右堵板，环形瓶1左侧连接有进液管3，进液管3上设有进液阀4，环形左侧连接有输液管5，输液管5上设有手动调速器6，环形瓶1内滑动密封设有活塞7，安装间隙2内设有用于驱动活塞7在环形瓶1内移动的动力装置。
34.活塞7为透明橡胶制成的圆筒状结构，活塞7两端口处分别安装有透镜8，活塞7内部设有led光源9、标尺光栅10和速度传感器11。
35.本实用新型还包括智能控制装置以及为动力装置和智能控制装置提供电能的电源模块，智能控制装置包括微处理器12、信息存储模块13、心率传感器14、光电转换器15、速度传感器11、智能调速模块16、标尺光栅10、指示光栅17、光栅传感器18、报警模块19和无线传输模块20；
36.微处理器12、电源模块、无线传输模块20集成安装在一个安装盒21内，安装盒21设置在安装间隙2处；心率传感器14设置在环形瓶1的内圆表面，光电传感器、指示光栅17、光栅传感器18和光电传感器均设置在环形瓶1外表面并临近右堵板，智能调速模块16设置在输液管5上并位于手动调速器6内；
37.光栅传感器18信号输出端与光电转换器15的信号输入端连接，光电转换器15、速度传感器和心率传感器14的信号输出端均与微处理器12的信号输入端连接，微处理器12的信号输出端分别与智能调速模块16和报警模块19的信号输入端连接，报警模块19通过无线传输模块20与医院的护士移动端22和总控制台23信号连接。
38.动力装置包括微型电机24、齿轮25和尼龙齿条26，微型电机24设置在左堵板右侧面，微处理器12的信号输出端与微型电机24的信号输入端连接，微型电机24齿轮25左堵板上开设有穿孔，尼龙齿条26穿过穿孔与活塞7连接，齿轮25与齿条啮合，齿条的相对两面分别为齿槽面和光滑面，左堵板右侧面转动设有与光滑面滑动配合的限位导向槽型轮27，在限位导向槽型轮27的作用下，齿条与齿轮25保持稳定的啮合状态。
39.环形瓶1外圆设有用于容纳尼龙齿条26的环形管28。
40.本实用新型的具体工作过程为：本实用新型将传统的吊挂式输液瓶设计为能够穿戴在手臂上的免挂式输液手环，病患可戴上输液手环自由行动，同时光栅传感器18可通过最小限度侵害方式测量液位，环形瓶1内以压力活塞7为界，有液体一端采取真空状态，左堵板上开设的穿孔不仅用于穿过尼龙齿条26，而且与外界通透，调整瓶内与外界环境气压。在进行注射前，先将注射液通过进液管3注入到环形瓶1内，关闭进液阀4，打开手动调速器6，将输液管5上的针头扎入人体需要扎针的皮肤部位，启动微型电机24，驱动齿轮25转动，齿轮25带动尼龙齿条26推动活塞7在环形瓶1内移动，随着环形瓶1内注射液逐渐减少，活塞7上的标尺光栅10也随着活塞7的移动相对于指示光栅17沿着环形瓶1上的刻度逐渐发生位
移变化，当标尺光栅10与指示光栅17的距离即刻度位移小于某个设定值时，光栅传感器18接收到信号，先经光电转换器15转换为电信号后，再将电信号传输给微处理器12，微处理器12向报警模块19（蜂鸣器）发出信号，报警模块19报警，同时通过无线传输模块20（wifi）向护士移动终端和总控制台23发出信号，准时进行药水输完信号报警；另外，当速度传感器11接收到活塞7移动过快信号，心率感应器感应到病患心率过快等信号，便传递信号到微处理器12，微处理器12发出信号通过智能调速模块16上的电磁阀进行调速，来保证病患的输液进度合理。
41.本实用新型中的各个部件主要功能作用如下：
42.1）环状瓶，用于盛装注射液，可戴在手臂上，根根据设置不能型号大小的环形瓶1，以适合不同年龄段人使用。
43.2）led光源9，作为照明光源，对标尺光栅10以及莫尔条纹进行照明，以提高光栅传感器18监测的精确度和图像清晰度。
44.3）微型电机24，作为整个环形瓶1输液过程中的关键动力，通电后将电能转化为动能，通过尼龙齿条26驱动活塞7提供注射动力。
45.4）尼龙齿条26，一端与活塞7固定连接，一端传入到环形管28内，当活塞7移动到临近右堵板时，在返回复位时，可拉动尼龙齿条26，将尼龙齿条26穿入到环形管28内，确保尼龙齿条26在注射过程中的灵活稳定。
46.5）将环形瓶1上刻上定量的刻痕，刻痕不透光，两刻痕之间透光，液位逐渐发生变化，标尺光栅10位移也随之发生变化，产生不同的条纹宽度，便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹，这些条纹以光栅的相对运动速度移动，并直接照射到光栅传感器18上,利用光电转换器15，莫尔条纹亮暗变化的光信号转换为脉冲信号从而测量出位移。
47.6）活塞7两侧的透镜8，用来反射和折射光源的光线以及聚光将光线反射到光电传感器上。
48.7）光电转换器15，将光电信号转换为一串有正弦规律的电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，直接显示被测的位移量。
49.8）液体调速装置，用于调节液体在输液管5中的速度，分为了手动调速器6和智能调速模块16，手动调速器6可通过人为调整注射速度（与现有输液的手动调速手轮相同），速度器跟随活塞7运动以监测活塞7运动的快慢，智能调速模块16将微处理器12的信号接受完成后通过电磁阀调节速度。
50.9）心率传感器14，用于实时监测病患的心率。
51.10）报警模块19采用蜂鸣器，用作发声器件，直接与微处理器12相连，在接到微处理器12的信号之后，发出警报信号。
52.11）微处理器12，作为整个输液手环的核心，将光栅传感器18的信号接收后与预定的阈值相比，向护士站（护士移动端22）发出实时信号，在输液中，通过速度传感器11接受到液体流动之后的速度与预定的速度对比，发出数字信号，通过智能调速模块16进行自动调节速度，同时，心率传感器14将实时监测的心跳信号发送给微处理器12，微处理器12通过与之前设定的阈值相比，发出信号到微处理器12，此时微处理器12在发出数字信号到速度传感器11进行速度调节，当光栅传感器18中检测到距离与相应阈值相比后，低于阈值，判定环形瓶1中的无液体，微处理器12对蜂鸣器发送信号，蜂鸣器发出警报信号。
53.12)速度传感器11,用于实时测量液体的速度，将实时的液体流速信息发送到微处理器12中。
54.本实用新型中的微处理器12、信息存储模块13、心率传感器14、光电转换器15、速度传感器11、智能调速模块16、标尺光栅10、指示光栅17、光栅传感器18、报警模块19和无线传输模块20均为现有成熟技术，具体结构及原理不再赘述。另外，本实用新型涉及到的自动控制并不需要新的计算机程序。
55.以上实施例说明了本实用新型的基本修整原理和特点，但上述仅仅说明了本实用新型的较优实施例，并不受所述实施例的限制。本领域的普通技术人员在本专利的启发下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型专利和保护范围应以所附权利要求书为准。