一种基于电磁推进和微流量检测控制的输注泵的制作方法

1.本实用新型涉及一种输注泵，具体涉及一种基于电磁推进和微流量检测控制的输注泵。


背景技术：

2.目前，在各类医疗贴敷式输注泵(如胰岛素输注泵，垂体激素输注泵等)中大多使用减速电机（直流电机或步进电机）带动丝杆推动储药器1实现药液输注，其主要结构如图1所示。
3.在输注泵工作时，充满药液的储药器置于固定容器2内并通过活塞3与丝杆5紧密接触，减速电机6通过齿轮带动滑动丝母4旋转。由于丝母处于固定状态，在丝母反作用力下，丝杆在丝母带动下向前推动活塞，将电机旋转运动转为直线运动，从而实现药液输注操作。
4.根据对传统输注泵的原理分析可知，传统输注泵在实际应用中存在以下几种缺陷：
5.1.空间利用率低。
6.由于丝杆长度必须大于或等于储药器长度才能确保药液输注完毕，这就意味着至少一半的空间被丝杆推进机构占用，从而无法用来储存药液，导致药液储量较低，输注泵的空间利用率偏低，浪费严重。
7.2.输注精度提高困难。
8.此类储药器实际上包含储药和注射两大功能，由于储药量不能太低，因而储药器往往截面积较大，要进行微量输注就得提高减速电机的减速比，降低丝杆丝距，但减速比过大容易导致丝杆推力过大，因而管路压强较大，加剧患着疼痛感。
9.3.泵体布局困难。
10.整个输注泵包含储药器，推进机构、减速电机、电路板及电力供应等各个部件，由于储药器和推进注射机构捆绑，降低了泵体机械结构设计的灵活性，无法做到最优化设计。
11.4.功率损失大。
12.传统的机械推进机构和减速机构传动效率低，功率损耗大，尤其是旋转运动转换为直线运动的过程，大量能量转化为摩擦力通过热能的方式损失掉，电源利用率极低。
13.5.机械噪声大。
14.由于存在电机及机械机构，电机及齿轮转动过程中的振动容易产生噪声，不仅影响患者生活和作息，也容易泄露患者隐私。


技术实现要素：

15.本实用新型所要解决的技术问题是一种基于电磁推进和微流量检测控制的输注泵，摈弃了传统的基于推杆的推进输注模式，省去电机、减速器件以及推杆，利用电磁作用力作为推进动力，同时利用微流和液压检测作为药液输注控制机制，从而进行小型化和微
型化设计，可以充分利用泵体内部空间，对储药器及其他部件灵活设计和布局，解决了药液储量与空间利用率之间的矛盾。
16.本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种基于电磁推进和微流量检测控制的输注泵，包括壳体、电源及控制电路、储药器以及具有微流孔和鲁尔接头的输注接头，所述壳体包括壳体本体，壳体本体具有一个容纳储药器用的储药器腔体，储药器底部设置有一个储药器动力源，通过储药器动力源实现储药器的抽液以及输注，具有微流孔和鲁尔接头的输注接头安装于储药器上，电源及控制电路安装于壳体本体内；还包括有液压检测传感器，液压检测传感器与储药器腔体内部药液相通，用来检测药液当前的压力，并将压力值转换为电压或电流值传递给控制电路。
17.作为优选的技术方案，所述储药器动力源包括电磁线圈以及含有永磁体的活塞，电磁线圈密绕在储药器腔体上，通电后在电磁线圈内部产生磁场并与活塞内的永磁体相互作用，推动活塞运动，通过控制线圈电流的通断控制开始输注与结束输注，永磁体固定在活塞上，当受到来自电磁线圈的作用力时，推动活塞前进。
18.作为优选的技术方案，壳体本体为一个全封闭结构，其顶部正对电源及控制电路的位置设置有磁吸式快充接口，与配套充电器共同使用，为输注泵内可充电电池进行快速充电，位于储药器腔体的一侧还设置有传感器连接点，用于连接液压检测传感器和内部控制电路，使得内部控制电路能够实时获取当前储药器内的药液压力。
19.作为优选的技术方案，所述储药器腔体的顶部开口并具有内螺纹结构和竖向插槽，用于容纳并固定储药器。
20.作为优选的技术方案，电源及控制电路由充电电路、mcu及检测电路以及振动电机或蜂鸣器构成。
21.作为优选的技术方案，储药器的顶部一侧安装液压检测传感器，位于液压检测传感器的一侧设置一接触簧片，接触簧片与液压检测传感器连接，当储药器装入壳体本体时，接触簧片受到壳体上传感器连接点的挤压并与之密切接触，建立电气通路。
22.作为优选的技术方案，接触簧片为圆弧状具有弹性的金属片构成。
23.作为优选的技术方案，储药器的顶部为鲁尔接头，用来与抽药接头或输注接头配合。
24.作为优选的技术方案，输注接头内含有微流孔芯片，用来连通储药器和输注管路，微流孔具有《5um的内径，用来实现微量药液的输注控制。
25.与传统输注泵相比，本实用新型具有如下优点：
26.1.输注精度高；本实用新型中利用微流孔作为药液输注通道，其内径尺寸可以小至5um，与传统的输注管路相比，同样液压情况下单位时间内药液流量可以少至2个数量级。
27.2.体积非常小；本实用新型中由于取消了传统的机械推进机构，因此可以在保持足够药量的前提下大大缩小了泵体体积，方便用户佩戴。
28.3.极高的防水及防尘标准；由于本实用新型中输注泵壳体完全封闭，储药器依靠非接触式电磁力推进，因此可以达到极高的防水和防尘标准
29.4.无噪声产生；由于不存在机械推进机构，因而在输注过程中不会产生噪声，隐私性好。
30.5.很高的输注精度；由于利用了微流控技术和微流控芯片，可以做到精密输注和
微量输注。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为传统产品的结构示意图；
33.图2为本实用新型整体结构示意图；
34.图3为本实用新型壳体的结构示意图；
35.图4为本实用新型储药器的结构示意图；
36.图5为本实用新型输注接头的结构示意图；
37.图6为本实用新型药液抽取示意图；
38.图7为本实用新型的药液输注示意图；
39.图8为本实用新型的药液输注时序示意图；
40.图9为本实用新型的抽液接头的结构示意图。
具体实施方式
41.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
42.本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
43.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
44.此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
45.本实用新型使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语
46.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；
可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
47.如图2所示，本实用新型的一种基于电磁推进和微流量检测控制的输注泵，包括壳体1、电源及控制电路2、储药器4以及具有微流孔和鲁尔接头的输注接头5，壳体1包括壳体本体，壳体本体具有一个容纳储药器用的储药器腔体，储药器底部设置有一个储药器动力源，通过储药器动力源实现储药器的抽液以及输注，具有微流孔和鲁尔接头的输注接头安装于储药器上，电源及控制电路安装于壳体本体内；还包括有液压检测传感器11，液压检测传感器11与储药器腔体内部药液相通，用来检测药液当前的压力，并将压力值转换为电压或电流值传递给控制电路。
48.其中，储药器动力源包括电磁线圈3以及含有永磁体的活塞13，电磁线圈3密绕在储药器腔体上，通电后在电磁线圈内部产生磁场并与活塞13内的永磁体相互作用，推动活塞运动，通过控制线圈电流的通断控制开始输注与结束输注，永磁体固定在活塞上，当受到来自电磁线圈的作用力时，推动活塞前进。
49.为了简化计算，假设电磁线圈内部为匀强磁场，则磁铁受到电磁场的作用力大小为：f
磁
＝ m*x*v*b*gradh。其中，m——磁铁质量；x ——磁铁比磁化系数，其中x =k/p，k为体积磁化率，p为密度；b——磁场强度；v——磁铁体积m
³
；gradh——磁场梯度。
50.其中，如图3所示，壳体本体8为一个全封闭结构，其顶部正对电源及控制电路的位置设置有磁吸式快充接口7，与配套充电器共同使用，为输注泵内可充电电池进行快速充电，位于储药器腔体9的一侧还设置有传感器连接点10，用于连接液压检测传感器和内部控制电路，使得内部控制电路能够实时获取当前储药器内的药液压力。
51.其中，储药器腔体的顶部开口并具有内螺纹结构和竖向插槽，用于容纳并固定储药器，电源及控制电路由充电电路、mcu及检测电路以及振动电机或蜂鸣器构成。
52.如图4所示，储药器的顶部一侧安装液压检测传感器11，位于液压检测传感器11的一侧设置一接触簧片12，接触簧片12与液压检测传感器11连接，当储药器装入壳体本体时，接触簧片12受到壳体上传感器连接点的挤压并与之密切接触，建立电气通路。接触簧片为圆弧状具有弹性的金属片构成。储药器的顶部为鲁尔接头，用来与抽药接头或输注接头配合。
53.如图5所示，输注接头5内含有微流孔芯片51，用来连通储药器和输注管路，微流孔具有《5um的内径，用来实现微量药液的输注控制。当抽药时，将抽液接头部件6与储药器配合，向外拉动储药器活塞。此时储药器内部为负压，药液从储药瓶中进入储药器，如图9所示。
54.如图6-图8所示，当需要输注时，将储药器装入壳体，并与输注接头紧密配合，控制电路接通电磁线圈电源，电磁线圈内部产生磁场，并与储药器内的磁铁相互作用，对活塞产生推力。假设储药器截面积为s
储
，电磁线圈作用在永磁体上的作用力为f
磁
，则根据液体压强原理，药液压强为p
液= f
磁 / s
储。
药液受到挤压后从微流孔内流出，其流出速度v
液
与药液压强为p
液
相关，其关系可以用伯努利方程表达：。
55.其中，p为流体中某点的压强，v为流体该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，
h为该点所在高度，c是一个常量。对于本专利所述的输注泵而言，ρ、g、h均可认为是常量，因而伯努利方程可以简化为c = p
液
kv
液2
（k为系数）。
56.直接测量药液流出速度v
液
较为困难，本专利通过液压检测传感器实时测量药液压强p
液
，再根据伯努利方程就可以间接得到药液流出速度v
液
。
57.假设微流孔截面积为s
微
,则在t时间内流出的药液体积为：l
液
=s
微*v液*
t。由于微流孔截面积s
微
固定且微流孔内径很小，而v
液
与药液压强相关，也就是与电磁线圈内的电流i相关，因此通过设定较小的t值和i值，就可以实现微量输注及精密控制。
58.与传统输注泵相比，本实用新型具有如下优点：
59.1.输注精度高；本实用新型中利用微流孔作为药液输注通道，其内径尺寸可以小至5um，与传统的输注管路相比，同样液压情况下单位时间内药液流量可以少至2个数量级。
60.2.体积非常小；本实用新型中由于取消了传统的机械推进机构，因此可以在保持足够药量的前提下大大缩小了泵体体积，方便用户佩戴。
61.3.极高的防水及防尘标准；由于本实用新型中输注泵壳体完全封闭，储药器依靠非接触式电磁力推进，因此可以达到极高的防水和防尘标准
62.4.无噪声产生；由于不存在机械推进机构，因而在输注过程中不会产生噪声，隐私性好。
63.5.很高的输注精度；由于利用了微流控技术和微流控芯片，可以做到精密输注和微量输注。
64.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。