一种基于微位移传感器的自动给药装置

1.本发明属于给药技术领域，特别是一种基于微位移传感器的自动给药装置。


背景技术：

2.在临床上，对重症患者应用特定药物时须严格控制给药速度，确保均匀、极低速给药，由此需要采用自动给药装置。当注射器固定后，注射器推杆尾部位置随待注射药量不同而变化。当前的自动给药装置需要医护人员人为地将给药推头推至与注射器推杆尾部相接触后，再启动给药程序，即整个过程还需医护人员干预，未实现全自动给药；如果在固定注射器后即启动给药程序，此时给药推头距离注射器推杆尾部还有一段距离，因该距离未知，为保证用药安全，给药推头若以给药速度进行运动，直至运动到与注射器推杆尾部接触后才真正将药物注射至患者体内，无法做到及时用药，延误患者治疗时机。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决重症患者应用特定药物时及时用药及严格控制给药速度之间的矛盾，提供一种自动给药装置，使得系统快速启动，在给药推头与注射器推杆之间距离达到数微米范围内时，改变给药推头速度至设定给药速度，在满足及时用药的同时，严格控制给药速度，保证用药安全。本发明能实现自主测量给药推头与注射器推杆之间相对位置信息，在两者之间距离到达指定范围后自动切换给药推头运行速度，由此提高给药工作效率。
4.实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于微位移传感器的自动给药装置，所述装置包括基板，以及固定于基板上的电机安装架、直线导轨、注射器安装架、终点光电开关安装座和零位光电开关安装座；所述注射器安装架上固定注射器，注射器推杆尾部安装电涡流传感器被测物；所述电机安装架上安装固定梯形丝杆步进电机，直线导轨上安装滚珠滑块，步进电机的梯形丝杆上同轴装有梯形丝杆滑座，所述滚珠滑块和梯形丝杆滑座均与给药推头相连接；所述零位光电开关安装座、终点光电开关安装座沿注射器推杆推药注射的方向依次设置，其上分别安装零位光电开关、终点光电开关；
5.装置上电后进行初始化，驱动梯形丝杆步进电机转动，进而通过梯形丝杆滑座、滚珠滑块带动给药推头沿直线导轨朝零位光电开关方向运动，当给药推头运动至零位光电开关时停止，完成装置初始化；自动给药装置启动工作时，梯形丝杆步进电机带动给药推头以速度v1向注射器推杆方向移动，安装在给药推头内部的微位移传感器探头实时探测给药推头端面与注射器推杆尾部安装的电涡流传感器被测物之间的距离，即给药推头端面与注射器推杆端面的距离，当距离达到指定范围后，给药推头以给药所需的速度v2继续推动注射器推杆；当终点光电开关输出电平发生翻转时，梯形丝杆步进电机运动方向改变，以速度v1向零位光电开关方向运动，最终停在零位，则装置完成一次自动给药；其中v1》》v2。
6.进一步地，该装置还包括系统控制器，该系统控制器包括主控制器、用户操控模块、信息显示模块、步进电机驱动器、微位移传感器处理板、电压比较器及电位计；
7.所述主控制器通过控制步进电机驱动器带动梯形丝杆步进电机做旋转运动；
8.所述微位移传感器探头与微位移传感器处理板相连接，微位移传感器处理板输出的模拟信号经电压比较器转换成数字电平后进入主控制器，电压比较器的比较电压由电位计进行调节；
9.所述零位光电开关、终点光电开关输出的数字信号直接进入主控制器；
10.所述用户操控模块，用于实现操作人员对整个装置的控制，包括开机、启动；
11.所述信息显示模块，用于根据应用需求显示运行过程中的相关数据信息；
12.基于上述系统控制器，装置上电进行初始化时，在主控制器控制下，通过步进电机控制器驱动梯形丝杆步进电机转动；当药推头端面与注射器推杆尾部安装的电涡流传感器被测物之间的距离达到指定范围后，电压比较器输出电平翻转，主控制器识别该电平状态变化，降低给药推头运动速度，以给药所需的速度v2推动注射器推杆；当终点光电开关输出电平发生翻转时，主控制器改变梯形丝杆步进电机运动方向，以速度v1向零位光电开关方向运动，最终停在零位。
13.进一步地，所述电压比较器的比较电压可依据微位移传感器探头端面与给药推头端面间的距离、微位移传感器灵敏度信息通过调节电位计设定，以实现给药推头端面与注射器推杆端面之间的距离达到指定范围后，电压比较器输出电平翻转。
14.进一步地，所述电机安装架上开有竖直方向长孔作为电机安装孔，梯形丝杆步进电机安装时，可通过竖直方向长孔微调梯形丝杆步进电机竖直方向的安装距离，以实现梯形丝杆与直线导轨相平行，则给药推头沿直线导轨运动时不会出现卡顿。
15.进一步地，所述微位移传感器探头安装在给药推头上部的安装孔内，通过可微调的锁紧装置固定，且所述微位移传感器探头端面与给药推头端面之间有一定距离。
16.进一步地，该装置还包括安装在给药推头侧面的行程挡片，当行程挡片运动至零位光电开关或终点光电开关处时，零位光电开关和终点光电开关输出信号将发生变化，该信号传入主控制器，由此判别给药推头运动的起始位置和终止位置。
17.本发明与现有技术相比，其显著优点为：
18.1)无需医护人员干预，可全自动完成给药。
19.2)本自动给药装置采用高精度非接触微位移传感器实时检测给药推头与注射器推杆之间的距离，保证系统快速启动。
20.3)可自主测量给药推头与注射器推杆之间相对位置信息，针对不同用药量，给药推头均可快速到达注射器推杆尾部并切换至给药速度，在满足及时用药的同时，保证用药安全。
21.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
22.图1是一个实施例中基于微位移传感器的自动给药装置机械结构图。
23.图2是一个实施例中给药推头驱动传动装置结构图。
24.图3是一个实施例中给药推头内嵌微位移传感器探头安装结构图，其中图(a)为俯视图，图(b)为侧视图。
25.图4是一个实施例中注射器推杆内嵌微位移传感器被测物结构图。
26.图5是一个实施例中注射器推杆胶接微位移传感器被测物结构图。
27.图6是一个实施例中注射器推杆外套微位移传感器被测物结构图。
28.图7是一个实施例中系统控制电路组成框图。
29.图8是一个实施例中给药过程示意图，其中图(a)为以速度v1的给药过程示意，图(b)为以速度v2的给药过程示意。
30.其中：1-基板；2-电机安装架；3-直线导轨；4-注射器安装架；5-终点光电开关安装座；6-零位光电开关安装座；7-直线导轨固定螺钉；8-注射器安装架固定螺钉；9-终点光电开关安装座固定螺钉；10-零位光电开关安装座固定螺钉；11-梯形丝杆步进电机；12-步进电机安装螺钉；13-梯形丝杆；14-梯形丝杆滑座；15-滚珠滑块；16-给药推头；17-零位光电开关；18-终点光电开关；19-行程挡片；20-行程挡片固定螺钉；21-长孔；22-微位移传感器探头；23-传感器探头固定螺钉；24-微位移传感器探头端面；25-给药推头端面；26-注射器；27-注射器推杆；28-内嵌式微位移传感器被测物；29-胶接式微位移传感器被测物；30-配件式微位移传感器被测物；31-竖直方向长孔。
具体实施方式
31.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
32.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
33.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于微位移传感器的自动给药装置，包括基板1、电机安装架2、直线导轨3、注射器安装架4、终点光电开关安装座5、零位光电开关安装座6。电机安装架2、直线导轨3、注射器安装架4、终点光电开关安装座5和零位光电开关安装座6均固定在基板1上；注射器26固定在注射器安装架4上，注射器推杆27尾部装有电涡流传感器被测物；梯形丝杆步进电机11固定在电机安装架2上，直线导轨3上安装有滚珠滑块15，步进电机的梯形丝杆13上同轴装有梯形丝杆滑座14，滚珠滑块15和梯形丝杆滑座14均与给药推头16相连接；基板1上的终点光电开关安装座5和零位光电开关安装座6分别安装有终点光电开关18、零位光电开关17。电机安装架2为矩形，其底部开有螺纹孔，基板1对应位置开有通孔，在基板1背部通过固定螺钉将电机安装架2固定在基板1上；直线导轨3和注射器安装架4分别通过直线导轨固定螺钉7、注射器安装架固定螺钉8固定在基板1上；终点光电开关安装座5和零位光电开关安装座6分别通过终点光电开关安装座固定螺钉9、零位光电开关安装座固定螺钉10固定在基板1上。
34.如图2所示，梯形丝杆步进电机11通过步进电机安装螺钉12固定在电机安装架2上。步进电机的梯形丝杆13上同轴装有梯形丝杆滑座14，直线导轨3上安装有滚珠滑块15。滚珠滑块15上通过螺钉固定有给药推头16，梯形丝杆滑座14通过螺钉固定在给药推头16上。梯形丝杆步进电机11旋转时带动梯形丝杆13一起转动，从而通过梯形丝杆滑座14带动给药推头16一起沿直线导轨3做往复运动。
35.如图1、图2所示，本实施例所述零位光电开关17和终点光电开关18分别固定在零
位光电开关安装座6和终点光电开关安装座5上，行程挡片19通过行程挡片固定螺钉20安装在给药推头16侧面，当行程挡片19运动至零位光电开关17或终点光电开关18处时，零位光电开关17和终点光电开关18输出信号将发生翻转，该信号送入主控制器，使其用于判别给药推头16运动的起始位置和终止位置。终点光电开关安装座5下表面固定孔为长孔21，方便微调终点光电开关安装座5的位置，在整体调试时确定最终完成给药的位置。
36.如图3、图4所示，本实施例所述微位移传感器探头22安装在给药推头16上部的安装孔内，使用传感器探头固定螺钉23或类似的可微调的锁紧装置固定。安装过程中应保证微位移传感器探头端面24距离给药推头端面25有一定距离，避免给药过程中微位移传感器探头端面24直接与注射器推杆27尾部直接接触，造成微位移传感器探头22损坏。为避免给药推头16材料对测量产生影响，给药推头16材料可选用peek、ptfe、亚克力等非金属材料。
37.如图4、图5、图6所示，本实施例所述注射器26固定在注射器安装架4上，注射器推杆27尾部以内嵌28、胶接29或配件30等形式装有电涡流传感器被测物，材料根据实际应用可选择铝合金、钛合金等。
38.如图7所示，本实施例所述基于微位移传感器的自动给药装置，还包括系统控制器。系统控制器包含主控制器、用户控制模块、信息显示模块、步进电机驱动器、微位移传感器处理板、电压比较器及电位计。主控制器通过控制步进电机驱动器带动梯形丝杆步进电机11做旋转运动；微位移传感器探头22与微位移传感器处理板相连接，微位移传感器处理板输出的模拟信号经电压比较器转换成数字电平后进入主控制器，电压比较器的比较电压可由电位计进行调节；零位光电开关17和终点光电开关18输出的数字信号直接进入主控制器；用户控制模块用于操作人员对整个装置的控制，包括开机、启动等功能；信息显示模块则根据应用需求显示运行过程中的相关信息。
39.如图8所示，本实施例所述基于微位移传感器的自动给药装置，在系统启动时，若给药推头16尚未与注射器推杆27接触，此时给药推头16的运行速度为v1；当给药推头16运行至与注射器推杆27接触后，系统调整给药推头16的运行速度至所需给药速度v2。通常情况下，v1》》v2，提高装置工作效率。
40.本实施例基于微位移传感器的自动给药装置的工作原理：在装置安装时，需调整终点光电开关安装座5，以确保当注射器推杆27达到注射器26底部时，终点光电开关18输出电平发生翻转。系统上电后，在主控制器控制下，通过步进电机控制器驱动梯形丝杆步进电机11转动，进而通过梯形丝杆滑座14带动给药推头16一起沿直线导轨3朝零位光电开关17方向运动。当给药推头16运动至零位时，给药推头16上固定的行程挡片19将遮蔽零位光电开关17的收发光路，主控制器将会识别零位光电开关17输出电平发生翻转，并停止梯形丝杆步进电机11转动，使得给药推头16停止在零位。当操作人员按下启动按键后，梯形丝杆步进电机11带动给药推头16较快速度v1向注射器推杆27方向移动。安装在给药推头16内部的微位移传感器探头22实时探测其与注射器推杆27尾部安装的电涡流传感器被测物之间的距离，微位移传感器处理板将该距离信息转化成电压信号送入电压比较器。电压比较器的比较电压可依据微位移传感器探头端面24与给药推头端面25间的距离、微位移传感器灵敏度等信息通过调节电位计设定，以保证给药推头端面25与注射器推杆端面之间的距离达到指定范围后，比较器输出电平翻转。主控制器识别该电平状态变化，降低给药推头运动速度，以给药所需的速度v2推动注射器推杆。当终点光电开关18输出电平发生翻转时，主控制
器改变梯形丝杆步进电机11运动方向，以较快速度v1向零位光电开关17方向运动，最终停在零位，系统完成一次自动给药。整个运行过程中的相关信息由信息显示模块显示。
41.本发明自动给药装置采用高精度非接触微位移传感器实时检测给药推头与注射器推杆之间的距离，保证系统快速启动。在给药推头与注射器推杆之间距离达到数微米范围内时，改变给药推头速度至设定给药速度，在满足及时用药的同时，严格控制给药速度，保证用药安全。
42.上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。