一种血液净化用平衡腔泄漏检测优化系统的制作方法

1.本发明属于血液净化设备技术领域，具体涉及一种血液净化用平衡腔泄漏检测优化系统。


背景技术：

2.现有的血液净化设备用平衡腔泄漏检测系统，如图1所示。该检测系统能对平衡腔是否正常切换或泄漏进行实时检测，保证病人安全。现有技术对于微小泄漏很难检测，由于采用电阻检测方式，从泄漏上来说阻值变化从100ω到100mω，单一放大器很难处理这么多的动态范围；现有检测采用多通道扫描方式，存在通道切换，缺乏泄漏中存在瞬时泄漏的检测能力；算法单一可能存在漏报和误报问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种血液净化用平衡腔泄漏检测优化系统解决了现有血液净化设备不能很好解决误报和漏报问题的问题。
4.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种血液净化用平衡腔泄漏检测优化系统，包括检测电路和平衡腔，所述检测电路包括2路信号发生电路、可编程放大和高速adc以及mcu时序控制ai智能算法单元，所述可编程放大和高速adc与mcu时序控制ai智能算法单元连接，所述平衡腔等效为电磁阀等效电阻r103和r203以及膜片等效电阻r1-2，所述2路信号发生电路的输出信号vout1通过信号输入端阻抗r101分别与电磁阀等效电阻r103的一端和接地电阻r102连接，所述2路信号发生电路的输出信号vout2通过信号输入端阻抗r202分别与电磁阀等效电阻r203的一端和接地电阻r202连接，所述电磁阀等效电阻r103的另一端分别与膜片等效电阻r1-2的一端和接地电阻r104连接并生成输入信号vin1与可编程放大和高速adc连接，所述电磁阀等效电阻r203的另一端分别与膜片等效电阻r1-2的另一端和接地电阻r204连接并生成输入信号vin2与可编程放大和高速adc连接。
5.进一步地：所述输出信号vout1和vout2为方波交流信号，幅值为
±
5v。
6.进一步地：所述信号输入端阻抗r101与接地电阻r102之间设有废液入口，所述信号输入端阻抗r201与接地电阻r202之间设有透析液入口，所述接地电阻r104与可编程放大和高速adc之间设有废液出口，所述接地电阻r204与可编程放大和高速adc之间设有透析液出口。
7.进一步地：所述可编程放大和高速adc包括电磁阀泄漏检测电路，所述电磁阀泄漏检测电路包括通过中间插件j1连接的正反馈方波发送器和可编程放大器，所述正反馈方波发送器包括方波发生器1和方波发生器2，所述方波发生器1的输出信号vout1与中间插件j1的2端连接，所述方波发生器2的输出信号vout2与中间插件j1的1端连接，所述可编程放大器包括滤波及程控放大器1和滤波及程控放大器2，所述滤波及程控放大器1的输入信号vin1与中间插件j1的4端连接，所述滤波及程控放大器2的输入信号vin2与中间插件j1的3端连接。
8.进一步地：所述方波发生器1和方波发生器2的结构相同，均包括运放u1a和运放u1b，所述运放u1a和运放u1b的型号均为tl072，所述运放u1a的2端分别与电容c1的一端和电阻r5的一端连接，所述运放u1a的3端分别与电阻r1的一端和电阻r3的一端连接，所述电阻r1的另一端和电容c1的另一端均连接到dgnd，所述电阻r5的另一端和电阻r3的另一端均连接运放u1a的1端并连接到运放u1b的5端，所述运放u1b的6端与运放u1b的7端连接并输出信号vout1/vout2，所述运放u1b的4端分别连接-5va和电容c4的一端，所述电容c4的另一端连接到dgnd，所述运放u1b的8端分别连接 5va和电容c3的一端，所述电容c3的另一端连接到dgnd。
9.进一步地：所述滤波及程控放大器1和滤波及程控放大器2结构相同，均包括放大器u3a和放大器u3b，所述放大器u3a和放大器u3b的型号均为adm8253，所述放大器u3a的10端分别与电容c10的一端和电阻r10的一端连接，所述电容c10的另一端分别与电容c8的一端和电阻r8的一端连接，所述电阻r8的另一端连接输入信号vin1/vin2，所述放大器u3a的1端与电阻r12的一端连接，所述放大器u3a的7端通过电阻r14与二极管d1的正极连接，所述二极管d1的负极分别与电容c12的一端和电阻r16的一端连接，并输出信号mcu-adc1/mcu-adc2到mcu时序控制ai智能算法单元，所述电容c8的另一端、电阻r10的另一端、电阻r12的另一端、电容c12的另一端、电阻r16的另一端均连接ag信号；所述放大器u3b的2端连接ag信号，3端连接-5va，4端输入mcu时序控制ai智能算法单元的ad1a0/ad2a0信号，5端输入mcu时序控制ai智能算法单元的ad1a1/ad2a1信号，6端输入mcu时序控制ai智能算法单元的ad1wr/ad2wr信号，8端连接 5va。
10.进一步地：所述放大器u3a和放大器u3b具有1、10、100、1000四个放大倍数。
11.进一步地：所述mcu时序控制ai智能算法单元中设有检测泄漏子程序，所述检测泄漏子程序的具体步骤为：
12.s1、采集泄漏adc信号mcu-adc1和mcu-adc2信号；
13.s2、当mcu-adc1和mcu-adc2信号的ad值大于2048时，降低放大器u3a和放大器u3b的放大倍数，并返回步骤s1，否则，进入步骤s3；
14.s3、当mcu-adc1和mcu-adc2信号的ad值小于128时，提升放大器u3a和放大器u3b的放大倍数，并返回步骤s1，否则，进入步骤s4；
15.s4、根据ad值得到泄漏电压值；
16.s5、根据泄漏电压值进行滤波及趋势判断，得到泄漏等级；
17.s6、根据泄漏等级进行报警及预警处理。
18.进一步地：所述步骤s5中滤波及趋势判断的具体步骤为：
19.s51、对记录通道密集采集数据1khz采样；
20.s52、对采样数据进行数据滤波和去除异常值处理，得到趋势、电导值、流速和极限；
21.s53、对电磁阀关闭期间数据进行分析；
22.s54、对分析数据计算平均值avg、最大值max、80％最大值以上的次数maxtime、20％平均值以上的次数，形成fifo数组；
23.s55、分析fifo数组，根据趋势、电导值、流速和极限得到泄漏风险等级0-5；
24.s56、更新平均值avg作为下次计算的参考。
25.进一步地：所述步骤s6具体为：当泄漏等级为0-4时，进行预警处理，当泄漏等级为5时，进行报警处理。
26.本发明的有益效果为：本发明采用1-128增益的程控可编程放大器，解决泄漏电阻动态范围大问题；采用多通道并行技术，解决切换带来的瞬时泄漏检测能力差问题；采用高速实时采样和波形曲线趋势智能判断技术，解决可能出现的误报和漏报。
附图说明
27.图1为背景技术中血液净化用平衡腔泄漏检测系统的结构图；
28.图2为本发明中平衡腔泄漏检测原理图；
29.图3为电磁阀泄漏检测电路的电路图；
30.图4为方波信号发生器的电路图；
31.图5为滤波及程控放大器的电路图；
32.图6为泄漏检测子程序的具体流程图；
33.图7为滤波及趋势判断的具体流程图。
具体实施方式
34.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
35.如图2所示，一种血液净化用平衡腔泄漏检测优化系统，包括检测电路和平衡腔，所述检测电路包括2路信号发生电路、可编程放大和高速adc以及mcu时序控制ai智能算法单元，所述可编程放大和高速adc与mcu时序控制ai智能算法单元连接，所述平衡腔等效为电磁阀等效电阻r103和r203以及膜片等效电阻r1-2，所述2路信号发生电路的输出信号vout1通过信号输入端阻抗r101分别与电磁阀等效电阻r103的一端和接地电阻r102连接，所述2路信号发生电路的输出信号vout2通过信号输入端阻抗r202分别与电磁阀等效电阻r203的一端和接地电阻r202连接，所述电磁阀等效电阻r103的另一端分别与膜片等效电阻r1-2的一端和接地电阻r104连接并生成输入信号vin1与可编程放大和高速adc连接，所述电磁阀等效电阻r203的另一端分别与膜片等效电阻r1-2的另一端和接地电阻r204连接并生成输入信号vin2与可编程放大和高速adc连接。
36.vout1、vout2为交流方波信号(50％占空比)输出，幅值为
±
5v，采用交流信号是为了避免直流产生极化腐蚀电极而影响测量；
37.r101和r201为信号输入端阻抗，一般比较小，小于100ω，一般不随其它条件改变而改变；
38.r103和r203为电磁阀关闭后的液路两端电阻，关断后无泄漏一般大于100mω，泄漏后随泄漏成指数变化，在100-1mω之间；
39.r1-2为膜片两端的电阻，正常一般大于10mω以上，泄漏后随泄漏成指数变化，在100-1mω之间；
40.r102、r202为信号输入端电阻，一般在10kω左右，随液体的电导率升高而成比例
升高；
41.r104、r204为信号输入端电阻，一般在10kω左右，随液体的电导率升高而成比例升高；
42.vin1、vin2为检测的信号输入端，信号幅值在0-3v左右；泄漏一般在0-10mv左右；
43.可编程放大和高速adc部分，放大倍数为1、10、100、1000四个；adc采用stm32f103自带的12bits，速度为1mhz；
44.mcu和时序控制ai智能算法部分，因为平衡腔要动态开闭，就需要检测电路只在关闭时检测，对于切换可能产品的脉冲要进行分析和处理；因为检测电路可能会随液体电导率、水路电阻、切换影响、部件结垢等影响，需要进行动态跟踪和历史趋势变化等因素综合评估泄漏的大小，优化报警逻辑，减少误报和漏报。
45.如图3、图4和图5共同所示，所述可编程放大和高速adc包括电磁阀泄漏检测电路，所述电磁阀泄漏检测电路包括通过中间插件j1连接的正反馈方波发送器和可编程放大器，所述正反馈方波发送器包括方波发生器1和方波发生器2，所述方波发生器1的输出信号vout1与中间插件j1的2端连接，所述方波发生器2的输出信号vout2与中间插件j1的1端连接，所述可编程放大器包括滤波及程控放大器1和滤波及程控放大器2，所述滤波及程控放大器1的输入信号vin1与中间插件j1的4端连接，所述滤波及程控放大器2的输入信号vin2与中间插件j1的3端连接。
46.泄漏检测电路图左边为一个典型的正反馈方波发送图，输出
±
5v占空比％的方波信号，通过中间接插件的1、2脚输出；右边为一个可编程放大器，采用adm8253，具有1，10，100，1000等四个放大倍数；单片机的ad1a0、ad1a1和ad1wr信号进行放大倍数控制，ad1a1、ad1a0为逻辑“00”时放大倍数为1，ad1a1、ad1a0为逻辑“01”时放大倍数为10，ad1a1、ad1a0为逻辑“10”时放大倍数为100，ad1a1、ad1a0为逻辑“01”时放大倍数为1000；改变放大倍数先对ad1a1、ad1a0为逻辑电平设置，再通过ad1wr下降沿锁定放大倍数。
47.所述方波发生器1和方波发生器2的结构相同，均包括运放u1a和运放u1b，所述运放u1a和运放u1b的型号均为tl072，所述运放u1a的2端分别与电容c1的一端和电阻r5的一端连接，所述运放u1a的3端分别与电阻r1的一端和电阻r3的一端连接，所述电阻r1的另一端和电容c1的另一端均连接到dgnd，所述电阻r5的另一端和电阻r3的另一端均连接运放u1a的1端并连接到运放u1b的5端，所述运放u1b的6端与运放u1b的7端连接并输出信号vout1/vout2，所述运放u1b的4端分别连接-5va和电容c4的一端，所述电容c4的另一端连接到dgnd，所述运放u1b的8端分别连接 5va和电容c3的一端，所述电容c3的另一端连接到dgnd。
48.方波发生器，采用运放tl072，由电阻r5、c1的时间常数决定振荡频率。
49.所述滤波及程控放大器1和滤波及程控放大器2结构相同，均包括放大器u3a和放大器u3b，所述放大器u3a和放大器u3b的型号均为adm8253，所述放大器u3a的10端分别与电容c10的一端和电阻r10的一端连接，所述电容c10的另一端分别与电容c8的一端和电阻r8的一端连接，所述电阻r8的另一端连接输入信号vin1/vin2，所述放大器u3a的1端与电阻r12的一端连接，所述放大器u3a的7端通过电阻r14与二极管d1的正极连接，所述二极管d1的负极分别与电容c12的一端和电阻r16的一端连接，并输出信号mcu-adc1/mcu-adc2到mcu时序控制ai智能算法单元，所述电容c8的另一端、电阻r10的另一端、电阻r12的另一端、电
容c12的另一端、电阻r16的另一端均连接ag信号；所述放大器u3b的2端连接ag信号，3端连接-5va，4端输入mcu时序控制ai智能算法单元的ad1a0/ad2a0信号，5端输入mcu时序控制ai智能算法单元的ad1a1/ad2a1信号，6端输入mcu时序控制ai智能算法单元的ad1wr/ad2wr信号，8端连接 5va。
50.r8、c8、r10、c10对检测信号滤波和形成一个稳定新信号；
51.可编程放大器，采用adm8253，具有1，10，100，1000等四个放大倍数；单片机的ad1a0、ad1a1和ad1wr信号进行放大倍数控制，ad1a1、ad1a0为逻辑“00”时放大倍数为1，ad1a1、ad1a0为逻辑“01”时放大倍数为10，ad1a1、ad1a0为逻辑“10”时放大倍数为100，ad1a1、ad1a0为逻辑“01”时放大倍数为1000；改变放大倍数先对ad1a1、ad1a0为逻辑电平设置，再通过ad1wr下降沿锁定放大倍数。
52.r14、d1、c12、r16对信号进行正向幅值进行整流滤波，得到一个直流信号，输输出到单片机进行采样和计算。
53.如图6所示，所述mcu时序控制ai智能算法单元中设有检测泄漏子程序，所述检测泄漏子程序的具体步骤为：
54.s1、采集泄漏adc信号mcu-adc1和mcu-adc2信号；
55.s2、当mcu-adc1和mcu-adc2信号的ad值大于2048时，降低放大器u3a和放大器u3b的放大倍数，并返回步骤s1，否则，进入步骤s3；
56.s3、当mcu-adc1和mcu-adc2信号的ad值小于128时，提升放大器u3a和放大器u3b的放大倍数，并返回步骤s1，否则，进入步骤s4；
57.s4、根据ad值得到泄漏电压值；
58.s5、根据泄漏电压值进行滤波及趋势判断，得到泄漏等级；
59.如图7所示，所述步骤s5中滤波及趋势判断的具体步骤为：
60.s51、记录通道密集采集数据1khz采样；
61.s52、对采样数据进行数据滤波和去除异常值处理，得到趋势、电导值、流速和极限；
62.s53、对电磁阀关闭期间数据进行分析；
63.s54、对分析数据计算平均值avg、最大值max、80％最大值以上的次数maxtime、20％平均值以上的次数，形成fifo数组；
64.s55、分析fifo数组，根据趋势、电导值、流速和极限得到泄漏风险等级0-5；
65.s56、更新平均值avg作为下次计算的参考。
66.s6、根据泄漏等级进行报警及预警处理。当泄漏等级为0-4时，进行预警处理，当泄漏等级为5时，进行报警处理。