宋宇　翁新武

摘 要： 提出一種新型光電式液位檢測(cè)方法，利用輸液管對(duì)光線的折射原理，檢測(cè)輸液管內(nèi)的液位是否到達(dá)警戒液位，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出最佳檢測(cè)閾值，該方法能夠適用于所有墨菲式輸液管及輸液液體。

關(guān)鍵詞： 靜脈輸液； 液位檢測(cè)； 光電式； 光電開(kāi)關(guān)

中圖分類號(hào)： TN710?34； TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0105?03

0 引 言

靜脈輸液治療是臨床醫(yī)療工作中常用的治療手段，但目前大多數(shù)醫(yī)院及醫(yī)療機(jī)構(gòu)都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)輸液的自動(dòng)監(jiān)控管理，臨床輸液中采取的應(yīng)對(duì)措施一般是由患者、陪侍或醫(yī)務(wù)人員隨時(shí)觀察監(jiān)視藥液余量情況，加重了護(hù)理人員的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，也不利于病區(qū)的綜合管理，所以研究一種能夠自動(dòng)檢測(cè)輸液液位的裝置，將大大減輕病人、陪護(hù)人員及護(hù)士的精神負(fù)擔(dān)[1]。目前，研究人員在輸液液位傳感器方面做了一些研究，出現(xiàn)了稱重式[2]、電容式[3]、光電式[4]、光纖式[5]和圖像式[6]等液位檢測(cè)方法。然而稱重式液位檢測(cè)方法適用性較差，電容式液位檢測(cè)方法的可操作性較差，光電式液滴式液位檢測(cè)累積誤差較大，光纖式液位檢測(cè)成本較高，圖像式液位檢測(cè)易受周圍環(huán)境干擾。

針對(duì)上述弊端，本文提出了一種基于光電傳感器的新型液位檢測(cè)方法，該液位檢測(cè)方法具有適應(yīng)性強(qiáng)、可操作性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高、安全可靠等特點(diǎn)，有很高的實(shí)用價(jià)值。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，探討了影響該傳感器靈敏度的因素和機(jī)理，為傳感器的正確設(shè)計(jì)與測(cè)量數(shù)據(jù)提供了理論依據(jù)。

1 光電式液位檢測(cè)原理

靜脈輸液采用墨菲式輸液滴管，輸液管為圓形透明塑料材質(zhì)，靜脈輸液的液體通常為無(wú)色透明液體，利用光線的反射、折射和全反射現(xiàn)象，在輸液管內(nèi)沒(méi)有液體時(shí)，其表面相當(dāng)于一個(gè)凹透鏡，對(duì)于平行入射光線有散射作用，使輸液管另一端受光很弱，如圖1所示。

這樣，光線的“強(qiáng)”與“弱”，就反映了管中液體的“有”與“無(wú)”，利用這一光學(xué)現(xiàn)象[7]，在輸液管一側(cè)加裝光源另一側(cè)加裝光電傳感器就可以探測(cè)液體有無(wú)，實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)檢測(cè)。

但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于輸液液體不全都是透明液體，當(dāng)液體為有色或渾濁液體時(shí)，勢(shì)必會(huì)減少通過(guò)輸液管的光通量，即存在這樣一種情況，在輸液管中無(wú)液體時(shí)和輸液管內(nèi)有渾濁液體的光通量一樣，在這種情況下，就不能區(qū)分輸液管內(nèi)有無(wú)液體，也就不能檢測(cè)液位，導(dǎo)致檢測(cè)失敗。

2 硬件設(shè)計(jì)

靜脈輸液液位檢測(cè)電路總體框圖如圖4所示，包括光源，光電管，A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)。其中，光源和光電管采用ITR?9608型光電開(kāi)關(guān)，光源為紅外發(fā)光二極管，光電管為紅外光敏三極管，單片機(jī)采用型號(hào)為Atmega8L的AVR單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換為單片機(jī)自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換模塊。

液位檢測(cè)硬件電路原理圖如圖5所示，紅外發(fā)光二級(jí)管接330 Ω限流電阻，紅外光敏三級(jí)管集電極接15 kΩ上拉電阻，電源電壓為3.3 V，紅外光敏三極管的集電極作為單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換的輸入。由該電路圖可知，紅外光敏三極管檢測(cè)到光源發(fā)出的光，最后以電壓形式表示光通量大小，而光通量越大對(duì)應(yīng)集電極檢測(cè)到的電壓就越小，光通量越小對(duì)應(yīng)集電極檢測(cè)到的電壓就越大，由上文可知，電壓值較小的對(duì)應(yīng)輸液管內(nèi)無(wú)液體，而電壓值較大的對(duì)應(yīng)輸液管內(nèi)有液體。

首先，檢測(cè)在未安裝輸液管時(shí)A/D檢測(cè)的電壓[V1；]然后，將輸液管內(nèi)輸液調(diào)整好后，將輸液管置于檢測(cè)裝置內(nèi)，即此時(shí)檢測(cè)到的是輸液管內(nèi)有液體的情況，檢測(cè)電壓[V2；]再每隔一小段時(shí)間檢測(cè)一次電壓[V3；]若[V2-V3]的值大于某個(gè)閾值，則認(rèn)為液位達(dá)到警戒液位，則可觸發(fā)報(bào)警或停止輸液，若[V2-V3]的值小于或等于該閾值，則認(rèn)為液位未達(dá)到警戒液位，繼續(xù)檢測(cè)。該閾值在設(shè)置時(shí)應(yīng)考慮輸液管規(guī)格、輸液管內(nèi)液體顏色、輸液管與傳感器位置等方面因素。

4 實(shí) 驗(yàn)

4.1 測(cè)試條件

靜脈輸液管采用墨菲式輸液滴管，其細(xì)管的直徑為4 mm的塑料圓管，管壁厚度為0.5 mm，常見(jiàn)的有透明和渾濁兩種。輸液管內(nèi)液體設(shè)無(wú)色透明的氯化鈉注射液、黃色的液體、白色的液體、渾濁的液體四種情況。光電傳感器的中心光線與輸液管管壁距離為[D，]設(shè)[D=]0 mm，1 mm，2 mm三種情況。

4.2 測(cè)試方法

將靜脈輸液管置于光電開(kāi)關(guān)的槽內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。利用該裝置，檢測(cè)輸液管內(nèi)有液體和無(wú)液體時(shí)電壓大小，輸液管透明和輸液管渾濁時(shí)電壓的大小，輸液管內(nèi)有無(wú)色液體、白色液體、黃色液體及渾濁液時(shí)電壓的大小。

由測(cè)試結(jié)果可計(jì)算得到兩種輸液管在間距為0 mm時(shí)能分辨液位的最小閾值為36 mV，在間距為1 mm時(shí)最小閾值為22 mV，在間距為2mm時(shí)最小閾值為14 mV，由此可知間距越大閾值越??；間距發(fā)生細(xì)微的變化將引起檢測(cè)電壓值發(fā)生抖動(dòng)，由測(cè)試結(jié)果知1 mm的間距變化最大能引起20 mV的電壓抖動(dòng)；由于單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換精度有限，所以光電傳感器的中心光線與輸液管管壁距離為[D]最好取0～1 mm之間某值，且保持不變，此時(shí)閾值取20 mV能保證區(qū)分開(kāi)輸液管內(nèi)有無(wú)液體。

5 結(jié) 論

本文的創(chuàng)新之處在于提出一種基于光電傳感器的新型液位檢測(cè)方法，可以很好克服傳統(tǒng)的液位檢測(cè)中對(duì)不同輸液液體難以區(qū)分、測(cè)量誤差較大、適應(yīng)性較差等弊端，同時(shí)本設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定、成本低、分辨率高、能適應(yīng)所有規(guī)格的輸液瓶（袋）、適應(yīng)所有墨菲式滴管的輸液管、適應(yīng)所有的輸液液體。對(duì)于本設(shè)計(jì)尚可在做以下改進(jìn)：采用軟件濾波減小系統(tǒng)測(cè)量誤差，提高裝置器材的精度進(jìn)一步減少系統(tǒng)固有誤差，采用多個(gè)光電傳感器提高測(cè)量穩(wěn)定性等。

參考文獻(xiàn)

[1] 張愛(ài)華，朱亮.醫(yī)用輸液液位實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)在康復(fù)護(hù)理中的作用[J].中國(guó)臨床康復(fù)，2003（20）：1112?1113.

[2] 張中華，譚婷，陳明蘭，等.對(duì)輸液瓶液位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的研究[J].科技信息，2011（31）：79?81.

[3] 楊曉龍，陳孝友.電容法測(cè)液位高度和濃度實(shí)驗(yàn)[J].四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001（7）：76?78.

[4] 王元慶，王興森.光電式液滴傳感器[J].安徽機(jī)電學(xué)院學(xué)報(bào)，1996（12）：64?68.

[5] 宋晴，裘祖榮，張國(guó)雄.光纖、電容液滴傳感器的設(shè)計(jì)研究[J].傳感器技術(shù)，2002（8）：5?9.

[6] 李敏，朱華生，孫輝，等.基于圖像的靜脈輸液無(wú)液檢測(cè)的新方法[J].南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（2）：8?11.

[7] 田安華，朱彥.一種非接觸式液位檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（8）：468?471.

摘 要： 提出一種新型光電式液位檢測(cè)方法，利用輸液管對(duì)光線的折射原理，檢測(cè)輸液管內(nèi)的液位是否到達(dá)警戒液位，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出最佳檢測(cè)閾值，該方法能夠適用于所有墨菲式輸液管及輸液液體。

關(guān)鍵詞： 靜脈輸液； 液位檢測(cè)； 光電式； 光電開(kāi)關(guān)

中圖分類號(hào)： TN710?34； TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0105?03

0 引 言

靜脈輸液治療是臨床醫(yī)療工作中常用的治療手段，但目前大多數(shù)醫(yī)院及醫(yī)療機(jī)構(gòu)都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)輸液的自動(dòng)監(jiān)控管理，臨床輸液中采取的應(yīng)對(duì)措施一般是由患者、陪侍或醫(yī)務(wù)人員隨時(shí)觀察監(jiān)視藥液余量情況，加重了護(hù)理人員的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，也不利于病區(qū)的綜合管理，所以研究一種能夠自動(dòng)檢測(cè)輸液液位的裝置，將大大減輕病人、陪護(hù)人員及護(hù)士的精神負(fù)擔(dān)[1]。目前，研究人員在輸液液位傳感器方面做了一些研究，出現(xiàn)了稱重式[2]、電容式[3]、光電式[4]、光纖式[5]和圖像式[6]等液位檢測(cè)方法。然而稱重式液位檢測(cè)方法適用性較差，電容式液位檢測(cè)方法的可操作性較差，光電式液滴式液位檢測(cè)累積誤差較大，光纖式液位檢測(cè)成本較高，圖像式液位檢測(cè)易受周圍環(huán)境干擾。

針對(duì)上述弊端，本文提出了一種基于光電傳感器的新型液位檢測(cè)方法，該液位檢測(cè)方法具有適應(yīng)性強(qiáng)、可操作性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高、安全可靠等特點(diǎn)，有很高的實(shí)用價(jià)值。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，探討了影響該傳感器靈敏度的因素和機(jī)理，為傳感器的正確設(shè)計(jì)與測(cè)量數(shù)據(jù)提供了理論依據(jù)。

1 光電式液位檢測(cè)原理

靜脈輸液采用墨菲式輸液滴管，輸液管為圓形透明塑料材質(zhì)，靜脈輸液的液體通常為無(wú)色透明液體，利用光線的反射、折射和全反射現(xiàn)象，在輸液管內(nèi)沒(méi)有液體時(shí)，其表面相當(dāng)于一個(gè)凹透鏡，對(duì)于平行入射光線有散射作用，使輸液管另一端受光很弱，如圖1所示。

這樣，光線的“強(qiáng)”與“弱”，就反映了管中液體的“有”與“無(wú)”，利用這一光學(xué)現(xiàn)象[7]，在輸液管一側(cè)加裝光源另一側(cè)加裝光電傳感器就可以探測(cè)液體有無(wú)，實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)檢測(cè)。

但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于輸液液體不全都是透明液體，當(dāng)液體為有色或渾濁液體時(shí)，勢(shì)必會(huì)減少通過(guò)輸液管的光通量，即存在這樣一種情況，在輸液管中無(wú)液體時(shí)和輸液管內(nèi)有渾濁液體的光通量一樣，在這種情況下，就不能區(qū)分輸液管內(nèi)有無(wú)液體，也就不能檢測(cè)液位，導(dǎo)致檢測(cè)失敗。

2 硬件設(shè)計(jì)

靜脈輸液液位檢測(cè)電路總體框圖如圖4所示，包括光源，光電管，A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)。其中，光源和光電管采用ITR?9608型光電開(kāi)關(guān)，光源為紅外發(fā)光二極管，光電管為紅外光敏三極管，單片機(jī)采用型號(hào)為Atmega8L的AVR單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換為單片機(jī)自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換模塊。

液位檢測(cè)硬件電路原理圖如圖5所示，紅外發(fā)光二級(jí)管接330 Ω限流電阻，紅外光敏三級(jí)管集電極接15 kΩ上拉電阻，電源電壓為3.3 V，紅外光敏三極管的集電極作為單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換的輸入。由該電路圖可知，紅外光敏三極管檢測(cè)到光源發(fā)出的光，最后以電壓形式表示光通量大小，而光通量越大對(duì)應(yīng)集電極檢測(cè)到的電壓就越小，光通量越小對(duì)應(yīng)集電極檢測(cè)到的電壓就越大，由上文可知，電壓值較小的對(duì)應(yīng)輸液管內(nèi)無(wú)液體，而電壓值較大的對(duì)應(yīng)輸液管內(nèi)有液體。

首先，檢測(cè)在未安裝輸液管時(shí)A/D檢測(cè)的電壓[V1；]然后，將輸液管內(nèi)輸液調(diào)整好后，將輸液管置于檢測(cè)裝置內(nèi)，即此時(shí)檢測(cè)到的是輸液管內(nèi)有液體的情況，檢測(cè)電壓[V2；]再每隔一小段時(shí)間檢測(cè)一次電壓[V3；]若[V2-V3]的值大于某個(gè)閾值，則認(rèn)為液位達(dá)到警戒液位，則可觸發(fā)報(bào)警或停止輸液，若[V2-V3]的值小于或等于該閾值，則認(rèn)為液位未達(dá)到警戒液位，繼續(xù)檢測(cè)。該閾值在設(shè)置時(shí)應(yīng)考慮輸液管規(guī)格、輸液管內(nèi)液體顏色、輸液管與傳感器位置等方面因素。

4 實(shí) 驗(yàn)

4.1 測(cè)試條件

靜脈輸液管采用墨菲式輸液滴管，其細(xì)管的直徑為4 mm的塑料圓管，管壁厚度為0.5 mm，常見(jiàn)的有透明和渾濁兩種。輸液管內(nèi)液體設(shè)無(wú)色透明的氯化鈉注射液、黃色的液體、白色的液體、渾濁的液體四種情況。光電傳感器的中心光線與輸液管管壁距離為[D，]設(shè)[D=]0 mm，1 mm，2 mm三種情況。

4.2 測(cè)試方法

將靜脈輸液管置于光電開(kāi)關(guān)的槽內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。利用該裝置，檢測(cè)輸液管內(nèi)有液體和無(wú)液體時(shí)電壓大小，輸液管透明和輸液管渾濁時(shí)電壓的大小，輸液管內(nèi)有無(wú)色液體、白色液體、黃色液體及渾濁液時(shí)電壓的大小。

由測(cè)試結(jié)果可計(jì)算得到兩種輸液管在間距為0 mm時(shí)能分辨液位的最小閾值為36 mV，在間距為1 mm時(shí)最小閾值為22 mV，在間距為2mm時(shí)最小閾值為14 mV，由此可知間距越大閾值越小；間距發(fā)生細(xì)微的變化將引起檢測(cè)電壓值發(fā)生抖動(dòng)，由測(cè)試結(jié)果知1 mm的間距變化最大能引起20 mV的電壓抖動(dòng)；由于單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換精度有限，所以光電傳感器的中心光線與輸液管管壁距離為[D]最好取0～1 mm之間某值，且保持不變，此時(shí)閾值取20 mV能保證區(qū)分開(kāi)輸液管內(nèi)有無(wú)液體。

5 結(jié) 論

本文的創(chuàng)新之處在于提出一種基于光電傳感器的新型液位檢測(cè)方法，可以很好克服傳統(tǒng)的液位檢測(cè)中對(duì)不同輸液液體難以區(qū)分、測(cè)量誤差較大、適應(yīng)性較差等弊端，同時(shí)本設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定、成本低、分辨率高、能適應(yīng)所有規(guī)格的輸液瓶（袋）、適應(yīng)所有墨菲式滴管的輸液管、適應(yīng)所有的輸液液體。對(duì)于本設(shè)計(jì)尚可在做以下改進(jìn)：采用軟件濾波減小系統(tǒng)測(cè)量誤差，提高裝置器材的精度進(jìn)一步減少系統(tǒng)固有誤差，采用多個(gè)光電傳感器提高測(cè)量穩(wěn)定性等。

參考文獻(xiàn)

[1] 張愛(ài)華，朱亮.醫(yī)用輸液液位實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)在康復(fù)護(hù)理中的作用[J].中國(guó)臨床康復(fù)，2003（20）：1112?1113.

[2] 張中華，譚婷，陳明蘭，等.對(duì)輸液瓶液位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的研究[J].科技信息，2011（31）：79?81.

[3] 楊曉龍，陳孝友.電容法測(cè)液位高度和濃度實(shí)驗(yàn)[J].四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001（7）：76?78.

[4] 王元慶，王興森.光電式液滴傳感器[J].安徽機(jī)電學(xué)院學(xué)報(bào)，1996（12）：64?68.

[5] 宋晴，裘祖榮，張國(guó)雄.光纖、電容液滴傳感器的設(shè)計(jì)研究[J].傳感器技術(shù)，2002（8）：5?9.

[6] 李敏，朱華生，孫輝，等.基于圖像的靜脈輸液無(wú)液檢測(cè)的新方法[J].南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（2）：8?11.

[7] 田安華，朱彥.一種非接觸式液位檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（8）：468?471.

摘 要： 提出一種新型光電式液位檢測(cè)方法，利用輸液管對(duì)光線的折射原理，檢測(cè)輸液管內(nèi)的液位是否到達(dá)警戒液位，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出最佳檢測(cè)閾值，該方法能夠適用于所有墨菲式輸液管及輸液液體。

關(guān)鍵詞： 靜脈輸液； 液位檢測(cè)； 光電式； 光電開(kāi)關(guān)

中圖分類號(hào)： TN710?34； TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0105?03

0 引 言

靜脈輸液治療是臨床醫(yī)療工作中常用的治療手段，但目前大多數(shù)醫(yī)院及醫(yī)療機(jī)構(gòu)都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)輸液的自動(dòng)監(jiān)控管理，臨床輸液中采取的應(yīng)對(duì)措施一般是由患者、陪侍或醫(yī)務(wù)人員隨時(shí)觀察監(jiān)視藥液余量情況，加重了護(hù)理人員的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，也不利于病區(qū)的綜合管理，所以研究一種能夠自動(dòng)檢測(cè)輸液液位的裝置，將大大減輕病人、陪護(hù)人員及護(hù)士的精神負(fù)擔(dān)[1]。目前，研究人員在輸液液位傳感器方面做了一些研究，出現(xiàn)了稱重式[2]、電容式[3]、光電式[4]、光纖式[5]和圖像式[6]等液位檢測(cè)方法。然而稱重式液位檢測(cè)方法適用性較差，電容式液位檢測(cè)方法的可操作性較差，光電式液滴式液位檢測(cè)累積誤差較大，光纖式液位檢測(cè)成本較高，圖像式液位檢測(cè)易受周圍環(huán)境干擾。

針對(duì)上述弊端，本文提出了一種基于光電傳感器的新型液位檢測(cè)方法，該液位檢測(cè)方法具有適應(yīng)性強(qiáng)、可操作性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高、安全可靠等特點(diǎn)，有很高的實(shí)用價(jià)值。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，探討了影響該傳感器靈敏度的因素和機(jī)理，為傳感器的正確設(shè)計(jì)與測(cè)量數(shù)據(jù)提供了理論依據(jù)。

1 光電式液位檢測(cè)原理

靜脈輸液采用墨菲式輸液滴管，輸液管為圓形透明塑料材質(zhì)，靜脈輸液的液體通常為無(wú)色透明液體，利用光線的反射、折射和全反射現(xiàn)象，在輸液管內(nèi)沒(méi)有液體時(shí)，其表面相當(dāng)于一個(gè)凹透鏡，對(duì)于平行入射光線有散射作用，使輸液管另一端受光很弱，如圖1所示。

這樣，光線的“強(qiáng)”與“弱”，就反映了管中液體的“有”與“無(wú)”，利用這一光學(xué)現(xiàn)象[7]，在輸液管一側(cè)加裝光源另一側(cè)加裝光電傳感器就可以探測(cè)液體有無(wú)，實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)檢測(cè)。

但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于輸液液體不全都是透明液體，當(dāng)液體為有色或渾濁液體時(shí)，勢(shì)必會(huì)減少通過(guò)輸液管的光通量，即存在這樣一種情況，在輸液管中無(wú)液體時(shí)和輸液管內(nèi)有渾濁液體的光通量一樣，在這種情況下，就不能區(qū)分輸液管內(nèi)有無(wú)液體，也就不能檢測(cè)液位，導(dǎo)致檢測(cè)失敗。

2 硬件設(shè)計(jì)

靜脈輸液液位檢測(cè)電路總體框圖如圖4所示，包括光源，光電管，A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)。其中，光源和光電管采用ITR?9608型光電開(kāi)關(guān)，光源為紅外發(fā)光二極管，光電管為紅外光敏三極管，單片機(jī)采用型號(hào)為Atmega8L的AVR單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換為單片機(jī)自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換模塊。

液位檢測(cè)硬件電路原理圖如圖5所示，紅外發(fā)光二級(jí)管接330 Ω限流電阻，紅外光敏三級(jí)管集電極接15 kΩ上拉電阻，電源電壓為3.3 V，紅外光敏三極管的集電極作為單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換的輸入。由該電路圖可知，紅外光敏三極管檢測(cè)到光源發(fā)出的光，最后以電壓形式表示光通量大小，而光通量越大對(duì)應(yīng)集電極檢測(cè)到的電壓就越小，光通量越小對(duì)應(yīng)集電極檢測(cè)到的電壓就越大，由上文可知，電壓值較小的對(duì)應(yīng)輸液管內(nèi)無(wú)液體，而電壓值較大的對(duì)應(yīng)輸液管內(nèi)有液體。

首先，檢測(cè)在未安裝輸液管時(shí)A/D檢測(cè)的電壓[V1；]然后，將輸液管內(nèi)輸液調(diào)整好后，將輸液管置于檢測(cè)裝置內(nèi)，即此時(shí)檢測(cè)到的是輸液管內(nèi)有液體的情況，檢測(cè)電壓[V2；]再每隔一小段時(shí)間檢測(cè)一次電壓[V3；]若[V2-V3]的值大于某個(gè)閾值，則認(rèn)為液位達(dá)到警戒液位，則可觸發(fā)報(bào)警或停止輸液，若[V2-V3]的值小于或等于該閾值，則認(rèn)為液位未達(dá)到警戒液位，繼續(xù)檢測(cè)。該閾值在設(shè)置時(shí)應(yīng)考慮輸液管規(guī)格、輸液管內(nèi)液體顏色、輸液管與傳感器位置等方面因素。

4 實(shí) 驗(yàn)

4.1 測(cè)試條件

靜脈輸液管采用墨菲式輸液滴管，其細(xì)管的直徑為4 mm的塑料圓管，管壁厚度為0.5 mm，常見(jiàn)的有透明和渾濁兩種。輸液管內(nèi)液體設(shè)無(wú)色透明的氯化鈉注射液、黃色的液體、白色的液體、渾濁的液體四種情況。光電傳感器的中心光線與輸液管管壁距離為[D，]設(shè)[D=]0 mm，1 mm，2 mm三種情況。

4.2 測(cè)試方法

將靜脈輸液管置于光電開(kāi)關(guān)的槽內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。利用該裝置，檢測(cè)輸液管內(nèi)有液體和無(wú)液體時(shí)電壓大小，輸液管透明和輸液管渾濁時(shí)電壓的大小，輸液管內(nèi)有無(wú)色液體、白色液體、黃色液體及渾濁液時(shí)電壓的大小。

由測(cè)試結(jié)果可計(jì)算得到兩種輸液管在間距為0 mm時(shí)能分辨液位的最小閾值為36 mV，在間距為1 mm時(shí)最小閾值為22 mV，在間距為2mm時(shí)最小閾值為14 mV，由此可知間距越大閾值越??；間距發(fā)生細(xì)微的變化將引起檢測(cè)電壓值發(fā)生抖動(dòng)，由測(cè)試結(jié)果知1 mm的間距變化最大能引起20 mV的電壓抖動(dòng)；由于單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換精度有限，所以光電傳感器的中心光線與輸液管管壁距離為[D]最好取0～1 mm之間某值，且保持不變，此時(shí)閾值取20 mV能保證區(qū)分開(kāi)輸液管內(nèi)有無(wú)液體。

5 結(jié) 論

本文的創(chuàng)新之處在于提出一種基于光電傳感器的新型液位檢測(cè)方法，可以很好克服傳統(tǒng)的液位檢測(cè)中對(duì)不同輸液液體難以區(qū)分、測(cè)量誤差較大、適應(yīng)性較差等弊端，同時(shí)本設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定、成本低、分辨率高、能適應(yīng)所有規(guī)格的輸液瓶（袋）、適應(yīng)所有墨菲式滴管的輸液管、適應(yīng)所有的輸液液體。對(duì)于本設(shè)計(jì)尚可在做以下改進(jìn)：采用軟件濾波減小系統(tǒng)測(cè)量誤差，提高裝置器材的精度進(jìn)一步減少系統(tǒng)固有誤差，采用多個(gè)光電傳感器提高測(cè)量穩(wěn)定性等。

參考文獻(xiàn)

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