[发明专利]基于微细金属管超声导波血液粘度快速检测装置和方法

权利要求书

1.一种基于扭转导波的微细金属管血液粘度快速检测装置，其特征在于：包括装置壳体以及安装于装置壳体的采血单元和采血电路，采血单元和采血电路电连接；采血单元分为外部采血模块、送样管道、微细金属管(5)和血液微流泵(7)，送样管道包括了进样管(4)和排样管(6)，进样管(4)、排样管(6)分别安装在装置壳体的两侧，进样管(4)的入口连通到装置壳体外用于连接外部采血模块，进样管(4)的出口经微细金属管(5)和血液微流泵(7)的入口连通，血液微流泵(7)的出口和排样管(6)的入口连通，排样管(6)的出口连通到装置壳体外；微细金属管(5)外设有磁致伸缩组件，磁致伸缩组件包含了永磁体(17)、线圈(18)、磁致伸缩粉末涂层(19)，磁致伸缩粉末涂层(19)涂覆在微细金属管(5)外表面，磁致伸缩粉末涂层(19)外绕制有线圈(18)，线圈(18)外的两侧对称布置有永磁体(17)。

2.根据权利要求1所述的一种基于扭转导波的微细金属管血液粘度快速检测装置，其特征在于：所述的外部采血模块包含了采样针(2)和采血袋(3)，采血袋(3)和进样管(4)连接，采血袋(3)通过采样针(2)在人体静脉采血。

3.根据权利要求1所述的一种基于扭转导波的微细金属管血液粘度快速检测装置，其特征在于：所述的血液微流泵(7)和线圈(18)连接到采血电路，采血电路包括主控单元(8)、导波激励单元(11)、脉冲产生模块(12)、功率放大模块(13)、回波接收模块(14)、前置放大模块(15)和数据采集模块(16)；主控单元(8)和显示模块(9)连接，主控单元(8)经微流泵控制模块(10)和血液微流泵(7)连接，主控单元(8)依次经导波激励单元(11)、脉冲产生模块(12)、功率放大模块(13)后和线圈(18)的两端连接，同时线圈(18)的两端依次经数据采集模块(16)、前置放大模块(15)、和回波接收模块(14)后和主控单元(8)连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于扭转导波的微细金属管血液粘度快速检测装置，其特征在于：所述的主控单元(8)配置好原始激励脉冲数字信号后送入导波激励单元(11)，利用脉冲产生模块(12)转化为模拟信号并经过功率放大模块(13)的功率放大后施加至由线圈(18)和永磁体(17)构成的导波换能器，由导波换能器将导波信号耦合至微细金属管(5)；导波换能器接收导波的回波时，将收到的回波信号依次经过数据采集模块(16)、前置放大模块(15)的前置放大后送入主控单元(8)进行数据处理，通过检测方法预测粘度后在显示模块(9)显示结果。

5.应用于权利要求1-4任一所述装置的一种基于机器学习的血液黏度检测方法，其特征在于：

1)根据微细金属管(5)的结构几何参数以及材料力学特性参数，通过半解析有限元法计算得到充液微细金属管(5)的导波模态频散特性曲线，通过导波模态频散特性曲线选取导波激励频率；

2)以36摄氏度的水作为溶剂，利用增稠剂做溶质，配置不同浓度的液体，获得不同粘度的液体，并用商用标准粘度计对配置好的液体进行粘度测量获得实际粘度；

3)在微细金属管(5)内部充入不同粘度的液体，在导波激励频率的T(0,1)导波激励下通过采集回波信号后处理获得微细金属管(5)内导波的导波飞行时间TOF和幅值AMP，然后根据导波飞行时间TOF和幅值AMP计算绝对飞行时间ΔTOF和幅值衰减比w；

4)建立绝对飞行时间ΔTOF、幅值衰减比w与粘度之间的线性回归模型，线性回归模型对绝对飞行时间ΔTOF和幅值衰减比w两个输入变量进行预测获得预测粘度，以预测粘度和实际粘度之间的差值建立损失函数衡量，并使用梯度下降优化方法对模型进行优化；

5)待测情况下，将血液样本加入到微细金属管(5)，按照步骤3)和4)相同方式处理获得绝对飞行时间ΔTOF和幅值衰减比w，输入到利用线性回归模型处理输出获得粘度，并使用梯度下降优化方法对模型进行优化。

6.根据权利要求5所述的一种基于机器学习的血液黏度检测方法，其特征在于：所述步骤1) 中，导波模态是T(0,1)模态导波。