[发明专利]一种血液气泡监测模块及方法

说明书

本发明公开了一种血液气泡监测模块及方法，属于超声波检测技术领域，包括超声波信号产生子模块、超声波信号接收处理子模块、收、发独立的超声波换能器。本发明3MHz激励频率直接通过有源晶振产生，可靠性高；单片机可以通过编程来调节数字电位器阻值，进而来改变超声波激励信号幅值；测量精度高，经过多次实验验证，测量最小气泡可达到0.3uL(250mL/min流速)，完全满足临床使用的需求；电路设计采用单片机片上ADC，减少了外部ADC芯片的使用，降低了成本，值得被推广使用。

技术领域

本发明涉及超声波检测技术领域，具体涉及一种血液气泡监测模块及方法。

背景技术

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动而产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。随着计算机软、硬件技术及信号处理技术的飞速发展，超声波在成像、无损检测、差距、超声清洗、无损探伤、医疗等领域获得了非常广泛的应用。在一些医疗电子设备中，例如透析、输血、输液等自动控制的医疗设备中，常用超声波来监测循环管路中是否混入了空气以及气泡的大小等。由于估计到生命危险，这种监测必须是非接触性的，采用超声波技术就能很好地解决这个问题。

目前利用超声波检测气泡存在一些问题，比如说监测灵敏度不高、超声波换能器工作电压高等，同时随着工作环境的变化，要保持高精度监测是困难的。为此，提出一种血液气泡监测模块及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中利用超声波检测气泡存在的监测灵敏度不高、超声波换能器工作电压高、保持高精度监测困难等问题，提供了一种血液气泡监测模块，本血液气泡监测模块能够提高现有超声波气泡监测的灵敏度，使监测的气泡大小能达到0.3uL，并能够对大小气泡进行分类，实现大气泡及时关断、小气泡数量累加功能，具有能够快速响应，及时关断的优良特性。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括超声波信号产生子模块、超声波信号接收处理子模块、收、发独立的超声波换能器(包括发送换能器、接收换能器)；

所述超声波信号产生子模块包括有源晶振、驱动器、数字电位器、发送换能器，所述驱动器输入引脚通过与门分别与所述有源晶振、单片机的第一GPIO输出引脚连接，输出引脚与数字电位器的一端连接，所述数字电位器的另一端与所述发送换能器连接，所述数字电位器的控制引脚与单片机的第二、三、四GPIO输出引脚连接；

所述超声波信号接收处理子模块包括片上ADC前级电路、第一运算放大器、第一比较器、第二比较器、接收换能器，所述片上ADC前级电路的一端与所述接收换能器连接，另一端通过所述第一运算放大器分别与所述第一比较器、第二比较器连接，所述第一比较器、第二比较器分别与单片机第一外部中断引脚、单片机第二外部中断引脚连接。

更进一步地，所述有源晶振的频率为3MHz，输出脉冲波形到所述驱动器的输入引脚。

更进一步地，所述数字电位器通过单片机控制来调节电位器阻值，改变所述发送换能器的驱动信号幅值。

更进一步地，所述片上ADC前级电路包括依次连接的一级放大电路、二级放大电路、半波整流电路，所述一级放大电路与所述接收换能器连接，所述半波整流电路与所述第一运算放大器的同相输入端连接。

更进一步地，所述一级放大电路与接收换能器之间、所述一级放大电路与二级放大电路之间、所述二级放大电路与半波整流电路之间均设置有一个隔直通交电容。

更进一步地，所述片上ADC前级电路还包括一级放大静态工作点电路、二级放大静态工作点电路，分别用于构成超声波接收信号第一级放大的静态工作点、第二级放大的静态工作点。