专利名称：血浆袋空气清除装置的制作方法
技术领域：
本发明属于丝杆传动的挤压装置，特别涉及在血液成分分离过程中 对血浆袋内空气进行自动清除的装置。
背景技术：
医学输血从全血输血逐渐走向成分输血时代。血液成分包括血浆、 红细胞、血小板等，血液分离机将血液成分进行分离，将成分血转移到 不同的血袋中，在不同的环境中保存，当病人需要某种成分血时，可以 方便地随时取用。血浆从全血中分离出来，转移到血浆袋中，血液分离转移过程不可 避免的会有空气的掺杂，血浆分离完成后，清除血桨袋内空气，再把血浆袋放在-4(TC温度下进行速冻处理，然后放置在-20"C环境中保存，这样 处理可使血浆保存一年左右。 一般情况下，血袋中的血浆都装的比较满， 如果不先将袋内的空气清除而是直接进行冷冻处理，由于血浆发生凝固， 体积增大，而由于有空气混杂使得血浆膨胀的空间比较小，血袋容易被 胀破。而如果先将袋内的空气清除再进行冷冻，血桨的膨胀空间就有所 增大，血袋也不会那么容易被胀破了。通过实验也验证了这种现象。所 以，在不胀破血袋的相同前提下先清除空气可以使血袋盛装更多的血浆。 而且，由于空气的掺杂，使得血浆容易变质，保存期限下降。目前主要是利用手动控制方法来清除血浆袋内空气，这样使得操作 繁琐，工人的劳动强度很大，且会存在比较大的人为误差。发明内容本发明提供一种血浆袋空气清除装置，克服现有的采用手动控制清 除空气所带来的缺点，以快捷高效地清除血浆袋内所混杂的空气。本发明的一种血浆袋空气清除装置，支撑框架一端的机座固定硅胶 垫板，导杆穿过支撑框架，导杆端部与挤压板固定连接，导杆中部与动 板固定连接，动板通过其上固定的丝杆螺母连接梯形丝杆，梯形丝杆依 次通过弹性联轴器、减速器连接步进电机，其特征在于所述硅胶垫板内封装一个弹性钢板，弹性钢板中央悬空，两端通过 支承螺钉固定在机座上，呈简支梁结构；弹性钢板中央位置固定有发光二极管，机座上与发光二极管对应位置固定有光敏电阻；所述光敏电阻阻值变化信号转化为电压模拟信号通过放大电路和 A/D转换电路传给单片机。所述的一种血浆袋空气清除装置，其特征在于通过所述发光二极 管的电流恒定；所述光敏电阻与固定电阻串联，固定电阻端电压作为输 出信号，通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。本发明利用挤压运动来实现空气清除动作，利用光电传感器一单片 机—上位机实现挤压自动控制。血浆袋挂在挂杆上，并放在挤压板和硅 胶垫板之间，步进电机带动梯形丝杆转动，梯形丝杆上丝杆螺母连同挤 压板一起左右移动，实现挤压运动。在硅胶垫板内封装一个受到挤压压 力会产生弯曲弹性形变的弹性钢板，弹性钢板通过两端的螺钉固定在机 座外壁上，弹性钢板中央悬空，呈简支梁结构。在弹性钢板中央位置贴 有一个通以恒定电流的发光二极管，机座外壁与发光二极管对应处贴有 一个光敏电阻。挤压血袋时，由于挤压力的作用使得弹性钢板产生弯曲 变形，发光二极管与光敏电阻的距离产生变化，这个距离的连续变化使 得光敏电阻接收到的光强发生连续变化，光强变化则导致光敏电阻阻值率连续变化，阻值变化又转化为电压模拟信号通过放大电路和A/D转换电路转化为数字信号传给单片机。当血袋内血浆被压至热合头处时，意 味着空气清除完成，单片机命令电机停止转动，挤压停止。通过实验可 得到当血袋内血浆被挤压至热合头处时，数字变化信号的数值，这个标 识挤压结束的数值称为阈值。阈值与血袋内血浆的多少有关。在应用中， 挤压空气之前，上位机要先称取血浆重量，通过插值运算得到该重量下 的阈值，然后将阈值传递给控制空气挤压的单片机。那么在挤压进行过 程中，当数字信号到达该阈值时，单片机命令电机停止转动，挤压停止。 本发明控制实现方式简单，仅利用了光敏电阻的光电特性来检测挤 压状态变化，并采用单片机来实现简单的动作控制，提高工作效率，节 约劳动力成本，并使得整个空气挤压过程更加可靠。
图1为本发明结构示意图； 图2为图1局部放大示意图； 图3是挤压压力使得钢板产生弯曲变形示意图； 图4是光敏电阻阻值变化转变为电压变化的电路原理图； 图5(a)是血浆袋内血浆挤压时血浆高出袋口为h时的示意图，袋内血 浆体积为V1;图5(b)是血浆袋内血浆挤压时血浆高出袋口为h时的示意图，袋内血浆体积为V2，且V2〉V1;图6是同类型血袋条件下血浆容积与阈值关系示意图。图中标记挤压板l，导杆2，机座3，支撑横板4，梯形丝杆5，弹性联轴器6，减速器7，步进电机8，支撑竖板9，丝杆螺母IO，动板U，挂杆12，硅胶垫板13，发光二极管14，光敏电阻15，弹性钢板16，支承螺钉17，固定电阻18。
具体实施方式
本发明的装置及实现原理为-如图l所示，机座3、支撑横板4和支撑竖板9构成支撑框架，支撑 框架一端的机座3固定硅胶垫板13，导杆2穿过支撑框架，导杆2端部 与挤压板1固定连接，导杆中部与动板11固定连接，动板11通过其上 固定的丝杆螺母10连接梯形丝杆5，梯形丝杆5依次通过弹性联轴器6、 减速器7连接步进电机8;挂杆12固定在机座3上。工作时，血浆袋挂在挂杆12上，并放置在挤压板1和硅胶垫板13 之间。挤压板l采用具有弹性、机械性能优良的特殊材料聚碳酸脂纤维， 而硅胶垫板13的材料为硅胶，硅胶也富有弹性，且化学性质稳定、有较 高的机械强度。挤压动作的实现主要利用了丝杆螺母10结构，丝杆螺母 10固定安装在动板11上，而动板11与导杆2固定联接。梯形丝杆5转 动，丝杆螺母10通过动板11和导杆2带动挤压板1实现左右移动。采 用步进电机8作为驱动电机，以实现简单的开环控制和挤压板准确定位。 步进电机8、减速器7以及梯形丝杆5的轴的轴线都在同一条直线上，这 样能够尽量减少传动误差。如图2所示，本发明用到了一个发光二极管14和一个光敏电阻15。 在光的作用下，光敏电阻的电阻率会随着空间光强的变化而连续变化。 利用光敏电阻的这个特性来监测挤压过程。光敏电阻15相当于光接收器， 贴在机座3的外壁上，而发光二极管14则相当于光接收器，它一直保持 发光的状态，且通过恒定电流。二极管贴在弹性钢板16上，与光敏电阻 位置对应。弹性钢板16的两端通过两个支承螺钉17固定在机座上，呈 简支梁结构。钢板连同发光二极管一起封装在硅胶垫板13内。挤压过程 中，由于挤压力的作用，弹性钢板16发生弯曲变形，发光二极管14与 光敏电阻15的距离产生变化，这个距离的连续变化使得光敏电阻接收到的光强发生连续变化，光强变化则导致光敏电阻阻值率连续变化，光敏电阻阻值变化信号转化为电压模拟信号通过放大电路和A/D转换电路传 给单片机。随着挤压过程的进行，血浆袋内的空气逐渐被挤出，袋内血浆的压 强逐渐增大，血袋对硅胶垫板13产生的挤压压力就越大，进而使得弹性 钢板16的弯曲变形量也越来越大，发光二极管14和光敏电阻15之间的 距离越来越小。如图3所示，初始状态时，弹性钢板16没有弯曲变形， 发光二极管14和光敏电阻15之间的距离为X0，随着挤压的进行，发光 二极管和光敏电阻之间的距离变小，为X， X<XO。以下讨论挤压压力与距离变量X之间的关系，弹性钢板可看作两端 固定的简支梁，受到垂直于梁轴线方向的分布力F作用。在F的作用下， 弹性钢板产生弹性弯曲变形，垂直于轴线方向的线位移为挠度。挠度与 分布力F的大小、作用位置以及弹性钢板自身参数有关。设在F力作用 下，发光二极管所在位置弹性钢板的挠度为v，那么X-XO-v。 F越大， 挠度v当然也越大，那么X就越小，故可得到x=y;(F)， ,(F)为单调递减函数。 (i)如图4所示，发光二极管14一直保持发光状态，且通过它的电流是 恒定的，即发光二极管在空间产生的光强是不随时间变化而变化的。而 距离发光二极管越远，空间的光强越弱，并且空间的光强只与距离参数 有关。随着发光二极管和光敏电阻15之间的距离X的逐渐变小，光敏电 阻15接收到的光强就逐渐变强，且接收到的光强变化只与X有关。由光 敏电阻光电特性可知，光强越强使得光敏电阻阻值率越小；而光敏电阻 阻值越小，则通过的电流越大，那么与该光敏电阻串连的固定电阻18端 电压就越大，且以固定电阻18的端电压作为输出信号。固定电阻端电压 信号通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。单片机得到的是数字变 化信号，它是电压模拟信号数字化的结果，设这个数字变化信号的值为Y，通过以上分析得知Y只与X有关。且X越小，固定电阻端电压越大，Y也就越大。得到y = /2(X)， /2(1)为单调递减函数。 (2) 挤压板挤压血袋，血袋中的空气逐渐被挤出，血袋被压扁，从而使 得血袋中血浆的压强逐渐增大。血袋压在硅胶垫板13上，对硅胶垫板13 以及弹性钢板产生挤压压力。挤压压力F与血浆袋内液体的压强P以及 血浆袋和硅胶垫板13的接触面积S有关。且F二尸xS (3)由上述(l)、 (2)、 (3)式可以得出y = /2 (I) = /2(尸))=/2(户x S)) (4) 由(4)式得到r = /(F) = /(PxS) ， /(F)为单调递增函数 (5)不同献血者血浆密度差别并不大，在误差允许范围内可认为相等。当血浆袋内的血浆挤压超过袋口，图5(a)所示袋内血浆体积为VI、图 5(b)所示袋内血浆体积为V2，且V2〉V1;液柱超出袋口高度为h。此时 袋内液体压强的分布只与液柱高度h有关。空气清除结束后需要对血浆袋的胶管进行热合，为了保证热合胶管 时血袋内没有残留空气，袋内血浆必须挤压超出袋口，到达热合头处。 即挤压结束的标志就是血浆流出袋口，到达热合头处。设空气挤压完成 时液体超出袋口高度为h=H。当血袋内血浆被压至热合头处时，意味着 空气清除完成，单片机命令电机停止转动，挤压停止。标志空气挤压完 成时数字信号的值，称为阈值。设当1^H时，得到y-K。那么"就是标识挤压结束的阈值。在挤压过程中，上位机通过血浆重量设定的控制电机停转的数字值用y,表示， 即当i^^时电机停转。理想情况下r,应该设置与r,相等，才能保证电机停转时血桨液体被挤压至热合头处。只要血浆挤压超出袋口，血浆袋内的压强分布与袋内血桨的多少是 没有关系的，对于血浆重量不同的血袋，只要当血浆高出袋口高度相同，比如均为H时，血浆袋内的压强分布是相同的。即当h:H时，不管血袋内血浆有多少，血袋内压强分布P是相同的。但是血袋内血浆的量不同，血袋与硅胶垫板13的接触面积S不同，如图 5(a)、图5(b)所示。那么在1^H时，由(5)式得到X=/'(S)， /'0S)单调递增 (6) 从图5(a)、图5(b)可以看出，同一种血袋，当h相等时，血袋内血 浆越多，血袋与挤压板的接触面积越小，由(6)式可知X越小。通过实验 也得知，对于同一种血袋且h-H时，血袋内血浆的量越多《越小。图6是通过实验得到的在血袋类型相同条件下，血浆重量与阈值关 系示意图。从图上可以得知，随着血浆量的增多，标识挤压结束的数字 阈值下降，但下降比较平缓，并且当血袋内的血浆比较多时，阈值基本 保持不变。清除空气之前，要对血浆袋进行称重，得到袋内血浆的重量，并把 重量数据传给上位机，上位机利用图6中血浆重量与阈值关系图通过插 值等处理运算得到在该重量下的阈值，称重完成后上位机把该重量下的 阈值传送给单片机，命令单片机开始挤压空气，单片机控制空气挤压过 程。
权利要求
1.一种血浆袋空气清除装置，支撑框架一端的机座固定硅胶垫板，导杆穿过支撑框架，导杆端部与挤压板固定连接，导杆中部与动板固定连接，动板通过其上固定的丝杆螺母连接梯形丝杆，梯形丝杆依次通过弹性联轴器、减速器连接步进电机，其特征在于所述硅胶垫板内封装一个弹性钢板，弹性钢板中央悬空，两端通过支承螺钉固定在机座上，呈简支梁结构；弹性钢板中央位置固定有发光二极管，机座上与发光二极管对应位置固定有光敏电阻；所述光敏电阻阻值变化信号转化为电压模拟信号通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。
2. 如权利要求1所述的一种血浆袋空气清除装置，其特征在于通 过所述发光二极管的电流恒定；所述光敏电阻与固定电阻串联，固定电 阻端电压作为输出信号，通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。
全文摘要
血浆袋空气清除装置，属于丝杆传动的挤压装置，克服现有的采用手动控制清除空气所带来的缺点，以快捷高效地清除血浆袋内所混杂的空气。本发明支撑框架一端的机座固定硅胶垫板，导杆穿过支撑框架，导杆与挤压板、动板固定连接，动板通过丝杆螺母连接梯形丝杆，梯形丝杆依次通过弹性联轴器、减速器连接步进电机，硅胶垫板内封装一个弹性钢板，弹性钢板固定在机座上，呈简支梁结构；弹性钢板中央位置固定有发光二极管，机座上与发光二极管对应位置固定有光敏电阻；光敏电阻阻值变化信号转化为电压模拟信号通过放大电路和A/D转换电路传给单片机。本发明控制实现方式简单，提高工作效率，节约劳动力成本，并使得整个空气挤压过程更加可靠。
文档编号A61J1/14GK101224168SQ20071016867
公开日2008年7月23日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者标 刘, 彬 周, 梁松俭, 王平江, 陈吉红 申请人:华中科技大学