一种利用光电检测技术检测输液瓶液位的装置的制作方法

本发明涉及一种输液瓶液位检测装置，属于医疗通信技术领域。

背景技术：

随着经济的快速发展，人民群众的生活水平得到很大的提高，于是人们越发重视医疗保健的作用，促进了医院和个人、家庭对医疗设备的需求，尤其是对智能化的医疗设备的需求逐年递增。为了使医疗产品不断丰富，产品的功能越来越多，质量越来越好，国内投入研究医疗器械行业的企业不断增多。

针对输液瓶液位的检测，目前已经投入使用的仪器或设备中，大部分设计原理都由重力来感应。随着时代的发展以及医疗水平的提升，医疗器械也在不断发展，输液所使用的玻璃瓶也逐渐换成更加轻巧的塑料瓶。因此，有必要开发出更高效、可靠的液位检测方法。

目前，在检测液位高度时有以下两种测试方法：

一、在测量液位的时候，使用拉力传感器对输液瓶内液体的重量进行间接测量。将拉力传感器接在滑轮和储液瓶之间，利用液位高度变化和拉力变化之间的线性关系进行间接测量。

二、利用超声波测量液面高度。利用超声波在不同物质、不同密度内传播速度不同的原理，通过检测超声波发射后的回波时间来检测超声波穿过物质的结构，利用单片机定时控制超声波的发射，利用中断接收检测到的回波，然后经单片机的数据处理获得回波的时间参数。此类系统中，可预先测定液位到达警戒线时的回波的时间，然后将每次测量结果与此进行比较，便可得知是否到达警戒液位。

上述现有方法存在如下缺陷：

1、利用重力检测液位的设备体积和机构过大，且和液体的重量有直接关系，但是和液位本身是间接的关系，在实际使用中不够灵活，同时也会带来一定的误差，造成不必要的麻烦。

2、使用拉力传感器测量液位，拉力传感器价格贵，从实用性角度考虑，在实际系统中不适用。

3、利用超声波的检测相对准确，是一种常用的检测方法。但是超声波探测不可避免的存在一些盲区，盲区的大小与相应的单片机处理速度相关。在对精度要求较高的场合，还需加入温度补偿模块及相应的软件算法以改善超声探测随环境温度的改变所产生的变化。考虑到软、硬件的复杂程度及要求的测量精度，以及检测输液瓶的液位时存在液体的表面波动，使用超声波传感器检测液面会产生较大的误差，同时超声波传感器安装方位的确定也是一大难题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、成本低、检测结果准确、测量精度高且稳定性好的输液瓶液位检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种利用光电检测技术检测输液瓶液位的装置，其特征在于：包括

设于输液瓶一侧的警戒线处，用于发射光束的激光发射模块；

设于输液瓶另一侧的警戒线处，用于接收所述光束的激光接收模块；

用于将激光发射模块发射的光束信号与激光接收模块接收的光束信号进行对比分析，判断液位是否到达警戒线的控制器；

用于当液位到达警戒线时，发出报警的报警器。

优选地，所述控制器连接激光发射模块、激光接收模块和报警器。

优选地，开始输液时，在输液瓶的液位以下，激光发射模块发出光束信号，该光束信号经过输液瓶一侧壁、瓶内液体及输液瓶另一侧壁的折射，最后被激光接收模块接收，形成一条稳定的光路；

当输液瓶的液位没有到警戒线时，激光接收模块能够定期地接收到所述光束信号；

当输液瓶的液位到达或低于警戒线时，原来预定好的光路由于输液瓶液位的变化，光线的折射方向随之发生变化，使得固定好的激光接收模块此时不能完全接收到所述光束信号，此时控制器驱动报警器产生报警信号。

优选地，所述控制器将激光发射模块发射的光束信号与激光接收模块接收的光束信号进行对比分析；当发射的光束信号和接收的光束信号相同时，即表示液位正常；而当接收到的光束信号和发射的光束信号不同时，则表示液位出现了异常，到达警戒线。

优选地，所述控制器采用单片机。

优选地，在检测过程中，不可避免的会出现输液瓶的晃动和摇摆的情况，这种不稳定会使得在液位接近警戒线时产生虚警，通过以下方法克服这种干扰：当接收到的光束信号和发射的光束信号不同时，延迟设定时间再进行至少一次判断，若接收到的光束信号和发射的光束信号依然不同，说明液位到达警戒线。

优选地，所述控制器还连接时钟电路。

优选地，通过时钟电路对延迟的时间进行控制。

优选地，所述控制器还连接复位电路及按键控制模块。

优选地，一次检测结束后，按下按键控制模块，控制器驱动复位电路工作，系统回到初始状态，等待下次检测工作。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、利用光检测技术对输液瓶的液位进行检测，充分利用光的传输特性，对液位的变化能够快速的产生感应，因此能够及时准确的检测到输液瓶的液位。

2.利用单片机作为液位检测系统的核心，单片机作为智能检测和控制的中心，使得系统的判断和控制更加的精确，而整个系统也可以做的更加紧凑，便于在现场的安装和使用。

3.由于有单片机的智能运算和控制，在软件上采取延迟多次综合判断的抗干扰措施，避免误操作和误报警的产生，同时也避免了漏警的可能，确保了系统的稳定性。

综上，本发明提供的装置利用光电检测技术测量输液瓶的液位，结合了单片机的光信号检测系统具有体积小、灵敏度高、抗干扰能力强、易于设定、误差小的特点，整个系统结构简洁，操作方便。本装置可以实时监测输液瓶液位的变化，当液位到达警戒线时能够及时准确的产生报警信号，降低了医护人员的劳动强度，有效地提高了监护质量。本装置除了应用于输液方面，其他一些领域的液位检测同样可以适用，具有很好的生产推广价值。

附图说明

图1为利用光电检测技术检测输液瓶液位的装置系统框图；

图2为光检测输液瓶液位的原理示意图；

图3为抗干扰的算法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供了一种利用光电检测技术检测输液瓶液位的装置，通过可靠的液位检测来满足现在临床医学中输液监护的需要。在硬件设计上，充分利用了激光传感器技术，结合单片机的应用及一些干扰消除措施，使抗干扰性能大大提高。系统由于采用的是智能光检测技术，使系统的体积更小型化，便于安装和使用。

结合图1，利用光电检测技术检测输液瓶液位的装置包括单片机，单片机连接激光发射模块、激光接收模块、报警模块、时钟电路、复位电路及按键控制模块。

激光接收模块采用光敏三极管接收模块。

报警模块采用蜂鸣器。

利用光电检测技术检测输液瓶液位的装置的工作原理如下：

一、利用激光的光束来检测输液瓶的液位。

本实施例中，对输液瓶液位的检测是利用光束对液位变化时光的折射方位不同来实现的。结合图2，具体的实施中，预先设定需要预警的液位，固定好光束的发射和接收的位置，把激光发射模块a固定在输液瓶p的警戒线处，激光接收模块b固定在输液瓶另一侧警戒线的附近。

开始输液时，在输液瓶的液位y以下，激光发射模块发出光束信号，该光束信号经过输液瓶一侧壁、瓶内液体及输液瓶另一侧壁的折射，最后被激光接收模块接收，形成一条稳定的光路g；

当输液瓶的液位没有到警戒线时，激光接收模块能够定期地接收到所述光束信号，表示还不需要报警；

当输液瓶的液位一旦到达或低于警戒线时，原来预定好的光路由于输液瓶液位的变化，光线的折射方向随之发生变化，使得固定好的激光接收模块此时不能完全接收到所述光束信号，此时控制器产生报警信号，告知看护人员输液瓶的液位已经到了警戒线了。

利用光的直线传播和光的折射原理，使用激光发射和接收器来测量液位，可以消除背景光的干扰。此外，由于系统采用的是对光信号进行检测的技术，当使用激光发射模块作为光发射元件时，光束比较窄，对液位的变化比较敏感，能够对液位准确的发出预警信号。当应用于输液瓶的液位检测时，在这种短距离的检测场景起到了抗干扰的作用，提高了对液位检测的可靠性。

二、利用单片机对光检测信号进行智能的处理。

要实现对光信号的检测，需要有对光发射和接收的电路，需要对发射和接收的光信号进行一定的处理。在本实施例中，使用的是51单片机作为系统的核心。

利用51单片机的计算和处理能力，控制发射的激光波束和接收器件的接收信号进行比对。当发射的信号和接收的信号相同时即表示液位正常，而当接收到的信号和发射的信号不同时，则表示液位出现了异常。

由于输液瓶的液体可以认为是均匀的，其对光的折射特性是一致的(这里不处理不透光的液体)。因此，当光接收器件收到的光信号异常后，就通过单片机发出预警信号，可以是声光的报警信号，通知医护人员前来处理。

51单片机是非常成熟和稳定的产品，使得本装置的可靠性得到了保证。采用单片机作为系统的核心控制整个电路，通过对光信号的接收和处理，能够及时准确的判断出输液瓶的液位是否到达警戒线。由于采用的是智能化光检测的设计，因此系统使用的硬件可以更少，使整个检测系统的体积可以更小、更轻便，便于整个系统在实际应用中的安装和使用。

三、利用单片机的智能处理提高系统的抗干扰能力。

利用光信号对输液瓶的液位进行检测的过程中，虽然可以使装置良好的固定在输液瓶上，但在使用过程中不可避免的会出现输液瓶的晃动和摇摆的情况。此时，输液瓶中的液位会产生扰动和变化，这种不稳定会使得在液位接近警戒线时产生虚警。

为了克服这种干扰对检测带来的影响，在光检测信号的过程中对接收到的光信号进行多次的综合判断，即检测到液位到达警戒线时再稍延迟一段时间，如2秒，进行两到三次的判断，这样就可以去除干扰，确保能够准确地获得液位到限的信息，使系统的检测能够更稳健可靠。

从系统的软件方面对采集到的光信号进行稳健的处理和判断，从而进一步的提高了系统的抗干扰性能，可以减少误判并避免有警不报的问题，使系统对液位检测的可靠性得到了保证。

延迟的时间通过时钟电路控制。

一次检测结束后，按下按键控制模块，控制器驱动复位电路工作，系统回到初始状态，等待下次检测工作。