一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法与流程

1.本发明涉及输液监控仪技术领域，具体涉及一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法。


背景技术：

2.静脉输液是一种最常用的临床治疗方法，是护理专业的一项常用给药治疗技术。输液监控仪是一种用于控制输液器滴速、开启、停止状态的自动输液装置，通常是机械或电子的控制装置，它通过作用于输液导管达到控制输液速度的目的。常用于需要严格控制输液量和药量的情况，如在应用升压药物，抗心律失常药药物，婴幼儿静脉输液或静脉麻醉时。因为其安全性和方便性，临床上使用越来越普遍。
3.但是，如果病人在睡觉休息期间，输液监控仪倾斜或者不慎跌落导致输液异常，会带来一定的安全隐患。


技术实现要素：

4.本技术提供一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法，解决了现有技术不能对输液监控仪倾斜和跌落状态进行监测的问题，通过六轴传感器进行姿态角和加速度的测量，进而通过姿态角倾斜状态判别公式和加速度跌落状态判别公式来判定是否发生倾斜或跌落，进而进行预警，安全可靠。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法，包括如下步骤：
7.步骤1：在输液监控仪上固定设置六轴传感器，分别将输液监控仪调整至垂直状态和水平状态，六轴传感器分别获取输液监控仪处于垂直状态下的姿态角ω
h
和水平状态的姿态角ω
l
，将垂直状态下的姿态角ω
h
和水平状态下的姿态角ω
l
的数据存储在处理模块中；
8.步骤2：将输液监控仪放置在不同高度h1和h2下，分别进行n次试验使输液监控仪在不施加外力的情况下自由下落，分别记录六轴传感器获取到的在高度h1和h2下跌落地面的加速度a
h1i
和a
h2i
，i＝1,2,
……
,n，并将高度h1和h2下跌落地面的加速度的平均值和的数据存储在处理模块中；
9.步骤3：输液监控仪放置在输液架上，六轴传感器实时将姿态角ω和垂直方向加速度a的数据发送给处理模块；
10.步骤4：处理模块运用姿态角倾斜状态判别公式判别姿态角ω是否处于倾斜状态，当判别结果为实时姿态角ω处于倾斜状态时，启动倾斜预警模块；
11.步骤5：处理模块运用加速度跌落状态判别公式判别加速度a是否处于跌落状态，当判别结果为加速度a处于跌落状态时，启动跌落预警模块。
12.其中，步骤4中姿态角倾斜状态判别公式为：
13.ω＞ω
h
+1/2|ω
h
+ω
l
|(1)
14.ω＜ω
g
‑
1/2|ω
h
‑
ω
l
|(2)
15.当公式(1)或公式(2)满足任一公式时，判定实时姿态角ω处于倾斜状态时。
16.其中，加速度跌落状态判别公式为：
[0017][0018]
当公式(3)成立时，判别结果为加速度a处于跌落状态，其中，h为输液监控仪实时监测过程中放置的高度。
[0019]
优选的，处理模块中的数据采用lora同基站进行通信，并通过基站以太网连接到云服务器，云服务器与输液监控仪相适配的pda进行通信，输液设备受控于云服务器和pda，同时设备的状态以及收集到的信息也反馈给pda，形成一个智能的闭环。
[0020]
进一步的，倾斜预警模块的启动还包括处理模块基于动态判别公式判断不同时点姿态角变化差异度确定是否启动倾斜预警模块。
[0021]
其中，动态判别公式为：
[0022][0023][0024][0025]
其中，ω1、ω2和ω3分别表示在t1时刻、t2时刻和t3时刻下的实时姿态角，k表示单位时间偏离度差异阈值，为常数，
[0026]
当公式(4)、公式(5)和公式(6)中有2或3个同时成立时，启动倾斜预警模块。
[0027]
优选的，倾斜预警模块启动后，输液监控仪报警的同时，处理模块会将穿过输液监控仪的滴管锁住，确保滴管中的滴液不会继续滴落。
[0028]
优选的，跌落预警模块启动后，输液监控仪报警的同时，处理模块会将处理模块会将穿过输液监控仪的滴管锁住，确保滴管中的滴液不会继续滴落。
[0029]
进一步的，跌落预警模块的启动还包括基于芯片跌落瞬时加速度判定。
[0030]
其中，芯片跌落瞬时加速度判定标准为：a在[8g(1
‑
&),8g(1+&)]范围内时，启动跌落预警模块，其中，&是允许差异度，是常数，0＜&＜1，g是重力加速度。
[0031]
本发明的有益效果：
[0032]
本技术提供一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法，解决了现有技术不能对输液监控仪倾斜和跌落状态进行监测的问题，通过六轴传感器进行姿态角和加速度的测量，进而通过姿态角倾斜状态判别公式和加速度跌落状态判别公式来判定是否发生倾斜或跌落，进而进行预警，安全可靠。
[0033]
1.本发明提出姿态角倾斜状态判别公式，用于判别倾斜状态，便于及时提醒使用人员设备异常，及时作出调整。
[0034]
2.本发明提出加速度跌落状态判别公式，通过下落加速度和高度之间的同方向变化关系，智能判断设备是否发生下落，作出及时提醒，提高设备使用的安全性。
[0035]
3.本发明采用lora同基站进行通信，并通过基站以太网连接到云服务器，云服务器与输液监控仪相适配的pda进行通信，输液设备受控于云服务器和pda，同时设备的状态
以及收集到的信息也反馈给pda，形成一个智能的闭环。其中，医院使用时pda一般由值班护士进行管理。
[0036]
4.本发明倾斜预警模块启动和跌落预警模块的启动后，输液监控仪的滴管锁住，确保滴管中的滴液不会继续滴落，提高了设备使用的安全性。
[0037]
5.本发明还可以通过不同时点姿态角变化差异度判断是否发生倾斜，既可以与姿态角倾斜状态判别公式同时使用，也可以单独使用，为输液监控仪倾斜状态的判断提供了新思路。
[0038]
6、本发明还可以通过芯片跌落瞬时加速度判定是否发生跌落，既可以与加速度跌落状态判别公式同时使用，也可以单独使用，辅助输液监控仪跌落状态的判断。
附图说明
[0039]
图1为本发明提供的步骤流程图。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图以及具体实施方法对本发明一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法作进一步详细说明。
[0041]
实施例1
[0042]
如图1所示，一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法，发明主要应用于各大医院，辅助其对输液活动进行智能化控制，包括如下步骤：
[0043]
步骤1：在输液监控仪上固定设置六轴传感器，分别将输液监控仪调整至垂直状态和水平状态，六轴传感器分别获取输液监控仪处于垂直状态下的姿态角ω
h
和水平状态的姿态角ω
l
，将垂直状态下的姿态角ω
h
和水平状态下的姿态角ω
l
的数据存储在处理模块中；
[0044]
步骤2：将输液监控仪放置在不同高度h1和h2下，分别进行n次试验使输液监控仪在不施加外力的情况下自由下落，分别记录六轴传感器获取到的在高度h1和h2下跌落地面的加速度a
h1i
和a
h2i
，i＝1,2,
……
,n，并将高度h1和h2下跌落地面的加速度的平均值和的数据存储在处理模块中；
[0045]
步骤3：输液监控仪放置在输液架上，六轴传感器实时将姿态角ω和垂直方向加速度a的数据发送给处理模块；
[0046]
步骤4：处理模块运用姿态角倾斜状态判别公式判别姿态角ω是否处于倾斜状态，当判别结果为实时姿态角ω处于倾斜状态时，启动倾斜预警模块；
[0047]
步骤5：处理模块运用加速度跌落状态判别公式判别加速度a是否处于跌落状态，当判别结果为加速度a处于跌落状态时，启动跌落预警模块。
[0048]
其中，六轴传感器主要应用于飞行领域，如六轴传感器mpu6050。通常用roll
‑
pitch
‑
yaw模型进行姿态计算。当前姿态的一个通用模型就是建立坐标系，并用roll表示绕x轴的旋转，pitch表示绕y轴的旋转，yaw表示绕z轴的旋转。由于mpu6050可以获取三个轴向上的加速度，而地球重力则是长期存在且永远竖直向下，因此可以根据重力加速度相对于芯片的指向为参考算得当前姿态。为方便起见，让芯片正面朝下固定，以三个轴向上的加速度为分量，可构成加速度向量a(x,y,z)。假设当前芯片处于匀速直线运动状态，那么a应垂
直于地面上向，即指向z轴负方向，模长为|a|＝g＝sqrt{x^2+y^2+z^2}。若芯片(座标系)发生旋转，由于加速度向量a仍然竖直向上，所以z轴负方向将不再与a重合。
[0049]
步骤1和步骤2一般由设备安装人员进行测量后输入处理器既可。步骤3
‑
5则是放置在具体应用场景中直接运行。
[0050]
其中，步骤4中姿态角倾斜状态判别公式为：
[0051]
ω＞ω
h
+1/2|ω
h
+ω
l
|(1)
[0052]
ω＜ω
h
‑
1/2|ω
h
‑
ω
l
|(2)
[0053]
当公式(1)或公式(2)满足任一公式时，判定实时姿态角ω处于倾斜状态时。
[0054]
其中，加速度跌落状态判别公式为：
[0055][0056]
当公式(3)成立时，判别结果为加速度a处于跌落状态，其中，h为输液监控仪实时监测过程中放置的高度。
[0057]
优选的，发明的出发点是一款智能的物联网产品，所以采用lora同基站进行通信，并通过基站以太网连接到云服务器，服务器又可与pda进行通信，输液设备受控于服务器和pda，同时设备的状态以及收集到的信息也反馈给pda，形成一个智能的闭环。输液的操作、状态以及整个过程严格可控——不同于市面上的大多数同类型设备，只是孤立的工作，可靠性无法得到保障。
[0058]
本发明提出姿态角倾斜状态判别公式，用于判别倾斜状态，便于及时提醒使用人员设备异常，及时作出调整。
[0059]
本发明提出加速度跌落状态判别公式，通过下落加速度和高度之间的同方向变化关系，智能判断设备是否发生下落，作出及时提醒，提高设备使用的安全性。
[0060]
本发明采用lora同基站进行通信，并通过基站以太网连接到云服务器，云服务器与输液监控仪相适配的pda进行通信，输液设备受控于云服务器和pda，同时设备的状态以及收集到的信息也反馈给pda，形成一个智能的闭环。其中，医院使用时pda一般由值班护士进行管理。
[0061]
实施例2
[0062]
实施例2与实施例1的区别仅在于：通过姿态角的动态变化的差异情况判定输液监控仪是否处于倾斜状态。
[0063]
具体的，一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法，发明主要应用于各大医院，辅助其对输液活动进行智能化控制，包括如下步骤：
[0064]
步骤1：在输液监控仪上固定设置六轴传感器，分别将输液监控仪调整至垂直状态和水平状态，六轴传感器分别获取输液监控仪处于垂直状态下的姿态角ω
h
和水平状态的姿态角ω
l
，将垂直状态下的姿态角ω
h
和水平状态下的姿态角ω
l
的数据存储在处理模块中；
[0065]
步骤2：将输液监控仪放置在不同高度h1和h2下，分别进行n次试验使输液监控仪在不施加外力的情况下自由下落，分别记录六轴传感器获取到的在高度h1和h2下跌落地面的加速度a
h1i
和a
h2i
，i＝1,2,
……
,n，并将高度h1和h2下跌落地面的加速度的平均值和的数据存储在处理模块中；
[0066]
步骤3：输液监控仪放置在输液架上，六轴传感器实时将姿态角ω和垂直方向加速度a的数据发送给处理模块；
[0067]
步骤4：处理模块运用姿态角倾斜状态判别公式判别姿态角ω是否处于倾斜状态，当判别结果为实时姿态角ω处于倾斜状态时，启动倾斜预警模块；
[0068]
步骤5：处理模块运用加速度跌落状态判别公式判别加速度a是否处于跌落状态，当判别结果为加速度a处于跌落状态时，启动跌落预警模块。
[0069]
倾斜预警模块的启动还包括处理模块基于动态判别公式判断不同时点姿态角变化差异度确定是否启动倾斜预警模块。
[0070]
其中，动态判别公式为：
[0071][0072][0073][0074]
其中，ω1、ω2和ω3分别表示在t1时刻、t2时刻和t3时刻下的实时姿态角，k表示单位时间偏离度差异阈值，为常数，
[0075]
当公式(4)、公式(5)和公式(6)中有2或3个同时成立时，启动倾斜预警模块。
[0076]
本发明还可以通过不同时点姿态角变化差异度判断是否发生倾斜，既可以与姿态角倾斜状态判别公式同时使用，也可以单独使用，为输液监控仪倾斜状态的判断提供了新思路。
[0077]
实施例3
[0078]
实施例3与实施例1的区别仅在于：通过芯片跌落的瞬时加速度来判定输液监控仪是否处于跌落状态。
[0079]
具体的，一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法，发明主要应用于各大医院，辅助其对输液活动进行智能化控制，包括如下步骤：
[0080]
步骤1：在输液监控仪上固定设置六轴传感器，分别将输液监控仪调整至垂直状态和水平状态，六轴传感器分别获取输液监控仪处于垂直状态下的姿态角ω
h
和水平状态的姿态角ω
l
，将垂直状态下的姿态角ω
h
和水平状态下的姿态角ω
l
的数据存储在处理模块中；
[0081]
步骤2：将输液监控仪放置在不同高度h1和h2下，分别进行n次试验使输液监控仪在不施加外力的情况下自由下落，分别记录六轴传感器获取到的在高度h1和h2下跌落地面的加速度a
h1i
和a
h2i
，i＝1,2,
……
,n，并将高度h1和h2下跌落地面的加速度的平均值和的数据存储在处理模块中；
[0082]
步骤3：输液监控仪放置在输液架上，六轴传感器实时将姿态角ω和垂直方向加速度a的数据发送给处理模块；
[0083]
步骤4：处理模块运用姿态角倾斜状态判别公式判别姿态角ω是否处于倾斜状态，当判别结果为实时姿态角ω处于倾斜状态时，启动倾斜预警模块；
[0084]
步骤5：处理模块运用加速度跌落状态判别公式判别加速度a是否处于跌落状态，当判别结果为加速度a处于跌落状态时，启动跌落预警模块。
[0085]
跌落预警模块的启动还包括基于芯片跌落瞬时加速度判定。
[0086]
其中，芯片跌落瞬时加速度判定标准为：a在[8g(1
‑
&),8g(1+&)]范围内时，启动跌落预警模块，其中，&是允许差异度，是常数，0＜&＜1，g是重力加速度。通常，取&＝0.1。
[0087]
本发明还可以通过芯片跌落瞬时加速度判定是否发生跌落，既可以与加速度跌落状态判别公式同时使用，也可以单独使用，辅助输液监控仪跌落状态的判断。
[0088]
实施例4
[0089]
实施例4与实施例1的区别仅在于：增加了倾斜和跌落状态下的卡紧模块，确保滴管中的滴液不会继续滴落。
[0090]
具体的，一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法，发明主要应用于各大医院，辅助其对输液活动进行智能化控制，包括如下步骤：
[0091]
步骤1：在输液监控仪上固定设置六轴传感器，分别将输液监控仪调整至垂直状态和水平状态，六轴传感器分别获取输液监控仪处于垂直状态下的姿态角ω
h
和水平状态的姿态角ω
l
，将垂直状态下的姿态角ω
h
和水平状态下的姿态角ω
l
的数据存储在处理模块中；
[0092]
步骤2：将输液监控仪放置在不同高度h1和h2下，分别进行n次试验使输液监控仪在不施加外力的情况下自由下落，分别记录六轴传感器获取到的在高度h1和h2下跌落地面的加速度a
h1i
和a
h2i
，i＝1,2,
……
,n，并将高度h1和h2下跌落地面的加速度的平均值和的数据存储在处理模块中；
[0093]
步骤3：输液监控仪放置在输液架上，六轴传感器实时将姿态角ω和垂直方向加速度a的数据发送给处理模块；
[0094]
步骤4：处理模块运用姿态角倾斜状态判别公式判别姿态角ω是否处于倾斜状态，当判别结果为实时姿态角ω处于倾斜状态时，启动倾斜预警模块；
[0095]
步骤5：处理模块运用加速度跌落状态判别公式判别加速度a是否处于跌落状态，当判别结果为加速度a处于跌落状态时，启动跌落预警模块。
[0096]
倾斜预警模块启动后，输液监控仪报警的同时，处理模块会将穿过输液监控仪的滴管锁住，确保滴管中的滴液不会继续滴落。
[0097]
具体的，跌落预警模块启动后，输液监控仪报警的同时，处理模块会将处理模块会将穿过输液监控仪的滴管锁住，确保滴管中的滴液不会继续滴落。
[0098]
报警器可以通过现场声电报警器或者光电报警器。cn 208319649 u公开一种输液管内液位监测报警仪，解决了现有输液方式存在安全隐患高和工作强度大的问题，包含液位监测装置和呼叫报警装置，液位监测装置包含壳体，该壳体上设有第一空腔和贯通所述壳体上下表面的柱状腔，第一空腔内安装有控制器和激光探头，与第一空腔相对的壳体的一侧设有第二空腔，该第二空腔内设有光敏组件，该光敏组件和激光探头均与控制器连通；柱状腔设置在第一空腔和第二空腔之间；呼叫报警装置包含音频报警器和/或远程报警器，音频报警器设置在壳体上，且其与控制器连通；远程报警器包含罩体，该罩体可套接在与医护值班室连通的呼叫仪上，且该罩体上设有电磁传动件，通过该电磁传动组件可按压呼叫仪上的呼叫按钮。
[0099]
另外报警器也可以直接通过pad铃声进行提醒。
[0100]
滴管锁住的功能通过步进电机实现。本发明倾斜预警模块启动和跌落预警模块的
启动后，输液监控仪的滴管锁住，确保滴管中的滴液不会继续滴落，提高了设备使用的安全性。
[0101]
本发明涉及到的六轴传感器、处理系统等均为现有产品，不涉及对硬件结构的改进，主要是通过方法的设置，对输液监控仪进行倾斜和预警功能的提醒。
[0102]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0103]
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离保护范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的。
[0104]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。