一种分离式结构的液滴检测装置及高抗干扰检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液滴检测仪器，属于流量监测或医疗器械领域，特别是涉及一种医用液滴检测装置，及高抗干扰的液滴检测方法。
【背景技术】
[0002]据公开数据显示，2011年我国输液市场容量在100亿瓶(袋)以上，相当于13亿人口每人输了 8瓶液，远高于国际上人均2.5?3.3瓶的水平。在如此庞大的市场之中，用户体验变得日益重要，许多病患由于输液过程漫长乏味和身体的不适等原因，会选择睡觉或阅读等方式来等待输液完毕，这就容易导致因处理不及时而血液倒流，或折压输液管等危险状况的发生。
[0003]现有输液监控设备从供电方式可分为有线供电和无线供电。所谓有线供电方式是指设备工作需通过电源线接入固定插座来提供电源，这种方式的弊端在于限制了病患的行动范围。所谓的无线供电方式是指设备自带电池，可独立工作。该方式的优点在于病患输液期间可以行动方便。缺点则是，一般无线设备会配备无线通信模块实现数据交互，功耗较高，这导致了非充电式电池供电的设备更换电池较为频繁，不环保且提高了维护成本；可充电式电池供电的设备，现有都为一体式设备，充电时间较长，实际应用中容易中途电量耗尽，不得不更换整个设备或现场充电，新更换设备需要重定向到指定用户，非常不方便。
[0004]现有输液监控设备在检测液滴的时候通常利用红外传感技术，而设备对莫菲式滴管的机械结构是半敞开式的，这种结构在阳光充足的环境中容易受到其中同波段红外光干扰，导致检测可靠性降低。
[0005]现有输液监控设备在集成电路设计中加入了越来越多的信号处理单元，如信号放大电路、滤波电路、整流电路等，试图将原始信号在进入处理器前处理成适合其算法的新信号，这在一定程度上损失了信号中所包含的信息，并提高了生产成本。
[0006]公开号为CN102716527B的中国发明专利申请公开了一种输液栗液滴检测方法。该方法基于信号处理电路，通过开机后采集一定数量的红外接收管信号(已经电路整形)，并求取其算术平均值的方法获得当前阀值，然后将当前离散数据与当前阀值作差，若差值大于预设值时判定有液滴落下。通过该方法可以在滴管壁凝结小水滴或滴管壁透光性有差异的情况下，自动判定基线，提高了一定的抗干扰性。但在实际应用场景中由于病人会时不时的转动身体或起身行动，使得输液管摇晃倾斜，在这种情况下，一旦液滴抖动，则会连续出现识别为滴落的信号，造成误判；若液滴斜滴，则红外接收管无法检测到完整的液滴信号，其算法的预设值此时无法起到判定液滴落下的效果。
[0007]公开号为CN104606740A的中国发明专利申请公开了一种重力输液器高抗干扰液滴检测结构及方法。该发明中的液滴检测结构采用了一个红外发射管配合三个接收管(倒品字形排列)的方式，能够在滴管摇晃倾斜等情况下有效检测到液滴。其算法也是基于其特殊的结构来做到外界环境影响下做准确检测。该方法在设计上利用了多个传感器，提高了生产成本。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是在于提供一种低成本的分离式结构的液滴检测装置，其通过删除传统电路设计中的信号处理单元降低了生产成本和产品功耗；同时在外观设计上，将分离的探测单元和供电单元通过榫卯结构来进行连接扣合，从而能够将莫菲式滴管封装起来，有效隔绝了外界红外光对设备中红外接收传感器的干扰，提高了检测可靠性；同时，有别于传统一体式设计的设备分离式设计，使替换变得更为便捷，特别在物联网系统中，设备无需重定向用户，只需替换供电单元即可；而所述的供电单元为可充电电源，较传统干电池、纽扣电池供电更为环保。另外本发明还提供了一种适用于上述装置的高抗干扰的液滴检测方法，能够在摇晃、倾斜、抖动、液体粘滞现象、起雾等复杂情况下，对未经电路信号处理单元处理的红外传感器原始信号进行检测分析，并判断液滴是否落下，最终得到流量和滴速。
[0009]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0010]一种分离式结构的液滴检测装置，包括液滴探测单元和供电单元；所述液滴探测单元包括主电路、滴管容纳槽和红外对管，所述红外对管设于所述滴管容纳槽的两侧并连接所述主电路；所述供电单元包含充电电池和电源管理电路；所述供电单元与所述液滴探测单元通过榫卯结构实现扣合或分离，在扣合时所述供电单元通过电源接口为所述液滴探测单元供电。
[0011]进一步地，在所述供电单元和所述液滴探测单元扣合时，所述滴管容纳槽封闭或者呈半开放结构。
[0012]进一步地，所述红外对管与所述滴管容纳槽内滴管的滴嘴口保持固定距离，使红外发射管的发散角覆盖该滴嘴口。
[0013]进一步地，所述榫卯结构中，卯结构设于所述液滴探测单元上，榫结构设于所述供电单元上；或者榫结构设于所述液滴探测单元上，卯结构设于所述供电单元上。
[0014]进一步地，所述电源接口的公头和母头分别设置在所述供电单元和所述液滴探测单元的扣合处。
[0015]进一步地，所述供电单元可以是一个，也可以为至少两个，以便在一个供电单元电量耗尽时可以及时更换其它的供电单元，从而使液滴检测过程持续进行而不中断。
[0016]一种适用于上述装置的高抗干扰的液滴检测方法，包括如下步骤:
[0017]I)通过处理器以固定时间T对红外接收管接收到的信号进行离散采样，并将数据根据先进先出原则存入数组DATA[n]中；
[0018]2)当数组序列累计到NUM个后，遍历数组，取得信号的最大值MAX和最小值MIN，以及MAX在数组中对应的序号Nmax和MIN在数组中对应的序号Nmin ;如已经检测到新的液滴产生的波峰，则将当前新液滴的峰值CurMax赋值给MAX，并在每次遍历后更新其在数组中对应的序号Nmax，同理当前新液滴的谷值CurMin赋值给最小值MIN，并在每次遍历后更新其在数组中对应的序号Nmin ;如序号Nmax、Nmin已被挤出队列，则重新遍历数组取得最大值MAX和最小值MIN，及其对应的数组序号Nmax、Nmin ；
[0019]3)根据最大值MAX和最小值MIN计算场幅AMP = MAX-MIN,如果AMP小于自适应经验值，则判定滴速过快、过慢或停止，进而输出警报信号；如果AMP取值在正常范围内则求得其校正值DIFF ;所述自适应经验值是垂直平稳状态时场幅值VerAmp乘以经验系数PerA，所述校正值DIFF是当前场幅AMP乘以经验系数PerB ；
[0020]4)将处于数组队尾的离散数据DATA[NUM]与最大值MAX和最小值MIN比较，如果数据值走势上升，且队尾数据在最大值MAX上下DIFF区间内，则判定为信号波峰，将FlagPeak置1，并记录其峰值CurMax ;同理如果数据值走势下降，且队尾数据在最小值MIN上下DIFF区间内，则判定为信号波谷，将FlagTrough置1，并记录其谷值CurMin ;
[0021]5)当FlagPeak和FlagTrough的状态值都为I时，或当前场幅AMP明显有别于前场幅PreAMP，则判定液滴数DripNum加1，进而根据滴数DripNum、Nmax和Nmin计算滴速和余量，计算结束后将标志位FlagPeak和FlagTrough置0，将当前场幅AMP赋值前场幅PreAMP ；
[0022]6)当滴速值与正常值不符时，或者当余量到达设定值时，输出警报信号。
[0023]上述方法中，T的优选取值为10?30ms ；NUM的优选取值为100?300 ;垂直平稳状态时场幅值VerAmp的优选取值为100?200mV(该值并不是提前设定，而是开启时自动检测垂直平稳状态时的场幅，根据不同环境进行自适应调整)；经验系数PerA的优选取值为0.04?0.12 ;经验系数PerB的优选取值为0.08?0.15 ;步骤5)所述当前场幅AMP明显有别于前场幅PreAMP，判断场幅明显变化的标准是20%?50%。
[0024]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0025]I)现有的输液监控设备在集成电路设计中加入了越来越多的信号处理单元，本发明在电路设计上反其道而行之，化繁为简，将信号处理部分电路一并去除，最大程度的降低了生产成本；另外，现有技术如CN104606740A中的液滴检测结构采用了一个红外发射管配合三个接收管的方式，即利用了多个传感器，本发明则基于一个红外发射管配对一个红外接收管的方式做到了准确检测，进一步降低了生产成本；
[0026]2)本发明采取了无线供电方式，更利用分离式结构，方便探测单元和供电单元的安装和替换，其中探测单元中包含了无线通信模块，该模块与指定病患唯一配对，实际应用中只需由两个供电单元交替使用即可；解决了一体式设备更换时，需要将新设备重新定向到系统中指定病人的问题；
[0027]3)本发明的分离式结构在组装后能够将莫菲式滴管封闭在设备中，隔离了外界红外光干扰，提高了检测可靠度；
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