一种压力检测电路及输液泵设备的制作方法

1.本实用新型涉及电路控制领域，具体而言，涉及一种压力检测电路及输液泵设备。


背景技术：

2.目前，在输注泵产品中，根据产品本身的特性和应用场所，在使用时需要对输液管的管壁压力状态进行监测，当输液泵因其他原因造成堵塞时，压力传感器能准确检测到压力大小变化，以发出报警信息。另外，压力传感器还可用来对输液管中液体压力测量，从而对液体的流速进行测量和控制。注药泵类型的医疗器械产品在临床使用时会发生管路堵塞的情况，如果不能及时处理，对患者有一定的医疗风险存在。
3.现有的堵塞压力检测方案通常使用常规的应变式压力传感器和半导体压阻式压力传感器，现有市场上应用的应变式压力传感器和半导体压阻式压力传感器的外形尺寸相对固定，体积较大，价格较高，检测周期长。且压力传感器信号经普通放大器进行放大容易存在共模干扰差，信号容易失真，从而影响单片机的判断，且现有的电路连接方式无法避免压力传感器本身存在的零点漂移导致的输出灵敏度偏差，压力检测的准确性大打折扣。
4.综上所述，亟需提供一种能够对堵塞进行检测的高可靠性和稳定性方法及系统。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种压力检测电路及输液泵设备，具体方案如下：
6.第一方面，本公开实施例提供了一种压力检测电路，所述压力检测电路包括压力检测单元、偏移调整单元和信号放大单元；
7.所述压力检测单元包括压力传感器；
8.所述压力传感器的感应电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻均为应变电阻；
9.所述第一电阻经由第一节点与所述第三电阻串联形成第一支路，所述第二电阻经由第二节点与所述第四电阻串联形成第二支路，所述第一支路和所述第二支路并联后的一端连接电源，另一端接地；
10.所述偏移调整单元的两端分别与所述第一节点和所述第二节点连接，所述信号放大单元的同向信号输入引脚与所述第一节点连接，所述信号放大单元的反向信号输入引脚与所述第二节点连接。
11.根据本公开的一种具体实施方式，所述压力传感器为金属应变片式压力传感器；
12.所述压力传感器的长度为23mm、宽度为8mm和厚度为0.8mm。
13.根据本公开的一种具体实施方式，所述偏移调整单元包括可调电阻。
14.根据本公开的一种具体实施方式，所述信号放大单元包括仪表放大器和增益调整电阻；
15.所述增益调整电阻串联连接在所述仪表放大器的第一rg引脚和第二rg引脚上；
16.所述仪表放大器的同向信号输入引脚与所述第一节点连接；
17.所述仪表放大器的反向信号输入引脚于所述第二节点连接。
18.根据本公开的一种具体实施方式，所述电路还包括输出电阻和报警处理单元；
19.所述输出电阻的一端连接在所述仪表放大器的信号输出引脚，所述输出电阻的另一端连接所述报警处理单元。
20.根据本公开的一种具体实施方式，所述输出电阻的另一端还通过一个电容接地。
21.根据本公开的一种具体实施方式，所述报警处理单元包括单片机和报警器；
22.所述单片机的信号输入端通过所述输出电阻连接所述仪表放大器的信号输出引脚；
23.所述单片机与所述报警器连接。
24.根据本公开的一种具体实施方式，所述压力传感器用于设置在输液泵的输液管道上，以检测输液管道压力变化。
25.根据本公开的一种具体实施方式，所述增益调整电阻进行增益调整的计算公式为g＝1+(100kω/rg)，其中，g为增益，rg为所述增益调整电阻的阻值。
26.第二方面，本公开实施例还提供了一种输液泵设备，包括输液泵以及第一方面所述的压力检测电路；
27.所述压力检测电路设置在所述输液泵的输液管道上。
28.本公开实施例提供的一种压力检测电路及输液泵设备，通过压力检测单元检测所述压力的变化，从而能够产生电压差分信号，以通过所述偏移调整单元输入到所述信号放大单元，所述信号放大单元对接收到的电压差分信号进行放大，从而保证所采集信号的稳定，所述压力检测电路通过偏移调整单元调整所述压力检测单元的偏移误差，通过信号放大单元调整所述压力检测单元的增益误差，从而保障输入到单片机设备中的电压差分信号的稳定和准确，使得对压力状态的检测更加准确，从而更好的提升产品的安全性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
30.图1为本实用新型实施例提供的一种压力检测电路的连接示意图；
31.图2为本实用新型实施例提供的一种压力检测电路的电路示意图；
32.图3为本实用新型实施例提供的一种压力检测电路的另一连接示意图。
33.图标：压力检测电路
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100；压力检测单元
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110；压力传感器
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111；偏移调整单元
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120；可调电阻
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121；信号放大单元
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130；仪表放大器
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131；报警处理单元
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140；单片机
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141；报警器
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142。
具体实施方式
34.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描
述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
40.请参阅图1，为本实施例提供的一种压力检测电路100的连接示意图。如图1和图2所示，所述压力检测电路100包括压力检测单元110、偏移调整单元120和信号放大单元130；
41.所述压力检测单元110包括压力传感器111；
42.所述压力传感器111的感应电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻均为应变电阻；
43.所述第一电阻经由第一节点与所述第三电阻串联形成第一支路，所述第二电阻经由第二节点与所述第四电阻串联形成第二支路，所述第一支路和所述第二支路并联后的一端连接电源，另一端接地；
44.所述偏移调整单元120的两端分别与所述第一节点和所述第二节点连接，所述信号放大单元130的同向信号输入引脚与所述第一节点连接，所述信号放大单元130的反向信号输入引脚与所述第二节点连接。
45.其中，所述压力传感器111的感应电路包括所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻并联在供电电源上形成电桥，在所述第一支路上的第一节点和在所述第二支路上的第二节点是所述电桥电路的信号输出端。如图2所示，所述第一电阻为r1，所述第二电阻为r2，所述第三电阻为r3，所述第四电阻为r4。
46.所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻均为应变电阻，可以随着机械形变而产生阻值的变化。以金属丝应变电阻为例，金属丝应变电阻的电阻值可用
下式表示：
47.ρ＝s/l；
48.式中：ρ——金属丝应变电阻的电阻率，应变电阻单位欧姆；
49.s——导体的截面积，单位平方厘米；
50.l——导体的长度，单位米。
51.当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，其电阻值也会随之发生改变。假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化(通常是测量电阻两端的电压)，即可获得应变金属丝的应变情况。
52.如图2的第一部分电路所示，当所述压力传感器上没有压力时，所述第一支路上的电阻和所述第二支路上的电阻的阻值是相等的。当有外力作用于所述压力传感器上时，处于同一支路上的两个相向电阻的阻值将增加，而另两个电阻的阻值将减小，而且增加和减小的阻值彼此相等。从而当所述压力传感器上检测到压力时，可以在所述第一支路和所述第二支路上因为电阻的不同从而产生电压差分信号。
53.相较于传统的应变片压力传感器和半导体压阻式压力传感器，本实施例中采用的压力传感器在体积上更小，更方便于在空间中进行放置。所述传统的应变片式压力传感器的长度为32mm、宽度为8mm，厚度为6mm，所述半导体压阻式压力传感器的直径为20mm，厚度为65mm。
54.具体的，所述压力传感器111为金属应变片式传感器，所述压力传感器111的体积小于所述传统的应变片式压力传感器，具体的长度、宽度和厚度可根据实际情况进行设置，优选的，所述压力传感器111的长度为23mm，所述压力传感器111的宽度为8mm，所述压力传感器111的厚度为0.8mm。
55.本实施例中优选的压力传感器属于超薄型微型化金属应变片式压力传感器，由于其超薄微型的特点，在产品结构设计中，可以以更小、更简单和更合理的空间布置方式进行放置，固定方式和装配也相对简化，从而从结构上与压力传感器配合实现检测输液管路压力的功能。
56.如图2的第二部分电路所示，所述电路上还包括有偏移调整单元120，所述偏移调整单元120包括可调电阻121。
57.在具体实施时，所述传感器往往存在偏移误差，所述偏移误差指在没有压力作用于传感器时，所述传感器仍存在输出差分信号，这是由于无法保证所述传感器的第一支路和第二支路上的电阻值完全相等。
58.所述偏移调整单元120的两端分别与所述第一节点和所述第二节点连接，从而可以通过所述可调电阻121，调节所述第一支路和所述第二支路上的阻值大小。通过所述偏移调整单元120的设置，能够减少传感器偏移造成的检测精度的影响，通过所述可调电阻121的调节，可以为传感器做校准，使得所述传感器的偏移可控，从而保证压力检测信号的准确。如图2所示，所述可调电阻121为r5。
59.在具体实施过程中，所述压力传感器中还存在有增益误差，所述增益误差是指所述压力传感器输出相对于施加在所述传感器上外力的检测信号的敏感程度，在对所述差分信号进行放大时存在有偏差，导致后续输入至单片机141中的信号产生偏差，影响对所述施
加的压力的判定。
60.根据本公开的一种具体实施方式，所述信号放大单元130包括仪表放大器131和增益调整电阻；
61.所述增益调整电阻串联连接在所述仪表放大器131的第一rg引脚和第二rg引脚上；
62.所述仪表放大器131的同向信号输入引脚与所述第一节点连接；
63.所述仪表放大器131的反向信号输入引脚于所述第二节点连接。
64.具体的，所述仪表放大器131可以为ina333号仪表放大器，也可以为ad620号仪表放大器，此处不对所述仪表放大器的型号作具体限定。
65.如图2第三部分电路所示，所述仪表放大器131的第2引脚，即所述同相输入引脚和所述第二节点连接，所述仪表放大器131的第3引脚，即所述反相输入引脚与所述第一节点连接，从而可以通过所述同相输入引脚和所述反相输入引脚接收来自所述压力传感器输出的差分信号。
66.所述仪表放大器131的第1引脚和第8引脚，即所述第一rg引脚和所述第二rg引脚上串联有一个增益调整电阻。所述增益调整电阻的阻值可以根据实际需要进行调整，通过调整所述增益调整电阻的阻值，从而能够调整对于差分信号处理的增益。其中，所述增益调整电阻为rg。
67.具体实施时，所述增益调整电阻进行增益调整的计算公式为g＝1+(100kω/rg)，其中，g为增益，rg为所述增益调整电阻的阻值。
68.举例来说，假如压力传感器输出的电压差分信号的电压差为0.1v，rg＝5.26k，则根据公式g＝1+(100kω/rg)得出增益g＝20db，放大倍数a取增益对数，则g＝20lga，a＝10，所以所述仪表放大器的输出电压为0.1v*10＝1v。
69.所述仪表放大器较普通放大器具有输入阻抗高、低输入偏移、低输出阻抗、低噪声、低失调电压电流和高共模抑制比(common mode rejection ratio，简称cmrr)的优点。因此在同样的差分信号输入和同样的干扰环境中，由于输入信号为模拟信号，所述仪表放大器能够最大程度保证更高的信号输入稳定性，更低的输出信号失真比。
70.根据本公开的一种具体实施方式，所述压力传感器111用于设置在输液泵的输液管道上，以检测输液管道压力变化。
71.通过所述仪表放大器输出至处理设备中的模拟电压量会更加准确，判断的压力灵敏度和稳定性也就更高，从而对于输液泵的输液管路在输液时的压力状态有更高的检测性和准确性，能够更好的提升产品的安全性，保证患者的安全。
72.参考图2和图3，为本公开实施例提供的一种压力检测电路100的电路示意图和另一连接示意图，如图2和图3所示，所述电路还包括输出电阻和报警处理单元140；
73.所述输出电阻的一端连接在所述仪表放大器131的信号输出引脚，所述输出电阻的另一端连接所述报警处理单元140。
74.其中，所述输出电阻用于承载所述仪表放大器131输出的电压信号，并将所述仪表放大器131输出的电压信号传输至所述报警处理单元140，以使所述报警处理单元140根据所述电压信号的大小判断是否需要执行报警动作。如图2所示，所述输出电阻为r6。
75.根据本公开的一种具体实施方式，所述输出电阻的另一端还通过一个电容接地。
76.所述电容c1与所述输出电阻形成一个滤波电路，以保证输入至所述报警处理单元140的输出信号的稳定。
77.具体实施时，所述报警处理单元140包括单片机141和报警器142；
78.所述单片机141的信号输入端通过所述输出电阻连接所述仪表放大器131的信号输出引脚；
79.所述单片机141与所述报警器142连接。
80.其中，所述单片机141在接收了所述仪表放大器131的输出电压后，根据adc采样电压值，即所述输出电压的大小，通过预设的算法公式计算压力等级值。所述压力等级值共分为13档，10kpa为第1档，按10kpa递增，第13档的压力值为130kpa。
81.当所述单片机141计算出的压力等级值超过预设档位时，则向所述报警器142发送报警信号，以控制所述报警器142进行报警。其中，所述预设档位可以根据实际情况进行设置，此处不作限定。
82.所述报警器142可以为语音报警器、弹窗报警器或其它报警器，此处不作限定。
83.另外，本公开实施例还提供了一种输液泵设备，包括输液泵以及第一方面所述的压力检测电路100；
84.所述压力检测电路100设置在所述输液泵的输液管道上。
85.具体实施时，所述压力检测电路100可以设置在所述输液泵的输液管道内壁，用于检测所述输液泵在进行输液时对于管道施加压力的大小，并根据实际检测情况进行报警动作，以保证所述输液泵在进行输液时的安全性。所述压力检测电路100也可以设置在输液泵的其它位置，根据实际检测效果决定，此处不作限定。
86.当然，所述压力检测电路100也可以用于检测其它设备的压力情况，具体检测过程参考上述实施例中所述的步骤，此处不一一举例说明。
87.综上所述，本公开实施例提供的一种压力检测电路及输液泵设备，使用了超薄型微型化金属应变片式压力传感器，用于检测输液泵输液管道在输液时的压力大小，因为本公开使用的金属应变片式压力传感器相对于传统的应变片式传感器和半导体压力传感器更小，从而可以更加方便的布置在输液泵中。另外，本公开实施例通过设置了偏移调整单元和信号放大电源，从而可以大大消除压力传感器输出信号的偏移误差和增益误差，通过可调电阻的设置，使得误差得到有效控制，并使得输入到单片机中的信号有更好的稳定性和更低的信号失真比，使得压力判定的过程更加准确，从而对输液管路输液时的压力状态有更高的检测性和准确性，从而保障产品使用的安全。
88.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。