本發(fā)明涉及一種容量傳感裝置，特別是涉及一種高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置，屬于醫(yī)療傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

醫(yī)療藥物輸注系統(tǒng)是目前很多疾病的常規(guī)治療設(shè)備，如針筒輸注泵，胰島素泵等。按照輸注藥物的不同和治療方式的不同，對輸注有不同的要求，如胰島素輸注過多或過少對病人都有致命的影響，因此輸注的精度和穩(wěn)定是其輸注的基本要求。而輸注的精度主要依賴于對輸注量的測量精度。目前可穿戴式醫(yī)療設(shè)備的普及，對傳感器的尺寸和重量又提出了很高的要求。

現(xiàn)有的胰島素泵或針筒輸注泵基本采用步進馬達，因此輸注量的測量大致采用的技術(shù)有直接測量步進馬達的驅(qū)動脈沖數(shù)，這是一種可靠性較低的開環(huán)系統(tǒng)，無法避免“失步”誤差，因此只能針對常規(guī)藥物的輸注。進一步的技術(shù)是增加光電或Hall效應(yīng)的馬達轉(zhuǎn)動編碼器，組成閉環(huán)系統(tǒng)，使得輸注量測量的可靠性大幅度提高。但是，這種測量還是一種間接的測量，驅(qū)動機械的誤差和隨時間的機械弛豫造成了測量的誤差，測量穩(wěn)定性不夠。間接測量，機械鏈接的誤差都造成了測量精度不夠。因此直接高精度的測量成為醫(yī)療輸注的需要，特別是可佩戴輸注醫(yī)療儀器需要微小的傳感測試技術(shù)，美國Medtronic公司采用了微小線性電阻或電容的方法來直接測量胰島素泵的輸注量測量，但精度的分辨率還是不夠，同時傳感器的時間穩(wěn)定性不夠，因為這是機械接觸摩擦性的裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置，提升藥物輸注量測量的精度。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置，包括藥物輸注運動件、驅(qū)動源、光源、光探測裝置和信號處理模塊；所述藥物輸注運動件通過位移推壓藥物進行輸注；所述驅(qū)動源與光源和信號處理模塊電連接，用于驅(qū)動光源發(fā)光，所述驅(qū)動源向信號處理模塊發(fā)送光源的入射光的信息；所述光源向藥物輸注運動件發(fā)出入射光，所述入射光經(jīng)藥物輸注運動件反射后由光探測裝置接收；所述光探測裝置與信號處理模塊電連接，所述光探測裝置向信號處理模塊發(fā)送接收的反射光的信息；所述信號處理模塊根據(jù)入射光的信息的反射光的信息計算藥物輸注運動件位移距離，并計算藥物輸注量。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述入射光的信息包括入射光的相位信息和頻率，所述反射光的信息包括反射光的相位信息。

進一步的，所述信號處理模塊進行模擬相敏相位差檢測或者數(shù)字式相位差檢測入射光和反射光的相位差。

為了排除相位差檢測噪聲，在本發(fā)明的一個具體實施例中，包括參考光反射面，所述光探測裝置包括參考反射光探測器，所述入射光經(jīng)參考光反射面反射形成參考反射光由參考反射光探測器接收，所述參考反射光探測器將參考反射光的信息發(fā)送給信號處理模塊。

進一步的，所述信號處理模塊根據(jù)反射光的信息和參考反射光的信息對反射光的信息進行差分放大除噪。

為了進一步提升容量傳感裝置的測量精度，在本發(fā)明的一個具體實施例中，包括分光片，所述分光片設(shè)置于光源和藥物輸注運動件之間，所述光探測裝置接收由分光片反射的第二反射光和反射光形成的相關(guān)光，并將所述相關(guān)光的信息發(fā)送給信號處理模塊。

進一步的，所述相關(guān)光的信息為相干光的強弱周期。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述藥物輸注運動件設(shè)有光柵，所述反射光經(jīng)過所述光柵形成衍射條紋，所述光探測裝置接收衍射條紋，并將所述衍射條紋的信息發(fā)送給信號處理模塊。

進一步的，所述衍射條紋的信息為衍射條紋的移動距離，所述光探測裝置為CCD或CMOS光探測列陣。

本發(fā)明所提供的技術(shù)方案的優(yōu)點在于：采用非接觸式的光電技術(shù)提高精度和可靠性；采用光學(xué)千分尺的方法、光學(xué)相位干涉測量技術(shù)分別使得測量精度達到微米量級、亞微米量級；采用光學(xué)調(diào)制的方法提高測量的抗環(huán)境干擾能力，同時提高傳感器的信噪比；采用光學(xué)濾波技術(shù)和紅外光技術(shù)，實現(xiàn)高信噪比和靈敏度；采用光機電一體化集成，光源，探頭和信號一體化，提高穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說明

圖1為實施例1的高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實施例2的高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為實施例3的高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為實施例4的高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1

請參考圖1所示，本實施例的高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置包括藥物輸注裝置、驅(qū)動源102、光源103、光探測裝置104和信號處理模塊105。藥物輸注裝置包括了藥物管100和活塞101，活塞101即為藥物輸注運動件，其可通過步進電機連接傳動機構(gòu)后再藥物管100內(nèi)做直線推動，推壓藥物管100內(nèi)藥物完成輸注動作。

驅(qū)動源102用于驅(qū)動光源103發(fā)光，其與光源103和信號處理模塊105電連接。同時驅(qū)動源102用于將光源調(diào)制信號發(fā)送給信號處理模塊105處理。光源103采用LED或者激光管進行發(fā)光，其發(fā)光參數(shù)由驅(qū)動源102確定，由光源103發(fā)射的入射光a射向藥物輸注運動件，即射向活塞101，在活塞101尾端設(shè)置光反射面反射入射光a形成反射光b。

光探測裝置104與光源設(shè)置103在藥物輸注運動件的同側(cè)用于接收由光反射面反射形成的反射光b，光探測裝置104包括多個光探測器用于檢測反射光b的相位，光探測裝置104與信號處理模塊105電連接，其將反射光b的相位信息發(fā)送給信號處理模塊105。信號處理模塊105根據(jù)驅(qū)動源102發(fā)送的光源調(diào)制信號計算獲得入射光a的相位，以及根據(jù)光探測裝置104發(fā)送的反射光b的相位，進行模擬相敏相位差檢測或者數(shù)字式相位差檢測得到入射光a以及反射光b的相位差。該相位差是調(diào)制的光源103經(jīng)過反射的光程形成一定的，測量出的相位差，結(jié)合光速和光源調(diào)制信號的頻率就可以測量出光源103—活塞101尾端—光探測裝置104的距離，進而推算出活塞101的移動距離，再依據(jù)活塞101移動距離與藥物輸注量的固定關(guān)系即可獲得對應(yīng)的藥物輸注量。其中活塞101移動距離與藥物輸注量的固定關(guān)系可由預(yù)先進行的測量取得。

實施例2

請參考圖2所示，本實施例的高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置包括藥物輸注裝置、驅(qū)動源202、光源203、光探測裝置、參考光反射面206和信號處理模塊205。藥物輸注裝置包括了藥物管200和活塞201，活塞201即為藥物輸注運動件，其可通過步進電機連接傳動機構(gòu)后再藥物管200內(nèi)做直線推動，推壓藥物管200內(nèi)藥物完成輸注動作。

驅(qū)動源202用于驅(qū)動光源203發(fā)光，其與光源203和信號處理模塊205電連接。同時驅(qū)動源202用于將光源調(diào)制信號發(fā)送給信號處理模塊205處理。光源203采用LED或者激光管進行發(fā)光，其發(fā)光參數(shù)由驅(qū)動源202確定。由光源203發(fā)射的入射光c射向藥物輸注運動件，即射向活塞201，在活塞201尾端設(shè)置光反射面反射入射光c形成反射光d。同時光源203還向參考光反射面發(fā)送入射光c，參考光反射面206反射其入射光c形成參考反射光e。

光探測裝置與光源203設(shè)置在藥物輸注運動件的同側(cè)，光探測裝置包括反射光探測裝置204和參考反射光探測器204a。其中反射光探測裝置204用于接收由光反射面反射形成的反射光d，參考反射光探測器204a用于接收參考光反射面206反射形成的參考反射光e。反射光探測裝置204包括多個光探測器用于檢測反射光d的相位，反射光探測裝置204與信號處理模塊205電連接，其將反射光d的相位信息發(fā)送給信號處理模塊205。參考反射光探測器204a用于檢測參考放射光e的光強，其將參考反射光e的光強信息發(fā)送給信號處理模塊205。

信號處理模塊205包括差分放大器，差分放大器利用參考反射光e的光強信息對反射光d的相位信息做差分放大，消除由于光強起伏造成的反射光相位噪聲。信號處理模塊205根據(jù)驅(qū)動源202發(fā)送的光源調(diào)制信號計算獲得入射光c的相位，以及根據(jù)消除噪聲的反射光d的相位，進行模擬相敏相位差檢測或者數(shù)字式相位差檢測得到入射光c以及反射光d的相位差。該相位差是調(diào)制的光源203經(jīng)過反射的光程形成一定的，測量出的相位差，結(jié)合光速和光源調(diào)制信號的頻率就可以測量出光源203—活塞201尾端—光探測裝置的距離，進而推算出活塞201的移動距離，再依據(jù)活塞201移動距離與藥物輸注量的固定關(guān)系即可獲得對應(yīng)的藥物輸注量。其中活塞201移動距離與藥物輸注量的固定關(guān)系可由預(yù)先進行的測量取得。

實施例3

請參考圖3所示，本實施例的高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置包括藥物輸注裝置、驅(qū)動源302、光源303、光探測裝置304、分光片306和信號處理模塊305。藥物輸注裝置包括了藥物管300和活塞301，活塞301即為藥物輸注運動件，其可通過步進電機連接傳動機構(gòu)后再藥物管300內(nèi)做直線推動，推壓藥物管300內(nèi)藥物完成輸注動作。

驅(qū)動源302用于驅(qū)動光源303發(fā)光，其與光源303和信號處理模塊305電連接。同時驅(qū)動源302用于將光源調(diào)制信號發(fā)送給信號處理模塊305處理。光源303采用LED或者激光管進行發(fā)光，其發(fā)光參數(shù)由驅(qū)動源302確定。由光源303發(fā)射的入射光f射向藥物輸注運動件，即射向活塞301，在活塞301尾端設(shè)置光反射面反射入射光f形成反射光g。分光片306設(shè)置在光源303和活塞301之間，因此由光源303發(fā)射的入射光f一部分透過分光片306由活塞301尾段的光反射面反射，另一部分直接由分光片306反射形成第二反射光h。

光探測裝置304與光源303設(shè)置在藥物輸注運動件以及分光片306的同側(cè)用于接收由光反射面反射形成的反射光g和分光片306反射的第二反射光h，反射光g和第二反射光h形成相干光，活塞301移動時，相干光強弱發(fā)生變化。光探測裝置304用于檢測相干光的強弱周期，光探測裝置304與信號處理模塊305電連接，其將相干光的強弱周期信息發(fā)送給信號處理模塊305。信號處理模塊305根據(jù)驅(qū)動源302發(fā)送的光源調(diào)制信號以及該相干光的強弱周期信息可以測量出光源303—活塞301尾端—光探測裝置304的距離，進而推算出活塞301的移動距離，再依據(jù)活塞301移動距離與藥物輸注量的固定關(guān)系即可獲得對應(yīng)的藥物輸注量。其中活塞301移動距離與藥物輸注量的固定關(guān)系可由預(yù)先進行的測量取得。本實施例可以以實施例2的方式進行測量也可以進行相干光的測量，分光片306成為一個基準(zhǔn)，測量活塞301移動時相干光強弱周期，測量精度可以達到亞微米。

實施例4

請參考圖4所示，本實施例的高精度藥物輸注系統(tǒng)的容量傳感裝置包括藥物輸注裝置、驅(qū)動源402、光源403、光探測裝置404和信號處理模塊405。藥物輸注裝置包括了藥物管400和活塞401，活塞401即為藥物輸注運動件，其可通過步進電機連接傳動機構(gòu)后再藥物管400內(nèi)做直線推動，推壓藥物管400內(nèi)藥物完成輸注動作。

驅(qū)動源402用于驅(qū)動光源403發(fā)光，其與光源403和信號處理模塊405電連接。同時驅(qū)動源402用于將光源調(diào)制信號發(fā)送給信號處理模塊405處理。光源403采用LED或者激光管進行發(fā)光，其發(fā)光參數(shù)由驅(qū)動源402確定，由光源403發(fā)射的入射光i射向藥物輸注運動件，即射向活塞401，在活塞401尾端設(shè)置光反射面及光柵406使反射光形成反射光的衍射條紋j。

光探測裝置404與光源403設(shè)置在藥物輸注運動件的同側(cè)用于接收由活塞401尾端反射形成的衍射條紋j，光探測裝置404采用探測器列陣如CCD或CMOS光探測列陣，測量衍射條紋j的移動，并將衍射條紋信息發(fā)送給信號處理模塊405。信號處理模塊405根據(jù)衍射條紋j的橫向移動信息，結(jié)合光速和光源調(diào)制信號的頻率就可以測量出光源403—活塞401尾端—光探測裝置404的距離，進而推算出活塞401的移動距離，再依據(jù)活塞401移動距離與藥物輸注量的固定關(guān)系即可獲得對應(yīng)的藥物輸注量。其中活塞401移動距離與藥物輸注量的固定關(guān)系可由預(yù)先進行的測量取得。本實施例將活塞401的橫向移動測量轉(zhuǎn)變?yōu)檠苌錀l紋j的縱向移動測量，精度可達到微米級別。