專利名稱：一種適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物檢測設備技術領域，涉及一種氣泡檢測裝置，尤其是一種適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置。
背景技術：
生命科學領域探索的不斷持續(xù)深入，大規(guī)模、高通量、低材耗的生物樣本處理模式愈來愈得到人們的重視。在實現(xiàn)高通量、低材耗的檢測過程中，加樣系統(tǒng)不斷抽吸液體，在抽吸變化過程中，液體表面瞬間內(nèi)外壓強不等，容易產(chǎn)生氣泡；而氣泡的存在勢必降低加樣處理精度。在涉及到氣體檢測的生物化學分析實驗中，氣泡濃度過大，導致空氣成分過多， 會帶來影響。人體靜脈輸液時，氣泡過量進入靜脈輸液針或患者，靜脈會形成氣栓，直接影響危害人體健康，進而造成醫(yī)患糾紛和醫(yī)療事故，同時給醫(yī)療單位帶來不必要的經(jīng)濟損失。 氣泡檢測傳感器在血液采集、血液分離設備中是關鍵傳感器器件，實時監(jiān)測生物微管中是否存在空氣氣泡及測量空氣氣泡的大小直接關系到生命安危。目前，針對微管中液體氣泡檢測方法主要有電容式檢測法，光電式檢測法，影像測量法等。電容式檢測方法為被動式檢測方法，其檢測方式和結果依賴于被檢測物體相對介電常數(shù)，不能通過改變電容傳感器的自身參數(shù)來控制檢測精度。另外電容式傳感器輸出阻抗大，負載能力差，易受外界干擾而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。光電式檢測法由于微管內(nèi)無色透明液體對光的吸收程度與空氣對光的吸收程度相比差別不大，光敏晶體管輸出電壓的變化很小，導致微管內(nèi)的空氣氣泡很難被檢測出，只能對輸液血液或有色藥液時輸液管內(nèi)的氣栓進行檢測，適用范圍窄，局限性較大。影像測量安裝麻煩，價格高，計算處理程序復雜，響應速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置，該裝置是一種適用性強，檢測精度和檢測閾值可調(diào)節(jié)的氣泡檢測裝置，適用于不同管徑的液體生物微管，且安裝拆卸方便。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來解決的這種適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置，包括超聲波信號發(fā)射單元、超聲波探頭固定結構和超聲波接收端信號處理單元；所述超聲波探頭固定結構的兩端分別固定有超聲波信號發(fā)射單元的超聲波發(fā)射探頭以及超聲波接收端信號處理單元的超聲波接收探頭，所述超聲波探頭固定結構的中部于所述超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭之間設有生物微管；所述超聲波信號發(fā)射單元產(chǎn)生高頻超聲波信號，透射生物微管，超聲波信號經(jīng)過氣泡后產(chǎn)生衰減，所述超聲波接收端信號處理單元接收衰減信號，并對微弱信號進行放大整形濾波，模數(shù)轉換處理。上述超聲波信號發(fā)射單元采用AT89C51單片機和反相器74LS04產(chǎn)生40KHZ脈沖電壓；所述反相器74LS04的輸出端與所述超聲波發(fā)射探頭連接。
上述超聲波接收端信號處理單元包括依次連接的AD620運算放大器、二階濾波電路、AD7810模數(shù)轉換芯片和AT89C51單片機，所述AT89C51單片機連接有外部寄存器。上述超聲波探頭固定結構包括相鄰的發(fā)射探頭固定塊和接收探頭固定塊，所述發(fā)射探頭固定塊和接收探頭固定塊之間連接有轉換圓管，所述生物微管穿過轉換圓管；所述發(fā)射探頭固定塊內(nèi)固定有超聲波發(fā)射探頭，所述接收探頭固定塊內(nèi)固定有超聲波接收探頭；所述超聲波發(fā)射探頭的輸出端與所述轉換圓管的一端相通，所述超聲波接收探頭的輸入端與轉換圓管的另一端相通。上述發(fā)射探頭固定塊和接收探頭固定塊采用聚氯乙烯材料加工。上述超聲波發(fā)射探頭或接收探頭固定塊包括有一壓電陶瓷金屬外殼，所述壓電陶瓷金屬外殼內(nèi)依次固定有晶片共振斜面、壓電晶片和壓電晶片管腳；所述晶片共振斜面的輸入端與所述壓電晶片的輸出端連接；所述壓電晶片管腳連接至所述壓電晶片上。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的超聲波探頭固定結構適用于不同管徑生物微管，實際使用時，可以通過直孔轉換管進行轉接，同時空氣干擾較少，安裝拆卸方便。超聲波氣泡檢測中，可以使超聲波信號發(fā)射單元采用40KHZ高頻脈沖信號，氣泡檢測精度和檢測閾值可以根據(jù)實際檢測環(huán)境靈活調(diào)節(jié)，有效解決了微管中液體氣泡的檢測。


圖1超聲波氣泡檢測裝置系統(tǒng)圖；圖2超聲波生物微管安裝結構圖；圖3超聲波安裝探頭結構圖；圖4超聲波接收端信號。其中1、發(fā)射探頭固定塊；2、生物微管；3、轉換圓管；4、接收探頭固定塊；5、壓電陶瓷金屬外殼；6、壓電晶片管腳；7、安裝固定孔；8、晶片共振斜面；9、生物微管孔；10、安裝直孔；11、壓電陶瓷晶片。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述如圖1所示一種適應于生物微管氣泡檢測的超聲波傳感裝置，該裝置包括包括超聲波信號發(fā)射單元、超聲波探頭固定結構和超聲波接收端信號處理單元。超聲波探頭固定結構的兩端分別固定有超聲波信號發(fā)射單元的超聲波發(fā)射探頭以及超聲波接收端信號處理單元的超聲波接收探頭，超聲波探頭固定結構的中部于超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭之間設有生物微管；超聲波信號發(fā)射單元采用單片機產(chǎn)生脈沖電壓驅動壓電陶瓷晶片，發(fā)射高頻超聲脈沖信號，超聲波信號通過超聲波探頭固定結構傳播，透射生物微管，超聲波信號經(jīng)過氣泡后產(chǎn)生衰減，超聲波接收端信號處理單元接收衰減信號，并對微弱信號進行放大整形濾波，模數(shù)轉換處理，進而完成氣泡大小和體積檢測。基于以上本發(fā)明的基本結構，以下通過具體實施例詳細說明該適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置在本發(fā)明的較佳實施例中，超聲波信號發(fā)射單元采用AT89C51單片機和反相器74LS04產(chǎn)生40KHZ脈沖電壓；反相器74LS04的輸出端與超聲波發(fā)射探頭連接。超聲波接收端信號處理單元包括依次連接的AD620運算放大器、二階濾波電路、AD7810模數(shù)轉換芯片和AT89C51單片機，其中AT89C51單片機連接外部寄存器。如圖2所示本發(fā)明的超聲波探頭固定結構包括相鄰的發(fā)射探頭固定塊1和接收探頭固定塊4，發(fā)射探頭固定塊1和接收探頭固定塊4采用聚氯乙烯材料加工。其中發(fā)射探頭固定塊1和接收探頭固定塊4之間連接有轉換圓管3，生物微管2穿過轉換圓管3。發(fā)射探頭固定塊1內(nèi)固定有超聲波發(fā)射探頭，接收探頭固定塊內(nèi)固定有超聲波接收探頭；超聲波發(fā)射探頭的輸出端與轉換圓管3的一端相通，超聲波接收探頭的輸入端與轉換圓管3的另一端相通。參見圖3，本發(fā)明設置在發(fā)射探頭固定塊1或接收探頭固定塊4內(nèi)的超聲波發(fā)射探頭或接收探頭固定塊結構相同，均包括有一壓電陶瓷金屬外殼5，壓電陶瓷金屬外殼 5內(nèi)依次固定有晶片共振斜面8、壓電晶片11和壓電晶片管腳6 ；晶片共振斜面8的輸入端與壓電晶片11的輸出端連接；壓電晶片管腳6連接至壓電晶片11上，其中壓電晶片管腳6 和壓電晶片11是通過設置在壓電陶瓷金屬外殼5內(nèi)的絕緣固定塊來固定的(如圖3)。壓電陶瓷金屬外殼5通過設置在發(fā)射探頭固定塊1或接收探頭固定塊4內(nèi)的安裝孔7固定在固定塊內(nèi)部，在發(fā)射探頭固定塊1或接收探頭固定塊4前部垂直設置有安裝直孔10，該安裝直孔10是用于安裝轉換圓管3，轉換圓管3的兩端分別于兩端固定塊中的晶片共振斜面 8相通，安裝直孔10的內(nèi)端口是喇叭形狀，其角度如圖中所示，成63度，喇叭形狀正好與晶片共振斜面8的喇叭口相對。在發(fā)射探頭固定塊1或接收探頭固定塊4前端面之間形成了一個穿過安裝直孔10的生物微管孔9，生物微管2從生物微管孔9穿過，并利用PDMS對生物微管孔9進行密封除氣。本發(fā)明的工作過程如下超聲波信號發(fā)射單元的單片機產(chǎn)生脈沖電壓，通過壓電晶片管腳6驅動壓電陶瓷晶片11，使其產(chǎn)生共振，超聲波束通過晶片共振斜面8和安裝直孔10的喇叭口匯聚，在直孔中傳播，超聲波信號發(fā)射單元的單片機產(chǎn)生脈沖電壓(脈沖電壓可選擇40KHZ)，利用 74LS04反相器反相加強電壓信號并通過壓電晶片管腳6驅動壓電陶瓷晶片11，使其產(chǎn)生共振，超聲波束通過晶片共振斜面8和安裝直孔10的喇叭口匯聚，在直孔中傳播后，脈沖信號透過生物微管2后至另一端的安裝直孔10，當?shù)竭_超聲波接收單元時，超聲波接收單元采用AD620運算放大器進行放大并利用二階濾波電路進行濾波整形，AD620運算放大器作為高精度儀表放大器，只需要用一個外部電阻器，就能設置可調(diào)范圍寬達1 1000的放大器增益，采用AD7810模數(shù)轉換芯片將超聲波接收信號轉換為數(shù)字量信號，超聲波在液體中傳播至氣體中，能量會發(fā)生衰減，幅值變小；利用AT89C51單片機對衰減信號進行處理，判斷幅值大小確定氣泡檢測閾值，并將結果保存在外部寄存器，如圖4所示。
權利要求
1.一種適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置，其特征在于包括超聲波信號發(fā)射單元、超聲波探頭固定結構和超聲波接收端信號處理單元；所述超聲波探頭固定結構的兩端分別固定有超聲波信號發(fā)射單元的超聲波發(fā)射探頭以及超聲波接收端信號處理單元的超聲波接收探頭，所述超聲波探頭固定結構的中部于所述超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭之間設有生物微管；所述超聲波信號發(fā)射單元產(chǎn)生高頻超聲波信號，透射生物微管，超聲波信號經(jīng)過氣泡后產(chǎn)生衰減，所述超聲波接收端信號處理單元接收衰減信號，并對微弱信號進行放大整形濾波，模數(shù)轉換處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置，其特征在于所述超聲波信號發(fā)射單元采用AT89C51單片機和反相器74LS04產(chǎn)生40KHZ脈沖電壓；所述反相器74LS04的輸出端與所述超聲波發(fā)射探頭連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置，其特征在于超聲波接收端信號處理單元包括依次連接的AD620運算放大器、二階濾波電路、AD7810模數(shù)轉換芯片和AT89C51單片機，所述AT89C51單片機連接有外部寄存器。
4.根據(jù)權利要求1所述的適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置，其特征在于所述超聲波探頭固定結構包括相鄰的發(fā)射探頭固定塊(1)和接收探頭固定塊G)，所述發(fā)射探頭固定塊(1)和接收探頭固定塊(4)之間連接有轉換圓管(3)，所述生物微管( 穿過轉換圓管(3)；所述發(fā)射探頭固定塊(1)內(nèi)固定有超聲波發(fā)射探頭，所述接收探頭固定塊內(nèi)固定有超聲波接收探頭；所述超聲波發(fā)射探頭的輸出端與所述轉換圓管(3)的一端相通，所述超聲波接收探頭的輸入端與轉換圓管(3)的另一端相通。
5.根據(jù)權利要求4所述的適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置，其特征在于所述發(fā)射探頭固定塊(1)和接收探頭固定塊(4)采用聚氯乙烯材料加工。
6.根據(jù)權利要求1或4所述的適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置，其特征在于 所述超聲波發(fā)射探頭或接收探頭固定塊包括有一壓電陶瓷金屬外殼(5)，所述壓電陶瓷金屬外殼(5)內(nèi)依次固定有晶片共振斜面(8)、壓電晶片(11)和壓電晶片管腳(6)；所述晶片共振斜面(8)的輸入端與所述壓電晶片(11)的輸出端連接；所述壓電晶片管腳(6)連接至所述壓電晶片(11)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于生物微管的超聲波氣泡檢測裝置，包括超聲波信號發(fā)射單元、超聲波探頭固定結構和超聲波接收端信號處理單元；超聲波探頭固定結構的兩端分別固定有超聲波信號發(fā)射單元的超聲波發(fā)射探頭以及超聲波接收端信號處理單元的超聲波接收探頭，超聲波探頭固定結構的中部于超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭之間設有生物微管。本發(fā)明適用于不同管徑生物微管，實際使用時，可以通過直孔轉換管進行轉接，同時空氣干擾較少，安裝拆卸方便。超聲波氣泡檢測中，可以使超聲波信號發(fā)射單元采用40KHZ高頻脈沖信號，氣泡檢測精度和檢測閾值可以根據(jù)實際檢測環(huán)境靈活調(diào)節(jié)，有效解決了微管中液體氣泡的檢測。
文檔編號G01V9/00GK102183797SQ201110051759
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權日2011年3月4日
發(fā)明者周亞鵬, 張群明, 張翔, 樊亞龍, 王朝暉, 王進舉, 蔣莊徳 申請人:西安交通大學