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1、3超声波空气探测器的研究孙以泽1王其明21(哈尔滨工业大学哈尔滨150001)2(威海北洋电气集团威海264209)摘要针对血液采集、回输、成份分离等精密医用仪器在运行中可能出现的密封管道内空气气泡问题,探讨了检测方法,研制了高精度、高可靠性的超声波空气探测器,并在新研制的血浆单采仪上获得了成功的应用。关键词空气气泡超声波探测器ResearchonUltrasonicWaveAirDetectorSunYize1WangQiming21(HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)2(WeihaiB
2、eiyangElectricGroupCo.,Ltd,Weihai264209,China)AbstractThearticleisaimedattheproblemthattheairbubbleisprobablyoccurredduringtheprocessesofthebloodcollecting,reversetransportingandingredientseparatingwiththeprecisemedicalinstrument.Thedetectingmethodisstudiedandareliablehighprec
3、iseultrasonicwaveairdetectorismade,finallyaapplicationisattainedinourbloodplasmacollectinginstrument.KeywordsAirbubbleUltrasonicwaveDetector十分必要的。同时,这里的理论和方法完全适用于其它工业领域对管道内流体进行异物检测或探伤。引言1目前,国外血液采集、分离技术及设备的开发已相当成熟,其产品已经系列化,涵盖整个领域,特别以美国血液技术公司和伯特公司著名,而国内在血液采集、分离技术设备的开发方面,几乎还是一片空白
4、。随着生物技术的迅猛发展,国内外对血液制品的需求量不断扩大,且日益向“精细化”方向发展,并由此派生出系列产品,如血小板采集、白细胞采集等。用血液分离仪器进行血液系统疾病及与血液相关疾病的治疗,如临床治疗高血压、高血脂、通过血液成份分离滤去多余的甘油三酸脂、胆固醇等。可见血液采集、分离技术设备的开发具有重大的社会效益和经济效益。而在血液采集、分离技术设备中,空气探测器是最关键的传感器件,实时监测输液管道中是否存在空气气泡及空气气泡的大小,这直接关系到人的生命安危。开发成功空气探测器,对研制成功拥有自主知识产权的血浆单采仪也是2探测方法分析对输液管道中
5、空气气泡的探测从原理上讲有好几种方法,下面主要讨论三种。2.1电容法根据电容器的原理,在输液管道两侧各放一个电容极板,测量两极板间的电容变化情况,根据这一变化推测管道内介质的变化情况,从而达到探测的目的。平行板电容器的电容:Ε0ΕrA(1)C=d式中:C—电容器电容(F);A—极板面积(m2);d—极板间距离(m);Ε0—真空介电常数,Ε0=8.85×10-12(Fƒm);Εr—极板间介质的相对介电常数。3本文于2001年10月收到。第6期超声波空气探测器的研究585Εr、d、A∃C与空气间隙的变化关系如图2所示。可见,当三个参数都直接影响电容的大
6、小,只要保C0血液中有空气间隙时,电容值变化明显,根据这一原理,可用于探测血液中的空气气泡。2.2光电式光电式检测器具有响应快、精度高、非接触测量等特点。广泛用于自动化检测与控制技术中。其理论基础是光电器件的光电效应,常用的光电器件有光敏三极管、光敏二极管等。根据其伏安特性可以方便的得到输出电压与光照强度的关系。在血液输送管道中,当有气泡时,由于光的反射和不同介质对光的吸收不同而使光敏器件接收光强度发生变化从而引起输出电压的变化。利用这一原理可以区别管道中的不同介质,从而探测出空气气泡。2.3超声波方式超声波与一般声波的主要区别在于:振动频率高(f
7、>20kHz,测量中常用频率在0.25～20MHz范围)、波长短。因而具有束射特性,方向性强,可以定向传播,其能量远大于振幅相同的一般声波,有很强的穿透能力。超声波在均匀介质中按直线方向传播,但到达界面或遇到不同介质时也像光波一样产生反射和折射,并服从与几何光学类似的反射、折射定律。在检测技术中,利用超声波检测的方法有多种,常用的有透射法,反射法,频率法等。在此选用透射法,根据超声波在气体、液体、固体中的吸收和衰减不同,利用透射法来探测超声波发射和接收换能器之间是否有气体存在,从而制成空气探测器。其实,这等同于连续介质的超声波探伤,输液管道中的气隙
8、可以看成是液柱的内部缺陷。当液柱中无缺陷时,超声波穿过液柱的能量衰减很小,换能器接收到的超声波能量较强。当有空气间隙时,超
