(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210639137.6 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 凯联医疗科技 （上海） 有限公司 地址 200000 上海市奉贤区环城北路5 39号 7号厂房 (72)发明人 侯景山　黄孝民　 (74)专利代理 机构 深圳市世通专利代理事务所 (普通合伙) 44475 专利代理师 孟玉美 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种利用超声波检测管路流速和气泡的装 置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种利用超声波检测管路流 速和气泡的装置及方法， 包括输液管路、 换能片、 控制电路以及显示和警报电路； 其中， 输液管路 呈S型布置， 输液管路的中间部分管路轴向中心 线与换能片居中垂直； 所述换能片布设在输液管 路的两端， 换能片均放置在具有通声孔的密闭空 间内； 本发 明在检测流速的同时利用气泡空化原 理对管路气泡进行消泡合并处理， 利用超声波降 低管路气泡表 面能量， 有助于将气泡从容器表面 脱离， 促进邻近气泡的接触和合并， 从而加速气 泡的生长， 将管路中的微小气泡聚集合并为较大 气泡进行检测， 提高了超声波气泡检测可靠性和 输液安全性。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115060316 A 2022.09.16 CN 115060316 A 1.一种利用超声波检测管路流速和气泡的装置， 其特征在于： 包括输液管路、 换能片、 控制电路以及显示和警报电路； 其中， 输液 管路呈S型布置， 输液 管路的中间部分管路轴向中心线与换能片居中垂直； 所述换能片布设在输液 管路的两端， 换能片均放置在具有通声孔的密闭空间内； 所述控制电路为换能片提供激励信号以及接收换能片的声电转化信号， 并计算接收信 号强度、 收发信号时差， 结合换能片收发频率、 换能片距离、 换能片 灵敏度能参数， 计算液体 流速、 判断气泡存在与否， 并将计算结果显示在屏幕上或发出警报； 所述显示和报警电路与控制电路连接， 为用户提供人机接口， 提供配置参数输入、 显示 计算结果、 提供声 音或报警。 2.根据权利要求1所述利用超声波检测管路流速和气泡的装置， 其特征在于： 所述环能 片包括布设在输液管路一侧的上换能片， 以及布设在输液管路另一侧的下环 能片， 当上换 能片发送的同时下 换能片处于 接收状态或者下 换能片发送的同时上 换能片处于 接收状态。 3.一种利用超声波检测管路流速和气泡的方法， 其特征在于， 利用权利要求1 ‑2任意一 项所述的装置， 具体步骤如下： 步骤一、 当设备工作时， 假设换能片之间的距离为S， 液体流速为V液， 超声波在 静止液体 中的传播速度为V超， 则可以得 出如下结论： (一)超声 波顺流传播时的速度V顺＝V超+V液， 传播时间T顺＝S/V顺； (二)超声 波逆流传播速度V逆＝V超‑V液， 传播时间T逆＝S/V逆； (三)顺溜传播和逆流传播的时间差T差＝T逆‑T顺 ＝S/V逆‑S/V顺 ＝S/(V超‑V液)‑S/(V超+V液) ＝(S*(V超+V液)‑S*(V超‑V液))/((V超+V液)*(V超‑V液)) ＝2*S*V液/((V超+V液)*(V超‑V液))； (四)一般的， 超声波在液体 中的传播速度可达千米每秒， 而液体流速不超过数米每秒， 相对于声速可以忽略不计， 故有(V超+V液)*(V超‑V液)≈V超2； (五)T差≈2*S*V液/V超2， 即V液＝T差*V超2/(2*S)； (六)由于S和V超皆为常量， 故只要测量出T差， 即可得出液体流速V液。 4.根据权利要求3所述利用超声波检测管路流速和气泡的装置， 其特征在于： 测量T差的 方法采用高精度时钟 和高精度计数器， 通过时钟频率F和计数Q可 得T差＝F*Q。 5.根据权利要求3所述利用超声波检测管路流速和气泡的装置， 其特征在于： 当管路口 径较细时且气泡体积相对于管路口径较大时， 气泡很容易将管路截流， 形成管路中空， 此时 超声波能量几乎全部作用在气泡上， 由于声阻抗很大， 声波能量被急剧衰减， 接收到的信号 强度大幅降低； 对于较小的悬浮或粘附在管壁上 的气泡， 超声波通过等效气泡法和 合并气 泡法两种机制进行检测。 6.根据权利要求5所述利用超声波检测管路流速和气泡的装置， 其特征在于： 等效气泡 法是基于气泡在管路截面上 的投影， 当若干微气泡 随机悬浮在液体中时， 超声波作用于每 一个小气泡都会产生一定程度的衰减， 其整体表现等效于一个较大 的气泡； 同时悬浮气泡 受超声波能量作用， 将迅速向上移动并聚集在管路顶部， 在超声波作用下形成较大的气泡， 从而对超声波形成显著的衰减， 提高信号检测。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115060316 A 2一种利用超声波检测管路流速和气泡的装 置及方法 技术领域 [0001]本发明涉及输液技术领域， 具体涉及一种利用超声波检测管路流速和气泡的装置 及方法。 背景技术 [0002]静脉输液是临床治疗中常用的一种给药方式。 在临床 上输液速度的快慢和稳定性 可能直接影响治疗效果， 甚至有可能影响护理安全。 同时如何快速有效的检测输液管路中 可能的空气气泡也是输液安全的一个重要课题。 如果气泡进入人体可能会引起气体栓塞， 严重时可导 致猝死。 [0003]目前市面检测输液管路液体气泡一般采用红外检测、 电容检测和超声检测三种方 法。 红外检测容易受环境光、 管路表 面磨砂等因素影响同时可能对某些液体产生光污染。 电 容检测在微小气泡检测时对电容传感器灵敏度要求较高不易实现。 图1为三种不同检测方 法的优缺 点对比。 [0004]与红外检测、 电容检测两种测量方法相比， 超声法具有穿透性强、 对中要求低、 散 射影响较小、 非侵入性、 非辐射性、 安全性高、 系统简单、 成本低等优点等优点而被广泛使 用。 [0005]如图2和图3所示， 液体流速检测通常是利用超声波流量计， 常用测量方法为传播 速度差法、 多普勒法等。 传播速度差法又包括直接时差法、 相 差法和频差法。 其基本原理都 是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速， 从而测出流量； 多普勒 法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反 映流体的流 速从而得 出流量。 [0006]如图4所示， 检测流速时超声波传感器一般采用Z字或V字安装方法， 其中Z字安装 法使用超声波对射收发， V字安装法使用超声波反射收发。 实际产品中， 一般当内径D＞ 300mm的管道采用Z法安装。 [0007]但当输液管路口径较细时， 无论V字法安装还是Z字法安装， 由于存在如下缺陷， 导 致针对流速和气泡检测效果不理想， 测 量误差较大， 极大限制 了超声波检测在临床输液场 景中的应用： [0008]1.迂回噪声大， 由于管壁或杂质造成的多次反射造成的干扰多， 超声波接收特征 不明显 [0009]2.输液管路一般口径较细， 超声 波流经液体的时间过短， 时差测量 误差较大 [0010]3.对于V字形安装方法能量损耗大， 声波在遇到管壁折射时， 相当一部分能量穿透 管壁产生较大的能量损耗。 发明内容 [0011]本发明所要解决的技术问题是一种利用超声波检测管路流速和气泡的装置及方 法， 综合运用超声波声阻原理、 结合输液管路易于弯 折的特点， 将超声波 换能器以管路中心说　明　书 1/5 页 3 CN 115060316 A 3