光 电 输 液 报 警 2009年11月17日
说明:
2009年9月黄萌凌提出研制一种医院使用的输液报警器,本人经过试验采用光电开关原理的报警器基本满足使用要求，但是未能进入实践应用。现简单介绍如下： 任务和基本要求
被测对象 大号输液瓶 小号输液瓶 输液管
输液方式 单瓶和单管的输完报警
双瓶和双管接力报警以及最后输完报警
环境条件 温度 防光线干扰 防拉动干扰 输液液体颜 输液速度 输液时间0.5～5小时
毕晓普简单、安全可靠、低成本
a）滴速检测方案
正常输液速度范围：>3滴/min （可更改设定）；
输完的判定值：<2滴/min（可更改设定）；
液滴指示：每个液滴通过时，LED指示灯闪动一下；
剩余液位低于正常高度（例如1/10）时报警。
输完报警方法:LED指示灯以闪动、输出报警电平、蜂鸣器、语音
复位2012北京高考理综：上电复位和手动复位；
信息传输：
1）带电池独立工作；
2）多个报警器统一（隔离）供电，（争取）共用一条信号线；
3）无线联网（升级方案）。
电路：
供电:DC5V，电池或者外接DC 低功耗 连续工作
批量成本：低于80元/个
安全：使用隔离变压器或者电池
2检测方法说明
液滴通过时改变光敏管接收的光强,产生变化输出,经过隔直流电容、放大器和施密特触发器在单稳态输出端产生一个固定宽度的脉冲,使放电三极管短促时间内导通,将稳流源（或大电阻）在定时电容中充入的电荷放电,使电容电压下降到最低电压。此后定时电容重新开始
充电, 电容电压等速上升。在正常输液速度下,由于放电三极管在每个液滴通过时短促导通使定时电容电充分放，则电压不能上升到某个门限电压。当输液结束时,液滴速度大大放慢(最终停止),例如慢到正常的最低设定速度的1/3, 则定时电容电压可上升到某个门限电压U，使自保施密特翻转并且报警。
当采用（廉价）单片机进行处理时，上述电路则由软件完成。
2.2.透射液位测量方案（试验结果可行）
液滴测量方案的缺点是液滴过程容易被夹子遮挡，滴管内剩余液体不能充分利用。如果将光电检测头安装在滴管下部检测剩余液位则可以避免上述缺点。通常液滴停止时，液位开始从原始高度下降，直到滴管内液位完全没有。液位检测应该检测此液位从无到有的液
体通光的变化过程。
液位检测方法可以将滴管内剩余液体大部分利用，如果安装在滴管下面的细管位置则剩余液体可全部被利用。
无论是液滴检测还是液位检测，光电信号的处理均需要具体试验，到液体变化过程的光线传输变化特性完成判断。
液位测量也可在细管位置完成。
2.3.液面反射测量方案（未进行试验）内参基因
在入射光斜射滴管时，管内充满液体或者无液体时，斜射光均没有液面反射作用。当液面降低到某个液位时，斜射光在液面产生反射，被光敏元件接收。液面在某个高度范围内可实现上述液位测量。通常此高度范围可以保持5秒钟时间。如果斜射光以窄脉冲（脉宽1ms）发射，重复频率在2秒钟之内，即可以可靠的检测到低值液位并进行报警。窄脉冲的占空比为1ms/2s＝1/2000,则LED的发光时间只是连续发光时耗能的1/2000，耗电微乎其微。此方案可解决光电测量的能耗问题。此时夹子上下夹持位置的变化可能影响剩余液面
高度。
2.4.单侧光电开关
单侧光电开关
采购的同侧光电开关为2元，批量可能在1元之内。此光
开关的发射和接收光轴具有某个交角（有不同规格）。
遮光改进试验电路使用5V供电，LED串联了一个5.1K电阻。光敏管串联电阻为47K,也是5V供电。光电开关与滴管管壁之间已经被胶水污染，透光性恶化，但是仍然获得良好的液位信号。
目前看，此方法最简单，效果最好。输出变化达1.5V。中午阳光斜射时工作正常。也可测量细管内有无液体来简单判断
消杂光
4自调制光电开关
2009.11.25.在中关村购买三种新的光电开关组件，其中有两个自红外带调制驱动电路，一个是对射式，另一个是同侧反射式。输出0.2～4.5V逻辑电平，可带继电器。后者在靠近液位是即可正常工作。由于采用调制驱动，在强烈日光灯照射条件下（当然是不得使光敏管饱和为前提）仍然能正常工作。
那个对射式开关可能是有问题，无输出。
关于降低功耗 光电调制本身使LED工作在窄脉冲状态，在实现抗干扰处理的同时也实现了降低LED的平均工作电流的目的。
实测光电开关在5V供电的条件下，平均空载电流为17.2～19.3mA。平均功耗为86～96.5mW，不足0.1W。如果经过再调制（例如使LED每秒钟间歇工作0.1s）处理，应该可以进一步降低功耗。此时必须修改驱动电路进行再调制。
输液剩余量 2009.11.27.随机来一个刚刚用完的小输液瓶和输液管，发现剩余液体非常少，实际上已经无法到剩余液位。可见依靠输液瓶的液位进行报警是不可取的。
法治论坛细管液位测量 2009.11.30.根据门诊部护士的建议：除去测量滴管液位之外还可以根据细管
液位进行报警，以便护士进行第二瓶接通。为此进行了细管液位测量报警试验获得成功。
但是大多数是单瓶输液。
此外还提供信息：目前有一种由病人根据第一瓶液位情况自己搬动一个输液旋钮完成第二瓶接通的输液装置。
利用上述光电开关进行了细管液位测量试验也是成功的。
5光学导出式光电开关
xm2010一起采购的还有一种可称为光学导出式的光电开关。其结构仍然是为了消除杂光。原理上可全部阻挡X，Y，Z三个方向的杂光。
此光电开关构思巧妙！是否可以用于液袋液位测量？将液袋边沿插入开关的敏感区。
09.11.28.利用普通半透明塑料袋进行液位报警试验发现容易出现误动作。估计透明塑料袋不存在此问题。
5结构
检测器可以制作成夹子状态，方便的夹持在滴管上。光电开关安装在夹子两侧。指示灯尽可能是全方位可观察的。第四范式
自带电池或者统一供电。自带电池时应考虑尽可能节省电源，LED电流小于3mA。
关于遮光问题 使用光电传感器需要小心处理背景光和杂光。为此光电传感器需要安装在黑遮光装置内。测试夹的开口搭界处保持部分重叠以便遮光。遮光罩内壁为黑齿形可消除内外遮光。尽可能将遮光罩在上端收缩。光敏管为缩入（4mm）式安装，也有利于消除杂光。
背景光可能是慢慢变化的，但是在结构设计上仔细处理之后此变化量不会很大，初始化时采集背景光信号作为测量零位，如同称重时的去皮。
一般情况下，从正常液位下降到报警液位区间的时间大于2s（在细管处采样液位变化要快得多），可见采样频率高于0.5Hz是足够了。电路5V供电，红外LED窄脉冲驱动，电流＜3mA。
关于信号传输
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