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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201620421996.8 (22)申请日 2016.05.11 (73)专利权人 吉林大学 地址 130012 吉林省长春市前进大街2699 号 (72)发明人 江海顾守东路崧吕庆庆 刘建芳丁海前焦晓阳杨洋 崔建松 (74)专利代理机构 长春市四环专利事务所(普 通合伙) 22103 代理人 郭耀辉 (51)Int.Cl. A61M 5/36(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种捕获并去除输液管中气泡的装置 (57)摘要 本。
2、实用新型涉及一种捕获并去除输液管中 气泡的装置， 属于精密驱动领域。 它包括压电换 能器发生装置、 可移动的反射装置、 超声空化器 件、 激光检测反馈装置、 超声发生控制器和超声 空化发生控制器。 本实用新型是利用超声悬浮的 方法来捕获输液管中的气泡于悬浮波节处， 然后 再利用超声空化的方法来使气泡破碎， 从而达到 捕获并去除输液管中气泡的目的， 激光检测反馈 装置是用来识别输液管中气泡的大小， 从而将反 馈信息传入给超声发生控制器和超声空化发生 控制器。 这种捕获并去除输液管中气泡装置的优 点在于： 微型化， 集成化， 使用方便， 易携带， 结构 简单等特点。 权利要求书1页 说明书4页 附。
3、图2页 CN 205948138 U 2017.02.15 CN 205948138 U 1.一种捕获并去除输液管中气泡的装置， 包括4个结构部分， 其特征在于： 结构部分1为 压电换能器发生装置， 它是由超声压电换能器(200)， 第一螺钉(4)和换能器支架(1)组成， 换能器支架(1)通过第二螺钉(12)固定在底座(10)上； 结构部分2为反射装置， 它是由反射 端(7)和XY轴移动平台(800)构成， 其中XY轴移动平台(800)通过第三螺钉(11)固定在底座 (10)上； 部分1和部分2构成一套完整的驻波悬浮捕获输液管(6)中气泡的机构； 结构部分3 为超声空化器件(300)， 超声空。
4、化器件(300)内嵌在空化支架(13)内， 通过第二螺钉(12)实 现空化支架(13)与底座(10)的固定， 底座(10)通过第四螺钉(9)固定在下端的地脚(14)上， 该结构部分3用于击碎被捕获到的气泡； 结构部分4为激光检测反馈装置(a4)， 用于识别输 液管(6)中不同气泡的大小， 并实现控制去除不同大小气泡的目的。 权利要求书 1/1 页 2 CN 205948138 U 2 一种捕获并去除输液管中气泡的装置 技术领域 0001 本实用新型涉及一种捕获并去除输液管中气泡的装置， 属于精密驱动领域。 背景技术 0002 众所周知， 随着医疗水平的日新月异的提高， 输液成本的降低。 输液治。
5、疗已经成为 百姓治疗疾病的有效手段。 其中静脉输液是临床医疗中最为常见的一种给药方法。 它是采 用点滴方法， 将注射用药直接输进静脉血管中， 这种用药方式最为直接， 吸收快， 见效快。 但 输液时其卫生要求、 安全要求应最为严格。 特别是在滴点时， 药液中不得有大气泡， 否则可 能造成患者血管中出现气塞而危及生命。 在输液过程中， 常遇到排气不彻底， 常有散落气泡 附着在输液管壁内。 要排出这些气泡， 常见的方法是用手指不停地弹动输液管， 使气泡与管 壁分离， 然后上浮排除到莫菲氏壶中。 在操作中发现： 此法排气泡， 气泡上浮困难， 难以排除 干净， 且耗费一定的时间。 主要原因是手不停地弹动。
6、管壁时， 输液管将会持续左右震动， 气 泡同样也受到左右震动力的作用而分解了上浮的力量， 因而上浮速度有所减缓。 然而现有 的一些实用新型装置只是涉及到如何利用超声检测原理来探测输液管中的气泡问题， 而并 未提出该如何捕获它并去除输液管气泡的方法与装置。 为了去除输液管中的气泡， 本实用 新型提出了一种捕获并去除气泡的方法与装置。 该装置是利用超声的两种原理来除去气 泡， 与常规的方法有截然的不同。 该实用新型装置是利用压电换能器发生装置和可移动的 反射装置产生的超声驻波声压来捕获并固定输液管中的气泡于波节处； 然后再利用超声空 化器件产生的高频声压来击碎波节处捕获到的输液管中的气泡， 从而达。
7、到捕获并去除输液 管中气泡的问题。 实用新型内容 0003 为了去除输液管中存在的气泡， 本实用新型设计了一种捕获并去除输液管中气泡 的装置。 该装置利用超声驻波悬浮的原理来筛选捕获气泡， 使其稳定悬浮在超声驻波波节 处。 然后再用超声空化的原理将捕获到的气泡予以击碎， 从而达到去除输液管中存在气泡 的问题。 0004 为达到以上目的， 本实用新型采用以下技术方案： 一种捕获并去除输液管中气泡 的装置， 包括压电换能器发生装置部分、 反射装置部分、 超声空化器件部分和激光检测反馈 装置。 0005 压电换能器发生装置部分： 超声压电换能器(200)由变幅杆(204)、 节面板(203)、 两片。
8、压电陶瓷片(202)和后端盖(201)构成。 通过在两片压电陶瓷片(202)(注意两片陶瓷片 在结构参数上应具有完全的一致性)施加正负电压可以实现超声压电换能器(200)的整体 振动， 再通过变幅杆(204)放大压电陶瓷片(202)的振幅。 从而实现超声压电换能器(200)的 高频振动。 超声压电换能器(200)通过第一螺钉(4)固定在换能器支架(1)上。 其中换能器支 架(1)通 过第二螺钉(12)固定在底座(10)上。 从而构成一个完整的固定式压电换能器发生 装置。 通过改变超声发生控制器(a1)的频率来匹配超声压电换能器(200)的频率使其处于 说明书 1/4 页 3 CN 205948。
9、138 U 3 共振状态。 通过改变超声发生控制器(a1)的功率可以获得高强度的超声驻波。 0006 反射装置部分： 本实用新型采用的反射装置为可移动的反射装置， 由于压电换能 器发生装置处于固定位置， 则需要通过调节可移动的反射装置来夹持输液管， 并起反射超 声前进波的作用。 反射装置由反射端(7)、 XY轴移动平台(800)和调节旋钮(801)构成。 反射 端(7)固定在XY轴移动平台(800)的内槽内， 通过调节旋钮(801)可以实现固定在XY轴移动 平台(800)上的反射端(7)左右、 前后的移动以夹持待测输液管。 其中XY轴移动平台(800)通 过第三螺钉(11)固定在底座(10)上。
10、。 反射装置和压电换能器发生装置共同构成了一套完整 的超声驻波发生机构。 通过调节超声发生控制器(a1)的频率可使超声压电换能器(200)处 于共振状态并激发出超声前进波， 前进波经反射端(7)反射回来在波节处与前进波相互叠 加； 从而使得波节处的振速为零。 同时， 流进该超声前进波区域内的气泡均会在超声前进波 的作用下， 被声辐射压推移至波节处并稳定悬浮在波节处， 从而实现输液管中气泡的捕获。 0007 超声空化器件部分： 超声空化器件部分是用于破碎输液管中已被超声驻波捕获到 的气泡。 通过调节超声空化发生控制器(a3)的频率和功率可达到不同的空化效果。 0008 作为本实用新型的优化方案，。
11、 超声空化器件由超声空化压电片(301)、 PMMA支架 (302)和沉积在超声空化压电片(301)上的合成柔性材料(303)构成。 0009 作为本实用新型的优化方案， 合成柔性材料(303)与PMMA支架(302)固定粘结在一 起。 0010 作为本实用新型的优化方案， PMMA支架(302)内嵌在空化支架(13)内， 其中空化支 架(13)通过第二螺钉(12)稳定固定在底座(10)上。 0011 作为本实用新型的优化方案， 选用合成柔性材料(303)沉积在超声空化压电片 (301)上， 选用柔性材料是考虑其不会抑制超声空化压电片(301)的振动， 还可起连接超声 空化压电片(301)与P。
12、MMA支架的桥梁。 待利用压电换能器发生装置和可移动的反射装置产 生的超声驻波捕获到输液管(6)中的气泡于波节处时， 再利用超声空化器件产生的高效聚 焦的声辐射压来克服气泡的阈值， 使其在正负声压的作用下被击碎。 0012 作为本实用新型的优化方案， 本实用新型还添加了激光检测反馈装置(a4)。 该装 置是用于检测识别输液管中气泡的尺寸大小， 当气泡大小在不同尺寸范围时通过激光检测 反馈装置(a4)把检测信号传送至超声发生控制器(a1)和超声空化发生控制器(a3)， 使其分 别自动调至合适的频率来激发压电换能器发生装置和超声空化器件， 然后产生大小合适的 驻波声辐射压来捕获固定不同尺寸的气泡和。
13、产生不同的空化高频声辐射压来克服不同气 泡的空化阈值， 从而达到去除不同尺寸大小气泡的目的。 0013 本实用新型的优点在于： 把超声驻波悬浮理念应用到输液管中气泡的捕获固定 中， 再利用超声空化的原理把捕获固定于波节处的气泡给予破碎。 通过激光检测反馈装置 可控制不同频率以实现不同尺寸大小气泡的破碎， 从而成功地实现了去除输液管中气泡的 问题。 该装置结构简单， 微型化， 易便携， 易操作， 可随时随地进行使用， 安装方便。 附图说明 0014 图1是一种捕获并去除输液管中气泡的装置的三维结构示意图； 0015 图2是一种捕获并去除输液管中气泡的装置的二维结构示意图， 其中图中标记 “5” 。
14、为输液管中的气泡； 说明书 2/4 页 4 CN 205948138 U 4 0016 图3是超声压电换能器与超声空化器件的细节结构示意图； 0017 图4是XY轴移动平台与底座固定方式的结构示意图。 具体实施方式 0018 实施方式 0019 参见图3， 超声压电换能器(200)由变幅杆(204)、 节面板(203)， 两片压电陶瓷片 (202)和后端盖(201)构成， 通过在两片压电陶瓷片(202)施加正负电压即可实现超声压电 换能器(200)的整体共振。 值得注意的是， 整个压电换能器(200)处于共振模式， 但是超声压 电换能器(200)的节面板(203)处的振幅须为零， 这是可以通过。
15、设计共振频率与波长来保证 的。 由于超声压电换能器(200)的节面板(203)不处于振动模式下， 因此可通过第一螺钉(4) 把超声压电换能器(200)固定在换能器支架(1)上， 而两片压电陶瓷片(202)产生的高频低 幅振动经由变幅杆(204)可实现高频高幅的振动。 换能器支架(1)通过第二螺钉(12)固定在 底座(10)上。 这样就完成了压电换能器发生装置部分的安装。 底座(10)是通过第四螺钉(9) 固定在地脚(14)上。 0020 参见图3， 在超声空化压电片(301)上沉积合成柔性材料(303)， 然后合成柔性材料 (303)粘结在PMMA支架(302)上， 最后将PMMA支架(302。
16、)过盈内嵌在空化支架(13)内。 选用合 成柔性材料(303)是因为当超声空化压电片(301)处于高频振动时， 柔性材料不会抑制其压 电片的振动， 同时又可实现压电片与刚性支架的连接。 柔性材料选用的不同， 所产生的整体 超声空化器件的谐振频率是不同的。 本实用新型要保证超声空化器件的设计， 须确保其柔 性材料不会较大程度的干扰、 抑制超声空化压电片(301)的振动。 通过第二螺钉(12)可实现 空化支架(13)与底座(10)的固定， 即可完成超声空化器件部分的安装。 一般情况下， 超声空 化器件是一个整体部件， 不可拆卸。 0021 参见图2， 反射端(7)固定在XY轴移动平台(800)的内。
17、槽内， XY轴移动平台(800)通 过第三螺钉(11)固定在底座(10)上。 参见图3， 这样即可完成可移动的反射装置的安装。 其 中XY轴移动平台(800)上的调节按钮(801)可实现反射端(7)的左右、 前后的移动。 0022 当把待测的输液管(6)安放在超声空化器件的压电片(301)的内圈上， 输液管(6) 的左端侧面紧贴在超声压电换能器(200)的变幅杆(204)的前端内圈上， 通过旋转调节按钮 (801)可实现反射端(7)的左右、 前后的移动， 从而达到夹持住输液管(6)的作用。 通过输液 管(6)的左端面、 右端面和下端面的三个位置的固定， 即可实现输液管(6)的夹持。 此时， 即。
18、 完成了整个实用新型装置的安装， 同时在输液管(6)附近设有激光检测反馈装置(a4)， 该装 置是用于把检测到的信号反馈给超声发生控制器(a1)和超声空化发生控制器(a3)， 使其分 别做出频率相应改变的目的。 0023 待输液管(6)固定在压电换能器发生装置和可移动的反射装置之间后， 通过调节 超声发生控制器(a1)此时压电换能器发生装置就会产生非线性高强度的声辐射压前进波， 当这种前进波传播至可移动的反射装置后， 经可移动的反射装置的反射端(7)反射回的反 射波就会与激发的前进波相互叠加， 便在输液管(6)中形成驻波的波节。 该波节呈现出的状 态为振速为零， 同时在压电换能器发生装置和可移。
19、动的反射装置之间区域内会形成高声强 的声辐射压。 由于输液管中的气泡会在重力作用下随着输液一起下行， 当气泡流进前进波 与反射波区域时， 这种非线性高辐射压会克服气泡与周围液体之间的相互粘滞力与惯性 说明书 3/4 页 5 CN 205948138 U 5 力， 驱使气泡改变原来的轨迹而汇集在波节处， 同时在波节周围由驻波声辐射压产生的回 复力也会拖曳气泡的下行力， 使其悬浮固定在波节处。 由于高声场区域内具有强大的声辐 射压， 输液管中流进该区域内的所有气泡均会这种声辐射压力下克服自身与周围液体间的 粘滞力与惯性力而被推移至波节处， 从而实现输液管的气泡均被筛选出来并悬浮固定在波 节处。 0。
20、024 此后打开超声空化发生控制器(a3)。 待调节至适当频率时， 超声空化器件即会处 于高频的共振模态下， 并产生高强度的聚焦声波， 同时这种聚焦声波作用于悬浮固定在波 节处的气泡上。 当作用的声压值达到一定值(大于气泡的空化阈值)时， 气泡就会发生时而 生长， 时而压缩的动力学过程。 当负压作用于气泡时， 气泡就会被拉长； 当正压作用于气泡 时， 气泡就会处于压缩状态。 当空化高频声辐射压达到一定值(大于气泡的空化阈值)时， 气 泡就会被击碎。 从而达到去除输液管中气泡的目的。 根据气泡动力学， 频率越高的超声波聚 焦能力越强。 因此本实用新型装置应当选用高聚焦效果的、 高频率的超声空化器。
21、件。 由于气 泡的空化阈值与输液的表面张力、 粘度、 惯性和气泡的直径密切相关。 因此在超声空化器件 安装之前， 即前道输液管一侧， 本装置还添加了用于检测识别输液管中气泡尺寸大小的激 光检测反馈装置(a4)， 当检测到的气泡在不同尺寸范围时， 通过该反馈装置可把信号传送 至超声发生控制器(a1)和超声空化发生控制器(a3)， 使其分别自动调节至合适的频率来激 发超声压电换能器处于共振模式和超声空化器件处于共振模式， 然后产生合适大小的驻波 声辐射压来捕获不同尺寸的气泡， 和产生不同的空化高频声辐射压来克服不同尺寸气泡的 空化阈值(气泡的空化 阈值与气泡的尺寸大小有密切关系)， 从而实现了输液管中每一个 气泡均被捕获和去除的目的。 在开始输液时该装置就需处于工作状态。 说明书 4/4 页 6 CN 205948138 U 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 205948138 U 7 图3 图4 说明书附图 2/2 页 8 CN 205948138 U 8 。