血液净化用离子浓度监测器

摘要

一种血液净化用离子浓度监测器，包括检测控制电路、电导率传感器和温度传感器，所述温度传感器的输出端与所述检测控制电路中的采集及处理电路连接，特征在于：所述检测控制电路还包括电导/频率变换电路的输入端与电导率传感器的输出端连接，该电导/频率变换电路的输出端与频率信号整形电路连接，频率信号整形电路的输出端与所述采集及处理电路的输入端连接；所述电导率传感器由第一、第二石墨环和第一、第二电极组成，所述第一、第二电极分别固定在第一、第二石墨环的外壁，该第一、第二电极还与电导/频率变换电路导线连接。本发明的显著效果是：能够降低产品制造安装工艺和材料工艺的难度要求，可以确保产品的一致性和稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于血液净化用离子浓度监测器，涉及一种血液净化用的监测透析液中离子浓度安全范围的监测器。

背景技术

在血液净化设备中，患者的血液从体内流出经由管路构成的体外循环回到体内，在这个循环系统中，主要包括血路、液路和监控系统三个部分。患者体内的血液引出体外，进入透析器或者滤过器等体外管路，回流入人体，构成血路系统；液路系统中，标准离子浓度的透析液进入透析器与透析器膜对侧患者血液发生弥散、对流、超滤等过程，并以适当的速度移除患者体内多余的水分。监控系统对血液净化设备各个部件、参数、指标等进行监测，并发出报警和安全控制。

附图1是血液净化设备中透析液通路的框图，其中浓度监测器就是用于检测透析液电导率以获取离子总浓度，并与标准值相比较，及时发出报警信号并采取安全保护措施。监测器报警时，使透析回路旁路，如附图1虚线所示，透析液不进入透析器与人体血液产生联系，直接通过废液回路从排液口排出。

正常情况下，进入透析器的透析液是含有标准离子浓度与配方比例的液体，在透析器中与患者血液发生弥散、对流、超滤等过程，实现血液净化的目的。由于配方不当或者人工、自动配液操作故障导致透析液中离子浓度偏离标准值范围时，离子浓度监测器发出报警信号使透析液旁路进入废液排出通道，避免透析液进入透析器或者滤过器中与血液发生弥散、对流、超滤等过程引起患者体液失衡，引发安全事故。

传统的血液净化用离子浓度监测装置，一般包括检测控制电路、安装于血液净化设备的液路系统中电导率传感器和温度传感器，其中电导率传感器采用电极直接接触法，即电极浸在溶液中进行测量，温度传感器同样浸在溶液中进行测量，电导率传感器和温度传感器分别传送信号给检测控制电路；传统的检测控制电路，往往通过恒温环境或者通过温度补偿电路实现对电导率测量值的修正，由于电阻网络无法在整个量程中使其等效的温度特性与电导传感器的温度特性完全相互抵消，采用这种温度补偿方法只能在几个点上真正实现温度补偿。

传统的血液净化用离子浓度监测装置的缺点是，产品制造需要通过规定严格的安装工艺和材料工艺把关，难以确保产品的一致性和稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种血液净化用离子浓度监测装置，能够降低产品制造安装工艺和材料工艺的难度要求。

为达到上述目的，本发明所述的血液净化用离子浓度监测器，包括检测控制电路、安装于血液净化设备的液路系统中电导率传感器和温度传感器，其中，检测控制电路包括采集及处理电路，所述温度传感器位于所述液路系统中，该温度传感器的输出端与所述检测控制电路中的采集及处理电路连接，该采集及处理电路设置有报警信号输出端O，其关键在于：

所述检测控制电路还包括电导/频率变换电路和频率信号整形电路，其中所述电导/频率变换电路的输入端与所述电导率传感器的输出端连接，该电导/频率变换电路的输出端与所述频率信号整形电路输入端连接，所述频率信号整形电路的输出端与所述采集及处理电路的输入端连接；

所述电导率传感器由第一、第二石墨环和第一、第二电极组成，其中第一、第二石墨环的内环壁与所述液路系统中的液体直接接触，所述第一、第二电极分别固定在第一、第二石墨环的外壁，该第一、第二电极还与所述检测控制电路的电导/频率变换电路导线连接。

所述电导率传感器中第一石墨环和第二石墨环的两端分别粘接有隔离环，所述隔离环与所述血液净化设备中的液路导管连接，所述第一石墨环、第二石墨环、隔离环与液路导管构成液体管路。

所述温度传感器是一集成数字温度传感器，该集成数字温度传感器安装在所述液体管道的管道内壁，所述温度传感器的输出端连接所述采集及处理电路。

电导率传感器由外嵌金属电极的石墨环、环形隔离材料组成，透析液从环形孔构成的管路中流过。隔离材料末端内嵌温度传感器，温度传感器感温端与透析液直接接触。电导率传感器引出电极连接到电导/频率变换电路。

含有各种配方比例的电导液与水处理设备来的透析用水，混合后流过在内壁里预埋有电极的石墨环和间隔材料中心的孔径，会在两个电极间产生与纯水通过时不同的等效电阻Rs，该等效电阻Rs是所述电导/频率变换电路中振荡电路元件，与电路中其它元件配合产生脉冲信号输出。

所述电导/频率变换电路是一个三角波发生器，它由放大器U1A、电阻R1、电阻R2和积分器U1B、电阻R3、电阻R4，以及电容C1组成；所述放大器U1A的反向端串电阻R1接地，同向端与输出端跨接所述电阻R2，该同向端还与所述第一石墨环4中的第一电极5连接，所述放大器U1A的输出端串所述电阻R3接所述积分器U1B的反向端，该积分器U1B的同向端串电阻R4接地，该积分器U1B的输出端与所述频率信号整形电路7和所述第二石墨环4’中的第二电极5’连接，该积分器U1B的输出端与反向端之间还串有所述电容C1。

当透析用水的离子浓度发生变化时，电阻率也不同，其等效电阻值(Rs)也随之改变，这种变化引起电路振荡频率的相应变化，其电导/频率变换公式为：f＝R2/(4×Rs×R3×C1)。

所述频率信号整形电路由整形器U2A、电容C2、电阻R5、电阻R6、稳压管Z3组成，其中电容C2一端连接所述积分器U1B的输出端，另一端连接所述整形器U2A的同向端，该整形器U2A的同向端还串有电阻R5接地，该整形器U2A的反向端接地，该整形器U2A的输出端串电阻R6接正电源，该整形器U2A的输出端反接稳压管Z3串地。

振荡频率随离子浓度变化的信号，送到由C2、R5、U2A、R6、Z3组成的波形整形电路，通过比较器U2A的作用产生一标准的数字电平信号。这一信号送到采集及处理电路中的频率采样电路。

所述采集及处理电路是一带存储器的单片机电路，该单片机电路的第一输入端I1连接所述整形器U2A的输出端，该单片机电路的第二输入端I2连接所述温度传感器的输出端，该单片机电路的第三输入端I3与报警信号输出端O外接有键盘/显示电路。

所述采集及处理电路是这样识别所述第一输入端I1和第二输入端I2的输入信号，并生成报警信号由报警信号输出端O输出的：

用于离子浓度监测器启动的装置；

用于参数初始化的装置；

用于判断是否有外接键盘/显示电路的装置；

当所述采集及处理电路外接有键盘/显示电路时，用于调用外接有键盘/显示电路中的键盘扫描程序装置；用于判断是否有键盘按下装置，有，则，用于建立电导率线性修正值表子程序机构，返回用于调用外接有键盘/显示电路中的键盘扫描程序装置；没有，则，用于电导率采样定时初始化的装置；

此时已获得新的电导率线性修正值表并存入采集及处理电路的存储器内，

当所述采集及处理电路没有外接有键盘/显示电路时，则，用于电导率采样定时初始化的装置；

此时获得的电导率线性修正值表是事先存入采集及处理电路的存储器内的，

用于判断电导率采样定时到否的装置；

定时没到，则返回用于判断电导率采样定时到否的装置；

定时到，则读取所述第一输入端I1的频率信号Fv，用于频率信号Fv等于当前电导率采样频率值装置；

该用于判断电导率采样定时到否的装置预设有采样周期，当采样周期到，即定时到，则进入所述用于频率信号Fv等于当前电导率采样频率值装置；

用于搜索Fv在线性修正值表中的区间位置装置；

用于设定f₀等于区间下界，f₁等于区间上界的装置；为

f₀为线性修正值表中小于等于Fv的最大值，f₁为线性修正值表中大于Fv的最小值，

用于查电导率线性修正值表得f₀对应的电导值S₀，f₁对应的电导值S₁；

用于得出区间线性修正斜率K＝(S₁-S₀)/(f₁-f₀)的装置；

用于得出当前温度电导率Sx＝k(fx-f₀)+S₀的装置；

用于调用温度补偿子程序的装置；

用于得出Sv等于实时电导值的装置；此时得出25℃时，当前液路的电导率值S₂₅＝Sx/(1+a×Tx)，并将该S₂₅赋予Sv；

用于Sv与报警限比较，判断Sv是否超限的装置：

没超限，则返回用于电导率采样定时初始化的装置；

超限，用于发出报警信号装置；返回用于电导率采样定时初始化的装置；

该报警限预设在所述采集及处理电路的存储器内。

所述电导率线性修正值表是：在环境温度为25℃时，标准KCL溶液在液路系统中的电导率表。

所述用于调用温度补偿子程序的装置是：

用于调用温度测量程序的机构；

用于获得液路当前温度值t的机构；

用于获得温度差Tx＝t-25.0的机构；

用于获得液路当前温度电导率值Sx的机构；

用于得出25℃时，当前液路的电导率值S₂₅＝Sx/(1+a×Tx)的装置；

所述α为温度补偿系数，α＝0.0207。

本发明的显著效果是：提供了一种血液净化用离子浓度监测装置，能够降低产品制造安装工艺和材料工艺的难度要求，可以确保产品的一致性和稳定性。

附图说明

附图1：血液净化设备中透析液通路的框图；

附图2：本发明的结构原理图；

附图3：本发明的检测控制电路原理图；

附图4：本发明的电导率传感器结构示意图；

附图5：本发明的电导率温度补偿程序流程图；

附图6：本发明的主程序流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如附图2、附图3所示：一种血液净化用离子浓度监测器，包括检测控制电路1、安装于血液净化设备的液路系统中电导率传感器2和温度传感器3，其中，检测控制电路1包括采集及处理电路8，所述温度传感器3位于所述液路系统中，该温度传感器3的输出端与所述检测控制电路1中的采集及处理电路8连接，该采集及处理电路8设置有报警信号输出端O，其中：

所述检测控制电路1还包括电导/频率变换电路6和频率信号整形电路7，其中所述电导/频率变换电路6的输入端与所述电导率传感器2的输出端连接，该电导/频率变换电路6的输出端与所述频率信号整形电路7输入端连接，所述频率信号整形电路7的输出端与所述采集及处理电路8的输入端连接；

如附图4所示：所述电导率传感器2由第一、第二石墨环4，4’和第一、第二电极5，5’组成，其中第一、第二石墨环4，4’的内环壁与所述液路系统中的液体直接接触，所述第一、第二电极5，5’分别固定在第一、第二石墨环4，4’的外壁，该第一、第二电极5，5’还与所述检测控制电路1的电导/频率变换电路6导线连接。

所述电导率传感器2中第一石墨环4和第二石墨环4’的两端分别粘接有隔离环，所述隔离环9与所述血液净化设备中的液路导管连接，所述第一石墨环4、第二石墨环4’、隔离环与液路导管构成液体管路。

如附图3所示：所述温度传感器3是一集成数字温度传感器，其型号为DS18B20，该集成数字温度传感器安装在所述液体管道的管道内壁，所述温度传感器3的输出端连接所述采集及处理电路8。

电导率传感器由外嵌金属电极的石墨环、环形隔离材料组成，透析液从环形孔构成的管路中流过。隔离材料末端内嵌温度传感器，温度传感器感温端与透析液直接接触。电导率传感器引出电极连接到电导/频率变换电路。

含有各种配方比例的电导液与水处理设备来的透析用水，混合后流过在内壁里预埋有电极的石墨环和间隔材料中心的孔径，会在两个电极间产生与纯水通过时不同的等效电阻Rs，该等效电阻Rs是所述电导/频率变换电路6中振荡电路元件，与电路中其它元件配合产生脉冲信号输出。

如附图3所示：所述电导/频率变换电路6是一个三角波发生器，它由放大器(U1A)、电阻R1、电阻R2和积分器U1B、电阻R3、电阻R4，以及电容C1组成；所述放大器U1A的反向端串电阻R1接地，同向端与输出端跨接所述电阻R2，该同向端还与所述第一石墨环4中的第一电极5连接，所述放大器U1A的输出端串所述电阻R3接所述积分器U1B的反向端，该积分器U1B的同向端串电阻R4接地，该积分器U1B的输出端与所述频率信号整形电路7和所述第二石墨环4’中的第二电极5’连接，该积分器U1B的输出端与反向端之间还串有所述电容C1。

当透析用水的离子浓度发生变化时，电阻率也不同，其等效电阻值Rs也随之改变，这种变化引起电路振荡频率的相应变化，其电导/频率变换公式为：f＝R2/(4×Rs×R3×C1)。

如附图3所示：所述频率信号整形电路7由整形器U2A、电容C2、电阻R5、电阻R6、稳压管Z3组成，其中电容C2一端连接所述积分器U1B的输出端，另一端连接所述整形器U2A的同向端，该整形器U2A的同向端还串有电阻R5接地，该整形器U2A的反向端接地，该整形器U2A的输出端串电阻R6接正电源，该整形器U2A的输出端反接稳压管Z3串地。

振荡频率随离子浓度变化的信号，送到由C2、R5、U2A、R6、Z3组成的波形整形电路，通过比较器U2A的作用产生一标准的数字电平信号。这一信号送到采集及处理电路中的频率采样电路。

如附图3所示：所述采集及处理电路8是一带存储器的单片机电路，其型号为P89LPC915，该单片机电路的第一输入端I1连接所述整形器U2A的输出端，该单片机电路的第二输入端I2连接所述温度传感器3的输出端，该单片机电路的第三输入端I3与报警信号输出端O外接有键盘/显示电路。

如附图6所示：所述采集及处理电路8是这样识别所述第一输入端I1和第二输入端I2的输入信号，并生成报警信号由报警信号输出端O输出的：

用于离子浓度监测器启动的装置；

用于参数初始化的装置；

用于判断是否有外接键盘/显示电路的装置；

当所述采集及处理电路外接有键盘/显示电路时，用于调用外接有键盘/显示电路中的键盘扫描程序装置；用于判断是否有键盘按下装置，有，则，用于建立电导率线性修正值表子程序机构，返回用于调用外接有键盘/显示电路中的键盘扫描程序装置；没有，则，用于电导率采样定时初始化的装置；

此时已获得新的电导率线性修正值表并存入采集及处理电路8的存储器内，

当所述采集及处理电路没有外接有键盘/显示电路时，则，用于电导率采样定时初始化的装置；

此时获得的电导率线性修正值表是事先存入采集及处理电路(8)的存储器内的，

用于判断电导率采样定时到否的装置；

定时没到，则返回用于判断电导率采样定时到否的装置；

定时到，则读取所述第一输入端I1的频率信号Fv，用于频率信号Fv等于当前电导率采样频率值装置；

该用于判断电导率采样定时到否的装置预设有采样周期，当采样周期到，即定时到，则进入所述用于频率信号Fv等于当前电导率采样频率值装置；

用于搜索Fv在线性修正值表中的区间位置装置；

用于设定f₀等于区间下界，f₁等于区间上界的装置；为

f₀为线性修正值表中小于等于Fv的最大值，f₁为线性修正值表中大于Fv的最小值，

用于查电导率线性修正值表得f₀对应的电导值S₀，f₁对应的电导值S₁；

用于得出区间线性修正斜率K＝(S₁-S₀)/(f₁-f₀)的装置；

用于得出当前温度电导率Sx＝k(fx-f₀)+S₀的装置；

用于调用温度补偿子程序的装置；

用于得出Sv等于实时电导值的装置；此时得出25℃时，当前液路的电导率值S₂₅＝Sx/(1+a×Tx)，并将该S₂₅赋予Sv；

用于Sv与报警限比较，判断Sv是否超限的装置：

没超限，则返回用于电导率采样定时初始化的装置；

超限，用于发出报警信号装置；返回用于电导率采样定时初始化的装置；

该报警限预设在所述采集及处理电路的存储器内。

所述电导率线性修正值表是：在环境温度为25℃时，标准KCL溶液在液路系统中的电导率表。

如附图5所示：所述用于调用温度补偿子程序的装置是：

用于调用温度测量程序的机构；

用于获得液路当前温度值t的机构；

用于获得温度差Tx＝t-25.0的机构；

用于获得液路当前温度电导率值Sx的机构；

用于得出25℃时，当前液路的电导率值S₂₅＝Sx/(1+a×Tx)的装置；

所述α为温度补偿系数，α＝0.0207。

其工作原理如下：

本发明安装于血液净化设备的液路系统中，电导率传感器2位于透析器或者滤过器前端的透析液管路中，标准离子浓度的透析液流过在内壁里预埋有电极的石墨环中心的孔径，流过的配置有各种离子的透析液会在两个电极间产生与纯水通过时不同的等效电阻；当离子浓度发生变化时，其电阻率也不同，其等效电阻值也随之改变。电导率传感器2两电极接入到电导/频率变换电路6中，该等效电阻值的变化引起电路振荡频率的相应变化；电导/频率变换电路6的输出连接到频率信号整形电路7进行整理，再送到以微控制器为核心的采集及处理电路8。当液路中因为某些因素导致离子浓度超标时，采集及处理电路8检测到浓度变化引起的振荡频率异常值并与设定报警限进行比较，发出报警信号。