[發明專利]用于測量流體速度的方法及相關設備

無效

• 申請號: 201080012165.0
• 申請日: 2010-03-15
• 公開（公告）號: CN102356322A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: G·波羅;R·波齊;A·托里內斯;M·莫爾賈;L·羅瓦蒂
• 申請（專利權）人: 醫療數據有限公司
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26;A61B5/026;A61M1/36
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

技術領域

本發明涉及一種用于測量流體速度的方法，所述流體特別是衛生領域中通常使用的輸液流體(infusion?fluid)或者在體外循環回路中流動的血液，下文參考該應用領域進行描述只是為了簡化其說明。

本發明還涉及用于實現該方法的設備。

測量流體速度有益于獲得其他重要測量，例如管道內的流量。

背景技術

利用流體的多個物理參數的(例如聲波反射的溫度和壓強或者電磁波反射的電荷)無運動部件的傳感器是已知的。

在必須在不影響被檢流體的無菌狀態的情況下執行測量的生物醫學領域中，所需要的傳感器要么可以被消毒，因此具有與每次連續檢驗之后的更換需要相適應的低制造成本，要么是允許在不與流體物理接觸的情況下執行測量的非侵入型傳感器。

在該特定領域中，已知的有超聲波傳感器(基于聲波的反射)和光學傳感器(基于電磁波的反射)。

超聲波傳感器可以用于測量流體的速度，但是具有下列主要缺點：

-測量受溫度變化的影響；

-測量依賴于管道的幾何尺寸；

-一般而言，超聲波傳感器的制造成本高。

已知的光學傳感器主要分為兩種類型：

-用于測量流體速度的激光-多普勒風速計(圖1)；

-用于測量目標的位移或振動的半導體激光腔(圖5)。

參考圖1，激光源1產生單色光束3。由雙折射晶體材料形成的棱鏡5使激光束1成雙，產生兩個具有相同波長的光束3a和光束3b。

透鏡9將兩個激光束3a和3b聚焦，使其會聚到管道13內的點11，管道13內具有速度待測的流體在其中流動。

在兩個激光束3a和3b相交的點11處，形成干涉條紋13，即由于兩個激光束3a和3b的相消和相長干涉而產生的明暗交替的條紋；圖2中示意性地顯示了這種現象。

圖3則顯示了通過激光-多普勒風速計中的光電倍增管(圖中未顯示)探測的光強度I的典型時間進程，其精確聚焦到兩個激光束3a和3b相遇的點11。當粒子在相長干涉條紋內通過時，光電倍增管測量光強峰值。因此，光電倍增管所輸出的信號(即電場強度I)在持續存在的背景噪聲上方具有規律間隔的峰，如所述圖3所示。

如果d表示兩個相長干涉條紋之間的已知距離，則通過下式表示這些峰的周期：

Δτ=du---(1.0)]]>

其中u表示懸浮粒子的速度，進而表示輸送該懸浮粒子的流體的速度。作為結果，由于d和Δτ是已知的，可以得到u。

光電倍增管輸出的信號的頻譜分析(圖4)顯示了如下頻率處的峰：

f=ud---(1.1)]]>

該測量系統的主要缺點在于不能區分流體的流動方向。

因此，在激光-多普勒風速計中沿兩個激光束其中之一的光路引入布拉格盒(Bragg?cell)7，如圖1所示。

布拉格盒7導致兩個光束3a或3b僅其中之一的激光輻射的頻率偏移(典型地等于40MHz)。這導致相應干涉條紋移到40MHz；因此在光電倍增管中，干涉區域內的靜止粒子在頻率40MHz處產生光峰。

當流體以及因此的懸浮粒子運動時，發生所謂的多普勒效應：如果粒子在與干涉條紋相同的方向上運動，每單位時間將存在較少數量的相長干涉區域。因此，脈沖頻率將小于：

f＝f₀-Δf????(1.2)

另一方面，如果粒子的運動發生在干涉條紋的運動的相反方向上時，光電倍增管輸出的信號的頻率將大于：

f＝f₀+Δf????(1.3)

在這兩種情況下，Δf為如下所示的正量：