DE4307758A1 - Method and device for pressure measurement and/or detection of air bubbles in flowing media - Google Patents

Method and device for pressure measurement and/or detection of air bubbles in flowing media

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DE4307758A1
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Norbert Dolag
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    • G—PHYSICS
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    • G—PHYSICS
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    • G01L11/04—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by acoustic means

Abstract

The invention describes a method and device for pressure measurement and/or detection of air bubbles in flowing media. The medium flows in an elastic tube which is irradiated with ultrasound waves in firm contact with an ultrasound emitter and an ultrasound receiver. The measured intensity of the ultrasound is a measure of the pressure in the tube, so that air bubbles can also be detected. The advantage of the invention resides in a quick, simple and very sensitive monitoring of a flowing medium, especially in infusion therapy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Luft­ blasen in und Drücken von strömenden Medien und eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung kann insbesondere in der Medizin bei der Infusionstherapie, zum Einsatz kommen.The invention relates to a method for detecting air blow in and press of flowing media and a pre direction to carry out the procedure. The invention can especially in medicine for infusion therapy, for Come into play.

Bei einer z. B. Infusionsvorrichtung wird eine Infusionsflüs­ sigkeit, die sich in einem Infusionsbehälter befindet, übli­ cherweise über einen elastischen Schlauch und eine Injek­ tionsnadel in den Körper eines zu behandelnden Patienten eingeführt. Abweichend vom normalen Betriebszustand, in dem dem Patienten eine konstante Infusionsflüssigkeitsmenge zu­ geführt wird, können verschiedene für den Patienten lebens­ gefährliche Situationen auftreten.At a z. B. Infusion device becomes an infusion flow liquid, which is in an infusion container, usual usually via an elastic hose and an injection tion needle into the body of a patient to be treated introduced. Deviating from the normal operating state in which deliver a constant amount of infusion fluid to the patient is carried out, different for the patient's life dangerous situations occur.

Zum einen ist es möglich, daß Luft in den Schlauch gelangt, die zum Körper des Patienten transportiert wird und in die­ sen eintritt. Die Folge ist eine für den Patienten lebensbe­ drohliche Luftembolie. On the one hand, it is possible for air to get into the hose, which is transported to the patient’s body and into the entry. The consequence is a life-long one for the patient menacing air embolism.  

Zum anderen besteht bei einem Infusionsvorgang die Gefahr, daß sich insbesondere aufgrund eines geringen Flüssigkeits­ stromes die Öffnung des elastischen Schlauches oder die Öff­ nung der Injektionsnadel verschließt oder der Schlauch unbe­ absichtigt abgeklemmt oder abgeknickt wird. Als Folge davon wird die Flüssigkeit nicht mehr gefördert und staut sich im elastischen Schlauch. Vor allem, wenn eine Pumpe zur Förde­ rung der Flüssigkeit Verwendung findet, können bei einem Verschluß sehr hohe Druckwerte im System auftreten, die teilweise 3 bar und mehr erreichen.On the other hand, there is a risk of an infusion process that especially because of a low fluid stream the opening of the elastic hose or the opening the injection needle is closed or the hose is unused intentionally pinched or kinked. As a consequence of this the liquid is no longer pumped and accumulates in the elastic hose. Especially when a pump is to be pumped tion of the liquid can be used in a Closure very high pressure values occur in the system sometimes reach 3 bar and more.

Hat sich ein Verschluß gebildet, so besteht das Risiko, daß sich dieser infolge des sich bei einer weiter arbeitenden Pumpe erhöhenden Druckes plötzlich löst, wodurch eine große Infusionsflüssigkeitsmenge unter hohem Druck in den Körper des Patienten gelangt. Weiter ist es möglich, daß durch Ein­ spülen des den Verschluß verursachenden Pfropfens ein Fremd­ körper in die Blutbahn eingebracht wird. Auch in diesen Fäl­ len entstehen für den Patienten lebensbedrohliche Situatio­ nen.If a seal has formed, there is a risk that this is due to the fact that one is still working Pump increasing pressure suddenly releases, causing a large Amount of infusion liquid under high pressure in the body of the patient. It is also possible that by A rinsing the plug causing the closure a foreign body is introduced into the bloodstream. Even in this fall len arise for the patient life-threatening situation nen.

Andererseits kann sich der Schlauch auch ablösen oder ab­ reißen, so daß die Flüssigkeitszufuhr ebenfalls unterbrochen wird. Diese den Patienten gefährdenden Vorkommnisse sind in jedem Fall zu verhindern.On the other hand, the hose can also come off or peel off tear, so that the fluid supply is also interrupted becomes. These events endanger the patient to prevent each case.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Luftblasen und unerwünscht hohe oder zu niedrige Drücke in einem strömenden Medium zu erkennen, um einen Weitertransport der Luftblasen und der Aufbau von noch höheren Drücken wirksam zu verhin­ dern.The object of the present invention is to remove air bubbles and undesirably high or too low pressures in a flowing Detect medium to further transport the air bubbles and effectively prevent the build-up of even higher pressures other.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge­ löst. This task is ge with the features of the claims solves.  

Bei der Lösung geht die Erfindung von folgenden Grundgedan­ ken aus.In the solution, the invention is based on the following basic idea know.

Das Medium wird durch einen elastischen Schlauch geleitet, der zwischen und im festen Kontakt mit sowohl einem Ultra­ schallsender als auch einem Ultraschallempfänger angeordnet ist. Durch den Kontakt des Senders mit dem elastischen Schlauch werden die vom Sender abgegebenen mechanischen Wel­ len auf den elastischen Schlauch übertragen. Die Wellen breiten sich sowohl im Schlauch als auch in dem im Schlauch befindlichen Medium aus. Vom ebenfalls mit dem elastischen Schlauch in Kontakt stehenden Empfänger werden die übertra­ genen, mechanischen Wellen erfaßt, in elektrische Signale umgewandelt und der Auswerteelektronik zur Verfügung ge­ stellt, die eine weitere Förderung z. B. einer Flüssigkeit aufgrund der eingegangenen Signale eventuell unterbindet und/oder ein Alarmsignal auslöst.The medium is passed through an elastic hose, the between and in firm contact with both an Ultra sound transmitter and an ultrasonic receiver arranged is. Through the contact of the transmitter with the elastic Hose become the mechanical wel len transferred to the elastic hose. The waves spread both in the tube and in that in the tube located medium. From also with the elastic Hose in contact with the receiver will be transmitted gene, mechanical waves detected in electrical signals converted and available to the evaluation electronics provides further funding z. B. a liquid may be prevented due to the signals received and / or triggers an alarm signal.

Da Luft mechanische Wellen schlechter übermittelt als z. B. eine Flüssigkeit, steigt der Wellenwiderstand an, wenn eine Luftblase den Sensor (Sender und Empfänger) passiert, wäh­ rend das Wellensignal am Empfänger abfällt. Ein stark ab­ fallendes Empfangssignal zeigt der Auswerteelektronik an, daß entweder eine Luftblase im elastischen Schlauch den Sen­ sor passiert oder daß der Schlauch aus dem Sensor entfernt wurde, woraufhin die Förderung z. B. einer Infusionsflüssig­ keit im elastischen Schlauch unterbunden wird.Since air transmits mechanical waves worse than z. B. a liquid, the wave resistance increases when a Air bubble passes the sensor (transmitter and receiver) while rend the wave signal at the receiver drops. A strongly off falling reception signal shows the evaluation electronics, that either an air bubble in the elastic hose sor happens or that the hose is removed from the sensor was, whereupon the funding z. B. an infusion liquid is prevented in the elastic hose.

Beim Anstieg des Flüssigkeitsdruckes im elastischen Schlauch erhöht sich sowohl die Auflagefläche als auch der Auflage­ druck zwischen Sender und Schlauch und zwischen Empfänger und Schlauch. Als Folge verbessert sich die mechanische Kopplung zwischen Schlauch und Sender bzw. Empfänger, wo­ durch der Wellenwiderstand zwischen Sender und Empfänger ab­ nimmt und die mechanischen Wellen besser vom Sender zum Empfänger übertragen werden. Das Empfangssignal verändert sich dabei direkt proportional zum Flüssigkeitsdruck. Ab einem zu hohen Eingangssignal erkennt die Auswerteelektronik einen zu hohen Druck und zeigt dies an bzw. unterbindet ebenfalls die weitere Förderung der Infusionsflüssigkeit, wodurch eine zunehmende Erhöhung des Druckes beim Verschluß des elastischen Schlauches oder der Injektionsnadel verhin­ dert wird.When the fluid pressure in the elastic hose increases increases both the contact area and the support pressure between transmitter and hose and between receiver and hose. As a result, the mechanical improves Coupling between hose and transmitter or receiver, where by the wave resistance between the transmitter and receiver takes and the mechanical waves better from the transmitter to Recipient are transmitted. The received signal changed is directly proportional to the fluid pressure. From  the evaluation electronics detects an excessively high input signal too high a pressure and indicates or prevents this also the further promotion of the infusion liquid, causing an increasing increase in pressure at closure of the elastic tube or the injection needle is changed.

Wird die Förderung mittels einer Pumpe durchgeführt, so gibt die Auswerteelektronik bei Erkennen einer Luftblase oder bei Feststellen eines unerwünscht hohen oder zu niedrigen Drucks an die Pumpensteuerung ein Signal zum Abschalten der Pumpe. Vom Bedienungspersonal kann dann die Ursache der Abschaltung überprüft und die Fehlfunktion behoben werden.If the pumping is carried out, there is the evaluation electronics upon detection of an air bubble or at Detection of an undesirably high or too low pressure a signal to the pump control to switch off the pump. The cause of the shutdown can then be determined by the operating personnel checked and the malfunction remedied.

Dadurch wird auf sehr einfache und wirkungsvolle Weise si­ chergestellt, daß keine Luftblase über die Position des Sen­ sors hinaus transportiert wird und z. B. in den Körper eines Patienten gelangt. Weiter werden bereits geringfügig erhöhte Druckwerte erkannt, so daß durch Verhinderung einer weiteren Flüssigkeitsförderung eine zunehmende Erhöhung des Flüssig­ keitsdrucks wirksam verhindert wird. Bei Abfall des Drucks unter einem vorgegebenen Schwellenwert kann ebenfalls die Pumpe abgeschaltet und ein Alarmsignal ausgelöst werden.This makes si very simple and effective made sure that there was no air bubble over the position of the Sen sors is transported and z. B. in the body of a Patient arrives. Further increases are already being made Pressure values recognized so that by preventing another Fluid delivery is an increasing increase in fluid effective pressure is effectively prevented. When the pressure drops below a predetermined threshold, the Pump switched off and an alarm signal triggered.

In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens werden ultraschallwellen mit einer Frequenz von 100-500 kHz, vor­ zugsweise 200-400 kHz, insbesondere 300 kHz verwendet, da bei diesen Frequenzen die Übertragung der mechanische Wellen in Luft besonders schlecht und damit der unterschied gegen­ über der Übertragung in Flüssigkeit besonders groß ist. Da­ durch können auch sehr kleine Luftblasen im Schlauch erkannt werden.In an advantageous embodiment of the method ultrasonic waves with a frequency of 100-500 kHz preferably used 200-400 kHz, especially 300 kHz, because at these frequencies the transmission of the mechanical waves particularly bad in air and thus the difference against above the transfer into liquid is particularly large. There Very small air bubbles can be recognized in the hose become.

Die ultraschallwellen werden in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform von einem Piezoelement erzeugt bzw. erfaßt. Piezoelemente wandeln zum einen die von einer Spannungs­ quelle kommenden hochfrequenten elektrischen Signale in Schallsignale bzw. die ankommenden Schallsignale in elektri­ sche Signale um. Durch die besonders miniaturisiert und ko­ stengünstig herzustellenden Piezoelemente, deren Stromver­ brauch klein ist, kann der Sensor sehr kompakt und kosten­ günstig produziert werden. Natürlich können auch andere Schallumwandler wie beispielsweise magnetostriktive Wandler zur Ultraschallerzeugung bzw. -detektion verwendet werden.The ultrasonic waves are advantageous in another Embodiment generated or detected by a piezo element. On the one hand, piezo elements convert those from a voltage source coming high frequency electrical signals in  Sound signals or the incoming sound signals in electri signals. Due to the particularly miniaturized and knockout most inexpensive to manufacture piezo elements, their Stromver is small, the sensor can be very compact and cost be produced cheaply. Of course, others can too Sound transducers such as magnetostrictive transducers be used for ultrasound generation or detection.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der Sender und der Empfänger durch einen Schlitz (Durchlaß) mit bestimmter Breite getrennt gegenüberliegend angeordnet. Der elastische Schlauch, dessen Querschnitt vorzugsweise gering­ fügig größer ist als die Breite des Schlitzes, wird in die­ sen Schlitz eingeführt und dabei leicht zu einem ovalen Querschnitt zusammengedrückt, wodurch ein ausreichend inten­ siver Kontakt zwischen elastischem Schlauch und Sender bzw. Empfänger hergestellt wird. Er stützt sich somit sowohl ge­ gen den Sender als auch gegen den Empfänger ab und bei einer Druckerhöhung des Mediums im Schlauch nimmt durch die Ver­ formung des elastischen Schlauches automatisch die Intensi­ tät der Kontaktes zwischen elastischem Schlauch und Empfän­ ger und zwischen elastischem Schlauch und Sender zu. Zusätz­ lich fixiert die den elastischen Schlauch in seine ursprüng­ liche Form zurückdrängende elastische Kraft diesen zwischen dem Sender und dem Empfänger in einer bestimmten Position. Weiter hat eine gegenüberliegende Anordnung von Sender und Empfänger den Vorteil, daß vom Empfänger die stärkeren, transmittierten und nicht die schwächeren, reflektierten Signale erfaßt werden.In a further advantageous embodiment, the Transmitter and the receiver through a slot (passage) with certain width arranged separately opposite. Of the elastic hose, the cross section of which is preferably small is larger than the width of the slot, is in the Sen slot inserted and easily into an oval Cross-section compressed, which makes a sufficiently deep sive contact between elastic hose and transmitter or Receiver is manufactured. It therefore supports both ge against the sender as well as against the receiver and at one Pressure increase of the medium in the hose increases through the ver formation of the elastic hose automatically the Intensi the contact between the elastic hose and the receiver and between the elastic hose and the transmitter. Additional Lich fixes the elastic hose in its original resilient form pushing back elastic force between them the sender and the receiver in a certain position. Next has an opposite arrangement of transmitter and Receiver the advantage that the stronger, transmitted and not the weaker, reflected Signals are detected.

Zur zusätzlichen Fixierung des elastischen Schlauches kann ein Gehäuse oder eine Verkleidung für den Sensor Ausnehmun­ gen oder Vorsprünge aufweisen, welche dem Schlauch einen weiteren Halt geben.For additional fixation of the elastic hose can a housing or casing for the sensor recess gene or protrusions which the hose a give further hold.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verstärken Verstärker die elektrischen Signale zum Sender bzw. vom Empfänger. Die Verstärker können auf einer Platine unterge­ bracht werden, auf denen in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform auch ein Gleichrichter, ein Analog/Digital- Wandler und/oder eine Auswerteelektronik untergebracht sind. Insbesondere für den Fall, daß die vom Empfänger kommenden Signale in digitale Signale umgewandelt werden, kann unter Verwendung einer digitalen Auswerteelektronik die gesamte Schaltung in einer integrierten Schaltung auf der Platine zusammengefaßt werden. Die Platine ist dabei vorteilhafter­ weise in unmittelbarer Nähe des Senders und Empfängers ange­ ordnet.Reinforce in a further advantageous embodiment Amplifier the electrical signals to the transmitter or from  Receiver. The amplifier can be housed on a circuit board be brought on which in another advantageous Embodiment also a rectifier, an analog / digital Transducers and / or evaluation electronics are housed. Especially in the event that those coming from the recipient Signals can be converted into digital signals under Using a digital evaluation electronics the whole Circuit in an integrated circuit on the board be summarized. The board is more advantageous instructed in the immediate vicinity of the transmitter and receiver arranges.

In einer besonders kompakten Ausführungsform wird der Sensor an der sich stromabwärts befindlichen Pumpenseitenwand der Pumpe angeordnet, wodurch es möglich ist, die Pumpe, den Sensor, eine Auswerteeinrichtung und eine Pumpensteuerung in einem einzigen gemeinsamen Gehäuse unterzubringen.In a particularly compact embodiment, the sensor on the downstream pump side wall of the Pump arranged, which makes it possible to pump the Sensor, an evaluation device and a pump control in to accommodate a single common housing.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described with reference to the drawings explained. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer medizinischen Infusionsvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Sensor; Figure 1 is a schematic representation of a medical infusion device with a sensor according to the invention.

Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsge­ mäßen Sensors; Fig. 2 is a sectional side view of a erfindungsge MAESSEN sensor;

Fig. 3 eine geschnittene Vorderansicht des erfindungsge­ mäßen Sensors gemäß Fig. 2, Fig. 3 is a sectional front view of the erfindungsge MAESSEN sensor according to Fig. 2,

Fig. 4 eine vergrößerte Teildarstellung des Sensors gemäß Fig. 3, Fig. 4 is an enlarged partial view of the sensor of Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsform mit einer Ausnehmung für den Schlauch, und Fig. 5 is a side view of a Ausfüh approximate shape with a recess for the hose, and

Fig. 6 ein Blockschaltbild zum Betrieb einer erfindungsge­ mäßen Ausführungsform und zur Steuerung einer Pumpe. Fig. 6 is a block diagram for the operation of an embodiment according to the invention and for controlling a pump.

In Fig. 1 ist eine Infusionsvorrichtung 1 gezeigt, die zum Behandeln eines Patienten (nicht dargestellt) eine Infu­ sionsflüssigkeit aus einem Flüssigkeitsvorratsbehälter 2 über einen elastischen Schlauch 4 und eine Injektionsnadel 3 in den Körper des Patienten einbringt. Üblicherweise wird der Flüssigkeitsvorratsbehälter 2 höher angeordnet als der Körper des Patienten, so daß die Gravitationskraft wirksam die Förderung der Flüssigkeit vom Flüssigkeitsvorratsbehäl­ ter 2 zum Patienten unterstützt. Um insbesondere die Infu­ sion einer bestimmten, konstanten Infusionsflüssigkeitsmenge sicherzustellen, ist eine Pumpe 6 zwischen dem Flüssigkeits­ vorratsbehälter 2 und der Injektionsnadel 3 angeordnet, wo­ bei die Pumpe 6 mittels einer Pumpensteuerung 16 (Fig. 6) betrieben wird. Der elastische Schlauch 4 weist in dieser Ausführungsform einen Außendurchmesser von 4 mm auf; jedoch können auch andere Außendurchmesser gewählt werden.In Fig. 1, an infusion device 1 is shown which for treating a patient (not shown) introduces an infusion fluid from a fluid reservoir 2 via an elastic tube 4 and an injection needle 3 into the patient's body. Usually, the liquid storage container 2 is arranged higher than the patient's body, so that the gravitational force effectively supports the promotion of the liquid from the liquid storage container ter 2 to the patient. In particular, to ensure the infusion of a certain, constant amount of infusion liquid, a pump 6 is arranged between the liquid storage container 2 and the injection needle 3 , where the pump 6 is operated by means of a pump control 16 ( FIG. 6). The elastic hose 4 in this embodiment has an outer diameter of 4 mm; however, other outside diameters can also be selected.

In Flußrichtung nach der Pumpe 6 ist ein Sensor 5 angeord­ net, der Luftblasen und unerwünschte Drücke im von ihm kon­ trollierten Schlauchabschnitt erfaßt.In the flow direction after the pump 6 , a sensor 5 is angeord net, which detects air bubbles and undesirable pressures in the hose section controlled by him.

Gemäß Fig. 3 und 4 ist der Sensor 5 symmetrisch aufgebaut, wobei sich spiegelbildlich ein einen Sender 5a aufnehmendes Sendergehäuse 9a und ein einen Empfänger 5b aufnehmendes Empfängergehäuse 9b gegenüberliegen. Zwischen beiden Gehäu­ sen 9a, 9b ist ein Durchlaß 4′ für den elastischen Schlauch 4 vorgesehen, dessen Breite A geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des elastischen Schlauches 4. Ein Sensor 5 mit einer bestimmten Durchlaßbreite ist somit nur für einen elastischen Schlauch 4 mit einem bestimmten Außendurchmesser geeignet. Sollte der Sensor 5 für Schläuche mit verschie­ denen Außendurchmessern verwendbar sein, so kann eine Sen­ sorvorrichtung benutzt werden, bei der der Durchlaß variabel ist. Die Gehäuse 9a, 9b bestehen im allgemeinen aus Metall oder aus Kunststoff.According to Fig. 3 and 4, the sensor is constructed symmetrically 5, wherein a mirror image of a station 9 b lie opposite a receiving station 9 a housing and a receiver 5 b receiver receiving housing 5. Between the two housings 9 a, 9 b there is a passage 4 'for the elastic tube 4 , the width A of which is slightly smaller than the diameter of the elastic tube 4 . A sensor 5 with a certain passage width is therefore only suitable for an elastic hose 4 with a certain outside diameter. If the sensor 5 for hoses with various outer diameters can be used, a sensor device can be used in which the passage is variable. The housing 9 a, 9 b generally consist of metal or plastic.

Der elastische Schlauch 4 wird beim Einfügen in den Durchlaß zwischen Sendergehäuse 9a und Empfängergehäuse 9b leicht zu­ sammengedrückt und erhält einen geringfügig ovalen Quer­ schnitt. Durch die den elastischen Schlauch 4 in seine kreisförmige Querschnittsform zurückdrängende elastische Kraft tritt er mit den Seitenwänden der Gehäuse 9a, 9b in Eingriff und wird im Durchlaß fixiert. Durch den Eingriff mit den Gehäuseseitenwänden wird auch die zur Übertragung der mechanischen Wellen ausreichend intensive Kopplung zwi­ schen dem elastischen Schlauch 4 und den Gehäusen 9a, 9b hergestellt. Vorteilhafterweise liegt der Schlauch 4 mittig bezüglich des Senders 5a und des Empfängers 5b, was einer optimalen Wellenübertragung förderlich ist. Eine mittige An­ ordnung des elastischen Schlauches 4 bezüglich des Senders 5a bzw. des Empfängers 5b kann durch eine Aussparung 19 in einer Verkleidung 10 des Sensors (vgl. Fig. 5) gewährlei­ stet werden.The elastic tube 4 is slightly compressed when inserted into the passage between the transmitter housing 9 a and receiver housing 9 b and receives a slightly oval cross-section. Due to the elastic hose 4 pushing back into its circular cross-sectional shape, it comes into engagement with the side walls of the housing 9 a, 9 b and is fixed in the passage. By engaging the housing side walls, the coupling between the elastic hose 4 and the housings 9 a, 9 b, which is sufficiently intensive for the transmission of the mechanical waves, is also produced. Advantageously, the hose 4 is located centrally with respect to the transmitter 5 a and the receiver 5 b, which is conducive to optimal wave transmission. A central arrangement of the elastic hose 4 with respect to the transmitter 5 a or the receiver 5 b can be guaranteed by a recess 19 in a panel 10 of the sensor (see FIG. 5).

Sowohl das Sendergehäuse 9a als auch das Empfängergehäuse 9b sind nach Fig. 2 in der Verkleidung 10 angeordnet und mit­ tels einer Halterung 18 befestigt. In einem Bodenstück 18′ der Halterung 18 ist eine Platine 7 angeordnet, die die elektrischen Schaltungen aufnimmt, zu denen gemäß Fig. 6 zwei Verstärker 13, 13′ ein Analog/Digital-Wandler 14 und eine digitale Auswerteelektronik 15 gehören. Über Leitungen 8 sind der Sender 5a und der Empfänger 5b mit den Schaltun­ gen auf der Platine 7 verbunden.Both the transmitter housing 9 a and the receiver housing 9 b are arranged according to FIG. 2 in the casing 10 and fastened by means of a holder 18 . In a bottom piece 18 'of the bracket 18 , a circuit board 7 is arranged which receives the electrical circuits, to which, according to FIG. 6, two amplifiers 13 , 13 ' include an analog / digital converter 14 and digital evaluation electronics 15 . Via lines 8 , the transmitter 5 a and the receiver 5 b are connected to the circuits on the board 7 .

Der Sender 5a ist als Piezoelement ausgeführt, welches die von einem Hochfrequenzgenerator 12 (Fig. 6) stammenden, über die Leitung 8 geleiteten hochfrequenten Spannungssignale in Ultraschallschwingungen 11 umwandelt. Anstelle von Piezoele­ menten können auch andere Ultraschallwandler, wie beispiels­ weise magnetostriktive Wandler, verwendet werden. Die Ultra­ schallschwingungen 11 werden über das Sendergehäuse 9a an den mit dem Gehäuse in Kontakt stehenden elastischen Schlauch 4 und von diesem an die Flüssigkeit und/oder Luft übertragen, pflanzen sich je nach dem im Schlauch 4 befind­ lichem Medium mehr oder weniger stark fort und erreichen unter Zwischenschaltung der Schlauchwand das gegenüberlie­ gende Empfängergehäuse 9b, in dem der ebenfalls als Piezo­ element ausgebildete Empfänger 9b angeordnet ist. Dieses wandelt die erfaßten mechanischen Wellen 11 zurück in elek­ trische Signale.The transmitter 5 a is designed as a piezo element which converts the high-frequency voltage signals coming from a high-frequency generator 12 ( FIG. 6) and conducted via line 8 into ultrasonic vibrations 11 . Instead of piezo elements, other ultrasonic transducers, such as magnetostrictive transducers, can also be used. The ultra sound vibrations 11 are transmitted via the transmitter housing 9 a to the elastic hose 4 in contact with the housing and from there to the liquid and / or air, depending on the medium in the hose 4 , plant more or less strongly and reach the interposition of the tube wall, the gegenüberlie constricting receiver housing 9 b, in which the piezo element also formed as a receiver is arranged 9 b. This converts the detected mechanical waves 11 back into electrical signals.

Über die Leitung 8 ist gemäß Fig. 6 der Empfänger 5b der Reihe nach mit dem Verstärker 13′, einem Gleichrichter 17, dem Analog/Digital-Wandler 14 und der Auswerteelektronik 15 verbunden. Die Auswerteelektronik 15 ist mit einer Pumpen­ steuerung 16 verbunden, die zum Betrieb der Pumpe 6 geeignet ist.Via the line 8 of the receiver according to FIG. 6 b 5 in turn connected to the amplifier 13 ', a rectifier 17, the analog / digital converter 14 and the transmitter 15 °. The evaluation electronics 15 is connected to a pump control 16 , which is suitable for operating the pump 6 .

Das als Sender 5a verwendete Piezoelement wandelt die elek­ trischen Signale vorzugsweise mit einer Frequenz von 300 kHz in Ultraschallwellen 11 um.The piezo element used as transmitter 5 a converts the electrical signals preferably at a frequency of 300 kHz into ultrasonic waves 11 .

Je nach Flüssigkeitsdruck verformt sich der elastische Schlauch 4 und die Auflagefläche bzw. der Auflagedruck zwi­ schen dem elastischen Schlauch 4 und dem Sendergehäuse 9a bzw. dem Empfängergehäuse 9b ändert sich proportional. Damit verändert sich auch der Wellenwiderstand zwischen Sender 5a und Empfänger 5b, da die Schallübertragung bei intensiverem Kontakt begünstigt wird. Bei hohem Flüssigkeitsdruck werden infolge der besseren Kopplung zwischen dem Schlauch 4 und dem Sender 5a bzw. Empfänger 5b die Ultraschallwellen 11 besser übertragen als bei niedrigem Druck. Das Empfangs­ signal steigt dabei direkt proportional zum Druck im elasti­ schen Schlauch 4.Depending on the fluid pressure, the elastic hose 4 deforms and the contact surface or the contact pressure between the elastic hose 4 and the transmitter housing 9 a or the receiver housing 9 b changes proportionally. This also changes the wave resistance between transmitter 5 a and receiver 5 b, since the sound transmission is promoted with more intensive contact. At high liquid pressure, the better coupling between the hose 4 and the transmitter 5 a or receiver 5 b means that the ultrasound waves 11 are transmitted better than at low pressure. The received signal increases directly proportional to the pressure in the elastic hose 4 .

Bei einer Luftblase im Schlauch ist der Wellenwiderstand zwischen Sender 5a und Empfänger 5b sehr hoch, da Luft im Gegensatz zu Flüssigkeiten die Ultraschallwellen 11 schlech­ ter überträgt. Besonders stark ausgeprägt ist dieser Unter­ schied bei Verwendung einer Ultraschallfrequenz von 300 kHz.With an air bubble in the hose, the wave resistance between transmitter 5 a and receiver 5 b is very high, since air, in contrast to liquids, transmits the ultrasonic waves 11 poorly. This difference is particularly pronounced when using an ultrasonic frequency of 300 kHz.

Ein sehr geringes Empfangssignal bedeutet somit, daß entwe­ der kein Schlauch 4 im Sensor 5 eingelegt ist oder daß sich eine Luftblase zwischen dem Sender 5a und dem Empfänger 5b befindet. In beiden Fällen zeigt die Auswerteelektronik 15 dies an und veranlaßt die Pumpensteuerung 16 die Pumpe abzu­ schalten. Damit wird zum einen ein Betreiben der Infusions­ vorrichtung ohne eine Überwachung des elastischen Schlauches 4 verhindert und zum anderen gelangt keine Luftblase über die Position hinaus, an der der Sensor 5 angeordnet ist.A very low received signal means that either the hose 4 is not inserted into the sensor 5 or that there is an air bubble between the transmitter 5 a and the receiver 5 b. In both cases, the evaluation electronics 15 indicates this and causes the pump control 16 to switch off the pump. This on the one hand prevents the infusion device from being operated without monitoring the elastic tube 4 , and on the other hand no air bubble passes beyond the position at which the sensor 5 is arranged.

Bei einer im elastischen Schlauch 4 befindlichen Flüssigkeit mit gewünschtem Druck liefert der Empfänger 5b ein normales Empfangssignal. Die Auswerteelektronik 15 läßt den Betrieb der Pumpe 6 zu und zeigt an, daß sich die Infusionsvorrich­ tung 1 im normalen Betriebszustand befindet.In the case of a liquid in the elastic hose 4 with the desired pressure, the receiver 5 b delivers a normal reception signal. The evaluation electronics 15 allows the operation of the pump 6 and indicates that the Infusionsvorrich device 1 is in the normal operating state.

Bei steigendem Druck im elastischen Schlauch 4 steigt das Empfangssignal ebenfalls an und bei einem unerwünscht hohen Signal schaltet die Auswerteelektronik 15 über die Pumpen­ steuerung 16 die Pumpe 6 ebenfalls ab und gibt die Meldung ab, daß der Infusionsdruck zu hoch ist.With increasing pressure in the elastic tube 4 , the received signal also rises, and with an undesirably high signal, the evaluation electronics 15 also switches off the pump 6 via the pump control 16 and emits the message that the infusion pressure is too high.

Durch geeignete Bemessung des unbelasteten Schlauchs und des Sender-Empfänger-Abstandes kann auch bei Unterschreiten eines bestimmten Druckes ein Signal an die Pumpe und die (nicht dargestellte) Alarmvorrichtung abgegeben werden.By suitable dimensioning of the unloaded hose and the Transmitter-receiver distance can also fall short a signal to the pump and the Alarm device (not shown) are issued.

Das Betriebspersonal kann bei einer angezeigten Störung die Ursache überprüfen und falls notwendig die erforderlichen Maßnahmen zur Beseitigung der Störung veranlassen.In the event of an indicated fault, the operating personnel can Check the cause and, if necessary, the necessary ones Take measures to remedy the fault.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Infusionsvorrich­ tungen beschränkt. Der erfindungsgemäße Sensor kann überall da verwendet werden, wo es notwendig ist verschiedene Medien oder den Druck eines Mediums in einem Hohlraum mit elasti­ schen Wänden zu erfassen.The application of the invention is not to infusion equipment limited. The sensor according to the invention can be used anywhere  Different media are used where necessary or the pressure of a medium in a cavity with elasti walls.

Auch weitere Ausführungsformen der Vorrichtung sind denkbar. So können Sender und Empfänger in einem Ultraschallwandler zusammengefaßt oder nebeneinander angeordnet werden. Die vom Sender abgegebenen Ultraschallwellen breiten sich über den Schlauch und das im Schlauch befindliche Medium aus und wer­ den an einer dem Sender bzw. Empfänger gegenüberliegenden Wand reflektiert. Die wiederum über Schlauch und Medium zu­ rückübertragenen Ultraschallsignale werden dann von dem Empfänger aufgenommen und der Auswerteelektronik zugeführt.Other embodiments of the device are also conceivable. This allows transmitters and receivers to be in one ultrasonic transducer can be summarized or arranged side by side. The ones from Transmitted ultrasound waves spread over the Hose and the medium in the hose from and who the one opposite the transmitter or receiver Wall reflected. Which in turn via hose and medium too retransmitted ultrasound signals are then from the Receiver received and fed to the evaluation electronics.

Claims (15)

1. Verfahren zum Erkennen von Luftblasen und/oder zur Druckmessung in einem durch einen elastischen Schlauch (4) strömenden Medium, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß der elastische Schlauch (4) von Ultraschallwel­ len (11) durchstrahlt wird, die von einem Ultra­ schallsender (5a) ausgehen und von einem Ultra­ schallempfänger (5b) empfangen werden,
  • b) daß der elastische Schlauch in engem Kontakt mit dem Sender (5a) und/oder mit dem Empfänger (5b) so ange­ ordnet ist, daß bei einer Änderung des Drucks des strömenden Mediums der Schlauch (4) seinen Kontakt­ druck und seine Kontaktfläche (4a, 4b) auf dem Sen­ der (5a) bzw. auf dem Empfänger (5b) ändert, und
  • c) daß die Intensität der vom Empfänger (5b) empfange­ nen Ultraschallwellen (11) als Maß für den Druck des strömenden Mediums und/oder für die Ermittlung von Luftblasen ausgewertet wird.
1. A method for detecting air bubbles and / or for measuring pressure in a medium flowing through an elastic hose ( 4 ), characterized in that
  • a) that the elastic hose ( 4 ) is irradiated by Ultrasonic waves ( 11 ), which emanate from an ultra sound transmitter ( 5 a) and are received by an ultra sound receiver ( 5 b),
  • b) that the elastic hose in close contact with the transmitter ( 5 a) and / or with the receiver ( 5 b) is arranged so that when the pressure of the flowing medium changes, the hose ( 4 ) its contact pressure and its Contact area ( 4 a, 4 b) on the Sen ( 5 a) or on the receiver ( 5 b) changes, and
  • c) that the intensity of the receiver ( 5 b) received NEN ultrasonic waves ( 11 ) is evaluated as a measure of the pressure of the flowing medium and / or for the determination of air bubbles.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der vom Sender (5a) abgegebenen Ultra­ schallwellen (11) 100-500 kHz, vorzugsweise 200-400 kHz, insbesondere 300 kHz beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the frequency of the ultrasonic waves emitted by the transmitter ( 5 a) ( 11 ) is 100-500 kHz, preferably 200-400 kHz, in particular 300 kHz. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Ermittlung eines über einem bestimmten Wert liegenden Druckes oder von Luft im elastischen Schlauch (4) die Zufuhr des Mediums unterbrochen und/oder ein Alarm ausgelöst wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that when determining a pressure above a certain value or of air in the elastic hose ( 4 ) the supply of the medium is interrupted and / or an alarm is triggered. 4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
  • a) der Sender (5a) und der Empfänger (5b) einander ge­ genüberstehend angeordnet sind,
  • b) zwischen dem Sender (5a) und dem Empfänger (5b) ein Durchlaß (4′) für den elastischen Schlauch (4) vor­ gesehen ist,
  • c) die Breite (A) des Durchlasses (4′) kleiner als der Durchmesser des Schlauches (4) im drucklosen Zustand ist und
  • d) eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Intensi­ tät der im Empfänger (5b) empfangenen Ultraschall­ wellen (11) vorgesehen ist.
4. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3, wherein
  • a) the transmitter ( 5 a) and the receiver ( 5 b) are arranged opposite one another,
  • b) between the transmitter ( 5 a) and the receiver ( 5 b) a passage ( 4 ') for the elastic hose ( 4 ) is seen before,
  • c) the width (A) of the passage ( 4 ') is smaller than the diameter of the hose ( 4 ) in the depressurized state and
  • d) an evaluation device for evaluating the intensity of the ultrasound waves ( 11 ) received in the receiver ( 5 b) is provided.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (5b) und der Sender (5a) in Schallwandler­ gehäusen (9a bzw. 9b) angeordnet sind.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the receiver ( 5 b) and the transmitter ( 5 a) housed in transducers ( 9 a and 9 b) are arranged. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sender (5a) und der Empfänger (5b) hochfre­ quente Ultraschallwandler sind, wobei die Frequenz der Signale 100-500 kHz, vorzugsweise 200-400 kHz, ins­ besondere 300 kHz beträgt.6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the transmitter ( 5 a) and the receiver ( 5 b) are hochfre quent ultrasonic transducers, the frequency of the signals 100-500 kHz, preferably 200-400 kHz, in particular Is 300 kHz. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sender (5a) und der Empfänger (5b) Piezoelemente oder magnetostriktive Wandler sind.7. The device according to claim 4, 5 or 6, characterized in that the transmitter ( 5 a) and the receiver ( 5 b) are piezo elements or magnetostrictive transducers. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Schlauch (4) in der gewünschten Position zwischen Sender (5a) und Empfänger (5b) durch eine Aussparung (19) in einer Verkleidung (10) gehaltert wird.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the elastic hose ( 4 ) in the desired position between the transmitter ( 5 a) and receiver ( 5 b) is held by a recess ( 19 ) in a panel ( 10 ) becomes. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des elastischen Schlauchs (4) bis 10 mm, vorzugsweise 2-6 mm, insbe­ sondere 4 mm beträgt.9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that the diameter of the elastic hose ( 4 ) to 10 mm, preferably 2-6 mm, in particular special 4 mm. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (5a) über einen Verstär­ ker (13) mit einem elektrischen Hochfrequenzgenerator (12) verbunden ist.10. Device according to one of claims 4 to 9, characterized in that the transmitter ( 5 a) via an amplifier ( 13 ) is connected to an electrical high-frequency generator ( 12 ). 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung einen Ver­ stärker (13′), einen Gleichrichter (17), einen Ana­ log/Digital-Wandler (14) und eine digitale Auswertelek­ tronik (15) aufweist.11. The device according to one of claims 4 to 10, characterized in that the evaluation device has a United amplifier ( 13 '), a rectifier ( 17 ), an ana log / digital converter ( 14 ) and a digital evaluation electronics ( 15 ) . 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (5a) und der Empfänger (5b) in Strömungsrichtung nach einer das Medium fördern­ den Pumpe (6) angeordnet sind.12. Device according to one of claims 4 to 11, characterized in that the transmitter ( 5 a) and the receiver ( 5 b) are arranged in the flow direction after a convey the medium, the pump ( 6 ). 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung mit einer Pumpensteuerung (16) verbunden ist zum Abschalten der Pumpe (6) bei Unterschreiten oder bei Überschreiten vor­ gegebener Druckschwellenwerte oder bei Erkennen einer Luftblase im elastischen Schlauch (4).13. The device according to one of claims 4 to 12, characterized in that the evaluation device is connected to a pump control ( 16 ) for switching off the pump ( 6 ) if the pressure falls below or exceeds the given pressure threshold values or if an air bubble is detected in the elastic hose ( 4 ). 14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pumpe (6) der Sender (5a), der Empfän­ ger (5b), die Auswerteeinrichtung und die Pumpensteue­ rung (16) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.14. The apparatus of claim 12 or 13, characterized in that the pump ( 6 ) of the transmitter ( 5 a), the receiver ( 5 b), the evaluation device and the pump control ( 16 ) are arranged in a common housing. 15. Verwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bzw. 4 bis 14 in der Infusi­ onstherapie.15. Use of the method or the device according to one of claims 1 to 3 or 4 to 14 in the infusi on therapy.
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