基于红外两点检测的注射泵空气排空检测装置的研究

涂家海1，李华中2

(1. 湖北广播电视大学电信工程学院，湖北 武汉430074）

(2. 光谷技术股份公司，湖北 武汉430020)

基金项目：湖北省科技支撑计划项目（2014BAA043）

作者简介：涂家海（1968—），男，副教授，硕士，主要研究方向为生产过程自动化，tujiahai@163.com.

摘要：针对注射泵控制系统需对注射泵空气排空进行检测的需求，设计了一款基于红外两点检测的注射泵空气排空检测装置。该装置利用红外光检测管道内介质的变化，分析了在气液两相不同介质的情况下检测信号的特点，得出检测信号跳变与管道内介质变化的关系；使用单片机对输出管道上两检测点进行信号采样、存储，对比连续采样的信号值，获取跳变信号；通过测量两检测点信号时间差，计算输出管道介质流速和输出管道空气排空时间，提出注射泵空气排空的判断条件。实验结果表明，该装置可以为注射泵控制系统提供准确的判断信号。

关键词：气液两相流;两点红外检测;单片机;注射泵排空

中图分类号：TP223   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)01-0057-04

注射泵通常用在制药、输液和计量等场合，将注射泵和输出管道的空气排空是其工作中的重要过程，对注射泵空气排空进行自动检测是实现注射泵自动控制的重要环节。目前，常用检测法有目测法、摄像观察法、单点检测法等［1-3］。其中目测法和摄像观察法需要由人去操作；单点检测法是对输出管道某点介质变化进行检测，由于检测对象是连续的气液两相流体，只能作单点检测判断，一是误判率高［4-5］，二是不能测量输出管道介质流速，无法计算输出管道空气排空时间，不能满足注射泵控制系统对注射泵和输出管道进行空气排空检测的需求。基于此，本文设计了一种基于两点红外检测的注射泵空气排空检测装置，在输出管道上分别设上、下游红外检测点，使用单片机对两检测点信号进行采样、存储，提取气液两相介质变化的信号，计算输出管道溶液流速和输出管道空气排空时间，根据注射泵和输出管道排空条件，给出排空判断信号。

1排空检测的方法

基于红外光检测原理［6］，利用红外光检测管道内介质变化，使用红外对管、单片机和检测电路等制作检测装置。如图1所示，在注射泵输出管道上设上、下游检测点，分别安装红外对管，红外对管由红外线发射管与红外线接收管组成，红外线发射管发出的红外光从管道一侧径向透过输液管到达另一侧的红外线接收管，红外线接收管是一支只对红外光有反应的光敏三极管，其功能是实现光电转化，利用外接电路输出电压信号，而且这个电压信号随着光的变化而相应变化。通过区分电压信号的电压值的高低，划分出输出管道气液两相介质。红外光通过气泡时，在气泡表面产生反射和折射，其衰减很大，红外线接收管输出高电平；红外光通过液体时，由于管内液体径向截面形成凸透镜，会将分散的红外光聚焦，从而增强红外光强度，红外线接收管输出低电平。根据相似原理，在管道内一定流速的介质流经上、下游检测点时的状态相似［7］，通过测量其经过两检测点的时间，已知两检测点间距，可计算溶液流速，再根据已知输出管道长度，可计算出输出管道空气排空时间。

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