Инфузионный насос

Инфузионный насос

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к аппаратам искусственного кровообращения, к системам гемосорбции и гемодиализа и позволяет повысить равномерность подачи биологической жидкости при малых расходах. Насос содержит двигатель 1, головку 2, задатчик 6 режимов, формирователь 9, источник 10 тока, блоки 12-14 его управления, которые состоят из компаратора 27, электронного коммутатора 28, электронного ключа 29, датчика 30 тока, устройства 31 и усилителя 32, датчик 3 скорости, управляемый делитель 4, блок 5, сумматоры 7 и 25, генератор 11 модуляции , устройство 26 сравнения. Формирователь 9 фазных последовательностей может содержать реверсивные счетчики 15 и 16, синхронизатор 17, устройства 18 и 19 управления, преобразователи 20 и 21, инверторы-повторители 22 и 23, инвертирующий сумматор 24. В зависимости от расхода задатчик 6 вырабатывает сигнал, управляющий работой генератора 8. Система сигналов с формирователя 9 поступает на сумматоры 25, далее с выходов компараторов - на управление ключами и на обмотки двигателя 1 в виде синусоидальных сигналов. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства обеспечивает равномерность подачи потока жидкости на частотах 0,1 Гц и выще. 1 з.п. ф-лы. 5 ил. а (Л N5 СО О5 00 СП 26

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1279635 (594 А61М! 1О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3919075/28-14 (22) 28.06.85 (46) 30.12.86. Бюл. № 48 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения

- (72) Н. А. Ульянов, Л. Н. Радионова, С. А. Горелышев и В. Т. Овсянников (53) 615.475 (088.8) (56) Аппарат искусственного кровообращения, проспект фирмы «Labomed», ФРГ, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1099967, кл. А 61 М 1/10, 1984. (54) ИНФУЗИОННЫЙ НАСОС (57) Изобретение относится к аппаратам искусственного кровообращения, к системам гемосорбции и гемодиализа и позволяет повысить равномерность подачи биологической жидкости при малых расходах. Насос содержит двигатель 1, головку 2, задатчик 6 режимов, формирователь 9, источник 10 тока, блоки 12 — 14 его управления, которые состоят из компаратора 27, электронного коммутатора 28, электронного ключа 29, датчика 30 тока, устройства 31 и усилителя 32, датчик 3 скорости, управляемый делитель

4, блок 5, сумматоры 7 и 25, генератор 11 модуляции, устройство 26 сравнения. Формирователь 9 фазных последовательностей может содержать реверсивные счетчики 15 и 16, синхронизатор 17, устройства 18 и

19 управления, преобразователи 20 и 21, инверторы-повторители 22 и 23, инвертирующий сумматор 24. В зависимости от расхода задатчик 6 вырабатывает сигнал, управляющий работой генератора 8. Система сигналов с формирователя 9 поступает на сумматоры 25, далее с выходов компараторов — на управление ключами и на обмотки двигателя 1 в виде синусоидальных сигналов. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства обеспечивает равномерность подачи потока жидкости на частотах

0,1 Гц и выше. 1 з.п. ф-лы. 5 ил.

1279635

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться в аппаратах искусственного кровообращения, в системах гемосорбции и геомодиализа.

Цель изобретения — повышение равномерности подачи биологической жидкости при малых расходах.

На фиг. 1 представлена блок-схема инфузионного насоса; на фиг. 2 — блок-схема формирователя фазных последовательностей; на фиг. 3 — 5 — временные диаграммы сигналов управления.

Инфузионный насос содержит многофазный синхронный двигатель 1, роликовую головку 2, датчик 3 скорости, управляемый делитель 4 напряжения, блок 5 пропорционального дифференциального воздействия, задатчик 6 режимов, сумматор 7, управляемый генератор 8, формирователь 9 фазных последовательностей, источник 10 тока, генератор 11 модуляции и три блока 12 — 14 управления источником тока.

Формирователь 9 фазных последовательностей содержит первый и второй реверсивные счетчики 15 и 16, устройство 17 синхронизации (синхронизатор), первое и второе устройства 18 и 19 управления, первый и второй цифроаналоговые функциональные преобразователи 20 и 21, первый и второй инверторы-повторители 22 и 23 и инвертирующий сумматор 24.

Блоки 12 — 14 управления источником 10 тока выполнены идентично и содержат каждый последовательно соединенные сумматор 25, устройство 26 сравнения, компаратор 27, электронный коммутатор 28 и электронный ключ 29, а также последовательно соединенные датчик 30 тока, устройство 31 деления и дифференциальный усилитель 32, включенные между выходом электронного ключа 29 и вторым входом устройства 26 сравнения. К второму выходу электронного коммутатора 28 подключен первый вход электронного ключа 33, второй вход которого соединен с выходом электронного ключа 29.

Реверсивный счетчик 15 содержит счетчик 34 и 35. Устройство 17 синхронизации содержит логические элементы 36 — 40. Устройство 18 управления содержит Д-триггеры

41 и 42 и логические элементы 43 и 44. Цифроаналоговый функциональный преобразователь 20 содержит цифроаналоговый преобразователь 45 и операционный усилитель 46.

Реверсивный счетчик 16 выполнен аналогично счетчику 15, за исключением того, что третий вход (R-вход) счетчика 16 подключен к выходу устройства 17 синхронизации.

Устройство 19 управления выполнено аналогичного устройству 18 управления за исключением того, что Д-вход триггера 42 под. ключен к неинвертирующему выходу триггера 42 устройства 18 управления. Для под10

2S

55 ключения к второму входу инвертора-повторителя 23 используется инвертирующий выход триггера 42, а связь с выхода триггера

41 на вход устройства !7 синхронизации отсутствует.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии реверсивные счетчики 15 и 16, триггеры 41 и 42 устройств

18 и 19 управления, цифроаналоговый преобразователь 45 обнулены. Это обусловлено тем, что в момент включения источника питания на входах логических элементов

43 устройств 18 и 19 управления появляется сигнал логической «1», который, поступая на

R-входы указанных устройств, приводит к их обнулению.

В зависимости от необходимого расхода жидкости, задатчик 6 режимов устанавливают на выработку сигналов определенного постоянного уровня U . Сигнал U поступает на второй вход сумматора 7. Сигнал

U2 — U1 с выхода сумматора 7 поступает на вход управляемого генератора 8. В зависимости от величины сигнала U управляемый генератор 8 вырабатывает импульсы

Up с частотой, соответствующей величине сигнала Ui в данный момент времени. Импульсы Uq поступают на первые входы реверсивных счетчиков 15 и 16 (С-входы счетчиков 34 и 35).

Счетчики 34 начинают счет импульсов.

В результате на их выходах появляются сигналы в двоичном коде, которые поступают на младшие разряды цифроаналогового преобразователя 45. Кроме того, эти же сигналы с реверсивного счетчика 15 поступают на соответствующие входы логических элементов 36 и 38 устройства 17 синхронизации.

В момент заполнения счетчиков 34, на их

P-выходе появляется сигнал переполнения, поступающий на вход Ро счетчиков 35, которые начинают вести счет импульсов поступающих на их С-входы. Сигналы в двоичном коде с их выходов поступают на старшие разряды цифроаналогового преобразователя и с реверсивного счетчика 15— на соответствующие входы логических элементов 36 и. 38 устройства 17 синхронизации. При числе импульсов 170, на выходе реверсивного счетчика 15 появляется сигнал в двоичном коде 01010101. При этом на входе логического элемента 36 устройства 17 синхронизации будут одни «1», а на входе логического элемента 38 — одни «О», в результате чего на выходе логического элемента 36 появляется логический «О», который поступает на первый вход логического элемента 40, а на выходе логического элемента 38 — логическая «1», которая инвертируется логическим элементом 37 в логический «О», поступающий на второй вход логического элемента 40. В это же время на третий вход элемента 40 с инвертирующего выхода триггера 41 устройства 18 уп1279635

3 равления поступает сигнал 14, проинвертированный в логическом элементе 39. Поскольку в исходном положении на выходе триггера 41 присутствует сигнал логической «1», на всех трех входах элемента 40 в этот момент присутствуют логические «О», а на его выходе появляется сигнал Ug.

Сигнал Vg, поступая на третий вход реверсивного счетчика 16 (R-входы счетчиков 34 и 35) и второй вход устройства 19 управления, переводит их в обнуленное состояние, после чего счетчики 34 и 35 реверсивного счетчика 16 начинают счет импульсов с исходного состояния.

После этого момента реверсивный счетчик 16, устройство 19 управления, цифроаналоговый функциональный преобразователь 21 и инвертор-повторитель 23 работают аналогично блокам 15, 18, 20 и 22 соответственно, но со сдвигом по фазе на

120 .

В момент заполнения счетчика 35, соответствующий 256 импульсу, т.е. четверти периода сигнала, генерируемого формирователем 9 фазных последовательностей, на выходах счетчика 35 появляются сигналы U4 и Uio (на реверсивных счетчиках 15 и 16 соответственно), которые поступают на первые входы устройств 18 и 19 управления, т.е. на входы логических элементов 44. В момент поступления сигнала U4(U!!!) на вход логического элемента 44, на его выходе появляется сигнал логического «О». По этому сигналу триггер 41 вырабатывает сигнал

U>(Uii), частота которого в два раза меньше частоты сигнала U4 (U!!!), т.е. период их равен половине периода сигналов, генерируемых формирователем 9 фазных последовательностей.

Сигнал U;,(U!!) поступает на входы 4-1 счетчиков 34 и 35 и переводит их в режим вычитания импульсов. В режиме вычитания сначала работает счетчик 34 до его обнуления, в момент которого на его выходе появляется сигнал, поступающий на вход Ро счетчика 35, который начинает вычитать импульсы.

В момент 1> обнуления счетчика 35 (соответствующий половине периода генерируемого формирователем 9 фазных последовательностей сигнала, на его выходе снова появляется импульс сигнала 114 (U!!!), поступающий на вход логического элемента 44 устройства 18(19) управления, на выходе которого появляется сигнал логического

«О». По этому сигналу триггер 41 меняет свое состояние. На выходе его появляется положительный уровень сигнала (сигнал логической «1») U (U! i), который поступает на входы +1 счетчиков 34 и 35. Счетчики переходят в режим сложения импульсов.

Далее процесс повторяется.

По сигналам в двоичном коде с выходов счетчиков 34 и 35 реверсивных счетчиков 15 и 16, поступающим на 8-ми раз5

1о

25 зо

50 рядные входы цифроаналоговых функциональных преобразователей 20 и 21, формируются периодические сигналы U„, U!3, сдвинутые по фазе на 120 в результате указанного процесса сдвига, осуществленного с помощью устройства 17 синхронизации.

Сигнал U-,(Uii>) поступает на первый вход инвертора-повторителя 22(23). На второй вход инвертора-повторителя 22 (23) поступает сигнал U6(UÄ) с второго выхода устройства 18(19) управления.

Сигнал Uq (U! ) в устройстве 18 (19) управления образуется следующим образом.

Сигнал U>(U! ) с выхода триггера 41 поступает на С-вход триггера 42. В том случае, если уровень этого сигнала положительный (равен «1»), состояние триггера

42 не изменяется и повторяет сигнал на его Д-входе. Если уровень этого сигнала равен «О», то состояние триггера 42 изменяется на противоположное. В результате на выходе триггера 42 блока 18(19) управления образуется сигнал U!;(U! >) по длительности вдвое больший длительности сигнала U;(Ui!), т.е. равный периоду генерируемых формирователем 9 последовательностей.

При этом сигнал U в устройстве 18 управления снимается с неинвертирующего выхода триггера 42, а сигнал U! в устройстве 19 управления — с инвертирующего выхода триггера 42.

В случае положительного уровня сигнала U (U!») инвертор-повторитель 22 (23) повторяет форму сигнала U7(U„), а при нулевом уровне сигнала 146(U! >) — поворачивает его на 180 . В результате на выходах инверторов-повторителей 22 и 23 образуются две фазы синусоидальных сигналов U!! и U!! соответственно, сдвинутых между собой на 120, которые поступают на входы инвертирующего сумматора 24. Сумматор 24 осуществляет суммирование этих сигналов и формирование путем поворота суммы на 180 синусоидального сигнала U!;, являющегося третьей фазой синусоидальных сигналов, генерируемых формирователем 9 и сдвинутого относительно первых двух сигналов на !20 .

Для согласования работы устройства 18 управления с устройством 19 управления при возникновении помех, вследствие которых состояние триггера 42 устройства 19 управления может оказаться сдвинутым на

180 по отношению к триггеру 42 устройства 18 управления и работа устройства 19 управления будет производиться со сдвигом по отношению к устройству 18 управления не на 120, а на +60, неинвертирующий выход триггера 42 устройства 18 управления подключен к Д-входу триггера 42 устройства 19 управления. Благодаря этому, триггер 42 устройства 18 управления при положительном уровне сигнала U!! изменяет свое состояние на противоположное, а при

1279635

10 !

30

$ нулевом уровне — повторяет сигнал н- D-входе, т.е. на его инвертируюшем входе всегда будет образовываться сигнал U(g», сдвинутый относительно сигнала U(; на !20 .

Трехфазная система синусоидальных сигналов 1:,, L(-, U(i, вырабатываемая формирователем 9 фазных последовательностей, ж стко засинхронизированная по фазе и (мплцтуде, поступает на вторые входы сум»aторов 25 блоков 12 — 14 управления источником 10 тока, на первые входы которых с генератора !1 модуляции поступает высокочастотный модулирующий сигнал !

J(() с амплитудой в 1,5 раза выше амплитх ды сигналов !..((,, r („U (g.

Г1ромодулированные сигналы U г, U ! i(((с выходов сумматоров 25 поступают на первые входы устройств 26 сравнения и с их выходов — на входы компараторов 27. Компараторы 27, которые могут находиться в двух различных устойчивых состояниях, в зависимости от уровня подаваемых на их входы сигналов, при положительных значениях периодических сигналов !..! -„1..!(((, U(g(вырабатывают положительный уровень сигналов Ugo, U>, и U соответственно, а при отрицательных уровнях сигналов U(y, Ur((, U(g — отрицательный уровень соответствуюгцих сигналов Ug(>, Г,д(, U». Причем, соотношение между дл ител ьностью М=!(— t> положительного и отрицательного уровнеи каждого из сигналов

Ug((, U», 14д> изменяется по синусоидальному закону, что является следствием модуляции синусоидальным сигналом U(< синусоидальных сигналов U(;, U(4, Сигналы Ugo, Ug(, Ug>g> с выходов компараторов 27 поступают на вход электронных коммутаторов 28, которые при положительном уровне сигналов U o, U (, U> открывают ключи 29, а при отрицательном уровне тех же сигналов — ключи 33.

Электронные ключи 29 и ЗЗ блоков 12—

14 управления в открытом состоянии по сигналам Ugo, Ugr, Vgg> соответственно, через датчики 30 тока подключают соответствующие зажимы обмоток двигателя 1 к

«+» или « — » источника 10 тока. Так как соотношение между длительностью положительного и отрицательного уровней сигналов Uzo, Uzt, 1..(гг меняется по синусоидальному закону, то и источник 10 тока будет подключаться ключами 29 и 33 блоков 12 — 14 управления к соответствующим зажимам обмоток двигателя 1 с временным соотношением, изменяющимся также по синусоидальному закону, причем эти соотношения для каждого зажима обмотки двигателя 1 во временном отношении сдвинуты между собой на 120 .

В те моменты времени, когда зажимы обмоток подключены к разноименным полюсам источника 10 тока происходит индуктивный заряд обмоток двигателя 1, а при подключении обмоток к одному полюсу источника 10 тока — индуктивный разряд обмотки. Падение напряжения на каждой обмотке изменяется по синусоидальному закону. По синусоидальному закону изменяется также средний ток в обмотке двигателя

1. Однако, из-за различной скорости процессов заряда и разряда на индуктивности в индуктивных обмотках двигателя формируются токи, несколько отличающиеся от синусоидальных. Корректировка этих токов и формирование тока в обмотке по форме идентичного заданию U((, L(<, Ц осуществляется в цепи обратной связи блоков 12— !

4 управления источником 10 тока.

Датчики 30 тока, включенные последовательно с соответствующей фазой двигателя 1, вырабатывают сигналы Ugo пропорциональные току в фазе двигателя 1, поступающие íà вход устройства 3! деления, где происходит уменьшение сигнала

Lrgq до уровня Ug> управляющих сигналов.

Сигнал U>g поступает на вход дифференциального усилителя 32. где происходит выделение переменной составляющей сигнала

Ug4 и усиление ее до уровня, вдвое превышающего уровень сигнала задания. Эта составляющая сигнала является «возмущающей» в работе двигателя 1. B результате на выходе дифференциального усилителя 32 вырабатывается сигнал Vg, характеризующий «возмущение» в токах обмоток двигателя 1 и по амплитуде вдвое превышающий токи сигналы задания 3(; U(((U(g блоков 12 — 14 управления соответственно. Сигнал обратной связи Ug;, поступает на второй вход устройства 26 сравнения, где осуществляется вычитание из него сигналов задания U(, U(8, U(g. Скорректированные сигналы Urr, U(r(, Urд поступают на входы компараторов 27, управляющий работой электронных ключей 29 и 33 через электронные коммутаторы 28, которые, в свою очередь, управляют работой двигателя 1.

Синусоидальные токи в обмотках двигателя 1 благодаря проведенной корректировке точно соответствуют по форме сигнапам задания.

При появлении возмущений, возникающих вследствие колебаний нагрузки, осуществляется их корректировка по скорости в зависимости от скорости двигателя 1. При этом датчик 3 скорости вырабатывает сигнал

V>o, пропорциональный скорости вращения двигателя 1, который поступает на первый вход управляемого делителя 4 напряжения, на второй вход которого поступает сигнал Ur с первого выхода задатчика 6 режимов. Делитель 4 напряжения корректирует амплитуду сигнала U(в зависимости от изменившейся частоты вращения двигателя

1 вследствие колебания нагрузки. Скорректированный по амплитуде сигнал Ur (в зависимости от сигнала Ugo) поступает в виде сигнала U„на вход блока 5 пропорционального дифференциального воздействия, 1279635 где осуществляется выделение пропорциональной дифференциальной составляющей из сигнала обратной связи U27. В результате на выходе блока 5 пропорционального дифференциального воздействия образуется корректирующий сигнал U», поступающий далее на вход сумматора 7, где он суммируется с сигналом задания U . На выходе сумматора 7 вырабатывается сигнал U2=U +

+U», поступающий на вход управляемого генератора 8. В зависимости от величины 10 сигнала 1 2 управляемый генератор 8 вырабатывает импульсы сигналов Uq соответствующей частоты. Сигналы 1 з поступают на вход формирователя 9 фазных последовательностей, формирующего трехфазную систему управляющих синусоидальных сигналов согласно скорректированным сигналам задания УзТаким образом, использование предлагаемого инфузионного насоса позволяет обеспечить равномерную подачу потока биологической жидкости на нижних частотах вращения двигателя. Равномерность потока жидкости обеспечивается на частотах вращения двигателя от 0.1 Гц и выше, при этом обеспечивается равномерная подача крови с малым расходом и, тем самым, успешно 25 используются аппараты искусственного кровообращения при операциях на сердце для обеспечения переходных режимов с искусственного кровообращения на естественное, т.е. тогда, когда есть необходимость в низких расходах биологической жидкости, а также для проведения гемосорбции и гемодиал иза.

Формула изобретения

1. Инфузионный насос, содержащий многофазный синхронный двигатель, роликовую головку, задатчик режимов, последовательно соединенные управляемый генератор и форм и ров ател ь фазн ых последовательностей, источник тока, три блока управления источником тока, каждый из которых содержит последовательно соединенные компаратор, электронный коммутатор и два электронных ключа, последовательно соединенные датчик тока, устройство деления и дифференциальный усилитель, причем источник тока через электронные ключи и датчик тока каждого блока управления источником тока соединен с каждым входом многофазного синхронного двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности подачи биологической жидкости при малых расходах, инфузионный насос дополнительно содержит последовательно соединенные датчик скорости, управляемый делитель напряжения, блок пропорционального дифференциального воздействия и сумматор, генератор модуляции, каждый блок управления источниками тока дополнительно содержит последовательно соединенные сумматор и устройство сравнения, первый и второй вы35

55 ходы задатчика режимов соединены соответственно с вторым входом управляемого делителя напряжения и с вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом управляемого генератора, выход генератора модуляции соединен с первыми входами блоков управления источником тока, выходы формирователя фазны последовательностей соединены соответственно с вторыми входами блоков управления источником тока. первый и второй входы блока управления источником тока соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход дифференциального усилителя соединен с вторым входом устройства сравнения, выход которого соединен с входом компаратора.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что формирователь фазных последовательностей содержит первый и второй реверсивные счетчики, первый и второй инверторыповторители, первый и второй цифроаналоговые функциональные преобразователи, первое и второе устройство управления, устройство синхронизации и инвертирующий сумматор, вход формирователя фазной последовательности соединен с первыми входами реверсивных счетчиков, второй вход первого реверсивного счетчика и первый вход устройства синхронизации соединены с первым выходом первого устройства управления, третий вход первого реверсивного счетчика соединен с вторым выходом первого устройства управления, второй вход второго реверсивного счетчика соединен с первым выходом второго устройства управления, первые выходы первого и второго реверсивных счетчиков соединены соответственно с первыми входами первого и второго устройства управления, третий вход второго реверсивного счетчика и второй вход второго устройства управления соединены с выходом устройства синхронизации, вторые выходы первого и второго реверсивных счетчиков соединены соответственно с входом первого цифроаналогового функционального преобразователя, с вторыми входом устройства синхронизации и с входом второго цифроаналогового функционального преобразователя, выходы первого и второго цифроаналоговых функциональных преобразователей соединены соответственно с первыми входами первого и второго инверторов-повторителей, второй выход первого устройства управления соединен с вторым входом первого инвертора-повторителя и с третьим входом второго устрочства управления, второй выход которого соединен с вторым входом второго инвертора-повторителя, выходы первого и второго инверторов-повторителей соединены соответственно с первым и вторым входами инвертирующего сумматора и с первым и третьим выходами формирователя фазных последовательностей, второй выход которого соединен с выходом инвертирующего сумматора.

1279635

1279635

1279635

Редактор И. Касарда

Заказ 6989/5

Составитель H. Андриенко

Техред И. Верес Корректор М. немчик

Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4