基于LM393电压比较器的漏液监测报警系统的设计与应用

研究论著RESEARCH WORK引言随着科技技术的不断进步，医疗机构中使用的医疗设备越来越多。

在诸多医疗设备中，有许多存在液路系统，其中最典型的有血液透析装置、流式细胞仪、全自动生化分析仪、全自动血液分析仪等。

在此类存在液路系统的设备工作过程中，有各种原因（比如液体管路接头松动、液体管路老化开裂、液体压力过大等）可导致液体漏出，而漏出的液体大多有腐蚀性、酸碱性等，容易腐蚀设备内部的各种器件，造成设备内部电路短路，严重影响设备的正常运行，甚至酿成医疗事故[1-3]。

存在液路系统的设备漏液很难避免，而且有些漏液是微量的，开始时不会影响设备正常工作，不易被发现。

我院有两类设备均多次出现过此类问题：①费森尤斯4008型血透机出现电导度自检不能通过，拆开后盖检查发现透析机A、B液泵上有大量的白色结晶，且表面潮湿，仔细检查发现其上方的管路接头在微微渗液[4]，液体滴落至A、B液泵上（从透析机外看不出漏液现象），时间久了将B液泵腐蚀，使B液泵无法工作，需要更换B液泵，花费数千元[5-6]；② BD流式细胞仪工作过程中提示液流泵失败，无法正常工作。

拆开液流车检查发现，液流车部分隔膜泵表面有结晶且潮湿，其上方管路有渗液（流式细胞仪液流车外面看不出漏液现象），导致隔膜泵损坏，需要更换隔膜泵，花费近万元[7-8]。

为避免设备因液路系统微漏液导致的设备故障，节省维修经费，我们设计了一套设备漏液监测报警系统，该系统能有效地监测漏液并发出声光报警，还可以借助报警系统进行基于LM393电压比较器的漏液监测报警系统的设计与应用李开良，阮祥，李振界南京医科大学第一附属医院临床医学工程处，江苏南京210029[摘 要] 目的为了更好地监控存在液路系统的医疗设备的漏液情况，及时对设备漏液情况进行处理，设计了一套漏液监测报警系统。

方法结合目前许多存在液路系统的医疗设备的特点，利用LM393电压比较器，结合大面积漏液传感器以及外围电路，设计了一套漏液监测报警系统。

结果根据漏液监测原理制作了漏液监测报警系统，该系统可以在设备内部存在漏液时及时有效地以声光报警的形式告知工作人员，使工作人员能够尽早地发现设备漏液并做相应处理，降低损失。

结论利用该漏液监测报警系统可以实现漏液监测报警，值得推广应用。

[关键词]漏液；电压比较器；远程报警；液路系统Design and Application of Leakage Monitoring and Alarm SystemBased on LM393 Voltage ComparatorLI Kailiang, RUAN Xiang, LI ZhenjieDepartment of Clinical Engineering, The First Affiliated Hospital with Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210029, China Abstract: Objective In order to better monitor the leakage of medical equipment in the liquid channel system, and deal with the leakage in time, a leakage monitoring and alarm system is designed. Methods Combined with the characteristics of many medical devices with liquid channel system, a leakage monitoring and alarm system was designed using LM393 voltage comparator combined with large-area leakage sensor and peripheral circuit. Results According to the principle of liquid leakage monitoring, a liquid leakage monitoring and alarming system was prepared, which could effectively inform the staff in the form of sound-light alarm in time when there was liquid leakage inside the equipment. Thus the staff could find the liquid leakage of the equipment as soon as possible and did the corresponding treatment to reduce the loss. Conclusion The system can be used to monitor and alarm the leakage of liquid, which is worth popularizing.Key words: leakage; voltage comparator; remote alarm; liquid system[中图分类号]TH789 [文献标识码] Adoi：10.3969/j.issn.1674-1633.2019.04.021 [文章编号] 1674-1633(2019)04-0080-03收稿日期：2018-09-15 修回日期：2018-10-09作者邮箱：kailiang1988@中国医疗设备 2019年第34卷 04期 V OL.34 No.0480研究论著RESEARCH WORK远程报警[9]。

及时有效地告知工作人员，使工作人员能够尽早地发现设备漏液并做相应处理，尽可能降低损失。

1 系统设计该漏液监测报警系统由电源模块、漏液监测模块、声光报警模块以及外壳等组成，其整体框架示意图，见图1。

1.1 电源模块整套系统的电源采用12 V直流电源适配器，内部漏液监测模块和声光报警模块的芯片等供电需要5 V，因此在电源模块中需要进行12 V转5 V。

因三端集成稳压芯片LM7805是串联型稳压电源模块，功耗大，本身发热也大，容易烧掉，因此内部采用LM2576-5.0电源芯片来提供稳定的5 V给电路供电。

LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3 A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52 kHz）和基准稳压器（1.23 V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路[10]。

目前电路的整体电流不大，使用此芯片可以提供3 A电流，方便以后整个系统功能的扩展，为计划扩展的无线发射模块供电。

电源部分电路图，见图2。

1.2 漏液监测模块漏液监测模块采用大面积漏液传感器（图3）和双电压集成比较器芯片LM393[11]。

LM393漏液监测电路图，见图4。

电路上电后，电源指示灯亮，当漏液传感器表面有液体滴落时，引起LM393的3脚INA+电压变化，INA+变化的电压和2脚INA-电压比较，触发1脚OUTA有信号输出，产生报警信号，完成漏液检测功能。

为了使该漏液监测报警系统可以在不同设备和环境下使用，在漏液监测模块电路中添加了电位器R6，可以通过调节电位器R6来改变漏液检测的敏感度。

图4中LED1作为电源指示灯，提示整个系统供电正常；当有漏液信号触发时，LED2常亮，提示有漏液信号。

LED1和LED2可通过监测装置的外壳预留的两个小孔观察，从而判断电路正常与否。

1.3 声光报警模块声光报警模块采用555定时器芯片来实现声光的频闪报警[12]。

声光报警电路图，见图5。

P4接口连接红色发光二极管LED4至整个报警装置的外壳，通过闪烁提醒工作人员。

本电路的核心部件是555集成定时器，它工作于无稳态工作方式，接通电源后，555集成定时器的输出端3脚电平不断地出现高低电平变化，当3脚为高电平时，LED3（蓝色）熄灭，LED4发光，同时电容C3被充电，扬声器发出“嗒”的声音；当3脚为低电平时，LED3发光，LED4熄灭，同时电容C3通过扬声器放电，扬声器又发出“嗒”响声[13]。

所以发光二极管交替发光，扬声器就发出“嗒嗒”的节拍声，频率可调节图中R17和C10的值来改变（目前其频率约为2 Hz），从而达到声光报警的效果，以提醒工作人员设备存在漏液。

2 系统集成与应用2.1 系统集成将电源模块、漏液检测模块、声光报警模块整合起来就构成了漏液检测报警装置，电源模块给系统提供稳定的电压，电源指示灯亮，整个系统处于工作状态，当设备内部图1系统框架图图2 LM2576-5.0提供5 V电压电路图图3 大面积漏液传感器图4 LM393组成的漏液监测电路图5 定时器555组成的声光报警电路中国医疗设备 2019年第34卷 04期 V OL.34 No.0481中国医疗设备 2019年第34卷 04期 V OL.34 No.0482研究论著RESEARCH WORK无漏液时，大面积漏液传感器表面干燥，LM393芯片1脚OUTA 不产生报警信号，如图5中的三极管处于截止状态，声光报警模块无法上电，系统无报警。

当设备内部存在漏液时，大面积漏液传感器表面有液体滴落，触发报警信号，此时与LM393芯片1脚相连的指示灯亮起，表明有报警产生，LM393芯片1脚产生的信号触发三极管，三极管处于导通状态，带动继电器工作，声光报警模块通过继电器得电，555定时器及其外围电路工作[14]，产生闪烁灯光报警和“嗒嗒”节拍报警，从而实现声光报警，提醒工作人员。

2.2 系统应用绘制电路图，并制作PCB 板，焊接各元器件，得到如图6所示的电路板。

其中P2橙色接头连接大面积漏液传感器，P3橙色接头为预留的远程报警信号输出接头，可实现远程报警。

经测试，在大面积漏液传感器表面滴落液体可以实现声光报警，通过调节实物图中蓝色电位器R6可以改变漏液报警的灵敏度。

将电路板安装至设计的外壳中，得到漏液监测报警装置。

其实物图，见图7。

进行真实环境测试时，将漏液报警传感器分别安装在血液透析机和流式细胞仪中，人为制造漏液，该报警器可以实现声光报警。

在设计电路时，预留了一个远程报警接口，此接口在系统没有报警时为常开状态，当系统有报警时为常闭状态。

通过远程报警的接口，可以利用接口状态的改变，结合无线报警模块，实现漏液的远程报警。

在一些机房，水处理房间等日常无人值守的地方安装此漏液报警系统，利用远程报警接口实现远程报警[15-16]。