趙 龍 昝 釗

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)不斷發(fā)展,微量注射泵在臨床的廣泛應(yīng)用,提高了輸液安全性和準(zhǔn)確性,減輕了醫(yī)護(hù)工作者的工作強(qiáng)度,同時也提高了護(hù)理質(zhì)量[1].FA313型微量注射泵(北京鑫禾豐醫(yī)療技術(shù)有限公司)具有注射器裝卡不當(dāng)報警、阻塞報警、接近推空報警、電機(jī)堵轉(zhuǎn)報警和網(wǎng)電源中斷報警等功能,有效保證注射安全可靠地進(jìn)行,可滿足不同注射場合對流速的要求.

1 FA313型微量注射泵原理

FA313型微量注射泵主要由電源模塊、控制系統(tǒng)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、檢測系統(tǒng)、按鍵系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和裝卡機(jī)構(gòu)7部分組成[2-3].微量注射泵工作原理見圖1.

圖1 FA313型微量注射泵工作原理

由市電220 V經(jīng)開關(guān)電源電路輸出18 Vdc與內(nèi)置電池12 V電壓接入電源控制板,電源控制板控制電池的先快速、后涓流充電,雙路電源正確切換及穩(wěn)壓,提供系統(tǒng)所需12 V和5 V的工作電壓,同時電源控制板還具備內(nèi)置電池監(jiān)測功能,提供電池電量低報警,保證液體注射過程的安全.

控制系統(tǒng)以ATMEGA32單片機(jī)為主控元件,當(dāng)設(shè)定好參數(shù)后,設(shè)備會在預(yù)置程序控制下協(xié)調(diào)各部分工作,并實時采集各種狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測、顯示和各種故障響應(yīng).

驅(qū)動機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、電機(jī)速度檢測和推進(jìn)位置檢測組成.使用時,單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出控制脈沖,脈沖經(jīng)電機(jī)驅(qū)動電路功率放大驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn),步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)減速后帶動絲杠,將絲杠旋轉(zhuǎn)運動變成與之配套螺母的直線運動,其注射器活塞與螺母相連,從而推動注射器活塞實現(xiàn)高精度且平穩(wěn)無脈動的注射藥液.在此過程中,電機(jī)旋轉(zhuǎn)檢測電路將電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖信號反饋到中央處理器,中央處理器則根據(jù)反饋閉環(huán)控制電機(jī)電壓,以便獲得設(shè)定的轉(zhuǎn)速[4].

檢測電路主要包括規(guī)格檢測電路、阻塞檢測電路、推進(jìn)位置檢測和電動機(jī)位置檢測電路.注射器安裝完成時,規(guī)格檢測器會通過注射泵內(nèi)部的滑動變阻器自動識別注射器規(guī)格,以便使設(shè)備在相同流速下針對不同規(guī)格的注射器選擇不同的活塞推進(jìn)速度.在注射泵運轉(zhuǎn)過程中與電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動的遮光片周期性的遮擋光耦的光路,從而在光耦中產(chǎn)生正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖信號,此信號反饋給中央處理器實現(xiàn)電機(jī)速度的精確控制.阻塞檢測電路則是利用壓敏元件間接地將管路的力轉(zhuǎn)換成絲杠的力矩位移信號和正常值進(jìn)行比較,并在注射器推進(jìn)過程中對管路壓力進(jìn)行全程監(jiān)控,如有異常則立即聲光報警,提示操作人員立刻處理,從而確保整個過程的安全.推進(jìn)位置檢測電路應(yīng)用兩組光耦元件檢測注射器推進(jìn)器位置信息,使得當(dāng)推進(jìn)器到達(dá)第一個光耦位置時設(shè)備發(fā)出"接近完成"指示,并發(fā)出間斷報警聲提醒操作者準(zhǔn)備停機(jī),而當(dāng)推進(jìn)器到達(dá)第二個光耦位置時會使設(shè)備發(fā)出"完成"報警指示,此時設(shè)備按0.1 ml/h保持靜脈開放(keep vessel open,KVO)流速進(jìn)行注射.

2 故障案例分析

2.1 故障一

(1)故障現(xiàn)象.開機(jī)顯示阻塞故障報警.

(2)故障分析.FA313型注射泵阻塞檢測原理,即利用壓力傳感器檢測與絲杠軸承端同步位移的鋼珠對壓力傳感器所產(chǎn)生的壓力,再將壓力值轉(zhuǎn)換成不同電壓值送CPU的37腳進(jìn)行分析,從而判斷設(shè)備是否存在阻塞現(xiàn)象.當(dāng)設(shè)備傳動機(jī)構(gòu)故障或阻塞檢測線路板以及主板任何部分出現(xiàn)故障時,均會導(dǎo)致設(shè)備阻塞報警[5-6].阻塞檢測電路繪制見圖2.

圖2 阻塞檢測電路原理

(3)故障排除.先松掉機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的固定螺絲,取出傳動機(jī)構(gòu),松掉阻塞檢測板,露出檢測鋼珠(圖3),活動絲杠發(fā)現(xiàn)鋼珠移動靈活,不存在干澀或潤滑脂結(jié)塊現(xiàn)象.由于阻塞檢測板通過JP6和主控板相連,恢復(fù)好接線并將注射器裝卡到位檢測接口JP7暫時短接,打開設(shè)備電源,使用萬用表測量出JP6的1腳與3腳間電壓為5 V,表明電源正常.測量2腳與3腳間電壓為1.26 V,用螺絲重新緊固好阻塞檢測板,給絲杠一個向檢測板方向的外力,發(fā)現(xiàn)隨外力的改變2腳與3腳電壓也在改變,表明檢測板工作正常.因此,將故障排除重點放在主控板上,對R41、R121、C21及相關(guān)連線逐一檢查,當(dāng)檢測R41阻值時,發(fā)現(xiàn)R41已開路,故更換R41后再次開機(jī),故障排除.

圖3 阻塞檢測鋼珠位置

2. 2 故障二

(1)故障現(xiàn)象.設(shè)置好參數(shù)后啟動1~2 s出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)報警.

(2)故障分析.FA313型注射泵的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動及轉(zhuǎn)速檢測電路見圖4.自CPU PA口的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖經(jīng)過兩片IRF7303PBF進(jìn)行功率放大后,驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)在設(shè)定不同注射速度下以不同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動,步進(jìn)電機(jī)及轉(zhuǎn)速檢測機(jī)構(gòu)見圖5.當(dāng)設(shè)備啟動后步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時帶動遮光片同步轉(zhuǎn)動,遮光片在光耦的光路中周期性的遮擋光線,從而光耦將電機(jī)的轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)可識別的脈沖信號反饋給CPU,此時CPU對采集的脈沖信號進(jìn)行分析,即識別電機(jī)實時速度,當(dāng)系統(tǒng)未采集到脈沖信號時,如機(jī)械轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動信號和速度檢測信號等任意部件故障時,均可使CPU認(rèn)為電機(jī)存在堵轉(zhuǎn)故障[7].

圖4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動及轉(zhuǎn)速檢測電路

圖5 步進(jìn)電機(jī)及轉(zhuǎn)速檢測機(jī)構(gòu)

(3)故障排除.先松掉泵殼固定螺絲將泵打開,取下傳動機(jī)構(gòu)后轉(zhuǎn)動絲杠,發(fā)現(xiàn)絲杠轉(zhuǎn)動靈活且絲杠上未發(fā)現(xiàn)異物,可排除由于機(jī)械卡住而導(dǎo)致的故障.拔掉步進(jìn)電機(jī)與主板插頭J2,使用萬用表測量步進(jìn)電機(jī)的2個繞組阻值均正常,恢復(fù)接線并將注射器裝卡到位檢測接口JP7暫時短接,接通電源并設(shè)置參數(shù),按下啟動鍵瞬間觀察電機(jī)有輕微抖動,隨后出現(xiàn)"電機(jī)堵轉(zhuǎn)"報警,在啟動瞬間測量步進(jìn)電機(jī)所接J2的5腳和6腳電壓為5.6 V,在J2的1、2、3和4腳可用示波器測到驅(qū)動脈沖,表明電機(jī)及驅(qū)動電路正常.計劃將光耦D1從檢測板上焊下測量判斷其是否正常,當(dāng)將光耦拆下后發(fā)現(xiàn)其中一管腳已斷在光耦封裝殼中,分析其斷裂原因,由于固定光耦的螺絲松動而導(dǎo)致光耦位置發(fā)生偏移,與擋光片發(fā)生碰撞致使光耦管腳斷裂.為此,更換光耦并開機(jī)設(shè)置參數(shù),啟動設(shè)備運行正常,故障排除.

2.3 故障三

(1)故障現(xiàn)象.在外電工作狀態(tài)下,開機(jī)顯示ER0.6故障報警.

(2)故障分析.為了保證注射液體不會因為市電的故障而突然中斷,FA313型注射泵采用市電和內(nèi)置電池兩種供電方式,一旦市電斷開,設(shè)備會自動轉(zhuǎn)為內(nèi)置電池供電方式,且設(shè)備設(shè)計有自動充電電路,雙電源供電及充電電路原理圖見圖6[8].

圖6 雙電源供電及充電電路

設(shè)備通過PMOSFET管3VT1實現(xiàn)雙電源切換,保證18 V開關(guān)電源電壓為內(nèi)置電池充電,二極管3D4實現(xiàn)防止電池反向充電,最終18 V電壓由兩路輸出,一路經(jīng)過5 V穩(wěn)壓供給電源控制板待機(jī)電壓及主控板CPU工作電壓,另一路由開機(jī)信號控制,經(jīng)VT1輸出18 V給主控制板.當(dāng)電源控制板檢測到電池電壓低或無充電電流時,通過主控板J2的7腳向主控板提供低電平,此低電平使電池電壓低指示燈點亮,同時主控板CPU據(jù)此得出ER0.6報警,輸液無法正常進(jìn)行.

(3)故障排除.測量電池電壓為正常,測量開關(guān)電源輸出18 V正常,表明故障出在電源控制板上,將控制板拆下從外觀上檢查,發(fā)現(xiàn)線路板上有一元件有燒毀黑點現(xiàn)象,對照電路板上元件編號為3D8,該元件為內(nèi)置電池充電回路的一個二極管,由于該元件開路而導(dǎo)致回路無充電電流,故采用同型號二極管進(jìn)行更換,開機(jī)后運行正常,故障排除.

2.4 故障四

(1)故障現(xiàn)象.注射泵交流、直流供電均無法開機(jī),并且在交流供電時交流指示燈顯示正常.

(2)故障分析.在按下開機(jī)鍵后,通過電源控制板3J1接口的9腳給電源控制CPU開機(jī)信號,CPU收到開機(jī)信號后控制電源板輸出5 V和18 V到主控板,從而實現(xiàn)開機(jī).注射泵電源指示燈正常,因此考慮故障出在電源控制板或按鍵開關(guān)上.

(3)故障排除.將設(shè)備接上220 V交流電壓,按下電源開關(guān)鍵,測量出3J1接口的9腳在開機(jī)瞬間有5 V到0 V變化,表明開機(jī)按鍵及周圍接插件連接正常,電源控制板上CPU的VCC腳為5 V正常,復(fù)位端外接元件正常且CPU外接晶振正常,但依舊未能開機(jī).因此,將內(nèi)置電池與電源控制板插頭拔開,以便給CPU復(fù)位信號,當(dāng)再次插上電源插頭按下電源開關(guān)時,設(shè)備正常打開,故障排除.

3 小結(jié)

FA313型微量注射泵是集光、機(jī)、電為一體的醫(yī)療設(shè)備,通過上述故障案例分析,為微量注射泵的工程人員掌握其設(shè)備原理和故障維修方法提供參考[9].此外,為保障微量注射泵日常使用的穩(wěn)定性、安全性以及準(zhǔn)確性,不僅要求工程師加強(qiáng)對設(shè)備的熟悉程度,提高處理故障的能力,還要及時更新專業(yè)知識,不斷提高維修水平,同時加強(qiáng)對臨床科室注射泵使用人員進(jìn)行正確操作及日常維護(hù)培訓(xùn),定期對注射泵進(jìn)行質(zhì)量控制檢測,以保證注射泵精確性,延長其使用壽命,提高醫(yī)療質(zhì)量,保障醫(yī)療安全.