Brevet FR2599496A1 — publié le 19871204

Détecteur de bulles dans un circuit liquide La présente invention concerne un détecteur de bulles ou, d'une façon générale, un détecteur de discontinuité de liquide dans un circuit de liquide. Plus particulièrement, l'invention est 05 relative à un détecteur de bulles du type comportant des moyens photoémetteurs et des moyens photorécepteurs destinés à être placés de deux côtés opposés d'une conduite parcourue par le liquide, et des moyens de traitement de signaux fournis par les moyens photorécepteurs afin de produire un signal indicateur en 10 réponse à l'apparition d'une bulle ou discontinuité de liquide dans la conduite au niveau du détecteur. L'invention est notamment, mais non exclusivement, utilisable pour la détection de bulles d'air dans des circuits de liquide de systèmes de nutrition parentérale ou de transfusion 15 sanguine, ainsi que pour la détection de fin de flacon dans de tels systèmes. Dans les systèmes de nutrition parentérale ou de transfusion sanguine, le liquide provenant d'un flacon est injecté à un patient au moyen d'une pompe. De l'air peut être introduit 20 dans le circuit de liquide, par exemple si la pompe continue à fonctionner après vidage du flacon, ou en cas de perte d'étanchéité de la tubulure de transfusion ou perfusion parentérale par suite des efforts exercés par la pompe. En raison du danger qu'elles représentent pour le patient, les bulles doivent être détectées. L'utilisation d'un détecteur de bulles inclus dans la tubulure de perfusion ou transfusion n'est pas envisageable pratiquement et économiquement. En effet, la tubulure doit être stérélisable et doit pouvoir facilement être démontée et remontée; de plus, le détecteur ne doit pas transmettre du courant électrique 30 au corps du patient via le liquide qui peut être très conducteur; enfin, en tant que produit consommable, la tubulure doit être d'un prix aussi réduit que possible. Il est donc nécessaire d'utiliser des détecteurs de bulles extérieurs à la ligne de perfusion ou transfusion, ce qui 35 rend la détection assez délicate, d'autant que les liquides peuvent être très divers et présenter des caractéristiques très différentes. Parmi les détecteurs de bulles connus, certains sont de type optique avec un photoémetteur et un photorécepteur placés face 05 à-face de deux côtés opposés d'une conduite en matériau transparent parcourue par le liquide. Le passage d'une bulle provoque une variation de la transparence du milieu situé entre le photoémetteur et le photorécepteur, d'o une variation qui peut être détectée d'un signal fourni par le photodétecteur. L'utilisation de ces détecteurs connus soulève une difficulté en raison de la très grande dispersion de la transparence des liquides pouvant parcourir la conduite: liquides transparents, translucides ou presque opaques. Pour résoudre cette difficulté, il a été proposé des 15 détecteurs de bulles de type optique avec préréglage manuel de la valeur de référence par rapport à laquelle est analysée la variation du signal fourni par le pnotodétecteur. Mais le détecteur ainsi réglé n'est capable de fonctionner correctement que dans une plage limitée de la transparence du liquide. De plus, 20 une erreur de réglage peut toujours survenir avec des conséquences graves. Il a encore été proposé dans la demande de brevet français n 2 361 644 d'utiliser plusieurs couples émetteurs- récepteurs optiques dont l'un est utilisé pour effectuer 25 un réglage automatique ou préconditionnement du détecteur en distinguant entre liquide transparent et liquide opaque. Il reste que, pour chaque régime de fonctionnement (liquide "transparent" ou liquide "opaque"), la plage de transparence reste étendue ce qui rend toujours délicat le choix d'une valeur de référence. De plus, 30 ce réglage automatique est réalisé au prix d'une assez grande complication du détecteur. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de fournir un détecteur de bulles ou de discontinuité de liquide capable de fonctionner de façon sûre dans une large plage de transparence de 35 liquide, sans nécessiter de réglage fonction du liquide et tout en conservant une structure relativement simple. Ce but est atteint au moyen d'un détecteur du type défini en tête de la présente description et dans lequel, conformément à l'invention: - les moyens photoémetteurs et photorécepteurs comprennent un premier et un deuxième couple émetteurs-récepteurs optiques destinés à être espacés l'un de l'autre le long de la conduite et un circuit de régulation associé à chaque couple émetteur-récepteur pour faire fonctionner celui-ci dans une plage 10 de sensibilité optimale indépendamment de la transparence du liquide, le circuit de régulation étant agencé pour alimenter l'émetteur sous une tension fonction de la différence entre une tension fournie par le récepteur et une tension de référence, et - les moyens de traitement comprennent un circuit 15 différentiel agencé de manière à fournir un signal (Uo) représentatif de la différence entre les signaux fournis par les récepteurs et un circuit comparateur relié au circuit différentiel pour fournir ou non ledit signal indicateur en fonction du signal différentiel (Uo). La combinaison de la détection différentielle avec le réglage automatique de la sensibilité à sa valeur optimale permet ici de travailler dans une large plage de transparence de liquide, dans les meilleures conditions possibles et, sans demander de préréglage particulier fonction de cette transparence. Il en 25 résulte une plus grande sécurité de fonctionnement du détecteur de bulles, ce qui est particulièrement important dans le cadre de l'application aux systèmes de perfusion ou transfusion. De plus, le détecteur conforme à l'invention est utilisable aussi bien pour détecter des bulles dans une conduite 30 parcourue par un liquide que pour détecter le vidage complet d'un réservoir ou flacon alimentant un circuit de liquide, le vidage de la conduite sur laquelle le détecteur est monté étant, pour le détecteur, équivalent à l'apparition d'une bulle d'air. Aussi, le détecteur conforme à l'invention est-il 35 utilisable en particulier comme détecteur de fin de flacon dans des systèmes de perfusion ou transfusion. Dans le cadre de cette application; le détecteur conforme à l'invention présente divers avantages par rapport aux détecteurs de fin de flacon connus. Ces derniers sont généralement des disoositifs de type optique agencés 05 pour réaliser une surveillance de l'écoulement du liquide dans la chambre à gouttes; le détecteur est activé au passage de chaque goutte et une alarme de fin de flacon est donnée lorsque l'intervalle de temps entre deux gouttes dépasse un seuil prédéterminé. Mais le système de détection est alors sensible au 10 débit d'alimentation en liquide puisque la fréquence des gouttes varie selon le débit. Par ailleurs, le positionnement du détecteur par rapport à la chambre à gouttes est imprécis et facilement déréglable. De plus, l'émetteur et le récepteur sont relativement éloignés l'un de l'autre, puisque la chambre à gouttes a un 15 diamètre de plusieurs centimètres, d'o de possibles anomalies de fonctionnement par suite de changement de l'éclairage de l'environnement (soleil, lumière artificielle,...). L'utilisation d'un détecteur conforme à l'invention au niveau de la conduite alimentant la chambre à gouttes permet d'éviter tous ces 20 inconvénients: la détection est insensible au débit et à la nature du fluide et n'est pas affectée par des changements de l'éclairage environnant puisque la distance entre émetteur et récepteur associés est de quelques mm seulement. D'autres particularités et avantages du détecteur 25 conforme à l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence au dessin annexé dont la figure unique est un schéma d'un mode de réalisation d'un tel détecteur. Le détecteur illustré sur cette figure est associé à une 30 conduite ou tubulure, par exemple une tubulure faisant partie d'un système de nutrition parentérale ou de transfusion sanguine dans lequel 'le liquide est administré à un patient en utilisant une pompe, notamment une pompe de type péristaltique. Le détecteur est alors placé sur une tubulure située en aval de la pompe. Le détecteur comprend deux couples émetteurs-récepteurs optiques respectivement El-R1 et E2-R2. Dans chaque couple, l'émetteur El, E2 et le récepteur correspondant R1, R2 sont situés face à face, de part et d'autre de la tubulure T, à l'extérieur et à proximité de la paroi transparente de celle-ci. Les deux couples 05 El-R1, E2-R2 sont espacés l'un de l'autre d'une distance par exemple égale à quelques millimètres. Les couples E1-RI et E2-R2 sont de préférence identiques. Les émetteurs El, E2 sont par exemple des diodes électroluminescentes émettant dans l'infrarouge tandis que les 10 récepteurs R1, R2 sont des phototransistors sensibles au rayonnement émis par les diodes. Chaque transistor R1, R2 a son circuit émetteur-collecteur branché en série avec une résistance rl, r2 entre la masse et une borne portée au potentiel V+ d'une source d'alimentation. Les tensions U1, U2 prélevées entre la 15 masse et les collecteurs des transistors R1, R2 constituent les signaux de sortie de ceux-ci, signaux dont l'amplitude varie en fonction de l'intensité de l'éclairement reçu. Les diodes El, E2 sont alimentées sous des tensions Ua, Ub délivrées par des amplificateurs différentiels A1, A2. Ces 20 derniers ont leurs entrées négatives reliées à une borne portée à un potentiel de référence Uref et leurs entrées positives reliées aux collecteurs des transistors R1, R2 pour recevoir les tensions UI, U2, respectivement. Les tensions Ua et Ub sont par ailleurs appliquées aux 25 entrées positive et négative d'un amplificateur différentiel A3 qui délivre un signal différentiel Uo. Celui-ci est appliqué à l'entrée d'une mémoire analogique M, par exemple un circuit à condensateur, pour mémoriser l'amplitude du signal différentiel Uo en réponse à l'application d'un signal de commande sur une entrée E de commande 30 de mémorisation dans la mémoire M. En parallèle, le signal différentiel Uo est appliqué de façon continue sur une entrée d'un comparateur A4 dont l'autre entrée reçoit la valeur mémorisée Um du signal Uo en sortie de la mémoire M. Le comparateur A4 délivre un signal d'alarme Sa lorsque la différence entre les signaux Uo et Um 35 dépasse un seuil prédéterminé. En variante, on pourra utiliser une mémoire M de type numérique. Le signal Uo est alors converti sous forme numérique en sortie de l'amplificateur A3 et le comparateur A4 est réalisé sous forme d'un circuit numérique. Le fonctionnement du détecteur qui vient d'être décrit est le suivant. Dans chaque couple émetteur-récepteur, lorsque la transparence du liquide varie, une variation correspondante de la tension fournie par le phototransistor se produit, variation qui 10 se traduit par une modification de la tension appliquée à la diode électroluminescente, c'est-à-dire une modification de la puissance d'émission. Par exemple, si la transparence diminue, l'amplitude du signal fourni par le phototransistor diminue, mais la tension. d'alimentation de la diode augmente par suite de l'augmentation de 15 la différence entre la tension de référence Uref et celle fournie par le phototransistor. Il est ainsi possible de maintenir le fonctionnement du phototransistor dans une plage linéaire de sensibilité maximale pour conserver une sensibilité maximale de détection. En d'autres termes, la réinjection du signal fourni par 20 chaque détecteur sur une entrée de l'amplificateur différentiel qui fournit la tension d'alimentation de l'émetteur correspondant permet de réguler la sensibilité du couple émetteur-récepteur pour maintenir cette sensibilité à la valeur optimale. L'amplificateur différentiel A3 fournit un signal 25 différentiel Uo proportionnel à la différence entre les signaux Ua et Ub, donc représentatif de la différence entre les tensions Ul et U2. En l'absence de bulles d'air dans la tubulure T, les transparences des milieux situés dans les domaines d'action des 30 couples émetteursrécepteurs sont identiques. Le signal Uo a une amplitude faible sinon nulle. Si, d'une part, les couples émetteurs-récepteurs et d'autre part, les amplificateurs A1 et A2 ont des caractéristiques identiques ou très voisines L'apparition d'une bulle d'air au niveau d'un couple émetteurrécepteur va donc 35 entraîner une augmentation importante de l'amplitude du signal Uo en valeur absolue. Mais il n'est pas indispensable d'avoir des émetteurs récepteurs ou des amplificateurs A1, A2 ayant des caractéristiques identiques puisque la détection de bulles d'air est réalisée non 05 pas en comparant la valeur absolue instantanée du signal Uo à une valeur de seuil, mais en surveillant les variations d'amplitude du signal Uo. Ainsi, un intervalle de temps prédéterminé après le début du fonctionnement du détecteur, par exemple une dizaine de 10 secondes, la valeur du signal Uo est stockée dans la mémoire M par envoi d'un signal de commande de mémorisation sur l'entrée E. Pendant le reste du fonctionnement, la valeur Um mémorisée est utilisée comme valeur de référence pour détecter une variation du. signal instantané Uo telle que la différence Uo - Um dépasse un 15 seuil prédéterminé. Une telle variation sera alors imputée à l'apparition d'une bulle d'air et provoquera l'émission d'un signal d'alarme. Comme déjà indiqué, le détecteur est aussi utilisable pour la détection de fin de flacon dans des systèmes de perfusion 20 ou transfusion. Dans ce cas, le vidage de la tubulure au niveau du détecteur est assimilé au passage d'une bulle d'air. Le détecteur est alors placé obligatoirement sur une tubulure en aval du flacon et en amont de la chambre à gouttes. REVENDICATIONS 1. Détecteur de bulles ou de discontinuité de liquide dans un circuit de liquide, comportant des moyens photoémetteurs et des moyens photodétecteurs destinés à être placés de deux côtés opposés 05 d'une conduite parcourue par le liquide, et des moyens de traitement de signaux fournis par les moyens photorécepteurs pour produire un signal indicateur en réponse à l'apparition d'une bulle ou discontinuité de liquide dans la conduite au niveau du détecteur, caractérisé en ce que: - les moyens photoémetteurs et photorécepteurs comprennent un premier et un deuxième couple émetteurs-récepteurs optiques (El-R1, E2-R2) destinés à être espacés l'un de l'autre le long de la conduite (T), et un circuit de régulation (A1, A2) associé à chaque couple émetteur-récepteur pour faire fonctionner 15 celui-ci dans une plage de sensibilité optimale indépendamment de la transparence du liquide, le circuit de régulation (A1, A2) étant agencé pour alimenter l'émetteur (El, E2) sous une tension (Ua, Ub) fonction de la différence entre une tension (Ul, U2) fournie par le récepteur et une tension de référence (Uref), et - les moyens de traitement comprennent un circuit différentiel (A3) agencé de manière à fournir un signal (Uo) représentatif de la différence entre les signaux (Ul, U2) fournis par les récepteurs (R1, R2) et un circuit comparateur (A4) relié au circuit différentiel (A3) pour fournir ou non ledit signal 25 indicateur en fonction du signal différentiel (Uo). 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal différentiel est proportionnel à la différence entre les tensions (Ua, Ub) d'alimentation des émetteurs. 3. Détecteur selon l'une quelconque des revendications let 2, caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire (M) pour mémoriser le signal différentiel à un instant donné, et un comparateur pour comparer la valeur instantanée (Uo) du signal différentiel à la valeur précédemment mémorisée (Um) du signal différentiel pour fournir le signal indicateur lorsque la différence entre lesdites 35 valeurs instantanée (Uo) et mémorisée (Um) dépasse un seuil prédéterminé. 4. Utilisation d'un détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 pour la détection de fin de flacon dans une installation de perfusion ou transfusion. 05 15 20 25 30