FA313型微量注射泵常见故障案例分析

赵 龙 昝 钊

随着现代医学不断发展,微量注射泵在临床的广泛应用,提高了输液安全性和准确性,减轻了医护工作者的工作强度,同时也提高了护理质量[1].FA313型微量注射泵(北京鑫禾丰医疗技术有限公司)具有注射器装卡不当报警、阻塞报警、接近推空报警、电机堵转报警和网电源中断报警等功能,有效保证注射安全可靠地进行,可满足不同注射场合对流速的要求.

1 FA313型微量注射泵原理

FA313型微量注射泵主要由电源模块、控制系统、驱动机构、检测系统、按键系统、显示系统和装卡机构7部分组成[2-3].微量注射泵工作原理见图1.

图1 FA313型微量注射泵工作原理

由市电220 V经开关电源电路输出18 Vdc与内置电池12 V电压接入电源控制板,电源控制板控制电池的先快速、后涓流充电,双路电源正确切换及稳压,提供系统所需12 V和5 V的工作电压,同时电源控制板还具备内置电池监测功能,提供电池电量低报警,保证液体注射过程的安全.

控制系统以ATMEGA32单片机为主控元件,当设定好参数后,设备会在预置程序控制下协调各部分工作,并实时采集各种状态信息进行监测、显示和各种故障响应.

驱动机构由步进电机、减速机构、推进机构、电机速度检测和推进位置检测组成.使用时,单片机系统发出控制脉冲,脉冲经电机驱动电路功率放大驱动步进电机旋转,步进电机经过减速机构减速后带动丝杠,将丝杠旋转运动变成与之配套螺母的直线运动,其注射器活塞与螺母相连,从而推动注射器活塞实现高精度且平稳无脉动的注射药液.在此过程中,电机旋转检测电路将电机旋转产生的脉冲信号反馈到中央处理器,中央处理器则根据反馈闭环控制电机电压,以便获得设定的转速[4].

检测电路主要包括规格检测电路、阻塞检测电路、推进位置检测和电动机位置检测电路.注射器安装完成时,规格检测器会通过注射泵内部的滑动变阻器自动识别注射器规格,以便使设备在相同流速下针对不同规格的注射器选择不同的活塞推进速度.在注射泵运转过程中与电机同轴转动的遮光片周期性的遮挡光耦的光路,从而在光耦中产生正比于电机转速的脉冲信号,此信号反馈给中央处理器实现电机速度的精确控制.阻塞检测电路则是利用压敏元件间接地将管路的力转换成丝杠的力矩位移信号和正常值进行比较,并在注射器推进过程中对管路压力进行全程监控,如有异常则立即声光报警,提示操作人员立刻处理,从而确保整个过程的安全.推进位置检测电路应用两组光耦元件检测注射器推进器位置信息,使得当推进器到达第一个光耦位置时设备发出"接近完成"指示,并发出间断报警声提醒操作者准备停机,而当推进器到达第二个光耦位置时会使设备发出"完成"报警指示,此时设备按0.1 ml/h保持静脉开放(keep vessel open,KVO)流速进行注射.

2 故障案例分析

2.1 故障一

(1)故障现象.开机显示阻塞故障报警.

(2)故障分析.FA313型注射泵阻塞检测原理,即利用压力传感器检测与丝杠轴承端同步位移的钢珠对压力传感器所产生的压力,再将压力值转换成不同电压值送CPU的37脚进行分析,从而判断设备是否存在阻塞现象.当设备传动机构故障或阻塞检测线路板以及主板任何部分出现故障时,均会导致设备阻塞报警[5-6].阻塞检测电路绘制见图2.

图2 阻塞检测电路原理

(3)故障排除.先松掉机械传动机构的固定螺丝,取出传动机构,松掉阻塞检测板,露出检测钢珠(图3),活动丝杠发现钢珠移动灵活,不存在干涩或润滑脂结块现象.由于阻塞检测板通过JP6和主控板相连,恢复好接线并将注射器装卡到位检测接口JP7暂时短接,打开设备电源,使用万用表测量出JP6的1脚与3脚间电压为5 V,表明电源正常.测量2脚与3脚间电压为1.26 V,用螺丝重新紧固好阻塞检测板,给丝杠一个向检测板方向的外力,发现随外力的改变2脚与3脚电压也在改变,表明检测板工作正常.因此,将故障排除重点放在主控板上,对R41、R121、C21及相关连线逐一检查,当检测R41阻值时,发现R41已开路,故更换R41后再次开机,故障排除.

图3 阻塞检测钢珠位置

2. 2 故障二

(1)故障现象.设置好参数后启动1~2 s出现电机堵转报警.

(2)故障分析.FA313型注射泵的步进电机驱动及转速检测电路见图4.自CPU PA口的步进电机驱动脉冲经过两片IRF7303PBF进行功率放大后,驱动步进电机在设定不同注射速度下以不同的转速进行转动,步进电机及转速检测机构见图5.当设备启动后步进电机转动时带动遮光片同步转动,遮光片在光耦的光路中周期性的遮挡光线,从而光耦将电机的转动信号转变为系统可识别的脉冲信号反馈给CPU,此时CPU对采集的脉冲信号进行分析,即识别电机实时速度,当系统未采集到脉冲信号时,如机械转动机构、步进电机、驱动信号和速度检测信号等任意部件故障时,均可使CPU认为电机存在堵转故障[7].

图4 步进电机驱动及转速检测电路

图5 步进电机及转速检测机构

(3)故障排除.先松掉泵壳固定螺丝将泵打开,取下传动机构后转动丝杠,发现丝杠转动灵活且丝杠上未发现异物,可排除由于机械卡住而导致的故障.拔掉步进电机与主板插头J2,使用万用表测量步进电机的2个绕组阻值均正常,恢复接线并将注射器装卡到位检测接口JP7暂时短接,接通电源并设置参数,按下启动键瞬间观察电机有轻微抖动,随后出现"电机堵转"报警,在启动瞬间测量步进电机所接J2的5脚和6脚电压为5.6 V,在J2的1、2、3和4脚可用示波器测到驱动脉冲,表明电机及驱动电路正常.计划将光耦D1从检测板上焊下测量判断其是否正常,当将光耦拆下后发现其中一管脚已断在光耦封装壳中,分析其断裂原因,由于固定光耦的螺丝松动而导致光耦位置发生偏移,与挡光片发生碰撞致使光耦管脚断裂.为此,更换光耦并开机设置参数,启动设备运行正常,故障排除.

2.3 故障三

(1)故障现象.在外电工作状态下,开机显示ER0.6故障报警.

(2)故障分析.为了保证注射液体不会因为市电的故障而突然中断,FA313型注射泵采用市电和内置电池两种供电方式,一旦市电断开,设备会自动转为内置电池供电方式,且设备设计有自动充电电路,双电源供电及充电电路原理图见图6[8].

图6 双电源供电及充电电路

设备通过PMOSFET管3VT1实现双电源切换,保证18 V开关电源电压为内置电池充电,二极管3D4实现防止电池反向充电,最终18 V电压由两路输出,一路经过5 V稳压供给电源控制板待机电压及主控板CPU工作电压,另一路由开机信号控制,经VT1输出18 V给主控制板.当电源控制板检测到电池电压低或无充电电流时,通过主控板J2的7脚向主控板提供低电平,此低电平使电池电压低指示灯点亮,同时主控板CPU据此得出ER0.6报警,输液无法正常进行.

(3)故障排除.测量电池电压为正常,测量开关电源输出18 V正常,表明故障出在电源控制板上,将控制板拆下从外观上检查,发现线路板上有一元件有烧毁黑点现象,对照电路板上元件编号为3D8,该元件为内置电池充电回路的一个二极管,由于该元件开路而导致回路无充电电流,故采用同型号二极管进行更换,开机后运行正常,故障排除.

2.4 故障四

(1)故障现象.注射泵交流、直流供电均无法开机,并且在交流供电时交流指示灯显示正常.

(2)故障分析.在按下开机键后,通过电源控制板3J1接口的9脚给电源控制CPU开机信号,CPU收到开机信号后控制电源板输出5 V和18 V到主控板,从而实现开机.注射泵电源指示灯正常,因此考虑故障出在电源控制板或按键开关上.

(3)故障排除.将设备接上220 V交流电压,按下电源开关键,测量出3J1接口的9脚在开机瞬间有5 V到0 V变化,表明开机按键及周围接插件连接正常,电源控制板上CPU的VCC脚为5 V正常,复位端外接元件正常且CPU外接晶振正常,但依旧未能开机.因此,将内置电池与电源控制板插头拔开,以便给CPU复位信号,当再次插上电源插头按下电源开关时,设备正常打开,故障排除.

3 小结

FA313型微量注射泵是集光、机、电为一体的医疗设备,通过上述故障案例分析,为微量注射泵的工程人员掌握其设备原理和故障维修方法提供参考[9].此外,为保障微量注射泵日常使用的稳定性、安全性以及准确性,不仅要求工程师加强对设备的熟悉程度,提高处理故障的能力,还要及时更新专业知识,不断提高维修水平,同时加强对临床科室注射泵使用人员进行正确操作及日常维护培训,定期对注射泵进行质量控制检测,以保证注射泵精确性,延长其使用寿命,提高医疗质量,保障医疗安全.