FA313型微量注射泵常見故障案例分析

趙 龍 昝 釗

隨著現代醫學不斷發展,微量注射泵在臨床的廣泛應用,提高了輸液安全性和準確性,減輕了醫護工作者的工作強度,同時也提高了護理質量[1].FA313型微量注射泵(北京鑫禾豐醫療技術有限公司)具有注射器裝卡不當報警、阻塞報警、接近推空報警、電機堵轉報警和網電源中斷報警等功能,有效保證注射安全可靠地進行,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、驅動機構、檢測系統、按鍵系統、顯示系統和裝卡機構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經開關電源電路輸出18 Vdc與內置電池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壓,提供系統所需12 V和5 V的工作電壓,同時電源控制板還具備內置電池監測功能,提供電池電量低報警,保證液體注射過程的安全.

控制系統以ATMEGA32單片機為主控元件,當設定好參數后,設備會在預置程序控制下協調各部分工作,并實時采集各種狀態信息進行監測、顯示和各種故障響應.

驅動機構由步進電機、減速機構、推進機構、電機速度檢測和推進位置檢測組成.使用時,單片機系統發出控制脈沖,脈沖經電機驅動電路功率放大驅動步進電機旋轉,步進電機經過減速機構減速后帶動絲杠,將絲杠旋轉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高精度且平穩無脈動的注射藥液.在此過程中,電機旋轉檢測電路將電機旋轉產生的脈沖信號反饋到中央處理器,中央處理器則根據反饋閉環控制電機電壓,以便獲得設定的轉速[4].

檢測電路主要包括規格檢測電路、阻塞檢測電路、推進位置檢測和電動機位置檢測電路.注射器安裝完成時,規格檢測器會通過注射泵內部的滑動變阻器自動識別注射器規格,以便使設備在相同流速下針對不同規格的注射器選擇不同的活塞推進速度.在注射泵運轉過程中與電機同軸轉動的遮光片周期性的遮擋光耦的光路,從而在光耦中產生正比于電機轉速的脈沖信號,此信號反饋給中央處理器實現電機速度的精確控制.阻塞檢測電路則是利用壓敏元件間接地將管路的力轉換成絲杠的力矩位移信號和正常值進行比較,并在注射器推進過程中對管路壓力進行全程監控,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.推進位置檢測電路應用兩組光耦元件檢測注射器推進器位置信息,使得當推進器到達第一個光耦位置時設備發出"接近完成"指示,并發出間斷報警聲提醒操作者準備停機,而當推進器到達第二個光耦位置時會使設備發出"完成"報警指示,此時設備按0.1 ml/h保持靜脈開放(keep vessel open,KVO)流速進行注射.

2 故障案例分析

2.1 故障一

(1)故障現象.開機顯示阻塞故障報警.

(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生的壓力,再將壓力值轉換成不同電壓值送CPU的37腳進行分析,從而判斷設備是否存在阻塞現象.當設備傳動機構故障或阻塞檢測線路板以及主板任何部分出現故障時,均會導致設備阻塞報警[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.先松掉機械傳動機構的固定螺絲,取出傳動機構,松掉阻塞檢測板,露出檢測鋼珠(圖3),活動絲杠發現鋼珠移動靈活,不存在干澀或潤滑脂結塊現象.由于阻塞檢測板通過JP6和主控板相連,恢復好接線并將注射器裝卡到位檢測接口JP7暫時短接,打開設備電源,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,發現隨外力的改變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及相關連線逐一檢查,當檢測R41阻值時,發現R41已開路,故更換R41后再次開機,故障排除.

圖3 阻塞檢測鋼珠位置

2. 2 故障二

(1)故障現象.設置好參數后啟動1~2 s出現電機堵轉報警.

(2)故障分析.FA313型注射泵的步進電機驅動及轉速檢測電路見圖4.自CPU PA口的步進電機驅動脈沖經過兩片IRF7303PBF進行功率放大后,驅動步進電機在設定不同注射速度下以不同的轉速進行轉動,步進電機及轉速檢測機構見圖5.當設備啟動后步進電機轉動時帶動遮光片同步轉動,遮光片在光耦的光路中周期性的遮擋光線,從而光耦將電機的轉動信號轉變為系統可識別的脈沖信號反饋給CPU,此時CPU對采集的脈沖信號進行分析,即識別電機實時速度,當系統未采集到脈沖信號時,如機械轉動機構、步進電機、驅動信號和速度檢測信號等任意部件故障時,均可使CPU認為電機存在堵轉故障[7].

圖4 步進電機驅動及轉速檢測電路

圖5 步進電機及轉速檢測機構

(3)故障排除.先松掉泵殼固定螺絲將泵打開,取下傳動機構后轉動絲杠,發現絲杠轉動靈活且絲杠上未發現異物,可排除由于機械卡住而導致的故障.拔掉步進電機與主板插頭J2,使用萬用表測量步進電機的2個繞組阻值均正常,恢復接線并將注射器裝卡到位檢測接口JP7暫時短接,接通電源并設置參數,按下啟動鍵瞬間觀察電機有輕微抖動,隨后出現"電機堵轉"報警,在啟動瞬間測量步進電機所接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動脈沖,表明電機及驅動電路正常.計劃將光耦D1從檢測板上焊下測量判斷其是否正常,當將光耦拆下后發現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致光耦位置發生偏移,與擋光片發生碰撞致使光耦管腳斷裂.為此,更換光耦并開機設置參數,啟動設備運行正常,故障排除.

2.3 故障三

(1)故障現象.在外電工作狀態下,開機顯示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置電池兩種供電方式,一旦市電斷開,設備會自動轉為內置電池供電方式,且設備設計有自動充電電路,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

設備通過PMOSFET管3VT1實現雙電源切換,保證18 V開關電源電壓為內置電池充電,二極管3D4實現防止電池反向充電,最終18 V電壓由兩路輸出,一路經過5 V穩壓供給電源控制板待機電壓及主控板CPU工作電壓,另一路由開機信號控制,經VT1輸出18 V給主控制板.當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據此得出ER0.6報警,輸液無法正常進行.

(3)故障排除.測量電池電壓為正常,測量開關電源輸出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,發現線路板上有一元件有燒毀黑點現象,對照電路板上元件編號為3D8,該元件為內置電池充電回路的一個二極管,由于該元件開路而導致回路無充電電流,故采用同型號二極管進行更換,開機后運行正常,故障排除.

2.4 故障四

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

(2)故障分析.在按下開機鍵后,通過電源控制板3J1接口的9腳給電源控制CPU開機信號,CPU收到開機信號后控制電源板輸出5 V和18 V到主控板,從而實現開機.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上.

(3)故障排除.將設備接上220 V交流電壓,按下電源開關鍵,測量出3J1接口的9腳在開機瞬間有5 V到0 V變化,表明開機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,復位端外接元件正常且CPU外接晶振正常,但依舊未能開機.因此,將內置電池與電源控制板插頭拔開,以便給CPU復位信號,當再次插上電源插頭按下電源開關時,設備正常打開,故障排除.

3 小結

FA313型微量注射泵是集光、機、電為一體的醫療設備,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定性、安全性以及準確性,不僅要求工程師加強對設備的熟悉程度,提高處理故障的能力,還要及時更新專業知識,不斷提高維修水平,同時加強對臨床科室注射泵使用人員進行正確操作及日常維護培訓,定期對注射泵進行質量控制檢測,以保證注射泵精確性,延長其使用壽命,提高醫療質量,保障醫療安全.