用于测试压电式声转换器的方法与流程

用于测试压电式声转换器的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年11月17日提交的、名称为“method for testing piezoelectric sound transducer(用于测试压电式声转换器的方法)”的美国临时申请第63/114,879号的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种用于测试药物输送设备用的压电式声转换器(piezoelectric sound transducer)的方法。


背景技术：

4.可穿戴医疗设备(例如，自动注射器)的优势是在远离临床设施的位置和/或在患者的衣服下单独穿戴时为患者提供治疗。可将可穿戴医疗设备应用于患者的皮肤，并且可穿戴医疗设备被配置为在将该可穿戴医疗设备应用于患者的皮肤之后的预定时间段内(例如在之后的27小时延迟)进行自动输送一剂药物组合物。在该设备将该药物组合物输送给患者之后，患者随后可以移除并处理该设备。
5.可穿戴医疗设备可以具有听觉指示器、触觉指示器或视觉指示器，以指示设备的状态，例如何时开始或完成药物输送，或者是否检测到故障。压电式转换器用于为可穿戴医疗设备提供听觉指示器和/或触觉指示器。由于可穿戴医疗设备的指示器在医疗设备的运作中起着重要的作用，因此在医疗设备的制造期间对指示器的功能进行测试。用于测试听觉指示器的一种解决方案是使用传声器测试听觉指示器的功能，而这种解决方案取决于制造或测试环境中的外部噪声水平而具有局限性。


技术实现要素：

6.在一个方面或实施例中，一种用于测试药物输送设备的方法，药物输送设备包括压电式转换器、微控制器和dc电源，压电式转换器具有工作状态和非工作状态，该方法包括：向药物输送设备的压电式转换器提供驱动信号；确定致动电压值或致动电流值；以及将致动电压值或致动电流值与基线值进行比较，以确定压电式转换器处于工作状态还是处于非工作状态。
7.致动电压值或致动电流值可以由在预定时间段期间测量的多个值的平均值确定。致动电压值或致动电流值可以由在预定时间段期间测量的多个值的子集确定。可以使用曲线拟合来确定致动电压值或致动电流值。可以使用傅里叶变换和快速傅立叶变换中的至少一种来确定致动电压值或致动电流值。可以在大于10ms的时间段内计算用于确定致动电压值或致动电流值的信号。可以在大于1ms的时间段内计算用于确定致动电压值或致动电流值的信号。
8.当向压电式转换器提供驱动信号时，致动电压值可以是直流电(dc)电源的电压频率，且当向压电式转换器提供驱动信号并且压电式转换器处于工作状态时，基线值可以是
dc电源的已知电压频率。当向压电式转换器提供驱动信号时，致动电压值可以是最大压降值的频率，且当向压电式转换器提供驱动信号并且压电式转换器处于工作状态时，基线值可以是最大压降值的已知频率。
9.当向压电式转换器提供驱动信号时，致动电压值可以是dc电源的最小和最大电压，而当向压电式转换器提供驱动信号并且压电式转换器处于工作状态时，基线值可以是已知的最小和最大电压。
10.当致动电压值在基线值的预定范围内时，可以确定压电式转换器处于工作状态。压电式转换器可以在工作状态下被启动并且在非工作状态下不被启动。确定致动电压值可以包括测量dc电源的端子处的电压或压电式转换器的端子处的电压。dc电源可以是电池。
11.在另一方面或实施例中，一种用于测试药物输送设备的计算机实现的方法，药物输送设备包括压电式转换器、微控制器和dc电源，压电式转换器具有工作状态和非工作状态，该方法包括：向药物输送设备的压电式转换器提供驱动信号；确定致动电压值；以及通过将致动电压值和基线电压值进行比较，利用至少一个处理器确定压电式转换器处于工作状态还是处于非工作状态。
12.在另一方面或实施例中，一种药物输送设备包括：dc电源；套管；贮存器，贮存器被配置为接收流体；泵，泵被配置为将流体从贮存器输送到套管；压电式转换器，压电式转换器具有工作状态和非工作状态，在工作状态下，压电式转换器产生可听见的声音，在非工作状态下，压电式转换器不产生可听见的声音；以及微控制器，微控制器包括至少一个处理器，至少一个处理器被编程或被配置成：向压电式转换器提供驱动信号；确定致动电压值或致动电流值；以及通过将致动电压值或致动电流值与基线值进行比较，利用至少一个处理器确定压电式转换器是处于工作状态还是处于非工作状态。
13.在另一方面或实施例中，一种用于测试药物输送设备的计算机程序产品，药物输送设备包括压电式转换器、微控制器和dc电源，压电式转换器具有工作状态和非工作状态，计算机程序产品包括至少一个非暂时性计算机可读介质，该至少一个非暂时性计算机可读介质包括程序指令，这些程序指令在由微控制器执行时使得微控制器：向压电式转换器提供驱动信号；确定致动电压值或致动电流值；以及通过将致动电压值或致动电流值与基准值进行比较，来确定压电式转换器处于工作状态还是处于非工作状态。
附图说明
14.通过结合附图参考本公开的实施例的以下描述，本公开的上述和其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加显而易见，并且本公开本身将被更好地理解。
15.图1是根据本技术的方面或实施例的药物输送设备的立体图。
16.图2是图1的药物输送设备的顶盖被移除的立体图。
17.图3是图1的药物输送设备的局部立体图。
18.图4是图1的药物输送设备的示意图。
19.图5是根据本技术的方面或实施例的图1的药物输送设备的压电式转换器电路的示意图。
20.图6a是当药物输送设备被启动并且压电式转换器电路未启动时，图1的药物输送设备的电源和压电式转换器的电压对时间(voltage versus time)的曲线图。
21.图6b是图6a的曲线图的直方图。
22.图7a是当药物输送设备被启动、压电式转换器电路被启动并且压电式转换器断开连接时，图1的药物输送设备的电源和压电式转换器的电压对时间的曲线图。
23.图7b是图7a的曲线图的直方图。
24.图8a是当药物输送设备被启动、压电式转换器电路被启动并且压电式转换器被连接时，图1的药物输送设备的电源和压电式转换器的电压对时间的曲线图。
25.图8b是图8a的曲线图的直方图。
26.图9是图1的药物输送设备的电源的电压对时间的曲线图，其示出了连接有压电式转换器时的电压和没有连接压电式转换器时的电压。
27.图10是图1的药物输送设备的电源的电压对时间的曲线图，其示出了最大电压降(maximum voltage drop)的频率。
28.图11是图1的药物输送设备的电源的电压对时间的曲线图，其示出了连接有压电式转换器时的电压和没有连接压电式转换器时的电压的对比。
29.图12是图1的药物输送设备的电源的电压对时间的曲线图，其示出了连接有压电式转换器的电源的电压频率和压电式转换器的250hz频率的对比。
30.图13是图1的药物输送设备的电源的电压对时间的曲线图，其示出了连接有压电式转换器的电源的电压频率和压电式转换器的500hz频率的对比。
31.图14是图1的药物输送设备的电源的电压对时间的曲线图，其示出了连接有压电式转换器的电源的电压频率和压电式转换器的750hz频率的对比。
32.图15是根据本技术的方面或实施例的用于测试药物输送设备的方法的示意图。
33.图16是图1的药物输送设备的电源的电压对样本数的曲线图，其示出了连接有压电式转换器时的电压。
34.图17是图1的药物输送设备的电源的电压对样本数的曲线图，其示出了未连接压电式转换器时的电压。
35.在几个视图中，相应的附图标记表示相应的部件。本文所阐述的示例示出了本公开的示例性实施例，并且这些示例不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
36.诸如“左”、“右”、“内”、“外”、“上方”、“下方”等空间或方向性术语不应被认为是限制性的，因为本发明可以采用各种可选的取向。
37.说明书和权利要求书中使用的所有数字应理解为在所有情况下都由术语“大约”修饰。“大约”指的是正负10％的范围。如在说明书和权利要求书中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该”包括复数指代，除非上下文另外明确规定。术语“第一”、“第二”等并不是指任何特定的顺序或时间顺序，而是指不同的条件、性质或元件。“至少”的意思是“大于或等于”。
38.如本文所使用的，“至少一个”与“一个或多个”同义。例如，短语“a、b和c中的至少一个”是指a、b或c中的任何一个，或a、b或c中的任何两个或更多个的任何组合。例如，“a、b和c中的至少一个”包括仅一个或多个a；或仅一个或多个b；或仅一个或多个c；或一个或多个a和一个或多个b；或一个或多个a和一个或多个c；或一个或多个b和一个或多个c；或全部
handling)、数据处理(data processing)和可追溯性。本技术的方法70不需要任何附加设备，并且对环境噪声不敏感。此外，如下所述，本技术的方法70利用来自电源14的电压读数，该电压读数通常已经被微控制器24监控以检测电源14的电平。因此，本技术的方法70不需要电子元件之间的进一步连接。
45.参照图6a至图14，在一个方面或实施例中，当驱动信号被提供给压电式转换器50时，致动电压值是dc电源14的电压频率，而当驱动信号被提供给压电式转换器50并且压电式转换器50处于工作状态时，基线值是dc电源14的已知电压频率。更具体地说，当驱动信号被提供给压电式转换器50时，致动电压值是最大压降值的频率，而当驱动信号被提供给压电式转换器50并且压电式转换器50处于工作状态时，基线值是最大压降值的已知频率。在一个方面或实施例中，驱动信号是预定频率的方波。在另一方面或实施例中，当驱动信号被提供给压电式转换器50时，致动电压值是dc电源14的最小和最大电压，而当驱动信号被提供给压电式转换器50并且压电式转换器50处于工作状态时，基线值是已知的最小和最大电压。在另一个方面或实施例中，可以在第二较低频率上调制工作频率，以实质上作为测试过程的一部分开启和关闭转换器致动电路。电压值可以根据在直接或间接连接到压电式转换器50的选定位置处所测量的有效电压与无效电压之间的差来计算。参考值和测量值可以是电压或电流。
46.如图6a和图6b所示，在药物输送设备10被启动或唤醒、并且没有提供驱动信号的情况下，在电源端子处测量的电源14的电压在1.505v与1.525v之间振荡，而驱动信号保持恒定在1.5v。如图7a和图7b所示，在药物输送设备10被启动或唤醒、提供驱动信号并且压电式转换器50断开连接的情况下，在电源端子处测量的电源14的电压在1.425v与1.455v之间振荡，这与图6a和图6b相比大约有0.12v的偏移，并且驱动信号在1.358v与1.61v之间振荡。如下面更详细讨论的，当驱动信号电压和电源电压相等时，最大压降值的高频尖峰会出现。如图8a和图8b所示，在药物输送设备10被启动或唤醒、提供驱动信号并且压电式转换器50被连接的情况下，在电源端子处测量的电源14的电压在1.41v与1.455v之间振荡，并且驱动信号在1.358v与1.61v之间振荡。与图7a和图7b的状态相比，在图8a和图8b的状态中，电压分布已经向下移动了大约5mv。因此，通过将电源的最小和最大电压、与压电式转换器50正确连接并处于工作状态时已知的最小和最大电压进行比较，可以确定压电式转换器50的工作状态。同样如图8a所示，最大压降值的高频尖峰的图案或谐波与图7a的模式不同，这将在下面详细讨论。可以通过使用快速傅立叶变换(fast fourier transform，fft)在时域或频域中分析信号来观察该图案。
47.参照图9，驱动信号启动开始时发生大约0.15v的电压降，该电压降发生在连接压电式转换器50和断开压电式转换器50的情况下。0.15v的电压降发生在0.005s内。然而，如图9所示，当连接压电式转换器50时，电源14的电压恢复到稍低的水平，大约差0.02v。在另一方面或实施例中，测试药物输送设备10以确定压电式转换器50的操作状态的方法70包括：在最初提供驱动信号之后，比较电压恢复值。
48.参照图10，示出了在压电式转换器50被连接并以2.9khz工作时电源14的反向电压。电源14的最大压降值或尖峰的频率对应于驱动信号的频率，这仅在压电式转换器50被正确连接时发生。因此，对于驱动信号的给定频率，通过将电源14的最大压降值的频率与最大压降值的已知频率进行比较，可以确定压电式转换器50的工作状态。换言之，当压电式转
换器50被正确连接时，电源14的最大压降值的频率与最大压降值的已知频率匹配，则可以确定压电式转换器50处于工作状态。如果当压电式转换器50被正确连接时，电源14的最大压降值的频率与最大压降值的已知频率不匹配，则可以确定压电式转换器50处于非工作状态。如果存在最大压降值的尖峰或频率，但其与正确连接的压电式转换器50的已知值不匹配，则还可以确定驱动信号正在起作用。
49.参照图11，示出了提供驱动信号、断开压电式转换器50、以及连接压电式转换器50时电源14的电压对比。如上所述，当压电式转换器50被正确连接时，最大压降值的频率仅出现在驱动信号的频率处。
50.参照图12至图14，示出了驱动信号频率为250hz(图12)、500hz(图13)和750hz(图14)时的最大压降值。当压电式转换器50被正确地连接到驱动信号的各种频率时，最大压降值的频率出现在驱动信号的频率处。
51.在一个方面或实施例中，在远离电源14和靠近向压电式转换器50供电的位置处测量电压。在另一方面或实施例中，不是测量致动电压值，而是测量致动电流值，并利用该致动电流值来确定压电式转换器50是处于工作状态还是处于非工作状态。如上所述，以与致动电压值相同的方式利用致动电流值来确定压电式转换器50处于工作状态还是非工作状态。尽管可以使用用于测量致动电流值的其他合适的布置，但是可以通过测量电阻器两端的电压降来计算致动电流值。
52.参照图16和图17，在另一个方面或实施例中，用于测试药物输送设备10的方法70包括：以5hz的速率、以开/关模式启动压电式转换器50一秒钟；在第二开/关序列开始时记录电池电压；在7个开/关周期内，以120hz的采样频率记录12个电压值样本；计算并存储开/关电压值的平均值；使用最小二乘法对记录的7个开/关周期期间的所有数据点进行线拟合；计算从7个平均值点到拟合线的垂直距离；返回距离的最小值；以及确定距离的最小值是否小于1.5。在一个方面或实施例中，如果距离的最小值小于1.5，则确定压电式转换器50未被连接。在一个方面或实施例中，如果最终记录的电压值小于2v，则药物输送设备10被确定为故障。在一个方面或实施例中，不是记录12个电压值样本，而是记录两个或更多个电压值样本。在一个方面或实施例中，不是记录7个开/关周期期间的电压值，而是记录两个或更多个开/关周期的电压值。此外，尽管讨论了120hz的采样频率，但也可以使用其他合适的采样频率。
53.尽管为了说明的目的，已经基于当前被认为是最实用的和优选的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当理解，这种细节仅用于该目的，并且本发明不限于所公开的实施例，而是，本发明旨在覆盖在所附权利要求书的精神和范围内的修改和等同布置。例如，应当理解，本发明预期：在可能的程度上，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其它实施例的一个或多个特征组合。

技术特征：
1.一种用于测试药物输送设备的方法，所述药物输送设备包括压电式转换器、微控制器和dc电源，所述压电式转换器具有工作状态和非工作状态，所述方法包括：向所述药物输送设备的所述压电式转换器提供驱动信号；确定致动电压值或致动电流值；以及将所述致动电压值或所述致动电流值与基线值进行比较，以确定所述压电式转换器处于所述工作状态还是处于所述非工作状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述致动电压值或所述致动电流值由在预定时间段期间测量的多个值的平均值确定。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述致动电压值或所述致动电流值由在预定时间段期间测量的多个值的子集确定。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，使用曲线拟合来确定所述致动电压值或所述致动电流值。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，使用傅里叶变换和快速傅立叶变换中的至少一种来确定所述致动电压值或所述致动电流值。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，在大于10ms的时间段内计算用于确定所述致动电压值或所述致动电流值的信号。7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，在大于1ms的时间段内计算用于确定所述致动电压值或所述致动电流值的信号。8.根据权利要求1所述的方法，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括所述dc电源的电压频率，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于工作状态时，所述基线值包括所述dc电源的已知电压频率。9.根据权利要求1或8所述的方法，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括最大压降值的频率，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于工作状态时，所述基线值包括最大压降值的已知频率。10.根据权利要求1、8和9中任一项所述的方法，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括所述dc电源的最小和最大电压，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于工作状态时，所述基线值包括已知的最小和最大电压。11.根据权利要求1和8至10中的任一项所述的方法，其中，当所述致动电压值在所述基线值的预定范围内时，所述压电式转换器被确定为处于所述工作状态。12.根据权利要求1和8至11中的任一项所述的方法，其中，所述压电式转换器在所述工作状态下被启动并且在所述非工作状态下不被启动。13.根据权利要求1和8至12中的任一项所述的方法，其中，确定所述致动电压值包括测量所述dc电源的端子处的电压。14.根据权利要求1和8至13中任一项所述的方法，其中，所述dc电源包括电池。15.一种用于测试药物输送设备的计算机实现的方法，所述药物输送设备包括压电式转换器、微控制器和dc电源，所述压电式转换器具有工作状态和非工作状态，所述方法包括：
向所述药物输送设备的所述压电式转换器提供驱动信号；确定致动电压值；以及通过将所述致动电压值和基线电压值进行比较，利用至少一个处理器确定所述压电式转换器处于所述工作状态还是处于所述非工作状态。16.根据权利要求15所述的方法，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括所述dc电源的电压频率，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于所述工作状态时，所述基线电压值包括所述dc电源的已知电压频率。17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括最大压降值的频率，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于所述工作状态时，所述基线电压值包括最大压降值的已知频率。18.根据权利要求15至17中的任一项所述的方法，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括所述dc电源的最小和最大电压，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于所述工作状态时，所述基线电压值包括已知的最小和最大电压。19.一种药物输送设备，包括：dc电源；套管；贮存器，所述贮存器被配置为容纳流体；泵，所述泵被配置为将所述流体从所述贮存器输送到所述套管；压电式转换器，所述压电式转换器具有工作状态和非工作状态，在所述工作状态下，所述压电式转换器产生可听见的声音，在所述非工作状态下，所述压电式转换器不产生可听见的声音；以及微控制器，所述微控制器包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被编程或被配置成：向所述压电式转换器提供驱动信号；确定致动电压值或致动电流值；以及通过将所述致动电压值或所述致动电流值与基线值进行比较，利用所述至少一个处理器确定所述压电式转换器处于所述工作状态还是处于所述非工作状态。20.根据权利要求19所述的设备，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括所述dc电源的电压频率，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于所述工作状态时，所述基线值包括所述dc电源的已知电压频率。21.根据权利要求19或20所述的设备，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括最大压降值的频率，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于所述工作状态时，所述基线值包括最大压降值的已知频率。22.根据权利要求19至21中的任一项所述的设备，其中，当向所述压电式转换器提供所
述驱动信号时，所述致动电压值包括所述dc电源的最小和最大电压，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于所述工作状态时，所述基线电压值包括已知的最小和最大电压。23.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品用于测试药物输送设备，所述药物输送设备包括压电式转换器、微控制器和dc电源，所述压电式转换器具有工作状态和非工作状态，所述计算机程序产品包括至少一个非暂态计算机可读介质，所述至少一个非暂态计算机可读介质包括程序指令，所述程序指令在由所述微控制器执行时使得所述微控制器：向所述压电式转换器提供驱动信号；确定致动电压值或致动电流值；以及通过将所述致动电压值或所述致动电流值与基准值进行比较，来确定所述压电式转换器处于所述工作状态还是处于所述非工作状态。24.根据权利要求23所述的计算机程序产品，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括所述dc电源的电压频率，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于所述工作状态时，所述基线值包括所述dc电源的已知电压频率。25.根据权利要求23或24所述的计算机程序产品，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括最大降值的已知频率压降值的频率，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于所述工作状态时，所述基线值包括最大压。26.根据权利要求23至25中任一项所述的计算机程序产品，其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号时，所述致动电压值包括所述dc电源的最小和最大电压，并且其中，当向所述压电式转换器提供所述驱动信号并且所述压电式转换器处于所述工作状态时，所述基线值包括已知的最小和最大电压。

技术总结
一种用于测试药物输送设备的方法，该药物输送设备包括压电式转换器、微控制器和DC电源，压电式转换器具有工作状态和非工作状态。该方法包括：向药物输送设备的压电式转换器提供驱动信号；确定致动电压值或致动电流值；以及将致动电压值或致动电流值与基线值进行比较，以确定压电式转换器是处于工作状态还是处于非工作状态。于非工作状态。于非工作状态。


技术研发人员：史蒂夫
受保护的技术使用者：贝克顿
技术研发日：2021.11.16
技术公布日：2023/7/20