CN101526385A

CN101526385A - 一种反光法液面探测方法及装置

Info

Publication number: CN101526385A
Application number: CN200910068519A
Authority: CN
Inventors: 朱险峰; 张阔; 曾思思; 孙涛; 赵文浩; 白璐
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2009-09-09

Abstract

本发明公开了一种反光法液面探测方法及其装置，它包括以下步骤：沿待测试管的底部中央点到试管左侧内边缘点的第一延长线方向上向试管内液面发射激光束；所述的激光束在液面发生反射，反射光照射到位置传感器上，所述的位置传感器的有效敏感区域右端安装在待测试管底部中央点到试管右侧内边缘点的第二延长线方向上并且所述的敏感区域与所述的第二延长线垂直设置；通过所述的位置传感器测得所述的每只待测试管的反射光落在位置传感器上的位置值，从而通过公式计算出所述的待测试管内的液面高度。采用本方法和装置简单易行并且适用于液面没有气泡的场合。

Description

一种反光法液面探测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种非接触式液面探测方法，特别是需要自动对液体进行微量取样、加样的分析仪器中，如全自动生化分析仪、自动酶标免疫分析仪、血液粘度仪、血液凝聚分析仪等的液面探测方法及装置。

背景技术

分析精度是自动分析仪器的最重要指标。而影响分析精度的诸多因素中，加样精度是最主要因素。自动分析仪器中对液体样本和试剂进行微量加样多是通过加样针探入液体，在与加样针管路相连的加样器的抽吸作用下，定量的被加样液体被抽入加样针内，然后被注射进反应杯或比色杯中进行后续测量。该加样过程中加样针针头不能浸入被加样液体太深，否则加样头外表面会携带过量的残液，造成加样不准，从而影响测试精度。此外，自动分析仪在加样之前首先需要探知被加样液体容器中是否有足够的被加样液体，以免造成加样不足，产生错误测量结果。因而，自动分析仪器中的加样系统中，液面探测功能是必需的。

目前自动分析仪器中液面探测方法多种多样，主要可以归类为接触式和非接触式两大类。

接触式是指只有当加样针或传感器接触到被加样液体时，才能探知液体的存在，进而探知液面高度。接触式的最大缺点是：不管有无试管或试管内有无液体，探测装置都要完成一次探测动作。当没有试管或试管内液体用光时，该动作变成无效动作，因而降低了仪器速度。现有的接触式液面探测技术有电容法(例如中国专利CN101135584A)、管道气压法(例如美国专利4,777,832)、机械振动法(例如美国专利US7,416,706)、光纤法(例如美国专利US3,448,616)等。

非接触式是指加样针不必下探到被加样液面即可感知液面高度。现有的非接触式液面探测技术有激光法(例如欧洲专利WO200042384)、超声波法(例如美国专利US5,880,364)和成像法(例如美国专利US5,463,228)等。就所提及的专利而言，WO200042384所述激光法采用一个激光管和一个光电二极管，加样针仍然需要完成一次向下移动动作，虽然加样针没有接触到液体，但只有当加样针下降到某一位置使激光管发出的激光经液面反射后恰好照射到光电二极管时才能探知液面高度。类似接触式液面探测，WO200042384所述激光法当液体耗尽或没有试管时，仍然还要一次无效当作。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种简单易行，适于液面没有气泡场合下的一种反光法液面探测方法及装置。

本发明的一种反光法液面探测方法，它包括以下步骤：

(1)沿待测试管的底部中央点到试管左侧内边缘点的第一延长线方向上向试管内液面发射激光束；

(2)所述的激光束在液面发生反射，反射光照射到位置传感器上，所述的位置传感器的有效敏感区域右端安装在待测试管底部中央点到试管右侧内边缘点的第二延长线方向上并且所述的敏感区域与所述的第二延长线垂直设置；

(3)通过所述的位置传感器测得所述的每只待测试管的反射光落在位置传感器上的位置值，从而通过公式计算出所述的待测试管内的液面高度。

本发明的一种反光法液面探测的装置，它包括沿待测试管的底部中央点到试管左侧内边缘点的第一延长线方向上依次设置的透镜、狭缝、激光二极管，一个位置传感器的有效敏感区域右端安装在底部中央点到试管右侧内边缘点的第二延长线方向上并且所述的敏感区域与所述的第二直线延长线垂直设置。

本发明的优点在于：本发明的方法和装置是根据液面反射光照射到位置传感器(PSD)的位置与液面高度的关系而实现液面探测的非接触方法，因而该方法简单易行并且适用于液面没有气泡的场合。

附图说明

图1是本发明的反光法液面探测方法的发明原理示意图；

图2是图1所示的装置中激光照射到试管的俯视图；

图3是图1所示的装置中液面反射光照射到位置传感器的示意图；

图4是本发明中试剂瓶的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明的一种反光法液面探测方法，它包括以下步骤：(1)沿待测试管的底部中央点到试管左侧内边缘点的第一延长线方向上向试管内液面发射激光束；(2)所述的激光束在液面发生反射，反射光照射到位置传感器上，所述的位置传感器的有效敏感区域右端安装在待测试管底部中央点到试管右侧内边缘点的第二延长线上并且所述的敏感区域与所述的第二延长线垂直设置；(3)通过所述的位置传感器测得所述的待测试管的反射光落在位置传感器上的位置值，从而通过公式计算出所述的待测试管内的液面高度。所述的步骤(3)中的公式可以为h＝ax+b，其中式中的a，b值为通过定标方法求解得到的常数，h为待测试管内的液面高度，x为通过所述的步骤(3)得到的反射光落在位置传感器上的位置值，所述的定标方法包括的步骤为：(a)用凝胶制作两只标准样本管；(b)分别设定所述的每只标准样本管的凝胶高度值；(c)通过所述的步骤(1)至(3)获取反射光落在位置传感器上的位置，所述的标准样本管的管口直径以及高度与待测试管的管口直径以及高度相同；(d)通过公式a＝(h1-h2)/(x1-x2)和b＝(h2x1-h1x2)/(x1-x2)可以计算得到a，b值，其中式中的h1和h2为每只标准样本管中的凝胶高度，x1和x2为通过所述的步骤(c)获得的反射光落在位置传感器上的位置。

如附图所示的本发明的一种反光法液面探测装置，激光管1、狭缝2和透镜3安装在从试管8底部中央A点到试管左侧内边缘B点的延长线上。位置传感器(PSD)7的有效敏感区域右端安装在A点到试管右侧内边缘C的延长线上。位置传感器(PSD)的敏感面与直线AC垂直。

本发明装置的工作原理如下：

位于试管8左上方的激光二极管1发出的激光经狭缝2和透镜3变成垂直与纸面方向有一定宽度、横向很薄的激光束4，照射到试管8的液面5上。激光束在液面发生反射，反射光6照射到位于试管右上方的位置传感器(PSD)7上。试管中液面的高度h不同，反射光6落在PSD7上的位置x也不同。h和x的关系是：

h＝ax+b -----方程1

其中系数a，b是常数，可以通过标准液面试管定标获得。一旦系数a，b确定，在获得某一试管的x后，可以推导出液面高度h。

本发明方法适用于其高度和开口直径都与标准样管相同，如图4所示的试剂瓶9的液面探测也能应用该方法，试剂瓶9其高度和开口直径都与标准样管相同，但盛装试剂部分的容器截面被设计成矩形，且开口在试剂瓶的一端。

定标方法

方程1中系数a，b定标过程如下：(a)用凝胶(可以为其它材质，只要表面反光，高度固定、高度已知且高度不同的两个任意材质。)制作两只标准样本管；(b)分别设定所述的每只标准样本管的凝胶高度；(c)采用数码相机分别拍摄所述的两只标准样本管的图像，在图像上找出各自的反射光落在位置传感器上的位置x1和x2值；(d)根据下列公式计算出a，b系数。

a＝(h1-h2)/(x1-x2)

b＝(h2x1-h1x2)/(x1-x2)

实施例1

为求解公式a＝(h1-h2)/(x1-x2)和b＝(h2x1-h1x2)/(x1-x2)求式中的a，b值，用凝胶事先制作两只标准样本管，第一标准样本管和第二标准样本管。第一标准样本管中凝胶的高度是试管高度的20％，第二标准样本管中凝胶的高度是试管高度的80％。目前临床常用的样本试管的高度为75mm，直径10mm，则第一标准样本管中凝胶的高度为15mm，第二标准样本管中的凝胶高度为60mm。然后沿标准样本管的底部中央点到试管左侧内边缘点的第一延长线上方向上向试管内液面发射激光束；所述的激光束在液面发生反射，反射光照射到位置传感器上，所述的位置传感器的有效敏感区域右端安装在底部中央点到试管右侧内边缘点的第二延长线上并且所述的敏感区域与所述的第二直线延长线垂直设置；位置传感器测取经两只标准样本管的反射光落在位置传感器上的位置x1和x2值，再根据已知高度值h1＝15和h2＝60mm，从而计算出a，b系数。

对系数a，b定标后，沿待测液面高度的试管的底部中央点到试管左侧内边缘点的第一延长线方向上向试管内液面发射激光束；所述的激光束在液面发生反射，反射光照射到位置传感器上，所述的位置传感器的有效敏感区域右端安装在底部中央点到试管右侧内边缘点的第二延长线上并且所述的敏感区域与所述的第二延长线垂直设置；通过所述的位置传感器输出所述的反射光落在位置传感器上的位置x；然后根据公式h＝ax+b计算待测试管中液面的高度值。

Claims

1.一种反光法液面探测方法，其特征在于它包括以下步骤：

(2)所述的激光束在液面发生反射，反射光照射到位置传感器上，所述的位置传感器的有效敏感区域右端安装在待测试管底部中央点到试管右侧内边缘点的第二延长线上并且所述的敏感区域与所述的第二延长线垂直设置；

(3)通过所述的位置传感器测得所述的待测试管的反射光落在位置传感器上的位置值，从而通过公式计算出所述的待测试管内的液面高度。

2.根据权利要求1所述的反光法液面探测方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的公式为

其中式中的a，b值为通过定标方法求解得到的常数，h为待测试管内的液面高度，

为通过所述的步骤(3)得到的反射光落在位置传感器上的位置值，所述的定标方法包括的步骤为：(a)用凝胶制作两只标准样本管；(b)分别设定所述的每只标准样本管的凝胶高度值；(c)通过所述的步骤(1)至(3)获取反射光落在位置传感器上的位置，所述的标准样本管的管口直径以及高度与待测试管的管口直径以及高度相同；(d)通过公式

和

计算得到a，b值，其中式中的h1和h2为每只标准样本管中的凝胶高度，和

为通过所述的步骤(c)获得的反射光落在位置传感器上的位置。

3.一种实现权利要求1所述的反光法液面探测方法的装置，其特征在于：它包括沿待测试管的底部中央点到试管左侧内边缘点的第一延长线上方向上依次设置的透镜、狭缝、激光二极管，一个位置传感器的有效敏感区域右端安装在底部中央点到试管右侧内边缘点的第二延长线方向上并且所述的敏感区域与所述的第二直线延长线垂直设置。