CN101881706B - 一种采样设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采样设备及方法。一种采样方法，包括如下步骤：预备采样步骤：采样针(400)向液面动作，直到检测到该采样针(400)相关的物理量发生突变，则判断该采样针是否接触到真实的液面；如果为真实的液面，则采样步骤：所述采样针(400)吸液，然后检测该采样针(400)相关的物理量的变化，则判断该采样针(400)所吸取的液体是否充足。与现有技术相比，本发明的技术方案的优点在于，解决对异常吸液状况作出判断，能够排除干扰和吸液不足的情况，可靠的实现对液体的采样。

Description

一种采样设备及方法

技术领域

本发明涉及一种采样设备及方法，尤其涉及一种医疗领域中的采样设备及方法。

背景技术

在采样系统中，采样针需要保证吸足目标液体。对此，现有技术中，往往采用的是一种开环式的控制系统，仅仅通过液面检测系统检测到采样针接触到目标液面后停止运动，再执行后续动作，如吸液等。

但是，在实际操作中常常存在干扰，这样，采样针在没有真正接触到目标液面的时候，误判断接触到了真实的液面。这样会对后继的操作产生极大的影响。例如，当待测液体表面存在气泡时，采样针接触到气泡，气泡本身会对液面检测系统产生一定的影响，使系统错误的将该影响判断为检测到液面，而停止运动并执行吸液等后续动作，造成测试结果错误。不只是气泡，其它的干扰因素，如静电、电磁干扰等也可能会使液面检测系统在未到达真实的液面前误以为接触液面，造成错误。

此外，采样针吸液过程中也可能脱离液面，致使其吸液不足。当目标液体量不足时，使得其后继的动作造成结果错误。

对于吸液不足，现有技术有如下的解决方案。

1、对采样针的停止位置进行判断，首先记录前一次的采样针停止位置，本次停止位置与上一次比较，超出范围则认为是由于受到干扰影响。这一方法的缺点在于只能应用于封闭式系统，且无法判断吸液不足的情况；

2、增加压力传感器进行检测判断，即对吸液时候的压力数据进行分析，监测是否有空吸现象出现。这一方法需要增加整套的压力检测系统，成本较高，同时只能在吸液过程中检测，对于吸液量比目标值略少的情况下，无法检测出来。

3、设置一定的高度限制，以保证吸足液体，这一方法会造成剩余液体量较多，并对机械相关设计提出要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够解决对异常吸液状况作出判断的采样设备及方法。

对此，本发明提供一种采样设备，包括：采样针、用于驱动所述采样针动作的动作模块，和用于控制所述动作模块的控制模块，

还包括：用于监测所述采样针相关的物理量变化，并将该物理量转换为相应的电信号到所述控制模块的检测模块；

所述控制模块处理由所述检测模块输出的电信号，并据此控制所述动作模块动作。

在上述技术方案中，当采样针没有接触到真实的液面或遇到干扰，例如仅仅接触到液面上的气泡的时候，其相关的物理量也会发生突然的变化，例如该采样针的等效电容值、等效电阻值，或者其他物理量等，这样可以通过采用相应的传感器的检测模块将该变化的物理量检测出来，以作为该采样针接触到液面的初步判断。由于与真实的液面相比，干扰所产生的该采样针相关的突然变化的物理量变化很难持续。与之相应的是，如果采样针接触到真实的液面，则其相关的物理量也会发生突然的变化后，将维持稳定。这样，上述技术方案将克服，现有技术中，对采样针是否遇到干扰的时候误判，进而采取下一步的操作，例如，执行吸液等，从而造成测试结果错误的缺陷。于是，本技术方案极大的提高了采样系统整体的可靠性。

例如，最常见的干扰包括液面的气泡。气泡特性脆弱，当遇到采样针时候将会被触动改变且会进一步被扎破，其保持时间较为短暂。当采样针遇到气泡的时候，其相关的物理量会突然变化，然后，气泡破掉，而其相关的物理量会恢复到其碰到气泡之前的值附近。这样通过对该采样针相关的物理量进行监测，并分析处理，就能够发现采样针是否在进行采样的时候，是否接触到真实的液面。

其中，采样的采样针将逐渐接近所要采样的液体的液面，直到接触到液面则停止动作，然后开始采样。真实的液面是指，当采样的采样针将要进行采样的时候，其尖端所接触的是完全的液面，不包括如液面上的气泡等。

接着，在吸液的过程中，如果采样针脱离液面，致使其吸液不足。则当采样针脱离液面的时候，采样针的相关的物理量也会发生突然的变化。检测出该变化，将能够很好的判断出采样针是否吸液不足。

优选的，所述采样针采用导电材料制成。

一个具体的实施例中，所述检测模块检测采样针的相关物理量为其等效电容值。其中，所述检测模块包括：

锁相环路，用于检测所述采样针的等效电容值，并转化为相应的模拟电压信号；

放大电路，用于放大所述锁相环路输出的模拟电压信号；以及，

A/D转换电路，用于将所述放大电路输出的模拟电压信号转换为相应的数字信号，并输出到所述控制模块。

所述锁相环路包括：依次闭环耦合的鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；

所述环路滤波器向所述放大电路输出模拟电压信号；所述压控振荡器耦合于所述采样针，所述鉴相器还输入一个参考频率。

另一个具体的实施例中，所述检测模块检测采样针的相关物理量为其电阻值。所述采样针包括相互分离的第一管体和第二管体；

所述检测模块包括：用于将输入的模拟电信号进行放大并转化为相应的数字信号的放大与A/D转换，及限流电阻；

所述第一管体耦合于一个高电平；所述限流电阻的两端分别耦合于所述放大与A/D转换的输入端和地；所述放大与A/D转换的输入端还耦合于所述第二管体，并输出数字电信号到所述控制模块。

另一个具体的实施例中，所述检测模块检测采样针的相关物理量为其电阻值。盛装目标液体的容器为导体，且连接于地；所述检测模块包括：用于将输入的模拟电信号进行放大并转化为相应的数字信号的放大与A/D转换，及限流电阻；

所述限流电阻的一端与所述放大与A/D转换的输入端和所述采样针耦合，其另一端耦合于一个高电平。

另一个实施例中，所述动作模块包括：驱动单元、步进电机，和摇臂；

所述驱动单元在所述控制模块的控制下，驱动所述步进电机转动，所述步进电机带动所述摇臂动作，所述摇臂带动所述采样针动作。

相应的，本发明还提供一种采样方法，包括如下步骤：

预备采样步骤：采样针向液面动作，直到检测到该采样针相关的物理量发生突变，则判断该采样针是否接触到真实的液面；如果为真实的液面，则

采样步骤：所述采样针吸液。

优选的，所述预备采样步骤包括如下步骤：

初始步骤：所述采样针在指定位置，并获取该位置时的该采样针的相关物理量；

突变步骤：所述采样针向液面运动，直到测量到该采样针的相关物理量放生突变，该采样针停止动作；

液面判断步骤：延时一段时间，测量该采样针的相关物理量，并判断该采样针是否接触到真实的液面。

优选的，所述采样针相关的物理量选取该采样针的等效电容值、电阻值或电感值中的至少一种。

本发明还提供一种采样方法，包括如下步骤：

采样步骤：所述采样针吸液；

液量判断步骤：测量该采样针的相关物理量，并判断该采样针是否吸取到足够的液体。

优选的，所述采样针相关的物理量选取该采样针的等效电容值、电阻值或电感值中的至少一种。

其中，在具体实施例中，所述预备采样步骤和液量判断步骤可以分别单独应用，也可以两者都采用，如果两者都采用，则先进行所述预备采样步骤，后进行所述液量判断步骤。

与现有技术相比，本发明的技术方案的优点在于，解决对异常吸液状况作出判断，可靠的实现对液体的采样。

附图说明

图1是本发明采样设备一种实施例的结构示意图；

图2是本发明采样设备另一种实施例的结构示意图；

图3是本发明采样方法一种实施例的结构示意图；

图4是是图3所示实施例中，在不同条件下采样针的相关物理量的变化的示意图；

图5是本发明采样设备另一种实施例的结构示意图；

图6是图5所示实施例中部分的电路结构示意图；

图7是本发明采样设备另一种实施例的结构示意图；

图8是本发明采样设备另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

如图1所示，一种采样设备，包括：采样针400、用于驱动所述采样针400动作的动作模块300、用于控制所述动作模块300的控制模块200，以及，用于监测所述采样针400相关的物理量变化，并将该物理量转换为相应的电信号到所述控制模块200的检测模块100。

其中，所述控制模块200处理由所述检测模块100输出的电信号，并据此控制所述动作模块300动作。

如图2所示，为本发明采样设备更具体的一种更具体的实施例。

其中，采样针400安装在摇臂330上，摇臂330由步进电机320驱动。控制模块200向驱动单元310发送指令，使得所述驱动单元310驱动所述步进电机320运动或者停止。检测模块100与采样针400连接，对采样针的相关等效物理量进行检测并转化为相应的数字信号。控制模块200可以对检测模块100发出传送数据的指令要求，检测模块100则将相应的数字信号传送给控制模块200，控制模块200对该信号进行判断，分析是否接触液面，或者是干扰信号，或者出现了吸样不足的问题，指导后续动作的执行。

为了克服干扰，目标液体在容器500中，所述容器500设置在与地连接的底盘510中。

在本发明的实施例中，后控制模块200可以选择采用可编程器件均可实现，例如MCU、FPGA等等。驱动模块300则根据实际应用的需要，选择合适的驱动电路即可，此处不再赘述。

结合图3和图4，为本发明采样方法一种实施例。

其中，在图4中，反映了当采样针分别遇到干扰以致误判断接触到液面的时候、接触到真实的液面并吸液充足的时候，以及吸液不足时候，其检测单元100输出的信号的变化情况。

现结合图4，说明该方法的流程如下：

S100：加样开始，即开始对目标液面的取样；

S110：采样针运动到指定位置，即靠近目标液面并在其上面的位置；

S120：检测模块获取此时采样针相关的物理量，并转化为相应的电信号V0；该过程对应图4中的A检测时刻；

S130：采样针朝向目标液面下行；

S140：如果在一定时间内，检测模块没有获取采样针相关的物理量发生突变，则S220：报警；在一定时间内，当检测模块获取采样针相关的物理量发生突变，则初步判断该采样针接触到液面；该过程对应的信号变化情况如图4中的B区间；

S150：采样针停止动作；

S160：延时一段时间，延时时间的长短视时序要求而定，一般不超过1s，对应图4中的C区间；

S170：检测模块获取此时采样针相关的物理量，并转化为相应的电信号V1；该过程对应图4中的D检测时刻；

S180：判断V1与V0之间的差值是否超过一个预先设定的阈值Vp，即判断，此时的采样针相关的物理量是否仍然保持与初始在初步判断该采样针接触到液面前的时候具有足够大的变化；如果否，则S220：报警；如果是，则

S190：采样针吸液；该过程对应图4中E区间；

S200：采样针吸液动作完毕后，检测模块获取此时采样针相关的物理量，并转化为相应的电信号V2；该过程对应图4中的F检测时刻；

S210：判断V2与V0之间的差值是否超过一个预先设定的阈值Vq，即判断，此时的采样针相关的物理量是否仍然保持与初始在初步判断该采样针接触到液面前的时候具有足够大的变化；如果否，则S220：报警；如果是，则

S230：采样针上行；

S240：结束。

其中，S180步骤参看图4做进一步说明。如果采样针接触的是真实液面，由于采样针没在液面下，信号与未接触液面时有明显差别，V1-V0>Vp成立，说明该液面可靠，则可以继续后续动作；如果是由于气泡、静电、电磁干扰等干扰产生的信号，气泡会被采样针扎破，而静电、电磁干扰等时间短促，此时，采样针的状态与未接触液面前基本相同，故V1-V0>Vp不成立，由此发现问题，并及时报警停止当前加样流程。Vp根据针没入液面后和未接触液面时的信号差异情况而确定。

S210步骤参看图4做进一步说明。控制模块判断V2-V0>Vq是否成立，参考图4，如果液体量充足，吸液后，采样针仍然没在液面下，此时的信号与未接触液面时有明显差别，V2-V0>Vq成立，则说明吸液正确，继续后续动作。如果液体量不足，吸液过程中针脱离液面，则采样针状态恢复到与未接触液面时相同，故V2-V0>Vq不成立，报警吸液不足，并停止当前加样流程。图4中，Vq与Vp设定相同，但是实际应用中，两者可以不同，根据实际情况确定。

上述流程中，进行了两重的检测判断，分别对干扰产生的非真实液面信号和吸液不足情况作出判断。实际应用中，两种检测可以独立进行，也可以执行，实现对吸液不足的判断。

采样针400采用导电材料制作，可以采用重复使用的针结构，也可以采用一次性使用的Tip头。

检测模块100与采样针400一起对信号进行采集和处理。广泛应用的有对采样针400在接触液面前后电容、电感的变化量进行检测，也有对采样针400接触液面后电阻变化进行检测的方法。

对电容或电感的变化量进行检测的方法类似，以电容为例说明。如图5所示，未接触液面前，系统中存在待测液体与地之间的电容C1，采样针400与待测液体之间的电容C2，采样针与地之间的电容C3，则采样针400与地之间的总电容为：Cp1=C3+C1C2/(C1+C2)。当采样针400接触液面后，C2趋向于无穷大，此时的Cp2=C3+C1，电容增加了△C=Cp2-Cp1=C12/(C1+C2)。

对此，如图6所示，检测模块100包括：锁相环路110，用于检测所述采样针400的等效电容值，并转化为相应的模拟电压信号；放大电路120，用于放大所述锁相环路110输出的模拟电压信号；以及，A/D转换电路130，用于将所述放大电路120输出的模拟电压信号转换为相应的数字信号，并输出到所述控制模块200。

其中，所述锁相环路110包括：依次闭环耦合的鉴相器111、环路滤波器113和压控振荡器112；所述环路滤波器113向所述放大电路120输出模拟电压信号；所述压控振荡器130耦合于所述采样针400，所述鉴相器110还输入一个参考频率。

检测模块100可以通过锁相环路110对采样针400的等效电容值进行检测、后续放大和A/D转换，并将转化后的数字信号传输给控制模块200。采样针400与地之间的总电容接入压控振荡器112中，压控振荡器112输出信号与参考频率信号经过鉴相器111比较后输出电压经过环路滤波器113后，反馈到压控振荡器112中，以控制压控振荡器112的输出信号，使之与参考频率信号的频率相同，达到稳定状态。当采样针400接触液面时，采样针400与地之间的总电容增加，则压控振荡器112输出信号频率降低，鉴相器111比较后经环路滤波器113后的控制信号升高，控制压控振荡器112输出信号频率上升，再次与参考频率信号的频率相同，以达到稳定。这个过程中，将采样针400与地之间的总电容变化转化为了经过环路滤波器后的控制信号的变化。该信号经后续放大电路120处理，并通过A/D转换电路130转化为数字信号传送给控制模块200。上述信号变化过程可参考图4。当然，其它实现电容、电感检测转换的方法都是可行的，例如电桥法等。

如图7和图8所示的实施例，检测模块100对与采样针400相关的电阻值进行检测，其原理是利用液体是导体的特点，实现接触液面前后的通断状态不同而达到检测目的。

如图7所示，采样针400为双管结构，包括相互分离的第一管体和第二管体。

所述检测模块100包括：用于将输入的模拟电信号进行放大并转化为相应的数字信号的放大与A/D转换190，及限流电阻R1。

其中，所述第一管体耦合于一个高电平Vcc；所述限流电阻R1的两端分别耦合于所述放大与A/D转换190的输入端和地；所述放大与A/D转换190的输入端还耦合于所述第二管体，并输出数字电信号到所述控制模块200。

未接触液面前，第一管体和第二管体间绝缘，输出信号下拉至地，为低电平，接触液面后，两管导通，输出信号上升到接近VCC的数值，再通过后续的信号处理即可。

如果容器500为导体，且连接于地，可以如图8所示，所述检测模块100包括：用于将输入的模拟电信号进行放大并转化为相应的数字信号的放大与A/D转换190，及限流电阻R2。

其中，所述限流电阻R2的一端与所述放大与A/D转换190的输入端和所述采样针400耦合，其另一端耦合于一个高电平Vcc。

当采样针400未接触液面时输出电压为Vcc，采样针400接触液面后，通过液体接地，输出信号降到接近地的水平，这种情况下前述的信号变化示意图和比较算法只需相应调整为下降方式就可以了。

通过上述说明，该系统在不需要增加成本的基础上，实现了对吸液过程中由于干扰而产生到液面信号的识别，也可以对吸液不足的情况监测，保证结果的正确性，可以广泛应用在样本、试剂等加样系统中。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种采样设备，包括：采样针(400)、用于驱动所述采样针(400)动作的动作模块(300)，和用于控制所述动作模块(300)的控制模块(200)，其特征在于，还包括：用于监测所述采样针(400)相关的物理量变化，并将该物理量转换为相应的电信号到所述控制模块(200)的检测模块(100)；所述控制模块(200)处理由所述检测模块(100)输出的电信号，并据此控制所述动作模块(300)动作，所述采样针(400)采用导电材料制成，所述采样针(400)包括相互分离的第一管体和第二管体；

所述检测模块(100)包括：用于将输入的模拟电信号进行放大并转化为相应的数字信号的放大与A/D转换(190)，及限流电阻(R1)；

所述第一管体耦合于一个高电平(Vcc)；所述限流电阻(R1)的两端分别耦合于所述放大与A/D转换(190)的输入端和地；所述放大与A/D转换(190)的输入端还耦合于所述第二管体，并输出数字电信号到所述控制模块(200)。

2.一种采样设备，包括：采样针(400)、用于驱动所述采样针(400)动作的动作模块(300)，和用于控制所述动作模块(300)的控制模块(200)，其特征在于，还包括：用于监测所述采样针(400)相关的物理量变化，并将该物理量转换为相应的电信号到所述控制模块(200)的检测模块(100)；所述控制模块(200)处理由所述检测模块(100)输出的电信号，并据此控制所述动作模块(300)动作,所述采样针(400)采用导电材料制成,盛装目标液体的容器(500)为导体，且连接于地；

所述检测模块(100)包括：用于将输入的模拟电信号进行放大并转化为相应的数字信号的放大与A/D转换(190)，及限流电阻(R2)；

所述限流电阻(R2)的一端与所述放大与A/D转换(190)的输入端和所述采样针(400)耦合，其另一端耦合于一个高电平(Vcc)。

3.如权利要求1或2所述的采样设备，其特征在于，所述动作模块(300)包括：驱动单元(310)、步进电机(320)，和摇臂(330)；

所述驱动单元(310)在所述控制模块(200)的控制下，驱动所述步进电机(320)转动，所述步进电机(320)带动所述摇臂(330)动作，所述摇臂(330)带动所述采样针(400)动作。

4.一种采样方法，其特征在于，包括如下步骤：

预备采样步骤：采样针(400)向液面动作，直到检测到该采样针(400)相关的物理量发生突变，则判断该采样针是否接触到真实的液面；如果为真实的液面，则

采样步骤：所述采样针(400)吸液；

所述预备采样步骤包括如下步骤：

初始步骤：所述采样针（400）在指定位置，获取该位置时的该采样针（400）的相关物理量，并转化为相应的电信号V0；

突变步骤：所述采样针（400）向液面运动，直到测量到该采样针（400）的相关物理量放生突变，该采样针（400）停止动作；

液面判断步骤：延时一段时间，测量该采样针（400）的相关物理量，并转化为相应的电信号V1，判断V1与V0的差是否超过一个预先设定的阈值Vp，如果是，则判断为该采样针（400）接触到真实的液面，如果否，则判断为该采样针（400）没有接触到真实的液面；

所述采样针(400)相关的物理量选取该采样针(400)的等效电容值、电阻值或电感值中的至少一种。

5.一种采样方法，其特征在于，包括如下步骤：

预备采样步骤：采样针（400）在指定位置，获取该位置时的该采样针（400）的相关物理量，并转化为相应的电信号V0；

采样步骤：采样针朝向目标液面下行到吸液位置后，所述采样针(400)吸液；

液量判断步骤：测量该采样针(400)的相关物理量，并转化为相应的电信号V2，判断V2与V0的差是否超过一个预先设定的阈值Vq，如果是则判断为该采样针(400)吸取到足够的液体，如果否则判断为该采样针（400）没有吸取到足够的液体；

所述采样针(400)相关的物理量选取该采样针(400)的等效电容值、电阻值或电感值中的至少一种。

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