CN102288260A - 试剂剩余量检测装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种试剂剩余量检测装置和方法。包括以下步骤：对吸液探针进行充放电同时读取吸液探针的电压信号；判断当前电压信号值相较基值电压值的向下跳动量是否大于液面阈值，如果是则第一标志计数器加1，如果否则第一标志计数器置零；判断第一液面标志计数器的值是否大于或等于第一设定值，如果是则输出接触液面指示信号。试剂剩余量扫描方法包括以下步骤：试剂瓶分别加入5ml和50ml生理盐水；使用吸液探针分别测量两种试剂量的高度，通过数学方法可计算出试剂瓶底部零点高度；使用吸液探针测量待测试剂瓶内待测液面的高度，即可算出液面剩余量。本发明不仅提高了检测的精确度，同时有增强了工作的可靠性。

Description

试剂剩余量检测装置和方法
技术领域
本发明涉及液体剩余量的检测装置和方法，特别是用于医疗领域中检测试剂剩余量的装置和方法。
背景技术
医疗分析仪器在分析体液时需先吸取试剂，所以在测试之前需明确试剂剩余量是否满足测试的需要，这就需要进行试剂剩余量检测。首先必须用吸液探针探测液面，吸液探针在电机的带动下在试剂瓶中下行，当接触到液面时，为了保证测量的精确性，电机必须停止，所以仪器在分析时必须进行液面探测，在针尖接触到液面时，需要输出接触液面信号给电机控制单元，控制电机停止。现有的医疗仪器的液面检测技术主要是电容变化型液面检测。
    发明名称为“用于生化分析的液面检测装置”（专利号是CN02250812.0，公开日是2003年11月26日）的中国专利中公开了一种电容液面检测方法，吸液探针采样了双层同轴探针结构，内、外针管不锈钢制成，当针尖接触液面时，两电极之间的介电常数发生变化，电容就发生变化，用电容量的变化来达到液面检测的目的。但这种液面检测方式采用模拟电路实现，当前电压信号的电压值只要一大于阈值就会输出接触液面信号，抗干扰能力差，如果想提高可靠性即抗干扰能力，只能通过提高阈值来实现，但是单纯提高阈值又会使灵敏度下降，同时要求试剂量就较多，不适用于对少量液体的液面检测。
测量试剂剩余量首先需确定试剂瓶底的零点位置，以往触碰式探测零点方法是吸液探针在步进电机的驱动下在空试剂瓶中下行，当吸液探针针尖接触到瓶底时，由于步进电机继续向下运动，吸液探针顶部的光耦挡片会离开光耦，触发光耦信号使电机停止，根据步进电机下行的步数计算此时的高度作为零点高度。这种探测零点方式的缺点是吸液探针在触碰到瓶底部时由于吸液探针顶部弹簧压力和吸液探针与外壳之间的摩擦力，吸液探针在触碰到底部时吸液探针顶部的光耦挡片不会马上离开光耦，而是在吸液探针针臂产生形变后，光耦挡片才会离开光耦，步进电机会多行走一些步数，这样计算出来的零点会比实际的零点略低，导致扫描剩余量的值偏高。
发明内容
本发明提供一种试剂剩余量检测装置和方法，既能提高检测装置的抗干扰能力，又能提高检测的灵敏度；通过计算得出试剂瓶零点，可避免吸液探针结构机械形变的对零点高度的影响。
   为了实现上述目的，本发明提出了一种试剂剩余量检测装置，包括：吸液探针1，用于吸取被测液体并向转换模块输出其电容；
    转换模块5，用于检测吸液探针输出的电容，并输出与电容值相对应的数字信号；
    信号处理模块6，对数字信号进行处理，输出接触液面信号，所述信号处理模块包括：
    第一判断单元，当前电压信号值较基值电压值的向下跳动量是否大于液面阈值，如果是则输出第一标志置位信号，如果否则输出第一标志清零信号；
    第一标志计数器，用于响应第一判断单元的输出，在接收到第一标志置位信号时加1，在接收到第一标志清零信号后置零；
    第二判断单元，用于判断第一标志计数器是否大于或等于第一设定值，如果是则输出液面接触信号；
    第三判断单元，当前电压信号值是否大于基值电压值，如果是输出第二标志置位信号和第三标志清零信号；如果否则输出第二标志清零信号和第三置位信号；
    第二标志计数器，用于响应第三判断单元的输出，在接收到第二标志置位信号后加1，在接收到第二标志清零信号后置零；
    第三标志计数器，用于响应第三判断单元的输出，在接收到第三标志置位信号后加1，在接收到第三标志清零信号后置零；
    第四判断单元，用于判断第二标志计数器是否大于或等于第二设定值，如果是则基值电压值加1；同时判断第三标志计数器是否大于或等于第二设定值，如果是则基值电压值减1。
本发明提出一种试剂剩余量检测方法，其特征在于包括：
   检测，用于检测液面，在检测到液面时输出液面接触信号；
   电机步数计数，收到液面接触信号时，记录当前电机运行步数；
   零点计算，包括以下步骤：
A、 吸液探针测量内装5ml生理盐水的试剂瓶得到驱动吸液探针的步进电机下行步数；
B、 吸液探针测量内装50ml生理盐水的试剂瓶得到驱动吸液探针的步进电机下行步数；
C、 根据A1,B1的测量数据可以得出液体体积与电机运动步数之间的斜率，根据斜率可计算出0ml时所对应的步进电机步数，即零点位置；
剩余量计算：吸液探针测量待测试剂瓶得到驱动吸液探针的步进电机下行步数，根据斜率，零点位置以及电机运动步数可计算出待测试剂瓶内的试剂量。
    本发明的改进是采用了基值电压参与计算当前电压的跳动量，通过对当前电压进行滤波，基值电压值渐近跟随当前电压值，抗干扰能力增强，同时又可以降低阈值提高灵敏度。另外一个改进是通过间接计算得出试剂瓶零点，因为吸液探针探测液面时采用电容检测方式不会与试剂瓶底产生作用力，所以不会产生机械变形，可提高检测的准确度。
附图说明
图1是本发明液面检测装置示意图；
图2是本发明的液面检测电路方框示意图；
图3A是本发明零点检测方式示意图，吸液探针测量内装5ml生理盐水的试剂瓶；
图3B是本发明零点检测方式示意图，吸液探针测量内装50ml生理盐水的试剂瓶；
图4是本发明基值电压检测流程图；
图5是本发明液面检测流程图。
具体实施方式
一种试剂剩余量检测装置，包括：吸液探针1，用于吸取被测液体并向转换模块输出其电容；
    转换模块5，用于检测吸液探针输出的电容，并输出与电容值相对应的数字信号；
    信号处理模块6，对数字信号进行处理，输出接触液面信号，所述信号处理模块包括：
    第一判断单元，当前电压信号值较基值电压值的向下跳动量是否大于液面阈值，如果是则输出第一标志置位信号，如果否则输出第一标志清零信号；
    第一标志计数器，用于响应第一判断单元的输出，在接收到第一标志置位信号时加1，在接收到第一标志清零信号后置零；
    第二判断单元，用于判断第一标志计数器是否大于或等于第一设定值，如果是则输出液面接触信号；
    第三判断单元，当前电压信号值是否大于基值电压值，如果是输出第二标志置位信号和第三标志清零信号；如果否则输出第二标志清零信号和第三置位信号；
    第二标志计数器，用于响应第三判断单元的输出，在接收到第二标志置位信号后加1，在接收到第二标志清零信号后置零；
    第三标志计数器，用于响应第三判断单元的输出，在接收到第三标志置位信号后加1，在接收到第三标志清零信号后置零；
    第四判断单元，用于判断第二标志计数器是否大于或等于第二设定值，如果是则基值电压值加1；同时判断第三标志计数器是否大于或等于第二设定值，如果是则基值电压值减1。
本发明提出一种试剂剩余量检测方法，其特征在于包括：
   检测，用于检测液面，在检测到液面时输出液面接触信号；
   电机步数计数，收到液面接触信号时，记录当前电机运行步数；
   零点计算，包括以下步骤：
A、 吸液探针测量内装5ml生理盐水的试剂瓶得到驱动吸液探针的步进电机下行步数；
B、 吸液探针测量内装50ml生理盐水的试剂瓶得到驱动吸液探针的步进电机下行步数；
C、 根据A1,B1的测量数据可以得出液体体积与电机运动步数之间的斜率，根据斜率可计算出0ml时所对应的步进电机步数，即零点位置；
剩余量计算：吸液探针测量待测试剂瓶得到驱动吸液探针的步进电机下行步数，根据斜率，零点位置以及电机运动步数可计算出待测试剂瓶内的试剂量。
    本发明所使用的液面探测装置如图1所示，包括吸液探针1、液面检测电路和控制单元2、吸液探针运动机构，吸液探针运动控制机构又包括针臂3，步进电机4等，其中针臂用来固定吸液探针，控制单元控制步进电机使得吸液探针完成垂直向上，垂直向下和停止等动作，当吸液探针的针尖触及试剂瓶内液面时，吸液探针电容值将突然增大，检测电路将电容信号转换为电平信号并发送到控制单元，控制单元立即停止吸液探针的运动，然后开始其他动作。
    液面检测电路如图2所示包括吸液探针1、转换模块（电容检测芯片）5、信息处理模块（CPU）6和控制单元7。转换模块5用于检测吸液探针输出的电容值，并输出与电容值相对应的数字信号，并由信息处理模块6进行软件判断，输出液面指示信号到控制单元7，控制单元7输出停止信号到步进电机4，吸样探针1停止运动，进行下一动作。
    在原有检测性能的基础上，为了提高检测灵敏度和工作可靠性，本发明将电容信号转换成数字信号，进行数字信号抗干扰处理。数字信号处理包括基值电压信号处理和液面探测信号处理。
    基值电压信号处理流程如图4所示，包括以下步骤：
   在步骤S11,判断当前的取样信号的电压值是否大于基值电压值，如果是则执行步骤S12,如果否则执行步骤S16；
    在步骤S12，将第三标志计数器Flag_base_down清零（第三标志计数器Flag_base_down的值在每次开机开始测试时或基值电压值减1后将被清零），然后执行步骤S13；
    在步骤S13，将第二标志计数器Flag_base_up加1（第二标志计数器Flag_base_up的值在每次开机开始测试时或基值电压值加1后将被清零），然后执行步骤S14；
    在步骤 S14, 判断第二标志计数器 Flag_base_up 的值是否大于或等于第二设定值b，第二设定值b根据经验设定，b如果太小，基值电压的抗干扰能力将减弱（例如b<4）,b如果太大基值信号将会反应变慢，不能及时的跟随当前电压信号（例如b>10）,所以第二设定值一般取6。如果第二标准计数器Flag_base_up的值大于或等于第二设定值b，则执行步骤S15，如果第二标准计数器Flag_base_up的值小于第二设定值b，则结束该次计算，等待下一次采样；
在步骤 S15，基值电压值加1，第二标志计数器Flag_base_up清零，然后结束该次计算，等待下一次采样；
   在步骤S16，将第二标志计数器Flag_base_up清零，然后执行步骤S17；
    在步骤 S17，将第三标志计数器 Flag_base_down加1，然后执行步骤S18；
    在步骤 S18，判断第三标志计数器Flag_base_down的值是否大于或等于设定值b，如果第三标志计数器Flag_base_down的值大于或等于第二设定值b，则执行S19，如果第三标志计数器Flag_base_down的值小于第二设定值b，则结束该次计算，等待下一次采样；
    在步骤 S19，基值电压值减1，第三标志计数器 Flag_base_down清零，然后结束该次计算，等待下一次采样；
    液面检测信号处理流程如图5所示，包括以下步骤：
    在步骤S1，用于判断当前电压信号值较基值电压值的向下跳动量是否大于液面阈值，如果是则执行步骤S2，如果否则执行S3；
    在步骤S2，将第一标志计数器Flag_liquid加1（第一标志计数器 Flag_liquid的值在每次开机开始测试时或输出液面接触信号后将被清零），然后执行步骤S4；
    在步骤S4，判断第一标志计数器 Flag_liquid 的值是否大于或等于第一设定值a，第一设定值a根据经验设定，a如果太小，抗干扰能力将减弱，会产出误判情况（例如a<4）,a如果太大吸液探针会插入液面过深，造成交叉污染，严重的会探测不到液面（例如b>10）,所以第一设定值一般取6。如果第一标志计数器Flag_liquid的值大于或等于第一设定值a，则执行步骤S5，如果第一标志计数器Flag_liquid的值小于第一设定值a，则结束该次计算，等待下一次采样；
    在步骤S5，输出接触液面指示信号，第一标志计数器 Flag_liquid的值清零，结束该次计算，等待下一次采样；
    在步骤S3，第一标志计数器 Flag_liquid的值清零，结束该次计算，等待下一次采样；
    试剂瓶零点检测方式如图3所示，将装有5ml试剂瓶放入待测位置，发送命令试剂针启动，转到试剂瓶口处停止然后垂直下降，在针尖触及液面时停止，将此时步进电机运动步数S1上传给上位机；然后将50ml试剂瓶放入待测位置，发送命令试剂针启动，转到试剂瓶口处停止然后垂直下降，在针尖触及液面时停止，将此时步进电机运动步数S2上传给上位机,可计算出零点数对应的电机运动步数                                                
Figure 2011101877498100002DEST_PATH_IMAGE002
 ，以及试剂体积和电机运动步数的斜率 K=
Figure 2011101877498100002DEST_PATH_IMAGE004
 。 
  在进行试剂剩余量扫描时，针尖触及液面时电机下降步数为S, 可计算出试剂量
Figure 2011101877498100002DEST_PATH_IMAGE006
。

Claims (2)

1.一种试剂剩余量检测装置，包括：
     吸液探针(1)，用于吸取被测液体并向转换模块输出其电容；
     转换模块(5)，用于检测吸液探针输出的电容，并输出与电容值相对应的数字信号；
     信号处理模块(6)，对数字信号进行处理，输出接触液面信号，所述信号处理模块包括：
     第一判断单元，当前电压信号值较基值电压值的向下跳动量是否大于液面阈值，如果是则输出第一标志置位信号，如果否则输出第一标志清零信号；
     第一标志计数器，用于响应第一判断单元的输出，在接收到第一标志置位信号时加1，在接收到第一标志清零信号后置零；
     第二判断单元，用于判断第一标志计数器是否大于或等于第一设定值，如果是则输出液面接触信号；
     第三判断单元，当前电压信号值是否大于基值电压值，如果是输出第二标志置位信号和第三标志清零信号；如果否则输出第二标志清零信号和第三置位信号；
     第二标志计数器，用于响应第三判断单元的输出，在接收到第二标志置位信号后加1，在接收到第二标志清零信号后置零；
     第三标志计数器，用于响应第三判断单元的输出，在接收到第三标志置位信号后加1，在接收到第三标志清零信号后置零；
     第四判断单元，用于判断第二标志计数器是否大于或等于第二设定值，如果是则基值电压值加1；同时判断第三标志计数器是否大于或等于第二设定值，如果是则基值电压值减1。
2.一种试剂剩余量检测方法，其特征在于包括：
    检测，用于检测液面，在检测到液面时输出液面接触信号；
    电机步数计数，收到液面接触信号时，记录当前电机运行步数；
    零点计算，包括以下步骤：
A、 吸液探针测量内装5ml生理盐水的试剂瓶得到驱动吸液探针的步进电机下行步数；
B、 吸液探针测量内装50ml生理盐水的试剂瓶得到驱动吸液探针的步进电机下行步数；
C、 根据A1,B1的测量数据可以得出液体体积与电机运动步数之间的斜率，根据斜率可计算出0ml时所对应的步进电机步数，即零点位置；
剩余量计算：吸液探针测量待测试剂瓶得到驱动吸液探针的步进电机下行步数，根据斜率，零点位置以及电机运动步数可计算出待测试剂瓶内的试剂量。
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