CN102944286A - 液位检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液位检测电路及检测方法，其中液位检测电路包括：位于加样针与机架地之间的等效电容；模拟信号处理模块，与所述等效电容相连接，用于将所述等效电容的电压信号处理成一个直流信号；所述数字信号处理，通过电阻与所述电容相连接，与所述模拟信号处理模块相连接，用于为所述等效电容提供充放电激励信号，并用于将来自所述模拟信号处理模块的所述直流信号进行模拟-数字信号转换，根据转换后的数字信号确定所述加样针是否接触到所述标本的液面。本发明实施例在实现液面检测自动化的基础上提高了液面检测的准确性。

Description

液位检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种液位检测电路及检测方法。

背景技术

酶联免疫吸附测定（简称“酶免”）是现代医学临床检验一项基本的检测技术，已经成为传染病血清学标志物（如肝炎、艾滋）、肿瘤标志物及内分泌等各种临床免疫指标检测的主导技术。一次酶联免疫吸附测定一般需要进行4～5次加样，当大批量检验时工作量极大，很有可能出现人工操作失误。为了提高检验效率与实验水平，需要将自动加样技术代替人工加样，然而在自动加样技术中，标本液面的准确检测是重要的基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液位检测电路及检测方法，在实现液面检测自动化的基础上提高液面检测的准确性。

本发明实施例提供一种液位检测电路，包括：

位于加样针与机架地之间的等效电容；

模拟信号处理模块，与所述电容相连接，用于将所述等效电容的电压信号处理成一个直流信号；

所述数字信号处理，通过电阻与所述电容相连接，与所述模拟信号处理模块相连接，用于为所述等效电容提供充放电激励信号，并用于将来自所述模拟信号处理模块的所述直流信号进行模拟-数字信号转换，根据转换后的数字信号确定所述加样针是否接触到所述标本的液面。

本发明实施例还提供一种液位检测方法，包括：

位于加样针与机架地之间的等效电容；

模拟信号处理模块，与所述电容相连接，用于将所述等效电容的电压信号处理成一个直流信号；

所述数字信号处理，通过电阻与所述电容相连接，与所述模拟信号处理模块相连接，用于为所述等效电容提供充放电激励信号，并用于将来自所述模拟信号处理模块的所述直流信号进行模拟-数字信号转换，根据转换后的数字信号确定所述加样针是否接触到所述标本的液面。

本发明提供的液位检测电路及检测方法，在不增加电路复杂度的前提下通过数字信号处理模块对直流信号进行直接采样，通过转换后的数字信号对加样针是否接触到样本的液面进行检测，在实现液面检测自动化的基础上提高了液面检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a～图1d为本发明实施例中的加样针吸液过程的示意图；

图2为本发明实施例中的平行电容板的示意图；

图3为本发明液位检测电路一个实施例的结构示意图；

图4为本发明液位检测电路又一个实施例的结构示意图；

图5为图4所示实施例中加样针未接触液面时各点的电压的波形示意图；

图6为图4所示实施例中加样针接触到液面时各点电压的波形示意图；

图7为本发明液位检测方法一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1a～图1d为本发明实施例中的加样针吸液过程的示意图；如图1a和图1b所示，加样针10下降，接触到试管11中标本的液面，这时加样针10并不吸液，而是继续下降一段距离，到达图1c中位置再开始吸液；然后一边吸液，一边继续下降保持与液面的距离不变，直到完成吸液，如图1d所示。而发明人发现，在加样针（本发明实施例采用探针式电容传感器）接触液面前后，加样针10对地（机架地）的电容值有明显变化。

图2为本发明实施例中的平行电容板的示意图，如图2所示，基于电容传感器的原理，平行板电容的计算公式为：

$C=\frac{\mathrm{\ϵS}}{d}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{r}S}{d}---\left(1\right)$

式（1）中，ε极板间介质的介电常数，ε=ε₀×ε_r，ε₀为真空介电常数，ε₀=8.85×10-12F/m；ε_r为极板间介质的相对介电常数；S为两平行板所覆盖的面积（m²）；d为两平行板之间的距离（m）。

本发明实施例以标本具体为蒸馏水和聚苯乙烯为例进行示例性说明；由于本发明实施例中的加样针与机架地之间的等效电容极不规则，当加样针接近液面时，则根据平行板电容的计算公式（1）可以得到此电容为：

$C=\frac{S}{\frac{d_1}{{\mathrm{\ϵ}}_1}+\frac{d_2}{{\mathrm{\ϵ}}_2}}---\left(2\right)$

式（2）中，S为加样针尖部的面积（m²）；ε₁为蒸馏水的介电常数，d₁为蒸馏水的高度（m）；ε₂为聚苯乙烯的介电常数，d₂为聚苯乙烯的厚度（m）。将各自对应的常数代入公式（2）可得：

$C=\frac{\mathrm{\π}\×{(1\×{10}^{-3})}^2}{\frac{3\×{10}^{-2}}{81\×8.85\×{10}^{-12}}+\frac{1\×{10}^{-3}}{8.85\×{10}^{-12}}}=0.02\mathrm{pF}---\left(3\right)$

当加样针接触到液面后，由于蒸馏水也为导体，则蒸馏水底部与机架地之间形成电容，极板间介质为聚苯乙烯。此电容可根据公式（1）计算，式中，ε为聚苯乙烯的介电常数；S为液体的底面积（m²）；d为聚苯乙烯的厚度（m）。将数据代入可得：

$C=\frac{2.3\×8.85\×{10}^{-12}\×\mathrm{\π}\×{(0.5\×{10}^{-2})}^2}{{10}^{-3}}=1.6\mathrm{pF}---\left(4\right)$

由此可见，在加样针接触液面之后，其对机架地的电容值有一个明显的瞬间变化脱离液体时离开液面的距离，该距离表征了浸润现象对测量精度的影响程度。

图3为本发明液位检测电路一个实施例的结构示意图；如图3所示，本发明实施例具体包括：等效电容31、电阻32、模拟信号处理模块33、数字信号处理模块34；其中，等效电容31位于加样针与机架地之间，模拟信号处理模块33与等效电容31相连接，数字信号处理模块34通过电阻32与等效电容31相连接，并且与模拟信号处理模块33相连接。

模拟信号处理模块33将等效电容31的电压信号处理成一个直流信号；数字信号处理模块34为等效电容31提供充放电激励信号，并用于将来自模拟信号处理模块33的直流信号进行模拟-数字信号转换，根据转换后的数字信号确定加样针是否接触到标本的液面。

本发明实施例提供的液位检测电路，在不增加电路复杂度的前提下通过数字信号处理模块34对直流信号进行直接采样，通过转换后的数字信号对加样针是否接触到样本的液面进行检测，在实现液面检测的自动化基础上提高了液面检测的准确性。

图4为本发明液位检测电路又一个实施例的结构示意图；如图4所示，本发明实施例包括：等效电容41、电阻42、模拟信号处理模块43、数字信号处理模块44、模拟开关45；其中，等效电容41位于加样针与机架地之间，模拟信号处理模块43与等效电容41相连接，数字信号处理模块44通过电阻42与等效电容41相连接，并且与模拟信号处理模块43相连接，模拟开关45连接在等效电阻41和数字信号处理模块44之间。

模拟信号处理模块43将等效电容41的电压信号处理成一个直流信号；数字信号处理模块44为等效电容41提供充放电激励信号，并用于将来自模拟信号处理模块43的直流信号进行模拟-数字信号转换，根据转换后的数字信号确定加样针是否接触到标本的液面；在数字信号处理模块44根据试管中标本的种类控制下，模拟开关45产生频率可调的充放电激励信号。

进一步地，模拟信号处理模块43还可以包括：整流单元431和信号调理单元432，整流单元431与等效电容41相连接，信号调理单元432连接在等效电容41和整流单元432之间；其中，整流单元431对等效电容41的电压信号进行全波整流；信号调理单元432对全波整流后的电压信号进行滤波、放大，从而使直流信号位于数字信号处理模块44的采样范围之内。

进一步地，数字信号处理模块44包括：调整单元441和判断单元442；其中，调整单元441根据数字信号处理模块44的模拟信号输入范围调整信号调理单元432的增益，使直流信号的高电平基本上等于模拟信号输入范围的高电平；判断单元442根据数字信号的逻辑值判断加样针是否接触液面，若逻辑值为逻辑高电平，则加样针接触到标本的液面，若逻辑值为逻辑低电平，则加样针未接触到标本的液面。

本发明实施例提供的液位检测电路，在不增加电路复杂度的前提下通过数字信号处理模块44对直流信号进行直接采样，通过转换后的数字信号对加样针是否接触到样本的液面进行检测，在实现液面检测的自动化基础上提高了液面检测的准确性。

为了更清楚地理解本发明实施例所述的技术方案，下面通过图5和图6对图4所示实施例进行详细描述。

图5为图4所示实施例中加样针未接触液面时各点的电压的波形示意图，图6为图4所示实施例中加样针接触到液面时各点（1、2、3、4）电压（v₁、v₂、v₃、v₄）的波形示意图，下面将结合图4进行描述；如图5所示，数字信号处理模块44通过模拟开关45产生双极性方波信号（v₁），等效电容41在双极性方波信号的作用下进行充放电，由此使得等效电容41产生周期性的激励信号（v₂），整流单元431对激励信号（v₂）进行全波整流；信号调理单元432对全波整流后的电压信号（v₃）进行滤波、放大，从而使直流信号（v₄）位于数字信号处理模块44的采样范围之内。由于等效电容41的电容值较小，数字信号处理模块44的数字信号（v₄）的幅值较高；如图6所示，当加样针接触液面时，等效电容41的电容值突然变大，数字信号处理模块44的数字信号的幅值出现由高到低的跳变，因此即可判断出加样针到达液面位置。

综上，本发明实施例通过对加样针电容进行模型估算，通过液面检测电路可灵活控制等效电容41的充放电激励信号的频率和信号调理单元432的增益，以对不同的标本进行液面检测。在不增加电路复杂度的前提下通过数字信号处理模块44对直流信号进行直接采样，通过转换后的数字信号对加样针是否接触到样本的液面进行检测，为进一步研究加样全程监控提供了条件。

进一步地，对本发明实施例的技术方案进行了实验，数字信号处理模块44的模拟信号输入范围为0.0V-3.0V，因此调整单元441调整信号调理单元432的增益使输出信号的高电平大体上接近3.0V，从而尽量减小数字信号处理模块44在模拟-数字转换时的量化误差；若数字信号处理模块44为等效电容41提供充放电激励信号为双极性方波信号，该双极性方波信号的频率在100kHz时，取得结果如表1所示，其中，“接触”表示加样针未接触液面采样值（单位：伏特），“未接触”表示加样针接触液面采样值（单位：伏特）。

表1实验数据

检测次数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											未接触	0.21	0.22	0.21	0.23	0.20	0.21	0.21	0.22	0.21	0.20
接触	2.83	2.85	2.86	2.84	2.85	2.86	2.87	2.84	2.85	2.85

从上述表1的实验数据可以看出，在加样针未接触液面时，数字信号处理模块44采样得到的电压数据的均值为0.21V（逻辑低电平）；当加样针接触液面时，数字信号处理模块44采样得到的电压数据的均值为2.85V（逻辑高电平）。因此判断单元442根据数字信号的逻辑值即可判断出加样针是否接触液面，如上所述，若逻辑值为0.21V，则未加样针接触到标本的液面，若逻辑值为2.85V，则加样针接触到标本的液面。

图7为本发明液位检测方法一个实施例的流程示意图，本发明实施例可以由图3和图4所示实施例执行；如图7所示，本发明实施例包括如下步骤：

步骤701、通过数字信号处理模块为位于加样针与机架地之间的等效电容提供充放电激励信号，使得等效电容在所述充放电激励信号的作用下产生电压信号；

步骤702、通过模拟信号处理模块将电压信号处理成一个直流信号；

步骤703、通过数字信号处理将来自模拟信号处理模块的直流信号进行模拟-数字信号转换，根据转换后的数字信号确定加样针是否接触到标本的液面。

本发明实施例提供的液位检测方法，在不增加电路复杂度的前提下通过数字信号处理模块对直流信号进行直接采样，通过转换后的数字信号对加样针是否接触到样本的液面进行检测，在实现液面检测的自动化基础上提高了液面检测的准确性。

进一步地，在上述图7所示实施例的基础上，所述方法还可以包括：

在所述数字信号处理模块根据所述试管中标本的种类控制连接在所述等效电阻和所述数字信号处理模块之间的模拟开关产生频率可调的充放电激励信号。

进一步地，在上述图7所示实施例的基础上，步骤702还可以包括：

通过整流单元对所述等效电容的电压信号进行全波整流；

通过信号调理单元对所述全波整流后的所述电压信号进行滤波、放大，从而使所述直流信号位于所述数字信号处理模块的采样范围之内。

进一步地，在上述图7所示实施例的基础上，所述方法还包括：

根据所述数字信号处理模块的模拟信号输入范围，通过调整单元调整所述信号调理单元的增益，使所述直流信号的高电平基本上等于所述模拟信号输入范围的高电平。

进一步地，在上述图7所示实施例的基础上，所述方法还包括：

根据所述数字信号的逻辑值，通过判断单元判断加样针是否接触液面，若所述逻辑值为逻辑高电平，则所述加样针接触到所述标本的液面，若所述逻辑值为逻辑低电平，则所述加样针未接触到所述标本的液面。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种液位检测电路，其特征在于，所述液位检测电路包括：

位于加样针与机架地之间的等效电容；

模拟信号处理模块，与所述等效电容相连接，用于将所述等效电容的电压信号处理成一个直流信号；

所述数字信号处理模块，通过电阻与所述电容相连接，与所述模拟信号处理模块相连接，用于为所述等效电容提供充放电激励信号，并用于将来自所述模拟信号处理模块的所述直流信号进行模拟-数字信号转换，根据转换后的数字信号确定所述加样针是否接触到所述标本的液面。

2.根据权利要求1所述的液位检测电路，其特征在于，所述液位检测电路还包括：

模拟开关，连接在所述等效电阻和所述数字信号处理模块之间，在所述数字信号处理模块根据所述试管中标本的种类控制下，所述模拟开关产生频率可调的充放电激励信号。

3.根据权利要求1或2所述的液位检测电路，其特征在于，所述模拟信号处理模块包括：

整流单元，与所述等效电容相连接，用于对所述等效电容的电压信号进行全波整流；

信号调理单元，连接在所述等效电容和所述整流单元之间，用于对所述全波整流后的所述电压信号进行滤波、放大，从而使所述直流信号位于所述数字信号处理模块的采样范围之内。

4.根据权利要求3所述的液位检测电路，其特征在于，所述数字信号处理模块包括：

调整单元，用于根据所述数字信号处理模块的模拟信号输入范围调整所述信号调理单元的增益，使所述直流信号的高电平基本上等于所述模拟信号输入范围的高电平。

5.根据权利要求4所述的液位检测电路，其特征在于，所述数字信号处理模块还包括：

判断单元，用于根据所述数字信号的逻辑值判断加样针是否接触液面，若所述逻辑值为逻辑高电平，则所述加样针接触到所述标本的液面，若所述逻辑值为逻辑低电平，则所述加样针未接触到所述标本的液面。

6.一种液位检测方法，其特征在于，所述液位检测方法包括：

通过数字信号处理模块为位于加样针与机架地之间的等效电容提供充放电激励信号，使得所述等效电容在所述充放电激励信号的作用下产生电压信号；

通过模拟信号处理模块将所述电压信号处理成一个直流信号；

通过所述数字信号处理将来自所述模拟信号处理模块的所述直流信号进行模拟-数字信号转换，根据转换后的数字信号确定所述加样针是否接触到所述标本的液面。

7.根据权利要求6所述的液位检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述数字信号处理模块根据所述试管中标本的种类控制连接在所述等效电阻和所述数字信号处理模块之间的模拟开关产生频率可调的充放电激励信号。

8.根据权利要求6或7所述的液位检测方法，其特征在于，所述通过模拟信号处理模块将所述电压信号处理成一个直流信号的步骤包括：

通过整流单元对所述等效电容的电压信号进行全波整流；

通过信号调理单元对所述全波整流后的所述电压信号进行滤波、放大，从而使所述直流信号位于所述数字信号处理模块的采样范围之内。

9.根据权利要求8所述的液位检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述数字信号处理模块的模拟信号输入范围，通过调整单元调整所述信号调理单元的增益，使所述直流信号的高电平基本上等于所述模拟信号输入范围的高电平。

10.根据权利要求9所述的液位检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述数字信号的逻辑值，通过判断单元判断加样针是否接触液面，若所述逻辑值为逻辑高电平，则所述加样针接触到所述标本的液面，若所述逻辑值为逻辑低电平，则所述加样针未接触到所述标本的液面。

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