CN103115883B - 微型生化检测仪样品检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型生化检测仪型样品检测系统，该检测系统包括光学系统，光谱扫描系统，温度控制系统。该检测系统由嵌入式ARM9？S3C2410适时控制，使光学系统、光谱扫描系统、温度控制系统协调配合快速适时检测生化指标。本发明可实现脉冲定位及各个样品室精确任意走位，具有结构简单，体积小，便携，低功耗等特点。广泛用于国防、灾后急救、生物化学、临床医学、环境科学等。

Description

微型生化检测仪样品检测系统

技术领域

本发明属于分析仪器技术领域，特别是涉及一种微型生化检测仪样品检测系统。

背景技术

生化分析仪是临床检验的一种必备的重要检测仪器，它是通过对人体血液或体液的测定以确定人体各项生化指标如K⁺、Na⁺、Cl^-、Hb、TCO₂、CRE、Glu等。由于传统生化分析仪多采用滤光片或光栅式单色器进行分光，无法实现连续波长检测，且其检测系统体积、功耗大，结构复杂不便于维护等多方面的局限性无法满足灾后现场急救及战场抢救伤员的需求背景。基于微型光谱仪的微型生化检测仪检测系统将嵌入式技术与生化分析技术相结合实现了小型化、低功耗、智能化，且可适时准确检测生化指标，为基于微型光谱仪的微型生化检测仪用于战场、灾后急救及社区医院提供了有力的保障。

发明内容

本发明的目的是针对现有生化分析仪器的不足，提供一种可由脉冲定位，任意走位、适时快速检测、低功耗的微型生化检测仪样品检测系统。

本发明通过以下技术方案加以实现：

一种微型生化检测仪样品检测系统，包括光学系统、光谱扫描系统和温度控制系统。

所述光谱扫描系统包括样品池、样品池槽架、直线导轨、直线步进电机、滑块、光电限位开关。

所述光谱扫描系统包括样品池、样品池槽架、直线导轨、滑块、光电限位开关和直线步进电机；所述样品池有多个，它们呈直线排列固定在样品池槽架上；所述光电限位开关安装于直线导轨起始位置；所述滑块安装于直线导轨上，直线导轨与滑块采用单导轨双滑块配合使用，样品槽架通过一连接支撑结构与滑块和步进电机的驱动螺母连接，驱动螺母贯的步进电机螺杆配合；所述步进电机有步进电机驱动器，步进电机驱动器由ARM9S3C2410的TOUT3端口提供的PWM脉冲控制步进电机驱动器的脉冲端口（PUL），并由ARM9S3C2410的通用I/O口（分别为GPE15、GPE13）控制步进电机驱动器的方向端口（DIR）和使能端口（ENA），当步进电机驱动器在脉冲信号、方向信号、使能信号作用下，驱动步进电机，从而带动样品槽架沿直线导轨直线移动；

所述光学系统包括光源、准直透镜、聚焦透镜、多模石英光纤和微型光谱仪。光源和多模石英光纤安装于光学座两端，样品池通过光学座中间部位，光学座固定于仪器底板。所述准直透镜和聚焦透镜相对安装在每个样品池的两侧壁上；所述光源中心位置与安装多模石英光纤的位置在同一高度并与最末位置的样品池中心在同一直线上，光源发出的光，经透镜准直进入样品池，然后耦合经多模石英光纤进入微型光谱仪。

所述温度控制系统包括多个半导体加热制冷器、热敏电阻、散热片及以ADN8830为核心的温度控制电路，所述半导体加热制冷器串联均匀排布在样品槽架底部，热敏电阻安装于样品槽架底部中央位置，并在热敏电阻及半导体加热制冷器下侧固定散热片。热敏电阻适时感测检测系统温度，通过ADN8830为核心的温度控制电路控制半导体加热制冷器加热或制冷，保证样品检测系统温度恒定。

使用方式：仪器开机，经温度控制系统调节半导体加热制冷器（TEC）使样品检测系统温度达到设定温度（如37°C）,步进电机由步进电机驱动器驱动配合软件控制回到直线导轨起始位置触碰光电限位开关，ARM9S3C2410接收到光电限位开关电平变化信号，通过TOUT3端口提供给步进电机驱动器提供PWM脉冲信号、方向信号和使能信号，通过脉冲个数定位可实现步进电机精确走位及检测系统精确快速检测。

本发明具有以下特点：

本发明提出的检测系统采用直线型光谱扫描结构结合固定多模石英光纤及光源的方法，由步进电机带动样品槽架实现样品池的光谱扫描与检测，提高了光纤、光源与各个样品池的对准精度。

本发明采用的步进电机负载属轻载状态，通过调整步进电机驱动器设置，可以使功耗大大降低至4.8W并提高检测速度。

本发明通过ARM9S3C2410提供PWM脉冲，该脉冲具有上升下降时间延迟短，与软件延时产生脉冲相比，具有精度高，产生速度快，从而实现样品池任意走位及精确对准，大大缩短检测时间，提高速率法测试的准确度。

本发明可实现脉冲定位及各个样品室精确任意走位，具有结构简单，体积小，便携，低功耗（电池供电可工作20小时以上）等特点。可以广泛用于国防、灾后急救、生物化学、临床医学、环境科学等领域。

附图说明

图1是样品池走位机构的结果示意图

图2是检测系统样品池的结构示意图

图3是单个样品池光谱检测的结构示意图

图中：1.光学座2、半导体加热制冷器3、聚焦透镜4、样品池槽架5、样品池6、比色杯7、准直透镜8、光源9、直线导轨10、步进电机11、多模石英光纤12、光电限位开关13、热敏电阻14、散热片15、步进电机螺杆16、滑块17、仪器底板

具体实施方式：

本微型生化检测仪样品检测系统包括光学系统、光谱扫描系统和温度控制系统，它们集成组装在一机箱内。

参见图1，光谱扫描系统包括样品池5、样品池槽架4、直线导轨9、直线步进电机10、滑块16、光电限位开关12。样品池5包含8个池，它们呈直线排列固定在样品池槽架4上，样品池槽架4在步进电机带动下可沿直线导轨9移动。直线导轨9上设置滑块16，滑块16与固定在样品池槽架上的连接支撑结构连接，连接支撑结构与直线步进电机螺杆15上的驱动螺母通过螺钉固定，从而带动样品池槽架沿直线导轨直线移动，光电限位开关12安装于直线导轨的初始位置。

当微型生化检测仪样品检测系统开机，温度达到设定温度（如37°C）,步进电机10接受ARM9S3C2410产生的PWM脉冲产生线位移通过步进电机螺杆15带动样品池槽架4沿直线导轨9产生线位移回到初始位置触碰光电限位开关12，ARM9S3C2410接收到光电限位开关电平变化信号，通过TOUT3端口提供给步进电机驱动器提供PWM脉冲信号、方向信号和使能信号，通过脉冲个数定位可实现步进电机精确走位及检测系统精确快速检测。由于在工作过程中步进电机属轻载状态，调整步进电机细分精度及动态电流，使微型生化检测仪样品检测系统具有低功耗的优势。

8个样品池呈直线排列固定在样品池槽架中，可同时进行8项生命指标检测，光电限位开关12安装于直线导轨的初始位置，也是样品池槽架的初始位置，光源和多模石英光纤安装于光学座1两端，样品池槽架通过U型光学座，准直透镜和聚焦透镜相对安装在每个样品池的两侧壁上。系统开机时，S3C2410通过软件控制步进电机复位至此位置。进行生化指标测试时，由脉冲个数控制各个样品池任意走位，实现各个样品池中的比色杯与光纤探头高精度对准。

参见图2，温度控制系统由半导体加热制冷器2、热敏电阻13和基于ADN8830的温控电路构成。半导体加热制冷器2串联均匀排布在样品槽架4底部，热敏电阻13安装于样品槽架底部中央位置，并在热敏电阻及半导体加热制冷器下侧固定散热片14；热敏电阻适时感测检测系统温度，通过温度控制电路控制半导体加热制冷器加热或制冷，保证样品检测系统温度恒定。ADN8830是一款高效率的半导体加热制冷控制器，外围电路设计简单，调节温度快，降低微型生化检测仪样品检测系统的功耗，调节温度达到设定温度如37°C，ARM9S3C2410将会检测到温度平衡信号，ARM9发出指令微型生化检测仪样品检测系统进入工作状态。

参见图3，微型生化检测仪样品检测系统的光学系统包括光学座1、光源8、聚焦透镜3、准直透镜7、多模石英光纤11等。所述准直透镜7和聚焦透镜3相对安装在每个样品池的两侧壁上，所述光源8和多模石英光纤11通过一固定的光学座1相对地安装于靠近样品池槽架两侧的位置，光学座1固定于仪器底板17上。所述光源8中心位置与安装多模石英光纤11的位置在同一高度并与最末位置的样品池中心在同一直线上，起始位置为光电限位开关的安装位置。微调光源8和多模石英光纤11在光学座1的安装位置，使光垂直透过安装于样品池侧壁中央的准直透镜，检测时，ARM9S3C2410控制光源8开启，光源发出的光经聚焦透镜3聚焦后进入被测样品，经过液体对光吸收后，出射光经准直透镜7准直经多模石英光纤11耦合进入微型光谱仪，光信号经微型光谱仪的CCD阵列和A/D转换器转换成数字信号，送入ARM9S3C2410处理器对测量数据进行处理、运算、分析、保存，打印机同时打印出相应的结果。

Claims (3)

1.一种微型生化检测仪样品检测系统，包括光学系统、光谱扫描系统、温度控制系统，其特征在于：

所述光谱扫描系统包括样品池、样品池槽架、直线导轨、滑块、光电限位开关、直线步进电机；所述样品池有多个，它们呈直线排列固定在样品池槽架上；所述光电限位开关安装于直线导轨起始位置；所述滑块安装于直线导轨上，样品池槽架通过一连接支撑结构与滑块和步进电机的驱动螺母连接，驱动螺母与步进电机的螺杆配合；所述步进电机有步进电机驱动器，步进电机驱动器由ARM9S3C2410提供的PWM脉冲控制步进电机驱动器的脉冲端口，并由ARM9S3C2410的通用I/O口控制步进电机驱动器的方向端口和使能端口，当步进电机驱动器在脉冲信号、方向信号、使能信号作用下，驱动步进电机，从而带动样品池槽架沿直线导轨直线移动；

所述光学系统包括光源、准直透镜、聚焦透镜、多模石英光纤探头和微型光谱仪，所述准直透镜和聚焦透镜相对安装在每个样品池的两侧壁上；所述光源和多模石英光纤通过一固定的光学座相对地安装于靠近样品池槽架两侧的位置；所述光源中心位置与安装多模石英光纤的位置在同一高度并与最末位置的样品池中心在同一直线上，起始位置为光电限位开关的安装位置，光源发出的光垂直进入聚焦透镜，通过聚焦透镜聚焦透过样品池经由样品池中比色杯待测样品吸收，出射光通过准直透镜耦合进入多模石英光纤，传输至微型光谱仪进行信号采集；

所述温度控制系统包括多个半导体加热制冷器、热敏电阻、散热片及温度控制电路，所述半导体加热制冷器串联均匀排布在样品池槽架底部，热敏电阻安装于样品池槽架底部中央位置，并在热敏电阻及半导体加热制冷器下侧固定散热片；热敏电阻适时感测检测系统温度，通过温度控制电路控制半导体加热制冷器加热或制冷，保证样品检测系统温度恒定；

所述光学系统、光谱扫描系统、温度控制系统集成组装在一机箱内；

所述光源为卤钨灯，可提供检测所需波长330nm-780nm。

2.根据权利要求1所述的微型生化检测仪样品检测系统，其特征在于，所述样品池设置有8个。

3.根据权利要求1或2所述的微型生化检测仪样品检测系统，其特征在于，所述温度控制电路是以ADN8830为核心的温度控制电路。