CN104764508A - 一种适用于体外诊断设备的液面探测电路 - Google Patents

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胥法伟
闫晓磊
崔静
郭金龙
吴冬
沙利烽
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一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：有源晶振U1输出时钟信号到分频器U2，经过分频后输入到锁相环芯片U4，在锁相环芯片U4内部经过放大整形后与吸样针通过同轴线缆输入锁相环芯片U4的比较信号进行相位比较，得到的相位差信号经滤波后输入放大器U5，放大器U5将放大后的信号输入到单片机U3，单片机U3通过检测信号变化进行液面探测；锁相环芯片U4通过振荡电阻与数字电位器U6连接。本发明的可调电阻采用可调数字式电位器，从而略去了反复调节的不便，增加便携性与灵敏度。

Description

一种适用于体外诊断设备的液面探测电路
技术领域
本设计涉及一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，属于医疗器械技术领域。
背景技术
目前体外诊断设备中要进行探测样本或探测试剂的步骤与实验，均需用到液面探测技术，它是加样量准确与实验可靠性的保障。目前市面上的液面探测技术分为两种：电容式和压力检测式，电容式因其实现简便广泛得到应用。但电容检测因其属于空域检测性质，固多存在不稳定性，需用可调电阻进行适配，以达到所需要的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本设计的目的是提供一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，通过锁相环技术检测吸样针与大地之间电容的变化，并将这种变化转化为电压的变化，通过单片机来检测电压的跃变，从而发现吸样针与液面接触。本发明的可调电阻采用可调数字式电位器，从而略去了反复调节的不便，增加便携性与灵敏度。
为实现上述目的，本设计是通过以下技术手段来实现的：
一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：有源晶振U1输出时钟信号到分频器U2，经过分频后输入到锁相环芯片U4，在锁相环芯片U4内部经过放大整形后与吸样针通过同轴线缆输入锁相环芯片U4的比较信号进行相位比较，得到的相位差信号经滤波后输入放大器U5，放大器U5将放大后的信号输入到单片机U3，单片机U3通过检测信号变化进行液面探测；锁相环芯片U4通过振荡电阻与数字电位器U6连接。
进一步地：
所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述有源晶振U1的频率为6M。
所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述分频器U2的型号为HEF4024。
所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述单片机U3为ATtiny84。
所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述锁相环芯片U4为HEF4046。
所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述放大器U5为AD8605。
所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述数字电位器U6为AD5272。
本发明的有益效果是：本发明的可调电阻采用可调数字式电位器，从而略去了反复调节的不便，增加便携性与灵敏度。
附图说明
图1为本发明电路组成示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对设计作进一步的说明。
一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：有源晶振U1的3脚通过电阻R1输出的时钟信号到分频器U2，经过分频后信号通过电阻R2输入到锁相环芯片U4的 14脚，而吸样针通过同轴线缆接到锁相环芯片U4的 6脚上，锁相环芯片U4的6脚与7脚接入电容C2，锁相环芯片U4的11脚外接振荡电阻R11，锁相环芯片U4的12脚外接振荡电阻R6和数字电位器U6的2脚，锁相环芯片U4的13脚通过电阻R7、电阻R10和电容C7组成的滤波电路把信号输入到锁相环芯片U4的9脚，锁相环芯片U4的9脚经过电容C3、电阻R12和电阻R5把信号输入到放大器U5的1脚上，最终放大器U5将放大后的信号输入到单片机U3。
进一步地：
所述有源晶振U1的频率为6M。
所述分频器U2的型号为HEF4024。HEF4024内具有7位二进制计数器。
所述单片机U3为ATtiny84。ATtiny84是具有8K Flash、512字节的SRAM、10位ADC、最高20MHz的8位单片机。
所述锁相环芯片U4为HEF4046。HEF4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（3V-18V），输入阻抗高（约100MΩ），动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW，属于微功耗器件。
所述放大器U5为AD8605。AD8605是单路轨对轨输入和输出、单电源放大器，具有极低失调电压、低输入电压和电流噪声以及宽信号带宽等特性。
所述数字电位器U6为AD5272。AD5272标称电阻为20kΩ，具有1024位分辨率，电阻容差误差为±1%，2.7-5.5V单电源供电，I2C兼容借口。
具体原理如图1所示，输入信号有源晶振U1从分频器U2的6脚输出经电阻R2输入到锁相环芯片U4的14脚，在锁相环芯片U4内部经过放大整形后加到锁相环芯片U4芯片内部相位比较器的输入端，相位比较器将锁相环芯片U4的3端输入的比较信号Uo（Uo是锁相环芯片U4内部压控振荡器VCO输出的电压信号，而该电压信号的相位受吸样针与大地之间电容影响）与有源晶振U1的输出的分频信号作相位比较，从相位比较器输出误差电压Uψ，Uψ则反映出两者的相位差。Uψ经电阻R7、R10及电容C7滤波后得到一控制电压Ud加到锁相环芯片U4的压控振荡器VCO的输入端9脚，调整压控振荡器VCO的振荡频率f2，使振荡频率f2迅速逼近信号频率f1。压控振荡器VCO的输出再进入相位比较器3脚，继续与有源晶振U1的输出的分频信号进行相位比较，最后使得f2=f1，两者相位差为一定值，实现了相位锁定。电容C1和电容Cs（Cs是吸样针与大地之间的电容值）为振荡电容，电阻R6、R11和电阻Raw为振荡电阻，电阻Raw为U6的2脚3脚之间的电阻值，可以调节，对应的振荡频率为f2，控制电压为Ud。当针与液面接触时，针与大地之间电容值会发生较大值变化，我们记为电容Cs+δCs。对应的振荡频率为f2 ’，控制电压为Ud ’。δUd=Ud ’-Ud（δ代表差值的前置附号），该电压变化值通过后面的放大电路进行放大，放大倍数为K=R16/R20。最终放大器U5输出引脚AD输出的电压值为KδUd，AD与单片机U3的13脚相连，该脚是单片机U3的13脚ADC输入引脚，单片机U3通过检测该引脚的电压变化从而进行液面探测的。
该电路集成度高，抗干扰性强，数字电位器的选用简化了电阻的调节，也为日后重新调校提供了方便。
通常情况下，不同环境振荡电阻值不一样，而且时间久了，振荡电阻值可能不适用当前环境，需要重新调节电阻值。如果采用多圈电位器，需要不定时的进行人工调节。但使用数字电位器，可以将调节的工作由程序来完成。U6是数字电位器AD5272，标称电阻为20kΩ，具有1024位分辨率，电阻容差误差为±1%，与单片机U3通过I2C进行通信。单片机U3根据采集的电压情况决定是否需要进行可调电阻的校准。当需要校准时，单片机U3会通过I2C发送数字信号，来改变振荡电阻值。
以上显示和描述了本设计的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本设计不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本设计的原理，在不脱离本设计精神和范围的前提下，本设计还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本设计范围内。本设计要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：有源晶振U1输出时钟信号到分频器U2，经过分频后输入到锁相环芯片U4，在锁相环芯片U4内部经过放大整形后与吸样针通过同轴线缆输入锁相环芯片U4的比较信号进行相位比较，得到的相位差信号经滤波后输入放大器U5，放大器U5将放大后的信号输入到单片机U3，单片机U3通过检测信号变化进行液面探测；锁相环芯片U4通过振荡电阻与数字电位器U6连接。
2.如权利要求1所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述有源晶振U1的频率为6M。
3.如权利要求1所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述分频器U2的型号为HEF4024。
4. 如权利要求1所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述单片机U3为ATtiny84。
5.如权利要求1所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述锁相环芯片U4为HEF4046。
6.如权利要求1所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述放大器U5为AD8605。
7.如权利要求1所述的一种适用于体外诊断设备的液面探测电路，其特征在于：所述数字电位器U6为AD5272。
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