CN106226543B - 试管架位置感应装置和检验仪 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种试管架输送位置感应装置和检验仪，感应装置包括有支架、试管架和感应机构，感应机构包括可上下摆动的杠杆机构和光耦，杠杆机构包括有杠杆轴和杠杆支点，杠杆轴一端设置有定位结构，另一端接光耦，杠杆支点和光耦之间的杠杆轴上连接有为杠杆轴提供向上力的弹性件，试管架上设置有台阶式定位肋，定位肋上表面设置有凹槽，定位结构和凹槽相配合；一种检验仪包括有如上所述的试管架输送位置感应装置。本发明的有益效果是：通过杠杆原理将弹簧的拉伸力转化为压滚对试管架的直接下压力，压力可靠，定位准确；采用一体式结构，将压滚和光耦固定在支架，可靠性高，结构简单成本低；可避免取样失败、采样针扎偏和采样针损坏的风险。

Description

试管架位置感应装置和检验仪

技术领域

本发明涉及到医疗器械领域，特别是涉及到临床检验样本测试分析设备中试管架位置感应装置和检验仪。

背景技术

临床检验分析就是将临床检验样本从人体中取出后，配合相应的检验仪器和试剂进行检测分析，并根据结果进行体外诊断的技术。

临床检验分析仪器的自动化表现在两个方面，一方面是样本输送的自动化，另一方面是样本检测的自动化。其中样本输送的自动化在业内称为自动进样，是指将临床检验样本以自动化方式输送给仪器的过程，这一过程需要将盛有样本的试管批量装载在专用的试管架上，通过自动进样相关部件对试管架的装载、推动和卸载完成对样本的自动化输送过程，这类仪器运行速度快、样本检测效率高，是各医院普遍使用的临床检验自动化分析仪器。

以试管架为样本载体的带有自动进样功能的分析仪为满足样本自动化输送需求，通常在仪器上设置有进样仓、输送通道和卸载仓，试管内装入要检测的样本，以配套的试管架作为试管的载体。试管架由操作者放入进样仓，完成自动进样后再由操作者从卸载仓中取出。

现有技术对试管架的定位和监控，采用基本的实现方式，试管架驱动压滚作简单的弹压动作，驱动挡片触发光耦，利用光耦产生的信号进行计数。无法监控试管架微小的位移偏差、无法设定精确的位移精度参数、无法及时进行位置异常报警。现有技术主要是基于我国临床检验自动化分析仪发展初期而设计，仪器自身运行速度较低，仪器对自动进样运行精度和定位精度要求不高，也没有微小位移偏差报警的需求。

随着临床检验自动化分析仪速度的提高和产品的多样化，仪器运行速度已由初期的60样本/小时提高到120样本/小时，取样方式也由原来的单一机内取样增加了试管架穿刺取样的方式，这就需要精度更高、可靠性更好的试管架定位监控装置与分析仪配套，以实现分析仪高速度高精度的运行要求。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种结构简单，定位准确，可以及时进行位置异常报警的试管架输送位置感应装置及试管架输送位置计数方法。

本发明提出了一种试管架输送位置感应装置，包括有支架、试管架和感应机构，所述感应机构设置在所述支架上，所述感应机构包括可上下摆动的杠杆机构和光耦，所述杠杆机构包括有杠杆轴和杠杆支点，所述杠杆轴一端设置有定位结构，另一端接所述光耦，所述杠杆支点和所述光耦之间的杠杆轴上连接有为杠杆轴提供向上力的弹性件，所述试管架上设置有台阶式定位肋，所述定位肋上表面设置有凹槽，所述凹槽和所述试管架上的试管位相对应，所述定位结构和所述凹槽相配合。

进一步地，所述定位结构可转动设置在所述杠杆轴一端。

进一步地，所述定位结构为圆柱形压滚。

进一步地，所述光耦、杠杆轴的杠杆支点都一体固接设置于所述支架。

进一步地，所述光耦为槽型光耦，所述槽型光耦的挡片为所述杠杆轴。

进一步地，所述杠杆机构的杠杆支点为一横向转轴，所述转轴固接在所述杠杆轴上，所述转轴两端可转动设置于所述支架。

进一步地，所述感应机构至少为两个。

进一步地，所述感应机构同水平面设置在所述支架上。

一种检验仪，其特征在于，包括有如上所述的试管架输送位置感应装置。

本发明的有益效果是：

采用压滚摆动下压式定位试管架，以圆柱螺旋拉伸弹簧作为压滚的复位弹簧，通过杠杆原理将弹簧的拉伸力转化为压滚对试管架的直接下压力，压力可靠，定位准确；

采用一体式结构，将杠杆机构和光耦都集成在支架上，以上下摆动的压滚产生的摆杆摆动动作触发光耦产生信号，每产生一个信号，系统对试管架的一个对应试管位计数一次，实现试管架位置参数的记录和控制，采用上下摆动机构，结构简单，可靠性高，成本低；

以杠杆原理建立起试管架位移量与光耦被触发时机的对应关系，通过建立计算方法设置精度值来满足产品的报警需求，可避免取样失败、采样针扎偏和采样针损坏的风险。

附图说明

图1是本发明试管架位置感应装置一实施例的杠杆机构的结构示意图；

图2是本发明试管架位置感应装置的一实施例的杠杆机构中位置关系示意图；

图3是本发明试管架位置感应装置一实施例的试管架的结构示意图；

图4是本发明试管架位置感应装置一实施例的使用状态结构示意图；

图5是本发明试管架位置感应装置一实施例的结构简图；

图6是本发明试管架位置感应装置位于错误位置的状态示意图；

图7是本发明试管架位置感应装置位于不同位置的状态简图；

图8是本发明试管架位置感应装置一实施例的槽型光耦的结构图；

图9是本发明试管架位置感应装置一实施例的槽型光耦信号检测原理图；

图10是本发明试管架位置感应装置一实施例安装有两个感应机构的支架的结构视图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，提出本发明申请的一实施例，一种试管架输送位置感应装置，包括支架6、试管架7和与试管架配合的感应机构，感应机构包括上下摆动的杠杆机构和光耦，其中详细如下：

杠杆机构：由杠杆轴1、压滚2、杠杆支点和拉簧4组成，杠杆支点为固接于杠杆轴1下方的转轴3，该转轴3同时可转动设置于支架6上；

光耦：是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器如红外线发光二极管LED，与受光器如光敏半导体管封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电-光-电”转换，广泛应用在数字电路上，在这里用于计数；

支架6：支架6是机械支撑件，用于安装杠杆机构、光耦，并实现与主机的连接；

试管架7：试管的载体，用于样本在自动进样系统的输送。

杠杆轴1的A端设置有压滚2，B端连接光耦，杠杆轴1通过拉簧4设置在支架6上。

试管架输送位置感应装置和试管架7配合使用，试管架7上设置有台阶式定位肋，定位肋的上表面设置有凹槽701，定位肋上的凹槽701和试管架7上的试管位702相对应，定位肋的上表面平行于水平面，定位肋的表面曲线为与压滚2相配合的凸轮廓线。

如图1和2所示，转轴3穿过杠杆轴1固接在杠杆轴1上，转轴3将杠杆轴1分成A端和B端两部分，杠杆轴1的A端转动安装有压滚2，杠杆轴1的B端设置于槽型光耦8内，起槽型光耦8挡片的作用。拉簧4设置于杠杆轴1的B端，另一端固接于支架6上的固定轴5，固定轴5的高度高于杠杆轴1，拉簧4对杠杆轴1的B端产生向上的弹簧拉力，使得A端的压滚2对定位肋保持压力，保证装置定位准确。转轴3穿过杠杆轴1起到杠杆轴1支点的作用，转轴3固定在支架6上，杠杆轴1可以绕转轴3转动，可转动安装在A端的压滚2产生对杠杆轴1产生与拉簧4拉力相反的向下压力，这个压力就是本发明对试管架7进行定位的压紧力，压滚2即是对试管架7上试管位置进行检测的探头。

试管架输送位置感应装置的设计过程如下，如图2所示，以转轴3为杠杆轴1的杠杆支点，A端压滚2需要的压力为F1(F1可以根据实际情况确定)，距支点距离为L1；B端拉簧4的拉力为F2，拉簧4固定点距支点距离为L2。

近似认为拉簧4与杠杆轴1垂直，依据杠杆原理有F2＝L2/L1*F1,根据F2的值可以计算出弹簧的设计参数。

以转轴3为杠杆轴1支点，A端压滚2向下的位移为S1，距支点距离为L1；另一端遮挡光耦射线的B点向上的位移为S3，B点距支点距离为L3。

则有，L3＝S3/S1*L1，根据L3的值可以计算出光耦的位置参数，通过上述计算过程，可以确定本定位机构的设计参数。

试管架7是本机构的检测对象，本机构以压滚2作为试管架7位置状态的探头，压滚2与试管架7前端水平设置的定位肋上的凹槽701相配合，实现移动凸轮功能，试管架7由自动进样系统输送实现平移，带动压滚2按设计好的轨迹在定位肋上运行。

压滚2与试管架7凸轮廓线配合的运行原理如图所示，光耦射线被杠杆轴1的B端遮挡时为光耦遮挡状态，光耦射线未被遮挡时为光耦打开状态。使用时，试管架7前部上水平面将压滚2顶起，杠杆轴1沿支点摆动，B端向下移动，光耦被打开，当试管架7被输送到正确位置时，压滚2落入试管架7凸轮廓线的凹槽701内，杠杆轴1的B端向下运动遮挡光耦射线，光耦产生一个光电信号，系统计数一次。当试管架7被输送到正确位置时，即压滚2位于凹槽701内时，光耦射线处于被杠杆轴1遮挡状态。试管架7的位置参数记录在系统内，并判断试管架7位置处于正确的位置状态。

初始状态：是指在压滚2未进入试管架7时的状态，此时光耦射线被杠杆轴1的B端遮挡，处于光耦遮挡状态。

当试管架7在自动进样系统的控制下压滚2沿着方向输送时，压滚2开始与凸轮廓线接触。

输送位置正确状态：试管架7在输送过程中处于运动状态，光耦被打开，系统以此判断试管架7处于运动状态。

试管架7位置错误状态：当由于系统错误导致试管架7被输送到非正确位置时，并且输送位移偏差大于设定精度要求±Δ时，光耦按预期设计要求处于被打开的状态，此时光耦状态与初始状态不一致，系统以此判断光耦处于错误的位置状态并上报故障，系统通过故障处理可避免分析仪器后续动作失效。

输送位置正确状态：试管架7完成本位置试管的输送后，压滚2进入下一个试管位702的凹槽701内，完成本试管位702参数的检测。之后循环进入下一个试管位702的运行过程。

如图6所示，具体设置凹槽701时，设试管架7输送时的位置精度要求为±Δmm,即试管架7输送到理论位置的偏差超过Δmm时，系统即产生报警信号。通过设计试管架7上的凸轮廓线可以将此时的压滚2抬升高度设置为Ymm，依据杠杆原理，通过设计杠杆轴1的B端的长度和光耦位置，可以达到当压滚2抬升高度为Ymm时，杠杆轴1的B端对光耦射线的遮挡刚好达到被打开的状态。

由于光耦射线的遮挡和打开有一定的动程要求，当需要设定较高的位置精度参数时，通过杠杆原理，可以将微量位移Δmm数值通过杠杆轴1将其放大，转化为在杠杆轴1的B端的合适位移量S3.

参考图2计算公式为：L3＝S3/S1*L1，此时S1＝Ymm,则L3＝S3/Y*L1。

如图8所示，光耦是槽型光耦8图，槽型口左端封装有一个发光二极管(LED)，输入端通电后，发光二极管发出一定波长的光，通过一条很小的缝隙照射到槽型口右端的光探测器上。在没有物体遮挡光线时，光探测器会接收到该波长的光而产生光电流，再经过放大电路后输出高电平H或低电平L，单片机可检测记录下该状态。有物体遮挡光线时，光探测器接收不到光，输出低电平L或高电平H，用单片机记录下该状态。根据单片机检测到的高低电平变化来确定光耦的遮挡情况，从而记录试管架7位置。

如图9所示，是槽型光耦8信号检测原理图。其中T1为相邻两次检测时间间隔，T0为挡片在遮挡与未遮挡这两种状态间切换的瞬间，T2为稳定检测阶段。

挡片在遮挡与未遮挡这两种状态间切换的瞬间，输出电信号会存在抖动现象，即T0阶段，T0为不稳定期。单片机采集输出电压值进行模电-数电转换，以高电平的一半即图中M虚线代表的值，作为比较电压值M，高于该值的信号记为高电平H，低于该值的信号记为低电平L。

不稳定期持续时间T0极短(毫秒级别，通常<10ms)，而稳定期持续时间T2远大于相邻两次检测间隔时间T1＝30ms，每隔30ms检测一次光耦输出电平，连续检测三次，均为高电平则记为未被遮挡状态，均为低电平则记为被遮挡状态，其它情况则忽略不记。记录后再与上一次的记录状态作比较，根据是否被遮挡的状态变化来准确判断试管位置。

报警功能:自动进样系统推动试管架7前进一个试管位702，都会有一段停留时间，该时间内会检测光耦状态。如图7中的输送位置正确状态所示，压滚2会落入试管位702的凹槽701内，光耦处于遮挡状态；当输送位置不正确时，如推动试管架7不到位或者推动距离超过正常值，输送位移偏差会大于设定精度要求±Δ，光耦将处于未遮挡状态，系统检测到与预期状态不符，则会发出报警信息。

校正功能：每次检测到光耦由未遮挡状态变为遮挡状态，软件上都会计数加1，试管位702计数值用于记录是几号试管。压滚2在凸轮廓线上滚动时可能会由于机械抖动而偶然发生非正常的状态改变(一般使计数多加1)，两支试管架7衔接处的凹槽701也会使计数多加1，为了有效规避机械抖动和试管架7衔接风险，软件上设计了光耦信号自我校正的功能，即在每次移动一个试管位702后，都与前一个试管位702计数值进行比较，如果计数超过了1，则人为校正计数值，修改为只增加1。

试管架输送位置感应装置的定位和计数过程如下：

S1、输入光耦信号，输入压滚2在试管架7定位肋上正确输送位置时对应的光耦信号；

S2、设定单次移动间距，将试管架的定位肋上相邻的凹槽701之间的距离，设定为压滚2在定位肋上的单次相对移动距离；

S3、开始移动试管架7，使得压滚2相对于试管架7上的定位肋上表面移动，并检测压滚在每一个试管位702时的光耦信号；

S4、信号对比，将实时检测到的光耦信号和第一步输入的光耦信号进行对比，两个信号一致，则在计数值上加1，继续进行工作，两个信号不一致，则尝试对实测光耦信号进行自校正，自校正成功则继续工作，否则发出警报暂停工作。

实际应用案例：血液细胞分析仪自动进样系统采用穿刺针进行取样，以Φ12.6带帽试管为实例。要求穿刺针对试管中心的偏差≤3.0mm，即当试管架7输送位置在输送方向上距离理论正确位置偏差超出3.0mm时，采样针将扎偏导致取样失败。在实际应用时，试管架输送位置感应装置的各个结构的设计如下：

(1)试管架7凸轮廓线设计：

如图6所示，以A1点为原点建立平面坐标系，根据上述穿刺针对Φ12.6带帽试管的取样精度需求，Δ＝3.0mm；

根据试管架7尺寸规格，设计压滚2在偏移量Δ时的上升竖直高度Y1＝1.2mm；设计最大偏移距离X1＝4.1mm，设计压滚2最大上升竖直距离Y2＝1.7mm。

设试管位702间隔为20，则得凸轮廓线的三点坐标如下

A1(0.0，0.0)

A2(3.0，1.2)

A3(4.1，1.7)

A4(20.0，1.7)

根据上述4点坐标确定试管架7凸轮廓线曲线轨迹，基本曲线由AA2，AA3，A3-A4共三端曲线组成，通过对称和阵列设计可得试管架7凸轮廓线，如图8所示。

(2)杠杆机构设计：

根据机构空间结构设计杠杆轴1关键尺寸。

A端距转轴3距离，短臂L1＝8mm，

B端距转轴3距离，长臂L＝15mm，

由前面的数据，S1＝Y1＝1.2mm，

则根据相似三角形原理有，S3＝15/8*1.2＝2.25mm，

根据S3的数值设定光耦8的位置，要求初始状态时光耦8被杠杆轴1的B端遮挡，要求杠杆轴1的B端向下摆动竖直高度2.25mm时光耦8刚好处于打开状态。

(3)试管架7压紧力设计：

根据试管架7定位需求，试管架7需要向下的压紧力为1N，可知F1＝1N，L2＝8mm。

如图2所示可得，F2＝L1/L2*F1＝8/8*1＝1N，

由上可知S3＝2.25mm，L1＝8mm，

计算得S2＝L2/L*S3＝8/15*2.25＝1.2mm,

假设杠杆结构以支点转轴3为分界点的两端质量相同，轻质弹簧的质量忽略不计，初始状态杠杆轴1水平时弹簧恰好处于自由状态，则轻质弹簧的劲度系数k＝F2/S2＝1/1.2＝0.83N/mm。

(4)试管架7输送位置监控：

试管架7的输送位置偏差≤Δ＝3mm时，系统属正常运行，每运行一个试管位702，系统计数1次。

当试管架7输送位置偏差>Δ＝3时，系统计数异常并报警，避免采样针扎偏取样失败。

(5)计数自校正：

试管架7输送一个试管位702后，试管位702计数值加1，不作校正。

试管架7输送一个试管位702后，试管位702计数值加2，超过了1，进行自校正，修改为只加1。

本发明还保护一种检验仪，该检验仪包括有如上所说的试管架输送位置感应装置。

参考图10提出本发明另一实施例，一种试管架位置感应装置和检验仪，其中支架上同一水平线面设置有两个感应机构，两个感应机构之间的距离为相邻两试管位702之间的距离的N倍，N为正整数，N小于每个试管架7上总的试管位702的数量。

如图10所示的结构，两个感应机构上的压滚2同时和同一试管架7的定位肋上表面凸轮廓线相接触，正常情况下两个压滚2与定位肋表接触的表面类型相同，即如图7所示，都位于输送位置正确状态，或都位于输送位置错误状态，或都位于输送过程正确状态。

工作时，每次试管架7都会移动设定好的固定距离，理想情况下每移动一次，左侧的压滚2，或者右侧的压滚2，或者左右两个压滚2会触发一次开关信号，即检测出一次正确的光耦信号跳变。

但实际情况是，由于试管架7移动过程中不可避免的存在抖动，试管架7抖动会导致杠杆轴1的B端在槽型光耦8内摆动多次，导致槽型光耦8检测到多次开关信号，即多次光耦信号跳变，装置的计数值增加大于1，因此当左右两个感应机构实际检测到的光耦信号不相同时，比如左边的感应机构上的槽型光耦8只检测到一次光耦计数跳变，右边的感应机构的槽型光耦8检测到两次光耦计数跳变，左右两边的光耦计数跳变不相同，则根据试管架7只移动了一次，计数自校正为只跳变一次。

还有情况是，感应机构上的槽型光耦没产生计数跳变，这种情况下存在以下可能原因：(1)试管架7没有行进；(2)光耦信号不够灵敏，无法感应到光线；(3)感应机构上的杠杆机构被卡住无法转动。

在这种情况下，当只有一个光耦被正确触发，仪器即可检测到试管架7正常移动，可以排除试管架7没有行进的情况，使用正确的触发次数对没有被触发的那一侧光耦计数值进行自校正，设备可以继续正常工作，两个感应机构一起进行定位计数，可以保证检验仪的持续正常工作，不会像单个感应机构那样，当唯一的感应机构出现故障时，就无法进行工作，需要直接报警维护。

在这种情况下，当两侧光耦都没有被触发，即一次移动过程结束后两个槽型光耦8都没有检测到有效的开关信号，则认为存在故障，试管架7被卡滞，设备发出警报，特定人员进行维护。

在本发明的另一实施例中，弹性件是为杠杆轴提供向上拉力的弹簧，弹簧一端连接于所述杠杆轴下表面，另一端设置于支架，弹簧在支架上连接点位于杠杆轴下方。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种试管架输送位置感应装置，其特征在于，包括有支架、试管架和感应机构，所述感应机构设置在所述支架上，所述感应机构包括可上下摆动的杠杆机构和光耦，所述杠杆机构包括有杠杆轴和杠杆支点，所述杠杆轴一端设置有定位结构，另一端接所述光耦，所述杠杆支点和所述光耦之间的杠杆轴上连接有为杠杆轴提供向上力的弹性件，所述试管架上设置有台阶式定位肋，所述定位肋上表面设置有凹槽，所述凹槽和所述试管架上的试管位相对应，所述定位结构和所述凹槽相配合；

所述定位结构可转动设置在所述杠杆轴一端；

所述杠杆机构的杠杆支点为一横向转轴，所述转轴固接在所述杠杆轴上，所述转轴两端可转动设置于所述支架。

2.如权利要求1所述的试管架输送位置感应装置，其特征在于，所述定位结构为圆柱形压滚。

3.如权利要求1所述的试管架输送位置感应装置，其特征在于，所述光耦、杠杆轴的杠杆支点都一体固接设置于所述支架。

4.如权利要求3所述的试管架输送位置感应装置，其特征在于，所述光耦为槽型光耦，所述槽型光耦的挡片为所述杠杆轴。

5.如权利要求1所述的试管架输送位置感应装置，其特征在于，所述弹性件是为杠杆轴提供向上拉力的拉簧，所述拉簧一端连接于所述杠杆轴，另一端设置于所述支架，所述拉簧在支架上连接点高于所述杠杆轴。

6.如权利要求1所述的试管架输送位置感应装置，其特征在于，所述感应机构至少为两个。

7.如权利要求6所述的试管架输送位置感应装置，其特征在于，所述感应机构同水平面设置在所述支架上。

8.一种检验仪，其特征在于，包括有如权利要求1-7所述的试管架输送位置感应装置。