CN108981849B - 一种用于医疗仪器的液面检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于医疗仪器的液面检测系统，用以解决现有技术样本针采样不精准，样本针过度抽取不必要检测的液体，从而导致交叉污染的问题。本系统包括：激励源，激励样本针产生感应电荷量；样本针，用于吸取被测液体并输出自身感应电荷量；采集电路，实时采集样本针输出的感应电荷量并转化为对应的感应电荷量模拟信号；AD采样电路，将感应电荷量模拟信号转换为感应电荷量数字信号；MPU电路，用于将感应电荷量数字信号和预设未接触数字信号进行对比，确认样本针是否接触到液面；数字输出电路，用于输出确认结果。本发明能够精确的确认样本针接触到液面，从而能控制样本针吸液行程，确保样本针吸取的液体为预设抽样液体。

Description

一种用于医疗仪器的液面检测系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械辅助器材领域，尤其涉及一种医疗仪器的液面检测系统及方法。

背景技术

医疗检验中的全自动生化分析仪、免疫分析仪等在分析体液时，需要先采样，采样过程中吸液样本针在电机的带动下在样本试管中下行，当接触到液面时，为防止样本针过深插入带来清洗难度增加的问题，如果清洗不干净会引起交叉污染，所以电机必须停止，样本针吸取体液后在电机的带动下，上行返回，所以在进行体液分析时，必须要先进行液面检测，即在样本针接触到液面时，需要输出接触液面信号给电机，控制电机停止运行。

现有技术中，常用的液面检测采用一种电容液面检测电路，如图1所示，该电路由振荡及分频电路、锁相环路、低通滤波、高通滤波、放大、AD转换、CPU处理等部分组成，图1所示的方式采用常规的探针电容检测的方法，由于工程上并不方便直接测量探针电容及其变化量，因此现有技术中电路通常是将电容量转换为电压量，再通过AD转换器，将电压量转换为数字量，最后进行算法处理，然而，上述电路设计成本高、调校繁琐，可靠性低，并且电路结构复杂，可扩展性较差，其锁相环路中压控振荡器采用的是RC型，其抗干扰能力较低，所以检测精度较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种测量更加精确的用于医疗器械的液面检测系统及方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于医疗仪器的液面检测系统，包括：

激励源，用于提供预设电压信号，激励样本针产生感应电荷量；

样本针，用于吸取被测液体并输出自身感应电荷量；

采集电路，和样本针连接，用于实时采集样本针输出的感应电荷量并转化为对应的感应电荷量模拟信号；

AD采样电路，用于将感应电荷量模拟信号通过AD转换器，转换为感应电荷量数字信号；

MPU电路，和AD采样电路连接，用于将感应电荷量数字信号和预设未接触数字信号进行对比，确认样本针是否接触到液面；

数字输出电路，用于输出MPU电路对样本针是否接触液面的确认结果。

进一步地，还包括：

放大电路，和采集电路连接，用于将采集电路采集的感应电荷量模拟信号进行放大；

滤波电路，和放大电路连接，用于对采集的感应电荷量模拟信号进行预设二阶模拟滤波，并将滤波后的感应电荷量模拟信号发送至AD采样电路。

进一步地，采集电路为二阶复合电荷积分电路，用于按照预设时间闭合开关后开启，实时对样本针进行感应电荷量的积分采集。

进一步地，二阶复合电荷积分电路包括：电阻R56、电阻R65、电阻R100、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电容C4、电容C50、电容C52、电容C55、电容C68、放大器U2A、放大器U2B、开关SW1A；

电容C68的一端接样本针，电容C68的另一端接电阻R65的一端以及电阻56的一端，电阻65的另一端接电容4的一端以及放大器U2A的2引脚，电容4的另一端接地，电阻56的另一端接电阻104的一端以及开关SW1A的一端，放大器U2A的1引脚接电阻100的一端以及接电容52的一端以及接电阻102的一端，电阻100的另一端接地，电阻102的另一端接电容50的一端以及电阻103的一端，电容50的另一端接电阻103的另一端以及接电容52的一端，放大器U2A的3引脚和电阻104的一端连接，电阻104的另一端接放大器U2B的8引脚以及电容55的一端，电容55的另一端接地，放大器U2B的7引脚接电容50的一端以及电阻103的一端，放大器U2B的6引脚接电容50的另一端以及电阻103的另一端，放大器U2A的4引脚接VDD，放大器U2A的5引脚接地，放大器U2B的4引脚接VDD，放大器U2B的5引脚接地，放大器U2B的6引脚接放大电路。

进一步地，MPU电路包括：

SPI接口，用于接收感应电荷量数字信号；

数字滤波模块，用于对感应电荷量数字信号进行预设三阶数字滤波；

判断模块，用于将滤波后的感应电荷量数字信号和预设未接触数字信号进行比较，并判断采集到的感应电荷量数字信号是否在预设未接触数字信号范围为，若在，则确认当前样本针未接触液面，若不在，则确认当前样本针接触液面。

一种用于医疗仪器的液面检测方法，包括步骤：

S1：通过采集电路采集样本针由于激励源提供的电压产生的感应电荷量模拟信号；

S2：将采集的感应电荷量模拟信号转换为感应电荷量数字信号；

S3：将感应电荷量数字信号和预设未接触数字信号进行比较，判断感应电荷量数字信号是否在预设未接触数字信号范围内，若在，则确认当前样本针未接触液面；若不在，则确认当前样本针接触液面；

S4：输出确认结果，并将确认结果显示在预设显示界面上。

进一步地，步骤S1包括：

S11：通过激励源获取预设电压信号，激励样本针产生感应电荷量；

S12：通过采集电路采集样本针产生的感应电荷量模拟信号；

S13：获取采集电路采集的感应电荷量模拟信号，进行放大过滤并转换为对应的感应电荷量数字信号。

进一步地，步骤S12包括步骤：

S121：将采集电路中的开关关闭预设时间后打开；

S122：实时采集样本针产生的感应电荷量模拟信号。

本发明的有益效果为：

(1)：通过激励源提供一电压刺激样本针产生感应电荷，然后通过采集样本针上在采样过程中的感应电荷量的变化来判断样本针是否接触液面，能够更加精准的判断样本针是否接触液面。

(2)：其采集电路采用的是二阶复合电荷积分电路，能够实现每次检测装置要进行液面检测时，首先将开关闭合一段时间，然后再打开，消除放大器本身的零点漂移，消除零点漂移后再对样本针的感应电荷量进行积分采集，有效减少了电路中的直流漂移，有效防止了积分漂移造成的截止或饱和现象，使得获取的接触液面判断结果更加精确。

(3)本用于医疗仪器的液面检测系统中对采集的感应电荷量进行多次滤波，使得获取的最终感应电荷量判断结果更加精确。

附图说明

图1为背景技术中的一种电容液面检测电路电路原理图；

图2为本用于医疗仪器的液面检测系统的系统框图；

图3为本用于医疗仪器的液面检测系统的采集电路的电路原理图；

图4为本用于医疗仪器的液面检测方法的流程图一；

图5为本用于医疗仪器的液面检测方法的流程图二。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

本实施例提供了一种用于医疗仪器的液面检测系统，用以解决现有技术中检测液面精度不够的问题，如图2所示，本系统包括：

激励源，用于提供预设电压信号，激励样本针产生感应电荷量；

样本针，用于吸取被测液体并输出自身感应电荷量；

采集电路，和样本针连接，用于实时采集样本针输出的感应电荷量并转化为对应的感应电荷量模拟信号；

AD采样电路，用于将感应电荷量模拟信号通过AD转换器，转换为感应电荷量数字信号；

MPU电路，和AD采样电路连接，用于将感应电荷量数字信号和预设未接触数字信号进行对比，确认样本针是否接触到液面；

数字输出电路，用于输出MPU电路对样本针是否接触液面的确认结果。

进一步地，还包括：

放大电路，和采集电路连接，用于将采集电路采集的感应电荷量模拟信号进行放大；

滤波电路，和放大电路连接，用于对采集的感应电荷量模拟信号进行预设二阶模拟滤波，并将滤波后的感应电荷量模拟信号发送至AD采样电路。

进一步地，MPU电路包括：

SPI接口，用于接收感应电荷量数字信号；

数字滤波模块，用于对感应电荷量数字信号进行预设三阶数字滤波；

判断模块，用于将滤波后的感应电荷量数字信号和预设未接触数字信号进行比较，并判断采集到的感应电荷量数字信号是否在预设未接触数字信号范围为，若在，则确认当前样本针未接触液面，若不在，则确认当前样本针接触液面。

其中，激励源持续发出一标准电压激励信号到参考板上，样本针(或试机针)在未接触液面或已经接触液面后，分别存在一个较为稳定的感应电荷量，一旦样本针(或试机针)与液面接触后感应面积变大，此时感应电荷总量会从未接触液面的感应电荷量变为接触液面后的感应电荷量，会发生较大的变化，此时感应电荷量通过二阶复合积分电路、放大电路、滤波电路、AD采样电路，以及通过SPI接口进入带有DSP核的MPU处理器，持续采集并通过软件做数字三阶滤波后，与预设未接触数字信号进行比较(处理过的前值)比较后，向外围总线接口发送实时信息并实时给出样本针是否接触或离开液面。

其中放大电路和滤波电路将对应感应电荷量的相应电压放大和二阶滤波；

AD采样电路，采用高精度AD转换器将感应电荷量模拟信号转为感应电荷量数字信号并通过SPI接口传输到MPU处理器中；

MPU电路为带DSP核的MPU，通过软件进行三阶数字滤波，之后与预设未接触数字信号进行比较并判断是否接触或离开液面，并通过总线输出。

本实施例提供的一种用于医疗仪器的液面检测系统，能够通过激励源提供一电压刺激样本针产生感应电荷，然后通过采集样本针上在采样过程中的感应电荷量的变化来判断样本针是否接触液面，能够更加精准的判断样本针是否接触液面；本用于医疗仪器的液面检测系统中对采集的感应电荷量进行多次滤波，使得获取的最终感应电荷量判断结果更加精确。

实施例二

本实施例中提供了一种用于医疗仪器的液面检测系统，用以解决液面检测电路中采集电路采集的感应电荷量不精准的问题，如图3所示，本系统相比实施例一：

进一步地，采集电路为二阶复合电荷积分电路，用于按照预设时间闭合开关后开启，实时对样本针进行感应电荷量的积分采集。

进一步地，二阶复合电荷积分电路包括：电阻R56、电阻R65、电阻R100、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电容C4、电容C50、电容C52、电容C55、电容C68、放大器U2A、放大器U2B、开关SW1A；

电容C68的一端接样本针，电容C68的另一端接电阻R65的一端以及电阻56的一端，电阻65的另一端接电容4的一端以及放大器U2A的2引脚，电容4的另一端接地，电阻56的另一端接电阻104的一端以及开关SW1A的一端，放大器U2A的1引脚接电阻100的一端以及接电容52的一端以及接电阻102的一端，电阻100的另一端接地，电阻102的另一端接电容50的一端以及电阻103的一端，电容50的另一端接电阻103的另一端以及接电容52的一端，放大器U2A的3引脚和电阻104的一端连接，电阻104的另一端接放大器U2B的8引脚以及电容55的一端，电容55的另一端接地，放大器U2B的7引脚接电容50的一端以及电阻103的一端，放大器U2B的6引脚接电容50的另一端以及电阻103的另一端，放大器U2A的4引脚接VDD，放大器U2A的5引脚接地，放大器U2B的4引脚接VDD，放大器U2B的5引脚接地，放大器U2B的6引脚接放大电路。

本实施例中提供的采集电路采用二阶复合电荷积分电路，实现了采集电路在每次将要测量时，首先将开关闭合一段时间，然后再打开，用于消除零点漂移，之后将实时对前端的电荷量进行积分采集(电路图如下)，本电路采用新设计的复合积分反馈电路，本电路有效减少了直流漂移，并且有效防止积分漂移造成的截止或者饱和现象，使获取的接触液面判断结果更加精确。

实施例三

本实施例中提供了一种用于医疗仪器的液面检测方法，如图4至图5所示，本方法包括：

S1：通过采集电路采集样本针由于激励源提供的电压产生的感应电荷量模拟信号；

S2：将采集的感应电荷量模拟信号转换为感应电荷量数字信号；

S3：将感应电荷量数字信号和预设未接触数字信号进行比较，判断感应电荷量数字信号是否在预设未接触数字信号范围内，若在，则确认当前样本针未接触液面；若不在，则确认当前样本针接触液面；

S4：输出确认结果，并将确认结果显示在预设显示界面上。

进一步地，步骤S1包括：

S11：通过激励源获取预设电压信号，激励样本针产生感应电荷量；

S12：通过采集电路采集样本针产生的感应电荷量模拟信号；

S13：获取采集电路采集的感应电荷量模拟信号，进行放大过滤并转换为对应的感应电荷量数字信号。

进一步地，步骤S12包括步骤：

S121：将采集电路中的开关关闭预设时间后打开；

S122：实时采集样本针产生的感应电荷量模拟信号。

采用本方法进行液面检测，通过激励源提供一电压刺激样本针产生感应电荷，然后通过采集样本针上在采样过程中的感应电荷量的变化来判断样本针是否接触液面，能够更加精准的判断样本针是否接触液面；

其采集电路采用的是二阶复合电荷积分电路，能够实现每次检测装置要进行液面检测时，首先将开关闭合一端时间，然后再打开，消除放大器本身的零点漂移，消除零点漂移后再对样本针的感应电荷量进行积分采集，有效减少了电路中的直流漂移，有效防止了积分漂移造成的截止或饱和现象，使得获取的接触液面判断结果更加精确。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充。

Claims (4)

1.一种用于医疗仪器的液面检测系统，其特征在于，包括：

激励源，用于提供预设电压信号，激励样本针产生感应电荷量；

样本针，用于吸取被测液体并输出自身感应电荷量；

采集电路，和样本针连接，用于实时采集样本针输出的感应电荷量并转化为对应的感应电荷量模拟信号；

AD采样电路，用于将感应电荷量模拟信号通过AD转换器，转换为感应电荷量数字信号；

MPU电路，和AD采样电路连接，用于将感应电荷量数字信号和预设未接触数字信号进行对比，确认样本针是否接触到液面；

数字输出电路，用于输出MPU电路对样本针是否接触液面的确认结果；

采集电路为二阶复合电荷积分电路，用于按照预设时间闭合开关后开启，实时对样本针进行感应电荷量的积分采集；

二阶复合电荷积分电路包括：电阻R56、电阻R65、电阻R100、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电容C4、电容C50、电容C52、电容C55、电容C68、放大器U2A、放大器U2B、开关SW1A；

电容C68的一端接样本针，电容C68的另一端接电阻R65的一端以及电阻56的一端，电阻65的另一端接电容4的一端以及放大器U2A的2引脚，电容4的另一端接地，电阻56的另一端接电阻104的一端以及开关SW1A的一端，放大器U2A的1引脚接电阻100的一端以及接电容52的一端以及接电阻102的一端，电阻100的另一端接地，电阻102的另一端接电容50的一端以及电阻103的一端，电容50的另一端接电阻103的另一端以及接电容52的一端，放大器U2A的3引脚和电阻104的一端连接，电阻104的另一端接放大器U2B的8引脚以及电容55的一端，电容55的另一端接地，放大器U2B的7引脚接电容50的一端以及电阻103的一端，放大器U2B的6引脚接电容50的另一端以及电阻103的另一端，放大器U2A的4引脚接VDD，放大器U2A的5引脚接地，放大器U2B的4引脚接VDD，放大器U2B的5引脚接地，放大器U2B的6引脚接放大电路。

2.根据权利要求1所述的一种用于医疗仪器的液面检测系统，其特征在于，还包括：

放大电路，和采集电路连接，用于将采集电路采集的感应电荷量模拟信号进行放大；

滤波电路，和放大电路连接，用于对采集的感应电荷量模拟信号进行预设二阶模拟滤波，并将滤波后的感应电荷量模拟信号发送至AD采样电路。

3.根据权利要求1所述的一种用于医疗仪器的液面检测系统，其特征在于，MPU电路包括：

SPI接口，用于接收感应电荷量数字信号；

数字滤波模块，用于对感应电荷量数字信号进行预设三阶数字滤波；判断模块，用于将滤波后的感应电荷量数字信号和预设未接触数字信号进行比较，并判断采集到的感应电荷量数字信号是否在预设未接触数字信号范围内，若在，则确认当前样本针未接触液面，若不在，则确认当前样本针接触液面。

4.一种采用权利要求1所述的用于医疗仪器的液面检测系统的液面检测方法，其特征在于，包括步骤：

S11：通过激励源获取预设电压信号，激励样本针产生感应电荷量；

S121：采集电路中的开关关闭预设时间后打开；

S122：实时采集样本针产生的感应电荷量模拟信号；

S13：获取采集电路采集的感应电荷量模拟信号，进行放大过滤并转换为对应的感应电荷量数字信号；

S3：将感应电荷量数字信号和预设未接触数字信号进行比较，判断感应电荷量数字信号是否在预设未接触数字信号范围内，若在，则确认当前样本针未接触液面；若不在，则确认当前样本针接触液面；

S4：输出确认结果，并将确认结果显示在预设显示界面上。