CN109550533B - 移液装置及其移液针的状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移液装置及其移液针的状态检测方法，该移液装置包括：移液针组件、信号传输线、连动件、初始化触件、升降单元、第一触件及控制单元，所述控制单元用于在接收到所述第一信号时判定移液针运动至初始化位置，在只接收到所述液面信号时、根据所述液面信号判断移液针是否接触到液体。上述移液装置，将初始化触件直接电性连接到移液针上，因此可以只通过一根连接至移液针的信号传输线进行初始化和液面信号的传输，使得电路走线简单，结构简化，降低了成本。

Description

移液装置及其移液针的状态检测方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种移液装置及其移液针的状态检测方法。

背景技术

移液针进行移液的过程，即移液针进行吸样或吐样的过程，由于断电后，移液针沿Z轴方向所处在的状态(位置)是不确定的，所以在上电后需要在Z轴方向对移液针的位置进行初始化，并在移液针初始化完成后的移动过程中对移液针的状态(位置)进行检测与控制。

传统的移液针状态(位置)检测方法，对于初始化的位置一般通过初始化光电开关(或其他感应电子元器件)来进行检测。判断移液针是否接触到液面需要通过液面检测电路进行检测。若由于特殊情况，譬如承载样本的试管盖子没打开(或者试管倾斜、歪倒)，则移液针向下运动去吸样的时候可能发生垂直撞针，通常判断是否出现撞针通过撞针检测光电开关(或电机的编码器信号)进行检测。因此，参见图2，在传统的移液针状态检测方法中，上述三种信号单独传输，至少需要一个液面检测电路以及两个光电开关，并且至少需要使用三根信号线传输至MCU。

可见，传统的移液针检测方法需要的输出线较多，导致电路走线复杂，可靠性不高，并且成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对传统的移液针检测方法需要的输出线较多，导致电路走线复杂、可靠性不高、成本较高的问题，提供一种能够简化结构的移液装置及其移液针的状态检测方法。

一种移液装置，包括：

移液针组件，包括移液针和与移液针电性连接的针特性检测单元，所述针特性检测单元用于检测所述移液针因是否接触液面产生的特性变化，并由此得到液面信号；

信号传输线，第一端连接至所述移液针，所述液面信号通过所述信号传输线进行传输；

初始化触件，与所述移液针电性连接；

升降单元，用于带动所述移液针和所述初始化触件升降；

第一触件，带有第一信号，设置于所述初始化触件上方，所述第一触件在所述移液针运动至初始化位置时、正好被所述初始化触件接触，所述第一信号经所述初始化触件传输至所述信号传输线；

控制单元，连接所述信号传输线的第二端，用于在接收到所述第一信号时判定移液针运动至初始化位置，在只接收到所述液面信号时、根据所述液面信号判断移液针是否接触到液体。

在其中一个实施例中，还包括：撞针触件，与所述移液针固定连接；第二触件，带有第二信号，所述第二触件随所述移液针一起升降，且在所述移液针被顶起时与所述撞针触件接触，所述第二信号经所述撞针触件传输至所述信号传输线；所述控制单元在接收到所述第二信号时判定移液针发生撞针。

在其中一个实施例中，所述连动件被所述移液针在竖直方向上穿过，用于带动所述移液针做竖直运动，且所述移液针能够在受到向上的外力时相对于所述连动件向上运动；所述升降单元带动所述移液针升降，并带动所述连动件升降且所述移液针因跟随所述连动件运动而保持与所述初始化触件相对静止；所述第二触件固定于所述连动件上，在所述移液针被顶起时与所述撞针触件接触。

在其中一个实施例中，所述连动件开设有供所述移液针在竖直方向上穿过的穿孔，所述移液针的上部包括比所述穿孔大的支撑部，所述移液针通过所述支撑部被所述连动件托起，并在所述连动件向下运动时随动。

在其中一个实施例中，所述升降单元包括具有位置反馈功能的电机，所述控制单元还用于根据所述电机反馈的位置判断移液针是否发生撞针。

在其中一个实施例中，所述第一触件接地，所述第二触件连接至高电平。

在其中一个实施例中，所述针特性检测单元包括根据所述移液针的针电容值产生振荡电压作为所述液面信号的振荡电路，所述液面信号的频率随所述针电容值变化。

一种移液针的状态检测方法，用于对移液装置的移液针的状态进行检测，所述移液装置包括：

移液针组件，包括移液针和与移液针电性连接的针特性检测单元，所述针特性检测单元用于检测所述移液针因是否接触液面产生的特性变化，并由此得到液面信号；

信号传输线，第一端连接至所述移液针，所述液面信号通过所述信号传输线进行传输；

初始化触件，与所述移液针电性连接；

升降单元，用于带动所述移液针和所述初始化触件升降；

第一触件，带有第一信号，设置于所述初始化触件上方，所述第一触件在所述移液针运动至初始化位置时、正好被所述初始化触件接触，所述第一信号经所述初始化触件传输至所述信号传输线；

控制单元，连接所述信号传输线的第二端；

所述方法包括：

所述移液装置控制移液针向上运动，在所述控制单元接收到所述第一信号时判定移液针运动至初始化位置；

所述控制单元根据所述液面信号判断移液针是否接触到液体。

在其中一个实施例中，所述移液装置还包括：撞针触件，与所述移液针固定连接；第二触件，带有第二信号，所述第二触件随所述移液针一起升降，且在所述移液针被顶起时与所述撞针触件接触，所述第二信号经所述撞针触件传输至所述信号传输线；所述方法包括移液装置控制移液针向下运动，若所述控制单元接收到所述第二信号，则判定移液针发生撞针；若所述控制单元只接收到液面信号且接收到的液面信号为第一脉冲信号，则判定移液针运动在所述初始化位置与液面之间，未接触到液体；若所述控制单元只接收到液面信号，且接收到的液面信号为第二脉冲信号，则判定移液针与液体接触。

在其中一个实施例中，所述第一脉冲信号的第一频率大于第二脉冲信号的第二频率，所述根据所述液面信号判断移液针是否接触到液面包括：

若所述液面信号的频率发生跳变且变化大于所述第一频率与所述第二频率差值的二分之一，则判定移液针从接触液面变为不接触液面，或从不接触液面变为接触液面。

在其中一个实施例中，所述第一信号为低电平信号。

在其中一个实施例中，所述第二信号为高电平信号。

上述移液装置及其移液针的状态检测方法，将初始化触件直接电性连接到移液针上，因此可以只通过一根连接至移液针的信号传输线进行初始化和液面信号的传输，使得电路走线简单，结构简化，降低了成本。

附图说明

图1为一个实施例中移液装置的结构示意图；

图2为传统的移液针状态检测方法中的控制电路示意图；

图3为图1中所述移液装置的控制电路框图；

图4为一个实施例中信号传输线传输的信号示意图；

图5为一个实施例中移液针的状态检测方法的流程图；

图6为另一个实施例中移液针的状态检测方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参阅图1所示，为一个实施例中移液装置的结构示意图，在一个实施例中，提供一种移液装置，该移液装置包括信号传输线110、移液针组件120、第一触件130、初始化触件140、第二触件150、撞针触件160、连动件170和升降单元180，还包括用于判断移液针状态的控制单元(图1未示)。

具体地，移液针组件120包括移液针122和与移液针122电性连接的针特性检测单元，所述针特性检测单元用于检测移液针122因是否接触液面产生的特性变化，并由此得到液面信号。

进一步地，所述针特性检测单元包括根据移液针122的针电容值产生振荡电压作为液面信号的振荡电路，液面信号的频率随所述针电容值变化。参阅图3所示的控制电路图，移液针122与振荡电路电性连接，针电容值在移液针122与液面接触前后会发生变化，所述振荡电路根据电容值变化输出频率不同的液面信号至控制单元。其中，在移液针122向下运行的过程中，当移液针122从处于空气中到开始接触到液面后，针电容值增大，振荡电路输出的脉冲信号频率减小，因此该液面信号包括了移液针122处于空气中的第一脉冲信号和移液针122接触到液体后的第二脉冲信号，且第一脉冲信号的频率大于第二脉冲信号的频率。

信号传输线110的第一端连接至移液针122，液面信号通过信号传输线110进行传输。

连动件170被移液针122在竖直方向上穿过，移液针122能够在连动件170运动时随动，且移液针122能够在受到向上的外力时相对于连动件170向上运动。升降单元180带动移液针122升降，并带动连动件170升降且移液针122因跟随连动件170运动而保持与初始化触件140相对静止。进一步地，连动件170开设有供移液针122在竖直方向上穿过的穿孔，移液针122的上部包括比所述穿孔大的支撑部124，以使得移液针122能够被连动件170托起，并在连动件170向下运动时随动。

初始化触件140与移液针122电性连接。升降单元180用于带动连动件170和初始化触件140升降，移液针122因随动而保持与初始化触件140相对静止。其中，升降单元180包括随动部件182、传动带184、固定部件186和同步带轮188，连动件170和初始化触件140固定在随动部件182上，齿轮188固定在固定部件186上，传送带184与齿轮188和随动部件182连接，随动部件182随着传送带184和同步带轮188的配合可在固定部件186上移动。

第一触件130带有第一信号，并设置于初始化触件140上方，第一触件130在移液针122运动至初始化位置时、正好被初始化触件140接触，所述第一信号经初始化触件140传输至信号传输线110，再经过信号传输线110传输至控制单元。可选地，第一触件130接地，所述第一信号为低电平信号。在图1所示的实施例中，第一触件130为触片，初始化触件140为触片。在其他实施例中，第一触件130为探针，初始化触件140为探针

撞针触件160，与移液针122固定连接。第二触件150带有第二信号，并固定于连动件170上，第二触件150在移液针122被顶起时与随移液针122一起的撞针触件160接触，所述第二信号经撞针触件160传输至信号传输线110，再经过信号传输线110传输至控制单元。可选地，第二触件连接至高电平，所述第二信号为高电平信号。在图1所示的实施例中，撞针触件160为触片，第二触件150为触片。在其他实施例中，撞针触件160为探针，第二触件150为探针。

进一步地，控制单元连接信号传输线110的第二端，如图4所示，控制单元接收信号传输线110传输的信号。控制单元在接收到所述第一信号时判定移液针122运动至初始化位置，控制单元在接收到所述第二信号时判定移液针122发生撞针，控制单元在接收到所述第一脉冲信号时判定移液针122处于空气中，控制单元在接收到所述第二脉冲信号时判定移液针122与液体接触。

上述移液装置，通过两组触件(初始化触件-第一触件，撞针触件-第二触件)分别进行移液针初始化和撞针的检测，由于初始化触件和撞针触件能够直接电性连接到移液针上，因此可以只通过一根连接至移液针的信号传输线进行初始化、撞针及液面信号的传输，使得电路走线简单，结构简化，降低了成本。

在一个实施例中，移液装置的撞针检测可以用其他方案实现，例如不设置撞针触件和第二触件，升降单元采用具有位置反馈功能的电机。相应的，控制单元判断移液针是否发生撞针也不是通过第二信号，而是根据电机反馈的位置来判断。例如电机的编码器带有步数检测功能，将移液针下移的步数反馈给控制单元，控制单元根据该步数判断移液针是否发生撞针。由于步数反馈信号可以利用连接到控制单元的电机线进行传输，因此同样可以省去撞针检测的信号线。

基于相同的发明构思，在一个实施例中，提供一种移液针的状态检测方法，该方法应用于上述各实施例中的移液装置，用于对移液装置的移液针的状态进行检测，通过探测到的脉冲频率变化或电平变化判断移液针的状态(位置)，该方法包括如图5和图6所示步骤。

S510：移液装置控制移液针向上运动；

S520：判断控制单元是否接收到第一信号；

S530：若是，判定移液针运动至初始化位置。

具体地，在移液装置上设有第一触件，第一触件带有第一信号，并设置于初始化触件上方，在移液装置控制移液针向上运动至初始化位置时，第一触件正好被初始化触件接触，所述第一信号经初始化触件传输至信号传输线，再经过信号传输线传输至控制单元。在一个实施例中，第一触件接地，所述第一信号为低电平信号。在其他实施例中，所述第一触件还可以连接其他载体，比如设置相应的检测电路或连接传感器等。

在一个实施例中，如图4所示，展示了移液针的信号检测过程，在移液装置控制移液针向上运动进行初始化的过程中，当初始化触件没有与第一触件接触时，控制单元接收的是脉冲信号；当初始化触件与第一触件接触后，控制单元接收的是低电平信号，则可判断此时移液针已经完成初始化到达初始化位置。

S610：移液装置控制移液针向下运动；

S620：判断控制单元是否接收到第二信号；

S630：若是，判定移液针发生撞针；

具体地，在移液装置上设有第二触件，第二触件带有第二信号，第二触件在移液针被顶起时与随移液针一起的撞针触件接触，所述第二信号经撞针触件传输至信号传输线，再经过信号传输线传输至控制单元。可选地，第二触件与直流电压连接，所述第二信号为高电平信号。在其他实施例中，所述第二触件还可以连接其他载体，比如设置相应的检测电路或连接传感器等。

在一个实施例中，在移液装置控制移液针向下移动的过程中，当移液针组件没有发生撞针时，控制单元接收的是脉冲信号；当移液针组件发生撞针后，移液针发生触底碰撞，移液针被顶起，此时移液针上的撞针触件与第二触件接触，控制单元接收到高电平信号，则可判断此时移液针发生了触底碰撞。

在其他实施例中，若由于特殊情况，譬如承载样本的试管盖子没打开(或者试管歪到)，则移液针向下运动去吸样的时候可能发生垂直撞针。当移液针向下运动碰到试管盖子，则移液针杯顶起，此时控制单元接收到脉冲频率为零，并且为高电平，则判断为移液针垂直撞针。

S640：若控制单元只接收到所述液面信号，则根据所述液面信号判断移液针是否接触到液体。

具体地，若所述控制单元接收到的液面信号为第一脉冲信号，则判定移液针运动在所述初始化位置与液面之间；若所述控制单元接收到的液面信号为第二脉冲信号，则判定移液针与液体接触。进一步地，所述移液针组件包括针电容和振荡电路，在移液针组件向下运行的过程中，当移液针从处于空气中到开始接触到液面后，针电容的电容值增大，振荡电路输出的脉冲信号频率减小，因此所述液面信号包括了移液针处于空气中的第一脉冲信号和移液针接触到液体后的第二脉冲信号，且第一脉冲信号的频率大于第二脉冲信号的频率。

在一个实施例中，由图3可见初始化位置检测由初始化触件与第一触件接触产生低电平信号，撞针检测由撞针触件与第二触件接触产生高电平信号，状态变化时，由振荡电路产生的脉冲信号与低电平信号叠加，或者振荡电路产生的脉冲信号与高电平信号叠加产生相应的信号变化。

进一步地，当移液针在空气中时，即移液针组件运行在初始化位置与液面之间，移液针的针电容返回的脉冲信号频率为P1；当移液针接触液面时，移液针的针电容返回的脉冲信号频率为P2；且P1>P2。假设其间隔值为△P，且△P＝P1-P2，本实施例中选取阈值△P'＝1/2(△P)，则正常情况下移液针在空气中时检测到的脉冲频率为P1'，当移液针在下降过程中接触到液面时，检测到的脉冲频率变化为P2'，若P2'<P1'-△P'，则判断为移液针接触到液体；同理，若移液针在接触到液体时，检测到的脉冲频率为P2'，当移液针在上升过程中从接触液体到不接触液体时，检测到的脉冲频率变化为P1'，若P1'>P2'+△P'，则判断为移液针处于空气中。

在一个实施例中，通过一根信号线接收上述第一信号、第二信号、第一脉冲信号和第二脉冲信号，通过检测脉冲信号频率和脉冲电平变化实现对移液针状态的检测，即只需要一根信号线即可探测移液针的初始化状态、撞针状态、位于空气中和位于液体中这四个状态。

上述移液针的状态检测方法，通过移液装置控制移液针向上运动，在所述控制单元接收到所述第一信号时判定移液针运动至初始化位置；移液装置控制移液针向下运动，若所述控制单元接收到所述第二信号，则判定移液针发生撞针；若所述控制单元接收到的液面信号为第一脉冲信号，则判定移液针运动在所述初始化位置与液面之间；若所述控制单元接收到的液面信号为第二脉冲信号，则判定移液针与液体接触。由于上述第一信号、第二信号、第一脉冲信号和第二脉冲信号可以只通过一根信号传输线传输至控制单元，因此可以只通过一根连接至移液针的信号传输线进行初始化、撞针及液面信号的传输，使得电路走线简单，信号传输更加稳定，结构简化，降低了成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种移液装置，其特征在于，包括：

移液针组件，包括移液针和与移液针电性连接的针特性检测单元，所述针特性检测单元用于检测所述移液针根据是否接触液面产生的特性变化，并由此得到液面信号；

信号传输线，第一端连接至所述移液针，所述液面信号通过所述信号传输线进行传输；

初始化触件，与所述移液针电性连接；

升降单元，用于带动所述移液针和所述初始化触件升降；

第一触件，带有第一信号，设置于所述初始化触件上方，所述第一触件在所述移液针运动至初始化位置时、正好被所述初始化触件接触，所述第一信号经所述初始化触件传输至所述信号传输线；

控制单元，连接所述信号传输线的第二端，用于在接收到所述第一信号时判定移液针运动至初始化位置，在只接收到所述液面信号时、根据所述液面信号判断移液针是否接触到液体；

撞针触件，与所述移液针固定连接；

第二触件，带有第二信号，所述第二触件随所述移液针一起升降，且在所述移液针被顶起时与所述撞针触件接触，所述第二信号经所述撞针触件传输至所述信号传输线；所述控制单元在接收到所述第二信号时判定移液针发生撞针。

2.根据权利要求1所述的移液装置，其特征在于，还包括连动件，所述连动件被所述移液针在竖直方向上穿过，用于带动所述移液针做竖直运动，且所述移液针能够在受到向上的外力时相对于所述连动件向上运动；所述升降单元带动所述移液针升降，并带动所述连动件升降且所述移液针因跟随所述连动件运动而保持与所述初始化触件相对静止；所述第二触件固定于所述连动件上，在所述移液针被顶起时与所述撞针触件接触。

3.根据权利要求2所述的移液装置，其特征在于，所述连动件开设有供所述移液针在竖直方向上穿过的穿孔，所述移液针的上部包括比所述穿孔大的支撑部，所述移液针通过所述支撑部被所述连动件托起，并在所述连动件向下运动时随动。

4.根据权利要求1所述的移液装置，其特征在于，所述升降单元包括具有位置反馈功能的电机，所述控制单元还用于根据所述电机反馈的位置判断移液针是否发生撞针。

5.根据权利要求1所述的移液装置，其特征在于，所述第一触件接地，所述第二触件连接至高电平。

6.根据权利要求1所述的移液装置，其特征在于，所述针特性检测单元包括根据所述移液针的针电容值产生振荡电压作为所述液面信号的振荡电路，所述液面信号的频率随所述针电容值变化。

7.一种移液针的状态检测方法，用于对移液装置的移液针的状态进行检测，其特征在于，所述移液装置包括：

移液针组件，包括移液针和与移液针电性连接的针特性检测单元，所述针特性检测单元用于检测所述移液针根据是否接触液面产生的特性变化，并由此得到液面信号；

信号传输线，第一端连接至所述移液针，所述液面信号通过所述信号传输线进行传输；

初始化触件，与所述移液针电性连接；

升降单元，用于带动所述移液针和所述初始化触件升降；

第一触件，带有第一信号，设置于所述初始化触件上方，所述第一触件在所述移液针运动至初始化位置时、正好被所述初始化触件接触，所述第一信号经所述初始化触件传输至所述信号传输线；

控制单元，连接所述信号传输线的第二端；

所述方法包括：

所述移液装置控制移液针向上运动，在所述控制单元接收到所述第一信号时判定移液针运动至初始化位置；

所述控制单元根据所述液面信号判断移液针是否接触到液体；

所述移液装置还包括：

撞针触件，与所述移液针固定连接；

第二触件，带有第二信号，所述第二触件随所述移液针一起升降，且在所述移液针被顶起时与所述撞针触件接触，所述第二信号经所述撞针触件传输至所述信号传输线；

所述方法包括移液装置控制移液针向下运动，若所述控制单元接收到所述第二信号，则判定移液针发生撞针；若所述控制单元只接收到液面信号且接收到的液面信号为第一脉冲信号，则判定移液针运动在所述初始化位置与液面之间，未接触到液体；若所述控制单元只接收到液面信号，且接收到的液面信号为第二脉冲信号，则判定移液针与液体接触。

8.根据权利要求7所述的移液针的状态检测方法，其特征在于，所述第一脉冲信号的第一频率大于第二脉冲信号的第二频率，所述根据所述液面信号判断移液针是否接触到液面包括：

若所述液面信号的频率发生跳变且变化大于所述第一频率与所述第二频率差值的二分之一，则判定移液针从接触液面变为不接触液面，或从不接触液面变为接触液面。

9.根据权利要求7所述的移液针的状态检测方法，其特征在于，所述第一信号为低电平信号，所述第二信号为高电平信号。

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