CN109764934A - 一种液面检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种液面检测电路。该液面检测电路包括：电压驱动模块生成电压驱动信号，加样针接收电压驱动信号，电容检测模块采集由加样针产生的电容信号，并将电容信号转换为直流电压信号后发送给积分模块，积分模块对直流电压信号积分后得到积分电压信号，比较模块将积分电压信号的电压幅值与预设阈值进行比较，并根据比较结果确定加样针是否接触液面。本发明实施例由于电压信号经积分模块积分后，可将电压信号中杂波信号滤除，因此，提高了液面检测结果的准确性。同时，由于加样针接触到液面，积分电压信号的电压幅值会立即增大，这个过程所耗费的时间较短，因此，也提高了液面检测的灵敏度。

Description

一种液面检测电路

技术领域

本发明实施例涉及液面检测技术，尤其涉及一种液面检测电路。

背景技术

在医疗免疫检测领域中，需要使用加样系统对样本或试剂进行加样，在上述过程中，要求在加样针接触到液面后，加样针再向下移动一段距离才可以吸取样本或试剂，为了实现上述要求，需要准确确定加样针是否接触到液面，现有技术通常采用液面检测电路来确定加样针是否接触到液面。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在着液面检测电路的检测结果的准确性以及检测灵敏度均不高的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种液面检测电路，以实现提高液面检测结果的准确性以及检测灵敏度。

本发明实施例提供了一种液面检测电路，该液面检测电路包括：电压驱动模块、电容检测模块、积分模块、比较模块和加样针，所述电压驱动模块、所述电容检测模块、所述积分模块和所述比较模块顺次相连，所述电容检测模块与所述加样针并连；

所述电压驱动模块生成电压驱动信号，所述加样针接收所述电压驱动信号，所述电容检测模块采集由所述加样针产生的电容信号，并将所述电容信号转换为直流电压信号后发送给所述积分模块，所述积分模块对所述直流电压信号积分后得到积分电压信号，所述比较模块将所述积分电压信号的电压幅值与预设阈值进行比较，并根据比较结果确定所述加样针是否接触液面。

进一步的，所述电容检测模块包括顺次相连的电容检测子模块和信号调理子模块，所述电容检测子模块与所述加样针并连，所述信号调理子模块的输出端与所述积分模块的输入端相连；

所述电容检测子模块采集由所述加样针产生的电容信号，并将所述电容信号转换为初始电压震荡信号，所述信号调理子模块对所述初始电压震荡信号进行调理后，得到直流电压信号，并将所述直流电压信号发送给所述积分模块。

进一步的，所述调理包括带通滤波和半波整流。

进一步的，所述比较模块为微控制单元。

进一步的，所述根据比较结果确定所述加样针是否接触液面，包括：

所述积分电压信号的电压幅值大于预设阈值，则所述加样针接触液面；

所述积分电压信号的电压幅值小于等于预设阈值，则所述加样针未接触液面。

进一步的，所述电压驱动模块包括震荡信号发生子模块和震荡信号放大子模块，所述震荡信号发生子模块与所述震荡信号放大子模块顺次相连，所述震荡信号放大子模块的输出端与所述加样针的一端相连；

所述震荡信号发生子模块生成预设频率与预设幅值的震荡信号后发送给所述震荡信号放大子模块，所述震荡信号放大子模块对所述震荡信号进行放大，得到电压驱动信号。

进一步的，所述震荡信号放大子模块由放大倍率可调的放大器组成。

进一步的，所述预设频率为400KHz，所述预设幅值为±0.7V。

进一步的，所述电压驱动信号的幅值为±10.5V。

进一步的，所述加样针为三层加样针。

本实施例的技术方案，通过电压驱动模块生成电压驱动信号，加样针接收电压驱动信号，电容检测模块采集由加样针产生的电容信号，并将电容信号转换为直流电压信号后发送给积分模块，积分模块对直流电压信号积分后得到积分电压信号，比较模块将积分电压信号的电压幅值与预设阈值进行比较，并根据比较结果确定加样针是否接触液面，由于电压信号经积分模块积分后，可将电压信号中杂波信号滤除，因此，提高了液面检测结果的准确性。同时，由于加样针接触到液面，经积分模块积分后得到的积分电压信号的电压幅值会立即增大，这个过程所耗费的时间较短，因此，也提高了液面检测的灵敏度。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种液面检测电路的结构示意图；

图2是本发明实施例中的一种电容检测模块的结构示意图；

图3是本发明实施例中的一种电压驱动模块的结构示意图；

图4是本发明实施例中的一种液面检测电路的检测结果的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例

图1为本发明实施例提供的一种液面检测电路的结构示意图，本实施例可适用于提高液面检测结果的准确性与检测灵敏度的情况，如图1所示，该液面检测电路具体可以包括：电压驱动模块10、电容检测模块11、积分模块12、比较模块13和加样针14，下面对其结构和功能进行说明。

电压驱动模块10、电容检测模块11、积分模块12和比较模块13顺次相连，电容检测模块11与加样针并连。

电压驱动模块10生成电压驱动信号，加样针14接收电压驱动信号，电容检测模块11采集由加样针14产生的电容信号，并将电容信号转换为直流电压信号后发送给积分模块12，积分模块12对直流电压信号积分后得到积分电压信号，比较模块13将积分电压信号的电压幅值与预设阈值进行比较，并根据比较结果确定加样针14是否接触液面。

在本发明的实施例中，为了提高液面检测电路的检测结果的准确性和灵敏度，可对液面检测电路进行改进，具体的：电压驱动模块10、电容检测模块11、积分模块12和比较模块13顺次相连，即电压驱动模块10的输出端与电容检测模块11的输入端相连，电容检测模块11的输出端与积分模块12的输入端相连，积分模块12的输出端与比较模块13的输入端相连。此外，电容检测模块11与加样针14并连，即加样针14的一端分别与电压驱动模块10的输出端与电容检测模块11的输入端相连，加样针14的另一端与电容检测模块11的输出端相连。

电压驱动模块10生成电压驱动信号，电压驱动信号可以作为基础电压信号，当加样针14接收到该电压驱动信号后，电容检测模块11将采集由加样针14产生的电容信号，并将电容信号转换为直流电压信号，并将电压信号发送给积分模块12，积分模块12可以对直流电压信号进行积分，得到积分电压信号，并将积分电压信号发送给比较模块13，比较模块13将积分电压信号的电压幅值与预设阈值进行比较，并根据比较结果确定加样针14是否接触到液面。其中，电压信号经积分模块12积分后，可将直流电压信号的杂波信号滤除，从而提高了液面检测结果的准确性。所谓杂波信号是指除了所需要频率的信号外，其它各种频率的信号的统称。

需要说明的是，电容检测模块11可以将变化的电容信号转换为与变化的电容信号成比例的变化的电压震荡信号。还需要说明的是，当加样针14未接触到液面时，得到的积分后的电压信号将是噪声信号，并且噪声信号的电压值较小；当加样针14接触到液面时，加样针14接收到电压驱动信号后，生成的电容信号的电容值相比于加样针14未接触到液面时会有突变，这里所述的突变是指电容信号的电容值会突然增大，相应的，在该种情况下，电容检测模块11将电容信号转换为电压震荡信号，该电压震荡信号的电压幅值相比于加样针14未接触到液面时会有突变，这里的突变是指电压信号的电压幅值会突然增大，电容检测模块11再将电压震荡信号转换为直流电压信号，直流电压信号的电压幅值也会突然增大。同样，该直流电压信号经积分模块12积分后，得到积分电压信号，该积分电压信号相比于加样针14未接触到液面时也会有突变，这里的突变是指积分电压信号的电压幅值会突然增大。可以理解到，由于加样针14未接触到液面与加样针14接触到液面，积分电压信号的电压幅值将会发生突变，并且加样针14接触到液面得到的积分电压信号的电压幅值相比于加样针14未接触到液面得到的积分电压信号的电压幅值会突然增大，而加样针14未接触到液面得到的积分后的电压信号的电压幅值较小，相应的，加样针14接触到液面得到的积分电压信号的电压幅值将较大，因此，可以设定预设阈值，比较模块13可以通过比较积分电压信号的电压幅值与该预设阈值的大小关系，得到比较结果，并根据比较结果的方式来确定加样针14是否接触液面，具体的，如果积分电压信号的电压幅值大于预设阈值，则可以说明加样针14接触到液面；如果积分电压信号的电压幅值小于等于预设阈值，则可以说明加样针14未接触到液面。当然还可以理解到，上述加样针14接触到液面得到的积分电压信号的电压幅值相比于加样针14未接触到液面得到的积分电压信号的电压幅值会突然增大的根本原因在于：加样针14接触到液面得到的电容信号的电容值相比于加样针14未接触到液面得到的电容信号的电容值会突然增大。

上述加样针14接触到液面得到的电容信号的电容值相比于加样针14未接触到液面得到的电容信号的电容值会突然增大的原因在于：加样针14本身就是一个平板电容器，可以由内外金属套管作为平板电容器的两个极板，中间通过绝缘材料把它们分离，其中，最外层接地，当加样针14接触到液面时，动极板的面积突然增大，相应的，使电容值发生突变，这里的突变是指电容值突然增大。当然这里动极板的面积突然增大是相比于加样针14未接触到液面而言的，相应的，电容值突然增大也是相比于加样针14未接触到液面而言的。

基于上述，由于加样针14接触到液面时，生成的电容信号的电容值将会发生突变，进而使得经积分模块12积分后得到的积分电压信号的电压幅值会突然增大，也即加样针14一旦接触到液面，经积分模块12积分后得到的积分电压信号的电压幅值会立即增大，这个过程所耗费的时间较短，因此，上述提高了液面检测的灵敏度。

还需要说明的是，由于本发明实施例所提供的技术方案检测的是加样针14在接触液面前后，加样针14的电容信号的电容值的突变过程，即本发明实施例所提供的技术方案检测的是电容信号的电容值的变化率，而并不检测加样针14本身电容值的大小，因此，可以不考虑加样针14本身电容的分散性。此外，相比于传统技术中液面检测电路是通过检测加样针14在接触液面前后，比较加样针14自身电容值的大小的方式而言，可以提高液面检测结果的准确性。上述可以提高液面检测结果的准确性的原因在于：可以降低误触发情况的发生，这里误触发指的是如下一类情况：加样针14还未接触到液面，实际上加样针14自身的电容值并不会发生变化，但加样针14可能由于受到静电或电磁辐射等因素影响，使得加样针14自身的电容值发生了变化，传统技术正是基于加样针14自身的电容值是否发生变化，来确定加样针14是否接触到液面，现加样针14自身的电容值发生了变化，基于此便确定加样针14接触到液面。可以理解到，上述实际上加样针14并未接触到液面，引起加样针14自身的电容值变化的是静电或电磁辐射等因素，而并非是由于加样针14接触到液面，基于上述确定加样针14接触到液面的情况便是误触发。本发明实施例所提供的技术方案检测的是电容信号的电容值的变化率，而并不检测加样针14本身电容值的大小，因此，可以降低误触发情况的发生，进而提高液面检测结果的准确性。

另需要说明的是，比较模块13可以为微控制单元，也可以为由硬件元件组成的硬件比较单元，具体可以根据实际情况进行选择，在此不作具体设定。其中，如果想修改预设阈值，则比较模块13为微控制单元时，便可以直接通过修改程序代码实现，而比较模块13为由硬件元件组成的硬件比较单元时，需要更换硬件元件才可以实现。可以理解到，比较模块13为微控制单元时，可以降低修改预设阈值的难度，便于液面检测电路的调试与维护。

本实施例的技术方案，通过电压驱动模块生成电压驱动信号，加样针接收电压驱动信号，电容检测模块采集由加样针产生的电容信号，将电容信号转换为直流电压信号后发送给积分模块，积分模块对直流电压信号积分后得到积分电压信号，比较模块将积分电压信号的电压幅值与预设阈值进行比较，并根据比较结果确定加样针是否接触液面，由于直流电压信号经积分模块积分后，可将电压信号中杂波信号滤除，因此，提高了液面检测结果的准确性。同时，由于加样针接触到液面，经积分模块积分后得到的积分电压信号的电压幅值会立即增大，这个过程所耗费的时间较短，因此，也提高了液面检测的灵敏度。

可选的，如图2所示，在上述技术方案的基础上，电容检测模块11具体包括顺次相连的电容检测子模块111和信号调理子模块112，电容检测子模块111与加样针14并连，信号调理子模块112的输出端与积分模块12的输入端相连。

电容检测子模块111采集由加样针14产生的电容信号，并将电容信号转换为初始电压震荡信号，信号调理子模块112对初始电压震荡信号进行调理后，得到直流电压信号，并将直流电压信号发送给积分模块12。

在本发明的实施例中，电容检测模块11具体可以包括电容检测子模块111和信号调理子模块112，其中，电容检测子模块111与加样针14并连，信号检测子模块112的输出端可以与积分模块12的输入端相连，电容检测子模块111可以采集由加样针14产生的电容信号，并将电容信号转换为初始电压震荡信号，信号调理子模块112对初始电压震荡信号进行调理后，得到直流电压信号，这里所述的调理可以包括带通滤波和半波整流，还可以包括带通滤波，具体可以根据实际情况进行设定，在此不作具体限定。

需要说明的是，如果调理包括带通滤波和半波整流，则由于带通滤波可以衰弱初始电压震荡信号中非预设频率的噪声信号，降低误触发情况的发生，进而也可以提高液面检测结果的准确性。其中，预设频率可以为400KHz。

可选的，在上述技术方案的基础上，调理具体可以包括带通滤波和半波整流。

在本发明的实施例中，调理具体可以包括带通滤波和半波整流，其中，根据前文所述可知，带通滤波可以衰弱初始电压震荡信号中非预设频率的噪声信号，降低误触发情况的发生，进而提高液面检测结果的准确性。之后，电压震荡信号再经半波整流，得到直流电压信号。其中，预设频率可以为400KHz。

可选的，在上述技术方案的基础上，比较模块13为微控制单元。

在本发明的实施例中，当比较模块13可以为微控制单元时，如果想修改预设阈值，则可以直接通过修改程序代码实现，上述可以降低修改预设阈值的难度，便于液面检测电路的调试与维护。

可选的，在上述技术方案的基础上，根据比较结果确定加样针14是否接触液面，具体可以包括：积分电压信号的电压值大于预设阈值，则加样针14接触液面。积分电压信号的电压值小于等于预设阈值，则加样针14未接触液面。

在本发明的实施例中，预设阈值可用于作为确定加样针14是否接触到液面的标准，其具体数值大小可以根据实际情况进行设定，在此不作具体限定。如果积分电压信号的电压制大于预设阈值，则可以说明加样针14接触到液面；如果积分电压信号的电压值小于等于预设阈值，则可以说明加样针14未接触到液面。

可选的，如图3所示，在上述技术方案的基础上，电压驱动模块10具体可以包括震荡信号发生子模块101和震荡信号放大子模块102，震荡信号发生子模块101与震荡信号放大子模块102顺次相连，震荡信号放大子模块102的输出端与加样针14的一端相连。

震荡信号发生子模块101生成预设频率与预设幅值的震荡信号后发送给震荡信号放大子模块102，震荡信号放大子模块102对震荡信号进行放大，得到电压驱动信号。

在本发明的实施例中，电压驱动模块10具体可以包括震荡信号发生子模块101和震荡信号放大子模块102，其中，震荡信号发生子模块101与震荡信号放大子模块102顺次相连，即震荡信号发生子模块101的输出端与震荡信号放大子模块102的输入端相连。震荡信号发生子模块101用于生成预设频率和预设幅值的震荡信号，并将该震荡信号发送给震荡信号放大子模块102，震荡信号发生子模块102对该震荡信号进行放大，得到电压驱动信号。

需要说明的是，震荡信号放大子模块102可以由放大倍率可调的放大器组成。预设频率和预设幅值可以根据实际情况进行设定，在此不作具体限定。示例性的，如预设频率为400KHz，预设幅值为±0.7V。

可选的，在上述技术方案的基础上，震荡信号放大子模块102由放大倍率可调的放大器组成。

在本发明的实施例中，震荡信号放大子模块102可以有放大倍率可调的放大器组成，其中，可以根据实际情况确定放大倍率，在此不作具体限定。示例性的，如放大倍率为15倍。

可选的，在上述技术方案的基础上，预设频率可以为400KHz，预设幅值可以为±0.7V。

可选的，在上述技术方案的基础上，电压驱动信号的幅值可以为±10.5V。

在本发明的实施例中，预设频率和预设幅值可以根据实际情况进行确定，在此不作具体限定。预设频率可以为400KHz，预设幅值可以为±0.7V。

在确定震荡信号的预设幅值与放大器的放大倍率后，便可以确定电压驱动信号的幅值。示例性的，如当预设幅值为±0.7V，放大器的放大倍率为15，便可以确定电压驱动信号的幅值可以为±10.5V。

可选的，在上述技术方案的基础上，加样针可以为三层加样针。

在本发明的实施例中，本发明实施例所述的加样针14可以为三层加样针，其中，其最里层和中间层均可以与电容检测模块11的检测端相连，最外层可以接地，用于屏蔽外界信号对加样针14的电容的干扰，进而提高液面检测结果的准确性。

需要说明的是，可将积分电压信号理解为脉冲信号。

如图4所示，给出了一种液面检测电路的检测结果的示意图。图4中检测结果为加样针14接触300μL液体时，积分模块12输出的积分电压信号，其中，时间间隔为2ms。从图4中可以看出，积分电压信号的电压幅值在800mV左右时，加样针14接触到液面。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种液面检测电路，其特征在于，包括：电压驱动模块、电容检测模块、积分模块、比较模块和加样针，所述电容检测模块、所述积分模块和所述比较模块顺次相连，所述电容检测模块的检测端与所述加样针并连；

所述电压驱动模块生成电压驱动信号，所述加样针接收所述电压驱动信号，所述电容检测模块采集由所述加样针产生的电容信号，并将所述电容信号转换为直流电压信号后发送给所述积分模块，所述积分模块对所述直流电压信号积分后得到积分电压信号，所述比较模块将所述积分电压信号的电压幅值与预设阈值进行比较，并根据比较结果确定所述加样针是否接触液面。

2.根据权利要求1所述的液面检测电路，其特征在于，所述电容检测模块包括顺次相连的电容检测子模块和信号调理子模块，所述电容检测子模块与所述加样针并连，所述信号调理子模块的输出端与所述积分模块的输入端相连；

所述电容检测子模块采集由所述加样针产生的电容信号转换为初始电压震荡信号，所述信号调理子模块对所述初始电压震荡信号进行调理后，得到直流电压信号，并将所述直流电压信号发送给所述积分模块。

3.根据权利要求2所述的液面检测电路，其特征在于，所述调理包括带通滤波和半波整流。

4.根据权利要求1所述的液面检测电路，其特征在于，所述比较模块为微控制单元。

5.根据权利要求1所述的液面检测电路，其特征在于，所述根据比较结果确定所述加样针是否接触液面，包括：

所述积分电压信号的电压幅值大于预设阈值，则所述加样针接触液面；

所述积分电压信号的电压幅值小于等于预设阈值，则所述加样针未接触液面。

6.根据权利要求1所述的液面检测电路，其特征在于，所述电压驱动模块包括震荡信号发生子模块和震荡信号放大子模块，所述震荡信号发生子模块与所述震荡信号放大子模块顺次相连，所述震荡信号放大子模块的输出端与所述加样针的一端相连；

所述震荡信号发生子模块生成预设频率与预设幅值的震荡信号后发送给所述震荡信号放大子模块，所述震荡信号放大子模块对所述震荡信号进行放大，得到电压驱动信号。

7.根据权利要求6所述的液面检测电路，其特征在于，所述震荡信号放大子模块由放大倍率可调的放大器组成。

8.根据权利要求6所述的液面检测电路，其特征在于，所述预设频率为400KHz，所述预设幅值为±0.7V。

9.根据权利要求1-8任一项所述的液面检测电路，其特征在于，所述电压驱动信号的幅值为±10.5V。

10.根据权利要求1-8任一项所述的液面检测电路，其特征在于，所述加样针为三层加样针。