CN113093583A - 一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，本发明中用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，包括标签壳体和设于标签壳体背面的固定组件；标签壳体上设有指纹传感器、指示灯组件、倾角传感器、音频信号发生器、音频信号接收器、单片机、显示单元及蓄电池，蓄电池实现各个有源部件的供电。与现有技术相比，本发明通过倾角传感可以记录试剂瓶的使用次数；通过传感器组件可以显示试剂瓶中液体的即时液面高度，根据使用前后的液面高度差可以算出每次使用的试剂体积量；拆装方便，操作简单，使用安全性好，不易掉落，提高了实验室试剂瓶管理效率，减少管理时间及人力成本。

Description

一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签
技术领域
本发明涉及一种实验室试剂瓶管理器具，尤其是涉及一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签。
背景技术
随着各高校及科研单位承担的科学研究项目越来越多，科学技术研发能力不断发展，从事化学、化工、材料等研究领域的科研人员队伍日益壮大，所涉及到的化学试剂、化学制品的数量和种类不断扩展。截止2015年，全国共有普通高等学校2560所，各类高等教育在学总人数达到3647万人。至2009年，普通本科高校共有实验室26479个，其中教学、科研实验室25900个，实验室面积共2601.46万平方米。与此同时，实验室中的化学试剂瓶的使用、存放的管理就出现了很大的问题，因化学试剂使用不当、处置不当而引发的实验室安全事故频频发生，给国家、各高校、科研单位们带了巨大的经济损失，同时，也严重威胁到广大科研工作者们的生命安全，影响了我国整体的科研环境和进度。
实验室用的化学试剂种类繁多，数量庞大，实验室科研人员众多，试验操作不规范，试剂摆放不合理，难免会导致试验失败甚至发生实验室安全事故的情况。目前我国高校绝大多数实验室的可操作空间与实验人员数目严重不匹配，可能会出现实验台上的试剂瓶乱拍、乱放的现象，实验人员在做实验时很有可能会拿错化学试剂和药品，一旦往实验装置中错误的填入了其他化学试剂，轻则导致实验样品被污染，重则可能发生严重的安全事故，比如误加一些具有强氧化性的物质，很可能会发生剧烈的氧化还原反应而导致反应失控；又或者，往高温反应装置中误加入了低沸点的溶剂，导致反应样品出现大气泡爆沸现象，对于很多化学反应，尤其是聚合反应来说，是非常危险的事情，所以实验室化学试剂瓶的管理需要引起实验人员的高度重视。
目前，我国实验室试剂瓶主要包括玻璃瓶和塑料瓶，无论是棕色玻璃瓶，还是无色塑料瓶，一般都是不透明的，实验室相关人员无法实时观察到瓶内所剩试剂的体积及液面高度，可能会遇到做实验时所需试剂的量不够导致实验无法正常进行的窘境。因此，设计一种可以即时显示试剂瓶内液体液面高度且具有使用权限设置的用于实验室试剂瓶的多功能管理装置就显得格外重要。
针对实验室中因化学试剂瓶管理不当而影响科研工作进度，甚至发生严重实验室安全事故的情况，我们必须要深入研究其背后的原因，完善实验室安全管理系统，提高我国实验室危险预防、应急处置的能力，不仅可以减少不必要的人身、财产损失，还会有利于构建健康稳定的科学研究环境。从试剂瓶数量太多，易混淆，试剂瓶实时状态不易掌握等角度出发，一方面，需要进行实验室化学试剂瓶使用权限的设置，保证试剂瓶不会被滥用、误用，另一方面，还需要掌握试剂瓶实时液面高度，提前为将要进行的科研工作做好准备工作，提高科研效率。
中国专利CN 206340277 U公开了一种化学试剂瓶标签包括：底层、中间层和顶层。使用该标签能够防腐蚀，方便去除。中国专利CN 203276720 U公开了一种种带保护装置的试剂瓶标签，包括试剂瓶标签以及标签保护装置。上述试剂瓶标签均有呈粘性的材料层，随着时间推移，标签的牢固性会有所下降，且属于一次性标签，受损换用后就不可重复使用了。此外，上述试剂瓶标签仅能作为信息标识，不具备其他效用，功能单一，无法满足目前实验室管理的需要。
因此，从实验室管理系统的优化建设方面来说，亟需设计一种安全性高，简便高效的实验室管理辅助设备。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，避免试剂误用的情况发生，使实验人员可以掌握试剂瓶的实时状态，为科研工作的顺利进行提供有力的保障，同时保证其使用过程中的安全性和有效性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明中用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，包括标签壳体和设于标签壳体背面的固定组件；
所述标签壳体上设有：
指示灯组件，能够进行报警指示和正常状态指示；
指纹传感器，能够对使用者的指纹进行采集；
倾角传感器，能够对试剂瓶的实时倾斜姿态信息进行获取；
音频信号发生器，能够发出特定波段的声波，引起试剂瓶中液体的振动；
音频信号接收器，能够接收试剂瓶中特定高度液体的振动频率信息；
单片机，分别与所述指示灯组件、指纹传感器、倾角传感器、音频信号发生器、音频信号接收器电连接，
单片机根据倾角传感器提供的倾斜姿态信息生成试剂瓶使用信息；
单片机根据音频信号接收器获取的振动频率信息计算出试剂瓶中的液面高度和液面体积；
显示单元，显示与特定试剂瓶对应的信息及其他必要信息。
进一步地，所述固定组件包括设于标签壳体背面的弹性卡箍。
进一步地，所述单片机包括CPU、RAM、ROM、I/O接口和计数器。
进一步地，所述指示灯组件、指纹传感器、倾角传感器、音频信号发生器、音频信号接收器均通过I/O接口与单片机电连接。
进一步地，所述显示单元为显示屏，所述显示屏与所述I/O接口电连接。
进一步地，所述标签壳体上还设有按键面板，所述按键面板与所述I/O接口电连接。
进一步地，所述标签壳体为与试剂瓶匹配的弧型弯曲结构。
进一步地，所述单片机将倾角传感器获取的倾斜信息换算为倾斜角度，并将倾斜角度与预设的倾斜阈值进行比较，若倾斜角度大于倾斜阈值，则增加一次倾斜使用次数。
进一步地，所述单片机的ROM中预存有不同液面高度和液面体积对应的试剂瓶振动频率，以此构成测定数据库。
进一步地，通过音频信号发生器、音频信号接收器对已知液面高度和液面体积的试剂瓶振动频率进行标定，并通过I/O接口输入ROM中，以此实现所述测定数据库的补充收录。
综上所述，本技术方案提供了一种试剂瓶多功能标签，通过指纹传感器设定试剂瓶使用权限，避免试剂误用的情况发生，通过传感器实现试剂瓶内液体的即时液面显示，使实验人员可以掌握试剂瓶的实时状态，为科研工作的顺利进行提供有力的保障，通过该多功能标签特殊的结构和固定组件，可以使其稳定的固定于试剂瓶表面，保证其使用过程中的安全性和有效性。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
1)结构简单，操作便捷，准确性高，适用于大/中/小型实验室；
2)通过显示屏可以显示出特定试剂瓶所装试剂的名称；
3)通过音频共振扫描可以快速准确地显示出试剂瓶内液体的液面高度，了解掌握试剂的即时状态，计算出每次使用的试剂体积量；
4)倾角传感器可以通过试剂瓶倾斜的变形量来记录试剂瓶使用次数；
5)利用传感器实现人员指纹采集，实现对试剂瓶使用权限的设置与管理。
附图说明
图1为本发明中用于实验室管理的多功能试剂瓶标签的结构示意图。
图中：1、指示灯，2、电源指示灯，3、显示屏，4、单片机，5、按键面板，6、指纹传感器，7、倾角传感器，8、音频信号发生器，9、音频信号接收器，10、弹性卡箍。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明中用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，包括标签壳体和设于标签壳体背面的固定组件。
标签壳体上设有指示灯组件、指纹传感器6、倾角传感器7、音频信号发生器8、音频信号接收器9、单片机4、显示单元及蓄电池，蓄电池实现各个有源部件的供电。
其中指示灯组件，能够进行报警指示和正常状态指示，具体包括指示灯1和电源指示灯2，电子标签正常工作时指示灯1呈蓝色显示，异常工作时呈红色显示；电源指示灯2在蓄电池电量在20％以上是呈蓝色显示，低于20％时呈红色显示。指纹传感器6能够对使用者的指纹进行采集，指纹传感器与显示组件进行数据连接，构建人机信息交互，实现对实验人员的有效识别。本用于实验室试剂瓶的多功能管理装置，可用于试剂瓶的使用权限设置，显示瓶内即时液面高度，计算得出每次使用试剂的体积量，实现对科研工作的有力支持和保障。其中具体地：
多功能试剂瓶标签的壳体原材料采用聚丙烯材料，指示灯组件位于壳体上方，壳体上还设有开/关机键，开/关机键与I/O接口及蓄电池连接，按住开/关机键3秒左右可以实现标签的开/关机操作。该多功能试剂瓶标签可正常记录化学试剂瓶中液体液面高度时和该多功能电子标签电量充足时，指示灯1和电源指示灯2会长亮显示，当标签不能正常显示化学试剂瓶中液体液面高度时和标签电量不足时，指示灯1和电源指示灯2会闪烁显示。
倾角传感器7能够对试剂瓶的实时倾斜姿态信息进行获取；音频信号发生器8能够发出特定波段的声波，引起试剂瓶中液体的振动；音频信号接收器9能够接收试剂瓶中特定高度液体的振动频率信息。单片机4分别与指示灯组件、指纹传感器6、倾角传感器7、音频信号发生器8、音频信号接收器9电连接，单片机4根据倾角传感器7提供的倾斜姿态信息生成试剂瓶使用信息；单片机4根据音频信号接收器9获取的振动频率信息计算出试剂瓶中的液面高度和液面体积。
单片机4包括CPU、RAM、ROM、I/O接口和计数器。指示灯组件、指纹传感器6、倾角传感器7、音频信号发生器8、音频信号接收器9均通过I/O接口与单片机4电连接。具体实施时，显示单元为显示屏3，显示屏3与I/O接口电连接。标签壳体上还设有按键面板5，按键面板5与所述I/O接口电连接，按键面板的功能按键区域包括各功能按键，功能按键可以负责菜单栏显示、确认、上滑/下滑、返回等功能。单片机4可以实现试剂瓶内装试剂安全信息、使用人员权限信息的读写功能。
单片机4将倾角传感器7获取的倾斜信息换算为倾斜角度，并将倾斜角度与预设的倾斜阈值进行比较，若倾斜角度大于倾斜阈值，则增加一次倾斜使用次数。不同高度的液体发出的振动频率不同，音频信号接收器9感受到振动形式，二者发生音频共振，通过音频扫描将音频信号转变为电信号，并换算出液体体积和液面高度，显示屏3即可显示出实时液面高度。通过使用前后记录两次试剂液面高度，可换算出此次使用试剂体积。
单片机4的ROM中预存有不同液面高度和液面体积对应的试剂瓶振动频率，以此构成测定数据库。在具体的数据库信息补充时，音频信号发生器8、音频信号接收器9对已知液面高度和液面体积的试剂瓶振动频率进行标定，并通过I/O接口输入ROM中，以此实现所述测定数据库的补充收录。具体操作时，还可以通过按键面板实现标定数据的输入，并实现其他各种参数的设置。
显示单元显示与特定试剂瓶对应的信息，显示屏可以显示试剂瓶内即时液面高度、所盛放的液体名称、本次使用量、使用人员信息等。标签开机后，显示单元显示菜单栏界面，包括化学品信息查询、液面高度显示、试剂使用量显示、使用人员查询等功能选项。实验室人员根据自身手指表面纹路不同，导致传感器接收到的各点信号产生差异，实现不同信息的收集，完成指纹的采集，并设置试剂瓶使用权限。根据科研工作的需要，只有具备使用权限的人员才可以运用本多功能试剂瓶标签进行正常操作，而不具备使用权限的人员，当触碰指纹感应区后，本标签的指示灯会红灯闪烁，显示单元会出现“不可使用”的标识。
固定组件包括设于标签壳体背面的弹性卡箍10。弹性卡箍10所采用的原材料是可以根据试剂瓶的大小进行长度调节的高分子材料，标签壳体为与试剂瓶匹配的弧型弯曲结构，采用的弯曲状的电子标签结构可以使其更好地贴附与试剂瓶表面。
本用于实验室管理的多功能试剂瓶标签具有多种功能用途，包括1)可以设置试剂瓶使用人员权限，并可追溯人员信息；2)可以记录一天内试剂瓶使用次数；3)可以实时显示试剂瓶内液面高度信息，计算出每次使用试剂的体积量。4)内置电子标签包含芯片，可以记录试剂瓶所盛放试剂的名称、安全信息及人员指纹信息。
本用于实验室管理的多功能试剂瓶标签结构轻巧，材料环保无毒；操作方便，使用安全性高，适用于大/中/小型实验室；装卸容易，搬运便捷，可减少不必要的人力成本。
本多功能试剂瓶标签属于实验室管理系统的配套设备，内置的有源标签具有一定的存储容量，可记录化学品信息及人员指纹信息。装置内设有传感器组件和音频处理装置，可以实现人员指纹信息采集和液面高度显示，计算可得出每次试剂使用的体积量，快速准确的掌握实验室试剂瓶的存储情况和使用情况，提升实验室安全管理及整体运营能力，有利于实验室科学研究工作的顺利有效进行。
本装置进行实验室管理演示试验时，包括以下运行步骤：
(1)将该多功能试剂瓶标签贴紧一个装有液体的试剂瓶瓶体表面并固定好；
(2)按下开/关机键打开该多功能标签，显示屏3上出现“指纹录入”选项，按下确认键；
(3)操作人员选择任一手指，紧贴在指纹感应区，当显示屏3出现“录入成功”字样即表示指纹采集成功；
(4)在显示屏3菜单栏中选择“指纹识别”选项并按确认键，即可进行指纹识别。此时用录入指纹的手指贴近该标签的指纹感应区进行指纹识别；
(5)指纹识别不通过时，指示灯1会呈红色闪烁，显示屏3出现“无法识别”字样；若指纹识别通过后，在显示屏3菜单栏中选择“液面高度显示”选项，并按确认键；
(6)显示屏3出现实时液体液面高度，在菜单栏中选择“体积换算”选项可以显示每次倒出试剂瓶的试剂体积。
(7)使用完毕后，长按开/关机键3秒左右即可关闭该多功能标签。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，其特征在于，包括标签壳体和设于标签壳体背面的固定组件；
所述标签壳体上设有：
指示灯组件，能够进行报警指示和正常状态指示；
指纹传感器(6)，能够对使用者的指纹进行采集；
倾角传感器(7)，能够对试剂瓶的实时倾斜姿态信息进行获取；
音频信号发生器(8)，能够发出特定波段的声波，引起试剂瓶中液体的振动；
音频信号接收器(9)，能够接收试剂瓶中特定高度液体的振动频率信息；
单片机(4)，分别与所述指示灯组件、指纹传感器(6)、倾角传感器(7)、音频信号发生器(8)、音频信号接收器(9)电连接，单片机(4)根据倾角传感器(7)提供的倾斜姿态信息生成试剂瓶使用信息，单片机(4)根据音频信号接收器(9)获取的振动频率信息计算出试剂瓶中的液面高度和液面体积；
显示单元。
2.根据权利要求1所述的一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，其特征在于，所述固定组件包括设于标签壳体背面的弹性卡箍(10)。
3.根据权利要求1所述的一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，其特征在于，所述单片机(4)包括CPU、RAM、ROM、I/O接口和计数器。
4.根据权利要求3所述的一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，其特征在于，所述指示灯组件、指纹传感器(6)、倾角传感器(7)、音频信号发生器(8)、音频信号接收器(9)均通过I/O接口与单片机(4)电连接。
5.根据权利要求3所述的一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，其特征在于，所述显示单元为显示屏(3)，所述显示屏(3)与所述I/O接口电连接。
6.根据权利要求3所述的一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，其特征在于，所述标签壳体上还设有按键面板(5)，所述按键面板(5)与所述I/O接口电连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，其特征在于，所述标签壳体为与试剂瓶匹配的弧型弯曲结构。
8.根据权利要求1所述的一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，其特征在于，所述单片机(4)将倾角传感器(7)获取的倾斜信息换算为倾斜角度，并将倾斜角度与预设的倾斜阈值进行比较，若倾斜角度大于倾斜阈值，则增加一次倾斜使用次数。
9.根据权利要求1所述的一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，其特征在于，所述单片机(4)的ROM中预存有不同液面高度和液面体积对应的试剂瓶振动频率，以此构成测定数据库。
10.根据权利要求9所述的一种用于实验室管理的多功能试剂瓶标签，其特征在于，通过音频信号发生器(8)、音频信号接收器(9)对已知液面高度和液面体积的试剂瓶振动频率进行标定，并通过I/O接口输入ROM中，以此实现所述测定数据库的补充收录。
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