CN113217321A - 恒流泵、样本分析仪及恒流泵流量校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种恒流泵，其包括泵杆、感测模块及补偿控制模块。所述感测模块的运动与所述泵杆的运动具有对应关系以感测所述泵杆的运动位置。所述补偿控制模块与感测模块及泵杆相连接以分别获取所感测的泵杆运动位置及对应的泵杆运行步数，根据所感测的泵杆运动位置及对应的泵杆运行步数计算出泵杆运动的回程差，并按照计算出来的回程差控制泵杆进行补偿运动的步数。本发明还涉及一种使用该恒流泵的样本分析仪以及一种恒流泵流量校准方法。

Description

恒流泵、样本分析仪及恒流泵流量校准方法

技术领域

本发明涉及一种恒流泵、使用该恒流泵的样本分析仪及恒流泵流量校准方法。

背景技术

现有的样本分析仪，比如：糖化血红蛋白分析仪，在采用高效液相色谱(HighPerformance Liquid Chromatography,HPLC)的分析方法时通常会借助恒流泵以在液路中提供恒定的流动相，获得相对稳定的色谱峰保留时间，便于后续的定性及定量分析。然而，随着使用次数增多，恒流泵的传动机构因磨损而产生回程差，造成恒流泵的输出流量发生变化。若恒流泵的输出流量变化过大的话，会使得色谱滞留时间过度延迟，造成色谱峰之间的分离效果变差，从而影响定量分析的准确性。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种可校准流量的恒流泵、使用该恒流泵的样本分析仪及恒流泵流量校准方法。

一种恒流泵，其包括泵杆、感测模块及补偿控制模块。所述感测模块的运动与所述泵杆的运动具有对应关系以感测所述泵杆的运动位置。所述补偿控制模块与感测模块及泵杆相连接以分别获取所感测的泵杆运动位置及对应的泵杆运行步数，根据所感测的泵杆运动位置及对应的泵杆运行步数计算出泵杆运动的回程差，并按照计算出来的回程差控制泵杆进行补偿运动的步数。

一种样本分析仪，包括样本模块、传输模块以及分析模块。所述传输模块连接样本模块以及分析模块。所述样本模块通过传输模块向分析模块提供待检测的样本，所述传输模块包括恒流泵。所述恒流泵包括泵杆、感测模块及补偿控制模块。所述感测模块的运动与所述泵杆的运动具有对应关系以感测所述泵杆的运动位置。所述补偿控制模块与感测模块及泵杆相连接以分别获取所感测的泵杆运动位置及对应的泵杆运行步数，根据所感测的泵杆运动位置及对应的泵杆运行步数计算出泵杆运动的回程差，并按照计算出来的回程差控制泵杆进行补偿运动的步数。

一种恒流泵流量校准方法，所述恒流泵包括泵杆及与泵杆具有对应运动关系的感测模块，所述感测模块感测所述泵杆的运动位置，包括步骤：

获取泵杆的位置感测信号及对应的泵杆运动的步数；

计算相同位置感测信号值所对应的泵杆运动的步数差值作为泵杆运动的回程差；以及

根据计算出来的回程差控制泵杆补偿行进回程差所对应的步数。

相比现有技术，本发明所提供的恒流泵22以及应用于恒流泵22上的流量校准方法通过设置与泵杆往复运动相对应的感测模块224来感测并计算出泵杆223往复运动过程中的回程差，从而对该泵杆223的回程差进行补偿，提高了恒流泵22泵出量的稳定性，有利于样本分析仪1的准确性和时效性。

附图说明

图1是本发明第一实施方式所提供的样本分析仪的系统结构示意图。

图2是本发明第一实施方式所提供的用于样本分析仪的恒流泵的结构示意图。

图3是本发明第二实施方式所提供的用于样本分析仪的恒流泵的结构示意图。

图4是图2中恒流泵的回程差示意图。

图5是本发明提供的基于光耦传感器的液体流量的校准方法的步骤流程图。

主要元件符号说明

样本分析仪 1

样本模块 10

传输模块 20

分析模块 30

监控模块 40

进样阀 21

恒流泵 22、12

驱动器 221、121

传动机构 222、122

泵杆 223、123

感测模块 224、124

补偿控制模块 225

外壳 226、126

丝杠 222a

滑套 222b

挡片 224a、124a

第一光耦传感器 224b、124b

第二光耦传感器 124c

感测单元 225a

计算单元 225b

控制单元 225c

色谱柱 31

检测器 32

工作站 33

柱前压力传感器 41

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

第一实施方式

如图1所示，本发明第一实施方式所提供的样本分析仪1用于对待测样本中特定的被测标的物进行半定量/定量的测定。所述样本分析仪包括样本模块10、传输模块20、分析模块30及监控模块40。所述传输模块20连接所述样本模块10与分析模块30。所述样本模块10通过传输模块20向分析模块30提供待检测的样本。所述监控模块40接入所述样本模块10、传输模块20及分析模块30的管路中，用于监测并调节所述液路中的压力。在本实施方式中，所述样本分析仪1为糖化血红蛋白分析仪，采用高效液相色谱分析方法来检测血液样本中糖化血红蛋白的含量。

所述样本模块10包括但不限于存储器，用于装载待测量的样本。

所述传输模块20用于将待测样本传输至分析模块30。所述传输模块20包括进样阀21以及恒流泵22。所述恒流泵22用于按照预设的恒定流量从样本模块10中输出待测样本至分析模块30。所述进样阀21连接恒流泵22以及分析模块30，用于将待测样本加载入分析模块30。

如图2所示，所述恒流泵22包括驱动器221、传动机构222、泵杆223、感测模块224、补偿控制模块225、外壳226。所述驱动器221用于提供恒流泵22的动力。所述传动机构222连接驱动器221与泵杆223，用于将驱动器221提供的动力转换为泵杆223的往复运动。所述恒流泵22中所输出的恒定流量主要与所述泵杆223运动的速度、周期以及频率有关，所述泵杆223在驱动器221与传动机构222的带动下按照预设的速度、周期及频率运动以输出恒定流量的待测样本。所述感测模块224可设置在传动机构222、泵杆223或外壳226上，用于感测泵杆223在往复运动过程中的位置感测信号。所述补偿控制模块分别与感测模块224及驱动器221连接，用于根据所感测的泵杆223的位置感测信号计算及泵杆223的行进步数计算出泵杆223往复运动的回程差并控制驱动器221来驱动泵杆223补偿回程差，从而维持输出预设的恒定流量。

在本实施方式中，所述驱动器221为电机。所述电机将电能转换为自身输出轴的旋转动能进行动力输出。

所述传动机构222将驱动器221输出的运动形式转换为泵杆223的运动形式。在本实施方式中，所述传动机构222为丝杠222a传动机构，包括丝杠222a及滑套222b。所述丝杠222a的一端与驱动器221的输出轴相连接以跟随输出轴一起转动。所述滑套222b转动套接在丝杠222a的另一端上。所述丝杠222a转动时，所述滑套222b沿丝杠222a的轴向平动，以将驱动器221输出的转动转换为泵杆223的沿丝杠222a轴向的平动。

所述泵杆223与传动机构222相连接以在传动机构222的带动下按照预设的频率与路程运动以将恒定流量的待测样本泵入分析模块30。所述泵杆223的运动路程可根据恒流泵22的工作原理采用不同的设计。对应地，所述传动机构222也可根据驱动器221输出的运动形式与泵杆223的运动形式进行调整。在本实施方式中，所述泵杆223的运动为沿自身长轴方向按照预设频率往复平动，以持续对待测样本施加稳定的压力来实现恒定流量的泵出。

所述感测模块224感测泵杆223运动情况时可采用，但不限于，加速度感测、光电感测、电学特征值感测的方式进行。在本实施方式中，所述感测模块224采用的是光电感测的方式。所述感测模块224包括挡片224a及至少一个第一光耦传感器224b。所述挡片224a经过第一光耦传感器224b的光感测路径时会阻挡所述第一光耦传感器224b部分感测光线的接收而引起第一光耦传感器224b输出信号的变化，所以根据所述第一光耦传感器224b输出信号的变化能够获得挡片224a与第一光耦传感器224b之间的相对运动情况。若将所述挡片224a与第一光耦传感器224b之间的相对运动与泵杆223的往复运动设置为对应关系则可以通过检测第一光耦传感器224b的输出信号来感测泵杆223往复运动的位置。所述挡片224a与第一光耦传感器224b之间的相对运动与泵杆223往复运动的对应关系可通过将挡片224a与第一光耦传感器224b分别设置在恒流泵22的一固定参考物与同步运动的传动机构222或泵杆223的其中之一上来建立。具体地，可以将所述挡片224a设置在传动机构222或泵杆223上，而将第一光耦传感器224b设置在固定不动的外壳226上。或者，将光耦传感器224a设置在传动机构222或泵杆223上而将挡片设置在固定不动的外壳226上。在本实施方式中，所述挡片224a设置在滑套222b上。所述第一光耦传感器224b设置在外壳226上所述挡片224a随泵杆223往复运动路径所经过的位置。

可以理解的是，在其他实施方式中，所述感测模块224可通过设置随泵杆223运动的加速度计来检测泵杆223往复运动的加速度，再运算推导出泵杆223的运动路程的加速度感测方式来感测泵杆223往复运动的位置情况。所述感测模块224还可以通过在泵杆223运动路程上设置电阻条并在泵杆223上设置与电阻条接触的触点来检测随泵杆223往复运动所接入的电阻值的变化量，从而实现利用电学特性感测方式来感测泵杆223往复运动的位置情况。

所述补偿控制模块225包括感测单元225a、计算单元225b及控制单元225c。上述模块225a-225c可以为内嵌在硬件或韧体上的逻辑关系集合，或者是用编程语言所编写的一系列存储在存储器或其他韧体中的程序。所述程序可由至少一处理器执行来实现特定的功能。

所述感测单元225a分别与第一光耦传感器224b及驱动器221相连接以获取所述泵杆223的位置感测信号及对应的泵杆223往复运动的行进步数。所述计算单元225b与感测单元225a相连接以根据所获取的泵杆223往复运动的位置感测信号及行进步数计算出泵杆223往复运动的回程差。所述控制单元225c与计算单元225b相连接，以根据所计算出来的泵杆223往复运动的回程差来控制驱动器221带动泵杆223补偿回程差。

所述感测单元225a所获取的位置感测信号的类型根据所述感测模块224的感测方式而定。在本实施方式中，所述感测模块224采用挡片224a配合第一光耦传感器224b来感测泵杆223往复运动的情况。所述第一光耦传感器224b包括发光部及耦合部，所述发光部发出感测光线，所述耦合部根据接收到的感测光线的强度发出对应的电信号，比如电压的高低。当挡片224a阻挡第一光耦传感器224b的光耦合时，所述第一光耦传感器224b发出的电压信号与挡片224a阻挡光耦合的程度相对应。在本实施方式中，当所述挡片224a完全阻断第一光耦传感器224b的光耦合时，所述第一光耦传感器224b输出高电压值。随着挡片224a移开使得第一光耦传感器224b耦合到部分光线而输出的电压逐渐降低，直至挡片224a完全移开时所述第一光耦传感器224b输出的电压达到最小值。

可以理解的是，所述第一光耦传感器224b也可以在被完全遮挡时输出电压最小值而在完全耦合光线时输出电压最大值，取决于所述感测模块224的电路设置。

所述感测单元225a在获取感测模块224的信号数据时还同步获取所述驱动器的运作情况，比如输出的运行步数，用于建立驱动器221步数与感测模块224所感测的信号数据之间的对应关系，因所述感测模块224所感测的信号数据与泵杆223的往复运动情况相对应，所以根据所获取的数据可以建立起驱动器221的运行步数与泵杆223往复运动之间的对应关系。

所述计算单元225b根据感测单元所获取的信号数据计算出泵杆223在往复运动的回程差。所述丝杠222a与滑套222b之间由于加工误差或机械磨损会出现丝杠222a转动而滑套222b未对应移动的情况，导致滑套222b所带动的泵杆223在往复运动过程中的位置与丝杠222a正反转动的步数无法准确对应而出现回程差，具体体现为如图5所示的泵杆223往程时所述第一光耦传感器224b的电压值随步数变化曲线b与泵杆223回程时所述第一光耦传感器224b的电压值随步数变化曲线a相互偏移而形成的滞回曲线。所述电压值随步数变化曲线b与电压值随步数变化曲线a之间沿横轴方向的偏移量即为所述回程差。在存在所述回程差的情况下，所述丝杠222a在驱动器221带动下正反转动相同步数时所述泵杆223无法回到起始位置，而需要驱动器221再带动丝杠222a继续转动回程差步数后才能将泵杆223带回起始位置从而保持泵杆223完整的往复运动过程来泵出预设的样本量。所述计算单元225b计算出往复运动过程中感测到的相同位置感测信号所对应的泵杆223的步数的差值做为回程差。因所述位置感测信号随步数变化的两条关系曲线为平移关系，所以取所述两条曲线位于位置感测信号最大值Vmax与位置感测信号最小值Vmin之间任意两个相同的位置感测信号值所计算出步数差均相等。在本实施方式中，所述计算单元225b取位置感测信号最大值Vmax与位置感测信号最小值Vmin的平均值Vmax+min/2所对应的步数来计算回程差。可以理解的是，所述位置感测信号可以是连续输出的变化值，也可以是离散的数值点。

在本实施方式中，所述第一光耦合传感器224b输出的是逐渐变化的模拟信号。可以理解的是，在其他实施方式中，所述第一光耦合传感器224b输出的是瞬变的数字信号，如图4所示，则所形成的滞回曲线为矩形，此时所述回程差为发生信号状态时所对应的步数的差值。

所述控制单元225c根据计算单元225b计算出来的回程差控制驱动器221带动泵杆223补偿行进回程差所对应的步数，以保持泵杆223泵出预设的恒定样本量。

所述分析模块30包括色谱柱31、检测器32和工作站33，分析模块30与所述传输模块20与监控模块40连接。所述色谱柱31可以为内部抛光的不锈钢柱管或塑料柱管，通过柱两端的接头分别与进样阀21及检测器32相连接。所述检测器32是用于连续监测被色谱柱31分离后的柱流出物组成和含量变化的装置以完成定性定量分析。所述的工作站33用于记录和处理色谱柱31分析的数据。

所述监控模块40包括柱前压力传感器41和背压调节器42，所述柱前压力传感器41设置在恒流泵22与进样阀21之间，用于监控后段管路的压力。所述背压调节器42用于调节管路内的流体压力。

第一实施方式所提供的恒流泵22通过设置与泵杆往复运动相对应的感测模块224来感测并计算出泵杆223往复运动过程中的回程差，从而对该泵杆223的回程差进行补偿，提高了恒流泵22泵出量的稳定性，有利于样本分析仪1的准确性和时效性。

第二实施方式：

如图3所示，本发明第二实施方式所提供的用于样本分析仪1的恒流泵12的结构与第一实施方式所提供的恒流泵22的结构基本相同，其区别在于：所述感测模块124包括挡片124a、第一光耦传感器124b及第二光耦传感器124c。所述第一光耦传感器124b及第二光耦传感器124c设置在恒流泵12的外壳126上。所述挡片124a设置在滑套122b上，所述第一光耦传感器124b及第二光耦传感器124c设置在挡片124a的运动路径上以使得所述挡片124a随滑套往复运动时分别经过所述第一光耦传感器124b及第二光耦传感器124c。所述挡片124a可以与第一光耦传感器124b或第二光耦传感器124c中的任意一个配合来检测泵杆123往复运动的回程差，检测原理与前述相同，在此不再赘述。

所述挡片124a、第一光耦传感器124b及第二光耦传感器124c三者的联动配合可以用于单步液量的测定，所述单步液量为驱动器121每转动一步时所述泵杆223泵出液体的体积量。具体地，所述第一光耦传感器124b与第二光耦传感器124c之间的距离S已知，而根据所述挡片124a分别经过第一光耦传感器124b和第二光耦传感器124c时所触发的信号来计算出泵杆223行进所述距离S所需要的步数。另外，根据泵杆223的直径计算出泵杆223行进距离S所泵出的流体量，再结合计算出来的泵杆223行进距离S所需要的步数，则可以计算出驱动器121每转动一次所泵出的流体量，通过泵杆223的滑套222b每步行走的距离乘以泵杆223的横截面积可确定所泵出液体的体积量。

第二实施方式所提供的双光耦传感器结构的恒流泵12不仅可计算出泵杆123的回程差进行补偿，还可以根据所述泵杆123的单步液量以及恒流泵12预设的恒定泵出量计算出所述泵杆往复运动的步数来准确控制泵杆123的往复运动，从而提高了恒流泵12的稳定性，有利于样本分析仪1样本分析的准确性和时效性。

下面结合应用于上述样本分析仪1的流量校准方法进一步说明本发明。

如图5所示，图5为本发明实施方式所提供的一种应用于上述恒流泵22的流量校准方法的方法流程图，本实施例中以光电感测方法为例说明该流量校准方法。所述流量校准方法包括如下步骤：

步骤S101，获取泵杆223的位置感测信号及对应的泵杆223往复运动的步数。所述泵杆223的往复运动使得所述挡片224a相对第一光耦传感器224b运动并在经过第一光耦传感器224b时阻挡第一光耦传感器224b而产生与泵杆223运动位置对应的位置感测信号。所述感测单元225a从第一光耦传感器224b处获取该位置感测信号，从驱动器221出获取对应的泵杆223行进步数。

步骤S102，计算相同位置感测信号值所对应的泵杆运动的步数差值作为泵杆往复运动的回程差。

所述丝杠222a与滑套222b之间由于加工误差或机械磨损会出现丝杠222a转动而滑套222b未对应移动的情况，导致滑套222b所带动的泵杆223在往复运动过程中的位置与丝杠222a正反转动的步数无法准确对应而出现回程差，具体体现为如图5所示的泵杆223往程时所述第一光耦传感器224b的电压值随步数变化曲线b与泵杆223回程时所述第一光耦传感器224b的电压值随步数变化曲线a相互偏移而形成的滞回曲线。所述电压值随步数变化曲线b与电压值随步数变化曲线a之间沿横轴方向的偏移量即为所述回程差。在存在所述回程差的情况下，所述丝杠222a在驱动器221带动下正反转动相同步数时所述泵杆223无法回到起始位置，而需要驱动器221再带动丝杠222a继续转动回程差步数后才能将泵杆223带回起始位置从而保持泵杆223完整的往复运动过程来泵出预设的样本量。所述计算单元225b计算出往复运动过程中感测到的相同位置感测信号所对应的泵杆223的步数的差值做为回程差。因所述位置感测信号随步数变化的两条关系曲线为平移关系，所以取所述两条曲线位于最大位置感测信号值Vmax与最小位置感测信号值Vmin之间任意两个相同的位置感测信号值所计算出步数差均相等。在本实施方式中，所述计算单元225b取最大位置感测信号值Vmax与最小位置感测信号值Vmin的平均值Vmax+min/2所对应的步数来计算回程差。可以理解的是，所述位置感测信号可以是连续输出的变化值，也可以是离散的数值点。

步骤S103，根据计算出来的回程差控制泵杆223补偿行进回程差所对应的步数。

所述用于样本分析仪1的恒流泵22以及应用于恒流泵22上的流量校准方法通过设置与泵杆往复运动相对应的感测模块224来感测并计算出泵杆223往复运动过程中的回程差，从而对该泵杆223的回程差进行补偿，提高了恒流泵22泵出量的稳定性，有利于样本分析仪1的准确性和时效性。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，故本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界。

Claims (12)

1.一种恒流泵，其包括泵杆、感测模块及补偿控制模块，所述感测模块的运动与所述泵杆的运动具有对应关系以感测所述泵杆的运动位置，所述补偿控制模块与感测模块及泵杆相连接以分别获取所感测的泵杆运动位置及对应的泵杆运行步数，根据所感测的泵杆运动位置及对应的泵杆运行步数计算出泵杆运动的回程差，并按照计算出来的回程差控制泵杆进行补偿运动的步数。

2.如权利要求1所述的恒流泵，其特征在于，所述感测模块包括至少一个光耦传感器及挡片，所述挡片相对光耦传感器运动并经过光耦传感器的光耦合路径，所述光耦传感器与挡片之间的相对运动与泵杆的自身运动保持一致，所述光耦传感器在挡片经过光耦合路径的过程中根据与挡片之间的相对位置关系输出对应变化的位置感测信号，所述补偿控制模块通过所述位置感测信号感测出泵杆运动的位置。

3.如权利要求2所述的恒流泵，其特征在于，还包括外壳及外壳内部安装的驱动器及传动机构，所述驱动器通过传动机构带动泵杆运动，所述补偿控制模块通过驱动器获取泵杆运动的步数，所述挡片设置随泵杆一起运动的传动机构上，所述光耦合传感器设置在固定不动的外壳上所述挡片随泵杆往复运动路径所经过的位置。

4.如权利要求3所述的恒流泵，其特征在于，所述补偿控制模块包括感测单元、计算单元、控制单元，所述感测单元分别与光耦传感器及驱动器相连接以获取所述泵杆的位置感测信号及对应的泵杆运动的行进步数，所述计算单元与感测单元相连接以根据所获取的泵杆运动的相同位置感测信号对应的泵杆行进步数计算出泵杆运动的回程差，所述控制单元与计算单元相连接，以根据所计算出来的泵杆运动的回程差来控制驱动器带动泵杆补偿回程差。

5.如权利要求4所述的恒流泵，其特征在于，所述计算单元取位置感测信号最大值与位置感测信号最小值的平均值所对应的泵杆行进步数来计算回程差。

6.如权利要求1所述的恒流泵，其特征在于，所述感测模块包括第一光耦传感器，第二光耦传感器及挡片，所述第一光耦传感器与所述第二光耦传感器相对固定设置，所述挡片沿第一光耦传感器及所述第二光耦传感器所在的路径运动并经过第一光耦传感器及第二光耦传感器的光耦合路径，所述第一光耦传感器及所述第二光耦传感器在挡片经过光耦合路径时根据与挡片之间的相对位置关系输出对应变化的位置感测信号。

7.如权利要求6所述的恒流泵，其特征在于，所述补偿控制模块包括感测单元、计算单元、控制单元，所述感测单元分别与第一光耦传感器、第二光耦传感器及驱动器相连接以获取所述泵杆的位置感测信号及对应的泵杆运动的行进步数，所述计算单元与感测单元相连接以根据所述挡片分别经过第一光耦传感器和第二光耦传感器时所触发的位置感测信号来计算出泵杆行进所述第一光耦传感器与第二光耦传感器间距所需要的步数，所述计算单元再根据泵杆的直径计算出泵杆行进所述第一光耦传感器与第二光耦传感器间距所泵出的流体量，再结合计算出来的泵杆步数，计算出恒流泵的单步液量。

8.如权利要求1所述的恒流泵，其特征在于，所述感测模块包括随所述泵杆运动的加速度计以获得所述泵杆往复运动的加速度，并根据所述加速度计算出所述泵杆的运动路程以获得所述泵杆的所述回程差。

9.如权利要求1所述的恒流泵，其特征在于，所述感测模块包括设置在所述泵杆运动路程上的电阻条，以及设置在所述泵杆上用于与所述电阻条接触的触点，以检测随所述泵杆往复运动所接入的电阻值的变化量，并根据所述电阻值的变化量计算出所述泵杆的运动路程以获得所述泵杆的所述回程差。

10.一种样本分析仪，包括样本模块、传输模块以及分析模块，所述传输模块连接样本模块以及分析模块，所述样本模块通过传输模块向分析模块提供待检测的样本，所述传输模块包括如权利要求1-9中任一项所述的恒流泵。

11.一种恒流泵流量校准方法，所述恒流泵包括泵杆及与泵杆具有对应运动关系的感测模块，所述感测模块感测所述泵杆的运动位置，包括步骤：

获取泵杆的位置感测信号及对应的泵杆运动的步数；

计算相同位置感测信号值所对应的泵杆运动的步数差值作为泵杆运动的回程差；以及

根据计算出来的回程差控制泵杆补偿行进回程差所对应的步数。

12.如权利要求11所述的恒流泵流量校准方法，其特征在于，所述感测泵杆位置的方法选自加速度感测、光电感测、电学特征值感测。

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