CN113324620B - 一种液面探测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于进行液体取样的自动化分析设备，如生化分析设备、核酸检测设备、基因分析设备等的液面探测方法及装置。本发明通过将根据移液量计算确定的液面位置与实际检测的液面位置进行参照比对，确定并排除液体表面气泡的影响，从而提高液面探测的准确性。

Description

一种液面探测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种液面探测方法及装置，尤其涉及应用于进行液体取样的自动化分析设备，如生化分析设备、核酸检测设备、基因分析设备等的液面探测方法及装置。

背景技术

自动化核酸检测设备在进行核酸检测过程中，需要进行多次液体样本和试剂的移液与加液操作，移液与加液的精度直接影响到核酸检测结果的准确性。目前，通过电容检测确定液面位置，控制吸液头移动距离，进行移液和加液操作，能够避免吸液时因吸液头深入液体过多造成的液体吸附在吸液头外表面以及加液时吸液头与液面距离过大造成的液体滴溅，从而有效地避免移液误差和检测环境污染。

目前，基于电容检测的液面探测方法因实现方式简单，检测效率较高，在自动化核酸检测设备中得到普遍应用。同时，由于电容检测容易受液体表面气泡影响，导致无法准确识别液面位置，从而影响移液操作的自动化执行。常用的液面探测方法有电容检测法，对于电容检测法来说，实现方式简单，但由于在检测时，容易受到气泡的影响，导致无法准确识别液面位置的情况而造成误检，使得不能准确判断液面位置无法自动化进行提取，需要人为的干涉或者调整。

为了在液面检测时，不受到气泡的影响，也有压力探测法，压力探测法检查准确性较高，也可以有效避免气泡导致的误检，但实现方式相对复杂，无法普及；也有通过直接估算的方法，计算出液面的大致位置，从而可以在不进行液面探测时就直接下降到估算高度进行提取，但该方法容易受到人为因素的影响，从而导致误差较大，操作时也必须严格按照使用要求，无法灵活应对各种情况变化。

发明内容

为了解决在采用电容检测法探测液面位置时，由于液体表面气泡的影响导致误检的问题，本发明通过将根据移液量计算确定的液面位置与实际检测的液面位置进行参照比对，确定并排除液体表面气泡的影响，从而提高液面探测的准确性。

本发明提供一种液面探测方法，包括以下步骤：

S101、通过第一液位传感器检测容器中液体的第一液面高度；

S102、从所述容器中移出预设移液量的所述液体，根据所述移出液体的体积以及所述容器的尺寸参数，计算得到所述容器中液面的参考下降高度；

S103、通过第一液位传感器检测所述容器中液体的第二液面高度，根据所述第一液面高度，计算所述容器中液面的第一测量下降高度；

S104、计算所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值，判断所述第一差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

优选的，所述步骤S102之前，还包括：确定所述容器的尺寸参数，所述尺寸参数包括所述容器的底部形状和所述容器的横截面尺寸。

优选的，所述步骤S104，还包括：

当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，获取所述容器中液体的液面图像，对所述图像进行二值化处理，通过识别气泡边缘确定所述气泡的高度；

计算所述容器中液面的参考下降高度与所述容器中液面的第一测量下降高度与所述气泡高度之和的第二差值，判断所述第二差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度与所述气泡高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

优选的，所述步骤S104，还包括：

当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，通过第二液位传感器检测所述容器中液体的第三液面高度；根据所述第三液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

优选的，所述第一液位传感器为电容检测传感器，所述第二液位传感器为气压检测传感器。

本发明同时提供一种液面探测装置，包括：

检测模块，用于通过第一液位传感器检测容器中液体的第一液面高度；以及，通过所述第一液位传感器检测所述容器中液体的第二液面高度；

移液模块，用于从所述容器中移出预设移液量的所述液体；

计算模块，用于根据所述移出液体的体积以及所述容器的尺寸参数，计算得到所述容器中液面的参考下降高度；以及，根据所述第一液面高度和所述第二液面高度，计算得到所述容器中液面的第一测量下降高度；

判断模块，用于根据所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值，判断所述第一差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

优选的，还包括：参数确定模块，用于确定所述容器的尺寸参数，所述尺寸参数包括所述容器的底部形状和所述容器的横截面尺寸。

优选的，还包括：识别模块，用于当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，获取所述容器中液体的液面图像，对所述图像进行二值化处理，通过识别气泡边缘确定所述气泡的高度；

所述计算模块，还用于计算所述容器中液面的参考下降高度与所述容器中液面的第一测量下降高度与所述气泡高度之和的第二差值；以及，

所述判断模块，还用于判断所述第二差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度及所述气泡高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

优选的，所述检测模块还用于，当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，通过第二液位传感器检测所述容器中液体的第三液面高度；以及，

所述判断模块，还用于根据所述第三液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

优选的，所述第一液位传感器为电容检测传感器，所述第二液位传感器为气压检测传感器。

附图说明

图1为本发明实施例提供的液面探测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的液面探测方法的另一流程示意图；

图3为本发明实施例提供的液面探测装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的参数确定模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的底部为半球形试管的模型示意图；

图6为本发明实施例提供的底部为锥形的试管的模型示意图。

图中的附图标记为：1-容器容置部，2-容器容置槽，3-半圆夹持板，4-第一弹簧，5-卡槽，6-测量板，7-压力传感器，8-红外测距传感器，9-第二弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本实施例提供一种液面探测方法，如图1所示，包括以下步骤：

S101、通过第一液位传感器检测容器中液体的第一液面高度；S102、从所述容器中移出预设移液量的所述液体，根据所述移出液体的体积以及所述容器的尺寸参数，计算得到所述容器中液面的参考下降高度；S103、通过第一液位传感器检测所述容器中液体的第二液面高度，根据所述第一液面高度，计算所述容器中液面的第一测量下降高度；S104、计算所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值，判断所述第一差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

在上述技术方案中，第一液位传感器与可导电吸液头连接，当通过可导电吸液头检测到液面位置时，根据可导电吸液头的移动距离，确定当前容器中液体的第一液面高度，具体地，第一液位传感器为电容传感器。其中，第一液面高度可以为容器中液体的初始液面高度，即未进行移液操作前容器中液体的液面高度；也可以为经过一次或多次移液操作后，容器中液体的当前液面高度。

在上述技术方案中，步骤S102之前，还包括：确定所述容器的尺寸参数，所述尺寸参数包括所述容器的底部形状和所述容器的横截面尺寸。

在该技术方案中，在容器中移出预设移液量的液体后，以及根据该次移液移取的液体体积以及容置液体的容器的尺寸参数，计算得到容器中液面的参考下降高度；同样地，亦可以在根据预设移液量计算得到容器中液面的参考下降高度后，执行对应的移液操作，此处不做限定。其中，容器尺寸参数包括容器的底部形状和所述容器的横截面尺寸，具体地，以试管作为容置液体的容器时，容器尺寸参数包括试管的底部形状以及试管的内径。

在上述技术方案中，步骤S104，还包括：当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，获取所述容器中液体的液面图像，对所述图像进行二值化处理，通过识别气泡边缘确定所述气泡的高度；计算所述容器中液面的参考下降高度与所述容器中液面的第一测量下降高度与所述气泡高度之和的第二差值，判断所述第二差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度与所述气泡高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

在该技术方案中，当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，表明第一液位传感器检测到的第二液面高度处为气泡的上缘，未检测到实际的液面位置。此时，可以根据参考下降高度确定当前液面的高度，进行后续的移液操作；也可以通过摄像头获取所述容器中液体的液面图像，对所述图像进行二值化处理，通过识别气泡边缘确定所述气泡的高度。进一步地，计算容器中液面的参考下降高度与容器中液面的第一测量下降高度和所述气泡高度之和的第二差值，判断所述第二差值是否小于预设阈值，若是，根据第二液面高度与气泡高度，确定所述容器中液体的当前液面位置，即以第一测量下降高度与气泡高度之和为液面实际下降高度，确定容器中液体的当前液面位置。

实施例二

与上述实施例不同之处在于，步骤S104，还包括：当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，通过第二液位传感器检测所述容器中液体的第三液面高度；根据所述第三液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

在该技术方案中，如图2所示，当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，表明第一液位传感器检测到的第二液面高度处为气泡的上缘，未检测到实际的液面位置。此时，通过第二液位传感器对容器中当前液面位置进行检测，可以排除液体表面气泡的干扰，确定容器中液体的第三液面高度，即为所述容器中液体当前的实际液面位置，具体地，第二液位传感器为气压传感器。

实施例三

在上述实施例一或实施例二的基础上，步骤S104之后，还包括：根据容器中液体的当前液面位置、容器的尺寸参数以及预设的单次移液量，计算容器中液体可进行移液操作的剩余次数和/或可进行移液操作的剩余时间。

在该技术方案中，根据容器中液体的当前液面位置、容器的尺寸参数，计算容器中空置液体的体积，以及根据预设的单次移液量，计算确定容器中液体可进行移液操作的剩余次数和/或可进行移液操作的剩余时间。当所述容器中液体可进行移液操作的剩余次数和/或可进行移液操作的剩余时间小于预设阈值时，进行提示，或者进行容器更换，或者向容器中补充对应的液体。

实施例四

本实施例提供一种液面探测装置200，如图3所示，包括：检测模块201，用于通过第一液位传感器检测容器中液体的第一液面高度；以及，通过所述第一液位传感器检测所述容器中液体的第二液面高度；移液模块202，用于从所述容器中移出预设移液量的所述液体；计算模块203，用于根据所述移出液体的体积以及所述容器的尺寸参数，计算得到所述容器中液面的参考下降高度；以及，根据所述第一液面高度和所述第二液面高度，计算得到所述容器中液面的第一测量下降高度；判断模块204，用于根据所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值，判断所述第一差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

在上述技术方案中，液面探测装置200，还包括：参数确定模块205，用于确定所述容器的尺寸参数，所述尺寸参数包括所述容器的底部形状和所述容器的横截面尺寸。

在该技术方案中，如图4所示，参数确定模块205包括容器容置部1，容器容置部1上设置容器容置槽2，使用时将容器放置于容器容置槽2中。容器容置槽2内设置有半球形底部检测机构和锥形底部检测机构，通过半球形底部检测机构和锥形底部检测机构对放入容器容置槽的容器进行类型检测及尺寸参数测量。具体地，以如图5所示底部为半球形的试管作为容置液体的容器时，半球形底部检测机构包括半圆夹持板3，两个所述半圆夹持板3合围构成夹持容器的空间，半圆夹持板3与容器容置槽2的内壁通过第一弹簧4连接，第一弹簧4上设置有压力传感器。可以理解的是，两个半圆夹持板3合围形成的夹持空间为常规实验中所使用的容器大小，也可较常规实用的容器直径略小，从而形成对容器的夹持力；由于第一弹簧4的设置，可以使用直径较大的容器，满足多种规格容器的使用需求；通过第一弹簧4上的压力传感器，可以根据第一弹簧4所受到的压力不同，根据控制器中已预置的数据即可确定容器的半径大小，进而确定容器的尺寸参数；同样地，以如图6所示底部为锥形的试管作为容置液体的容器时，锥形底部检测机构包括测量板6，测量板6设置在卡槽5内，测量板6与卡槽5的内壁通过第二弹簧9连接，测量板6位于半圆夹持板3的下方；测量板6的端部为圆弧面，圆弧面的顶点处有压力传感器7，容器容置槽2的底部中间位置设置有红外测距传感器8。可以理解的是，当容器的底部为锥形时，将容器放入到容器容置槽2中后，由于锥形底的设置，使得容器在往下放置时，可以将测量板6向两侧推开，当测量板6圆弧面顶点处处于圆柱位后，压力值不再变化，以此确定锥形底的最高点；通过红外测距传感器8，可以测量红外测距传感器8距离锥形底的最低点的距离，从而确定锥形底的高度以及容器的半径大小，进而确定容器的尺寸参数。

在上述技术方案中，液面探测装置200，还包括：识别模块206，用于当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，获取所述容器中液体的液面图像，对所述图像进行二值化处理，通过识别气泡边缘确定所述气泡的高度；

计算模块203，还用于计算所述容器中液面的参考下降高度与所述容器中液面的第一测量下降高度与所述气泡高度之和的第二差值；以及，

判断模块204，还用于判断所述第二差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度及所述气泡高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

在上述技术方案中，检测模块201，还用于当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，通过第二液位传感器检测所述容器中液体的第三液面高度；以及，判断模块204，还用于根据所述第三液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置。

在上述技术方案中，第一液位传感器为电容检测传感器，第二液位传感器为气压检测传感器。

实施例五

在上述实施例四的基础上，计算模块203，还用于根据容器中液体的当前液面位置、容器的尺寸参数以及预设的单次移液量，计算容器中液体可进行移液操作的剩余次数和/或可进行移液操作的剩余时间。

在该技术方案中，计算模块203根据容器中液体的当前液面位置、容器的尺寸参数，计算容器中空置液体的体积，以及根据预设的单次移液量，计算确定容器中液体可进行移液操作的剩余次数和/或可进行移液操作的剩余时间。具体地，当所述容器中液体可进行移液操作的剩余次数和/或可进行移液操作的剩余时间小于预设阈值时，进行提示，或者进行容器更换，或者向容器中补充对应的液体。

上述实施方式是优选的实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种液面探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、通过第一液位传感器检测容器中液体的第一液面高度；

S102、从所述容器中移出预设移液量的所述液体，根据所述移出液体的体积以及所述容器的尺寸参数，计算得到所述容器中液面的参考下降高度；

S103、通过第一液位传感器检测所述容器中液体的第二液面高度，根据所述第一液面高度，计算所述容器中液面的第一测量下降高度；

S104、计算所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值，判断所述第一差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置；当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，获取所述容器中液体的液面图像，对所述图像进行二值化处理，通过识别气泡边缘确定所述气泡的高度；计算所述容器中液面的参考下降高度与所述容器中液面的第一测量下降高度与所述气泡高度之和的第二差值，判断所述第二差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度与所述气泡高度，确定所述容器中液体的当前液面位置；

或，当所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，通过第二液位传感器检测所述容器中液体的第三液面高度；根据所述第三液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置；所述第一液位传感器为电容检测传感器，所述第二液位传感器为气压检测传感器。

2.根据权利要求1所述的液面探测方法，其特征在于，所述步骤S102之前，还包括：确定所述容器的尺寸参数，所述尺寸参数包括所述容器的底部形状和所述容器的横截面尺寸。

3.一种液面探测装置，其特征在于，包括：

检测模块，用于通过第一液位传感器检测容器中液体的第一液面高度；以及，通过所述第一液位传感器检测所述容器中液体的第二液面高度；所述检测模块还用于，当所述容器中液面的参考下降高度与第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，通过第二液位传感器检测所述容器中液体的第三液面高度；

移液模块，用于从所述容器中移出预设移液量的所述液体；

计算模块，用于根据所述移出液体的体积以及所述容器的尺寸参数，计算得到所述容器中液面的参考下降高度；以及，根据所述第一液面高度和所述第二液面高度，计算得到所述容器中液面的第一测量下降高度；

判断模块，用于根据所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值，判断所述第一差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置；所述判断模块，还用于根据所述第三液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置；

所述第一液位传感器为电容检测传感器，所述第二液位传感器为气压检测传感器。

4.根据权利要求3所述的液面探测装置，其特征在于，还包括：

参数确定模块，用于确定所述容器的尺寸参数，所述尺寸参数包括所述容器的底部形状和所述容器的横截面尺寸。

5.一种液面探测装置，其特征在于，包括：

检测模块，用于通过第一液位传感器检测容器中液体的第一液面高度；以及，通过所述第一液位传感器检测所述容器中液体的第二液面高度；

移液模块，用于从所述容器中移出预设移液量的所述液体；

识别模块，用于当所述容器中液面的参考下降高度与第一测量下降高度的第一差值大于预设阈值时，获取所述容器中液体的液面图像，对所述图像进行二值化处理，通过识别气泡边缘确定所述气泡的高度；

计算模块，用于根据所述移出液体的体积以及所述容器的尺寸参数，计算得到所述容器中液面的参考下降高度；以及，根据所述第一液面高度和所述第二液面高度，计算得到所述容器中液面的第一测量下降高度；所述计算模块还用于计算所述容器中液面的参考下降高度与所述容器中液面的第一测量下降高度与所述气泡高度之和的第二差值；

判断模块，用于根据所述容器中液面的参考下降高度与所述第一测量下降高度的第一差值，判断所述第一差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度，确定所述容器中液体的当前液面位置；所述判断模块还用于判断所述第二差值是否小于预设阈值，若是，根据所述第二液面高度及所述气泡高度，确定所述容器中液体的当前液面位置；

所述第一液位传感器为电容检测传感器。

6.根据权利要求5所述的液面探测装置，其特征在于，还包括：

参数确定模块，用于确定所述容器的尺寸参数，所述尺寸参数包括所述容器的底部形状和所述容器的横截面尺寸。

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