CN115219051B - 一种数字pcr仪温度测试装置及温度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字PCR仪温度测试装置及温度测试方法，属于温度测试技术领域，包括：支撑架；装配于支撑架上的若干测温单元；其中，所述支撑架设置有用于机械手抓取定位的卡槽；所述测温单元包括：壳体；位于壳体内的电池、电路板；设置于壳体内并从探针孔伸出壳体的弹性探针；设置于壳体内并伸出壳体表面的温敏探头；其中，所述温敏探头内设置至少一个温度传感器；其中，所述温度传感器与所述电路板相连接，所述电路板与所述弹性探针、所述电池连接。该测温单元以及数字PCR仪温度测试装置，分布式单点的测温单元具备无线自由组网实现任意数量以及任意测量间距的测试点；通过温敏探头与能使其运动的弹性机构相连接，使导热层与数字PCR仪紧密贴合。

Description

一种数字PCR仪温度测试装置及温度测试方法

技术领域

本发明属于温度测试技术领域，具体涉及数字PCR仪温度测试装置及温度测试方法。

背景技术

数字PCR即Digital PCR（dPCR)，是近年来迅速发展起来的一种定量分析技术，该技术结果判定不依赖于扩增曲线的循环阈值（Ct），不受扩增效率的影响，具有很好的准确度和重现性，并且可以实现绝对定量分析；数字PCR仪已经在核酸检测、鉴定等研究领域显示出巨大的技术优势和应用前景，数字PCR仪通过极限稀释将待测核酸均匀分散到相互分离的大量的微小反应单元中，每个反应单元中含有一个或零个待测核酸分子，经过PCR 反应后，采集终点荧光信号，基于泊松分布对核酸起始浓度进行绝对定量分析；PCR反应过程中利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链，低温，正常是60°C左右时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度72°C左右，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖的方向合成互补链，数字PCR仪通过重复该循环直至得到用于分析的足够拷贝数量，并进行检测和定量分析；温度控制的性能是数字PCR仪的重要技术指标，且对其进行测试和校准重要性日益突出；

国家质量监督检验检疫总局规定了对PCR仪测温的点位、温度示值误差、温度均匀度、升降温速率等要求，然而，数字PCR仪的在功能实现上有微滴式、芯片式和微孔式等多种形式，传统PCR仪的加热孔多为0.1ml或0.2ml 96孔板设计，针对传统PCR仪的测温装置多以整版式的温度校准板为主，温度校准板上配置有多个金属测温探头，探头在外形与0.1ml或0.2ml PCR反应板相类似，探头的前端一般为圆锥形，以便与加热孔紧密贴合；然而传统测温装置在数字PCR仪测量时存在如下问题：

1、数字PCR仪的加热面往往为金属平面，无圆锥孔的设计，传统PCR仪的测温探头无法与其紧密贴合，不能准确测温；

2、不同型号的数字PCR仪的加热金属平面尺寸相同，需要的测温点数也不相同，传统测温装置无法根据数字PCR仪的加热金属平面大小灵活配置测量探头；

3、测量时无法在紧闭空间进行；

4、无法实现独立工作以及作为使用配件将其组合为一个整体工作；

因此，针对传统PCR仪的温度测试校准装置无法满足数字PCR仪尤其是芯片式、微孔式的温度测试要求，特别是被测表面为非平面结构时，需研发一种新的数字PCR仪温度测试装置及温度测试方法来解决现有的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字PCR仪温度测试装置及温度测试方法，以解决被测表面为无圆锥孔结构时无法紧密贴合的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数字PCR仪温度测试装置，包括：

支撑架；

装配于支撑架上的若干测温单元；

其中，所述支撑架设置有用于机械手抓取定位的卡槽；

所述测温单元包括：

壳体；

位于壳体内的电池、电路板；

设置于壳体内并从探针孔伸出壳体的弹性探针；

设置于壳体内并伸出壳体表面的温敏探头；

其中，所述温敏探头内设置至少一个温度传感器；

其中，所述温度传感器与所述电路板相连接，所述电路板与所述弹性探针、所述电池相连接。

优选的，所述温敏探头设置有导热层，所述导热层与所述温度传感器相接触。

优选的，所述弹性探针配置为两个，分别连接于电路板，用于获取开关量信号。

优选的，所述弹性探针配置为两个，分别连接于电路板，用于数据传输；所述弹性探针包括探针接触部、固定在探针接触部下方的弹簧筒、活动套设于所述弹簧筒内的伸缩杆针，所述弹簧筒的长度大于伸缩杆针的长度，且所述伸缩杆针套设后其伸出所述弹簧筒的长度为弹簧筒长度的3/5；且所述伸缩杆针穿过壳体后的长度为所述伸缩杆针长度的7/10。

优选的，所述温敏探头与能使其运动的弹性机构相连接。

优选的，所述壳体包括第一壳体、与第一壳体匹配的第二壳体，所述第二壳体设置有探针孔，所述第二壳体的材质为非金属材料。

优选的，所述第二壳体设置有用于限位卡边的凸台；所述第二壳体的中心位置开设有测量孔，所述测量孔为圆形，所述温敏探头贯穿所述测量孔，且所述测量孔的上方设置有卡合部，所述卡合部与所述温敏探头相接触，所述温敏探头包括传温部、与传温部相连接的探头底座，所述探头底座为T型且内部为空心结构，其一端设置有开口，所述传温部从开口处镶嵌于所述探头底座内，所述探头底座与传温部的形状均为圆形，所述传温部镶嵌所述探头底座的深度为整个所述探头底座深度的4/5,且所述探头底座的最小处的外径与所述传温部最大处的外径相同。

优选的，所述电路板设置有用于将温度数据传输给上位机的无线收发电路。

优选的，所述温敏探头内设置万向贴合机构，所述万向贴合机构包括一端与导热层相连接的活动节点、连接在活动节点另一端的弹簧；

其中，所述导热层的材质为金属液态导热材料。

优选的，所述装置若配置12个测温单元时，则使用3×4排列；若配置9个测温单元时，则使用3×3排列。

本发明另提供一种数字PCR仪温度测试装置的测试方法包括以下步骤：

步骤1、根据数字PCR仪的尺寸，设置测温单元的数量，将测温单元卡设于支撑架的槽体中，联网测试，确认每个测温单元正常工作，判断LED灯的状态是否正确；

步骤2、将测试装置紧贴于数字PCR仪的被测面，导热层与被测面相接触，此时传温部受力发生位移使探头底座产生运动挤压弹性机构，弹性机构产生回弹力使传温部与被测面保持紧贴，若被测面无圆锥孔结构时，每个测温单元均与被测面紧贴；

步骤3、弹性探针与被测面相接触，被测面使两个弹性探针导通，产生开关信号，自动唤醒测温单元，测温单元的导热层将温度传递给温度传感器，温度传感器将温度信号发送给温度采集电路，所述温度采集电路将采集到的温度信号发送给MCU主控电路，所述MCU主控电路对采集到温度传感器的温度数据并对数据进行处理后，将温度数据保存于存储器件中，同时将温度数据通过无线收发电路发送给上位机。本发明的技术效果和优点：该数字PCR仪温度测试装置及温度测试方法，分布式单点的测温单元具备无线自由组网实现任意数量以及任意测量间距的测试点；通过温敏探头与能使其运动的弹性机构相连接，使导热层与数字PCR仪紧密贴合，通过4个探针实现支撑模块的作用，自动识别开始唤醒模块的功能，同时实现快速数据回传的作用；利用弹簧与转向节点解决接触板贴合角度问题；利用薄膜和液态金属与接触板结合解决热传导贴合问题；同时探头组合式的使用方式，支持多个组合使用，并且探头组合使用的可选配件，提高了温度的效率和测量的精度。

附图说明

图1为本发明测温单元的正面剖视图；

图2为本发明测温单元的左侧剖视图；

图3为本发明测温单元仰视图；

图4为本发明测温单元俯视图；

图5为本发明万向贴合机构结构示意图；

图6为本发明测温单元3×4排列工作示意图；

图7为本发明测温单元3×3排列工作示意图；

图8为本发明单独工作示意图；

图9为本发明数字PCR仪温度测试装置结构示意图；

图10为本发明数字PCR仪温度测试装置的测试方法流程图。

图中：110、第一壳体；120、第二壳体；121、测量孔；122、卡合部；130、螺柱；140、顶盖；200、电池；300、电路板；400、弹性探针；410、探针接触部；420、弹簧筒；430、伸缩杆针；500、温敏探头；510、温度传感器；600、弹性机构；150、凸台；700、LED；160、顶盖螺丝；520、导热层；530、活动节点；540、第二弹簧；550、探头底座；560、传温部；511、传感器引线；810、支撑架上盖；820、支撑架下壳；830、单头固定槽；840、固定扣槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供了如图1、图9中所示的一种数字PCR仪温度测试装置，包括：

支撑架；

装配于支撑架上的测温单元；每个测温单元主体部分尺寸与数字PCR仪的加热平面的大小相匹配，选用任意数量的测温单元放置于数字PCR仪的加热平面上，进行温度测试，所述支撑架包括支撑架上盖810、支撑架下壳820，支撑架下壳820内设置有单头固定槽830，在侧面开设有固定扣槽840；

其中，所述支撑架设置有用于机械手抓取定位的卡槽；

根据被测表面的大小，如图6、图7、图8所示，灵活选用1个或多个测温单元，均匀排布测温；每一个测温单元上都具备独立组网能力；针对不需要灵活布置独立测温单元的场景，设计了专用的配件，可以将多个测温单元均匀排布与配件中组合成一个整体，实现标准间距的测温需求，通过能将多个测温单元，本实施例中为12个测温单元，3×4排列，另外根据测温单元的不同，可以设置成多种排列方式，比如3×3；4×4通过整板式外固定架组合为一个整体的测试版，在整体测试板上包含两边四个固定扣槽，四个卡槽的作用为机械手抓取定位的卡槽。

测温单元包括：

壳体；所述壳体包括第一壳体110、与第一壳体110匹配的第二壳体120，所述第二壳体120设置有探针孔，所述第二壳体120的材质为非金属材料。本实施例中，第一壳体110为上壳体，第二壳体120为下壳体，上壳体和下壳体之间通过4个螺柱130进行固定；电路板300设置在上壳体和下壳体之间；电池200设置与电路板300上方，通过顶盖140固定，顶盖140通过顶盖螺丝160连接于第一壳体110；如图2所示；

如图3所示，所述第二壳体120设置有用于限位卡边的凸台150；所述第二壳体的中心位置开设有测量孔121，所述测量孔为圆形，所述温敏探头贯穿所述测量孔121，且所述测量孔121的上方设置有卡合部122，所述卡合部122与所述温敏探头相接触，所述温敏探头包括传温部560、与传温部560相连接的探头底座550，所述探头底座550为T型且内部为空心结构，其一端设置有开口，所述传温部560从开口处镶嵌于所述探头底座550内，所述探头底座550与传温部560的形状均为圆形，所述传温部560镶嵌所述探头底座550的深度为整个所述探头底座550深度的4/5,且所述探头底座550的最小处的外径与所述传温部560最大处的外径相同。

如图4所示，壳体上还设置有LED700指示灯，通过指示灯的颜色以及闪烁状态，可以判断出该测量单元的状态，能快速发现问题单元进行校准测量终止，减少不必要的无效数据采集；

位于壳体内的电池200、电路板300；所述电路板300设置有用于将温度数据传输给上位机的无线收发电路，本实施例中，电池200为高温电池，尺寸型号1220,1225,1632,2032等；

设置于壳体内并从探针孔伸出壳体的弹性探针400；值得注意的是，下壳体的四周均匀设置有4个探针孔，电路板300上设置有4个弹性金属探针，从探针孔穿过；所述弹性探针400配置为两个，分别连接于电路板300，用于获取开关量信号；一方面起结构上的支撑，提高测温单元工作时结构的稳定性，一方面用于设置电信号，典型地可设置为数据通讯信号、开关机信号，将其中两个探针作为开关量信号，由于测量的平板为导体，在将测温单元放在被测平板时就可以自动唤醒测温单元；所述弹性探针包括探针接触部410、固定在探针接触部410下方的弹簧筒420、活动套设于所述弹簧筒420内的伸缩杆针430，所述弹簧筒420的长度大于伸缩杆针430的长度，且所述伸缩杆针430套设后其伸出所述弹簧筒420的长度为弹簧筒420长度的3/5；且所述伸缩杆针430穿过壳体后的长度为所述伸缩杆针430长度的7/10。

设置于壳体内并伸出壳体表面的温敏探头500；所述温敏探头500与能使其运动的弹性机构600相连接，本实施例中，弹性机构600为弹簧，温敏探头500的顶部与电路板300之间通过弹簧连接，工作时在弹簧的弹性力作用下，确保金属导热层底部与被测表面紧密可靠接触。

其中，所述温敏探头500内设置至少一个温度传感器510；温度传感器510通过传感器引线511与电路板300相连接；

其中，所述温度传感器510与所述电路板300相连接，所述电路板300与所述弹性探针400、所述电池200相连接；所述温敏探头500设置有导热层520，所述导热层520与所述温度传感器510相接触；本实施例中，导热层520为金属导热层，较优地金属导热层底部为直径小于8mm金属平面，表面平整，金属导热层的内部为高精度的温度传感器510，用于感应经金属导热层传导过来的被测面温度；温敏探头500的顶部为用于固定金属导热层的结构件，上方直径较大，卡在下壳体中；下壳体采用耐高温非金属材料；

所述温敏探头500内设置万向贴合机构，所述万向贴合机构包括一端与导热层520相连接的活动节点530、连接在活动节点530另一端的第二弹簧540；

针对温敏探头500底部平面与被测平面之间不够平行的情况，为提高测温单元的温敏探头500跟被测表面的接触以确保两者之间良好的热传导性，在温敏探头500内部采用万向贴合机构，如图5所示，利用第二弹簧540下压的作用力，将贴合温度传感器510的接触板压向待测平面，活动节点530的结构能允许待测平面有一定的斜率还能将接触板平行贴合待测平面，在温敏探头500底部的接触面由包裹金属液态导热材料的弹性薄膜结构组成，在待测平板为不规则平面的时候，能在弹簧压力下增加接触面积，保证良好的热传导性；所述第二弹簧一端抵触于所述温敏探头的内壁，所述导热层与被测表面相触时，导热层受到的力量使活动节点产生位移，挤压所述第二弹簧，所述第二弹簧的回弹力使活动节点保持一定的支撑力，使所述活动节点随被测表面形状转动，贴合于被测表面；

其中，所述导热层520的材质为金属液态导热材料；

本装置在配置时，如图6所示，若配置为12个测温单元，则使用3×4排列；若配置为9个测温单元，则使用3×3排列；

电路板300上布置有温度采集电路、MCU主控电路、存储器件、无线收发电路、电源管理模块、外围设备，例如开关机按键、LED700指示灯，采用单独控制器采集，无线收发的方式，测试速度更快，安装方式更简洁；

温度采集部分采用高精度温度传感器510，主控MCU采集到温度传感器510的温度数据并对数据进行处理；

MCU电路使一颗MCU芯片及其外围电路组成，MCU芯片外围电路包括电源芯片、晶体振荡器；针对无线PCR仪温度校准一体机，该MCU芯片支持无线通讯协议，同时支持蓝牙或ZigBee协议，其外围器件须增加天线匹配电路及PCB板载天线，一体机的控制软件烧录在MCU芯片或外围Flash存储芯片中，并控制一体机的工作流程；

存储器件，一般为Flash存储芯片或EEPROM芯片，在MCU的控制下用作存储设备信息、校准数据、出厂信息、测试数据等数据；

无线收发电路主要支持无线收发功能的MCU芯片及其外围天线匹配电路、PCB板载天线组成，将采集到温度数据发送给上位机；

电源管理模块：主电源通过电源转换芯片，DC/DC芯片或LDO芯片转换成系统各个模块所需的电压，并支持根据需要开启或关闭某个模块的供电，提高电源管理的灵活性，尤其是提高一体机的低功耗管理能力；

本发明另提供一种数字PCR仪温度测试装置的测试方法，如图10所示，

包括以下步骤：

步骤1、根据数字PCR仪的尺寸，设置测温单元的数量，将测温单元卡设于支撑架的槽体中，联网测试，确认每个测温单元正常工作，判断LED灯的状态是否正确；

步骤2、将测试装置紧贴于数字PCR仪的被测面，导热层与被测面相接触，此时传温部受力发生位移使探头底座产生运动挤压弹性机构，弹性机构产生回弹力使传温部与被测面保持紧贴，若被测面无圆锥孔结构时，每个测温单元均与被测面紧贴；

步骤3、弹性探针与被测面相接触，被测面使两个弹性探针导通，产生开关信号，自动唤醒测温单元，测温单元的导热层将温度传递给温度传感器，温度传感器将温度信号发送给温度采集电路，所述温度采集电路将采集到的温度信号发送给MCU主控电路，所述MCU主控电路对采集到温度传感器的温度数据并对数据进行处理后，将温度数据保存于存储器件中，同时将温度数据通过无线收发电路发送给上位机。

实施例2

与实施例1中不同的是，所述弹性探针400配置为两个，分别连接于电路板300，用于数据传输，与上位机或接收器建立连接并启动数据传输，两个探针作为单向数据传输口，在需要将测量单位数据快速导出的时候，将其放在专用底座上即可高速传输测量数据，有效减少了等待数据传输的时间；

实施例3

与实施例1中不同的是，所述弹性探针400配置为两个，分别连接于电路板300，用于获取开关量信号；所述弹性探针400配置为两个，分别连接于电路板300，用于数据传输；一方面起结构上的支撑，提高测温单元工作时结构的稳定性，一方面用于设置电信号，典型地可设置为数据通讯信号、开关机信号，将其中两个探针作为开关量信号，由于测量的平板为导体，在将测温单元放在被测平板时就可以自动唤醒测温单元，与上位机或接收器建立连接并启动数据传输，两个探针作为单向数据传输口，在需要将测量单位数据快速导出的时候，将其放在专用底座上即可高速传输测量数据，有效减少了等待数据传输的时间。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种数字PCR仪温度测试装置，其特征在于：包括：

支撑架；

装配于支撑架上的若干测温单元；

其中，所述支撑架设置有用于机械手抓取定位的卡槽；

所述测温单元包括：

壳体；

位于壳体内的电池、电路板；

设置于壳体内并从探针孔伸出壳体的弹性探针；

设置于壳体内并伸出壳体表面的温敏探头；

其中，所述温敏探头内设置至少一个温度传感器；

其中，所述温度传感器与所述电路板相连接，所述电路板与所述弹性探针、所述电池相连接；

所述电路板设置有温度采集电路、MCU主控电路、存储器件、无线收发电路、电源管理模块，所述MCU主控电路包括MCU芯片及MCU芯片外围电路，所述MCU芯片外围电路包括电源芯片、晶体振荡器；

所述温度采集电路与所述MCU主控电路相连接，所述MCU主控电路采集到温度传感器的温度数据并对数据进行处理，且所述MCU主控电路还与存储器件、无线收发电路、电源管理模块相连接；所述弹性探针配置为两个，分别连接于电路板，用于数据传输；所述弹性探针包括探针接触部、固定在探针接触部下方的弹簧筒、活动套设于所述弹簧筒内的伸缩杆针，所述弹簧筒的长度大于伸缩杆针的长度，且所述伸缩杆针套设后其伸出所述弹簧筒的长度为弹簧筒长度的3/5；且所述伸缩杆针穿过壳体后的长度为所述伸缩杆针长度的7/10；所述温敏探头内设置万向贴合机构，所述万向贴合机构包括一端与导热层相连接的活动节点、连接在活动节点另一端的第二弹簧；所述第二弹簧一端抵触于所述温敏探头的内壁，所述温敏探头设置有导热层，所述导热层与所述温度传感器相接触，所述导热层与被测表面相触时，导热层受到的力量使活动节点产生位移，挤压所述第二弹簧，所述第二弹簧的回弹力使活动节点保持一定的支撑力，使所述活动节点随被测表面形状转动，贴合于被测表面；

其中，所述导热层的材质为金属液态导热材料。

2.根据权利要求1所述的一种数字PCR仪温度测试装置，其特征在于：所述弹性探针配置为两个，分别连接于电路板，用于获取开关量信号。

3.根据权利要求1所述的一种数字PCR仪温度测试装置，其特征在于：所述壳体包括第一壳体、与第一壳体匹配的第二壳体，所述第二壳体设置有探针孔，所述第二壳体的材质为非金属材料。

4.根据权利要求3所述的一种数字PCR仪温度测试装置，其特征在于：所述第二壳体设置有用于限位卡边的凸台；所述第二壳体的中心位置开设有测量孔，所述测量孔为圆形，所述温敏探头贯穿所述测量孔，且所述测量孔的上方设置有卡合部，所述卡合部与所述温敏探头相接触，所述温敏探头包括传温部、与传温部相连接的探头底座，所述探头底座为T型且内部为空心结构，其一端设置有开口，所述传温部从开口处镶嵌于所述探头底座内，所述探头底座与传温部的形状均为圆形，所述传温部镶嵌所述探头底座的深度为整个所述探头底座深度的4/5,且所述探头底座的最小处的外径与所述传温部最大处的外径相同。

5.根据权利要求1所述的一种数字PCR仪温度测试装置，其特征在于：所述装置若配置12个测温单元时，则使用3×4排列；若配置9个测温单元时，则使用3×3排列。

6.基于权利要求1-5中任意一项所述数字PCR仪温度测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、根据数字PCR仪的尺寸，设置测温单元的数量，将测温单元卡设于支撑架的槽体中，联网测试，确认每个测温单元正常工作，判断LED灯的状态是否正确；

步骤2、将测试装置紧贴于数字PCR仪的被测面，导热层与被测面相接触，此时传温部受力发生位移使探头底座产生运动挤压弹性机构，弹性机构产生回弹力使传温部与被测面保持紧贴，若被测面无圆锥孔结构时，每个测温单元均与被测面紧贴；

步骤3、弹性探针与被测面相接触，被测面使两个弹性探针导通，产生开关信号，自动唤醒测温单元，测温单元的导热层将温度传递给温度传感器，温度传感器将温度信号发送给温度采集电路，所述温度采集电路将采集到的温度信号发送给MCU主控电路，所述MCU主控电路采集到温度传感器的温度数据并对数据进行处理后，将温度数据保存于存储器件中，同时将温度数据通过无线收发电路发送给上位机。

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