CN116324422A - 多点滤波液体液位检测方法和装置 - Google Patents

多点滤波液体液位检测方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种检测容器的井中的液体的液位的方法。所述方法包括：查找容器的井中的所述液体的预期液体液位；测量并记录井中的所述液体的所测量的液体液位；基于待添加或移除的所述液体的预期量来改变井中的所述液体的液位；以及至少部分地基于多点滤波来计算下一个预期液体液位。提供了用于执行所述方法的装置，作为其他方面。

Description

多点滤波液体液位检测方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年10月7日提交的题为“MULTI-POINTFILTERING LIQUID LEVELDETECTION METHOD S AND APPARATUS”的第63/088,934号美国临时专利申请的权益，其公开内容出于所有目的通过引用被整体地并入。
技术领域
本发明总体上涉及被配置成确定与液体的抽吸(aspiration)(诸如，当从容器的井(well)中抽吸试剂液体时)相关联的液体液位(liquid level)的方法和装置。
背景技术
在诊断实验室内的用于测量从患者获得的体液的各种化学成分(诸如，全血、血清、血浆、间质液、脑脊液、尿等)的测试中，全自动分析器可以减少执行该分析所需的经训练的技术人员的数量，改进测试的准确性，并且降低每次测试的成本。
典型地，自动分析器包括自动抽吸和分配装置，该装置被配置成从容器的井中抽吸液体(例如，液体试剂)，并且将该液体分配到反应器皿(vessel)(例如，试管(cuvette))中。抽吸和分配装置典型地包括安装在机器人机构(诸如，机器人台架或机器人臂)上的移液管(在本文中以其他方式被称为“探针”)，以允许探针的所定义的运动并且执行抽吸和分配功能，从而允许液体(例如试剂)转移到反应器皿。可以使用分离的探针来进行样本和试剂的抽吸和分配操作，以便避免交叉污染。
在抽吸操作期间，可处于控制器的控制下的机器人机构可以将探针定位在试剂容器的井上方，并且然后使探针下降至井中，直到探针被部分地浸入在液体试剂中至期望的井深度。探针下降到井中的顶部液体表面之下的深度被称为“井深度(WD)”。然后激活泵或其他抽吸装置，以将试剂液体的一部分从容器吸入(draw in)(抽吸)到探针的内部中。然后，在探针中具有试剂液体的情况下使该探针从容器上升(缩回(retract))，使得试剂液体可以被转移到反应器皿以用于测试。
除了对井中的液体试剂的抽吸之外，可能还期望确定井中包含的试剂液体的顶部表面的位置。例如，知道液体试剂的顶部液体表面的位置可以帮助避免对空气的抽吸。同样，知道井中的液体试剂的顶部表面的位置可以帮助将探针定位在适当的井深度处。通常，顶部液体表面是通过使用其中嵌入有电容式传感器的探针来定位的。当液体表面被接触时，电信号中的改变由电容式测量电路来检测。然而，在一些实例中，测量可能是错误的。例如，液位检测偶尔会在顶部液体表面上方被触发，或者在一些实例中根本不触发。
因此，需要一种用于更准确地确定顶部液体表面的位置的方法和装置。
发明内容
试剂供应容器中的液体液位的检测被用于许多类型的诊断设备中，该诊断设备诸如临床化学分析器和免疫测定仪器(本文中均被称为“分析器”)。例如，液体液位检测可以用于检测井中的试剂液体的顶部表面液位。尽管本文中提供的示例涉及检测试剂容器的井中的试剂液体的液体表面，但是这种检测方法和装置也可以用于检测其他液体的液体液位(顶部表面位置)，该其他液体诸如工艺水(process water)(例如去离子水)、废液或者甚至是清洗液体(cleaning liquid)。
在一些实施例中，电容式液位检测系统用于确定液体液位，并且基于电容式液位检测系统在何处检测到表面液位来将探针定位在液体中。然而，如果电容式液位检测错误地激发(fire)，诸如在存在泡沫或静电荷的情况下激发，或者在它应当激发时未能激发，则这种电容式液位检测系统可能容易出错。在一些实施例中，通过使用体现在探针中的电容式传感器进行的液体液位检测可能具有不正确触发的发生，该探针耦合到机器人传送臂并且可由机器人传送臂移动。例如，引起探针运动的机器人的定位系统可能发生故障，诸如由于位置传感器错误、断线或其他组件故障。因此，测试可能被中止，并且可能地被重新调度，从而浪费了时间。此外，试剂容器(诸如包括多个井的试剂包)有时由于错误的液体液位读数而被错误地卸载，这可能导致对其中仍具有可用试剂的试剂包的丢弃。因此，这种错误的液体液位读数可能由于启动过早的试剂包更换而增加试剂成本。
检测传感器的准确性可以受许多附加因素所影响，这些附加因素包括硬件故障、环境条件、或容器中的异常。虽然电容式液位检测系统可能对于宽泛范围的应用是优选的，但是它们也可能容易受到这种影响。当被用于抽吸时，错误的液位检测信号可能导致探针处于用于正确抽吸的位置之外，从而导致液体的被转移体积中的不准确性，诸如由于抽吸空气或泡沫、或由于探针可能插入到井中太深所致的探针外表面被试剂液体过度污染。探针外部的这种过度污染在本文中被称为“遗留物(carryover)”。遗留物可能从探针滴落(drip)，但是通常会在分配试剂液体之前在分析器的冲洗站处从探针外部冲洗掉。
在一些情况下，液体液位不具有可预测性，即基本上是随机的。然而，在许多情况下，诸如在试剂容器内，液体液位基于其先前的表面液位位置历史而具有一些可预测性。在这些情况下，提供了一种改进的液位检测方法。该改进的液位检测方法使用井中的液体液位的历史知识、以及在一时间段内经由每次抽吸被移除的体积的估计，来确定在每次抽吸之前将遇到的预期液体液位。特别地，该方法使用实际测量的表面位置值以及多点滤波技术来确定当前液体液位。例如，多点滤波技术可以使用液体液位传感器的归一化液体液位输出以及比例控制作为反馈，以生成具有特定校正的下一个预期液体液位，从而基于液体表面的实际测量液位的测量结果和基于增益值的校正因子来校正预期液体液位。
在一些实施例中，这允许对液体液位传感器的实际液体液位输出读数进行滤波，使得虚假读数可以被检测到并最小化，从而最小化或防止错误的响应。在一些实施例中，可以提供预滤波器，该预滤波器在多点滤波器被应用之前清楚地移除离群的液体液位值(离群值)，从而进一步改进对不正确的液体液位传感器读数的弹性。
如果有时，该方法确定确实发生了错误信号或液体液位中的非预期改变(如通过监测实际液体液位所确定的)，则调整(例如，向下调整)由探针预期的下一个预期液体液位，以使得下一次抽吸有可能在液体内进行，从而允许正常的抽吸操作继续。在一些实施例中，可以采用校正极限，以便限制下一个液体液位从理论液体液位的调整(偏移(excursion))。
本公开的方法和装置实施例可以用于将试剂液体从试剂容器中抽吸出，但是本文中描述的方法和装置可以被采用，以用于检测和/或跟踪任何类型的容器中的液体液位，其中液位中的改变是半可预测的，诸如当液位改变基于测试中使用的液体的体积时。
因此，在第一实施例中，提供了一种检测井中的液体的液位的方法。所述方法包括：查找井中的所述液体的预期液体液位；将探针倾斜(ramp)到包含所述液体的井中至井深度；根据所述倾斜来测量并记录所述液体的所测量的液体液位；以及至少部分地基于多点滤波来计算下一个预期液体液位。
根据其他实施例，提供了一种液体液位检测装置。所述液体液位检测装置包括：液体液位传感器，其被配置成获得井中的液体的液体液位测量结果；以及处理器，其被配置成接收所述液体液位并且根据多点滤波模块来计算下一个预期液体液位。在一些实施例中，探针被配置成抽吸所述液体。
在又一个方法实施例中，提供了一种检测井中的液体的液位的方法。所述方法包括：查找容器的井中的液体的预期液体液位；测量并记录井中的所述液体的所测量的液体液位；基于待添加或移除的预期液体来改变井中的所述液体的液位，诸如基于测试来改变；以及至少部分地基于多点滤波来计算下一个预期液体液位。
通过说明多个示例实施例一—包括实施本发明的最佳模式，本公开的仍其他方面、特征和优点可以从以下详细说明中显而易见。本公开还可以能够有其他和不同的实施例，并且其若干细节可以在各种方面上被修改，所有这些都不脱离本公开的范围。因此，附图和描述本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。本公开将覆盖落入权利要求及其等同物的范围内的所有修改、等同物和替代物。
附图说明
参考结合以下附图取得的详细描述，将更好地理解本公开。附图不一定是按比例绘制的。本文中，相同的数字用于表示相同的元件。
图1图示了根据本公开的实施例的包括液体液位测量的抽吸装置的示意图。
图2图示了决策流程图，该决策流程图图示了根据本公开的实施例的检测容器的井中的液体的液体液位的方法。
图3A图示了决策流程图，该决策流程图图示了根据本公开的实施例的使用多点滤波和误差校正来计算下一个预期液位的方法。
图3B图示了流程图，该流程图图示了根据本公开的实施例的多点滤波的方法。
图4A-4D图示了数据标绘图，该数据标绘图图示了根据本公开的实施例的多点滤波的方法。
图5A图示了根据本公开的实施例的关于接续抽吸的液体液位的图形标绘图。
图5B图示了根据本公开的实施例的包括液体液位测量装置的抽吸装置的一部分的示意图，该液体液位测量装置被插入到大体积(bulk)试剂容器的井中。
图6图示了流程图，该流程图图示了根据实施例的检测井中的液体的顶部液体表面的位置的方法。
图7图示了另一个流程图，该另一个流程图图示了根据本公开的实施例的检测容器的井中的液体的液体液位的方法。
图8图示了另一个流程图，该另一个流程图图示了根据实施例的检测井中的液体的液位的方法。
具体实施方式
鉴于前述困难，存在对于准确地确定顶部液体表面位置(诸如，在对液体试剂的液体抽吸中)的未满足的需要，该液体抽吸被用作由分析器对生物性液体(生物液体)进行的分析的一部分，以确定生物液体中的分析物或其他感兴趣成分的存在和浓度。特别地，本文中描述的装置和方法可以具有用于在分析器中使用的实用性，所述分析器被配置成执行分析物测量、化验、免疫化验、或其他测试，在所述测试中，生物液体和液体试剂被抽吸和分配，并且在所述测试中，具有液体液位的准确量度是合期望的。
在一个方面，本公开的实施例提供了可以显著减少在确定液体(诸如试剂液体)容器中的顶部液体表面液位时的误差的方法和装置。特别地，本公开的实施例可以通过利用多点滤波器对归一化的液体液位读数进行滤波来准确地确定液体液位。尽管本公开利用了检测液体试剂的顶部液体表面的位置的示例，但是本公开也可以用于并且适用于准确地确定在分析器中使用的其他液体的位置，该其他液体诸如工艺水、必须被不时地清空的废物贮器中的废液、以及用于清洗移液管和/或试管的清洗溶液。
特别地，本文中的发明人已经发现，在包括抽吸泵、探针、以及用于移动探针的机器人装置的抽吸装置中，可能会出现错误的测量，该错误的测量然后会污染下一个液体表面液位，使得可能出现对顶部表面液位的不正确计算。例如，期望探针位于试剂液体的顶部表面以下几毫米(例如，2mm至6mm)，以便最小化带出物(carryout)。然而，如果所测量的液体液位是错误的，比如与实际位置相比被计算得太低，则探针将被命令潜入井中太深，并且带出物的量可能过多。此外，液体试剂可能由控制器命令被过早地移除。如果所计算的液体液位与实际位置相比太高，则探针可能会抽吸空气或泡沫。因此，为了在多次抽吸上的正确操作，并且为了确保充分使用井中的试剂，期望获得准确的液体液位记账(accounting)。
因此，根据实施例，本文中的方法和装置提供了液体液位检测的改进的准确性。本文中将参考图1-8来描述本方法和装置的实施例的这些和其他的方面和特征。
现在参考图1，图示了根据本公开的包括液位检测装置101的抽吸装置100的第一实施例。抽吸装置100可以包括任何合适的机器人102，该机器人102被配置成根据需要来移动探针104，以便抽吸液体，诸如液体试剂107R。液体试剂107R也可以由抽吸装置100来分配。机器人102被适配成执行探针104在一个或多个坐标方向(诸如X、Y(进入和离开纸张)和/或Z)上的运动。机器人102可以包括机器人构件105(例如，机器人臂、悬臂、框架等)，探针104可以被安装到机器人构件105以用于运动。可以是如所示出的机器人臂的机器人构件105可以通过旋转式致动器112的操作来关于固定轴112A摆动(swing)，以提供例如在X-Y平面上的水平运动能力。可选地或附加地，探针104沿着竖直Z轴的竖直运动可以通过合适的竖直致动器109的操作来赋予，该竖直致动器109诸如机器人102的线性致动器，该致动器可以耦合到探针104。竖直致动器109可以可操作以使探针104下降到容器107(例如，试剂容器)中以及上升离开容器107，该容器107具有一个或多个井107W，井107W包括液体试剂107R的体积，使得至少一些可以与样本容器108中包含的生物性液体样本108S一起被抽吸和转移到反应器皿113并且被分配到反应器皿113中。样本108S可以是血液、血清、血浆、脑液、脊髓液、间质液、尿等。可以抽吸和分配其他液体。附加地或可选地，可以提供诸如线性致动器之类的致动器106来赋予沿着X轴的运动。致动器106、109、112中的每一个可以在控制器115的位置控制模块114的控制下被适当地致动，以在一维、二维或三维空间中向探针104赋予期望运动。
致动器106、109、112中的每一个可以被配置且可操作，以将探针104从容器107移动到反应器皿113(例如，试管)。可以使用单独的探针(未示出)、或经历介入清洗的相同探针来从样本容器108中抽吸样本108S，并且将其分配到反应器皿113中。可以提供抽吸器装置100以将期望液体(例如，液体试剂107R)抽吸到探针104的内部中。所抽吸的体积可以高达约100uL，但是在一些实施例中可以小于约25μL。
抽吸器装置100可以包括泵122，诸如可以由合适的马达(未示出)驱动的活塞类型的泵。可以使用其他类型的泵。泵122被配置成使得液体试剂107R在预定时间段内以抽吸速率抽吸到探针104中，这产生了线134中的来自压力传感器130的压力信号。可由抽吸装置100实现的抽吸速率的范围在约20微升每秒与约500微升每秒之间。泵122可以通过柔性管125、诸如通过中空特氟隆管的部分或其他合适柔性导管而流体地耦合到探针104。柔性管125和探针104被填充有背衬液体(backing liquid)126(例如，净化水)以提供合适的液体背衬，从而能够生成适当的真空压力，以执行对液体(例如，液体试剂107R)到探针104的内部通道中的抽吸，以用于转移到反应器皿113。
控制器115的抽吸控制模块128可以被配置且可操作以控制泵122将期望量的液体(例如，液体试剂107R)吸入(例如，抽吸)到探针104的内部中。控制器115的抽吸控制模块128也可以控制由抽吸装置100执行的分配操作。抽吸装置100可以包括其他常规组件，诸如一个或多个阀、(一个或多个)蓄能器(accumulator)、分发器(distributor)、或其他液压组件(未示出)，以实现液体抽吸和分配。可以使用用于将液体抽吸到探针104中的任何合适的装置。例如，在例如美国专利7,867,769；7,634,378；7,477,997；7,186,378；7,150,190；和6,370,942中描述了可以使用的抽吸和分配系统。
根据实施例，对液体(例如，液体试剂107R)的抽吸的完整循环可以在少于约300ms内完成，或者在甚至少于约200ms内完成，或者在一些实施例中在甚至少于约100ms内完成。在一些实施例中，抽吸循环可以在约40ms与约200ms之间完成。可以使用其他抽吸持续时间。
根据一个或多个实施例，还可以使用抽吸验证模块129来验证液体抽吸的有效性。例如，抽吸验证模块129可以通过确定是否存在低粘度错误(low viscosity error)来确定在抽吸期间探针104中的空气的存在。如果进行了抽吸并且未满足某些预确立的压力参数，则登记低粘度错误。低粘度错误指示被抽吸的是空气而不是液体。在另一个示例中，抽吸验证模块129可以确定探针104中的堵塞或其他障碍物的存在。
更详细地，可以由压力传感器130来测量柔性管125中的抽吸压力。压力传感器130可操作且被配置以在线134中提供原始压力信号。压力传感器130可以位于沿着柔性管125的任何合适的位置处，或者邻近泵122或探针104。可以提供传感器调节来调节线134中的原始压力信号，如常规情况那样。该传感器调节可以包括例如合适的放大器、A/D转换器和合适的抗混叠滤波器。
根据本公开的实施例，如将参考图1和图2所解释的那样，抽吸装置100进一步包括液体液位检测模块131。液体液位检测模块131被配置成准确地确定井107W中的液体试剂107R的顶部液体表面107T的液位。液体液位检测模块131可以包括液体液位传感器。液体液位传感器133可以是例如与探针104成一体的电容式传感器，使得当探针尖端接触液体试剂107R的顶部液体表面107T时，电信号被生成，该电信号由线135来承载并且由液体液位检测模块131的液体液位电路136(例如，电容式液位电路)来辨别。在例如US4,977,786、US5,550,059、US7,150,190和US9,863,905中描述了电容式液体液位传感器和电容式液位电路。然而，应当认识到，可以使用其他类型的液体液位传感器和液体液位电路，诸如光学传感器、超声传感器、电导率或电阻传感器等。
液体液位检测模块131进一步包括多点液体液位滤波器模块138。多点液体液位滤波器模块138可以包括方法200，该方法200从存储器140取得多个液体液位读数并处理它们，诸如在控制器115的处理器142中处理它们。例如，在一些实施例中，可以使用当前测量的液体液位值和两个或更多个先前获得的液体液位测量结果。特别地，多点液体液位滤波器模块138可以包括数字滤波器，其中该滤波在控制器115内的软件中发生。
现在将参考图2来描述由多点液体液位滤波器模块138执行的操作和滤波，图2图示了当确定包含液体试剂107R的井107W的液体液位时根据方法200进行的各种动作的流程图。方法200在控制器115确定将发生从井107W的抽吸时启动，诸如在分析器处的有序测试的启动时，该分析器具有为了在其处测试而接收到的样本。从框202处的抽吸序列的开始，方法200可以在框204处确定该抽吸是否是首次抽吸。如果答案为是，则假设该井是满的，并且在框206中，将预期井液位(与顶部液体表面位置同义)指派为理论井液位。理论液体液位是特定试剂107R从工厂所包含的液位，即工厂填充液位。该值通常被相对严格地控制。
根据方法200，如果框204处的答案为否，则在框208中，将预期井液位指派为最后的(1ast)预期井液位，该最后的预期井液位在根据方法200的滤波之后被存储在存储器140中。因此，在“是”或“否”的任一种情况下，都提供下一个预期井液位，其要么是理论井液位，要么是最后的预期井液位。接下来，在框210中，通过机器人102的动作将探针104倾斜到井深度WD。在操作中，在抽吸期间，机器人102可以将探针104定位在容器107上方，并且使探针104下降。在位置控制模块114的控制下，通过竖直致动器109的动作，可以产生到容器107中的下降，直到探针104到达其中的期望井深度WD。
当处于井深度WD时，方法200可以可选地测试以查看井107W是否是空的。例如，空的被确定为在容器107底部上方几毫米的预期液位。因此，在框212中，方法200确定井107W是否是空的。如果井107W是空的(是)，则在框214中，可以向操作者发出空错误，使得可以开始从新的井107W的抽吸或者可以更换容器107。如果井不是空的(否)，则在框216中，测量并记录实际液体液位。实际液体液位是在探针104向下倾斜时所测量的液体液位。例如，在探针104接触顶部液体表面107S时，液体液位电路136检测到改变，诸如来自液体液位传感器133的电容中的改变。该液位作为实际液体液位被记录在存储器140中。
接下来，在框218中，将液体试剂107R的体积抽吸到探针104中，以用于执行该测试。抽吸器装置100可以经由来自抽吸控制模块128的信号被操作，以将用于特定测试的液体试剂107R的预定体积吸出(drawoff)到探针104的内部通道中。在泵122被操作时，容器107中的液体试剂107R的液位试图被拉下去(draw down)(抽吸)。当如抽吸控制模块128所测量的那样确定了液体107R的期望体积已经被容纳在探针104内时，泵122可以停止，使得不发生对液体试剂107R的进一步抽吸。这可以由驱动泵122的马达上的合适的反馈传感器(未示出)来确定，并且因此提供了关于泵122的位置的反馈。可以提供任何合适的位置反馈。
可选地，在框220中，可以合期望的是，进一步确定抽吸是否已经成功，诸如通过执行抽吸品质验证。在抽吸过程期间，可以经由压力传感器130来测量线134中的代表性原始抽吸压力(例如，所测量的抽吸压力)。线134中的该原始测量压力可以由抽吸验证模块129来转换(A/D)、调节和滤波，以提供经调节的压力信号。通过检查该经调节的压力信号，有可能准确地确定抽吸品质，并且特别是准确地确定空气是否已经被抽吸。抽吸验证可以通过任何已知的方法来完成，诸如在US7,477,997、US7,867,789、US7,926,325、US2015/0276534和US2016/0258972中描述的那些方法。
例如，在一些实施例中，为了在框220中验证抽吸的有效性(例如，品质)，在关于该抽吸的经调节的压力轨迹的评估点处比较经调节的压力信号。在期望评估点处，将经调节的压力信号与预确立的阈值进行比较。如果经调节的压力信号高于预确立的阈值，则抽吸可以被认为是成功的。如果经调节的压力信号具有的值低于预确立的阈值，则抽吸可以被认为是不成功或不完全的。这可能预示着一些空气被抽吸。
再次参考图2，在框218中的抽吸之后，抽吸装置100在框222中寻找液体液位感测转变(transition)(LLS转变)。在框222中确定是否存在LLS转变涉及由图1的液体液位检测模块131的液体液位电路136来检查线135中的信号。例如，在探针104被降低时，由液体液位电路136感测到的高于预定义电压值的电压尖峰可以指示LLS转变存在的正面肯定(是)。如果在框222中没有检测到LLS转变(否)，则使用来自框220的抽吸品质验证，然后在框224中确定低粘度是否已经发生。框224中的低粘度意味着粘度远低于预期粘度，诸如线134中的低于预期值、诸如低于预定阈值的压力读数。框224中的低粘度的指示(是)指示不仅没有检测到LLS转变，而且空气有可能被抽吸。在该实例中，在框226中，中止该测试，并且在框230中，将下一个预期液体液位指派为被存储在存储器140中的当前预期液位减去ΔH。在这种情况下，ΔH是基于当前进行的测试所需的试剂液体107L的理论量的液体液位高度中的理论改变。
如果在框222中没有找到LLS转变并且在框224中没有检测到低粘度，则假定抽吸已经发生，但是液体液位传感器133或液体液位电路136或线135已经故障。在这种情况下，在框228中，可以将LL感测事件计入日志作为错误。然而，在这种情况下，使得校正为0，并且在框232中基于多点滤波来计算下一个预期液体液位，如图3中充分描述的那样。在框232中基于多点滤波计算了下一个预期液体液位之后，在框234中，将下一个预期液体液位记录在存储器140中。方法200然后在框208处针对新测试的下一个抽吸而继续。
现在将参考图3来描述由方法200所采用的框232的多点滤波的细节。首先，在框336中，从存储器140获得实际测量的液体液位。该所测量的液体液位是在框216(图2)中根据框210中的至井深度WD的倾斜被记录的。当液体表面检测模块131的液体液位传感器133和液体液位电路136感测到液体试剂107R的顶部液体表面107S时，来自位置控制模块114的探针104的探针尖端的位置被先前地记录。
接下来，可选地，可以应用预滤波以确定实际测量的液体液位是否有意义。框338中的预滤波包括：在应用多点滤波之前进行预滤波以移除离群值。特别地，在框338中，确定所测量的液体液位是否在框340中设定的预确立的预滤波器窗口内。如图5A中最佳示出的，预滤波器窗口可以在框340中被确立和设定，作为在所测量的LLn值上方的预设+Y值。可选地，该预设值可以例如通过将关于针对该井107W的先前抽吸的以ΔH的所有理论改变进行求和并且允许其附近的+/-公差来提供。可以使用用于在框340中预设预滤波器窗口的其他手段。如果在框338中发现所测量的液体液位n不在框340中设定的预滤波器窗口(否)中，则在框342中指派零校正，这将在本文中稍后描述。如果在框338中确定所测量的液体液位n在框340中设定的预滤波器窗口中(是)，则在框344中使用多点滤波来对所测量的液体液位n进行滤波。
将关于本文的图4A-4D来进一步描述框344中的多点滤波。液体液位在本文中将被缩写为LL。同样，多个液体液位在本文中将被缩写为LL。特别地，图4A图示了以点线轨迹440的井107W的理论LL值以及以实线轨迹442的关于一系列测试的井107W的实际测量LL值两者。图4B图示了以点线轨迹440N示出的井107W中的归一化理论LL值的数据集。同样，关于多个测试的井107W的归一化测量LL数据被示出为实线轨迹442N。示出了整个数据集。然而，该方法在逐点的基础上计算针对每个新测试数据点的归一化LL。根据归一化等式针对每个测试n对LL值进行归一化，该归一化等式如下：
归一化LLn＝所测量的LLn-理论LLn
图4C图示了点线轨迹440NF，其示出了关于一系列测试的经归一化和滤波的理论液体液位。图4C还图示了已经针对一系列测试被归一化和滤波的实际测量值的经归一化和滤波的数据集的实线轨迹442NF。
更详细地，测试数据的多点滤波在图3B中最佳地示出。如图3B中所示，框344的多点滤波涉及首先根据上面的等式在框346中针对测试n来归一化所测量的LL。针对每个测试的理论LL的流水统计(running tally)可以被维持在存储器140中。接下来，在框348中，计算经归一化、经滤波的LLn。经归一化、经滤波的LLn可以基于经归一化的数据点n和多个先前m-1个经归一化的数据点，使得m是3个或更多个、10个或更多个、15个或更多个经归一化的所测量的LL数据点。m个数据点可以连同点n一起被连续地获得。在一些实施例中，多点滤波器是中值滤波器。特别地，中值滤波器不是直接使用n值，而是使用包括最新n值在内的所有先前m个经归一化的液体液位测量结果的中值，作为新的中值。该新的中值是如图4C中所示的经归一化、经滤波的LL值。因此，有效地，该滤波最小化了错误的LL测量结果的影响。如所示出，数据点n处于来自先前测试的中间数据点集合的末端处。包括数据点的m个数据点的中值被示出为固定数量m个数据点的集合，其中m可以通过经验来设定。在一些实施例中，m可以在例如3至40的范围内，或者甚至在5与20之间。在一些实施例中，不是使用中值滤波器，而是可以使用模式滤波器，其中使用m个数据点的模式值，或者可以使用平均值滤波器，其中可以使用m个数据点的平均值，尽管中值滤波器是最期望的。
接下来，在框350中，对经归一化、经滤波的LLn进行去归一化，以获得经滤波的LLn值。去归一化是根据下面的等式来进行的：
经滤波的LLn＝经滤波、经归一化的LLn+理论LLn
图4D图示了通过将理论值加回而得到的去归一化数据。因此，点线轨迹440F图示了关于一系列测试的井107W的去归一化的理论LL。类似地，实线轨迹442F图示了关于一系列测试的井107W的去归一化且经滤波的所测量的LL。
再次参考图3A，在框344中完成多点滤波之后，该方法可以在框352中确定误差。确定误差可以被计算如下：
误差＝FLLn-预期LLn
一旦确定了误差，则可以在框354中确定要应用的误差校正。误差校正可以被确定如下：
误差校正＝增益x误差
增益可以是通过实验确定的常数值。例如，增益可以具有0.05至1.5的值，或者甚至从0.05至0.5的值。如果被应用于显著不同的容器系统、诸如当监测大体积容器中的液位时，中值滤波器中的点的数量以及增益两者可以在上述范围之外变化，因为它们是数据点的数量关于液位改变速率的函数。
接下来，计算下一个预期LLn+1值。下一个预期LLn+1可以被计算如下：
下一个预期LLn+1＝预期LLn-(测试LL改变+带出物LL改变)+误差校正
因此，下一个预期LLn+1值可以至少部分地基于多点滤波，但是附加地还可以基于误差校正。测试LL改变基于LL的降低，该降低基于针对测试n被抽吸的液体试剂107R的体积。在一般意义上的带出物是针对LL中的预期损失的记账，该预期损失诸如是由于探针104上的试剂带出物、或甚至由于蒸发所致的LL中的损失。在探针带出物的情况下，带出物LL改变(带出物)基于由于在探针104的外侧上的液体试剂107R带出物所致的LL中的改变量，该改变量可以是基于将探针104移动到井深度WD(见图1)、抽取(withdraw)并清洗多次并且然后确定每次抽吸的平均带出物而通过实验确定的设定值。蒸发带出物也可以通过实验来设定。因此，在一些实施例中，带出物可以包括试剂带出物和/或蒸发带出物两者。因此，计算下一个期望LLn+1值可以考虑带出物。
一旦下一个预期LLn+1值被计算出，就可以在框358中对照调整极限(limit)来测试下一个预期LLn+1值。调整极限440L可以被设定为在理论值440F下方Xmm(例如，下方5-10mm)的针对n的值，如图4D中所示。因此，在框358中，如果下一个预期LLn+1小于调整极限440L(是)，则在框360中将下一个预期LLn+1设定为针对n+1等于该调整极限。然后在图2的框234中记录该极限值。替代地，如果在框358中，下一个预期LLn+1不小于调整极限440L(否)，则在图2的框234中记录下一个预期LLn+1。出于说明的目的，在图3A中复制了框234。
图5A以图形方式图示了关于接续抽吸的LL的标绘图570，并且图示了当遇到某些异常时会发生什么。如可以看出的，实际测量值571被示出为菱形。经归一化、经中值滤波的轨迹542被示出为实线。示出了具有预滤波器极限的上部预滤波器572，该预滤波器极限可以基于经验被设定为例如在针对该测试的经归一化且经滤波的LL值上方+Y处的值。因此，如LL值574这样的点被中值滤波器所忽略，并且预期LL通过ΔH加上带出物被简单地向下调整。上部预滤波器572减轻了严重的LL感测噪声或由于将预期LL从液体试剂107R拖出所致的泡沫。
尽管图5A中示出了预滤波器极限的单个上部液位被设定在+Y处，但是上部预滤波器572可以具有多个预滤波器极限液位，诸如在580处开始通入(access)井107W之后，允许针对多个抽吸的预滤波器极限的更宽的+Y范围，以允许井107W中的更大的填充变化量。类似地，在已经由于空气抽吸而做出调整(如在点582处)之后，可以针对多个抽吸允许更宽的预滤波器极限值+Y。因此，上部预滤波器572包括可以基于容器107的状态被调整的预滤波器极限。例如，容器的状态可以是满的，例如，当容器107初始地被通入时，或者容器的状态可以是使得空气恰好被抽吸，如在点582之后。可以在井107W的底部上方的预设位置处设定附加的预滤波器极限(未示出)。
附加地，示出了下部归一化调整极限578，其防止了虚假压力误差将探针104推得太深。经归一化的预期LL的任何值都不能够越过该归一化调整极限578。该调整极限可以被设定为任何合期望的液位X，其中X可以是例如5mm至10mm。
如从点580处的测试开始可以看出的，不存在先前测量的LL值，所以预期LL和理论归一化值是相同的。在一些实施例中，中值滤波器可以被预填入有足以填充大约一半滤波器的零(例如，对于15点中值滤波器，是8个零)。然后，中值滤波器将不会起作用，直到第个9点，并且然后中值滤波器可以开始操作并调整预期的经滤波的LL值542。当然，中值滤波器可以被加载有更少的零，从而使中值滤波器以少量抽吸开始做出响应。然而，这是以更少的噪声抑制能力为代价的。可选地，可以在中值滤波器中预填入更多的零，使得滤波器将在更大数量的抽吸之后做出响应，并且将在抑制噪声方面更好。
还在LL测量结果582处示出了说明空气抽吸的事件。当空气抽吸被确定时，探针104在下一次抽吸时以X/2或其他合适的值向下调整到新位置，使得探针104的尖端在LL下方大约X/2处。而且，预滤波器值572被重置，诸如重置为在经归一化、经滤波的LL上方Y处的值。同样，预期LL和理论LL是相同的，直到3个数据点(LL测量结果)被包括在中值滤波器中，在此之后，中值滤波可以开始调整下一个预期L。
图5B图示了包括液体液位测量装置和液体液位传感器133的抽吸装置100的一部分的示意图，该液体液位测量装置和液体液位传感器133被插入到大体积容器507的井507W中。具有略微修改的本文中描述的方法200同等地适用于准确测量大体积容器507中包含的大体积液体507B的液体液位。方法800可以抑制由于大体积液体507B上的波动或飞溅所致的误差，该波动或飞溅是由于液体运动或振动所致。此外，本文中在图8中描述的方法800同等地适用于准确测量工艺水容器中的工艺液体(例如，去离子水)、清洗液体容器中的清洗液体、废物容器中的废液、或具有改变的(例如，减少或增加的)液体液位的任何其他容器的液体液位，无论它是否被探针104通入和抽吸或者通过探针104被分配。在这些示例中，方法800可以抑制由于大体积液体507B上的波动或飞溅所致的误差，该波动或飞溅是由于诸如当阀509被打开或关闭时或者当废液被倒入时液体的进入或离开所致。
现在参考图6，图示了本公开的一种宽泛方法。方法600包括：在602中，查找井(例如，井107W、507W)中的液体(例如，液体试剂107R)的预期液体液位。如果该测试是首次测试，则液位是理论LL。在取得至少三个读数之后，则预期LL是存储在存储器140中的经滤波的LLn+1。方法600进一步包括：在框604中，将探针(例如，探针104)倾斜到包含该液体(例如，液体试剂107R)的井(例如，井107W、507W)中至井深度(WD)。方法600包括：在框606中，根据该倾斜来测量并记录该液体(例如，液体试剂107R)的所测量的液体液位(例如，所测量的LLn)；以及在框608中，至少部分地基于多点滤波来计算下一个预期液体液位(例如，下一个预期LLn+1)。然而，该计算也可以包括误差校正，即多点滤波和误差校正的组合。多点滤波在图3B中被描述。参考图3A示出并描述了多点滤波和误差校正的组合。在一些实施例中，方法600包括：在框610中，抽吸该液体的体积以用于测试，以及在框612中，将该液体的体积分配到反应器皿(例如，反应器皿113)中。
在一些实施例中，诸如在使用大体积容器507的示例中，如图5B中所示，大体积液体507B可以在不使用探针104的情况下被添加到大体积容器507或者从大体积容器507中减去。例如，大体积液体507B可以通过在大体积容器507的侧面或底部中形成的固定端口或者通过喷口(spout)开口被添加或减去。例如，具有阀的固定端口被示出为点线，因为阀509可以用于从大体积容器507中抽取大体积液体507B以便被使用，诸如在测试中使用。同样，可以添加来自刚完成的测试的废液。此外，清洗溶液可以例如利用阀509被抽取，并且被用于例如测试中。使用包括多点滤波的方法，可以更准确地统计大体积容器507中的这种液体液位。
在该示例中，将包括LL传感器，以检测顶部液体表面的液体液位LL。可以使用任何合适的LL传感器。LL传感器可以是固定的感测器件，诸如传感器杆(sensor stalk)上的浮子、电容式传感器、或者甚至是测量重量的精密秤，该重量可以被测量和转换以获得所测量的LL。在这种情况下，体重秤将也被视为LL传感器。本方法700、800可以用于更准确地确定下一个预期液体液位(例如，下一个预期LLn+1)，并且因此提供更准确的随时间的液体液位估计。
现在参考图7，提供了检测容器(例如，大体积容器507)的井507W中的液体(例如，工艺液体、清洗液体或废液)的液位的方法700。方法700与图2中描述的方法200相同，除了非必要的方面被移除，并且该液体是通过分配到喷口中或者通过位于大体积容器507的侧面或底部中的端口进行添加或移除而被移除或添加的。与图2相比，除了框718之外，相同的数字被用于相同的框，框718要求改变具有预期液位改变的井中的液体的液位，诸如基于测试，而不是利用探针104进行抽吸。
因此，在宽泛意义上，如图8中所示，该方法包括：在框802中，查找容器(例如，大体积容器507)的井(例如，井507W)中的液体(例如，大体积液体507B)的预期液体液位(例如，预期LL)。方法800包括：在框804中，测量并记录井(例如，井507W)中的液体(例如，大体积液体507B)的所测量的液体液位。根据方法800，框806包括：基于待添加或移除的预期液体来改变井中的液体的液位。待添加或移除的液体的预期量可以基于测试的要求。例如，该测试可能需要所定义的量或工艺液体用于测试。同样地，如果液体是清洗液体，则所定义的量的清洗液体可以用于清洗操作。如果液体是废液，则对于每次测试，可能存在所定义的体积的废液，该废液是被添加到井507W的预期量的废液。该测试可以是对如本文中描述的生物液体的测试，并且大体积液体507B以所定义的量在该测试中使用。因此，如果大体积液体507B是工艺液体或清洗液体，则针对每次测试，需要使用所定义的目标体积。如在先前的方法中那样，方法800涉及：在框808中，至少部分地基于多点滤波来计算下一个预期液体液位(例如，下一个预期LLn+1)，该多点滤波在图3B中被描述。除了多点滤波之外，还可以使用误差校正，如图3A的框352至356中所示。也可以使用预滤波器窗口以及调整极限，分别如框340、338和342以及框358和360中所示。
在已经示出了一些示例性实施例的情况下，本领域技术人员将认识到，仍在本公开范围内的许多变型是可能的。因此，所意图的是限制本公开，这仅由权利要求及其等同物的范围所指示。

Claims (21)

1.一种检测井中的液体的液位的方法，包括：
查找井中的所述液体的预期液体液位；
将探针倾斜到包含所述液体的井中至井深度；
根据所述倾斜来测量并记录所述液体的所测量的液体液位；以及
至少部分地基于多点滤波来计算下一个预期液体液位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述下一个预期液体液位的计算进一步基于应用误差校正。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述误差校正等于误差乘以增益。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述下一个预期液体液位的计算进一步包括计及带出物。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多点滤波是使用中值滤波器来实现的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述中值滤波器使用从3个或更多个所测量的液位值导出的中值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述中值滤波器使用来自10个或更多个连续获得的值的中值。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述中值滤波器使用来自15个或更多个连续获得的值的中值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多点滤波是使用模式滤波器或平均值滤波器来实现的。
10.根据权利要求1所述的方法，包括在应用所述多点滤波之前进行预滤波以移除离群值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述预滤波包括预滤波器极限，所述预滤波器极限基于包含所述液体的容器的状态被调整。
12.根据权利要求1所述的方法，包括采用调整极限，以便限制所述下一个预期液体液位从下一个理论液体液位的任何调整。
13.根据权利要求1所述的方法，包括在所述计算之前抽吸被指定用于测试的所述液体的体积。
14.根据权利要求1所述的方法，其中井中的所述液体是试剂液体。
15.根据权利要求1所述的方法，其中井中的所述液体是水、废液或清洗液体。
16.根据权利要求1所述的方法，包括在抽吸之后执行抽吸品质验证。
17.根据权利要求16所述的方法，包括当所述抽吸品质验证检测到空气被抽吸时，利用调整来向下调整探针位置。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所测量的液体液位的测量发生在所述倾斜期间。
19.一种检测井中的液体的液位的方法，包括：
查找容器的井中的所述液体的预期液体液位；
测量并记录井中的所述液体的所测量的液体液位；
基于待添加或移除的所述液体的预期量来改变井中的所述液体的液位；以及
至少部分地基于多点滤波来计算下一个预期液体液位。
20.一种液体液位检测装置，包括：
液体液位传感器，其被配置成获得井中的液体的液体液位测量结果；以及
处理器，其被配置成接收所述液体液位测量结果并且根据多点滤波模块来计算下一个预期液体液位。
21.根据权利要求20所述的液体液位检测装置，包括被配置成抽吸所述液体的探针。
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