CN116381256A - 样本分析仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种样本分析仪，该样本混匀装置包括样本采集装置、试剂供应装置、样本反应装置、光学测量装置和样本混匀装置；所述样本混匀装置包括驱动模块和压电振子，所述驱动模块和所述压电振子电连接，所述压电振子在所述驱动模块的驱动下产生超声波，其中，所述超声波经过声波传递介质朝向反应容器发射，且传播方向平行于待混匀样本的液面；所述压电振子用于在垂直于所述待混匀样本的液面的方向上的预设范围内发射所述超声波。

Description

样本分析仪
本申请要求于2023年02月28日提交中国专利局、申请号为202310182789.6、申请名称为“样本分析仪”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及样本分析技术领域，特别涉及一种样本分析仪。
背景技术
目前体外诊断仪器液体混匀采用机械式混匀和超声混匀，其中，机械式混匀包括震荡混匀(如CN102151510B)、搅拌桨混匀(如CN202631343U)，震荡混匀是将反应容器放入高速旋转的偏心圆槽，通过偏心圆槽的内壁碰撞反应容器的外壁，将振动能量传递到试样液体中，实现液体混匀；搅拌混匀是将细长的搅拌桨插入装有试样液体的反应容器中，搅拌桨在电机驱动下高速旋转，将液体混匀。超声混匀包括接触式混匀(如CN213933890U)和非接触式混匀，接触式混匀是指超声传递装置直接插入试样液体中，实现液体混匀，或者超声传递装置直接与反应容器外壁接触，实现液体混匀；非接触式混匀是指超声传递装置与水等介质接触，产生的声波通过水等介质传递给反应容器，实现液体混匀。
上述两种机械混匀方式实现简单，但是存在不同的设计缺陷。震荡混匀很难控制撞击力度，反应容器中的液体容易飞溅，影响检测结果；搅拌混匀存在搅拌桨与不同检测液体接触，引起携带污染。接触式超声混匀存在上述搅拌混匀的同样问题，能量不容易控制，容易引起液体飞溅，以及局部液体振动剧烈，混匀不均匀。
非接触式混匀能较好地控制振动能量，避免携带污染和液体飞溅，但现有的非接触式混匀装置的混匀效果依然不理想，需要进一步改进。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种样本分析仪。
一种样本分析仪，包括：样本采集装置、试剂供应装置、样本反应装置、光学测量装置和样本混匀装置；
所述样本采集装置用于采集样本并输送至所述样本反应装置；
所述试剂供应装置用于从试剂容器中采集试剂并将试剂输送到样本反应装置；
所述样本反应装置用于容置待混匀样本和试剂并提供反应所需的环境；
所述光学测量装置用于测量样本产生的光信号，得到光信息；
所述样本混匀装置包括驱动模块和压电振子，所述驱动模块和所述压电振子电连接，所述压电振子在所述驱动模块的驱动下产生超声波，其中，所述超声波经过声波传递介质朝向装有所述待混匀样本的反应容器发射；
所述压电振子用于在垂直于所述待混匀样本的液面的方向上的预设范围内发射所述超声波。
在其中一个实施例中，所述压电振子用于在所述驱动模块的驱动下产生传播方向平行于所述待混匀样本的液面的超声波。
在其中一个实施例中，所述压电振子产生的超声波在垂直于所述液面的方向上最高点位于所述液面上方的第一距离，所述压电振子产生的超声波在垂直于所述液面的方向上最低点位于所述液面下方的第二距离，所述第二距离大于或等于所述第一距离。
在其中一个实施例中，所述第一距离与所述第二距离之比为1：1或1：2或1：3或2：3。
在其中一个实施例中，所述压电振子用于在所述驱动模块的驱动下产生频率为1MHz-2MHz的超声波。
在其中一个实施例中，所述压电振子用于在所述驱动模块的驱动下产生频率为1.6MHz的超声波。
在其中一个实施例中，所述压电振子产生的超声波为纵波。
在其中一个实施例中，所述驱动模块包括控制单元、频率生成单元、电压放大单元和功率放大单元，所述控制单元与所述频率生成单元以及所述电压放大单元电连接，所述频率生成单元通过所述电压放大单元和所述功率放大单元与所述压电振子电连接；
所述控制单元用于控制所述频率生成单元产生谐振信号；
所述频率生成单元用于产生谐振信号，利于所述谐振信号驱动所述压电振子产生超声波；
所述电压放大单元用于对所述频率生成单元产生的谐振信号的幅值进行放大；
所述功率放大单元用于对所述电压放大单元的信号能量进行放大。
在其中一个实施例中，所述频率生成单元还用于在谐振信号上产生扫频信号，其中，谐振信号的频率为fs，所述扫频信号的扫频范围为fs±100KHz。
在其中一个实施例中，扫频周期为0-5ms，扫频范围为fs±40KHz。
在其中一个实施例中，扫频周期为1.25ms。
在其中一个实施例中，所述谐振信号的占空比为0-100％，占空比周期为10-100ms。
在其中一个实施例中，所述谐振信号的占空比为30％，占空比周期为50ms。
在其中一个实施例中，所述功率放大单元对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为20-400Vp-p。
在其中一个实施例中，所述功率放大单元对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为50-240Vp-p。
在其中一个实施例中，所述功率放大单元对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为140Vp-p。
在其中一个实施例中，所述驱动模块还包括电流反馈单元，所述电流反馈单元通过所述功率放大单元与所述压电振子电连接，所述电流反馈单元用于对所述压电振子的电流进行采集，将所述压电振子的电流反馈至控制单元，所述控制单元用于判断所述压电振子的电流在预设电流值的预设电流范围内。
在其中一个实施例中，所述预设电流范围为±30％。
在其中一个实施例中，所述压电振子包括振子本体和第一电极；所述振子本体具有相背设置的第一面和第二面；所述第一电极包括多个第一子电极，各所述第一子电极沿第一方向等距排列设置于所述振子本体的第一面；所述第一方向为竖直方向，所述驱动模块用于驱动所述压电振子位于待混匀样本的液面上的第一预设数量的第一子电极、以及位于待混匀样本的液面下的第二预设数量的第一子电极工作，以产生在垂直于所述待混匀样本的液面的方向上的预设范围内的所述超声波，所述第一预设数量与所述第二预设数量之比为1：1或1：2或1：3或2：3。
在其中一个实施例中，所述第二预设数量为3个，所述第一预设数量为1个；或
所述第二预设数量为2个，所述第一预设数量为2个。
上述样本分析仪，通过在垂直于待混匀样本的液面上的预设范围内朝向反应容器发射超声波，使得超声波通过声波传递介质的传播至反应容器内的待混匀样本，使得待混匀样本在与空气接触的界面受到超声波的能量的作用朝下的翻滚，从而使得液面的待混匀样本能够沿着液面横向随后向下翻转，而使得底部的待混匀样本由底部向上翻转，从而实现待混匀样本的整体在竖直方向上旋转，使得待混匀样本混匀更为充分，混匀效果更佳，且有效避免了由于搅拌而产生的飞溅。
附图说明
图1A为一个实施例中样本分析仪的各装置的结构示意图；
图1B为一个实施例中样本混匀装置的结构示意图；
图1C为一个实施例中样本混匀装置的超声波发射和液体旋转方向示意图；
图2为一个实施例中驱动模块的逻辑元件连接示意图；
图3为一个实施例中样本分析仪的应用场景示意图；
图4A、4B为一个实施例中驱动模块的仿真模拟输出结果示意图；
图5A为一个实施例中压电振子的第一面的结构示意图；
图5B为一个实施例中压电振子的第二面的结构示意图；
图6为一个实施例中声波在声波传递介质、反应容器等介质中传播的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
一个实施例中，如图1A所示，提供一种样本分析仪，包括样本采集装置20、试剂供应装置30、样本反应装置40、光学测量装置50、样本混匀装置10和试样输送装置60。
所述样本采集装置20用于采集样本并输送至所述样本反应装置40。
所述试剂供应装置30用于从试剂容器中采集试剂并将试剂输送到样本反应装置40。
所述样本反应装置40用于容置待混匀样本和试剂并提供反应所需的环境。
所述光学测量装置50用于测量样本产生的光信号，得到光信息。
具体地，样本采集装置20用于定量采集样本并输送到样本反应装置40。
在某些实施方式中，样本采集装置20包括采样针、采样针移动装置、注射器和采样针清洗装置(图未示)。
当然，样本采集装置20并不限于上面讨论的实施方式，而可以根据需求设置，例如在其他某些实施方式中，样本采集装置20还可以包括自自动进样器、样本稀释装置等(图未示)。
试剂供应装置30用于从试剂瓶或试剂桶中采集定量试剂并将试剂输送到样本反应装置40。
在某些实施方式中，试剂供应装置30包括试剂针、试剂针移动装置、注射器和试剂针清洗装置和试剂存储仓。
当然，试剂供应装置30并不限于上面讨论的实施方式，而在其他实施方式中可以视具体需求作合适的变更。例如，在另外的某些实施方式中，试剂供应装置30还可以包括稀释装置、存储试剂更换装置等(图未示)。
样本反应装置40用于容置样本和试剂并提供反应所需的环境。
在某些实施方式中，样本反应装置40包括温度控制装置及比色杯(也可以叫反应容器)。
温度控制装置用于为样本和试剂反应提供合适的温度环境，例如37℃。当然，具体温度环境视需求而定并不限于上面讨论的实施方式。
样本混匀装置10用于充分混合样本反应装置40中的样本和试剂。在某些实施方式中，样本混匀装置10可以采用超声波推动液体形成旋转流的方式混匀试剂和样本，并可以包括超声振子和驱动模块。
试样输送装置60用于试样按顺序输送到各个装置中，例如将样本反应装置40中混合充分的试样输送到光学测量装置50中。
在某些实施方式中，试样输送装置60可以包括比色杯转运装置等(图未示)。
其中比色杯转运装置用于移动比色杯完成在加样位置、加试剂位置、混匀位置以及光学检测位置之间的切换。
光学测量装置50用于光照射比色杯中的样本，并检测反应前后及反应中光信号，输出对应电信号，比如检测吸光度，通过吸光度的变化来测量被测样本的量。
在其他实施例中，该样本分析仪的样本采集装置20、试剂供应装置30、样本反应装置40、光学测量装置50还可以其他方式实现，并且也可采用现有技术实现，本实施例中对此不累赘描述。
应该理解的是，试剂与样本混匀不充分会导致测光不准确：1、样本未均匀分散于试剂中，导致初始测光时，相同试剂与样本混合物的读数不一致，无法判断初始样本的被测物质的量。2、样本未均匀分散于试剂中，导致样本与试剂的反应速度较缓，在反应终点时间测得的反应进度低于充分混匀(比如充分混匀之后样本只需要孵育仪器预设的10分钟就能达到光学检测条件，而没有充分混匀的样本需要孵育12分钟甚至更长时间才能达到光学检测条件)，无法判断样本中的被测物质的量。
为了使得试剂和样本能够充分混匀，如图1B所示，所述样本混匀装置10包括驱动模块100和压电振子200；所述样本反应装置40包括混匀槽500，声波传递介质400容置于所述混匀槽500内；反应容器300设置于所述混匀槽500内，且所述反应容器300至少部分浸入所述声波传递介质400内，所述反应容器300用于装入待混匀样本301；所述驱动模块100与所述压电振子200电连接，所述压电振子200的一面浸入所述声波传递介质400内，所述压电振子200设置于所述反应容器300的外侧，且所述压电振子200的一面朝向所述反应容器300，所述驱动模块100用于驱动所述压电振子200振动产生声波，所述超声波经过声波传递介质400朝向反应容器300发射，所述压电振子用于在垂直于所述待混匀样本的液面的方向上的预设范围内发射所述超声波。
本实施例中，驱动模块100也可以称为驱动电源，用于为压电振子200供电，驱动压电振子200产生超声波。混匀槽500内装有声波传递介质400，该声波传递介质400为流体，一个实施例中，该声波传递介质400为液体，比如，该声波传递介质400为水。该声波传递介质400能够传递超声波的能量，使得超声波能够作用于反应容器300内的待混匀样本301。
该反应容器300内装有待混匀样本301，该待混匀样本301为需要混匀进行反应的试剂和人体液样本，其中人体液可以是血液、尿液和脑脊液等。压电振子200和反应容器300均浸入声波传递介质400，压电振子200设置于靠近混匀槽500的侧壁的位置，压电振子200朝向反应容器300发射超声波，该超声波的能量通过声波传递介质400传递至反应容器300，穿过反应容器300作用于待混匀样本301，使得反应容器300内的待混匀样本301产生旋转，使得待混匀样本301混匀。
应该理解的是，传统的震荡混匀的方式难以控制撞击力度，反应容器中的液体容易飞溅，影响检测结果；普通搅拌混匀其旋转流为水平方向流动，被混匀液体容易出现分层和其它分布不均的现象，同时搅拌混匀存在搅拌桨与不同检测液体接触，引起携带污染。接触式超声混匀存在上述搅拌混匀的同样问题，而且不能形成旋转流，能量不容易控制，容易引起液体飞溅，以及局部液体振动剧烈，混匀不均匀。
本实施例中，利用压电振子200的逆压电效应，压电振子200在驱动模块100高频交流的驱动下，产生同频的高频振动，向外发射超声波。值得一提的是，该压电振子200产生的超声波在垂直于所述待混匀样本301与空气接触的界面上的预设范围内，朝向所述反应容器300的方向传播，为便于阐述，下面各实施例中，该待混匀样本的液面描述为气液界面，优选地，该压电振子200发射的超声波的中心与所述气液界面对齐，即压电振子200的发射源的中心与所述气液界面对齐。该压电振子200产生的超声波沿着气液界面附近的高度朝向反应容器发射，该压电振子200产生的超声波在垂直于该气液界面的方向上最高点位于气液界面上方第一距离，该压电振子200产生的超声波在垂直于该气液界面的方向上最低点位于气液界面下方第二距离，这样，使得该压电振子200产生的超声波能够在气液界面附近传播，使得待混匀溶液的液面受到超声波的能力。具体地，超声波在声波传递介质400中传递到反应容器300内的液体中，在液体的气液界面附近，平行样本液面射入的声波会推动靠近声波入射位置的气液界面液体产生斜向上的运动，而远离声波入射位置的气液界面此时处于静止状态。因此，在反应容器300内的液体与气体界面会形成高度差，产生压强梯度，驱动液体形成自上而下的旋转流，形成旋转流混匀液体，不仅实现在水平方向上的混匀，还能够实现在竖直方向上的混匀，使得混匀效果更佳，有效避免液体飞溅。
如图1C所示，图中箭头为液体旋转方向，为了更好显示超声波传播方向和液体旋转方向，图1C中省略声波传递介质和待混匀样本的示意。具体地，液体靠近压电振子200的一侧(图中左侧)的液面受到被超声波的作用而被推高，液体远离压电振子200的一侧(图中右侧)的液面高度相对较低，因此，左侧的液面的液体朝向右侧流动，并且向下流动；受到上方的液体的作用，右侧底部的液体向左侧流通，并且向上流动，继续推高左侧的液面，从而形成循环，使得液体形成图中在竖直方向上顺时针旋转，且不断循环旋转的运动，从而使得待混匀样本301混匀更为充分，混匀效果更佳，且有效避免了由于搅拌而产生的飞溅。
上述实施例中，通过在垂直于待混匀样本301与空气接触的界面上的预设范围内朝向反应容器300发射超声波，使得超声波通过声波传递介质400的传播至反应容器300内的待混匀样本301，使得待混匀样本301在与空气接触的界面受到超声波的能量的作用朝下的翻滚，从而使得液面的待混匀样本301能够沿着液面横向随后向下翻转，而使得底部的待混匀样本301由底部向上翻转，从而实现待混匀样本301的整体在竖直方向上旋转，使得待混匀样本301混匀更为充分，混匀效果更佳，且有效避免了由于搅拌而产生的飞溅。
一个实施例中，上述实施例的样本混匀装置10可应用于如图3所示的结构中，驱动马达与反应环驱动连接，用于驱动反应环转动，该反应环作为混匀槽500，声波传递介质400容置于混匀槽内，压电振子200的数量为两个，如图3所示，分别位于反应环的两侧，多个反应容器300设置于反应环的混匀槽内，由移液模块对反应容器300中输送样本和试剂，所述移液模块可以是1个，用于样本和试剂的输送，也可以是2个，其中1个用于输送样本，一个用于输送试剂。
为了使得待混匀样本301能够更好地旋转，实现更好地混匀，在其中一个实施例中，所述压电振子200用于在所述驱动模块100的驱动下产生传播方向平行于所述待混匀样本的液面的超声波。
值得一提的是，虽然超声波并不像激光一样沿直线传播，超声波传播时为波形，且沿着声波源呈半圆形或扇形向外扩散，但超声波的整体的传播方向是可以确定的，该超声波的传播方向以该超声波传播的区域的中心轴线确定，即本实施例中，该超声波的传播的区域的中心轴线即该超声波的传播方向。应该理解的是，如果超声波的传播方向倾斜于气液界面，将会导致液体的翻滚旋转能量减小，比如，当超声波由高至低传播至气液界面，将导致靠近压电振子200的一侧液面无法在超声波的推动下推高隆起，液面处的液体仅能横向移动，导致液面容易产生飞溅；当超声波由低至高传播至气液界面，将会导致靠近压电振子200的一侧的液面隆起过高，同样容易产生飞溅，并且液体难以形成在竖直方向上的旋转，不利于在竖直方向上的混匀。本实施例中，该超声波在气液界面附近沿平行于气液界面发射，并且传播至反应容器300内的待混匀液体，使得平行射入的声波会推动靠近声波入射位置的气液界面液体产生斜向上的运动，而远离声波入射位置的气液界面此时处于静止状态。因此，在反应容器300内的液体与气体界面会形成高度差，产生压强梯度，驱动液体形成自上而下的旋转流，形成旋转流混匀液体，使得混匀效果更佳。
在一个实施例中，所述压电振子产生的超声波在垂直于所述液面的方向上最高点位于所述液面上方的第一距离，所述压电振子产生的超声波在垂直于所述液面的方向上最低点位于所述液面下方的第二距离，所述第二距离大于或等于所述第一距离。
本实施例中，压电振子产生的超声波需沿着待混匀样本的液面的附近发射至待混匀样本，这样，位于反应容器内的待混匀样本能够在超声波的作用下进行翻滚，第一距离和第二距离的取值比例为1：1、1：2、1：3或2：3，即所述第一距离与所述第二距离之比为1：1或1：2或1：3或2：3，发射第一距离的超声波是用于再给经第二距离的超声波激起的待混匀样本一个水平的加速度，发射第二距离的超声波是为了保证被激起的样本液体量足够实现旋转混匀，如果第一距离大于第二距离，会因为空气的声阻抗远小于反应容器壁的声阻抗，导致部分超声波无法经空气传递，从而声能量聚集在样本液面上方的反应容器侧壁内而导致融杯。如果没有发射第一距离的超声波，则超声波会经样本液体传递，无法产生旋转流来混匀样本。如果第一距离和第二距离的取值比例为1:4，或者比值更小，则类似于没有发射第一距离的超声波的情况，同样无法产生旋转流来混匀样本。因此，在一些实施例中，所述第二距离等于所述第一距离，能够更高效的使得待混匀样本翻滚，避免融杯，在另外的一些实施例中，所述第二距离大于所述第一距离，且所述第一距离与所述第二距离之比为1：2或1：3或2：3，使得位于液面下的超声波的能量较大，配合液面上的超声波，能够共同作用，使得待混匀样本实现水平运动，竖直翻滚，使得混匀效果更佳，避免融杯。
在其中一个实施例中，所述反应容器300的第一端为底部，所述反应容器300的第二端具有开口，所述反应容器300的第一端浸入所述声波传递介质400内，所述反应容器300的第二端外露于所述声波传递介质400。
由于反应容器300的开口的高度大于声波传递介质400的表面的高度，能够有效避免声波传递介质400流入反应容器300。为了使得反应容器300能够放置于声波传递介质400内，且开口一端位于声波传递介质400的表面的上方，一个实施例中，还包括支撑架(图中未示出)，支撑架与混匀槽500连接，支撑架设置于混匀槽500的上方，且位于声波传递介质400表面的上方，该支撑架具有一支撑孔，反应容器300穿过支撑孔进入声波传递介质400，且反应容器300的开口的边缘与支撑架抵接，这样，使得该反应容器300得到支撑架的支撑，至少部分浸入声波传递介质400内。
在其中一个实施例中，如图1B所示，所述声波传递介质400的表面的高度高于容置于所述反应容器300内的所述待混匀样本301的液面高度。
本实施例中，待混匀样本301的液面在声波传递介质400的介质表面以下，这样，能够使得在声波传递介质400传播的超声波能够顺利地传播至待混匀样本301的气液界面，使得混匀效果更佳。
在其中一个实施例中，所述压电振子被设置为：所述压电振子的一面浸入所述声波传递介质内，所述压电振子的另一面外露于所述声波传递介质。
本实施例中，压电振子的一面通过防水层浸入声波传递介质，另一面与混匀槽的侧壁连接，使得浸没在声波传递介质内的一面的压电振子能够朝向反应容器发射超声波。此外，还可以通过控制压电振子上开启的电极的不同，使得超声波的发射能够适配气液界面的高度。
在其中一个实施例中，所述压电振子200用于在所述驱动模块100的驱动下产生频率为1MHz-2MHz的超声波。
应该理解的是，谐振频率与压电振子的厚度的关系为fs＝Nt/t，fs是压电振子的谐振频率，该谐振频率即为超声波的频率，Nt是振子的频率常数，t是振子的厚度，由此可见，超声波频率与压电振子的厚度成反比，为了使得压电振子具有较高的强度，压电振子的厚度不能小于1mm，如小于1mm，则压电振子的结构强度不满足工作要求。本实施例中，压电振子200产生的超声波频率在1MHz-2MHz之间，该频率区间声波穿透力强，旋转流混匀区域大、均匀，混匀效果好，且能避免破坏试样液体中的检测成分，还能使压电振子200的结构强度满足工作要求。
在一个实施例中，所述压电振子200用于在所述驱动模块100的驱动下产生频率为1.6MHz的超声波。本实施例中，1.6MHz的声波穿透力更强，旋转流混匀区域大、均匀，混匀效果更好。
为了使得待混匀样本在竖直方向上翻滚，在一个实施例中，所述压电振子产生的超声波为纵波。本实施例中，所述的纵波为传播方向和振动方向一致的声波，通过纵波，能够推动液面产生波动，从而形成由上至下，由下至上的翻滚。
在其中一个实施例中，如图2所示，所述驱动模块100包括控制单元110、频率生成单元120、电压放大单元130和功率放大单元140，所述控制单元110与所述频率生成单元120以及所述电压放大单元130电连接，所述频率生成单元120通过所述电压放大单元130和所述功率放大单元140与所述压电振子200电连接，所述控制单元用于控制所述频率生成单元产生谐振信号；所述频率生成单元用于产生谐振信号，利于所述谐振信号驱动所述压电振子产生超声波；所述电压放大单元用于对所述频率生成单元产生的谐振信号的幅值进行放大；所述功率放大单元用于对所述电压放大单元的信号能量进行放大。
本实施例中，频率生成单元产生谐振信号的频率为谐振频率，该谐振频率即为压电振子产生的超声波的频率。
本实施例中，控制单元110还具有与设备主控板180通信的功能，因此，该控制单元110也可以称为通信与控制单元110，控制单元110用于与设备主控板180进行通信，控制频率生成单元产生压电振子200谐振频率，控制电压放大单元130调节电压幅值，对电流反馈单元150的信号进行判断处理。
频率生成单元用于生成驱动压电振子200的频率信号，生成的频率与压电振子200的谐振频率相同记作fs。fs大于1MHz超声波不会在反应液中产生空化泡，有利于检测系统结果的准确性，兆声波在反应液中有很好的穿透率，有利于混匀效果。根据压电振子200的频率常数Nt与厚度t公式估算fs＝Nt/t，fs大于2MHz，此时，压电振子200厚度尺寸约小于1mm，压电振子200的结构强度不满足工作要求。fs在1MHz-2MHz之间，该频率区间声波穿透力强，旋转流混匀区域大、均匀，混匀效果好，且能避免破坏试样液体中的检测成分，还能使压电振子200的结构强度满足工作要求。频率信号的峰峰值在1-10Vp-p。压电振子200的谐振频率fs在工作时受温度、负载影响是变化的。为了保证压电振子200工作在最佳谐振频率点，驱动电源的信号是扫频变化，可以弥补fs变化的影响，让振子工作在最佳。
在一个实施例中，所述频率生成单元还用于在谐振信号上产生扫频信号，其中，谐振信号的频率为fs，所述扫频信号的扫频范围为fs±100KHz。一个实施例中，该谐振频率fs为1MHz-2MHz，一个实施例中，谐振频率fs为1.6MHz。一个实施例中，扫频信号的扫频范围为1.59MHz至1.61MHz。本实施例中，频率生成单元能够使得压电振子产生谐振时，在谐振频率的一定范围内产生波动，该波动即为扫频信号。通过产生扫频信号，能够消除压电振子200谐振频率漂移，避免导致振动不佳，声能量过低的问题，能提高样本混匀装置的稳定性。
在一个实施例中，扫频周期为0-5ms，扫频范围为fs±40KHz。本实施例中，频率生成单元产生的扫频信号的扫频周期为0-5ms，扫频范围为fs±40KHz，能够进一步消除压电振子的谐振频率漂移，避免导致振动不佳，声能量过低的问题，进一步提高样本混匀装置的稳定性。在一个实施例中，扫频周期为1.25ms。本实施例中，扫频周期为1.25ms，能够更好地消除压电振子的谐振频率漂移，更为有效地避免导致振动不佳，声能量过低的问题，进一步提高样本混匀装置的稳定性。
在一个实施例中，所述谐振信号的占空比为0-100％，占空比周期为10-100ms。
应该理解的是，如超声波的频率存在占空比，将使得超声波呈脉冲式发射，通过调整超声波的占空比，可以调节超声波的脉冲周期，本实施例中，超声波的脉冲发射使待混匀样本的液面形成脉冲式的高度差，产生脉冲旋转流，在样本内部形成更大的扰动，有利于样本的互相混匀。优选地，所述谐振信号的占空比为30％，占空比周期为50ms。这样，在此占空比和占空比周期下的超声波能够使得待混匀样本的液面产生更大的脉冲式高度差，在样本内部形成更大的扰动，有利于样本的互相混匀。
上述实施例中，频率生成单元能产生扫频信号，扫频范围在谐振频率fs上下波动，扫频信号能消除压电振子200谐振频率漂移，避免导致的振动不佳，声能量过低的问题，能提高超声装置10的稳定性。例如fs±100KHz以内扫频变化，扫频周期可以调节在0-5ms之间。频率生成单元对产生的频率信号能进行占空比调节，生成间断脉冲信号，声波的脉冲发射在液体气液界面两边会形成脉冲式的高度差，产生脉冲旋转流，在样本内部形成更大的扰动，有利于样本的互相混匀。占空比范围0-100％之间，占空比周期在10-100ms之间。在一些实施例中，频率生成单元包括通信与控制芯片、信号生成芯片。
电压放大单元130用于对频率生成单元的信号幅值进行放大调节。
功率放大单元140用于对电压放大单元130的信号能量进行放大，放大后信号峰峰值在20-400Vp-p，并输出至压电振子200，使得压电振子200产生高频振动，从而产生超声波。
在一个实施例中，所述功率放大单元对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为20-400Vp-p。
应该理解的是，压电振子的材料电功率密度一般为0.1-2W/cm^2*KHz，压电振子产生的声功率与材料、体积、输入电压幅值有关，为了满足超声混匀的声功率阈值，结合压电振子的材料、体积，设计驱动范围20-400Vp-p，可以通过调节幅值的大小改变输出声功率，起到混匀等级的设置。此外，过高的驱动电压产生的声功率容易使反应容器热融化损坏，电压幅值过大会超出压电振子的功率密度范围，存在击穿压电振子的风险，因此，本实施例中，对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为20-400Vp-p，能够有效避免反应容器损坏，避免压电振子击穿，还能够实现对待混匀样本的均匀混匀。
在一个实施例中，所述功率放大单元对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为50-240Vp-p。
本实施例中，对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为50-240Vp-p，能够进一步有效避免反应容器损坏，避免压电振子击穿，使得对待混匀样本的均匀混匀效果更佳。
在一个实施例中，所述功率放大单元对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为140Vp-p。
本实施例中，对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为140Vp-p，能够使得反应容器和压电振子更为安全，使得对待混匀样本的均匀混匀效果更佳。一个实施例中，该驱动模块100还包括电流反馈单元150，电流反馈单元150通过功率放大单元140与所述压电振子200电连接。
在其中一个实施例中，所述驱动模块还包括电流反馈单元，所述电流反馈单元通过所述功率放大单元与所述压电振子电连接，所述电流反馈单元用于对所述压电振子的电流进行采集，将所述压电振子的电流反馈至控制单元，所述控制单元用于判断所述压电振子的电流在预设电流值的预设电流范围内，如否，则确定所述压电振子处于非正常状态。在其中一个实施例中，所述预设电流范围为±30％电流反馈单元150用于对工作的压电振子200的电流进行采集，对采集的电流进行处理，上传到通信与控制单元110与标准数据比对，若超过预先设定的范围即预设电流阈值，则判断压电振子200处于非正常状态，例如，同时开启四个第一子电极，正常电流在1.2-2Ap-p，超出正常范围±30％，判断压电振子200或电源处于非正常工作状态，设备需要上传故障代码。控制单元110用于对电流反馈单元150的信号进行判断处理。
本实施例中的驱动模块100，能驱动压电振子200产生预期的谐振频率在1-2MHz之间的超声波，超声波在水等声波传递介质400中传递，将反应容器300中的液体混匀。如图4A和图4B所示是驱动模块100的仿真与示波器测试结果对比，仿真和实验是以1.55MHz、180Vp-p、2Ap-p作为示例演示。其中，图4B中，横坐标为时间，纵坐标是电压和电流，图中两个波形分别为电压和电流，在电压为172V时，能够输出1.548MHz的信号，由仿真结果可以看出该驱动模块100能够输出1MHz-2MHz的高频信号，且能够稳定在该频率。
一个实施例中，如图5A和图5B所示，压电振子200包括振子本体230、第一电极210和第二电极220；所述振子本体230具有相背设置的第一面201和第二面202；所述第一电极210包括多个第一子电极211，各所述第一子电极211沿第一方向等距排列设置于所述振子本体230的第一面201；所述第二电极220设置于所述振子本体230的第二面202；各所述第一子电极211用于根据待混匀样本在所述第一方向上对应的位置，在驱动模块的驱动下，与所述待混匀样本的位置对应的一个所述第一子电极211或者相邻的至少两个所述第一子电极211通电工作。
本实施例中，各所述第一子电极211呈阵列式设置于振子本体230的第一面201，并且沿第一方向呈一列设置，第一子电极211和第二电极220分别连接驱动模块，驱动模块输出与压电振子200同频率的电信号，使得压电振子200产生谐振，向外辐射声能量，从而使得压电振子200产生超声波，向外辐射。一个实施例中，该第一电极210为正极，第二电极220为负极。
本实施例中，当压电振子放置于浸入所述声波传递介质400内，压电振子的第二面浸入声波传递介质中，且压电振子的第二面朝向待混匀样本。在本实施例中，压电振子200沿竖直方向放置，即该第一方向为竖直方向，或者说，第一方向平行于竖直方向，压电振子200可根据待混匀样本的液面高度，在驱动模块的驱动下，由第二电极220和在第一方向上不同高度的第一子电极211配合工作，产生与待混匀样本的液面高度匹配的超声波，使得待混匀样本在气液界面产生波动，由于各第一子电极211能够分别在驱动模块的驱动下独立工作，进而可以适配待混匀样本的液面的高度，由不同的第一子电极211的工作发射超声波，使得该压电振子200在适配不同高度的液面时，无需拆卸调整，使得调整高度更为便捷，有效提高了效率。
本实施例中，第一子电极211沿着第一方向均匀排列设置，使得该第一子电极211可以在驱动模块的驱动下，根据待混匀样本在所述第一方向上的位置，与待混匀样本对应位置的第一子电极211工作，实现了灵活地对在第一方向上不同位置上的待混匀样本的振荡，满足不同位置的超声波振荡的需求。
在一个实施例中，如图图5A所示，每一所述第一子电极211包括第一工作部211b和第一连接部211a，所述第一工作部211b的一端与所述第一连接部211a连接，所述第一连接部211a宽度大于所述第一工作部211b的宽度，各所述第一子电极211的第一工作部211b相互平行，且等距设置。
本实施例中，第一连接部211a用于与驱动模块电连接，比如，第一连接部211a用于焊接电线，通过电线与驱动模块电连接。第一工作部211b用于通电后在驱动模块的驱动下产生谐振。应该理解的是，由于各第一工作部211b等距设置，使得各第一子电极211能够根据待混匀样本分别工作，使得产生的超声波能量分布更为均匀，振荡效果更佳。
应该理解的是，由于第一各第一连接部211a的宽度大于各第一工作部211b的宽度，因此，为了使得第一工作部211b之间的间距较小，在一个实施例中，相邻的第一子电极211的第一连接部211a在第一方向上凸起朝向相反，且相邻的第一子电极211的第一连接部211a位于第一方向上的一侧，相邻的第一子电极211的第一连接部211a位于第一方向上的另一侧，即相邻的第一子电极211的第一连接部211a分别位于两侧，使得相邻的第一子电极211的工作部能够位于中部。即，本实施例中，相邻第一子电极211的第一连接部211a分别位于第一方向的两侧，且凸起方向相互错开，使得第一工作部211b之间的间距较小，且使得第一工作部211b之间能够整齐排列，有利于使得超声波更为均匀。
在一个实施例中，如图5A所示，各所述第一子电极211的第一工作部211b的宽度大于相邻的两个所述第一工作部211b之间的距离。应该理解的是，第一工作部211b的宽度越大，则发射的超声波的能量越大，这样，由于第一工作部211b的宽度大于第一工作部211b之间的间距，能够使得第一工作部211b发射较大能量的超声波，从而满足对待混匀样本的振荡混匀的能量要求。
在一个实施例中，如图5A所示，所述第一电极210还包括第二子电极213，所述第二子电极213的宽度大于各所述第一子电极211的宽度，所述第二子电极213设置于靠近所述振子本体230在第一方向上的一端。本实施例中，所述第二子电极213的工作部的宽度大于各所述第一子电极211的第一工作部221b的宽度。
本实施例中，第二子电极213的宽度较大，能够产生较大的能量，当该压电振子200应用于非接触式混匀装置中时，第一方向平行于竖直方向设置，第二子电极213位于各第一子电极211的下方，这样，该第二子电极213能够在第一子电极211产生的超声波下方产生较大能量的超声波，与第二子电极213相邻或相近的第一子电极211配合，从而能够推动待混匀样本向上翻滚，实现待混匀样本在竖直方向上的旋转翻滚，使得待混匀样本的混匀效果更佳。在下面实施例中，将结合基于超声波驱动的液体混匀装置进一步阐述待混匀样本的混匀运动规律。
在一个实施例中，请结合图5A和图5B，所述第二电极220包括第二连接部221、侧翼部223和第二工作部222，所述第二连接部221设置于所述振子本体230的第一面201，所述侧翼部223设置于所述振子本体230的一侧面，所述第二工作部222设置于所述振子本体230的第二面202，所述第二连接部221与所述侧翼部223的一端连接，所述侧翼部223的另一端与所述第二工作部222连接。本实施例中第二工作部222呈矩形，如此设置既能与第一工作部匹配，实现全覆盖第一工作部，又能节约成本。压电振子发射的超声波横截面也因第二工作部222的设置而类似矩形。
本实施例中，该振子本体230的侧面为与第一面201以及第二面202均相邻的一面，这样，该第二连接部221能够通过侧翼部223与第二工作部222连接，该第二电极220通过该连接部能够与位于振子本体230的第一面201的电线连接，实现与驱动模块的连接。
应该理解的是，在非接触式混匀装置的应用场景中，压电振子200需要放置于声波传递介质中工作，比如，该声波传递介质为水，为了避免压电振子200遇水短路，在一个实施例中，压电振子200还包括防水层，所述防水层设置于所述振子本体230的第二面202，且所述防水层包覆于所述第二电极220的外侧。
在一个实施例中，振子本体230的第一面201设置有密封圈，各第一电极210的第一连接部211a以及第二电极220的第二连接部221分别通过电线与驱动模块电连接，密封圈将第一连接部211a与电线的连接处、第二连接部221与电线的连接处包覆于内，电线外层包覆有绝缘层，这样，通过密封圈和防水层的连接，使得压电振子200与声波传递介质隔离，从而有效使得压电振子200防水，避免压电振子200短路。
一个实施例中，该防水层为金属膜片，比如该金属膜片为铂片，一个实施例中，该防水层为防水镀膜。
为了减小防水层对压电振子200阻抗的影响，在一个实施例中，金属膜片或者防水镀膜的厚度小于0.05mm。这样，防水层的厚度较小，能起到防水作用，此外，还能够有效减小对振动的阻挡和缓冲作用，使得振子本体230产生的振动能量能够充分传导至外部的介质。
在一个实施例中，所述驱动模块用于根据所述待混匀样本的液面高度，驱动与所述待混匀样本的液面高度匹配的至少一所述第一子电极211工作，以使得所述压电振子在垂直于所述待混匀样本的液面的方向上的预设范围内发射所述超声波。
应该理解的是，由于需要垂直于待混匀样本的液面的方向上的预设范围内发射超声波，因此，需要利用一个第一子电极或者相邻的至少两个第一子电极才能够实现以在气液界面的附近发射超声波，应该理解但是，如果利用间隔较远或者不相邻的多个第一子电极，则无法实现在气液界面的附近发射超声波，且导致超声波能量较为分散，不利于推动待混匀样本的液面产生隆起，导致混匀效果不佳。因此，本实施例中，驱动模块用于驱动一个所述第一子电极或者相邻的至少两个所述第一子电极同时工作，以使得压电振子能够垂直于待混匀样本的液面的方向上的预设范围内发射超声波。
为了实现压电振子在垂直于待混匀样本的液面上的预设范围内发射超声波，在一个实施例中，所述驱动模块用于驱动所述压电振子位于待混匀样本的液面上的第一预设数量的第一子电极、以及位于待混匀样本的液面下的第二预设数量的第一子电极工作，以产生在垂直于所述待混匀样本的液面的方向上的预设范围内的所述超声波，其中所述第二预设数量大于或等于所述第一预设数量。
本实施例中，由于各第一子电极等距设置，且第二预设数量大于或等于第一预设数量，使得压电振子产生的超声波在垂直于所述液面的方向上的第二距离大于或等于第一距离，实现在垂直于待混匀样本的液面的方向上的预设范围内的发射超声波。一个实施例中，第二预设数量等于第一预设数量，能够更高效地使得待混匀样本翻滚，避免融杯，在另外的一些实施例中，所述第二预设数量大于所述第一预设数量，使得位于液面下的超声波的能量较大，配合液面上的超声波，能够共同作用，使得待混匀样本实现水平运动，竖直翻滚，使得混匀效果更佳，避免融杯。
在一个实施例中，所述第一预设数量与所述第二预设数量之比为1：1或1：2或1：3或2：3。
一个实施例中，所述第一预设数量与所述第二预设数量之比为1：1；或所述第一预设数量与所述第二预设数量之比为1：2；或所述第一预设数量与所述第二预设数量之比为1：3；或所述第一预设数量与所述第二预设数量之比为2：3。
一个实施例中，第二预设数量为3个，所述第一预设数量为1个，即压电振子在待混匀样本的液面上开启的第一子电极的数量为1个，在待混匀样本的液面下开启的第一子电极的数量为3个，使得位于液面下的超声波的能量较大，配合液面上的超声波，能够共同作用，使得待混匀样本实现水平运动，竖直翻滚，使得混匀效果更佳，避免融杯。
一个实施例中，第二预设数量为2个，所述第一预设数量为2个，即压电振子在待混匀样本的液面上开启的第一子电极的数量为2个，在待混匀样本的液面下开启的第一子电极的数量为2个，能够更高效地使得待混匀样本翻滚，避免融杯。
值得一提的是，压电振子在待混匀样本的液面上和下同时开启的第一子电极的数量还可以是其他数量，只需满足第二预设数量大于或等于第一预设数量，且满足第一预设数量与所述第二预设数量之比为1：1或1：2或1：3或2：3的比例关系即可，其他的第二预设数量与第一预设数量的组合方式，本实施例中不累赘描述。
应该理解的是，该压电振子的第一子电极的第一工作部的宽度和间距与待混匀样本的体积、液面高度相关，在一个实施例中，待混匀样本的体积为50-300uL，各所述第一子电极的第一工作部的宽度为0.5mm-2mm，优选地，为1mm。相邻的两个所述第一子电极之间的间距为0.1mm-0.5mm。由于检测项目的反应体积在50-300uL之间，变化梯度在5-30uL之间，因此待混匀样本的液面高度变化很小，为了匹配最佳的组合电极混匀液体，工作区域电极的高度范围0.5-2mm之间，优选地，为1mm，间距0.1-0.5mm之间。压电振子的第二面的第二电极的宽度为4-6mm，第二电极的宽度大于反应容器的宽度3.6mm，使得超声波的辐射宽度大于容器宽度，从而更好地混匀液体。
一个实施例中，第一电极的第一连接部与驱动电源的输出端连接。压电振子的第二面设置有防水层，起到良好的防水作用，例如该防水层为镀防水膜、贴防水层等。
驱动电源输出与压电振子同频率的电信号，压电振子产生谐振，向外辐射声能量。根据上位机传达的检测项目详细，下位机可以根据待混匀样本的体积，选择压电振子的工作电极，工作电极可以是组合电极同时工作，也可以是单电级工作。
1、压电振子厚度方向振动，根据谐振频率设计振子的厚度，其关系为fs＝Nt/t，fs是振子的谐振频率，Nt是振子的频率常数，t是振子的厚度，本实施例中，谐振频率为1.6MHz，本实施例中，压电振子的频率在1MHz-2MHz，能够驱动液体形成旋转流。
2、压电振子的第一电极采用阵列结构，能跟随反应液体体积变化，选择组合第一子电极工作，使混匀效果最优。例如项目A总体积180微升，项目B总体积160微升，此时两个项目的反应液的液面位置不同，通过驱动模块的继电器控制，可以选择压电振子不同第一子电极工作，使超声波沿气液界面入射待混匀样本中，形成旋转流。
3、压电振子背面与声传递介质接触，传递介质是液体，振子背面有防水层。振子背面防水层可以是金属铂片，或者是镀防水膜，如派瑞林等。为了减小防水层对压电振子阻抗的影响，防水层的厚度小于0.05mm。压电振子的背部电极连接驱动电源负极，呈“L”形，整个背部电极从侧面延伸到压电振子正面，正面图中的左下角正方形区域。密封单元通过密封圈将压电振子正面密封起来，驱动电源的引线与压电振子的正、负电极连接。
为了减小超声波在传导过程中的损耗，在一个实施例中，所述声波传递介质的声阻抗为第一声阻抗，所述反应容器的侧壁的声阻抗为第二声阻抗，所述待混匀样本的声阻抗为第三声阻抗，所述第一声阻抗、所述第二声阻抗和所述第三声阻抗两两之间的接近度大于70％。
具体地，声阻抗指的是声波在介质中传导时位移需要克服的阻力。本实施例中，第一声阻抗、第二声阻抗和第三声阻抗两两之间的接近度大于70％指的是第一声阻抗、第二声阻抗和第三声阻抗的数值的相近程度。值得一提的是，接近度越大，则两个声阻抗越相近，当接近度为100％，则表明两个声阻抗相等，比如，相同材质的两个介质，其接近度则为100％。接近度越小，则两个声阻抗的差异越大。应该理解的是，声波在同一种介质内传导，其损耗最小，而从接近度很小的两个介质中传导，则产生的损耗较大，因此，声阻抗的接近度越大的两个介质，其损耗较小。
本实施例中，第一声阻抗、第二声阻抗和第三声阻抗两两之间的差异度较小，比如，第一声阻抗和第二声阻抗之间接近度大于70％，比如，第一声阻抗和第三声阻抗之间接近度大于70％，比如，第二声阻抗和第三声阻抗之间接近度大于70％。本实施例中，由于第一声阻抗、第二声阻抗和第三声阻抗三者的两两之间的接近度大于70％，使得声波在声波传递介质和反应容器的侧壁之间、在反应容器的侧壁和待混匀样本之间传递的损耗较小，从而有效减小传导至待混匀样本的超声波的能量，从而提高混匀效率。
在反应容器的材料选用满足样本检测的透光率的要求前提下，本实施例为了得到更好的声透射效果，减少超声波在传导过程中的能量损耗，第一声阻抗与第二声阻抗的比在0.75至1之间，即第一声阻抗比第二声阻抗的值在0.75至1之间，或第二声阻抗比第一声阻抗的值在0.75至1之间。下表1所示，当选择第一声阻抗比第二声阻抗的值为0.75时，声透射率的测试数据。
本实施例中，反应容器为比色杯，如图6所示，图中从左往右的箭头表示声波依次穿过声波传递介质、比色杯的杯壁入射至反应液体的传播方向，该反应液体即为待混匀样本，图中从右往左的箭头表示声波被比色杯的杯壁反射后的传播方向。其中，图6中各项参数含义如下：
I：声波传递介质；
II：比色杯的杯壁，厚度为D；
III：反应液体，看作与声传递介质相同；
P1i：入射声压；
P2t、Pt：透射声压；
P1r、P2r：反射声压；
R1、R2：介质I、介质II的声阻抗。
声强透射系数如下：
Figure BDA0004156516500000211
/>
Figure BDA0004156516500000212
R1＝ρ1c1，R2＝ρ2c2，/>
Figure BDA0004156516500000213
上式表明声波通过中间层时透射声波的强度不仅与两种介质的特性阻抗R1、R2的比值相关，还与中间层的厚度与其中声波的波长之比
Figure BDA0004156516500000214
有关。不考虑介质II的厚度对声音吸收而引起的能量损耗，令k2D＝π，可以计算声透射率最大时，比色杯容器的最小壁厚/>
Figure BDA0004156516500000215
代入已知参数可以计算D<0.8mm，优选0.5mm。
当介质I、介质II的声阻抗近似相等时(R12≈R21≈1)，(R12+R21)2＝4，而cos2k2D+sin2k2D＝1，可以得到最大的声强透射系数tI。考虑比色杯透光率的要求，根据表1测试数据，选择介质I、介质II的阻抗比在0.75至1之间。
表1.声透射率测试
Figure BDA0004156516500000216
上述实施例中，可以表明，通过将第一与第二声阻抗的比设置在0.75至1之间，能够有效减小声波在声波传递介质和反应容器的侧壁之间传播时的损耗，从而有效减小传导至待混匀样本的超声波的能量损耗，使得降低设计成本的同时提高混匀效率。
为了进一步更好地使得超声波入射待混匀样本，在待混匀样本的液面形成旋转流，在一个实施例中，获取反应容器的侧壁厚度、反应容器的圆波数、声波传递介质的声阻抗、反应容器的侧壁的声阻抗和待混匀样本的声阻抗，根据反应容器的侧壁厚度、反应容器的圆波数、声波传递介质的声阻抗、反应容器的侧壁的声阻抗和待混匀样本的声阻抗确定压电振子产生的超声波的声强，根据压电振子产生的超声波的声强确定预设功率阈值。
应该理解的是，为了使得超声波入射待混匀样本，在待混匀样本的液面形成旋转流，需要满足入射至样本的声波的声功率达到或大于预设功率阈值，该预设功率阈值与反应容器的侧壁的厚度、材料(声阻抗)、液体的体积等相关，对声功率的调节，可以通过调节接入电极的数量，调节驱动电压幅值大小，或者改变扫频范围等方式调节，满足入射声功率大于预设功率阈值，就可以使得待混匀样本形成非常明显的旋转流混匀液体。
具体地，声功率W与声强I满足如下计算式：
W＝I·S (1)
其中，S为声波垂直通过的面积，单位为m2。因此，压电振子发射声波与反应容器入射至待混匀液体的声波的声功率的比值可以用两者的声强之比表示。
压电振子产生的超声波的声强为发射声波的声强，入射至待混匀液体的声波的声强为入射声波的声强。在一个实施例中，根据反应容器的侧壁厚度、反应容器的圆波数、声波传递介质的声阻抗、反应容器的侧壁的声阻抗和待混匀样本的声阻抗计算得到发射声波的声强，根据所述发射声波的声强和计算式(1)计算得到预设功率阈值；
入射声波的声强可用计算式(2)表示：
Figure BDA0004156516500000221
其中，L为反应容器的侧壁厚度，单位为m；I1为发射声波的声强，单位为W/m2；I3为入射声波的声强，单位为W/m2；k2为反应容器的圆波数；Z1、Z2、Z3分别为声波传递介质、反应容器、待混匀样本的声阻抗，即Z1为第一声阻抗，Z2为第二声阻抗，Z3为第三声阻抗，单位为Pa*s/m。
因此，本实施例中，可根据反应容器的侧壁的厚度、反应容器的材质、声波传递介质和待混匀样本的材质，计算得到发射声波的声强，并依此计算得到预设功率阈值，从而确定压电振子所需的声功率，从而满足待混匀样本的液面形成旋转流的要求。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (20)

1.一种样本分析仪，其特征在于，包括：样本采集装置、试剂供应装置、样本反应装置、光学测量装置和样本混匀装置；
所述样本采集装置用于采集样本并输送至所述样本反应装置；
所述试剂供应装置用于从试剂容器中采集试剂并将试剂输送到样本反应装置；
所述样本反应装置用于容置待混匀样本和试剂并提供反应所需的环境；
所述光学测量装置用于测量样本产生的光信号，得到光信息；
所述样本混匀装置包括驱动模块和压电振子，所述驱动模块和所述压电振子电连接，所述压电振子在所述驱动模块的驱动下产生超声波，其中，所述超声波经过声波传递介质朝向装有所述待混匀样本的反应容器发射；
所述压电振子用于在垂直于所述待混匀样本的液面的方向上的预设范围内发射所述超声波。
2.根据权利要求1所述的样本分析仪，其特征在于，所述压电振子用于在所述驱动模块的驱动下产生传播方向平行于所述待混匀样本的液面的超声波。
3.根据权利要求1所述的样本分析仪，其特征在于，所述压电振子产生的超声波在垂直于所述液面的方向上最高点位于所述液面上方的第一距离，所述压电振子产生的超声波在垂直于所述液面的方向上最低点位于所述液面下方的第二距离，所述第二距离大于或等于所述第一距离。
4.根据权利要求3所述的样本分析仪，其特征在于，所述第一距离与所述第二距离之比为1：1或1：2或1：3或2：3。
5.根据权利要求1所述的样本分析仪，其特征在于，所述压电振子用于在所述驱动模块的驱动下产生频率为1MHz-2MHz的超声波。
6.根据权利要求5所述的样本分析仪，其特征在于，所述压电振子用于在所述驱动模块的驱动下产生频率为1.6MHz的超声波。
7.根据权利要求1所述的样本分析仪，其特征在于，所述压电振子产生的超声波为纵波。
8.根据权利要求1-7任一项中所述的样本分析仪，其特征在于，所述驱动模块包括控制单元、频率生成单元、电压放大单元和功率放大单元，所述控制单元与所述频率生成单元以及所述电压放大单元电连接，所述频率生成单元通过所述电压放大单元和所述功率放大单元与所述压电振子电连接；
所述控制单元用于控制所述频率生成单元产生谐振信号；
所述频率生成单元用于产生谐振信号，利于所述谐振信号驱动所述压电振子产生超声波；
所述电压放大单元用于对所述频率生成单元产生的谐振信号的幅值进行放大；
所述功率放大单元用于对所述电压放大单元的信号能量进行放大。
9.根据权利要求8所述的样本分析仪，其特征在于，所述频率生成单元还用于在谐振信号上产生扫频信号，其中，谐振信号的频率为fs，所述扫频信号的扫频范围为fs±100KHz。
10.根据权利要求9所述的样本分析仪，其特征在于，扫频周期为0-5ms，扫频范围为fs±40KHz。
11.根据权利要求10所述的样本分析仪，其特征在于，扫频周期为1.25ms。
12.根据权利要求8所述的样本分析仪，其特征在于，所述谐振信号的占空比为0-100％，占空比周期为10-100ms。
13.根据权利要求12所述的样本分析仪，其特征在于，所述谐振信号的占空比为30％，占空比周期为50ms。
14.根据权利要求8所述的样本分析仪，其特征在于，所述功率放大单元对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为20-400Vp-p。
15.根据权利要求14所述的样本分析仪，其特征在于，所述功率放大单元对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为50-240Vp-p。
16.根据权利要求15所述的样本分析仪，其特征在于，所述功率放大单元对所述电压放大单元的信号能量放大后的信号幅值为140Vp-p。
17.根据权利要求8所述的样本分析仪，其特征在于，所述驱动模块还包括电流反馈单元，所述电流反馈单元通过所述功率放大单元与所述压电振子电连接，所述电流反馈单元用于对所述压电振子的电流进行采集，将所述压电振子的电流反馈至控制单元，所述控制单元用于判断所述压电振子的电流在预设电流值的预设电流范围内。
18.根据权利要求15所述的样本分析仪，其特征在于，所述预设电流范围为±30％。
19.根据权利要求1-7任一项中所述的样本分析仪，其特征在于，所述压电振子包括振子本体和第一电极；所述振子本体具有相背设置的第一面和第二面；所述第一电极包括多个第一子电极，各所述第一子电极沿第一方向等距排列设置于所述振子本体的第一面；所述第一方向为竖直方向，所述驱动模块用于驱动所述压电振子位于待混匀样本的液面上的第一预设数量的第一子电极、以及位于待混匀样本的液面下的第二预设数量的第一子电极工作，以产生在垂直于所述待混匀样本的液面的方向上的预设范围内的所述超声波，所述第一预设数量与所述第二预设数量之比为1：1或1：2或1：3或2：3。
20.根据权利要求19所述的样本分析仪，其特征在于，所述第二预设数量为3个，所述第一预设数量为1个；或
所述第二预设数量为2个，所述第一预设数量为2个。
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