CN1318740A - 液位检测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

接通ALC电路(27)(步S1),喷嘴(5)移向取样位置(步S2),ALC电路断开后(步S3),喷嘴(5)开始从端部排放空气(步S4),下降喷嘴(5),检测喷嘴的内压力(步S5,S6),依据检测压力的增加,停止空气的排放和下降喷嘴的过程(S7),并继续监测压力大小,使压力在一定时间内保持允许的改变,判断喷嘴端部是否与液位接触并抽吸试样(S29),提高喷嘴(S10),在一定时间内压力下降到允许范围下时判断喷嘴没有接触液位时再降低喷嘴(S11)。

Description

液位检测方法和装置
本发明涉及检测液位的方法和装置，尤其是，涉及这样的一种液位检测方法和装置，在该方法和装置中，利用泵使气体通过管道从喷嘴的端部吸入或排出的同时使喷嘴朝向液位下降，从而，当管道内压力改变时判断喷嘴的端部是否与液位相接触。
这种液位检测方法和装置用于对生化自动分析仪的试样，例如血液或尿液进行测量。
这一类型的液位检测方法已有公开，例如在日本未审查专利申请NO.196964/1990(Hei 2-196964)和243960/1990(Hei 2-243960)公报所公开的内容。
公开在上述日本未审查专利申请NO.196964/1990(Hei 2-196964)中的液位探测方法提供下述步骤：预先将空气抽吸入喷嘴端片内；将喷嘴端片移向样品管上方的位置；在向样品管内的液位下降同时排出已抽吸的空气；在使端片下降经过一定的时间之后将由取样构成所获得的空气软管(管道)内的内压设定为一个参照值；检测在端片的抽吸入口与液位接触时所传输的内压与参照值之间的改变；判断在检测到改变时喷嘴的端部是否到达液位。
公开在上述日本未审查专利申请NO.243960/1990(Hei 2-243960)中的液位探测方法提供一用于检测流动系统(相当于管道)压力的压力传感器，该系统将泵与吸移管(相当于管片)互相连接，随着泵的驱动降低吸移管时从由压力传感器检测的流动系统内的压力变化检测液位。
在这些液位检测方法中，在管片的端部与液位接触时，从管片端部排放的空气由于管内压力的增加而被液位阻挡；由此判断此时管片端部的位置相当于液位的位置。
例如，在测量试样，例如血液或尿液的自动分析仪中，通常已知在自动注入时，注入样品量的微小差别会在测量值中得到明显的反映。所以，通过检测试样的液位减小管片的伸入深度，从而有可能降低试样对管片的外壁的粘着，以此提高注入量的精度。例如，在试样是液体，如血液或尿液的情况下，可能在盛有试样的容器的内壁试样液位的上部存在气泡和膜层。在液位的上部具有这种气泡和膜层情况下进行液位检测时，在管片的端部与气泡和膜层接触时会使管子的内部压力增加，使控制部件在此时管片端部的位置作为相当于液位位置的判断，并起动抽吸过程，由此不能精确地对试样进行抽吸的过程。
本发明的目的在于提供一种液位检测方法和装置，即使在液位的上方存在气泡和膜层的情况下也能进行精确的液位检测。
按照本发明的液位检测方法具有下述步骤：一个在气体由泵从喷嘴的端部吸入或排放时使喷嘴朝液位下降的下降步骤；一检测步骤，依据检测连接到喷嘴的管子的内压变化，仃止泵的吸气过程或排气过程和喷嘴的下降过程；一判断过程，在将管内的压力保持在一预定的可允许的变化范围内并经过一定的时间时判断喷嘴的端部是否与液位接触。
这里所采用“喷嘴”一词是基于该喷嘴包含连接在喷嘴端部的端片。
按照本发明的液位检测装置提供：一吸入和排放气体的泵，用于从喷嘴的端部吸入和排放液体；一喷嘴驱动机构，用于提高和下降喷嘴；一压力传感器，用于测量连接于喷嘴的管子内的压力；一控制泵和喷嘴驱动机构的控制部件，在从喷嘴的端部吸入或排放气体时使喷嘴朝液位下降，并由压力传感器依据检测到的管子内压力的变化仃止泵和驱动机构的工作，以及在压力传感器的输出保持在预定的允许范围改变量时作出喷嘴的端部是否与液位接触的判断。
在本发明的液位检测方法和装置中，在连接到喷嘴的管子内压力改变时，泵的吸入或排放过程，以及喷嘴的下降操作仃止，并判断是否管子内的压力仍保持在允许的改变量的范围内。在由于液位上方的气泡和膜层引起管子的内压力改变时，该压力改变是一种瞬时的现象，在气体从喷嘴端部的吸入或排放过程中断时，管子的内压力经一定时间后变化到大气压力。相反，如果由液位引起管子的内压力改变时，甚至在气体仃止从喷嘴端部吸入或排放后一定的时间管子的内压力才会有改变。
因此，按照本发明的液位检测方法和装置，根据检测管子的内压力的改变，中止泵的吸入或排放过程和喷嘴的下降操作，以及监控随后的压力变化，由此判断是否由液位或气泡和膜层引起管子内压力的改变，于是，可以减小由于气泡和膜层所引起的误检测的可能性，从而精确地测定液位。
本发明上述的诸目的，特征，方面和优点将通过结合附图对本发明说明书的介绍更为清楚。
图1表示本发明的一个实施例的外部装置结构的示意图；
图2表示该实施例的控制系统的框图；
图3表示压力传感器和信号处理部件的一个实例的电路图；
图4表示该实施例的液位检测操作和试样抽吸操作的流程图；
图5表示在采用例如血液作为试样时，当端片的端部接触到真实试样的液位时，压力信号AMP和微分信号AMP的输出波形图；
图6表示在采用例如血液作为试样时，当端片的端部接触到气泡时的压力信号AMP和微分信号AMP的输出波形图；
图7表示在采用例如血液作为试样时，当端片的端部接触到膜层时的压力信号AMP和微分信号AMP的输出波形图；
图8表示在采用例如血液作为试样时，由于管子内的液滴使端片的端部受阻时的压力信号AMP和微分信号AMP的输出波形图；
图9表示采用70％的乙醇作为试样检测液位时，压力信号AMP25和微分信号AMP29的输出波形图；
本发明的液位检测方法的检测步骤中选用依据内压力的微分信号与阈值之间的比较来判断内压力变化的判断步骤，在该判断步骤中，选用依据不同于内压力的压力信号本身作出判断。结果，可以快速的检测到喷嘴端部的受阻，并精确地监测内压力的变化。
在本发明的液位检测装置中，控制部件具有ALC(自动液位控制)电路，在喷嘴连通大气时它将传感器的输出设置到控制部件的AD(模拟-数字)变换器的输入范围的中心。
如果装置进行例如注入约为10微升取样量的监测，则喷嘴以及位于喷嘴和泵之间的管子的直径是非常小的，在喷嘴的端部与液位接触时所产生的管子的内压力的变化也是非常小的，所以，需要将传感器的输出进行具有较大增益的放大。然而，在进行大增益放大时，存在的问题是，由于压力传感器的偏置值的改变，以及放大器由于温度的改变或者由于时效的影响，导致超过放大器的动态工作范围，或者不可能使其保持恒定值工作。所以，在喷嘴连通大气时，使用ALC电路使压力传感器的输出设定到AD变换器输入范围的中间，并在液位监测开始之前及时断开ACL电路，可以利用合适的范围监测与管子的内压力变化相应的输出。
控制部件最好具有微分电路，用于输出压力传感器输出的变化率，并依据从微分电路输出的变化检测管子内的内压力改变。除了依据按压力大小的输出变化来检测管子的内压力改变外，还可依据压力传感器输出的变化率检测内压力的改变，因此可以快速地检测管子的内压力的改变。
压力传感器最好设置在喷嘴端部附近。因此，可能抑制在起动抽吸或排放时由于喷嘴的内压力的改变所引起的压力传感器输出的变动。
图1是本发明一实施例的外部结构的示意图。图2是该实施例的框图。
一次性使用的端片5a，用于将容器1内的一部分样品3置于其内侧，该端片以可拆方式连接到喷嘴5的一端。喷嘴5安置在臂5b上，并利用喷嘴驱动机构7使喷嘴与臂5b一起上升和下降。喷嘴5的另一端通过管道9连接到泵11。
用于测量包含端片5a，喷嘴5，管道9和泵11的管路的内压力的压力传感器13安装到喷嘴上。压力传感器13设置在喷嘴5端部的附近。其理由是，有可能抑制由于在起动泵11抽吸或排放时喷嘴5的内压改变所造成的压力传感器13的输出变动。至于压力传感器13，可以使用由压电元件构成的传感器。
图2表示本实施例的控制系统以及在喷嘴单元19内包含的图1所示的的喷嘴5，端片5a，臂5b，喷嘴驱动机构7，管道9和泵11。用于控制喷嘴驱动机构7操作的喷嘴驱动电路7a和用于控制泵11操作的泵驱动电路11a电连接到喷嘴单元19。喷嘴驱动电路7a和泵驱动电路11a电连接到CPU17，并由CPU17控制他们的驱动操作。
喷嘴单元19的压力传感器13电连接到信号处理部件15。信号处理部件1 5设置一缓冲放大器(下面将该放大器标为AMP)23，一压力信号AMP25，一ALC电路27和一微分信号AMP29。构成本发明的微分电路由微分信号AMP29操作。
图3是表示压力传感器13和信号处理部件15例子的电路图。
压力传感器13的输出被输入到缓冲器AMP 23。缓冲器AMP23例如放大压力传感器13的输出100倍，并将它输出到压力信号AMP25和微分信号AMP29。压力信号AMP25进一步放大由缓冲器AMP23放大输出到约50倍，并将它输出到CPU17。ALC电路27被连接到压力信号AMP25的输入侧，并由CPU17控制它的开/关切换；于是，在其处于开时，它将压力信号AMP25的输出设置到AD变换器的输入区域的中心(未图示)，通过变换器AMP25，压力信号AMP25的输出进入CPU17。微分信号AMP29将由缓冲器AMP23放大的输出改变率输出到CPU17。
图4是表示本实施例的液位检测操作和试样抽吸操作的流程图。参见图1-4，将对这些操作进行说明。
由CPU17接通ACL电路27，使压力信号AMP25的输出保持在AD变换器的输入区域的中心，通过该变换器将输出导入CPU17(第一步)。该CPU17控制喷嘴驱动电路7a，使喷嘴驱动机构7允许喷嘴5和端片5a位移到容器1上的取样位置(步S2)。
在ALC电路27由CPU17断开后(步S3)，控制泵驱动电路11a使泵运转进行排放操作，于是通过管道9和喷嘴5从端片5a的端部开始排放空气(步S4)。
在从端片5a的端部排放空气时，CPU17控制喷嘴驱动电路7a，使喷嘴驱动机构7朝向试样3的液位下降喷嘴5和端片5a(步S5)。此时，CPU17监控压力信号AMP25的输出以及微分信号AMP27的输出(步S6)。
图5-8表示在采用血液作为试样时压力信号AMP25的输出波形以及微分信号AMP29的输出波形；图5表示从真实液位得到的波形情况；图6表示从气泡得到的波形情况；图7表示从膜层得到的波形情况；图8表示从端片内的液滴得到的波形情况。横坐标表示信号强度，纵坐标表示时间。
在图5-8中，标号25a表示压力信号AMP25的输出波形(下面表示为“压力信号波形”)，虽然ALC电路27断开，但是由于在断开状态前ALC电路27的作用使波形从中心电平31开始。标号29a表示微分信号AMP29的输出波形(下面表示为“微分信号波形”)。
参见图5-8，进一步说明本实施例的操作。在由与之接触的试样3的液位，气泡或膜层阻挡端片的端部时，或在由端片内的液滴阻挡5a的端部时，喷嘴5的内压增加，致使微分信号29a波形下降(微分信号AMP29相连接产生一极性)，以及同时使压力信号波形25a提高。在微分信号波形29下降到低于阈值时，CPU17控制喷嘴电路7a，以仃止操作喷嘴驱动机构7，并使喷嘴5和端片5a的下降操作仃止，同样控制泵驱动电路11a使泵的操作仃止(步S7)，于是继续检测压力信号波形25a(步S8)。
如果在端片5a的端部与真实的液位接触时，喷嘴5的内压力保持在恒定的电平。如图5所示，允许微分信号波形29a回到下降前的输出，同时压力信号波形保持在上升的状态。在压力信号波形25a和微分信号波形下降29a改变后继续保持压力信号波形25a的上升状态一定的判断时间，同时使它保持在一允许的改变范围内，则CPU17作出端片5a的端部是否与真实的液位接触的判断。可以适当地设置允许的改变范围和判断时间。例如，相应的改变范围设定到50％，判断时间设定为6秒。之后，端片5a的端部深入液位一定的深度，允许它抽吸一定量的试样3，起动泵11将试样3抽入端片5a内(步S9)。在对试样3抽吸操作后，提高喷嘴5和端片5a(步S10)。
相反，在由于气泡(见图6)，膜层(见图7)或者端片内的液滴(见图8)致使在S6步的压力上升时，喷嘴5的内压一旦提高后经一定的时间又回大气状态。因此，提高的压力信号波形25a趋于中心电平31。在压力信号波形25a和微分信号波形下降29a改变后，在压力信号波形25a的起伏在6秒的判断时间内超过允许的改变范围时，CPU17判断端片5a的端部是否与真实的液位接触，并重新降低喷嘴5和端片5a(步S11)。
同样，按照本发明，可以避免由于气泡，膜层或者端片内的液滴所引起的误测液位的可能性，从而影响对真实液位的检测。还有，如果在液位上只有少量的气泡存在，由于中心小气泡可以由喷嘴5a端部排放的空气扫去，所以还可以在液位上进行正常的检测。
另外，最好进行下述的操作：如果在一个比预期的液位位置高的位置检测到压力信号波形25a或者微分信号波形29a的变化，可以认为这是由于端片内的外部噪声或者液滴所造成的误检测，因此需进行重新操作。
还有，按照本发明，可以对试样的粘度差作出判断。图9表示在采用70％的乙醇作为试样检测其真实液位时压力信号波形AMP25和微分信号波形AMP29的图形。横坐标表示信号强度，纵坐标表示时间。标号25b表示压力信号波形，标号29b表示微分信号波形，而标号31表示中心电平。在使用如图5相同增益的情况下，图9的信号强度是一个测量值。
对照采用血液作为试样3的情况(见图5)，以及采用70％乙醇作为试样的情况，依据端片的端部接触血液的液位或者70％乙醇的液位时压力信号波形25a，25b均有上升的情况，在检测血液液位时从压力信号波形25a的中心电平31的输出强度值A大于在检测70％乙醇时从压力信号波形25b的中心电平的输出强度值B。换言之，在上述压力信号波形的情况下，所提供的输出强度值反映试样粘度的大小。于是，可以判断试样粘度的差别。
在上述的举例装置中，端片是可拆卸地安装到喷嘴上，但是本发明并不限于这样的设置，它可应用于任何不需使用端片将试样吸入和排放到喷嘴内的装置。
如图5-9所示，在上述的实施例中，确定放大器的极性使管子的内压力的上升以向上伸展的方式表示，同时使其内压力的改变率的增加以向下伸展的方式表示。然而，本发明并不限于这种设置，对于放大器可以使用任何的极性。
另外，在上述的实施例中，在喷嘴下降并使空气从端片的端部排放时，使管子的内压力增加并检测。然而，本发明并不限于这种设置，喷嘴可以下降并使空气从端片的端部抽吸时，使管子的内压力下降得到检测。
虽然本发明结合附图作了详细地说明，但是很清楚，相同于图示举例的方式以及以不偏离于本发明的精神和范围的方式所作出的修改和改变均在所属权利要求的范围内。

Claims (6)

1．一种液位检测方法，该方法包含：
一在气体由泵(11)从喷嘴(5)的端部抽吸或排放时使喷嘴(5)
朝向液位下降的下降步骤；
一检测步骤，依据检测连接到喷嘴(5)的管子的内压改变，仃止泵(11)的抽吸过程或排放过程和喷嘴(5)的下降过程；
一判断步骤，在管子的内压保持预定的允许范围改变量一定时间时对喷嘴的端部是否与液位接触作出判断。
2．如权利要求1的液位检测方法，其中在检测步骤，依据内压的微分信号和阈值之间的比较判断内压的改变，在判断步骤中，依据内压的压力信号自身作出判断。
3．一种液位检测装置，该装置包含：
一泵(15)，用于抽吸和排放气体，使液体从喷嘴(5)的端部抽吸和排放；
一喷嘴驱动机构(7)，用于升高和降低喷嘴(5)；
一压力传感器(13)，用于测量连接到喷嘴(5)的管子的内压力；
控制部件(15，17)，控制泵(11)和喷嘴驱动机构(7)，以便在从喷嘴(5)的端部抽吸和排放气体时朝液位下降喷嘴(5)，并依据由压力传感器(13)检测的管子内压力的改变仃止泵(11)和喷嘴驱动机构(7)的运转，在传感器(13)的输出保持预定的允许范围改变量一定时间时对喷嘴(5)的端部是否已与液位接触作出判断。
4．如权利要求3的液位检测装置，其中控制部件(15,17)还包含ALC电路(27)，在喷嘴(5)连通大气时将压力传感器(13)的输出设置到该控制部件(15,17)的AD变换器的输入范围的中心。
5．如权利要求3的液位检测装置，其中控制部件(15,17)还包含微分电路(29)，该电路输出压力传感器(13)输出的改变率，依据微分电路(29)输出的改变检测管子内压力的改变。
6．如权利要求3的液位检测装置，其中压力传感器(13)设置在喷嘴(5)端部的附近。
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