CN205808504U - 一种吸液针液面检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种吸液针液面检测装置，其中，液面检测针连接压控振荡器VCO的谐振电容端口，压控振荡器VCO的振荡电阻端口连接有振荡电阻；压控振荡器VCO的输出端连接相位比较器的第一输入端口，相位比较器的第二输入端口连接方波生成器的输出端口；相位比较器的输出端连接压控振荡器VCO的电压控制端口，并且相位比较器的输出端还连接MCU电路的第一信号输入端口；MCU电路还连接显示设备。本实用新型实施例所提出的这种液面检测装置基于电容法的原理而设的，采用了电容匹配的思想，其检测电路是基于谐振法的原理，通过RC振荡电路，把电容值的变化反应出相位误差电压的变化来体现，简单可靠，成本低，具有很强的实用性。

Description

一种吸液针液面检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种吸液针液面检测装置，用于检测吸液针中洗液状态。

背景技术

目前，全自动特定蛋白分析仪普遍使用吸液针来吸取样本或试剂。部分仪器吸液针不具备液面检测功能，吸样本或试剂时插入液面较深，存在以下弊端：

1)、粘附在针上的液体较多，吸液量不准。

2)、清洗困难，可能携带到下一个样本反应造成结果不准，也可能将杂质携带到试剂造成污染。

部分仪器具有液面检测功能，可能采用电阻法或电容法检测。电阻法需要一个直接与被移液体接触的电极，增大了污染的概率，而且不利于实现，基本被淘汰。当前电容法被广泛应用。现有的电容法方案普遍存在长期使用中吸液针的电容特性产生变化，可能造成误判的风险。

因此有必要设计一种吸液针液面检测装置，以克服上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有的电容法方案普遍存在长期使用中吸液针的电容特性产生变化，可能造成误判的风险。

本实用新型是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种吸液针液面检测装置，所述检测装置包括液面检测针、方波生成器、锁相环电路、有源二阶滤波电路、MCU电路、显示设备，其中，所述锁相环电路包括相位比较器、压控振荡器VCO，具体的：

所述液面检测针连接所述压控振荡器VCO的谐振电容端口，所述压控振荡器VCO的振荡电阻端口连接有振荡电阻；

所述压控振荡器VCO的输出端连接所述相位比较器的第一输入端口，所述相位比较器的第二输入端口连接方波生成器的输出端口；

所述相位比较器的输出端连接所述压控振荡器VCO的电压控制端口，并且相位比较器的输出端还连接MCU电路的第一信号输入端口；所述MCU电路还连接显示设备。

优选的，所述方波生成器的输出端与所述相位比较器的第二输入端口之间串联放大器A1。

优选的，所述相位比较器的输出端还连接一源跟随器，所述源跟随器的输出连接MUC电路的第二信号输入端口。

优选的，所述相位比较器的输出端与所述MCU电路的第一信号输入端口之间还串接有源二阶滤波电路。

优选的，所述振荡电阻包括固定电阻值的振荡电阻，以及与所述固定电阻值的振荡电阻串联的数字电位器，其中，数字电位器的控制端口与所述MCU电路相连。

优选的，所述MCU电路具体为ATMEGA168芯片及其配套外围电路。

优选的，锁相环电路具体采用型号为CD4046的锁相环集成电路。

优选的，所述液面检测针具体为电容式液面检测针。

优选的，所述显示设备具体为LED显示屏和/或LED灯。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种吸液针液面检测装置，所述检测装置包括方波生成器、锁相环电路、有源二阶滤波电路、MCU电路、显示设备，其中，所述锁相环电路包括相位比较器、压控振荡器VCO，具体的：

所述压控振荡器VCO的谐振电容端口设置有液面检测针连接器，所述压控振荡器VCO的振荡电阻端口连接有振荡电阻；

所述压控振荡器VCO的输出端连接所述相位比较器的第一输入端口，所述相位比较器的第二输入端口连接方波生成器的输出端口；

所述相位比较器的输出端连接所述压控振荡器VCO的电压控制端口，并且相位比较器的输出端还连接MCU电路的第一信号输入端口；所述MCU电路还连接显示设备。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型实施例所提出的这种液面检测 装置基于电容法的原理而设的，采用了电容匹配的思想，其检测电路是基于谐振法的原理，通过RC振荡电路，把电容值的变化反应出相位误差电压的变化来体现，单片机只要记录加样针接触液面时的前后电压变化范围就能判断是否接触到了液面。简单可靠，成本低，具有很强的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种吸液针液面检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种吸液针液面检测装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种吸液针液面检测装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种吸液针液面检测装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种吸液针液面检测装置的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种吸液针液面检测装置的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种相位比较器和压控振荡器波形关系图；

图8为本实用新型实施例提供的一种吸液针液面检测装置使用流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例 1 ：

如图1所示，本实用新型实施例提供一种吸液针液面检测装置，所述检测装置包括液面检测针、方波生成器、锁相环电路、有源二阶滤波电路、MCU电路、显示设备，其中，所述锁相环电路包括相位比较器、压控振荡器VCO，具体的：

所述液面检测针连接所述压控振荡器VCO的谐振电容端口7，所述压控振荡器VCO的振荡电阻端口11和12连接有振荡电阻；

所述压控振荡器VCO的输出端4连接所述相位比较器的第一输入端口21，所述相位比较器的第二输入端口22连接方波生成器的输出端口；

所述相位比较器的输出端13连接所述压控振荡器VCO的电压控制端口9，并且相位比较器的输出端13还连接MCU电路的第一信号输入端口ADC1；所述MCU电路还连接显示设备。

本实用新型实施例所提出的这种液面检测装置基于电容法的原理而设的，采用了电容匹配的思想，其检测电路是基于谐振法的原理，通过RC振荡电路，把电容值的变化反应出相位误差电压的变化来体现，单片机只要记录加样针接触液面时的前后电压变化范围就能判断是否接触到了液面。简单可靠，成本低，具有很强的实用性。

在本实施例中，所述吸液针液面检测装置包括的各组成单元中的接口编号的命名是为了与后续实施例中的所采用的锁相环集成芯片中各管脚标号所对应的内部结构相统一而设置，方便对本实用新型中各实施例间的关联关系的理解。而本实施例中的各组成单元的具体含义可以通过其标号前的文字描述清楚界定。

在所述方波生成器所输出的为6MHz的方波型号时，为了达到更好的相位比较效果，可以在其输入到相位比较器之前进行放大和整形，因此，结合本实用新型实施例，存在一种优选的实现方案，如图2所示，所述方波生成器的输出端与所述相位比较器的第二输入端口之间串联放大器A1。

结合本实用新型实施例，存在一种优选的实现方案，如图3所述，所述相位比较器的输出端还连接一源跟随器A2，所述源跟随器A2的输出连接MUC电路的第二信号输入端口ADC2。本优选方案中新增的源跟随器A2能够让MCU实时获取压控振荡器VCO的控制电压的变化情况，并能够对相位比较器的输出结果做出预判，从而能够更快的做出结果响应。

为了MCU电路所接收到的电压结果能够更高效的被MCU芯片解析和使用，并避免噪音信号的干扰，结合本实用新型实施例，存在一种优选的实现方案， 如图4所示，所述相位比较器的输出端与所述MCU电路的第一信号输入端口之间还串接有源二阶滤波电路。本优选的实现方案能够利用有源二阶滤波电路对输入给VCO的控制端(VCO上的管脚9)的相位误差电压U进行滤波消除误差干扰，再由MCU读取经滤波后的相位误差电压U来判断液面的有无。

为了实现相位比较器的第一输入端口所接收到的压控振荡器VCO的输出电压频率可控，结合本实用新型实施例，存在一种优选的实现方案，如图5所示，所述振荡电阻包括固定电阻值的振荡电阻R2和R3，以及与所述固定电阻值的振荡电阻R3串联的数字电位器，其中，数字电位器的控制端口与所述MCU电路相连，并由所述MCU电路完成其电阻值的设置。该优选方案的效果在于：对于长时间使用后的液面测试针，其自身的电容会产生变化，而MCU可以通过调整所述数字电位器的电阻值来保证相位比较器的第一输入端口接收到的信号频率的相对稳定性。

本领域技术人员可知，结合本实用新型实施例所实现的各种优选的实现方案之间也是可以相互组合来构成新的实现方案，在本实用新型所公开的各优选方案基础上，无需创造性劳作前提下所能得到的各种组合方式都属于本实用新型保护范围内。

在本实用新型实施例中，存在一种优选的实现方案，其中，所述MCU电路具体为ATMEGA168芯片及其配套外围电路。

在本实用新型实施例中，存在一种优选的实现方案，其中，所述液面检测针具体为电容式液面检测针。

在本实用新型实施例中，存在一种优选的实现方案，其中，所述显示设备具体为LED显示屏和/或LED灯。

实施例 2 ：

在实施例1中阐述了由相位比较器、压控振荡器VCO构成的锁相环电路，并基于该锁相环电路实现的一种吸液针液面检测装置。在本实施例2中，将使用锁相环电路芯片(自带所述相位比较器和压控振荡器VCO)，其中实施例1中的相位比较器在本实施例中具体表现为锁相环电路芯片中的相位比较器2，其电 路结构方式参考实施例1，在此不再赘述。本实施例将从实现原理侧描述如何实现吸液针液面检测。其中，锁相环电路具体采用型号为CD4046的锁相环集成电路；所述MCU电路具体为ATMEGA168芯片及其配套外围电路。如图6所示，具体的：

相位比较器的输出2而言，当14脚的输入信号比3脚的比较信号频率低时，输出为逻辑“0”；反之则输出逻辑“1”。如果两信号的频率相同而相位不同，当输人信号的相位滞后于比较信号时，相位比较器2输出的为正脉冲，当相位超前时则输出为负脉冲。在这两种情况下，从1脚都有与上述正、负脉冲宽度相同的负脉冲产生。从相位比较器2输出的正、负脉冲的宽度均等于两个输入脉冲上升沿之间的相位差。而当两个输入脉冲的频率和相位均相同时，相位比较器2的输出为高阻态，则1脚输出高电平，上述波形如图7所示。由此可见，从1脚输出信号是负脉冲还是固定高电平就可以判断两个输入信号的情况了。

实施例 3 ：

和实施例1向对应，本实用新型实施例还提供了一种吸液针液面检测装置，所述检测装置包括方波生成器、锁相环电路、有源二阶滤波电路、MCU电路、显示设备，其中，所述锁相环电路包括相位比较器、压控振荡器VCO，具体的：

所述压控振荡器VCO的谐振电容端口设置有液面检测针连接器，所述压控振荡器VCO的振荡电阻端口连接有振荡电阻；

所述压控振荡器VCO的输出端连接所述相位比较器的第一输入端口，所述相位比较器的第二输入端口连接方波生成器的输出端口；

所述相位比较器的输出端连接所述压控振荡器VCO的电压控制端口，并且相位比较器的输出端还连接MCU电路的第一信号输入端口；所述MCU电路还连接显示设备。

与实施例1区别仅在于，本实施例中所涉及的一种吸液针液面检测装置，并不包含液面检测针。因此，本实用新型实施例同样也适用实施例1中大部分优选方案，在此不一一赘述。

实施例 4 ：

本实用新型除了提供了实施例1-3所述的结构及其结构实现原理外，还通过本实施例4阐述上述一种吸液针液面检测装置的使用方法，如图8所示，具体包括：

所述检测装置上电后首先系统初始化，这部分主要是为后面的软件的正常工作作准备的，包括变量、IO口、AD及定时器等的硬件初始化。系统初始化之后进入自适应吸样针算法子程序，此述子程序会根据接入的吸样针的电容值自动调节字数电位器，使锁相环电路能够锁相达到最佳的状态，以便能够测检各种液面。一旦锁相环电路进入锁相状态就进入液面检测状态，如果此述子程序不能够使电路进入锁相状态则lED会不停的闪烁提示，说明此时是不能够进行液面检测的，然后会不断的运行自适应吸样针子程序，只要锁相环电路进入锁相状态则马上进入液面检测状态。液面检测状态首先会进行AD采样，AD采样频率远远大于吸样臂运动的频率，这点保证了即使吸样臂在高速运动也能够及时的检测到液面。AD采样之后就是滤波了，滤波的主要目的是除去杂波，避免误检液面。滤波算法采用的是去大小求平均的方法，此方法简单实用很适合本系统。最后把滤波之后得到的AD值转换成电压信号，通过判断此电压信号是否大于设定的阈值，是则检测到液面，否则检到没有液面。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种吸液针液面检测装置，其特征在于，所述检测装置包括液面检测针、方波生成器、锁相环电路、有源二阶滤波电路、MCU电路、显示设备，其中，所述锁相环电路包括相位比较器、压控振荡器VCO，具体的：

所述液面检测针连接所述压控振荡器VCO的谐振电容端口，所述压控振荡器VCO的振荡电阻端口连接有振荡电阻；

所述压控振荡器VCO的输出端连接所述相位比较器的第一输入端口，所述相位比较器的第二输入端口连接方波生成器的输出端口；

所述相位比较器的输出端连接所述压控振荡器VCO的电压控制端口，并且相位比较器的输出端还连接MCU电路的第一信号输入端口；所述MCU电路还连接显示设备。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述方波生成器的输出端与所述相位比较器的第二输入端口之间串联放大器A1。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述相位比较器的输出端还连接一源跟随器，所述源跟随器的输出连接MUC电路的第二信号输入端口。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述相位比较器的输出端与所述MCU电路的第一信号输入端口之间还串接有源二阶滤波电路。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述振荡电阻包括固定电阻值的振荡电阻，以及与所述固定电阻值的振荡电阻串联的数字电位器，其中，数字电位器的控制端口与所述MCU电路相连。

6.根据权利要求1-5任一所述的检测装置，其特征在于，所述MCU电路具体为ATMEGA168芯片及其配套外围电路。

7.根据权利要求1-5任一所述的检测装置，其特征在于，锁相环电路具体采用型号为CD4046的锁相环集成电路。

8.根据权利要求1-5任一所述的检测装置，其特征在于，所述液面检测针具体为电容式液面检测针。

9.根据权利要求1-5任一所述的检测装置，其特征在于，所述显示设备具体为LED显示屏和/或LED灯。

10.一种吸液针液面检测装置，其特征在于，所述检测装置包括方波生成器、锁相环电路、有源二阶滤波电路、MCU电路、显示设备，其中，所述锁相环电路包括相位比较器、压控振荡器VCO，具体的：

所述压控振荡器VCO的谐振电容端口设置有液面检测针连接器，所述压控振荡器VCO的振荡电阻端口连接有振荡电阻；

所述压控振荡器VCO的输出端连接所述相位比较器的第一输入端口，所述相位比较器的第二输入端口连接方波生成器的输出端口；

所述相位比较器的输出端连接所述压控振荡器VCO的电压控制端口，并且相位比较器的输出端还连接MCU电路的第一信号输入端口；所述MCU电路还连接显示设备。