CN2694271Y

CN2694271Y - 便携式多功能全血生化检测仪

Info

Publication number: CN2694271Y
Application number: CN 200420006421
Authority: CN
Inventors: 罗贤波; 蔡新霞; 李华清; 刘春秀; 姜利英; 吴一戎
Original assignee: Institute of Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Electronics of CAS
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2014-03-24

Abstract

本实用新型属于是一种便携式多功能全血生化检测仪，其试条基底材料一端延伸有凹凸结构；外壳的试条插口设有识别件，识别件由压片、托片和弹簧丝组成，三个压片分别通过弹簧丝固接于一托片上，且三个压片分别与单片机的三个输入/输出口相连；托片接地。不同的凹凸形状组合对应不同的测试试条，仪表通过接口电路可自动识别出插入的试条属于测量何种物质的类型。仪表的显示屏含丰富信息，为多功能仪表，仪表外壳上有微型通用串行总线口，连接一根特制的数据线到电脑串口，通过该数据线用户很方便对仪表程序进行升级换代，使用户不仅节约成本，使用更加灵活方便；对生化仪器开发者而言，可把更多的精力放在试条的研制上，对仪表的开发也更方便。

Description

便携式多功能全血生化检测仪

技术领域

本实用新型属于电化学检测领域，涉及一种人体血液生化指标检测分析仪，能测量血液的多项生化指标，如血糖，胆固醇，酮体和乳酸，能方便对仪表软件进行升级使仪表满足不同的测量要求；有时间，日期显示，闹钟等附加功能。

背景技术

医学临床上经常要对病人的血液生化指标进行监测。而许多指标可以利用酶的电化学生物传感器实现微弱信号的检测，检测方法通常有比色法和电化学电极法，其中比色法所花费时间长，程序烦琐。近年来，电极方法广泛的应用到电化学生物传感器中。随着工艺水平的不断进步，这种电化学传感器变得容易制作，并逐步实现批量化。这种传感器一般是两电极系统。图1是常用的电化学两电极系统示意图，参考韩国的专利，专利号为00807084.9。其中11是用来做识别用途，把11制作在左右的不同位置如11`，仪器通过特制的电路能自动识别该电极上的试剂是用来测量那一种被测物质的，12为参比电极，13为工作电极，14为固定有酶等试剂的反应室，被测物质就是被注入到这儿；其中11可以做在电极上的不同位置，和在仪表的电极插槽上的导线电路一一对应，不同的对应方式对应测量不同物质的试条，(以下称整个电极系统为试条)。分析仪表电路包括：

用于提供给试条一定工作电压的电压发生器，用于将流过工作电极上的电流转换为模拟电压值的转换电路，用于将转换得到的模拟电压转换为数字电压信号模拟/数字(A/D)口转换器。得到的数字电压信号送入微处理器，通过存贮在存贮器里的算法可得出被测物质的浓度值。下面结合原理简单说明一下仪表的工作原理，如图2为一般测量仪器的原理图，试条10插入仪表的试条插槽，11与微处理器的某一输入/输出(Input/Output以下简称I/O)口连通，变为低电平信号，从而仪表可识别出有试条插入，通过预先对试条的预定，11做在试条的不同位置代表的是测量何种物质的试条，从而判断出插入的试条是测量何种物质的试条。当在14处滴入血液，血液迅速与试条上的酶等物质产生化学反应，电荷的转移通过加在工作电极13的工作电压的驱动变为电流信号，此电流信号通过输出端反馈回路和运算放大器(-)端之间的电阻Rz转换成电压，该电压通过A/D转换器23变为便于微处理器26处理数字电压信号。然后通过存贮在微处理器26中的算法得到该测量物质的浓度。

在血液生化检测领域，电化学生物传感器(即试条)的制作相对于仪表来说是难点，在识别试条的方法上，上述介绍的电路方法不仅使得试条的制作增加了难度，至少掩模板的制作比较复杂，对于试条插口的设计也较为困难，而且需在试条上镀上用作识别的贵重金属材料，而电极材料大多使用性能优良，但价钱昂贵的金，这对于一次性使用的试条来说无疑增加了成本。

另外同类产品仅针对同一种测量参数来设计仪表，局限性较大，完全可以通过增加不多的元器件和选择功能较为强大的微处理器使得仪表设计的更加灵活，甚至可以使仪表的升级技术对用户开放，让用户选择是否将仪表进行升级满足不同的测量要求。升级过程极为简单，仅需开发方提供一根数据线，以及相应的升级程序即可，将数据线一端插入到仪表外壳下方的微型的通用串行总线(Universal Serial Bus以下简称USB)口，通过微机和一个免费的下载器(软件)将升级程序下载到微处理器即可。

这样的设计方案，不仅对用户来说，相对减少了成本开支，同时，测量不同的参数不需要购置另外的仪器。而且对生化检测开发方来说，能把更主要的精力用在传感器试条的研制上。

实用新型内容

为解决试条的识别问题以及现有仪表在测量中遇到的问题，本实用新型提出了一套完整的解决方案，包括试条的识别电路，试条工作电压发生器，电流信号转换为电压信号的转换放大电路，A/D转换电路，程序下载功能电路，以及显示器部分电路。

为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是提供一种便携式多功能全血生化检测仪，由试条、微处理器、显示器、电路板和外壳组成，其试条的基底材料一端延伸设有凹凸结构；外壳的试条插口底部设有识别件，识别件由压片、托片和弹簧丝组成，2～3个压片分别通过弹簧丝固接于一托片上，且2～3个压片分别与单片机的2～3个I/O口相连；托片接地。

所述的全血生化检测仪，其所述试条基底材料一端延伸设有凹凸结构，有六种形式。

所述的全血生化检测仪，其所述试条基底材料一端延伸，但没有凹凸结构的试条，为校正条。

所述的全血生化检测仪，其所述压片、托片均为导电金属材料制成；弹簧丝为不导电材料制成。

所述的全血生化检测仪，其所述外壳表面设有显示屏、控制键、微型USB接口；显示屏上，有参数、温度、日期、时间、功能、状态显示；微型USB接口可通过串行线连接到PC机。

所述的全血生化检测仪，其所述微型USB接口，与全血生化检测仪内微处理器的通信芯片电连接。

所述的全血生化检测仪，其所述微处理器内预装有程序软件。

所述的全血生化检测仪，其试条工作电压发生器部分，采用电阻串分压网络，由多个阻值相等的精密电阻串联组成，其电压输出精度由电阻阻值大小，电阻个数和Vref的值共同确定。

所述的全血生化检测仪，其电流信号放大电路部分设置不同倍率的放大器，每一级放大器的输出都通向微处理器的不同I/O口。

所述的全血生化检测仪，其所述不同倍率的放大器，为2～5级放大器。

所述的全血生化检测仪，其所述微处理器为单片机，其A/D转换器采用12位的A/D采样精度。

所述的全血生化检测仪，其使用电池，且设有节电电路。

本实用新型的有益效果相对单一检测功能的仪表来说，成本没有提高，但是仪表功能得到明显加强。整个仪表具有多功能，低功耗，操作简单的特点。

附图说明

图1是常用的电化学两电极系统示意图；

图2为常用的一般测量仪器的电路原理图；

图3为本实用新型的不同试条组合示例图；

图4为本实用新型的试条插口结构示意图；

图5为本实用新型的试条工作电压发生器电路原理图；

图6为化学反应期间工作电极上工作电压和电流的曲线图；

图7为本实用新型电流信号的多级不同的放大器电路结构示意图；

图8为本实用新型的程序下载部分连接示意图；

图9为本实用新型的液晶显示区域示意图；

图10为本实用新型试条检测电路原理图；

图11为本实用新型试条测试过程的流程图。

具体实施方式

本实用新型试条的识别方案：结合图3加以说明，图3为不同的试条组合示例，试条的基底材料用具有一定硬度的塑料材料31，在塑料上通过溅射或者其它方法镀上简易的两电极图形，32为工作电极，33为参比电极，34为试剂和待测物的反应室，通过在试条电极插入仪表的一端通过截取三段不同的凹凸图形组合，再通过仪表特制的接口电路，三种不同的组合，因为111这种情况将使得试条变短，不利于定位，故除去111这种情况，所以共可以识别七种不同的试条。不同的高低组合通过抵触到试条插口上识别件的弹簧压片41；导致凸出的部分使对应的弹簧压片与单片机的相应的I/O口导通，因为弹簧压片均为接地，从而将单片机的I/O口下拉至低电平信号，试条接触的瞬间，单片机测量到识别信号。从而识别出插入仪表的试条为何种试条。我们可以把000这种情况定为是校正条，故其它六种组合为测量不同物质的试条，满足了我们所生产的试条系列。仪表试条插口识别件如示意图4。图4左边的部分为插入试条前，识别件的弹簧压片位置示意图，压片41，42，43和托片45均为导电金属材料制成，连接压片41，42，43和托片45的弹簧丝47为不导电的材料，并且具有弹性。图4右边的部分为插入某种试条后，识别件的弹簧压片示意图，其中压片41，42，43为制作在插槽上的弹簧片，中间为弹簧丝47，弹簧片被凸出的塑料片101抵触到托片45，托片45连接到信号地端。在试条插入的瞬间，单片机对应的I/O口分别识别到101这种状态信号，从而识别出该试条属于检测何种物质的试条。

本实用新型试条工作电压发生器部分，采用电阻串分压网络，可满足试条不同的工作电压要求，由多个阻值相等的精密电阻串联组成，从而保证了输出电压的可控范围，以及输出电压的精度。原理如图5所示。R₁，R₂，…R_n为串联分压电阻，其电压输出精度由电阻阻值大小，电阻个数和V_ref的值共同确定，可表达为V_ref×R₁/(R₁+R₂+R₃+…+R_n)，其中R₁＝R₂＝R₃＝…＝R_n。

电流信号转换为电压信号的转换放大电路部分，基于这样的考虑，由于不同的试条针对的被测物质不一样，即使是同一类试条，所测量物质的浓度高低不一样，所以化学反应在工作电极上产生的电流信号大小不一样，在化学反应期间一直对工作电极加上工作电压，图6为化学反应期间工作电极上工作电压和电流的曲线图，可以降低工作电极上的尖峰电流信号Imax的大小，使得放大后的电压信号在A/D转换器的参考电压范围内。

另外，为保证放大后的电压信号在A/D转换器的参考电压范围内；也可以在信号放大电路部分设置不同倍率的放大器，根据电流信号的大小选择不同的放大器。图7为电流信号的多级不同的放大器电路结构示意图，70为加在试条上的工作电压，71和Rz构成电流转换为电压的转换器，72为第一级电压放大器，73为第二级电压放大器，74为第三级电压放大器。每一级放大器的输出都通向微处理器的不同I/O口。通过程序自动判断采用那一路放大器输送的电压信号进行分析处理。具体工作流程为，多个通道的A/D转换器对三路信号进行采样，由于三级放大器的依次对信号进行逐级放大，若第一级72放大倍数为1，第二级73放大倍率为3，第三级73放大倍率为5，对于信号较为微弱的信号，用第三级放大器的信号作为微处理分析的信号，当信号本身就比较大时，若用第三级放大就有可能超过A/D转换器的参考电压，此时微处理就会自动判断出第三路放大器输送来的信号不合适(即信号超过A/D参考电压)，从而微处理器采用放大倍率较为小的第二级放大器输送来的信号进行处理，依次推理，如果第二级放大器输送到微处理器的信号也被判别出不合适(即信号同样超过A/D参考电压)，微处理同样会自动采用放大倍率最小的第一级放大器输送来的信号进行处理。

本实用新型的A/D转化部分考虑到仪表的测量精度是最重要的指标之一，因此选用12位的A/D采样精度。满足了一般生化检测的测量精度要求。

对用户开放仪表的软件升级技术，首先所选用的微处理器支持在线下载功能，由于仪表微型化是一种趋势，USB插口逐渐应用在微型仪表领域，可以说通过USB传输数据是将来仪表的一种新趋势，本实用新型的外形尺寸为63×89×2(mm³)，手掌般大小，便于携带。通过串行下载的方法进行程序的烧写，仅需5根数据线，正好可以用微型USB插口实现连接。所以在仪表外壳上留有一微型USB口。程序下载部分连接方法示意如图8，81为单片机，型号为ADUC812BS。84为RS232通信芯片，型号为ADM202，82为引出的数据线，通过串行线连接到PC机，当单片机的引脚83被下拉至低电平时，单片机81处于下载模式。

仪表的显示部分采用大屏幕液晶显示，液晶显示区域尺寸为42×33(mm²)。考虑到仪表升级有可能更换测量的参数以及不同的参数组合。在液晶的制作上尽可能包含了更多的信息。液晶显示区域如图9所示。显示测量的参数90有葡萄糖，乳酸，酮体，血脂四个参数，共有15种组合。91为日期，时间功能显示；92为提示插入试条、和滴血符号；93为电池不足提示符号；94为温度异常提示符号；96为翻阅检测记忆信息符号；97为校正信息符号；98为异常操作显示符号；99为提示音功能符号。

通过更改软件，同一硬件系统可以组合出不同测试功能的仪表。

实施例1：图3所示的试条中，为011，101，110的三种试条，分别对应的为测量葡萄糖，乳酸，酮体的试条。图3试条中的000试条为校正条。试条检测电路原理如图10所示。

图11所示为试条测试过程的流程图，仪表面板上有两个按键，其中一个定义为电源键，另一个定义为菜单键，在111步骤中，还包括通过菜单键查阅记忆信息的步骤。按下菜单键，进行信息查询状态，可以查阅以前测量的结果值以及对应的测试日期，时间，以及所用的试条批号(通过校正信息显示给出该信息)。

整个仪表由于属于便携式系统，用的是两个3V电压的钮扣电池，所以功耗的设计尤为重要，所以仪表在工作期间，还包括这样的步骤，当超过一定时间不进行任何操作，微处理器将自动进入掉电状态。

Claims

1、一种便携式多功能全血生化检测仪，由试条、微处理器、显示器、电路板和外壳组成，其特征在于，试条的基底材料一端延伸设有凹凸结构；外壳的试条插口底部设有识别件，识别件由压片、托片和弹簧丝组成，2～3个压片分别通过弹簧丝固接于一托片上，且2～3个压片分别与单片机的2～3个I/O口相连；托片接地。

2、如权利要求1所述的全血生化检测仪，其特征在于，所述试条基底材料一端延伸设有凹凸结构。

3、如权利要求1所述的全血生化检测仪，其特征在于，所述试条基底材料一端延伸，但没有凹凸结构的试条，为校正条。

4、如权利要求1所述的全血生化检测仪，其特征在于，所述压片、托片均为导电金属材料制成；弹簧丝为不导电材料制成。

5、如权利要求1所述的全血生化检测仪，其特征在于，所述外壳表面设有显示屏、控制键、微型USB接口；显示屏上，有参数、温度、日期、时间、功能、状态显示；微型USB接口可通过串行线连接到PC机。

6、如权利要求5所述的全血生化检测仪，其特征在于，所述微型USB接口，与全血生化检测仪内微处理器的通信芯片电连接。

7、如权利要求1或6所述的全血生化检测仪，其特征在于，所述微处理器内预装有程序软件。

8、如权利要求1所述的全血生化检测仪，其特征在于，试条工作电压发生器部分，采用电阻串分压网络，由多个阻值相等的精密电阻串联组成，其电压输出精度由电阻阻值大小，电阻个数和Vref的值共同确定。

9、如权利要求1所述的全血生化检测仪，其特征在于，电流信号放大电路部分设置不同倍率的放大器，每一级放大器的输出都通向微处理器自带的模/数转换器的A/D口。

10、如权利要求1所述的全血生化检测仪，其特征在于，所述不同倍率的放大器，为2～5级放大器。

11、如权利要求1或5所述的全血生化检测仪，其特征在于，所述微处理器为单片机，其A/D转换器采用12位的A/D采样精度。

12、如权利要求1所述的全血生化检测仪，其特征在于，使用电池，且设有节电电路。