1、1自动生化仪液面检测系统摘 要自动生化仪是目前医院特别是大中型医院里不可或缺的大型生化检验设备。它功能强大，结构复杂，自动化程度高，由诸多系统组成。本文为自动生化分析仪设计液面检测系统。这一系统是通过锁相环路，保证采样系统检测试剂及样本液面的准确性，并通过给下游驱动吸样针的步进电机提供定量脉冲，保证吸样针得到合适的插入液面深度，从而确保足够的吸样量，防止在吸样过程中出现“吸空”现象。液面检测系统的防撞检测功能可以监测吸样针在吸样和加样这两个进行垂直运动的过程中，由于试剂瓶（样本杯）已空而与瓶（杯）底部发生碰撞，或由于人为疏忽因素阻隔其下降通道面发生碰撞的情况，并能在碰撞发生时发出声音报警。关键
2、词：自动生化分析仪，液面检测，锁相环，定量脉冲2Liquid Surface Detection Systems of Automatic Bio-chemical InstrumentsAuthor: Dongsheng YanTutors: Keyi XingShaoyuan YangDi HanABSTRACTAn automatic bio-chemical instrument is a kind of large bio-chemical inspection equipments that are absolutely necessary for hospitals especi
3、ally big and medium-sized hospitals at present. It consists of many systems and has strong function, complicated structure, and high automation degree.This paper designs liquid surface detection systems for automatic bio-chemical instruments. By using phase lock circuitries, it can guarantee the acc
4、uracy of sampling systems, which are used to detect surface of reagents and samples. And by providing metered pulse to the downstream step motor that drives the sampling needles, it can assure that the sampling needles plug into the liquid properly so that the sampling needles can absorb enough samp
5、les. Liquid surface detection systems 3can prevent occurrence of phenomena of “absorb empty” in sampling processes. Defending-to-collide detection can monitor colliding situations of sampling needles when reagent bottles (sample cups) are empty, or when the factitious factors block the gateway in wh
6、ich sampling needles descend in processes of absorbing and adding samples. And at the same time defending-to-collide detection can produce warning messages when collides occur.KEY WORDS: Liquid Surface Detection Systems, Liquid surface detection, Phase lock circuitry, Metered pulse目录4前言.1第 1 章 全自动生化
7、分析仪简介31.1 生化分析仪发展、应用状况简介.31.2 生化分析仪测量原理.51.3 整机系统介绍.6第 2 章 液面系统功能及组成.82.1 系统功能.82.2 系统组成.8第 3 章 液面检测部分设计.113.1 振荡及分频单元113.2 锁相环路单元.123.2.1 锁相环 CD4046 应用.133.2.2 双管针结构及连接.203.3 低通滤波器213.4 滤波放大单元233.4.1 高通滤波器设计.233.4.2 低通滤波器设计.243.5 比较单元.253.6 信号整形及 LED 显示单元275第 4 章 定量脉冲发生器单元设计.284.1 电路功能284.2 电路设计28第
8、 5 章 防撞报警单元设计.305.1 防撞检测电路.305.1.1 电路功能.305.1.2 电路连接.305.2 光藕工作原理.315.3 声音报警电路335.3.1 电路功能.335.3.2 CD4040 简介.345.3.3 电路连接.34第 6 章 电源设计.366.1 9V 电源设计说明.366.2 5V 电源设计说明.376.3 退藕处理.37结论.38致谢.39参考文献.40前 言6生化分析仪是临床检验中经常使用的重要分析仪器之一，是目前医院检验科常用的大型分析设备。它通过对血液或者其他体液的分析来测定各种生化指标。全自动生化分析仪，是把分析过程中的取样、加试剂、混匀、保温反应
9、、检测、结果计算和显示以及清洗等步骤自动化完成的仪器，它可完全模仿并代替手工操作。全自动生化分析仪灵敏、准确、快速，不仅提高了工作效率，而且减少了主观误差，提高了检验质量。全自动生化分析仪是在传统的分光光度计的基础上发展来的，它使用测量反应度的方法以确定体液中各物质的含量。1由于体液中各物质的含量均十分微小，故进样系统的精度直接影响测量结果，进样系统的设计技术一直都是全自动生化分析仪的关键技术之一。进样精度一般靠以下技术保证:(1)合理的液路设计和连接技术；(2)液面检测技术: 采样针能够感应液面，探测到液面后插入适当深度后会停止；(3)随量跟踪技术: 采样针根据所分配液体的多少自动调整下降深
10、度；(4)堵塞检测: 探针能自动检测血液或试剂中纤维蛋白质或其他杂物堵针，堵针后根据内置压力感受器进行处理。本次毕业设计的主要目的是为全自动生化分析仪设计液面检测板，为液面检测技术提供一个解决方案；进行初步的随量跟踪设计，让随量跟踪技术7减少对主控板的依赖，使液面检测和随量跟踪能够成为一个整体，增强了设计的通用性；在防撞电路中使用一个音调渐变的发声报警电路，让使用者对仪器运行过程中所出现的异常情况有所重视。课题研究的重点是使仪器在进行液面检测时，保证系统检测精度，防止误检测。因此在该液面检测板的设计过程中，采用了锁相环电路，以保证系统检测试剂及样本液面的准确性。为了实现随量跟踪技术，保证吸样针
11、插入液面的深度能够在一个合理的范围，这里使用了定量脉冲发生器，以脉冲的数量来控制步进电机运动的多少，再由步进电机联动取样针。防撞监测功能保护取样针和反应装置意外互撞时不致产生损伤。针对医院操作者在仪器使用和维护方面的一些不足，特别设计了声音报警电路，达到防撞检测及报警提示的目的。由于本设计的一个目标是将此液面检测板做成一个较为独立的系统，减少其工作过程中对主控板的依赖，增强其通用性。故本文中没有涉及到主控板的调度问题，只是设计了液面检测板和主控板之间的接口也较为简单。本文的主要内容如下：第一章简要介绍了全自动生化分析仪的发展状况、测量原理和系统构成，说明该检测系统在全自动生化分析仪整机中的位置
12、；第二章为液面系统的总体设计，根据功能需求规划其组成；第三、四、五章分别对液面检测、脉冲发生、声音报警这三个功能模块进行详细设计；第六章是对通用电源、电路保护的设计。8第 1 章 全自动生化分析仪简介1.1 生化分析仪发展、应用状况简介生化分析仪(Chemistry Analyzer)是临床检验中经常使用的重要分析仪器之一，它通过对血液或者其他体液的分析来测定各种生化指标: 如转氨酶、血红蛋白、白蛋白、总蛋白、胆固醇、肌酐、葡萄糖、无机磷、淀粉酶、钙等。结合其他临床资料，进行综合分析，可以帮助诊断疾病，对器官功能做出评价，鉴别并发因子，以及决定今后治疗的基准等。生化分析仪是目前医院检验科常用的
13、大型分析设备，由于生化工作在检验工作中的重要地位，对生化分析仪的需求相当高。自 50 年代全自动生化分析仪出现以来，各种全自动生化分析仪层出不穷，现在国内各级医院充斥着美国，日本，法国，意大利等各国各类的全自动生化分析仪，其中以日本日立、奥林巴斯，美国贝克曼、杜邦最多。自动生化分析仪的出现始于 20 世纪 50 年代，1957 年 Seggs 首次介绍的是一种单通道、连续流动式自动生化分析仪。1964 年，推出了一台可同时测定多项目的连续流动式自动生化分析仪。70 年代中期，电子计算机控制的自动生化分析仪使自动生化分析仪进入了一个崭新的发展时期。进入八九十年代，各型自动生化分析仪竞相发展，功能
14、及性能指标日趋完善。它们的共同9特点是具有先进的光路系统和强大的数据处理功能，实现了检测技术多样化，如生物模块测试技术(免保养的电极模块)，无交叉污染的超声波混匀技术和一次性反应杯等，使检测速度大大提高。2自动生化分析仪根据仪器的自动化程度的高低可分为全自动和半自动两种；根据仪器的反应装置的结构原理，可分为连续流动式、分立式、离心式、袋式和干式五类；根据同时可测项目的数量分为单通道和多通道，单通道每次只能检查一个项目，但项目可换，多通道每次可同时检测多个项目；根据选择方式又有随机任选式和固定项目式之分。随机任选式就是多通道分析仪；是目前全自动生化分析仪的发展趋势，干式分析仪也己逐渐走进临床化学
15、试验室以至患者家庭。全自动生化分析仪，就是把分析过程中的取样、加试剂、混匀、保温反应、检测、结果计算和显示以及清洗等步骤进行自动化的仪器，它可完全模仿并代替手工操作。全自动生化分析仪灵敏、准确、快速，不仅提高了工作效率，而且减少了主观误差，提高了检验质量。全自动生化分析仪涉及光学、精密机械、自动控制、电子电路、热工学、生物化学、分析化学等学科，且要求高精度、高可靠性，是一个十分复杂的系统，国际上仅有少数几个知名跨国公司可以制造，如：贝克曼库尔特(Beckman-Coulter)、奥林巴斯(Olympus)、日立(Hitachi)等。在国内，深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司是最早开始研制全自动生
16、化分析仪的企业之一。随着科学技术的不断进步，特别是电子技术和计算机技术的飞速发展，10使得生化分析仪器结构和性能都有了很大的改进。自动生化分析仪主要向完善仪器各种功能的方向发展，尤其是电脑软件功能的开发，使仪器发展日新月异。21 世纪是一个信息和分子生物学的世纪，计算机及网络将深入到日常生活的每个角落。因此，全自动生化分析仪除了向高速度、随意任选式、模块组合化、超微量化、智能化、尖端化发展的同时，也必然向就近检验、床边即时检验发展，患者自测项目将进一步发展。总之，全自动生化分析仪将同时向大而全和小、快、灵两个方向发展。1.2 生化分析仪测量原理临床生化检验，主要在技术方法的应用方面上探讨生化检
17、验新技术以及新的标记物的选择和评价，用以帮助诊断，又称“诊断生化” 。主要应用了下列技术：光谱技术、电化学分析技术、层析技术、电泳技术、离心技术、抗原抗体特异性反应和标记技术、核酸扩增、杂交及序列分析技术等，其中生化分析仪主要运用了光谱技术中的吸收光谱法和比浊法来检验体液中的物质含量。一束强度为 Io 的平行单色光通过一个含有浓度为 C 的吸光物质、厚度为 L 的吸收池时，一些光子被吸收，光强从 Io 衰减为 It，则该溶液的吸光度 A 等于：A=-Lg(It/Io)。其中 It/Io 为透光率。某溶液的吸光度等于该物质的吸光系数、浓度 C 和光径 L(cm)的乘积，当光径不变时，浓度和吸光度成正比，这是生化分析仪利用吸收光谱法进行定量测定的基础。除特种蛋白
