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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
2、撞发生时发 出声音报警。 关键词 ：自动生化分析仪，液面检测，锁相环，定量脉冲 2 Liquid Surface Detection Systems of Automatic Bio-chemical Instruments Author: Dongsheng Yan Tutors: Keyi Xing Shaoyuan Yang Di Han ABSTRACT An automatic bio-chemical instrument is a kind of large bio-chemical inspection equipments that are absolutely necess
3、ary for hospitals especially 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 forautomatic bio-chemical instruments. By using phase lock circuitries,
4、it can guarantee the accuracy 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 needle
5、s can absorb enough samples. Liquid surface 3 detection systems can 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 facto
6、rs block the gateway in which 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, Mete
7、red pulse 4 目录 前言.1 第 1 章 全自动生化分析仪简介 3 1.1 生化分析仪发展、应用状况简介 . .3 1.2 生化分析仪测量原理 5 1.3 整机系统介绍 .6 第 2 章 液面系统功能及组成 . .8 2.1 系统功能 8 2.2 系统组成 .8 第 3 章 液面检测部分设计 .11 3.1 振荡及分频单元 11 3.2 锁相环路单元 . .12 3.2.1 锁相环 CD4046应用. 13 3.2.2 双管针结构及连接 .20 3.3 低通滤波器 21 3.4 滤波放大单元 23 3.4.1 高通滤波器设计 .23 3.4.2 低通滤波器设计 .24 3.5 比较单
8、元 25 5 3.6 信号整形及 LED显示单元 27 第 4 章 定量脉冲发生器单元设计 . 28 4.1 电路功能 28 4.2 电路设计 28 第 5 章 防撞报警单元设计 .30 5.1 防撞检测电路 . .30 5.1.1 电路功能 . 30 5.1.2 电路连接 . 30 5.2 光藕工作原理 . .31 5.3 声音报警电路 33 5.3.1 电路功能 .33 5.3.2 CD4040简介 34 5.3.3 电路连接 .34 第 6 章 电源设计 .36 6.1 9V电源设计说明 .36 6.2 5V电源设计说明 . 37 6.3 退藕处理 . .37 结论.38 致谢. 39
9、参考文献 . 40 6 前 言 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、 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
10、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 7 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
11、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
12、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；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
13、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，功能及性能指标日趋完善。 它们的共同特 9 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
