專利名稱：液位檢測電路及檢測方法
技術領域：
本發明涉及醫療器械技術領域，特別涉及一種液位檢測電路及檢測方法。
背景技術：
酶聯免疫吸附測定(簡稱“酶免”)是現代醫學臨床檢驗一項基本的檢測技術，已經成為傳染病血清學標志物(如肝炎、艾滋)、腫瘤標志物及內分泌等各種臨床免疫指標檢測的主導技術。一次酶聯免疫吸附測定一般需要進行4 5次加樣，當大批量檢驗時工作量極大，很有可能出現人工操作失誤。為了提高檢驗效率與實驗水平，需要將自動加樣技術代替人工加樣，然而在自動加樣技術中，標本液面的準確檢測是重要的基礎
發明內容
本發明的目的在于提供一種液位檢測電路及檢測方法，在實現液面檢測自動化的基礎上提高液面檢測的準確性。本發明實施例提供一種液位檢測電路，包括位于加樣針與機架地之間的等效電容；模擬信號處理模塊，與所述電容相連接，用于將所述等效電容的電壓信號處理成一個直流信號；所述數字信號處理，通過電阻與所述電容相連接，與所述模擬信號處理模塊相連接，用于為所述等效電容提供充放電激勵信號，并用于將來自所述模擬信號處理模塊的所述直流信號進行模擬-數字信號轉換，根據轉換后的數字信號確定所述加樣針是否接觸到所述標本的液面。本發明實施例還提供一種液位檢測方法，包括位于加樣針與機架地之間的等效電容；模擬信號處理模塊，與所述電容相連接，用于將所述等效電容的電壓信號處理成一個直流信號；所述數字信號處理，通過電阻與所述電容相連接，與所述模擬信號處理模塊相連接，用于為所述等效電容提供充放電激勵信號，并用于將來自所述模擬信號處理模塊的所述直流信號進行模擬-數字信號轉換，根據轉換后的數字信號確定所述加樣針是否接觸到所述標本的液面。本發明提供的液位檢測電路及檢測方法，在不增加電路復雜度的前提下通過數字信號處理模塊對直流信號進行直接采樣，通過轉換后的數字信號對加樣針是否接觸到樣本的液面進行檢測，在實現液面檢測自動化的基礎上提高了液面檢測的準確性。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖Ia 圖Id為本發明實施例中的加樣針吸液過程的示意圖；圖2為本發明實施例中的平行電容板的示意圖；圖3為本發明液位檢測電路一個實施例的結構示意圖；圖4為本發明液位檢測電路又一個實施例的結構示意圖；圖5為圖4所示實施例中加樣針未接觸液面時各點的電壓的波形示意圖；圖6為圖4所示實施例中加樣針接觸到液面時各點電壓的波形示意圖；圖7為本發明液位檢測方法一個實施例的流程示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。圖Ia 圖Id為本發明實施例中的加樣針吸液過程的示意圖；如圖Ia和圖Ib所示，加樣針10下降，接觸到試管11中標本的液面，這時加樣針10并不吸液，而是繼續下降一段距離，到達圖Ic中位置再開始吸液；然后一邊吸液，一邊繼續下降保持與液面的距離不變，直到完成吸液，如圖Id所示。而發明人發現，在加樣針(本發明實施例采用探針式電容傳感器)接觸液面前后，加樣針10對地(機架地)的電容值有明顯變化。圖2為本發明實施例中的平行電容板的示意圖，如圖2所示，基于電容傳感器的原理，平行板電容的計算公式為C =色二 MA(I)
d d式(I)中，ε極板間介質的介電常數，E =ε ^為真空介電常數，ε 0=8. 85Χ 10-12F/m ； ε r為極板間介質的相對介電常數；S為兩平行板所覆蓋的面積(m2)；d為兩平行板之間的距離U)。本發明實施例以標本具體為蒸餾水和聚苯乙烯為例進行示例性說明；由于本發明實施例中的加樣針與機架地之間的等效電容極不規則，當加樣針接近液面時，則根據平行板電容的計算公式(I)可以得到此電容為
C=」S(2)O1 , 2
--1--式(2)中，S為加樣針尖部的面積(m2); ε 為蒸餾水的介電常數，(I1為蒸餾水的高度(m); ε2為聚苯乙烯的介電常數，d2為聚苯乙烯的厚度U)。將各自對應的常數代入公式(2)可得
r ^ C =——n(lx10—3)2 . =0.02pF…3x10 z1x10，
81x8.85x 10 12 8.85x10 i當加樣針接觸到液面后，由于蒸餾水也為導體，則蒸餾水底部與機架地之間形成電容，極板間介質為聚苯乙烯。此電容可根據公式(I)計算，式中，ε為聚苯乙烯的介電常數；S為液體的底面積(m2) ；d為聚苯乙烯的厚度U)。將數據代入可得
Γ—I ^ 2.3x8.85x10 12 χττχ(0.5χ10 2)2C =-----— = 1.6pFf 4 ι
10 ’由此可見，在加樣針接觸液面之后，其對機架地的電容值有一個明顯的瞬間變化脫離液體時離開液面的距離，該距離表征了浸潤現象對測量精度的影響程度。圖3為本發明液位檢測電路一個實施例的結構示意圖；如圖3所示，本發明實施例具體包括等效電容31、電阻32、模擬信號處理模塊33、數字信號處理模塊34 ;其中，等效電容31位于加樣針與機架地之間，模擬信號處理模塊33與等效電容31相連接，數字信號處理模塊34通過電阻32與等效電容31相連接，并且與模擬信號處理模塊33相連接。·模擬信號處理模塊33將等效電容31的電壓信號處理成一個直流信號；數字信號處理模塊34為等效電容31提供充放電激勵信號，并用于將來自模擬信號處理模塊33的直流信號進行模擬-數字信號轉換，根據轉換后的數字信號確定加樣針是否接觸到標本的液面。本發明實施例提供的液位檢測電路，在不增加電路復雜度的前提下通過數字信號處理模塊34對直流信號進行直接采樣，通過轉換后的數字信號對加樣針是否接觸到樣本的液面進行檢測，在實現液面檢測的自動化基礎上提高了液面檢測的準確性。圖4為本發明液位檢測電路又一個實施例的結構示意圖；如圖4所示，本發明實施例包括等效電容41、電阻42、模擬信號處理模塊43、數字信號處理模塊44、模擬開關45 ；其中，等效電容41位于加樣針與機架地之間，模擬信號處理模塊43與等效電容41相連接，數字信號處理模塊44通過電阻42與等效電容41相連接，并且與模擬信號處理模塊43相連接，模擬開關45連接在等效電阻41和數字信號處理模塊44之間。模擬信號處理模塊43將等效電容41的電壓信號處理成一個直流信號；數字信號處理模塊44為等效電容41提供充放電激勵信號，并用于將來自模擬信號處理模塊43的直流信號進行模擬-數字信號轉換，根據轉換后的數字信號確定加樣針是否接觸到標本的液面；在數字信號處理模塊44根據試管中標本的種類控制下，模擬開關45產生頻率可調的充放電激勵信號。進一步地，模擬信號處理模塊43還可以包括整流單元431和信號調理單元432，整流單元431與等效電容41相連接，信號調理單元432連接在等效電容41和整流單元432之間；其中，整流單元431對等效電容41的電壓信號進行全波整流；信號調理單元432對全波整流后的電壓信號進行濾波、放大，從而使直流信號位于數字信號處理模塊44的采樣范圍之內。進一步地，數字信號處理模塊44包括調整單元441和判斷單元442 ;其中，調整單元441根據數字信號處理模塊44的模擬信號輸入范圍調整信號調理單元432的增益，使直流信號的高電平基本上等于模擬信號輸入范圍的高電平；判斷單元442根據數字信號的邏輯值判斷加樣針是否接觸液面，若邏輯值為邏輯高電平，則加樣針接觸到標本的液面，若邏輯值為邏輯低電平，則加樣針未接觸到標本的液面。本發明實施例提供的液位檢測電路，在不增加電路復雜度的前提下通過數字信號處理模塊44對直流信號進行直接采樣，通過轉換后的數字信號對加樣針是否接觸到樣本的液面進行檢測，在實現液面檢測的自動化基礎上提高了液面檢測的準確性。為了更清楚地理解本發明實施例所述的技術方案，下面通過圖5和圖6對圖4所示實施例進行詳細描述。圖5為圖4所示實施例中加樣針未接觸液面時各點的電壓的波形示意圖，圖6為圖4所示實施例中加樣針接觸到液面時各點(1、2、3、4)電壓(Vp v2、v3、v4)的波形示意圖，下面將結合圖4進行描述；如圖5所示，數字信號處理模塊44通過模擬開關45產生雙極性方波信號(Vl)，等效電容41在雙極性方波信號的作用下進行充放電，由此使得等效電容41產生周期性的激勵信號(v2)，整流單元431對激勵信號(V2)進行全波整流；信號調理單元432對全波整流后的電壓信號(V3)進行濾波、放大，從而使直流信號(V4)位于數字信號處理模塊44的采樣范圍之內。由于等效電容41的電容值較小，數字信號處理模塊44的數字信號(V4)的幅值較高；如圖6所示，當加樣針接觸液面時，等效電容41的電容值突然變大，數字信號處理模塊44的數字信號的幅值出現由高到低的跳變，因此即可判斷出加樣針到達液面位置。
綜上，本發明實施例通過對加樣針電容進行模型估算，通過液面檢測電路可靈活控制等效電容41的充放電激勵信號的頻率和信號調理單元432的增益，以對不同的標本進行液面檢測。在不增加電路復雜度的前提下通過數字信號處理模塊44對直流信號進行直接采樣，通過轉換后的數字信號對加樣針是否接觸到樣本的液面進行檢測，為進一步研究加樣全程監控提供了條件。進一步地，對本發明實施例的技術方案進行了實驗，數字信號處理模塊44的模擬信號輸入范圍為O. OV-3. 0V,因此調整單元441調整信號調理單元432的增益使輸出信號的高電平大體上接近3. 0V，從而盡量減小數字信號處理模塊44在模擬-數字轉換時的量化誤差；若數字信號處理模塊44為等效電容41提供充放電激勵信號為雙極性方波信號，該雙極性方波信號的頻率在IOOkHz時，取得結果如表I所示，其中，“接觸”表示加樣針未接觸液面采樣值(單位伏特)，“未接觸”表示加樣針接觸液面采樣值(單位伏特)。表I實驗數據
權利要求
1.一種液位檢測電路，其特征在于，所述液位檢測電路包括 位于加樣針與機架地之間的等效電容； 模擬信號處理模塊，與所述等效電容相連接，用于將所述等效電容的電壓信號處理成一個直流信號； 所述數字信號處理模塊，通過電阻與所述電容相連接，與所述模擬信號處理模塊相連接，用于為所述等效電容提供充放電激勵信號，并用于將來自所述模擬信號處理模塊的所述直流信號進行模擬-數字信號轉換，根據轉換后的數字信號確定所述加樣針是否接觸到所述標本的液面。
2.根據權利要求I所述的液位檢測電路，其特征在于，所述液位檢測電路還包括 模擬開關，連接在所述等效電阻和所述數字信號處理模塊之間，在所述數字信號處理模塊根據所述試管中標本的種類控制下，所述模擬開關產生頻率可調的充放電激勵信號。
3.根據權利要求I或2所述的液位檢測電路，其特征在于，所述模擬信號處理模塊包括 整流單元，與所述等效電容相連接，用于對所述等效電容的電壓信號進行全波整流；信號調理單元，連接在所述等效電容和所述整流單元之間，用于對所述全波整流后的所述電壓信號進行濾波、放大，從而使所述直流信號位于所述數字信號處理模塊的采樣范圍之內。
4.根據權利要求3所述的液位檢測電路，其特征在于，所述數字信號處理模塊包括 調整單元，用于根據所述數字信號處理模塊的模擬信號輸入范圍調整所述信號調理單元的增益，使所述直流信號的高電平基本上等于所述模擬信號輸入范圍的高電平。
5.根據權利要求4所述的液位檢測電路，其特征在于，所述數字信號處理模塊還包括 判斷單元，用于根據所述數字信號的邏輯值判斷加樣針是否接觸液面，若所述邏輯值為邏輯高電平，則所述加樣針接觸到所述標本的液面，若所述邏輯值為邏輯低電平，則所述加樣針未接觸到所述標本的液面。
6.一種液位檢測方法，其特征在于，所述液位檢測方法包括 通過數字信號處理模塊為位于加樣針與機架地之間的等效電容提供充放電激勵信號，使得所述等效電容在所述充放電激勵信號的作用下產生電壓信號； 通過模擬信號處理模塊將所述電壓信號處理成一個直流信號； 通過所述數字信號處理將來自所述模擬信號處理模塊的所述直流信號進行模擬-數字信號轉換，根據轉換后的數字信號確定所述加樣針是否接觸到所述標本的液面。
7.根據權利要求6所述的液位檢測方法，其特征在于，所述方法還包括 在所述數字信號處理模塊根據所述試管中標本的種類控制連接在所述等效電阻和所述數字信號處理模塊之間的模擬開關產生頻率可調的充放電激勵信號。
8.根據權利要求6或7所述的液位檢測方法，其特征在于，所述通過模擬信號處理模塊將所述電壓信號處理成一個直流信號的步驟包括 通過整流單元對所述等效電容的電壓信號進行全波整流； 通過信號調理單元對所述全波整流后的所述電壓信號進行濾波、放大，從而使所述直流信號位于所述數字信號處理模塊的采樣范圍之內。
9.根據權利要求8所述的液位檢測方法，其特征在于，所述方法還包括根據所述數字信號處理模塊的模擬信號輸入范圍，通過調整單元調整所述信號調理單元的增益，使所述直流信號的高電平基本上等于所述模擬信號輸入范圍的高電平。
10.根據權利要求9所述的液位檢測方法，其特征在于，所述方法還包括 根據所述數字信號的邏輯值，通過判斷單元判斷加樣針是否接觸液面，若所述邏輯值為邏輯高電平，則所述加樣針接觸到所述標本的液面，若所述邏輯值為邏輯低電平，則所述加樣針未接觸到所述標本的液面。
全文摘要
本發明涉及一種液位檢測電路及檢測方法，其中液位檢測電路包括位于加樣針與機架地之間的等效電容；模擬信號處理模塊，與所述等效電容相連接，用于將所述等效電容的電壓信號處理成一個直流信號；所述數字信號處理，通過電阻與所述電容相連接，與所述模擬信號處理模塊相連接，用于為所述等效電容提供充放電激勵信號，并用于將來自所述模擬信號處理模塊的所述直流信號進行模擬-數字信號轉換，根據轉換后的數字信號確定所述加樣針是否接觸到所述標本的液面。本發明實施例在實現液面檢測自動化的基礎上提高了液面檢測的準確性。
文檔編號G01F23/26GK102944286SQ20121045762
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者那云虓, 祝連慶, 郭陽寬, 王君, 婁小平, 董明利 申請人:北京信息科技大學