CN101004424B

CN101004424B - 生化分析仪样本针堵塞检测装置及方法

Info

Publication number: CN101004424B
Application number: CN2006100332835A
Authority: CN
Inventors: 李伟; 侯金龙; 朱星才
Original assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: CN101004424A

Abstract

本发明提出一种生化分析仪样本针堵塞检测装置及方法，所述装置包括样本针、检测电路，其特征是：所述样本针为可变阻抗，优选为可变电容；所述检测电路包括液面检测电路；所述样本针作为可变阻抗接入到液面检测电路中，液面检测电路检测所述可变阻抗的阻抗变化，并将检测信号输出。本发明利用阻抗(尤其是电容)液面检测的方法可靠地检测液面的同时，利用液面检测针本身电容的变化规律，能够简便可靠地实现堵塞检测。

Description

生化分析仪样本针堵塞检测装置及方法

【技术领域】

本发明涉及生化分析仪样本针堵塞检测装置及方法。

【背景技术】

对于全自动生化分析仪来说，液面检测针特别是样本针，很可能因为吸入纤维蛋白或血细胞而堵塞，造成加样不准确，甚至无法正常加样，在操作者不知情的情况下这将严重影响测量结果，所以很有必要对样本针的堵塞情况进行判断。

为此，在专利US6,663,353中描述了一种样本针堵塞检测系统，包括两个检测传感部分，一部分实现液面检测，另一部分通过压力传感器来检测液路通道内压力的变化从而判断液面检测针的状况。当样本针接触液面准备吸样时，液路通道内部压力状况会突然变化，从而产生了一个明显的跳变，在吸样结束之后也将产生一个内部压力的突然变化，压力值恢复，这样，就形成了一个压力脉冲，通过对压力脉冲信号进行复杂的运算，并与经验值比较来判断吸液是否正常。因为正常信号与非正常信号脉宽不一样，所以可以由此来判断不正常的工作状态，如样本针堵塞等。

上述用压力检测样本针是否堵塞的方法是目前解决样本针堵塞判断的有效途径，而且压力检测也能同时实现液面检测功能。

但是压力检测液面的方法易受干扰，因此，为了既能可靠地实现液面检测功能，又能实现液面检测针的堵塞判断，往往需要两种检测方法配合使用，结构较为复杂。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种生化分析仪样本针堵塞检测装置及方法，能够简便可靠地实现堵塞检测。

为实现上述目的，本发明提出的生化分析仪样本针堵塞检测装置包括样本针、检测电路，其特征是：所述样本针为可变阻抗；所述检测电路包括液面检测电路；所述样本针作为可变阻抗接入到液面检测电路中，液面检测电路检测所述可变阻抗的阻抗变化，并将检测信号输出。

优选地，本装置所述可变阻抗为可变电容。

优选地，本装置所述可变电容为双层同轴结构，内层与外层之间用绝缘材料隔绝，内层和外层分别作为可变电容的两个极板。

优选地，本装置所述液面检测电路包括振荡源、仪表放大器和平衡电路，所述振荡源所产生的信号一路经平衡电路的第一支路输入到仪表放大器的负输入端，另一路经平衡电路的第二支路输入到仪表放大器的正输入端，样本针内外两层分别作为可变电容的两个极接入到平衡电路的第二支路中；所述平衡电路设定为当可变电容的电容值为特定值时，其输入到仪表放大器的正输入端和负输入端的信号保持平衡，当可变电容的电容值偏离特定值时，其输入到仪表放大器的正输入端和负输入端的信号产生差异。

优选地，本装置还包括控制板、上位机，所述控制板一端与检测电路相连，另一端与上位机相连；所述检测电路中还包括有依次相连的A/D变换电路、CPU、接口电路，所述A/D变换电路的输入端与液面检测电路相连，所述接口电路的输出端与控制板的输入端相连。

优选地，本装置所述检测电路中还包括有温度传感电路，其输出端与A/D变换电路的另一输入端相连。

本发明还包括一种生化分析仪样本针堵塞检测方法，其特征是包括如下步骤：A、将样本针作为可变阻抗接入到液面检测电路中；B、利用检测电路检测所述可变阻抗的阻抗变化，并将检测信号输出；C、根据输出的信号判断样本针是否堵塞。

优选地，本方法所述可变阻抗为可变电容。

优选地，本方法步骤B中检测电路检测所述可变阻抗的阻抗变化的方法包括如下步骤：B1、利用振荡源所产生信号；B2、将所述信号一路经平衡电路的第一支路输入到仪表放大器的负输入端，另一路经平衡电路的第二支路输入到仪表放大器的正输入端；B3、仪表放大器将检测到的信号输出；其中，样本针内外两层分别作为可变电容的两个极接入到平衡电路的第二支路中；所述平衡电路设定为当可变电容的电容值为特定值时，其输入到仪表放大器的正输入端和负输入端的信号保持平衡，当可变电容的电容值偏离特定值时，其输入到仪表放大器的正输入端和负输入端的信号产生差异。

优选地，本方法在步骤B之后还包括如下步骤：将输出的检测信号依次输入到A/D变换电路、CPU、接口电路、控制板、上位机。

优选地，本方法在步骤B中还检测环境温度，并将环境温度检测值依次输入到A/D变换电路、CPU、接口电路、控制板、上位机。

优选地，本方法将因堵塞造成的工作电压变化量按如下公式校正：

\{\begin{matrix} V_{b} - (T_{2} - T_{1}) V_{t} - V_{a}, & T_{2} > T_{1} \\ V_{b} + (T_{1} - T_{2}) V_{t} - V_{a}, & T_{2} < T_{1} \end{matrix}

其中Vt为可变阻抗与温度的变化率，T1为初始状态环境温度，Va为初始状态时液面检测电路工作电压，Vb为可变阻抗改变后的液面检测电路工作电压，T2为通过温度传感电路信号得到的Vb时的环境温度；当工作电压变化量大于设定的阈值则判断样本针堵塞。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

由于本发明将液面检测针作为一个广义的阻抗(优选为电容)接入到检测电路中，检测电路能够通过工作电压来计算当前可变电容(针电容)的大小，当液面检测针接触液面时其可变电容(针电容)会有较大的变化，同时，工作电压也会相应变化，并根据可变电容(针电容)的变化来判断液面检测针是否接触到了液面，因此，本发明能够利用电容液面检测方法能够可靠地实现液面检测功能，同时，不再需要对液路系统进行任何修改，不需要压力传感器及处理电路。当液面检测针被样本中的纤维蛋白或血细胞等堵塞了，其可变电容(针电容)也会明显变化，配合当前环境温度值并能够判断液面检测针是否堵塞。因此，本发明利用电容液面检测的方法可靠地检测液面的同时，利用液面检测针本身电容的变化规律，能够简便可靠地实现堵塞检测。

结合简单的温度传感电路，可使检测结果更加准确。

【附图说明】

图1是本发明实施例生化分析仪样本针结构图；

图2是本发明实施例生化分析仪样本针被堵塞示意图；

图3是本发明实施例液面检测系统示意图；

图4是本发明实施例液面检测电路示意图；

图5是本发明实施例液面检测可变电容(针电容)随环境温度变化曲线。

【具体实施方式】

实施例一

本方案是关于检测样本针堵塞的方法，利用了样本针堵塞后可变电容(针电容)有较大变化的规律、可变电容(针电容)随环境温度变化的规律，以及可变电容(针电容)与工作电压的一一对应关系来实现样本针的堵塞检测。其中，我们采用了温度传感电路来指示当前温度，以便能够消除环境温度造成的对可变电容(针电容)的影响。

先看样本针4的结构，如图1所示，样本针4为双层同轴结构，内层4a与外层4b之间用绝缘材料4c隔绝，样本针4作为一个广义的可变电容接入到液面检测电路5中，内层4a和外层4b分别作为可变电容(针电容)的两个非规则的极板。

根据电容器原理，电容器的电容量可以由电极面积S[m²]，两极板间距离t[m]以及电介质的相对介电常数ε来表示，即

C (F) = ϵ * ϵ_{0} * \frac{S}{t} - - - (1)

其中，ε₀＝8.85*10^-12F/M，为一个常量。

因为样本针4结构已经固定，公式(1)中的ε与t并已确定，所以样本针4的电容量由电极面积S决定。因空气的相对介电常数ε约为1，纯水的相对介电常数ε约为82，当样本针4接触样本杯10样本11液面后，可变电容(针电容)的一个极板边界发生了突变，相应地可以认为电极面积S发生了突变，因此样本针4接触液面后其可变电容(针电容)会有突然增大。

样本针4吸取样本杯10中的样本11，可能造成样本针4堵塞，如图2所示，这种情况下，即使样本针4离开样本11液面处在空气中，因样本针4内层4a的填充物发生改变，使得可变电容(针电容)的一个电极的边界条件发生了改变，等同于电极面积S发生了改变，所以可变电容(针电容)同样会增大。

下面详细描述检测样本针堵塞的装置与方法。

要检测样本针堵塞，必须要一个液面检测系统如图3所示，整个系统包括样本针4、检测电路1、控制板2、上位机3(如PC)等。检测电路1是功能实现的核心，它包括液面检测电路5、温度传感电路6、A/D变换7、CPU 8、接口电路9等。

液面检测电路5能够把样本可变电容(针电容)大小转化为当前工作电压，即工作电压与样本可变电容(针电容)是一一对应的，液面检测电路5的一种方案如图4所示，信号源Vin分为两路分别输入到仪表放大器的两个输入端，R1、C1与R2、C2及样本可变电容(针电容)Cp组成平衡电路，信号Vin经R1与C1(平衡电路的第一支路)输入到仪表放大器的负输入端V-，信号Vin经R2、C2与可变电容(针电容)Cp(平衡电路的第二支路)输入到仪表放大器的正输入端V+，样本针4内外两层分别作为可变电容(针电容)Cp的两个极接入到电路中，其中外层4b接地，R3作为仪表放大器的增益调节电阻。图4中其他标号为：51为振荡源，52为仪表放大器，53为电平变换电路。所述平衡电路设定为当可变电容Cp的电容值为特定值时，其输入到仪表放大器52的正输入端V+和负输入端V-的信号保持平衡，当可变电容Cp的电容值偏离特定值时，其输入到仪表放大器52的正输入端V+和负输入端V-的信号产生差异。

当样本针接触液面使得可变电容(针电容)发生突变，引起仪表放大器输入端信号变化，从而使得输出信号Vo也发生突变，并通过A/D采样把模拟信号转换成数字信号，送入到CPU 8，经过信号处理后，通过接口电路9把液面检测信号13输出给控制板2。

图3中，温度传感电路6能够把当前的环境温度转换成相应电压值，也送入到CPU 8，通过CPU 8软件计算就能够得到当前的环境温度值。

在常温如25℃下，样本针清洗干净后处于某一个初始位置，未与液面接触，如生化分析仪清洗池上方，调整液面检测电路5，使得工作电压在一个合适的电平，设为Va，并能够计算对应的样本针4电容值。生化仪长时间运行后，可能造成样本针4堵塞，当样本针4堵塞后，可变电容(针电容)明显增大，相应地，工作电压也会增大，设为Vb，在环境温度保持25℃不变的情况下，当Vb-Va大于某一个阈值设为ΔV，CPU 8就通过接口电路9输出堵塞信号14给控制板2，表示样本针4被堵塞了。

控制板2收到堵塞信号之后，发信息通知上位机3(如PC)，要求上位机3从人机界面通知操作者样本针4堵塞了，由此操作者就能够采取对应措施，比如进行强制冲洗等。表1是具体的实验数据，样本针吸取一定量血清样本后静止放置，模拟针堵塞过程，模拟实验一中，样本针堵塞前后可变电容(针电容)分别为：25.21pF、25.63pF，变化量为0.42pF，堵塞前后工作电压分别为：0.913V、1.862V，变化量为0.949V；模拟实验二中，样本针堵塞前后可变电容(针电容)分别为：25.86pF、26.37pF，变化量为0.51pF，堵塞前后工作电压分别为：1.427V、2.523V，变化量为1.096V；

表1样本针堵塞实验

	堵塞前电压(V)	堵塞后电压(V)	电压变化量(V)	堵塞前可变电容(针电容)(pF)	堵塞后可变电容(针电容)(pF)	电容变化量(pF)
							模拟实验一	0.913	1.862	0.949	25.21	25.63	0.42
模拟实验二	1.427	2.523	1.096	25.86	26.37	0.51

由此可见，样本针堵塞前后可变电容(针电容)变化量以及工作电压变化量都较大。

前面提到要求环境温度保持不变，这是因为样本可变电容(针电容)大小会随着环境温度变化而变化，两者近似线性关系，如图5所示，环境温度升高可变电容(针电容)将增大，变化率约为0.03pF/℃。其中，横坐标为环境温度(℃)，纵坐标为可变电容(针电容)值(pF)。曲线标注为环境温度分别在3℃、5℃、13℃、24℃与35℃条件下的可变电容(针电容)值。

根据工作电压与样本可变电容(针电容)的对应关系，环境温度升高将使得工作电压也增大，根据样本可变电容(针电容)与温度的变化率可以得到工作电压与温度的变化率，设为Vt/℃。

比如，在常温25℃下，样本针处于初始位置时，工作电压为Va，当样本针堵塞后，工作电压增大为Vb，如果环境温度升高到了30℃，则工作电压应为：Vb+(30-25)*Vt。

这样就可能出现两种误判，一种是虽然样本针未堵塞，但因为环境温度的升高使得工作电压增大，当电压增大到一定程度，比如超过了前面提到的检测阈值ΔV，则就会误判堵塞；另一种情况是，虽然样本针已经堵塞了，工作电压增大了，但因为环境温度降低使得工作电压又减小，这会使得工作电压变化不能超过检测阈值ΔV，也同样会造成误判。

本方案中，利用温度传感电路6把当前的环境温度对应值输入到CPU 8，通过软件处理来解决温度的影响问题。假设样本针处于初始状态，即清洗干净且位于清洗池上方，环境温度为T1，此时液面检测电路工作电压为Va，当样本针堵塞等原因使得样本可变电容(针电容)增大，工作电压也升高为Vb，并通过温度传感电路信号得到此时的环境温度为T2，因此，除去环境温度影响外，因堵塞造成的工作电压变化量，用V表示，应为：

\{\begin{matrix} V_{b} - (T_{2} - T_{1}) V_{t} - V_{a}, & T_{2} > T_{1} \\ V_{b} + (T_{1} - T_{2}) V_{t} - V_{a}, & T_{2} < T_{1} \end{matrix} - - - (2)

当V大于ΔV，则判断样本针堵塞。

其更多实施例

上述实施例仅用于对本发明进行说明，而并非对本发明的保护范围的限制。本领域的技术人员在本发明的启示下可以做出一些变通的设计，均属于本发明的保护范围，例如：

样本针也可以设计成可变电感、可变电阻等可变电阻抗，也可以设计成磁敏元件、巨磁电阻等可变磁阻抗，等等；相应地，液面检测电路也可以改为电感检测电路、电阻检测电路、磁阻检测电路，等等，不再列举。

Claims

1.一种生化分析仪样本针堵塞检测装置，包括样本针(4)、检测电路(1)、控制板(2)，所述检测电路具有CPU(8)、接口电路(9)，其特征是：所述样本针(4)为可变阻抗；所述检测电路(1)包括液面检测电路(5)；所述样本针(4)作为可变阻抗接入到液面检测电路(5)中，液面检测电路(5)检测所述可变阻抗的阻抗变化Vb-Va，并将检测信号输出至CPU(8)，当所述可变阻抗的阻抗变化Vb-Va大于某一个阈值设为ΔV，CPU(8)就通过接口电路(9)输出堵塞信号给控制板(2)，表示样本针(4)被堵塞了；其中Va为初始状态时液面检测电路工作电压，Vb为生化分析仪运行后的液面检测电路工作电压。

2.如权利要求1所述的生化分析仪样本针堵塞检测装置，其特征是：所述可变阻抗为可变电容。

3.如权利要求2所述的生化分析仪样本针堵塞检测装置，其特征是：所述可变电容为双层同轴结构，内层(4a)与外层(4b)之间用绝缘材料(4c)隔绝，内层(4a)和外层(4b)分别作为可变电容的两个极板。

4.如权利要求1或2或3所述的生化分析仪样本针堵塞检测装置，其特征是：所述液面检测电路(5)包括振荡源(51)、仪表放大器(52)和平衡电路，所述振荡源(51)所产生的信号(Vin)一路经平衡电路的第一支路输入到仪表放大器(52)的负输入端(V-)，另一路经平衡电路的第二支路输入到仪表放大器的正输入端(V+)，样本针(4)内外两层分别作为可变电容(Cp)的两个极接入到平衡电路的第二支路中；所述平衡电路设定为当可变电容(Cp)的电容值为特定值时，其输入到仪表放大器(52)的正输入端(V+)和负输入端(V-)的信号保持平衡，当可变电容(Cp)的电容值偏离特定值时，其输入到仪表放大器(52)的正输入端(V+)和负输入端(V-)的信号产生差异。

5.如权利要求1或2或3所述的生化分析仪样本针堵塞检测装置，其特征是：还包括上位机(3)，所述控制板(2)一端与检测电路(1)相连，另一端与上位机(3)相连；所述检测电路(1)中还包括有依次相连的A/D变换电路(7)，所述A/D变换电路(7)的输入端与液面检测电路(5)相连。

6.如权利要求5所述的生化分析仪样本针堵塞检测装置，其特征是：所述检测电路(1)中还包括有温度传感电路(6)，其输出端与A/D变换电路(7)的另一输入端相连；所述温度传感电路(6)检测所述样本针(4)所处环境的温度变化，并将温度信号输出至CPU(8)；

CPU(8)将因堵塞造成的工作电压变化量(V)按如下公式校正：

\{\begin{matrix} V_{b} - (T_{2} - T_{1}) V_{t} - V_{a}, & T_{2} > T_{1} \\ V_{b} + (T_{2} - T_{1}) V_{t} - V_{a}, & T_{2} < T_{1} \end{matrix}

其中Vt为可变阻抗工作电压与温度的变化率，T1为初始状态环境温度，Va为初始状态时液面检测电路工作电压，Vb为生化分析仪运行后的液面检测电路工作电压，T2为通过温度传感电路信号得到的Vb时的环境温度；

当V大于阈值(ΔV)则判断样本针堵塞。

7.一种生化分析仪样本针堵塞检测方法，其特征是包括如下步骤：

A、将样本针(4)作为可变阻抗接入到液面检测电路(5)中；

B、利用检测电路(5)检测所述可变阻抗的阻抗变化Vb-Va，并将检测信号输出；其中Va为初始状态时液面检测电路工作电压，Vb为生化分析仪运行后的液面检测电路工作电压；

C、根据输出的信号判断样本针是否堵塞：当所述可变阻抗的阻抗变化Vb-Va大于某一个阈值设为ΔV，表示样本针被堵塞。

8.如权利要求7所述的生化分析仪样本针堵塞检测方法，其特征是：所述可变阻抗为可变电容。

9.如权利要求7或8所述的生化分析仪样本针堵塞检测方法，其特征是步骤B中检测电路(5)检测所述可变阻抗的阻抗变化的方法包括如下步骤：

B1、利用振荡源(51)所产生信号(Vin)；

B2、将所述信号一路经平衡电路的第一支路输入到仪表放大器(52)的负输入端(V-)，另一路经平衡电路的第二支路输入到仪表放大器的正输入端(V+)；

B3、仪表放大器将检测到的信号输出；

其中，样本针(4)内外两层分别作为可变电容(Cp)的两个极接入到平衡电路的第二支路中；所述平衡电路设定为当可变电容(Cp)的电容值为特定值时，其输入到仪表放大器(52)的正输入端(V+)和负输入端(V-)的信号保持平衡，当可变电容(Cp)的电容值偏离特定值时，其输入到仪表放大器(52)的正输入端(V+)和负输入端(V-)的信号产生差异。

10.如权利要求7所述的生化分析仪样本针堵塞检测方法，其特征是在步骤B之后还包括如下步骤：

将输出的检测信号依次输入到A/D变换电路(7)、CPU(8)、接口电路(9)、控制板(2)、上位机(3)。

11.如权利要求7或8所述的生化分析仪样本针堵塞检测方法，其特征是：

在步骤B中还检测环境温度，并将环境温度检测值依次输入到A/D变换电路(7)、CPU(8)、接口电路(9)、控制板(2)、上位机(3)。

12.如权利要求11所述的生化分析仪样本针堵塞检测方法，其特征是：

将因堵塞造成的工作电压变化量V按如下公式校正：

V = \{\begin{matrix} V_{b} - (T_{2} - T_{1}) V_{t} - V_{a}, & T_{2} > T_{1} \\ V_{b} + (T_{1} - T_{2}) V_{t} - V_{a}, & T_{2} < T_{1} \end{matrix}

其中Vt为可变阻抗工作电压与温度的变化率，T1为初始状态环境温度，Va为初始状态时液面检测电路工作电压，Vb为可变阻抗改变后的液面检测电路工作电压，T2为通过温度传感电路信号得到的Vb时的环境温度；

当V大于阈值ΔV则判断样本针堵塞。