專利名稱：一種反光法液面探測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸式液面探測方法，特別是需要自動對液體進(jìn)行微量取樣、加樣的分 析儀器中，如全自動生化分析儀、自動酶標(biāo)免疫分析儀、血液粘度儀、血液凝聚分析儀等的 液面探測方法及裝置。
背景技術(shù)：
分析精度是自動分析儀器的最重要指標(biāo)。而影響分析精度的諸多因素中，加樣精度是最主 要因素。自動分析儀器中對液體樣本和試劑進(jìn)行微量加樣多是通過加樣針探入液體，在與加 樣針管路相連的加樣器的抽吸作用下，定量的被加樣液體被抽入加樣針內(nèi)，然后被注射進(jìn)反 應(yīng)杯或比色杯中進(jìn)行后續(xù)測量。該加樣過程中加樣針針頭不能浸入被加樣液體太深，否則加 樣頭外表面會攜帶過量的殘液，造成加樣不準(zhǔn)，從而影響測試精度。此外，自動分析儀在加 樣之前首先需要探知被加樣液體容器中是否有足夠的被加樣液體，以免造成加樣不足，產(chǎn)生 錯誤測量結(jié)果。因而，自動分析儀器中的加樣系統(tǒng)中，液面探測功能是必需的。
目前自動分析儀器中液面探測方法多種多樣，主要可以歸類為接觸式和非接觸式兩大類。 接觸式是指只有當(dāng)加樣針或傳感器接觸到被加樣液體時，才能探知液體的存在，進(jìn)而探知 液面高度。接觸式的最大缺點(diǎn)是不管有無試管或試管內(nèi)有無液體，探測裝置都要完成一次 探測動作。當(dāng)沒有試管或試管內(nèi)液體用光時，該動作變成無效動作，因而降低了儀器速度。 現(xiàn)有的接觸式液面探測技術(shù)有電容法(例如中國專利CN101135584A)、管道氣壓法(例如美 國專利4,777,832)、機(jī)械振動法(例如美國專利US7，416，706)、光纖法(例如美國專利 US3,448，616)等。
非接觸式是指加樣針不必下探到被加樣液面即可感知液面高度?，F(xiàn)有的非接觸式液面探測技術(shù)有激光法(例如歐洲專利WO200042384)、超聲波法(例如美國專利US5,880,364)和 成像法(例如美國專利US5，463,228)等。就所提及的專利而言，WO200042384所述激光法 采用一個激光管和一個光電二極管，加樣針仍然需要完成一次向下移動動作，雖然加樣針沒 有接觸到液體，但只有當(dāng)加樣針下降到某一位置使激光管發(fā)出的激光經(jīng)液面反射后恰好照射 到光電二極管時才能探知液面高度。類似接觸式液面探測，WO200042384所述激光法當(dāng)液體 耗盡或沒有試管時，仍然還要一次無效當(dāng)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種簡單易行，適于液面沒有氣泡場合下的 一種反光法液面探測方法及裝置。
本發(fā)明的一種反光法液面探測方法，它包括以下步驟
(1) 沿待測試管的底部中央點(diǎn)到試管左側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第一延長線方向上向試管內(nèi)液面發(fā)射
激光束； ，
(2) 所述的激光束在液面發(fā)生反射，反射光照射到位置傳感器上，所述的位置傳感器的有 效敏感區(qū)域右端安裝在待測試管底部中央點(diǎn)到試管右側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第二延長線方向上并且所 述的敏感區(qū)域與所述的第二延長線垂直設(shè)置；
(3) 通過所述的位置傳感器測得所述的每只待測試管的反射光落在位置傳感器上的位置 值，從而通過公式計(jì)算出所述的待測試管內(nèi)的液面高度。
本發(fā)明的一種反光法液面探測的裝置，它包括沿待測試管的底部中央點(diǎn)到試管左側(cè)內(nèi)邊 緣點(diǎn)的第一延長線方向上依次設(shè)置的透鏡、狹縫、激光二極管， 一個位置傳感器的有效敏感 區(qū)域右端安裝在底部中央點(diǎn)到試管右側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第二延長線方向上并且所述的敏感區(qū)域與 所述的第二直線延長線垂直設(shè)置。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的方法和裝置是根據(jù)液面反射光照射到位置傳感器(PSD)的 位置與液面高度的關(guān)系而實(shí)現(xiàn)液面探測的非接觸方法，因而該方法簡單易行并且適用于液面沒有氣泡的場合。


圖1是本發(fā)明的反光法液面探測方法的發(fā)明原理示意圖2是圖1所示的裝置中激光照射到試管的俯視圖3是圖1所示的裝置中液面反射光照射到位置傳感器的示意圖4是本發(fā)明中試劑瓶的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明的一種反光法液面探測方法，它包括以下歩驟(1)沿待測試管的底部中央點(diǎn)到 試管左側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第一延長線方向上向試管內(nèi)液面發(fā)射激光束；(2)所述的激光束在液面 發(fā)生反射，反射光照射到位置傳感器上，所述的位置傳感器的有效敏感區(qū)域右端安裝在待測 試管底部中央點(diǎn)到試管右側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第二延長線上并且所述的敏感區(qū)域與所述的第二延長 線垂直設(shè)置；(3)通過所述的位置傳感器測得所述的待測試管的反射光落在位置傳感器上的 位置值，從而通過公式計(jì)算出所述的待測試管內(nèi)的液面高度。所述的步驟(3)中的公式可以 為h:ar+b ，其中式中的a， b值為通過定標(biāo)方法求解得到的常數(shù)，h為待測試管內(nèi)的液面高 度，"為通過所述的步驟(3)得到的反射光落在位置傳感器上的位置值，所述的定標(biāo)方法包 括的歩驟為(a)用凝膠制作兩只標(biāo)準(zhǔn)樣本管；(b)分別設(shè)定所述的每只標(biāo)準(zhǔn)樣本管的凝膠 高度值；(c)通過所述的步驟(1)至(3)獲取反射光落在位置傳感器上的位置，所述的標(biāo) 準(zhǔn)樣本管的管口直徑以及高度與待測試管的管口直徑以及高度相同；(d)通過公式 a=(hl-h2)/( "1- " 2)和b=(h2》l-hLr2)/( " 1-" 2)可以計(jì)算得到a， b值，其中式中的hl 和h2為每只標(biāo)準(zhǔn)樣本管中的凝膠高度，"1和"2為通過所述的歩驟(c)獲得的反射光落在 位置傳感器上的位置。
如附圖所示的本發(fā)明的一種反光法液面探測裝置，激光管1、狹縫2和透鏡3安裝在從試管8底部中央A點(diǎn)到試管左側(cè)內(nèi)邊緣B點(diǎn)的延長線上。位置傳感器(PSD) 7的有效敏感 區(qū)域右端安裝在A點(diǎn)到試管右側(cè)內(nèi)邊緣C的延長線上。位置傳感器(PSD)的敏感面與直線 AC垂直。
本發(fā)明裝置的工作原理如下
位于試管8左上方的激光二極管1發(fā)出的激光經(jīng)狹縫2和透鏡3變成垂直與紙面方向有 一定寬度、橫向很薄的激光束4，照射到試管8的液面5上。激光束在液面發(fā)生反射，反射 光6照射到位于試管右上方的位置傳感器(PSD) 7上。試管中液面的高度h不同，反射光6 落在PSD7上的位置"也不同。h和"的關(guān)系是
h=a ^b -方程1
其中系數(shù)a， b是常數(shù)，可以通過標(biāo)準(zhǔn)液面試管定標(biāo)獲得。 一旦系數(shù)a， b確定，在獲得某 一試管的"后，可以推導(dǎo)出液面高度h。
本發(fā)明方法適用于其高度和丌口直徑都與標(biāo)準(zhǔn)樣管相同，如圖4所示的試劑瓶9的液面 探測也能應(yīng)用該方法，試劑瓶9其高度和開口直徑都與標(biāo)準(zhǔn)樣管相同，但盛裝試劑部分的容 器截面被設(shè)計(jì)成矩形，且開口在試劑瓶的一端。
定標(biāo)方法
方程l中系數(shù)a， b定標(biāo)過程如下(a)用凝膠(可以為其它材質(zhì)，只要表面反光，高度 固定、高度已知且高度不同的兩個任意材質(zhì)。)制作兩只標(biāo)準(zhǔn)樣本管；(b)分別設(shè)定所述的每 只標(biāo)準(zhǔn)樣本管的凝膠高度；(c)采用數(shù)碼相機(jī)分別拍攝所述的兩只標(biāo)準(zhǔn)樣本管的圖像，在圖 像上找出各自的反射光落在位置傳感器上的位置"和"2值；(d)根據(jù)下列公式計(jì)算出a， b 系數(shù)。
a=(M-h2)/("-"2) b=(h2 "-hlx2)/(《'"2)
實(shí)施例1
為求解公式a二(hl-h2)/( " 1- "2)和b二(h2"l-hLr2)/( " 1- "2)求式中的a， b值，用凝膠事先制作兩只標(biāo)準(zhǔn)樣本管，第一標(biāo)準(zhǔn)樣本管和第二標(biāo)準(zhǔn)樣本管。第一標(biāo)準(zhǔn)樣本管中凝膠的 高度是試管高度的20%，第二標(biāo)準(zhǔn)樣本管中凝膠的高度是試管高度的80%。目前臨床常用的 樣本試管的高度為75mm，直徑10mm，則第一標(biāo)準(zhǔn)樣本管中凝膠的高度為15mm，第二標(biāo)準(zhǔn) 樣本管中的凝膠高度為60mm。然后沿標(biāo)準(zhǔn)樣本管的底部中央點(diǎn)到試管左側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第一 延長線上方向上向試管內(nèi)液面發(fā)射激光束；所述的激光束在液面發(fā)生反射，反射光照射到位 置傳感器上，所述的位置傳感器的有效敏感區(qū)域右端安裝在底部中央點(diǎn)到試管右側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn) 的第二延長線上并且所述的敏感區(qū)域與所述的第二直線延長線垂直設(shè)置；位置傳感器測取經(jīng) 兩只標(biāo)準(zhǔn)樣本管的反射光落在位置傳感器上的位置"1和"2值，再根據(jù)己知高度值hl=15和 h2=60mm，從而計(jì)算出a， b系數(shù)。
對系數(shù)a， b定標(biāo)后，沿待測液面高度的試管的底部中央點(diǎn)到試管左側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第一延 長線方向上向試管內(nèi)液面發(fā)射激光束；所述的激光束在液面發(fā)生反射，反射光照射到位置傳 感器上，所述的位置傳感器的有效敏感區(qū)域右端安裝在底部中央點(diǎn)到試管右側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第 二延長線上并且所述的敏感區(qū)域與所述的第二延長線垂直設(shè)置；通過所述的位置傳感器輸出 所述的反射光落在位置傳感器上的位置w然后根據(jù)公式l^a^b計(jì)算待測試管中液面的高度 值。
權(quán)利要求
1.一種反光法液面探測方法，其特征在于它包括以下步驟(1)沿待測試管的底部中央點(diǎn)到試管左側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第一延長線方向上向試管內(nèi)液面發(fā)射激光束；(2)所述的激光束在液面發(fā)生反射，反射光照射到位置傳感器上，所述的位置傳感器的有效敏感區(qū)域右端安裝在待測試管底部中央點(diǎn)到試管右側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第二延長線上并且所述的敏感區(qū)域與所述的第二延長線垂直設(shè)置；(3)通過所述的位置傳感器測得所述的待測試管的反射光落在位置傳感器上的位置值，從而通過公式計(jì)算出所述的待測試管內(nèi)的液面高度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反光法液面探測方法，其特征在于所述的步驟(3)中的 公式為h:a^b ，其中式中的a， b值為通過定標(biāo)方法求解得到的常數(shù)，h為待測試管內(nèi)的液面高度，"為通過所述的歩驟(3)得到的反射光落在位置傳感器上的位置值，所述的定 標(biāo)方法包括的歩驟為(a)用凝膠制作兩只標(biāo)準(zhǔn)樣本管；(b)分別設(shè)定所述的每只標(biāo)準(zhǔn)樣 本管的凝膠高度值；(c)通過所述的步驟(1)至(3)獲取反射光落在位置傳感器上的位 置，所述的標(biāo)準(zhǔn)樣本管的管口直徑以及高度與待測試管的管口直徑以及高度相同；(d)通 過公式a二(hl-h2)/("2)和13=012,,1-h1』)/(》1-"2)計(jì)算得到a， b值，其中式中的hl和h2為每只標(biāo)準(zhǔn)樣本管中的凝膠高度， l和"2為通過所述的步驟(c)獲得的反射光落在位置傳感器上的位置。
3.—種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的反光法液面探測方法的裝置，其特征在于它包括沿 待測試管的底部中央點(diǎn)到試管左側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第一延長線上方向上依次設(shè)置的透鏡、狹 縫、激光二極管， 一個位置傳感器的有效敏感區(qū)域右端安裝在底部中央點(diǎn)到試管右側(cè)內(nèi)邊 緣點(diǎn)的第二延長線方向上并且所述的敏感區(qū)域與所述的第二直線延長線垂直設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種反光法液面探測方法及其裝置，它包括以下步驟沿待測試管的底部中央點(diǎn)到試管左側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第一延長線方向上向試管內(nèi)液面發(fā)射激光束；所述的激光束在液面發(fā)生反射，反射光照射到位置傳感器上，所述的位置傳感器的有效敏感區(qū)域右端安裝在待測試管底部中央點(diǎn)到試管右側(cè)內(nèi)邊緣點(diǎn)的第二延長線方向上并且所述的敏感區(qū)域與所述的第二延長線垂直設(shè)置；通過所述的位置傳感器測得所述的每只待測試管的反射光落在位置傳感器上的位置值，從而通過公式計(jì)算出所述的待測試管內(nèi)的液面高度。采用本方法和裝置簡單易行并且適用于液面沒有氣泡的場合。
文檔編號G01F23/284GK101526385SQ200910068519
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者濤 孫, 闊 張, 曾思思, 朱險峰, 璐 白, 趙文浩 申請人:天津大學(xué)