全自动生化分析仪机电机构研究

　　生化分析仪是临床诊断的重要设备之一,通过它对人体血液等体液进行生化分析并测得数据,再结合其他临床资料进行综合分析,可帮助诊断疾病,对器官功能做出评价,并可鉴别并发因子及决定以后治疗的基准等等[1,2]。目前,国外该类设备在精确度、制造精度以及功能等方面都已经达到了非常高的水平。但迄今为止,中国生化分析仪的研究和制造主要限于半自动化,由于自动化水平低,已远远不能满足临床检验的需求,国内大中型医院均耗巨资进口全自动化产品,因价格昂贵,一般中、小型医院难以购买^[3] 。为降低自动生化分析仪的成本,改进半自动设备的自动控制能力,提高工作效率,更好地满足临床检验和普及性的需求,笔者将介绍一种基于单片机控制的生化分析仪的自动化改造方法。

　　1　系统设计

　　全自动生化分析仪机电部分的基本结构如图1所示,主要由载动系统、升降系统、吸液排液系统(简称吸排系统)和托盘系统4部分组成^[4,5] 。

　　1)载动系统

　　载动系统用来带动吸排系统旋转到各个吸液位和排液位,旋转范围为0°~90°。作为载动系统和吸排系统的连接部分,升降系统与后者一起旋转。

　　载动系统需要定位的位置依次为吸试剂位(同时也是排试剂位)、清洗位和排液位,现规定排液位为0°,并将清洗位设置在45°处,吸试剂位在90°处。因为步进电机旋转角度与输入脉冲数严格成正比,且细分以后步距角变小,所以通过脉冲计数能够非常精确地实现各个位置的定位。

　　为保证每次单片机上电运行时吸排系统是精确地从0°位置出发,在此处加一行程开关,通过软件编程使得单片机上电以后先执行一个初始化归零操作,使吸排系统运行到0°位置处。

　　2)吸排系统

　　吸排系统采用柱塞式空气置换原理来抽取样品,样品的抽取量V与柱塞杆的直径D和行程h之间的关系为V=π(D/2)2h。

　　由于对不同液体吸入量的要求不尽相同,所以吸排系统在吸液时没有固定的定位位置。根据所需样品量以及系统设计时所允许的尺寸空间,选择合适直径的柱塞杆。电机步长关系到定位精度的高低,而定位精度又影响到取样度,因此,在得知要求的吸液量以后,可以将其转换成步进电机的步进步数,进而可以通过脉冲计数来精确控制吸液量[6]。取样模块采用固定轴式直线步进电机,内部通过螺旋副把旋转运动转化成直线运动。通过电机的键轴直接输出直线运动。柱塞杆穿过密封胶圈,顶端连接在直线电机的键轴上,经左右运动抽取样品。为检测排液时是否已将液体全部排出,在吸排系统中也加入1个行程开关,在液体排尽时行程开关被按下,以反馈给单片机信号[7]。同时,行程开关也将作为吸排系统的零点位置,在设备上电初始化时,将吸液管中的液体全部排出。