基于单片机的锥板式血液粘度仪的控制系统

　　0　引言

　　血液粘度是血液最基本的流变特性,是血液流变学研究的核心。大量研究表明,许多危害人类健康的常见病均与血液粘度升高有关[1]。在一定范围内,血液粘度值可作为诊断(甚至　　是早期诊断)疾病转归和疗效判断的主要指标[2]。测定血液粘度,研究血液粘度的特点,掌握血液粘度变化规律,对于了解血液的流动性质和凝固性质,尤其是对于揭示血液流变学的改　　变与某些疾病的发生和发展关系,具有重要意义[3]。传统的锥板式血液粘度仪是根据圆锥的几何学常数及带动圆锥旋转的支撑轴扭转力矩,计算出切变率与切应力,并由两者之比得到被　　测流体的实际粘度值。本文提出的新型锥板式血液粘度仪是通过测量转动齿盘的瞬时衰减速度来计算系统受到的阻力矩,从而获得该切变率下的血液粘度值,避免了传统锥板式血液粘度　　仪使用拉力传感器测力矩的方式,克服了力矩太小,拉力传感器不方便测量的缺点。

　　在仪器实现方式上,市场上销售的血液粘度仪多采用基于PC机的上下位机形式,这些仪器需要在PC上安装专门的软件,而且仪器体积较大,携带和移动都不方便。而一些采用单　　片机进行控制的血液粘度仪往往选用价格较为昂贵的高端单片机或者系统硬件配置繁多,外围电路复杂。本系统选用51单片机作为血液粘度仪控制系统的主控制芯片,可同时实现液晶显示、键盘扫描、串口打印、温度控制以及上下位机通信等多种功能。实验表明,该装置具有性价比高、运行稳定可靠、实用性强、操作灵活方便等特点,可作为医疗电子仪器控制接口　　的通用输入、显示、打印和传输模块。

　　1　粘度测量原理

　　新型锥板式血液粘度仪的锥板结构如图1所示。在锥体1与平板2的间隙内加入待测血液5,锥体通过旋转轴系4与测速齿盘3连为一体,通过驱动器6给轴系施以驱动力,锥体与齿盘随轴系以一定的加速度加速旋转。通过测速传感器7检测齿盘每个齿通过的时间,从而计算出齿盘的旋转速度,当速度达到一定值后,撤销驱动力,被测血液的粘度对锥体产生阻力,锥体做快速衰减运动,通过测量齿盘每个齿的转速衰减来计算该转速下的角加速度,进而计算被测血液对锥体的阻力矩,并根据这个阻力矩和转速计算该切变率下的粘度。

      推导出的粘度计算公式

　　其中η为粘度;Κ为与锥体构型有关的仪器常数; M为锥体受到的阻力矩;ω为锥体旋转的角速度; J为锥体转动惯量; Ms为系统阻力矩;Δω/Δt为瞬时角加速度。　通过标定,确定Κ、Ms、J便能得到血液粘度的值。