电容式液面探测装置、方法及系统技术领域
本发明涉及液面探测领域，特别涉及一种电容式液面探测装置、方法及系统。
背景技术
目前，为了更准确地获取病人的临床诊断信息，越来越多的生化分析检验仪器被使用。现有的生化分析仪器通常采用电容式液面感应的方法进行液面探测，此方法具有反应灵敏，稳定性较高的特点。
现有技术中提出了一种检测液面并判断是否成功的方法：探针液面检测装置包括：吸液探针，用于吸取被测液体并输出其自身电容；转换模块，用于接收吸液探针输出的电容值，并输出与电容值相对应的模拟电压信号；A/D转换器，用于将模拟电压信号转换为数字电压信号；信号处理模块，用于对接收的数字电压信号进行处理，输出接触液面指示信号。所述的信号处理模块包括：第一判断单元，接收数字电压信号，用于判断当前电压信号的电压值是否大于低阀值，并在当前电压信号的电压值大于低阀值时输出第一控制信号；在接收到第一控制信号后开始计算相邻电压信号的斜率。
现有技术中需要检测到当前电压信号的电压值大于低阀值后才开始计算相邻电压信号的斜率，但由于仪器的个体差异以及周围环境的分布电容影响导致每台仪器的阀值不同，其探测时需要根据不同仪器以及所处的不同环境重新标定对应的探测阀值，这会造成调试繁琐，步骤复杂等弊端。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种电容式液面探测装置、方法及系统，旨在简化现有的液面探测步骤，提高液面探测的准确性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电容式液面探测装置，包括:
吸液探针，用于吸取被测液体并输出其自身电容；
A/D转换单元，用于采样所述吸液探针输出的电容值，将所述电容值转换为对应的数字电压信号并输出；
判断单元，用于判断所述A/D转换单元输出的本次采样的数字电压信号的电压值是否小于等于上次采样的数字电压信号的电压值，当判断结果为是时，输出电压差值；其中，所述电压差值为上次采样的数字电压信号的电压值减去本次采样的数字电压信号的电压值；以及
比较单元，用于比较所述电压差值与预定阈值的大小，若所述电压差值大于所述预定阈值，则输出用于控制所述吸液探针停止运动的控制信号。
优选的，所述A/D转换单元具体用于每间隔预定时间采样输出一次对应的数字电压信号。
进一步的，所述预定时间为63微秒至1毫秒。
优选的，该电容式液面探测装置还包括电压差值累加单元和控制单元；
所述判断单元具体用于：a）判断所述A/D转换单元输出的第N次采样的数字电压信号的电压值是否小于等于第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值，若判断结果为是，则输出电压差值；其中，所述电压差值为第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值减去第N次采样的数字电压信号的电压值，N≥2，N为整数；
所述电压差值累加单元用于：b）接收所述电压差值，将所述电压差值与初值为零的变量S相加；
所述比较单元还用于：c）比较S的当前值与所述预定阈值的大小，若S的当前值大于所述预定阈值，则输出用于控制所述吸液探针停止运动的控制信号；
所述控制单元，用于当S的当前值不大于所述预定阈值时，将N的值自增1，控制所述判断单元、电压差值累加单元和比较单元依次循环上述a）、b）、c）过程直至S大于所述预定阈值。
优选的，所述控制单元还用于：当所述判断单元的判断结果为第N次采样的数字电压信号的电压值大于第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值时，将所述变量S的当前值清零，将N的值自增1，控制所述判断单元、电压差值累加单元和比较单元依次重新循环上述a）、b）、c）过程。
优选的，所述控制单元还用于：当所述比较单元的比较结果为S的当前值大于所述预定阈值且输出所述控制信号后，将所述变量S的当前值清零，将N的值自增1，控制所述判断单元、电压差值累加单元和比较单元依次重新循环上述a）、b）、c）过程。
优选的，所述判断单元和比较单元集成在同一个处理器、集成电路或可编程器件中。
优选的，还包括隔离DC-DC电源模块，用于为A/D转换单元供电，所述DC-DC电源模块的纹波在20MHZ带宽时小于30mVp-p。
优选的，所述预定阀值与容器中盛放的液体的表面面积大小相关，若液体的表面面积小于预定值，则所述预定阀值随所述液体的表面面积减小而对应减小；若所述液体的表面面积大于所述预定值，则所述预定阀值随所述液体的表面面积增大而保持不变。
本发明实施例还提供一种电容式液面探测方法，包括如下步骤：
采样吸液探针输出的电容值，将所述电容值转换为对应的数字电压信号并输出；
判断本次采样的数字电压信号的电压值是否小于等于上次采样的数字电压信号的电压值，当判断结果为是时，输出本次的电压差值；其中，所述电压差值为上次采样的数字电压信号的电压值减去本次采样的数字电压信号的电压值；
比较所述电压差值与预定阈值的大小，若所述电压差值大于所述预定阈值，则输出用于控制所述吸液探针停止运动的控制信号。
优选的，所述采样吸液探针输出的电容值，将所述电容值转换为对应的数字电压信号并输出的步骤具体为：每间隔预定时间采样输出一次对应的数字电压信号。
进一步的，所述预定时间为63微秒至1毫秒。
优选的，该方法还包括以下步骤：
a）判断第N次采样的数字电压信号的电压值是否小于等于第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值，若判断结果为是，则输出电压差值；其中，所述电压差值为第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值减去第N次采样的数字电压信号的电压值，N≥2，N为整数；
b）接收所述电压差值，将所述电压差值与初值为零的变量S相加；
c）比较S的当前值与所述预定阈值的大小，若S的当前值大于所述预定阈值，则输出用于控制所述吸液探针停止运动的控制信号；
d）当S的当前值不大于所述预定阈值时，将N的值自增1，依次循环上述a）、b）、c）过程直至S大于所述预定阈值。
优选的，该方法还包括：当所述判断结果为第N次采样的数字电压信号的电压值大于第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值时，将所述变量S的当前值清零，将N的值自增1，依次重新循环上述a）、b）、c）过程。
优选的，该方法还包括：当S的当前值大于所述预定阈值且输出所述控制信号后，将所述变量S的当前值清零，将N的值自增1，依次重新循环上述a）、b）、c）过程。
所述预定阀值与容器中盛放的液体的表面面积大小相关，若液体的表面面积小于预定值，则所述预定阀值随所述液体的表面面积减小而对应减小；若所述液体的表面面积大于所述预定值，则所述预定阀值随所述液体的表面面积增大而保持不变。
本发明实施例还提供一种电容式液面探测系统，包括上述的电容式液面探测装置以及探针运动控制装置；所述探针运动控制装置与所述电容式液面探测装置连接，用于当接收到所述比较单元输出的所述控制信号时，根据所述控制信号控制所述吸液探针停止下行并进行吸取液体动作。
所述探针运动控制装置包括：运动机构，其上安装所述吸液探针，用于在控制单元控制下运动从而带动所述吸液探针上下运动；以及控制单元，与所述运动机构连接，用于当接收到所述控制信号时，控制所述运动机构停止运动，从而使所述吸液探针停止向下运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过判断本次采样的数字电压信号的电压值是否小于等于上次采样的数字电压信号的电压值，当判断结果为是时，输出电压差值,再比较所述电压差值与预定阈值的大小，若所述电压差值大于所述预定阈值，则输出用于控制所述吸液探针停止运动的控制信号。本发明采用数据的相对变化量（即电压差值）作为液面探测是否成功的判断依据，可避免现有技术中由于仪器的个体差异以及周围环境的分布电容的影响而导致每台仪器的阀值不同的问题。本发明中一旦设置好相应的预定阈值，则无需根据环境或仪器个体差异而重新调试设置其判断阈值，可做到免调试的效果，简化现有的液面探测步骤，提高液面探测的准确性。优选方案中通过使用优质隔离电源模块（纹波在20MHZ带宽时小于30mVp-p）使信号波动小，数据稳定，有效增大了数据的分辨率，大大增强了液面探测的适应性，稳定性及可靠性。
附图说明：
图1是本发明实施例中的电容式液面探测装置示意图；
图2是本发明实施例中的另一电容式液面探测装置示意图；
图3是本发明实施例中的液面探测装置的探测原理示意图；
图4是本发明实施例中的电容式液面探测方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
如图1所示的电容式液面探测装置，包括吸液探针101、A/D转换单元102、判断单元103和比较单元104。
所述吸液探针101，用于吸取被测液体并输出其自身电容；所述A/D转换单元102，用于采样所述吸液探针输出的电容值，将所述电容值转换为对应的数字电压信号并输出；所述判断单元103，用于判断所述A/D转换单元102输出的本次采样的数字电压信号的电压值是否小于等于上次采样的数字电压信号的电压值，当判断结果为是时，输出电压差值；其中，所述电压差值为上次采样的数字电压信号的电压值减去本次采样的数字电压信号的电压值；所述比较单元104用于比较所述电压差值与预定阈值的大小，若所述电压差值大于所述预定阈值，则输出用于控制所述吸液探针101停止运动的控制信号。
本发明通过判断本次采样的数字电压信号的电压值是否小于等于上次采样的数字电压信号的电压值，当判断结果为是时，输出电压差值,再比较所述电压差值与预定阈值的大小，若所述电压差值大于所述预定阈值，则输出用于控制所述吸液探针停止运动的控制信号。本发明采用数据的相对变化量（即电压差值）作为液面探测是否成功的判断依据，可避免现有技术中由于仪器的个体差异以及周围环境的分布电容的影响而导致每台仪器的阀值不同的问题。本发明中一旦设置好相应的预定阈值，则无需根据环境或仪器个体差异而重新调试设置其判断阈值，可做到免调试的效果，简化现有的液面探测步骤，提高液面探测的准确性。
具体的，在一个实施例中，所述A/D转换单元102具体用于每间隔预定时间采样输出一次对应的数字电压信号。本实施例中所述预定时间为63微秒至1毫秒。参看图2，本实施例中的电容式液面探测装置还包括电压差值累加单元105和控制单元106。所述判断单,103具体用于：a）判断所述A/D转换单元输出的第N次采样的数字电压信号的电压值是否小于等于第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值，若判断结果为是，则输出电压差值；其中，所述电压差值为第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值减去第N次采样的数字电压信号的电压值，N≥2，N为整数。所述电压差值累加单元105用于：b）接收所述电压差值，将所述电压差值与初值为零的变量S相加。所述比较单元104还用于：c）比较S的当前值与所述预定阈值的大小，若S的当前值大于所述预定阈值，则输出用于控制所述吸液探针停止运动的控制信号。所述控制单元106，用于当S的当前值不大于所述预定阈值时，将N的值自增1，控制所述判断单元103、电压差值累加单元105和比较单元104依次循环上述a）、b）、c）过程直至S大于所述预定阈值。
可选的，所述控制单元106还用于：当所述判断单元103的判断结果为第N次采样的数字电压信号的电压值大于第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值时，将所述变量S的当前值清零，将N的值自增1，控制所述判断单元103、电压差值累加单元105和比较单元104依次重新循环上述a）、b）、c）过程。
可选的，所述控制单元106还用于：当所述比较单元104的比较结果为S的当前值大于所述预定阈值且输出所述控制信号后，将所述变量S的当前值清零，将N的值自增1，控制所述判断单元103、电压差值累加单元105和比较单元104依次重新循环上述a）、b）、c）过程。
下面结合一个具体例子说明上述过程：本实施例应用于化学发光免疫分析仪的液面探测，参看图3，装置包括取样探针1、检测电路7、运动控制模块5、样品杯2、样品杯托架4、运动臂3、电容信号传输导线6。取样探针1与检测电路7通过信号传输导线6相连，运动控制模块5控制步进电机（图未示）带动运动臂3从而带动探针1向下运动，在下降过程中取样探针1感应到电容变化并将信号通过导线6传输给检测电路7。检测电路7将电容信号转换为数字信号并迭代进行上述判断、比较过程，最后输出控制信号到运动控制模块5。运动控制模块5控制电机停止从而使得取样探针停止下行并进行吸取动作。本实施例中检测电路7集成了所述A/D转换单元102、判断单元103和比较单元104的功能。
具体的，本发明工作原理具体为：每间隔T时刻（本实施例中取63微秒，当然也可以是其他数值，但不超过毫秒级）读取一次取样探针输出的电容AD值，判断本次采样值是否小于等于上次采样值。若是，定义N个变量，N值可根据实际情况设置。设分别为：a1、a2、…aN并清零。将电压差值存入aN中。设AA=a1+a2+…+aN，判断AA是否大于探测成功的预定阀值（本实施例中取14，也可根据具体情况来设置），若是则输出控制信号并将a1、a2…aN清零，否则a1=a2；a2=a3；…a(N-1)=aN；aN=0，进行下一轮的判断比较过程，依次循环迭代。每次循环若判断本次采样值大于上次采样值，则将a1、a2…aN清零，并重新读取采样值继续判断并进行后续比较过程。本发明能显著提高检测装置的适应性，有效地防止了误测，提高了整个化学发光免疫分析系统的安全性能和精确性。
其中所述预定阀值与仪器容器（如样品杯）中盛放的液体的表面面积大小相关，若液体的表面面积小于预定值（可根据具体情况设置，根据仪器的不同而不同），则所述预定阀值随所述液体的表面面积减小而对应减小；若所述液体的表面面积大于所述预定值，则所述预定阀值随所述液体的表面面积增大而保持不变。
可选的，所述判断单元103和比较单元104集成在同一个处理器（如单片机）、集成电路或可编程器件中。该装置还包括隔离DC-DC电源模块（图未示），用于为A/D转换单元102以及所述处理器、集成电路或可编程器件供电，所述DC-DC电源模块的纹波在20MHZ带宽时小于30mVp-p。由于仪器供电通常采用开关电源，其纹波噪声较大，为了增强液面探测适应性，在电路设计中增加低纹波隔离DC-DC模块，为检测电路提供稳定电源，通过使用优质隔离电源模块（纹波在20MHZ带宽时小于30mVp-p）使信号波动小，数据稳定，有效增大了数据的分辨率，大大增强了液面探测的适应性，稳定性及可靠性。
基于同一构思，本发明实施例2提供一种电容式液面探测方法，参看图4，本实施例中该方法基于上述实施例中的装置来执行，具体包括如下步骤：
S101、采样吸液探针输出的电容值，将所述电容值转换为对应的数字电压信号并输出；
S102、判断本次采样的数字电压信号的电压值是否小于等于上次采样的数字电压信号的电压值，当判断结果为是时，输出本次的电压差值；其中，所述电压差值为上次采样的数字电压信号的电压值减去本次采样的数字电压信号的电压值；
S103、比较所述电压差值与预定阈值的大小，若所述电压差值大于所述预定阈值，则输出用于控制所述吸液探针停止运动的控制信号。
优选的，所述采样吸液探针输出的电容值，将所述电容值转换为对应的数字电压信号并输出的步骤具体为：每间隔预定时间采样输出一次对应的数字电压信号。
进一步的，所述预定时间为63微秒至1毫秒。
优选的，该方法还包括以下步骤：
a）判断第N次采样的数字电压信号的电压值是否小于等于第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值，若判断结果为是，则输出电压差值；其中，所述电压差值为第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值减去第N次采样的数字电压信号的电压值，N≥2，N为整数；
b）接收所述电压差值，将所述电压差值与初值为零的变量S相加；
c）比较S的当前值与所述预定阈值的大小，若S的当前值大于所述预定阈值，则输出用于控制所述吸液探针停止运动的控制信号；
d）当S的当前值不大于所述预定阈值时，将N的值自增1，依次循环上述a）、b）、c）过程直至S大于所述预定阈值。
优选的，该方法还包括：当所述判断结果为第N次采样的数字电压信号的电压值大于第（N-1）次采样的数字电压信号的电压值时，将所述变量S的当前值清零，将N的值自增1，依次重新循环上述a）、b）、c）过程。
优选的，该方法还包括：当S的当前值大于所述预定阈值且输出所述控制信号后，将所述变量S的当前值清零，将N的值自增1，依次重新循环上述a）、b）、c）过程。
下面结合一个具体例子说明上述过程：本实施例应用于化学发光免疫分析仪的液面探测，请再参看图3，装置包括取样探针1、检测电路7、运动控制模块5、样品杯2、样品杯托架4、运动臂3、电容信号传输导线6。取样探针1与检测电路7通过信号传输导线6相连，运动控制模块5控制步进电机（图未示）带动运动臂3从而带动探针1向下运动，在下降过程中取样探针1感应到电容变化并将信号通过导线6传输给检测电路7。检测电路7将电容信号转换为数字信号并迭代进行上述判断、比较过程，最后输出控制信号到运动控制模块5。运动控制模块5控制电机停止从而使得取样探针停止下行并进行吸取动作。本实施例中检测电路7集成了所述A/D转换单元、判断单元和比较单元的功能。
具体的，本发明工作原理具体为：每间隔T时刻（本实施例中取63微秒，当然也可以是其他数值，但不超过毫秒级）读取一次取样探针输出的电容AD值，判断本次采样值是否小于等于上次采样值。若是，定义N个变量，N值可根据实际情况设置。设分别为：a1、a2、…、aN并清零。将电压差值存入aN中。设AA=a1+a2+…+aN，判断AA是否大于探测成功的预定阀值（本实施例中取14，也可根据具体情况来设置），若是则输出控制信号并将a1、a2…aN清零，否则a1=a2；a2=a3；…a(N-1)=aN；aN=0，进行下一轮的判断比较过程，依次循环迭代。每次循环若判断本次采样值大于上次采样值，则将a1、a2…aN清零，并重新读取采样值继续判断并进行后续比较过程。本发明能显著提高检测装置的适应性，有效地防止了误测，提高了整个化学发光免疫分析系统的安全性能和精确性。
其中所述预定阀值与仪器容器（如样品杯）中盛放的液体的表面面积大小相关，若液体的表面面积小于预定值（可根据具体情况设置，根据仪器的不同而不同），则所述预定阀值随所述液体的表面面积减小而对应减小；若所述液体的表面面积大于所述预定值，则所述预定阀值随所述液体的表面面积增大而保持不变。需要说明的是，该方法实施例与上述的装置实施例基于同一构思作出，具体可参考上述装置实施例中的相关内容，此处不再详述。
本发明实施例3还提供一种电容式液面探测系统，包括上述的电容式液面探测装置（图1或图2所示装置）以及探针运动控制装置（图未示）；所述探针运动控制装置与所述电容式液面探测装置连接，用于当接收到所述比较单元输出的所述控制信号时，根据所述控制信号控制所述吸液探针停止下行并进行吸取液体动作。
其中所述探针运动控制装置包括：运动机构(如运动臂)，其上安装所述吸液探针，用于在控制单元控制下运动从而带动所述吸液探针上下运动；以及控制单元，与所述运动机构连接，用于当接收到所述控制信号时，控制所述运动机构停止运动，从而使所述吸液探针停止向下运动。控制单元可包括控制电路以及电机，该部分具体可参看关于图3内容的描述，此处不再详述。
本发明系统可准确输出液面探测成功信号，使得仪器的主控系统对吸液探针发出正确动作信号，提高吸液探针取样吸液的成功率，避免错误动作损坏吸液探针或仪器设备其他部件。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。