专利名称：一种全自动生化分析仪分光光度计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体地说是一种全自动生化分析仪分光光度计。
背景技术：
全自动生化分析仪属于精密的光学式分析测量仪器，它是基于物质对光的选择性吸收，即分光光度法，它的测量原理是把光源发出的光线通过盛有样品溶液的比色池，通过分析样品溶液对各种单色光的吸收度，判断样品溶液中含有物质的成分和浓度。分光光度计是全自动生化分析仪的核心部件之一，它根据单色器的不同可以分为干涉滤光片式分光光度计和光栅式分光光度计两种；如图1所示，干涉滤光片式结构为光源发出的光线经透镜聚焦、干涉滤光片，再经比色池，光阑最后照到光电转换器中的探测器上转变电信号，再把电信号送达到全自动生化分析仪的主控系统进行放大和A/D转换变成数字信号，得到吸光度值；光栅式结构为光源发出的光线经透镜聚焦，进入比色池、光阑再经光栅分光，最后照到探测器上转变电信号，传输到全自动生化分析仪的主控系统进行选择、放大和A/D转换的处理，再把电信号经放大和A/D转换变成数字信号，得到吸光度值。它们的共同点都需要光源，探测器把光信号转换为电信号，电信号经过较长距离的传输才能送达到全自动生化分析仪的主控系统进行放大和A/D转换，得到吸光度值。它们的主要区别是干涉滤光片式，需要用机械的方式移动滤光片来得到样品溶液对各个波长的光的吸光度，而光栅式可以一次得到各种波长的光的吸光度这样的处理过程将对传输过程中的模拟电信号带来干扰，这种干扰直接影响到测量结果的精度，即使在信号的传输过程中采用电磁屏蔽套管来减少干扰，但是干扰仍然不能完全消除，这样一来在传输过程中模拟电信号的一个微小的波动，经过后续的选择、放大和转换处理后将会成为一个较大的误差，这种情况下即使后面的电路和计算过程做的再精确可靠也不能够消除上述处理过程所产生的误差，以及对测量结果的精度所产生的影响。
目前，全自动生化分析仪需要一种能够发射出波长强度相等的光源，而这种光源很难获得，现有的分光光度计(干涉滤光片式和光栅式)为了达到各个波长的强度相等，而采取利用光阑将各个波长的光强度统一到波长最小的光的强度的方法。这种方法存在两方面的缺点第一、光源的使用时间短由于光源发出的光线经过一定距离的传播后光强度降低，而且光源使用的时间过长，光源自身的性能下降也导致发出的光的强度降低，而光阑无法提高波长最小的光的强度以达到测量的要求，此时不得不更换光源；第二、测量结果不稳定由于不同的光源发出的各个波长的强度不能完全相同，即使同一光源在不同时刻发出的各个波长的强度也不可能完全相同，由于光阑是固定不变的，它不能动态地调整各个波长强度的变化，而导致测量结果不稳定；第三、光阑的加工精度高，所以成本较高。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种全自动生化分析仪分光光度计，可以消除模拟信号长距离传输引入的干扰，并能够动态调节光电转换器输出的电信号的放大倍数，从而提高光源检测精度和使用时间的一种全自动生化分析仪分光光度计。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是本实用新型包括光源、透镜、单色器、比色池及光电转换器，光源经透镜聚焦，再经单色器进入比色池，检测信号为由光电转换器输出的模拟信号，其特征在于光源发出的光线经透镜、单色器及比色池后直接照射到光电转换器中的光电探测器上，在光电转换器的输出端接有增益可调放大电路，该增益可调放大电路的输出信号经A/D转换器送至单片机，该单片机通过通讯接口与全自动生化分析仪主控系统相连；所述增益可调放大电路中电压跟随器的输出端与增益可调放大电路中运放的负输入端之间设有一数字电位计，该数字电位计的控制端与单片机的控制接口相连。
所述数字电位计内部为两个串联的第一电位计及第二电位计，共用一组控制端，其包括串行数据脚、串行时钟脚及复位脚，均接至单片机的控制接口，第一电位计的低值端与电压跟随器的输出端相连，第一电位计的高值端及中间抽头端接至运放的负输入端；第二电位计的低值端及高值端分别接至运放的负输入端及输出端，第二电位计的中间抽头端则与运放的输出端相连；所述增益可调放大电路可为具有电压跟随器和运放的两级放大结构，也可为具有电压跟随器、运放及比例放大器的三级放大结构；在光电转换器及增益可调放大电路之间还可设有一多路选择器，其输入端与光电转换器的输出信号相连，输出端接至增益可调放大电路中电压跟随器的输入端，使能信号端及地址线经锁存器与单片机的地址线相连；所述单片机通过RS-232串口与上位机进行通讯连接；所述单片机可为数字信号处理器或现场可编程门阵列。
本实用新型具有以下有益效果及优点1.提高了测量结果的精度及稳定性。本实用新型通过在光电转换器的输出端加设多路选择器、增益可调放大电路及A/D转换器，并通过单片机对A/D转换器加以控制，将转换后的结果发送到全自动生化分析仪主控系统进行计算处理，这样的一种改进的分光光度计结构可以消除模拟信号传输带来的干扰，使得测量结果更加精确可靠；同时本实用新型通过单片机调节数字电位计阻值而改变增益可调放大电路的放大倍数，以统一各波长的光的强度在一个水平线上，提高了测量结果的稳定性；
2.提高了光源的使用时间本实用新型采用调节数字电位计的方法，来改变增益可调放大电路的放大倍数，动态调节光电转换器输出的电信号的放大倍数，使波长最小的光的强度达到测量的要求，提高了光源的使用时间；3.降低了成本本实用新型省略了光阑，与现有技术相比大大降低了成本。
图1为现有技术中的分光光度计的结构框图；图2为本实用新型中的分光光度计的结构框图；图3为本实用新型电气原理图；图4为本实用新型单片机部分的电气接线图；图5为本实用新型选择放大器部分的电气接线图；图6为本实用新型增益可调放大电路的电气原理图；图7为本实用新型A/D转换器部分的电气接线图；图8为本实用新型选择放大器部分的放大倍数图示。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型包括光源、透镜、单色器、比色池、光电转换器、增益可调放大电路、A/D转换器及单片机，光源经透镜聚焦，再经单色器进入比色池后，光电转换器的输出信号经多路选择器M8、增益可调放大电路M7及A/D转换器M6由单片机M2送至全自动生化分析仪的主控系统或上位机；如图3～5所示，单片机M2选用80C251，外接存储器扩展和地址译码器M5，具体包括一片W27C512扩展程序存储器、一片71024扩展数据存储器以及一片地址译码器GAL，地址译码器GAL的输出作为各锁存器和存储器的片选使能信号；单片机M2可以通过RS-485总线和RS-232串口与外部进行通讯；从光电探测电路及电流检测电路得到的多路模拟电信号(本实施例为12路)首先进入多路选择器M8，本实施例选用十六选一的多路开关MUX16对输入的12路模拟信号进行选择输出，即12路模拟信号接至多路开关MUX16的信号输入端S1～S12，其地址线A0～A3和使能端接地址锁存器U5的输出端1Q～4Q和6Q，通过地址总线BUS由单片机M2经过锁存器(本实施例采用74LS547)锁存后给出，选择要处理哪一路信号，锁存器的时钟信号取自地址译码器GAL的输出端；如图6、图7所示，本实施例中增益可调放大电路M7选用OP07信号放大器，采用具有电压跟随器U13、放大倍数可调的比例放大器即运放U12及固定倍数的比例放大器U11三级放大结构，电压跟随器U13的负输入端(2脚)接有多路选择器M8的输出信号，电压跟随器U13的输出端接到由运放U12及数字电位计U8(本实施例采用DS1267S)构成的增益可调的反相比例放大电路，该数字电位计U8设于电压跟随器U13的输出端与运放U12的负输入端之间，内部为两个串联的第一电位计及第二电位计，共用一组控制端，所述控制端包括串行数据脚DQ、串行时钟脚CLK及复位脚RST，均接至单片机M2的控制接口，第一电位计做为调节运放U12的放大倍数的电位计，其低值端L0与电压跟随器U13的输出端相连，第一电位计的高值端H0及中间抽头端W0接至运放U12的负输入端；第二电位计做为反馈电路的反馈电阻，其低值端及高值端L1、H1分别接至运放U12的负输入端及输出端，第二电位计的中间抽头端W1则与运放U12的输出端相连，运放U12的输出信号再经过固定倍数的比例放大器U11后送到A/D转换器M6中的A/D转换单元U10(本实施例选用ADC976)进行A/D转换。
该信号放大器也可为具有电压跟随器U13和运放U12的两级放大结构，均由单片机调节数字电位计的阻值来调节信号的放大倍数。如图5所示，上述两种结构的增益可调放大电路的放大比例为UO=-RXR0UI]]>UO为输出电压；UI为输入电压；RX为数字电位计的电阻值；R0为固定电阻的的电阻值。
本实用新型的工作步骤如下1.将去离子水注入比色池；2.由单片机调节数字电位计，把光电转换器输入的信号调节到一个固定值，由单片机记下数字电位器的电阻值；3.干涉滤光片式分光光度计调节滤光片，光栅式分光光度计调节多路开关，重复1、2步，得到不同波长的光所对应的数字电位计的电阻值。
4.吸取出比色池中的去离子水，注入样本溶液，单片机选择各波长对应的电信号和对于的数字电位计的电阻值，得到A/D转换的电压值，经485总线传给主控系统，用对数关系计算出的样本溶液对应各波长光线的吸光度；再根据比尔定律计算出各种物质在样品溶液中的浓度。
本实用新型的工作过程为从光源发出的光线经透镜聚焦，再经单色器和比色池后直接照射在光电转换器中的光电探测器上，从光电转换器得到的12路模拟电信号首先进入多路选择器M8，多路选择器M8的使能信号和地址译码信号由单片机M2的地址线经过锁存器锁存后给出，以选择要处理哪一路信号，该路信号进入增益可调放大电路M7后，通过单片机M2来调节其内部数字电位计U8大小，运放U12的输出信号在经过比例放大器U11放大后由A/D转换器M6将转换后得到的数字量信号送到锁存器中(本实施例选用74HC245)锁存，等待单片机M2读取，单片机M2读数据后将数据存储在数据存储器中，最终通过RS-485总线或RS-232总线发送到全自动生化分析仪主控系统M1或上位机中，至此完成本实用新型的工作过程。
在此过程中，由于各波长对应的A/D值不同，根据此不同，单片机M2根据测得的实际波长与标准值相比较，调节数字电位计U8的阻值，动态地调整增益可调放大电路M7的放大倍数，从而调整了光电转换器输出的电信号的放大倍数，使各波长的光的强度在一个水平线上，提高了测量结果的稳定性。
本实施例中单片机M2通过发送、接收管脚TXD1、RXD1外接一片RS-232接口与上位机(本实施例为计算机)实现串行通讯，在不需整机支持的条件下即可完成对分光光度计的调试，简化了调试工作。
本实用新型中的单片机M2可以选用其它型号，也可选用新型的微处理器，如DSP(数字信号处理器)或FPGA(现场可编程门阵列)等。
权利要求1.一种全自动生化分析仪分光光度计，包括光源、透镜、单色器、比色池及光电转换器，光源经透镜聚焦，再经单色器进入比色池，检测信号为由光电转换器输出的模拟信号，其特征在于光源发出的光线经透镜、单色器及比色池后直接照射到光电转换器中的光电探测器上，在光电转换器的输出端接有增益可调放大电路(M7)，该增益可调放大电路(M7)的输出信号经A/D转换器(M6)送至单片机(M2)，该单片机(M2)通过通讯接口与全自动生化分析仪主控系统(M1)相连；所述增益可调放大电路(M7)中电压跟随器(U13)的输出端与增益可调放大电路(M2)中运放(U12)的负输入端之间设有一数字电位计(U8)，该数字电位计(U8)的控制端与单片机(M2)的控制接口相连。
2.按权利要求1所述的全自动生化分析仪分光光度计，其特征在于所述数字电位计(U8)内部为两个串联的第一电位计及第二电位计，共用一组控制端，其包括串行数据脚(DQ)、串行时钟脚(CLK)及复位脚(RST)，均接至单片机(M2)的控制接口，第一电位计的低值端(L0)与电压跟随器(U13)的输出端相连，第一电位计的高值端(H0)及中间抽头端(W0)接至运放(U12)的负输入端；第二电位计的低值端及高值端(L1、H1)分别接至运放(U12)的负输入端及输出端，第二电位计的中间抽头端(W1)则与运放(U12)的输出端相连。
3.按权利要求1所述的全自动生化分析仪分光光度计，其特征在于所述增益可调放大电路(M7)可为具有电压跟随器(U13)和运放(U12)的两级放大结构，也可为具有电压跟随器(U13)、运放(U12)及比例放大器(U11)的三级放大结构。
4.按权利要求1所述的全自动生化分析仪分光光度计，其特征在于在光电转换器及增益可调放大电路(M7)之间还可设有一多路选择器(M8)，其输入端与光电转换器的输出信号相连，输出端接至增益可调放大电路中电压跟随器(U13)的输入端，使能信号端及地址线经锁存器与单片机(M2)的地址线相连。
5.按权利要求1所述的全自动生化分析仪分光光度计，其特征在于所述单片机(M2)通过RS-232串口与上位机进行通讯连接。
6.按权利要求1、2、4或5中任何一项所述的全自动生化分析仪分光光度计，其特征在于所述单片机(M2)可为数字信号处理器或现场可编程门阵列。
专利摘要本实用新型公开一种全自动生化分析仪分光光度计，包括光源、透镜、单色器、比色池及光电转换器，光源经透镜聚焦，再经单色器进入比色池，检测信号为由光电转换器输出的模拟信号，光源发出的光线经透镜、单色器及比色池后直接照射到光电转换器中的光电探测器上，在光电转换器的输出端接有增益可调放大电路，该增益可调放大电路的输出信号经A/D转换器送至单片机，单片机通过通讯接口与全自动生化分析仪主控系统相连；所述增益可调放大电路中电压跟随器的输出端与增益可调放大电路中运放的负输入端之间设有一数字电位计，该数字电位计的控制端与单片机的控制接口相连。本实用新型提高了测量结果的精度、稳定性及光源的使用时间，降低了产品成本。
文档编号G01N33/50GK2867341SQ20052009411
公开日2007年2月7日 申请日期2005年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者康长武, 吴海波, 欧勇军 申请人:沈阳东软医疗系统有限公司