检测液体表面的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种检测液体表面的方法，包括以下步骤：提供至少一个探头，其相对于周围环境具有电容；移动探头进入或离开液体；通过向探头施加周期性的第一电信号来向探头充电以激活探头；在向探头施加第一电信号的同时，施加周期性的第三电信号到不同于探头的一个或多个电传导区域上，其中第三电信号对应于于第一电信号或是第一电信号的放大／衰减；对探头至少部分放电使得获得放电电流；检测基于放电电流的第二电信号；分析第二电信号或关于探头的电容的源于第二电信号的信号；基于探头的电容的变化识别液体的液体表面。其进一步涉及适于实施上述方法的一种相应系统。
【专利说明】检测液体表面的方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明属于分析取样操作领域并且涉及一种检测液体表面的方法和自动化系统。【背景技术】
[0002]在现代临床分析仪器中，液体例如体液可以通过不同的临床-化学和免疫化学方法进行检测。许多分析方法需要精确的移液操作以得到满意的分析精确度。通常，泵-控制的探头用于抽吸和排出液体。
[0003]为了执行移液操作，探头的头部必须确实地放置在液体内。从将交叉污染的危险最小化和利于探头清洁的角度来说，经常需要将探头头部正好放置于液体表面以下。基本地，当加入或移走液体时，探头头部可能相对于样品容器保持静止，也可能被升高或降低使其相对于液体表面在液体内保持在指定位置。
[0004]事实上，在许多情况下，液体表面不是确切已知的，或者一个样品容器到另一个的液体表面也存在极大不同，因此，这就需要检测液体表面，以便在开始移液操作之前准确定位探头。
[0005]通常地，液体表面的检测可基于不同的物理原理。一种方法是检测直接射向液体表面并反射的光束。通过检测传播时间，可以计算探头头部和液体表面之间的距离。
[0006]另一种频繁的用于取样操作的方法是基于当探头被带入或离开与液体的物理接触时,检测探头的电性质的特性变化。特别地,一个已知技术为当探头头部浸入液体时检测探头的电阻变化。然而，为了获得可靠的结果，液体应处于与电接地进行电接触，此种状态经常不能达成使得该技术在很多情况下不能满意的实施。采用探头电阻变化的液体表面检测，例如在美国专利N0.5843378A中记载的。
[0007]另一种技术是基于向探头施加高频电压信号，例如，在IMHz到IGHz范围内，以产生敏感于表面检测的电阻抗。然而，基于高频阻抗测量的液体表面检测需要非常复杂的技术设备并且成本相当昂贵。由于特定的操作条件，这技术不适用于临床分析仪器。进一步地，电干扰作用会导致分析仪器低的电磁兼容性。基于高频阻抗测量的液体表面测量，例如在 TO2000019211A1，US5049826A, US5365783 和 US4818492A 中描述的。
[0008]还有另一技术是基于探头被带入或离开与液体的物理接触时探头的电容变化。为了这个目的，探头由周期性电信号重复充电，通过分析充电电流测量探头的电容。通常，使用低于IkHz的低频电压信号以避免电阻抗。在专利文献中，基于电容变化的液体表面检测，例如，在EP89115464A2和US7150190B2中记载的。
[0009]使用电容技术，当探头碰撞液体表面时会观察到探头的电容变化。然而，依赖于各种参数，例如样品体积(在临床分析仪器中样品通常具有几毫升(HiL)或甚至更小的体积)、盛放样品的样品容器的设计和材料以及其所处的电环境，电容的变化很小。通常，探头的电容变化在几十飞法拉(10-15F)或更小。此外，测量可能被例如邻近的探头和/或探头附近的其他电导部分的静态电容这样的外界影响所干扰。进一步地干扰可能由通常产生于移动的电导部件间的动态电容产生。于是，当移动探头时，特别地在相对于电导部分如金属部件的快速或忽停忽动的方式中会产生动态电容。事实上，这样的静态和/或动态寄生效应能够处于皮法拉(10-12F)级，其比由将探头带入或离开液体接触引起的探头电容变化大得多。因而，在临床分析仪器中的基于探头的电容变化的液体表面的检测不能获得可靠的结
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[0010]针对上述情况，希望改善基于探头被带入或离开与液体的物理接触时的电容变化的这一用于检测样品液体表面的传统装置和方法。此目标和进一步的目标通过根据独立权利要求的装置和方法达到。本发明的优选实施例通过从属权利要求给出。
【发明内容】
[0011]根据本发明的第一方面，提出一种用于检测盛放于液体容器内的液体表面的新方法。该方法将特别地有益于与涉及不同分析项目的用于分析液体的临床分析仪器联用。
[0012]在这里使用的术语“液体”，能够指的例如是认为包含了感兴趣的分析物的材料。液体可以源自任何生物来源，例如生理液体，包括血液、唾液、眼球晶状体液体、大脑脊髓液、汗液、尿液、腹水液、粘液、滑液、腹膜液、羊膜液、组织、细胞或诸如此类。液体在使用前可以进行预处理，例如从血液中制备血浆、稀释粘液、细胞溶解或类似的处理，其中处理方法能够包括过滤、蒸馏、浓缩、干扰物质的灭活、和试剂加入。液体可以在从来源获得后直接使用，或在对液体的特性进行改性预处理后使用，例如采用其它溶液稀释后或与试剂混合后，例如实施一个或多个像例如临床化学化验、免疫化验、凝固化验、核酸化验的诊断化验。
[0013]根据本发明，检测液体表面的方法包括提供至少一个探头(一个或多个探头)的步骤，该探头具有与周围环境相关的例如由电接地给出的电容。
[0014]其进一步包括将探头移入或移出液体并通过向探头施加周期性的第一电信号SI对探头充电以激活探头检测液体表面的步骤。在一个实施例中，第一电信号具有范围从IkHz到IMHz的频率。
[0015]如这里使用的，术语“激活”或“激活的”仅用于参考的目的，并且与施加了第一电信号且用于液体表面检测的探头有关。相应地，未激活地探头是不用于液体表面检测的探头。
[0016]该方法进一步包括另一个施加周期性的第三电信号S3到与激活探头不同的一个或多个导电区域的步骤，其与施加第一电信号SI到激活探头同时进行。第三电信号S3基于第一电信号SI。在一个实施例中，第三电信号S3的频率等于第一电信号SI的频率。在一个实施例中，第三电信号S3的周期性信号脉冲等于第一电信号SI的周期性信号脉冲。在一个实施例中，第三电信号S3对应(等于)第一电信号或对应放大/减幅的第一电信号SI。在一个实施例中，第三电信号S3源于第一电信号SI。在一个实施例中,第三电信号S3是第一电信号SI。
[0017]该方法进一步包括另一个至少部分的对激活探头进行放电以获得放电电流的步骤，和检测基于放电电流的第二电信号S2的步骤。在一个实施例中，第一电信号SI源自第二电信号S2。
[0018]该方法进一步包括另一个分析第二电信号S2或与激活探头的电容相关的源于第二电信号S2的信号的步骤，和基于激活探头的电容变化确定液体表面的步骤。
[0019]因此，通过向会影响激活探头的电容的电传导区域施加第三电信号S3，激活探头能够有效的被屏蔽于影响液体表面检测的干扰。第三电信号S3因此起到“屏蔽信号”的作用。
[0020]在一个包括多个探头的实施例中，例如连续排列的探头，第三电信号S3被施加到设置在激活探头邻近的一个或多个未激活探头上。特别地，第三电信号S3可以被施加到设置于激活探头邻近(例如在一侧或两侧)的所有的未激活探头上。由于邻近激活探头的未激活探头常常是引起干扰的主要原因，液体表面检测的可靠性可以大大提高。
[0021]在一个实施例中，第三电信号S3被施加到用于移动激活探头的移动系统的一个或多个部件上，和/或施加到用于移动设置于激活探头邻近的一个或多个未激活探头的移动系统的一个或多个的部件上。移动系统的部件经常具有大的电导面积，其能够强烈的影响激活探头的电容，特别是当激活探头的相对于这些面积移动时。因此，通过屏蔽这些面积，液体表面检测的可靠性可以大大提高。
[0022]在一个实施例中，第三电信号S3被施加到激活探头的系统液体和/或邻近激活探头的一个或多个未激活探头的系统液体。系统液体是用于操作探头作为移液管。系统液体也可以是干扰液体表面检测的主要原因，因此液体表面检测的可靠性可以大大提高。
[0023]在一个实施例中，第三电信号S3被施加到激活探头的同轴线和/或邻近激活探头的一个或多个未激活探头的同轴线上。同轴线也可以是干扰液体表面检测的主要原因，特别是当激活探头被移动时和/或当同轴线以无控制方式(由静态电容产生)移动时。因此，通过屏蔽同轴线，液体表面检测的可靠性可以大大提高。
[0024]在一个实施例中，第一电信号SI被第四电信号调制，使得周期性施加第一电信号Si到探头上。特别地，在使用多个探头的情况下，例如相对于彼此连续排列的探头，探头可以一个接一个连续被激活以进一步提高液体表面检测的可靠性。
[0025]根据本发明的第二方面，公开了一种新的自动化系统，其用于检测盛放在液体容器内的液体的液体表面。根据使用者的具体需求，该系统可以以多种方式设置，并且，例如能够作为与多种分析项目例如但不限定于临床化学、生化或免疫化学分析项目相关的自动化临床分析仪器的一部分。
[0026]根据本发明，系统包括至少一个探头，适于相对于液体放置。由于与周围环境例如电接地电容性耦合，探头具有一电容。
[0027]系统进一步包括移动机械，用于将探头相对于液体定位，例如移动探头进入或离开液体。在一个实施例中，探头优选地由电传导材料制成或至少包括电传导材料。
[0028]系统进一步还包括电路，其包括连接到探头的信号发生电路并配置为产生和施加第一电信号Si到探头以向探头充电，由此获得激活探头。电路进一步包括一电消耗，但非限定性的，如电接地，用于对激活探头进行放电以产生放电电流，和可控制开关，适于可变换的将探头与信号发生电路或电消耗连接。电路还进一步包括连接到探头的信号检测电路，配置为检测基于探头的放电电流的第二电信号S2。电路还进一步包括屏蔽信号电路，适于施加基于第一电信号SI的第三电信号S3到一个或多个不同于探头的电传导区域上。
[0029]该系统还进一步包括控制器，设置为控制液体表面的检测。
[0030]关于第一、第二和第三电信号，参考结合本发明的方法对以上进行解释。
[0031]在一个实施例中，控制器设计为将探头移动进入液体，控制开关用第一电信号SI的方式对探头重复充电并至少部分对探头进行放电，控制电路检测第二电信号，分析第二电信号S2或与激活探头的电容相关的源于第二电信号的信号，并基于探头电容的变化确定液体表面，其中第三电信号S3施加到不同于探头的一个或多个电传导区域上，同时施加第一电信号SI到探头上。
[0032]在一个实施例中，屏蔽电路电连接到以下电传导区域中的一个或多个:
[0033]-一个或多个邻近激活探头设置的未激活探头，
[0034]-用于移动激活探头的移动系统的一个或多个部件和/或用于移动邻近激活探头设置的未激活探头的移动系统的一个或多个部件，
[0035]-激活探头的系统液体和/或邻近激活探头设置的一个或多个未激活探头的系统液体，
[0036]-激活探头的同轴线和/或邻近激活探头设置的一个或多个未激活探头的同轴线。
[0037]在一个实施例中，信号发生电路配置为振荡器，其包括连接到电阻-电容电路(电阻串联到电容)的施密特触发器电路，其中该电容由激活探头提供。
[0038]在一个实施例中，探头(们)配置为进行用于移动液体的移液操作，以使得当其中产生负压或正压时抽吸或排出液体。探头因而具有检测液体表面和移液的双功能。因而，移液操作可以与在液体中对探头的精确定位联合使用。用于移液的探头能够，例如体现为金属材料制成的针，例如但不限定于钢针。
[0039]在一个实施例中，液体容器包括由电传导材料制成的容器部分，其中传导性容器部分由电传导支架支撑，例如但非限定性的，如与其电接触的电传导工作盘。结果，在探头和周围环境之间的电容性耦合会增加。
[0040]本发明的系统因而通过向可能影响激活探头的电容并且因此可能干扰液体表面检测的区域施加屏蔽电信号来由此得到液体表面的稳定检测。该系统可以用于实施本发明的上述方法。
[0041]本发明的一个主要优点通过如下事实给出，即与现有技术相比，通过利用施加第三电信号S3从而电屏蔽从周围环境来的干扰，使得激活探头的电容可以可靠的用于检测液体表面。
[0042]上述本发明的系统和方法的各个实施例可以单独使用或在不脱离本发明的范围的前提下可以以任意组合使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]本发明的其他的和进一步的目的、特征和优点将在以下的描述中更充分的体现。附图包含在发明书中并组成说明书的一部分，其阐释本发明的优选实施例，并与以上给出的总述和以下给出的详细说明一起解释本发明的原理。
[0044]图1是检测液体表面的示范系统的示意图；
[0045]图2描绘了探头的连续排列；
[0046]图3描绘了图1的系统的细节X ；
[0047]图4A-4B描绘了没有施加(图4A)和施加(图4B)电屏蔽信号的附图1的系统的探头的连续排列；
[0048]图5描绘了图1的系统的变型；[0049]图6是说明用于检测液体表面的探头的顺序激活的示意图；
[0050]图7是说明使用探头检测不同液体表面的设置的示意图；
[0051]图8A-8C是用图7的设置获得的试验性结果。
【具体实施方式】
[0052]通过图解的方式，现在详述可以实施本发明的特定的示例性实施例。首先通过附图1到3的示意图，解释了检测液体表面的自动化系统。该系统将特别有益于与分析液体样品的临床分析仪器联用。
[0053]特别地，附图1说明用于检测液体表面的示例性系统的总体构思。附图2描绘了用于附图1的系统的探头的连续排列。附图3描绘了附图1中的细节“X”，其包括用于检测液体表面的电路。
[0054]特别参考附图1，该系统通常简称附图标记I包括至少一个用来检测液体4的液体表面的探头2，液体4盛放在液体容器3内，液体容器3例如放置在探头2下面。在一个实施例中，探头2配置为移液管，适用于实施移液操作，也就是，吸入和排出液体。特别地，探头2提供了内部(液体)通道5，其在探头顶部6并向周围环境开放。
[0055]如附图3所示，在探头顶部6的对面侧，每个探头2通过泵导管7与泵12液体连接以在液体通道5内产生负压或正压，这样根据使用者的具体要求，液体可以从探头2吸进或排出。因为泵用于移液操作对于本领域技术人员来说是公知的，例如从市售的分析仪器，所以在这里不需要进一步阐明泵12。如附图3所示的，泵导管7通过电阻R4连接到电接地。
[0056]通过继续的参照附图3，在一个实施例中，泵导管7用液态系统液体11充满，其可以通过泵12的操作进行向后或向前移动。系统液体11还可以通过探头顶部6排出，例如用于清洁探头2的液体通道5。
[0057]在一个实施例中，探头2设置为由金属材料制成的针，例如但不限定于不锈钢。特别地，探头2可以具有急剧的探头顶部6以便于在使用顶端封闭的液体容器3的情况下方便的穿刺盖子(未不出)。
[0058]如附图2所示，在一个实施例中，系统I包括一个接一个连续的排列的多个探头2。因而，盛在并排排列的液体容器3内的液体4的相应数字的液体表面可以被同时地或顺序的检测，而不需要探头2的横向移动。探头2的数量为8个仅出于示例的目的，本领域技术人员会意识到根据使用者的具体要求可以设想更多或更少的探头2。它表明在很多应用中8个探头2可以作为基本设置。
[0059]如上面详述的，每个探头2具有检测液体表面和入吸或排出液体的双功能。为了相对于液体容器3内的液体4移动和定位一个或多个探头2,系统I包括自动移动机械9。特别地，在一个实施例中，移动机械9设置为如双箭头所示的垂直移动探头2。通常的，当移动探头2以检测液体表面时，盛有液体4的液体容器3是保持固定的。
[0060]特别参照附图4A和4B，在一个实施例中，移动机械9包括相对于彼此顺序排列的多个传递头13。每个传递头13包括具有面-侧17的平行六面体传输块14，设置有垂直导向块开口 15，用于可滑动的接收盘状探头夹持器16，该探头夹持器16设置为固定一个探头
2。探头夹持器16可有效地耦合到驱动机械(未示出)例如轴驱动，这样探头夹持器16可以在沿着块开口 15在垂直方向移动。因而，固定到探头夹持器16上的探头2可以垂直的移动向或离开盛放在位于探头2下面的液体容器3内的液体4。由于每个探头2与一个单独的传递头13接触，探头2可以彼此独立移动。可变换的，一个以上的探头2可以固定到一个探头夹持器16上，这样当移动探头夹持器16时它们可以一起移动。在附图4A和4B中所示的三个传递头13仅出于示例的目的。其表明了其它任何数量的传递头13可以根据使用者的具体要求设置，例如8个传递头13，根据附图2的排列每一个传递头都提供了一个探头2。
[0061]在一个实施例中，传递头13固定在托架(未示出)上，其可在两个方向上移动跨过水平的工作盘8，例如基于传送机械(未示出)，其具有互相垂，直放置的两条轨道。因此，每个探头2可以在横向和/或垂直方向上移动。由于这样的托架和传送机械对于本领域技术人员来说是公知的，例如从市售的分析仪器中，在这里对它们不做详细描述。
[0062]因此，通过操作移动机械9，每个探头2可以被放低，使得其处于探头顶部6浸入位于探头2下面的盛放在液体容器3内的液体4内的位置。探头顶部6可以，例如位于在液体表面10以下很小距离的位置，使得液体4和探头顶部6之间的接触最小。
[0063]如附图2所示，该系统还包括一个或多个液体容器3，例如相对于彼此连续的排列，设置为接收感兴趣的任何液体4,例如体液,如血液、尿液或其它。液体容器3可以例如设置为试管、小瓶或多孔板的孔。在一个实施例中，液体容器3由电绝缘材料制成，例如但不限定于塑料。在一个变型实施例中，液体容器3由导电材料制成，例如但不限定于不锈钢，以提高对探头2的电容性耦合。在一个实施例中，液体容器3电连接到电接地。在一个实施例中，液体容器3设置有顶部盖(未示出)，其由电绝缘材料制成，例如但不限定于塑料或橡胶。
[0064]在系统I中，在一个实施例中，每个探头2由导电材料制成，例如但不限定于类似不锈钢的金属材料。因此，探头2具有(固有的)静态电容，其依赖于探头2和周围环境(通常是电接地)例如与工作盘8的电容性耦合。通常地当探头2低到进入液体4时，由于探头2的电容被(电传导的)液体4的电容改变，会观察到探头2的电容变化。然而，如介绍部分已经讨论过的，在临床分析仪器中，观察到的探头2的由于探头顶部6进入液体4引起的电容变化典型地为几十飞法拉(10-15F)或更小。
[0065]通过继续的参照附图1，提供了电容测量的理想情况，液体4与电接地电接触的连接(例如通过电传导液体容器3的方式)或至少与其具有强烈的电容性耦合。然而，在临床分析仪器中更多地，液体4和电接地之间仅有微弱的电容性耦合。
[0066]通过特别的参照附图3，为了液体表面检测，每个探头2都电连接到电路上，其通常简称为附图标记18。电路18包括信号发生电路39，设置为产生和提供周期性振荡电(电压)信号SI到探头2，以向探头2充电，还有信号检测电路38，设置为基于探头2的放电电流而响应于第一电信号SI检测第二电信号S2。
[0067]特别的，电路18包括振荡器19以产生第一电信号SI，该振荡器19包括施密特触发器电路20和电阻-电容(一体)电路21(“RC电路”)，该电路21由电阻Rl和串联到电阻Rl的探头2(电容C)组成。
[0068]通常地，施密特触发器电路20具有通过将一部分输出电压加入到输入电压的环路且增益大于I的正反馈回路。施密特触发器电路20背后的基本规则是施密特触发器电路20的输出电压保持其数值直到输入电压变化到足够触发变化。
[0069]如图所示的，在一个实施例中，施密特触发器电路20通过操作放大器22实现，放大器22具有两个输入端23 (正相输入“ + ”和反相输入和一个输出端24,输出端24通过由电阻R2和R3给出的电压分配器连接到正相输入端23。特别的，介于电阻R2和电阻R3之间的连接点37连接到正相输入端23。电压分配器起到衰减器的作用。在一个实施例中，电阻R2和R3的值为R2=427k0hm和R3=227k0hm。操作放大器22的反相输入端23通过另一操作放大器22’ (下面将进一步描述)连接到探头2，并且耦合到探头2的耦合电极25用于将电信号SI传递到探头2并将通过探头2放电得到的电信号S2耦合传出探头2。如通常的，操作放大器22连接到具有较高值(+V)例如24伏和较低值(-V)例如O伏的电源上。
[0070]在施密特触发器电路20中，操作放大器22的作用为双稳态锁存器，其在根据不论输出端24的电压是高或低(滞后效应)的不同点进行开关。滞后效应通过电阻R2和R3的电阻值和其总电阻值的相对比率来控制。
[0071]振荡器19通过在操作放大器22的输出端24和反相输入端23之间连接RC电路21来实现。振荡器19的振荡功能通过以下原理获得:如果任意种类的噪音(热或电磁噪音)引起输出端24具有大于OV的电压，由于正反馈正相输入端23也为正值，造成一种情况即输出端24的电压接近电源的较高值(+V)。因为反相输入端23和输出端24通过RC电路21连接，反相输入端23接近输出电压并带有依赖于电阻Rl的阻值和探头2的电容的时间常数。当反相输入端23的电压大于非反相输入端23的电压，输出端24的电压减小到接近电源的较低值(-V)。当输出端24的电压继续减小时，反相和正相输入端23之间的差别发生变化，造成一种情况即反相输入端23的电压接近输出端24的电压使得循环自己重复。因而，当输入高于较高阈值或低于较低阈值时，操作放大器22的输出端24的电压在电源的较高和较低值(+V，-V)之间转换。在较高和较低阈值之间，输出端24的电压保持不变。
[0072]电路18进一步包括可控制开关，例如晶体管33’如附图3所示，适于可变换地(周期性地)连接探头2到操作放大器22的输出端24，以借助第一电信号向探头2充电，或者连接探头2到电接地以将探头2放电。晶体管33’可以由控制器26控制。
[0073]因而，当探头2放电时，基于探头2的放电电流的第二电信号S2可以通过耦合电极25获得,其传送到操作放大器22。操作放大器22 (振荡器19)的输出端24变成方波电信号SI，其频率极大地依赖于电阻Rl的电阻值和探头2 (以及施密特触发器电路20的开关点)的电容C。因此，通过改变电阻Rl的电阻值，第一电信号SI的频率能够轻而易举的适应探头的电容。在一个实施例中，第一电信号SI的频率在从5kHx到IMHz的范围内，并且例如为100kHz。在一个实施例中，电阻Rl的电阻值Rl=180k0hm。
[0074]因此，探头2的电容C可以通过相对于其频率或周期(时间常数)分析在输出端24获得的第一电信号SI而容易的确定。结果，探头2的电容C的变化也可以被检测。
[0075]通过继续的参照附图3，在系统I中，控制器26可以用于控制液体表面的检测和液体的移液。特别的，控制器26设置为控制探头2的移动和定位，特别是基于相对于相应的液体表面10、从分析电信号SI得到的检测结果。控制器26可以，例如可具体为可编程序逻辑设备(微处理器)运行计算机可读程序，其通过根据预先设定的程序指令实施操作。为了这个目的，控制器26电连接到不同系统部件，其需要控制和/或提供信息，包括操作放大器22的输出端24和用于相对于液体4移动和定位探头2的移动机械9。
[0076]还继续的参照附图3，在系统I中，电路18进一步包括屏蔽信号电路27，其产生和施加第三电信号S3( “电屏蔽信号”)到可能影响探头2的电容以致于干扰液体表面检测的电传导区域。特别地，屏蔽信号电路27包括操作放大器22’，其具有两个输入端23’ (正相输入“ + ”和反相输入和一个输出端24’。输出端24’连接到反相输入端23’并连接到其他操作放大器22的反相输入端23。操作放大器22’的正相输入端23’通过同轴线28连接到耦合电极25。基于探头2的放电电流的第二电信号S2通过操作放大器22’转发到操作放大器22的反相输入端23。
[0077]出于利用电屏蔽信号S3给这些系统部件充电的目的，操作放大器22’的输出端24’连接到不同的系统部件，这些系统部件可以引起探头2的电容C的变化。更特别地，输出端24’电连接到
[0078]-围绕绝缘层30的管状导电屏蔽31，绝缘层30围绕探头2的同轴线28的电导体29 (和探头2的每一例的邻近探头2的管状导电屏蔽31)，
[0079]-通过耦合电极25’的探头2的系统液体11，(通过耦合电极25’的探头2的每一侧的两个邻近探头2的系统液体11)，
[0080]-属于探头2的周围环境的不同系统部件，如附图3中所示的附图标记32示意性地示出)。
[0081]电屏蔽信号S3的施用参考附图4A和4B将进一步详述，其显示了三个连续排列的探头2、2’，它们的每一个都固定在各自的传递头13上。
[0082]特别地，在附图4A所示的第一情况下，中间的探头2通过施加电信号SI被激活以检测液体表面。在中间的探头2两侧的探头2’是未激活探头，其没有用于液态表面检测。如在实际测试中显示的，由于将探头顶部6带入或离开与液体的物理接触带来的激活的中间探头2的电容C的变化可能被两个邻近的未激活探头2’、以及激活探头2和两个邻近未激活探头的系统液体11、同轴线28和传递头13的部件、探头夹持器16的主体和传输块14的面侧17强烈干扰，这两个相邻的未激活探头2’设置在激活的中间探头2的两侧(探头2左边和右边)。例如，两个邻近探头顶部6 (容量1000 μ L，距离9mm)的电容总计5皮法拉(PF)，并且，因此其比激活中间探头2的由将其带入或离开与液体的接触例如撞击液体表面带来的电容变化(几十飞法拉或更少)要大得多。
[0083]在附图4B所示的第二情况中，为了极大地避免引起激活中间探头2的不期望的电容变化的这样的影响，电屏蔽信号S3施加到:
[0084]-两个邻近的未激活探头2’(如附图3所示的附图标记32)，
[0085]-包括在激活探头2和两个邻近的未激活探头2’的泵导管7内的系统液体11，
[0086]-激活探头2和两个邻近的未激活探头2’的同轴线28，
[0087]-激活探头2和两个邻近的未激活探头2’(如附图3示意性地所示的附图标记32)的探头夹持器16，和
[0088]-激活探头2和两个邻近的未激活探头2’(如附图3示意性地所示的附图标记32)的传输块14的面侧17。
[0089]由于电屏蔽信号S3除了被操作放大器22’放大之外对应于电信号SI，激活的中间探头2的电容C可以有效的屏蔽掉周围环境干扰液体表面检测的影响。换句话说，如以上所述的通过向激活的中间探头2附近的部件施加电屏蔽信号S3，在通过向中间的探头2施加电信号SI以激活以检测液体表面10过程中，这些部件会电减弱或变得“不可见”。因此，液体表面可以以一种准确和可靠的方式进行检测。
[0090]因此，通过施加电屏蔽信号S3，会增强激活中间探头2的电容的其他电容可以被屏蔽，这样使得液体表面检测的灵敏度得到强力地提高。进一步地，通过向包含在泵导管7内的系统液体11施加屏蔽信号S3，可以获得抑制到电接地的电信号损耗的另一效果。
[0091]现在参考附图5，其描绘了附图1的示例性系统的一种变型。为了避免重复，仅解释与附图1-3的系统I的不同之处，其它可参考上面给出的对应解释。
[0092]因此，系统I包括电开关，例如设置为晶体管33，例如但非限定性的，如双极场效应晶体管(FET)。特别地，晶体管33的集电极接点34连接到操作放大器22的正相输入端23，并且发射极接点35连接到电接地。进一步地，晶体管33的基础接点36通过电阻R5电连接到控制器26。
[0093]控制器26设置为以电同步信号S4向基础接点36提供，电同步信号S4具有周期性重复的转换脉冲，例如但非限定性的，如附图5所示的周期性方波脉冲。当向基础接点36施加同步信号S5的电压脉冲时，晶体管33可以被周期性的打开或关闭。更特别地，在打开状态，建立了集电极接点34和发射极接点35之间的传导性的电路径，这样电流可以从操作放大器22的正相输入端23如箭头所示流向电接地。另外，在关闭状态，集电极接点34和发射极接点35之间的电路径具有很高的电阻，这样操作放大器22的非逆相输入端23与电接地分离。
[0094]因此，通过开关晶体管33，第一电信号SI的产生可选择性的阻断，这样可以通过同步信号S5周期性地调制第一电信号SI。
[0095]如附图6所示，通过向晶体管33施加同步信号S5，电信号SI可以调整成同步各个探头2的激活，例如通过用第一电信号SI充电并且检测第二电信号S2以测量探头2的电容C，从而选择性的激活单个的探头2。在一个实施例中，如图所示，在一个激活周期内8个探头2可以顺序的(一个接一个)被电信号SI充电以激活，根据同步信号S5的具体设定来周期性地重复每个周期。因此，每个周期包括8个时间段，每个时间点段内一个探头被激活。因此，可以推测到液体的液体表面，避免其它液体表面的同时检测带来的附加影响。
[0096]现在参考附图7和附图8A-8C，液体表面的检测将进一步描述。如附图7所示，用于检测盛放在两个液体容器3内的不同的液体表面的系统I的示例性设置中包括两个探头2、2，。
[0097]特别地参考附图8A，其描绘了附图7中的两个探头2的电容C相对于时间的曲线图，在第一实验中，液体容器3在空间上分开以避免容器对电容测量的影响，其中探头2、2 ’分别的移动进入或离开液体4，还分别的被施加的电信号SI激活。没有电屏蔽信号S3施加到未激活探头2’上。
[0098]特别地，曲线I描述了左边的探头2当其被带入或离开与液体4的物理接触(当右边的探头2’保持固定)以检测较高的液体表面时的电容变化，曲线II为右边的探头2’当其被带入或离开与液体4的物理接触(当左边的探头2保持固定)以检测较低的液体表面时的电容变化。如所示的，当移动左边的探头2向下，当其撞击液体表面10时可以观察到在左边探头2的电容C在A处出现急剧的增加。归因于通常的在液体表面4以上的充满空气的自由空间和电传导性液体4之间的电传导性的巨大差异，电容C的显著增加用来识别液体表面。另一方面，当升起左边的探头2，当其离开液体4时可以观察到左边探头2的电容C在B处有一急剧的减少。在曲线图中，左边探头2的下降-和-升高动作重复一次。进一步地，当移动右边的探头2向上和向下，当其被带入或离开于液体4的物理接触时，可以观察到右边探头2的电容C的相应的显著变化(A处的急剧的增加和B处的急剧的减少)。右边探头2’的峰值稍微小于左边探头2的峰值，这是由较低的液体表面引起的。在两个曲线中，当进入/离开液体容器3时可以观察到探头2、2’的电容C的轻微的增加/减少。许多非生物或生物液体例如体液具有足够的电导性使得能检测到探头2、2’的电容的显著变化。因而，如图所示，液体表面可以容易的通过探头2、2’的电容的显著变化来检测。进一步地，液体表面10的垂直位置可以关系到预先定义的参照水平，例如放置液体容器3的工作盘8的上表面由此得到液体水平。然而在实际情况中，例如但不限定于临床分析仪器中，对激活探头2的电容C的外部的附加的影响，例如由其它探头引起的不能被避免。
[0099]特别地参考附图SB，描绘了附图7中的两个探头2的电容C与时间的曲线图，在第二实验中，液体容器3挨在一起，其中探头2顺序地(一个在另一个之后的)被带入与液体4的物理接触或离开。在这个实验中，电信号SI仅施加到左边的探头2上。与施加电信号SI同时，电屏蔽信号S3被施加到右边的探头2’上。左边和右边探头2、2’的电容C被检测。
[0100]特别地，曲线I描绘了左边的探头2当其被带入或离开与液体4的物理接触以检测较高的液体表面时的电容变化，曲线II为右边的探头2’当其被带入或离开与液体4的物理接触时的电容变化。因此如图所示的，当移动左边的探头2向下，当左边探头2撞击液体表面10时可以观察到左边探头2的电容C在A处出现急剧的增加。右边探头2’的电容在左边探头2撞击液体表面10时有轻微的减少。当保持左边探头2在液体4内并且移动右边探头2’向下时，在右边探头2’撞击液体表面10的A处的时刻，左边探头2的电容C有轻微的减少。当颠倒两个探头的动作时，当左边探头2被带出不与液体4的物理接触时，当左边探头2离开液体4时左边探头2的电容C在B处可观察到一急剧的减少。这时，右边探头2’的电容增加。进一步地，当右边探头2离开液体4时，右边探头2的电容C在B处可以观察到一急剧的减少。
[0101]因此，通过激活的左边的探头2对较高液体表面的检测可以通过左边探头2的电容C的显著变化(A处的增加或B处的减少)来可靠的实施。从周围环境的干扰如未激活的探头2’的干扰降低了激活的左边探头2在A处的电容C或增加了激活的左边探头2在B处的电容C，这归因于施加的电屏蔽信号S3。因此，因为由周围环境引起的激活的左边探头2的电容变化相对于左边探头2撞击或离开液体表面10引起的电容变化具有不同的信号，较高液体表面可以容易的被检测，使得提高了检测的可靠性。
[0102]现在，特别地参考附图SC，描绘了附图7中的两个探头2、2’的电容与时间的曲线图，在第三实验中其为第二实验的变型，其中未激活的右边的探头2’被连接到电接地而不是施加电屏蔽信号S3。
[0103]特别地，当左边探头2撞击液体表面10时可以观察到受激活的左边探头2的电容C在A处有急剧的增加。当保持左边探头2在液体4内并移动右边探头2’向下时，在A处的右边探头2’撞击液体表面10的时刻，左边探头2的电容C进一步增加。当颠倒两个探头的动作时，当左边探头2被带离与液体4的物理接触时，当其离开液体4时左边探头2的电容C的B处可以观察到急剧的减少。这时，右边探头2’的电容C也减少。进一步地，当右边探头2’离开液体4时，可以观察到右边探头2’的电容C在B处有一急剧减少。这时，左边探头2的电容C也可以观察到一轻微的减少。
[0104]因此，借助受激活的左边探头2对液体4的较高液体表面的检测可以通过左边探头2的电容增加进行，然而，当右边探头2’撞击液体表面10时左边探头2的电容进一步增加。因为难以分辨由左边探头2撞击液体表面10引起左边探头2的电容C的增加和由右边探头2’撞击液体表面10引起的左边探头2的电容C的增加(两个信号变化都是正值)，较高液体表面不能被可靠的检测。
[0105]虽然前面提供了示例性实施例，应意识到这些实施例仅是示例性的，而不是用于一任何形式限定范围、适用性、或结构。明显的本发明的许多修饰和变型在前述的说明书的信息中是可能的。它因此可以被理解，在所附权利要求的范围内，本发明可实践，而并非作为专门设计。
[0106]附图标记
[0107]I 系统2，2’ 探头
[0108]3 液体容器4液体
[0109]5 液体通道6探头顶部
[0110]7 泵导管8工作盘
[0111]9 移动机械1·0 液体表面
[0112]11 系统液体12 泵
[0113]13 传递头14 传输块
[0114]15 块开口16 探头夹持器
[0115]17 面侧18电路
[0116]19 振荡器20 施密特触发器电路
[0117]21 RC电路22，22’操作放大器
[0118]23，23’输入端 24，24’输出端
[0119]25，25’耦合电极 26 控制器
[0120]27 屏蔽信号电路 28 同轴线
[0121]29 电导体30 隔离层
[0122]31 导电屏蔽32 屏蔽信号电极
[0123]33，33’晶体管 34 集电极接点
[0124]35 发射极接点 36 基础接点
[0125]37 连接点38 信号检测电路
[0126]39 信号发生电路
【权利要求】
1.一种检测液体表面(10)的方法，包括以下步骤: 提供至少一个探头(2)，其相对于周围环境具有电容(C)； 移动探头(2)进入或离开液体(4)； 通过向探头⑵施加周期性的第一电信号(SI)来向探头(2)充电以激活探头(2); 在向探头⑵施加第一电信号(SI)的同时，施加周期性的第三电信号(S3)到一个或多个不同于探头(2)的电传导区域上，其中第三电信号(S3)是基于第一电信号(SI)的；使探头(2)至少部分放电从而获得放电电流； 基于放电电流检测第二电信号(S2)； 关于探头⑵的电容(C)分析第二电信号(S2)或源于第二电信号(S2)的信号； 基于探头⑵的电容(C)的变化识别液体⑷的液体表面(10)。
2.根据权利要求1的方法，其中第三电信号(S3)施加到排列在激活探头(2)邻近的一个或多个探头(2)。
3.根据权利要求1或2的方法，其中第三电信号(S3)施加到用于移动激活探头(2)和/或排列在激活探头(2)邻近的一个或多个探头(2)的移动系统(9)的一个或多个部件上。
4.根据权利要求1-3的任一项的方法，其中第三电信号(S3)施加到激活探头(2)和/或排列在激活探头(2)邻近的一个或多个探头(2)的系统液体(11)上，系统液体(11)用于以移液方式操作探头(2)。
5.根据权利要求1-4的任一项的方法，其中第三电信号(S3)施加到激活探头(2)和/或排列在激活探头(2)邻近的一个或多个探头(2)的同轴线(28)上。
6.根据权利要求1-5的任一项的方法,其中第一电信号(SI)由第四电信号调制以使得周期性地向探头(2)施加第一电信号(SI)。
7.根据权利要求6的方法，其中第一电信号(SI)顺序地施加到多个探头(2)上的相应一个。
8.根据权利要求1-7的任一项的方法,其中第三电信号(S3)源于第一电信号(SI)。
9.根据权利要求1-8的任一项的方法,其中第一电信号(SI)源于第二电信号(S2)。
10.根据权利要求1-9的任一项的方法，其中第一电信号(SI)具有从IkHz到IMHz范围的频率。
11.一种用于检测盛放在液体容器(3)内的液体(4)的液体表面(10)的自动化系统(I)，包括: 至少一个探头(2，2’)，其相对于周围环境具有电容(C)； 移动机械(9)，其适于相对于液体(4)移动探头(2，2’ )； 电路(18)，包括: 连接到探头(2)的信号发生电路(39)，其设置为产生并向探头(2)施加第一电信号(SI)，以向探头(2)充电从而得到激活探头(2)， 电消耗(19)，其用来对激活探头(2)放电以产生放电电流， 可控开关(33’)，其适于可变换地将探头(2)连接到信号发生电路(39)或消耗； 连接到探头(2)的信号检测电路(38)，其设置为基于探头(2)的放电电流检测第二电信号(S2)，屏蔽信号电路(27),其适于施加基于第一电信号(SI)的第三电信号(S3)到不同于探头(2)的一个或多个电传导区域(2’，11，16，17，28)， 控制器(26)，设置成控制液体表面(10)的检测。
12.根据权利要求11的系统，其中控制器(26)设置成 -移动探头(2)进入液体(4)， -控制开关(33’ )以重复向探头(2)充电并至少部分使探头(2)放电； -控制电路(18)以检测第二电信号(18)， -分析第二电信号(S2)或关于激发的探头(2)的电容(C)的源于第二电信号(S2)的信号， -基于探头(2)的电容(C)的变化来识别液体(4)的液体表面(10)，其中在探头(2)上施加第一电信号(SI)的同时，将第三电信号(S3)施加到不同于探头(2)的一个或多个电传导区域(2’，11，16，17，28)。
13.根据权利要求11或12的系统，其中屏蔽信号电路(27)电连接到以下电传导区域其中的一个或多个: -邻近激活探头(2)排列的一个或多个探头(2’)， -用于移动激活探头(2)的移动系统(9)的一个或多个部件和/或用于移动邻近激活探头(2)排列的一个或多个探头(2’ )的移动系统(9)的一个或多个部件， -激活探头(2)的系统液体(11)和/或邻近激活探头(2)排列的一个或多个探头(2’)的系统液 体(11)， -激活探头(2)的同轴线(28)和/或邻近激活探头(2)排列的一个或多个探头(2’ )的同轴线(28)。
14.根据权利要求11-13的任一项的系统，其中信号发生电路(39)包括施密特触发器电路(20)，其连接到电阻-电容电路(21)，电容由激活探头(2)提供。
15.根据权利要求11-14的任一项的系统，其中探头(2)设置为向移液的液体实施移液操作。
【文档编号】G01F23/26GK103868568SQ201310757496
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月4日
【发明者】A·祖皮杰 申请人:霍夫曼-拉罗奇有限公司