一种采样针双轴驱动装置、分析仪及驱动方法与流程

本发明涉及一种采样针双轴驱动装置、分析仪及驱动方法，特别适合应用于血球、特定蛋白分析仪器中。

背景技术：

全自动血球，特定蛋白分析仪是临床检验中经常使用的重要分析仪器，它通过对血液或者其他体液的分析来测定各种生化指标：如血红蛋白，白蛋白，总蛋白，胆固醇，淀粉酶等。结合其他临床资料，进行综合分析，可以帮助诊断疾病，对器官功能做出评价，决定今后治疗基准等。

通过“垂直运动+水平直线运动”而进行采样的取样部件是全自动血球，特定蛋白分析仪中的关键部件之一，它负责将待检测的血样，试剂，清洗液按设定的程序送入反应杯中。目前现有的取样部件都是由导轨支撑座，两根导轨，直线轴承或者滑动轴承等组成，此种方案结构复杂，零部件多，零件加工工艺要求高，对装配人员要求高，物料成本高等。

因此，有必要设计一种采样针双轴驱动装置、分析仪及驱动方法。

另外，在血液、生化分析仪中，由采样针从试管中抽取样品，为了保证测试的准确性，需要对采样针的内外表面进行清洗，去除残留的样本，而采样针清洗用装置就具备清洗采样针内外壁功能。目前，该清洗装置使用较多的结构是：1、装置主体内有上下腔体，进液管与排液管分别与上下内腔相连，结构因加工或开模限制，需另外配套上下盖片使用，物料成本较高，工艺复杂；2、装置主体内无容纳腔，注射器将清洗液通过进液管注入清洗装置，采样针通过往复运动清洗外壁，因清洗液每次注入的方向不变，会造成采样针外壁清洗不均匀，而且清洗液用量很大，成本较高。因此，有必要设计一种采样针清洗装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种采样针双轴驱动装置、分析仪及驱动方法，该采样针双轴驱动装置和分析仪集成度高，结构紧凑。

发明的技术解决方案如下：

一种采样针双轴驱动装置包括y向驱动模块、z向驱动模块以及采样模块；

y向驱动模块包括y向安装板(1)、y向滑动导轨(4)和y向同步传动机构；y向滑动导轨(4)和y向同步传动机构均安装在y向安装板上，y向同步传动机构包括y向同步带(10)、y轴主动轮(2)和y轴惰轮(11)；y向同步带张设在y轴主动轮和y轴惰轮上；y向安装板上还设有用于驱动y向同步机构的第一步进电机(3)；

z向驱动模块沿竖直方向安装在所述的y向滑动导轨上，所述的y向同步传动机构能驱动z向驱动模块沿y向平移；

采样模块包括采样针固定座(5)和安装采样针固定座上的采样针(18)；采样模块设置在z向驱动模块上，由z向驱动模块上的z向同步机构驱动；

y向安装板上设有至少2个y轴位置传感器；

z向驱动模块上设有至少1个z轴位置传感器，优选一个，具体设置在z向安装板的上端。

z向驱动模块包括z轴固定座(21)、z向安装板(7)、z向同步驱动机构和滑动导向块(22)；

z轴固定座设置在y向滑动导轨上，能沿y向滑动导轨滑动；

z向安装板固定在z轴固定座上；

z向同步机构和滑动导向块均安装在z向安装板上；z向安装板上还设有用于驱动z向同步机构的第二步进电机(6)；

z向同步机构包括z轴主动轮(8)、z轴同步带(14)、z轴从动轮(15)，z轴同步带张设在z轴主动轮和z轴从动轮之间。

z向安装板上设有用于为采样针固定座(5)导向的导向边(24),导向边又可以称为z向导向条或z向导向板，实际上可以是z向安装板的一条折边。

所述的y轴位置传感器为y轴光电开关(13)，z轴位置传感器均为z轴光电开关(9)。

y轴光电开关为5个，5个y轴光电开关呈一条直线布置。

z向安装板的下端固定有针冲洗室(17)；采样针的下端竖向穿过所述的针冲洗室。

z向安装板上设有挡片，即光电开关挡片，挡片挡住y轴光电开关的光路时，引起光电开关的信号变化。同理，采样针固定座上设有挡片，挡片挡住z轴光电开关的光路时，引起光电开关的信号变化，实现位置检测；

光电开关与mcu相连。

一种分析仪，具体为蛋白分析仪，包括所述的采样针双轴驱动装置。

分析仪还包括用于清晰采样针的采样针清洗装置；

该采样针清洗装置具有清洗和导向功能，结构紧凑。

采样针清洗装置包括冲洗室主体(31)；

在冲洗室主体中设有竖直通道；所述的竖直通道包括由上而下依次相通的上通道(34)、进液涡流室(38)、中间通道(36)、排液室(37)和下通道(35)；

冲洗室主体上还设有进液通道和排液通道；进液通道与进液涡流室连通；排液通道与排液室连通；

上通道、中间通道和下通道的直径分别为d1，d2和d3；d1＞d3，且d2＞d3；

下通道的直径d3大于或等于采样针的外径d4，以容许采样针通过下通道(或者说穿过下通道)，且d3-d4小于k，k为预设值；k能保证采样针插入到下通道时，能将下通道密封，k的取值范围0.05～0.1mm，保证采样针能顺畅运动，同时在清洗液排空时不会出现漏液现象。k的优选值为0.06，0.07,0.08,0.09。

进液通道和排液通道的外开口处分别设有进液接头(32)和排液接头(33)；进液接头和排液接头分别用于与进液通道和排液通道对接，且分别用于通过管道输入和排出清洗液体。

外部设有受控于mcu的液泵，用于泵入清洗液和抽出清洗液。

进液通道和排液通道的外开口处均为内螺纹接口；所述的进液接头和排液接头均为外螺纹接头。外螺纹接头又可称为外螺纹插头。

上通道和中间通道的直径相同。

d2和d3的同轴度小于0.02mm。

进液涡流室的底部为碗形，用于形成涡流，提升冲洗效率和改善冲洗效果。

进液通道和排液通道均与所述的竖直通道垂直。

冲洗室主体上设有卡位机构，便于将冲洗室主体固定在外部设备(如安装板)上。

所述的卡位机构为卡槽。

一种采样针双轴驱动方法，采用前述的采样针双轴驱动装置；

采用同步带驱动机构驱动采样针在横向和纵向运动；采用光电开关挡片和光电开关实现位置检测。运动过程中，直接实现了清洗，结构巧妙。

有益效果：

本发明的采样针双轴驱动装置、分析仪及驱动方法通过水平机架和竖直机架固定，采用y轴步进电机和z轴步进电机，采用光电开关挡片和光电开关实现位置检测，采用同步带作为传动机构，运行平稳；通过光电开关进行定位，机械限位进行保护，具有结构紧凑，便于装配，而且零件加工方便，成本低的优点。

本发明通过合理的结构设计，在y轴方向上，让y向滑动导轨和y向安装板上的导向边来代替传统的导轴，来进行定位导向运动；在z轴方向上，利用同步带的上下运动，z向安装板的导向边来取代导轴进行导向定位，同时采样针跟针冲洗室的间隙配合也有一定的导向作用。优化后的结构减少了零件，简化了结构，简化了生产工艺且降低了物料成本，同时还能满足运动的精度和运动的稳定性要求。

采样针清洗装置，采用注射器将清洗液由进液接头直接注入，因清洗液压力较大，在进液涡流室(38)中碗型底部形成涡流(方向见图2中的箭头)，大部分清洗液顺着中间通道(36)以涡流形式向下流动，当采样针上下往复运动时，采样针各个方向被清洗液均匀包裹，当清洗液到达排液室(7)时，真空泵产生负压，将清洗完废液从进液接头处通过软管抽走。进液时少部分清洗液沿着上通道(34)向上流动，动能转化成重力势能时，沿上通道(34)流动的清洗液逐渐减少，当上通道(34)的长度适当时，所有向上流动的清洗液最后在重力的作用下会向下流到排液室(37)。排液时，因下通道(35)的尺寸d3与采样针外径尺寸几乎相同，能起到密封作用，废液不会流经下通道(35)排出。

另外，冲洗室主体可直接卡扣在仪器上，便于固定。

而且，竖直通道兼具导向功能。

总而言之，这种清洗装置结构巧妙，制造成本低，经济实惠，便于加工，，易于装配，使用方便，清晰效率高，清晰效果能得到显著改善，适合推广实施。

因此，这种分析仪具有结构紧凑，功能丰富，灵活性好，易于实施的特点，适合推广实施。

附图说明

图1为采样针双轴驱动装置的总体结构示意图(前向立体图)；

图2为采样针双轴驱动装置的总体结构示意图(侧向立体图)；

图3为采样针清洗装置的总体结构示意图(主视图)；

图4为采样针清洗装置的内部结构示意图；

图5为采样针清洗装置的总体结构示意图(俯视图)；

图6为显示屏调光示意图；

图7为恒流充电原理图；

图8为用电设备电流检测及继电器控制电路图；

图9为放大倍数可调放大器原理图；

标号说明：1-y向安装板，2-y轴主动轮，3-第一步进电机，4-y向滑动导轨，5-采样针固定座，6-第二步进电机，7-z向安装板，8-z轴主动轮，9-z轴光电开关，10-y向同步带，11-y轴惰轮，12-y轴销轴，13-y轴光电开关，14-z向同步带，15-z轴从动轮，16-z轴悬臂销轴，17-针冲洗室，18-采样针，19-采样针压块，20-z向光电开关挡片，21-z轴固定座，22-滑动导向块，23-y向光电开关挡片。

31-冲洗室主体，32-进液接头，33-排液接头，34-上通道，35-下通道，36-中间通道，37-排液室，38-进液涡流室，39-凹槽。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：如图1～2，一种采样针双轴驱动装置，在y向安装板1上装有y向滑动导轨4，z轴固定座21一端固定在y向滑动导轨上，另一端跟y向同步带10相连，在第一步进电机3的带动下进行横向来回运动，在y向安装板1上折有一挡边，进行机械极限位置的保护。在另一个方向上，滑动导向块22跟y向安装板1上的导向边相配合，在第一步进电机的带动下，沿着导向边横向做滑行运动，起到导向和周向定位的作用。这两个方向上的导向运动和定位取代了现行的导轴固定座加导轴加直线轴承的运动模式。y轴光电开关13固定在y向安装板1上，利用光电开关来进行特定位置的精确定位。

在z向安装板7上装有第二步进电机6，其输出轴上装有z轴主动轮8。z轴悬臂销轴16固定在另一端，其上装有z轴从动轮15。z轴同步带14绕装在z轴主动轮8和z轴从动轮15上。采样针固定座5一端直接跟z轴同步带14相连，另一端跟z向安装板7的导向边相配合，在电机的带动下，沿导向边做上下运动。采样针18装载在采样针固定座5上，跟针冲洗室17相连，针冲洗室17直接固定在z向安装板7上，形成一导向作用。此种结构取代了传统z轴方向上用导轴固定座加导轴加直线轴承的运动方式，使结构更加简练和紧凑，稳定性强，成本更低。

第一步进电机3固定在y向安装板1的一端，其输出轴上装有y轴主动轮2，用紧定螺钉锁紧。y轴销轴12固定在另一端，其上装有y轴惰轮11，用紧定螺钉锁紧。y向同步带10绕装在y轴主动轮2和y轴惰轮11上。y向滑动导轨4安装在y向安装板1上，用m3螺丝固定。z轴固定座21一端用m3螺丝跟y向滑动导轨4相固定，另一端的开口槽卡进y向同步带10，用m3螺钉固定。滑动导向块22固定在z向安装板7上，其开口槽跟y向安装板1的导向边配合。z向安装板7通过m4螺钉固定在z轴固定座21上，随z轴固定座一起水平运动。第二步进电机6固定在z向安装板7的一端，其输出轴上用紧定螺钉固定住z轴主动轮8。z轴悬臂销轴16固定在另一端，其上用紧定螺钉固定z轴从动轮15。同时用m4*16内六角螺丝从z向安装板7一侧的m4螺纹处穿过拉住z轴悬臂销轴16，起张紧同步带作用。z轴同步带14绕装在z轴主动轮8和z轴从动轮15上。采样针固定座5一端开口槽卡进z轴同步带14，用m3螺钉固定，另一端开口槽跟z向安装板7的导向边配合，在z轴同步带14的带动下做上下运动。采样针18装载在采样针固定座5上，跟针冲洗室17相连。

所述y向安装板的材质为2.0mm的5052铝板，其上折弯有导向边和放置y向滑动导轨的平台边，导向边直线度为0.02mm。

所述滑动导向块的材质为滑动系数小又高耐磨的塑胶。

所述z向安装板的材质为2.0mm的5052铝板，其上折弯有导向边，导向边直线度为0.02mm。

所述采样针固定座的材质为滑动系数小又高耐磨的塑胶。

如图3～5，一种采样针清洗装置，包括冲洗室主体31；

在冲洗室主体中设有竖直通道；所述的竖直通道包括由上而下依次相通的上通道34、进液涡流室38、中间通道36、排液室37和下通道35；

冲洗室主体上还设有进液通道和排液通道；进液通道与进液涡流室连通；排液通道与排液室连通；

上通道、中间通道和下通道的直径分别为d1，d2和d3；d1＞d3，且d2＞d3；

下通道的直径d3大于或等于采样针的外径d4，以容许采样针通过下通道(或者说穿过下通道)，且d4-d3小于k，k为预设值；k能保证采样针插入到下通道时，能将下通道密封。

进液通道和排液通道的外开口处分别设有进液接头32和排液接头33；进液接头和排液接头分别用于与进液通道和排液通道对接，且分别用于通过管道输入和排出清洗液体。外部设有受控于mcu的液泵，用于泵入清洗液和抽出清洗液。

进液通道和排液通道的外开口处均为内螺纹接口；所述的进液接头和排液接头均为外螺纹接头。外螺纹接头又可称为外螺纹插头。

上通道和中间通道的直径相同。

d2和d3的同轴度小于0.02mm。

进液涡流室的底部为碗形，用于形成涡流，提升冲洗效率和改善冲洗效果。

进液通道和排液通道均与所述的竖直通道垂直。

冲洗室主体上设有卡位机构，便于将冲洗室主体固定在外部设备(如安装板)上。

所述的卡位机构为卡槽。

进液接头和排液接头通过涂抹少量螺纹胶固定在冲洗室主体上。

上通道和中间通道的直径分别为d1和d2，下通道的直径为d3，且要求d1和d2均大于d3，d3略大于所清洗采样针的外径。d1尺寸贯穿整个进液涡流室并与排液室上部相连，d2尺寸与排液室相通，d2和d3需保证0.02的同轴度。

进液涡流室38的特征是底部形状为碗形，排液室37无具体要求，只需能够容纳液体。

冲洗室主体包括卡位结构，卡位结构为凹槽(如燕尾槽等)，凹槽的深度可根据具体安装结构而定。

另外，(一)如图6，该分析仪还具有用于控制面板显示屏发光亮度的亮度调节电路；所述的亮度调节电路包括mcu、led灯串、三极管、电位器rx和a/d转换器；三极管为npn型三极管；显示屏的固定架上海设有旋钮开关与电位器rx同轴相连；

电位器rx和第一电阻r1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极vcc，分压支路的另一端接地；电位器rx和第一电阻r1的连接点接a/d转换器的输入端；a/d转换器的输出端接mcu的数据输入端口；

led灯串包括多个串接的led灯；led灯串的正极接电源正极vcc；led灯串的负极接三极管的c极，三极管的e极经第二电阻r2接地；三极管的b极的接mcu的输出端。电源正极vcc为5v，a/d转换器为8位串行输出型转换器。

(二)如图7，分析仪采用锂电池供电，为锂电池充电的恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；

(1)恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端vout+；恒压驱动芯片的负输出端接地；

恒压驱动芯片由直流电压供电端vin+和vin-供电；

(2)所述的电流反馈电路包括电阻r1、r2和r5和参考电压端vref+；

参考电压端vref+通过依次串联的电阻r1、r2和r5接地；

电阻r5与r2的连接点为恒流充电电路的负输出端vout-；

电阻r1与r2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端fb。

恒流充电电路还包括电压反馈电路；

电压反馈电路包括电阻r3和r4以及二极管d1；

电阻r3和r4串联后接在恒流充电电路的正输出端vout+与地之间；电阻r3和r4的连接点接二极管d1的阳极；二极管d1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端fb。

(三)，如图8-9，分析仪还具有设备电流检测及继电器控制电路(也称为过流检测及保护电路)的说明如下：

工作原理：通过现场交流电线插入电流互感器(或线圈)中，使电流互感器产生互感电流，现场用电功率越大，互感电流也就越大，现场用电功率越小，互感电流也就越小，因此利用电压比较器，可以输出一个信号波形，主控制器(mcu)通过自带的ad采集就可得到现场的电流大小信息，从而达到检测作用。在电路设计上，通过四个整流二极管将交流互感电流转换成直流电流，输出信号则有两种，一种为模拟量，由vout输出，输出到mcu；还有一种为ttl高低电平，直接控制继电器用于切断和接通主电源的供电。

电路描述：

电流互感器的输出信号经桥式整流器得到vin；比较器比较vin和参考电压vref，若vin＞vref，则比较器输出低电平，控制继电器断开。

另外，vin经放大器放大后进入mcu的adc端口(即具有a/d转换功能的端口)；

由于信号可能较为微弱，因此，设计了可调放大倍数的放大器；具体电路连接及工作原理如下：

桥式整流器的输出端vin为信号端，所述的信号端经电阻r0的接运算放大器lm393的反相输入端，运算放大器lm393的同向输入端经电阻r0接地，运算放大器lm393的同向输入端还分别经4个电阻r01-r04接4选一选择器的4个输入通道，4选一选择器的输出通道接运算放大器lm393的输出端vout，vout接mcu的adc端；

另外mcu的2个输出端口分别接4选一选择器的通道选端a和b；

vout与vin的计算公式：

vout＝vin*(rx+r0)/r0；其中，rx＝r01，r02，r03或r04；基于选通端ab来确定选择哪一个电阻；且r01，r02，r03和r04各不相同；优选的r04＝5*r03＝25*r02＝100*r01；r01＝5*r0.可以方便地实现量程和精度切换。