定量分析仪的制作方法

本实用新型涉及医疗检测仪器领域，特别是涉及一种定量分析仪。

背景技术：

尿液分析是临床最常用的化验指标之一，不仅对泌尿系统疾病的诊断、疗效观察提供参考，而且对凡是能引起血液生化成分改变的其它系统疾病的诊断也很有帮助。此外，尿液分析还可以用于安全用药检测和健康状态初评。

作为传统方式而言，尿液检查往往是根据试纸条上试剂区与尿样本中生化成分反应所产生的颜色变化，定性或定量检测尿液样本中尿胆原、胆红素、酮体、血、蛋白质、白细胞、维生素C(或微白蛋白)等的含量及尿样本的比重、酸碱度等。检测尿液中碘的含量成为现代人普遍关注的焦点，从而反应出不同地区、不同人群对碘的需求量及健康水平。

现今，尿液分析仪产品市场迎来快速发展时期，已经可以进行多个项目的检测。但尿液分析仪的关键部分是光学系统，其原理是将光线照射到尿样本反应区产生反射光，反射光的强度与各个测试项目的反应颜色有关，通过反射光的情况分析尿液中各种物质的含量。现有的尿液分析仪基本是手动操作光源来照射尿样本，聚光效果差且操作步骤复杂，准确度低，然而使用高精度尿液检测仪通常设备昂贵，结构复杂，不能满足各个层级的医疗机构检测需求，因此亟需提供一种新型的定量分析仪来解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种定量分析仪，操作简便，分析速度快。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种定量分析仪，包括壳体，壳体内设有电路控制系统、比色池、光学传感装置、微型打印机；

电路控制系统包括控制模块、与控制模块相连的数据采集模块、开关电源、显示装置、RS-232通讯模块，数据采集模块包括光源发射驱动电路、与光源发射驱动电路输出端相连的光源发射电路、光源接收电路、与光源接收电路输出端相连的光源接收放大电路，光源发射电路的输入端、光源接收放大电路的输出端均与控制模块相连，微型打印机与控制模块相连；光学传感装置包括设置在比色池侧面的光源发射电路板、光源接收电路板；

比色池为长方体实心结构，上部设有比色池盖，中部开有等距的三个试管槽，位于试管槽底部相对应的两侧面分别开有三个小孔。

在本实用新型一个较佳实施例中，控制模块包括MCU。

进一步的，MCU采用STM32F103VBT6单片机，其内部包括AD转换模块，能够将光源接收放大电路输出的电压信号进行模数转换，进而对数据进行计算，得出样品的检测结果。

在本实用新型一个较佳实施例中，显示装置包括设置在壳体上表面的液晶显示屏、4×4矩阵键盘。

在本实用新型一个较佳实施例中，光源发射电路用于发射检测所需的光源，其包括位于光源发射电路板上的三个发光二极管LED-1、LED-2、LED-3，光源接收电路用于接收经过试管内检测溶液吸收后的光源，其包括位于光源接收电路板上的三个硅光电池T1—T3。

在本实用新型一个较佳实施例中，光源发射驱动电路用于驱动光源发射电路发射光源，其包括三极管Q2、Q3、Q5、电阻R42—R44、电位器R26—R28，电阻R42—R44分别与三极管Q2、Q3、Q5的基极相连，电位器R26—R28分别与三极管Q2、Q3、Q5的集电极相连，三极管Q2、Q3、Q5的发射极分别与三个发光二极管LED-1、LED-2、LED-3相连。

在本实用新型一个较佳实施例中，光源接收放大电路用于将光源接收电路输出的电流信号进行转换及放大，其包括三个运算放大器CA3140及外围电路，输入端为引脚OPTI_IN_0、OPTI_IN_1、OPTI_IN_2，与光源接收电路相连，输出端连接至控制模块。

在本实用新型一个较佳实施例中，比色池盖的下部设有密封试管口的腰型槽，使装有待测尿液样本的试管被放置在一个密闭不透光的空间内。

进一步的，比色池的材质为黑色不透光材料，使待测尿液样本处于一个密闭不透光的反应环境。

在本实用新型一个较佳实施例中，壳体后面板上设有与开关电源相连的开关按键、电源接口、保险丝、RS-232串口，壳体的侧面设有通风口，便于散热。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，成本低，通过设置比色池及对光学传感装置的巧妙设计，可快速而精确地检测尿液的碘含量，操作简便，准确度高，灵敏度高，重复性好且检测线性范围宽，适用于各个层级的医疗机构检测使用。

附图说明

图1是本实用新型定量分析仪一较佳实施例的立体结构示意图之一；

图2是本实用新型定量分析仪一较佳实施例的立体结构示意图之二；

图3是所述定量分析仪的内部结构示意图；

图4是所述比色池的结构示意图；

图5是所述比色池的剖面图；

图6是所述比色池盖的结构示意图；

图7是所述定量分析仪的原理框图；

图8是所述定量分析仪的电路框架图；

图9是所述开关电源的电路原理图；

图10是所述控制模块的电路原理图；

图11是所述光源发射电路的电路原理图；

图12是所述光源发射驱动电路的电路原理图；

图13是所述光源接收电路的电路原理图；

图14是所述光源接收放大电路的电路原理图；

图15是所述RS-232通讯模块的电路原理图。

附图中各部件的标记如下：1、壳体，2、电路控制系统，3、比色池，31、试管槽，32、小孔，33、比色池盖，34、腰型槽，4、微型打印机，5、液晶显示屏，6、4×4矩阵键盘，7、开关按键，8、电源接口，9、保险丝，10、RS-232串口，11、通风口，12、光源发射电路板，13、光源接收电路板，14、开关电源。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1至图3，本实用新型实施例包括：

一种定量分析仪，壳体内设有电路控制系统2、比色池3、光学传感装置、微型打印机4。电路控制系统2包括控制模块、与控制模块相连的数据采集模块、开关电源14、显示装置、RS-232通讯模块；控制模块包括MCU，数据采集模块包括光源发射驱动电路、与光源发射驱动电路输出端相连的光源发射电路、光源接收电路、与光源接收电路输出端相连的光源接收放大电路，光源发射电路的输入端、光源接收放大电路的输出端均与控制模块相连。壳体1上表面设有比色池盖33、微型打印机4的打印口；壳体1后面板上设有与开关电源14相连的开关按键7、电源接口8、保险丝9，壳体1的侧面设有通风口11，便于散热。

光学传感装置包括光源发射电路板12、光源接收电路板13，两块电路板通过螺丝固定在比色池3的侧面，光源发射电路板12上设有光源发射电路，光源发射电路用于发射检测所需的光源，其包括三个发光二极管LED-1、LED-2、LED-3，光源接收电路板13上设有光源接收电路，光源接收电路用于接收经过试管内检测溶液吸收后的光源，其包括三个光电接收器，优选的，光电接收器采用硅光电池2DU3。

结合图4和图5，比色池3为长方体实心结构，中部开有等距的三个试管槽31，用于放置装有待测尿液标本的试管，位于试管槽31底部相对应的两侧面分别开有三个小孔32，因而所述定量分析仪设有三个检测通道，可同时检测三个尿液标本。一侧面用于放置光源发射电路板12上的发光二极管，另一侧面用于放置光源接收电路板13上的光电接收器，发光二极管发射的光照射到试管后，发射光直接被光电接收器接收，聚光效果好，检测精度高。比色池3的材质为黑色不透光材料，同时比色池盖33的下部设有密封试管口的腰型槽34，如图6所示，使待测尿液样本处于一个密闭不透光的反应环境。

显示装置包括设置在壳体1上表面的液晶显示屏5、4×4矩阵键盘6，RS-232通讯模块包括设置在壳体1后面板的RS-232串口10，可与电脑进行通信。

请参阅图7，光电接收器的输出端连接运算放大器的输入端，运算放大器、滤波器、AD转换模块、MCU依次连接，液晶显示屏5、4×4矩阵键盘6、微型打印机4、开关电源14、RS-232通讯模块均与MCU相连。MCU采用32位ARM微控制器STM32F103，内部资源丰富，作为电路控制系统的控制核心。发光二极管发出的光线经比色池3内试管中的溶液吸收后，反射的光被光电接收器接收转换为电信号，电信号经运算放大器进行信号放大，滤波器对放大后的电信号滤波处理后被AD转换器接收，由AD转换模块进行模数转换后发送到MCU。

下面结合图8分别具体描述所述电路控制系统2中各模块的电路结构及原理：

请参阅图9，所述开关电源14的输入端为220V交流电，分别经过保险丝、开关、变压器、整流桥、滤波单元、稳压模块后为整个系统提供12V、5V电压，5V电压稳压为3.3V直流电供给电路控制系统的主板。

请参阅图10，所述MCU采用ST公司的STM32F103VBT6型号单片机，该单片机通过串口通讯模块，IO输入输出模块，AD转换模块，读取矩阵键盘的操作信息、控制发射光源设置的发射光光强、接收转换并计算接收光源设置的数据、控制液晶显示屏显示最终结果及对设备的参数设置信息，控制RS-232通讯电路来控制打印机打印出检测结果、并控制检测结果上传电脑端数据统计软件。其包括驱动光源发射电路发出光源的控制引脚LED_CON_0、LED_CON_1、LED_CON_2，CA3140放大转换信号的输入引脚A_SIGN_IN_0、A_SIGN_IN_1、A_SIGN_IN_2，矩阵键盘信号的输入引脚ROW_0、ROW_1、ROW_2、ROW_3、LINE_0、LINE_1、LINE_2、LINE_3，打印机信号的输入引脚UART_1_TX、UART_1_RX，上传电脑端信息的输入引脚UART_4_TX、UART_4_RX，液晶显示屏控制信号的输入引脚LCD_DB0—LCD_DB7、LCD_RST、LCD_INT、LCD_RS、LCD_RW、LCD_RD、LCD_CS1、LCD_CS2、LCD_BSY。

请参阅图11，所述光源发射电路采用三个发光二极管LED-1、LED-2、LED-3作为光源发射器，三个光源发射器LED-1、LED-2、LED-3分别通过JP2与MCU上的控制IO口中LED导通和关闭控制信号脚LED_CON_0、LED_CON_1、LED_CON_2连接。请参阅图12，光源发射驱动电路用于驱动光源发射电路发射光源，其包括三极管Q2、Q3、Q5、电阻R42—R44、电位器R26—R28，各电路元器件的连接关系如图12所示，电阻R42—R44分别与三极管Q2、Q3、Q5的基极相连，电位器R26—R28分别与三极管Q2、Q3、Q5的集电极相连，三极管Q2、Q3、Q5的发射极分别与三个发光二极管LED-1、LED-2、LED-3相连。MCU分别通过控制LED_CON_0、LED_CON_1、LED_CON_2三个引脚控制三个发光源的开与关，然后通过调节电位器R26、R27、R28的阻值大小来调节经过发光源的电流大小，从而改变发光源的亮度，通过三极管Q2、Q3、Q5将电信号放大后驱动三个发光二极管LED-1、LED-2、LED-3。三个光源发射器LED-1、LED-2、LED-3发出630nm光，穿过被检测样品后分别照射在图13中对应的光源接收电路中。

请参阅图13，所述光源接收电路采用三个硅光电池T1—T3作为光源接收器，三个硅光电池T1—T3分别通过JP1与所述光源接收放大电路中的OPTI_IN_0、OPTI_IN_1、OPTI_IN_2三个引脚相连。硅光电池2DU3会根据接收到的光强输出正相关大小的电流，输出的电流通过JP1与所述光源接收放大电路中的OPTI_IN_0、OPTI_IN_1、OPTI_IN_2三个引脚相连。请参阅图14，所述光源接收放大电路用于将光源接收电路输出的电流信号进行转换及放大，其包括三个运算放大器CA3140及外围电路，各电路元器件的连接关系如图14所示，输入端为引脚OPTI_IN_0、OPTI_IN_1、OPTI_IN_2，输出端连接至MCU的引脚A_SIGN_IN_0、A_SIGN_IN_1、A_SIGN_IN_2，其中二极管D4连接在A_SIGN_IN_1与3.3V之间、D7连接在GND与A_SIGN_IN_1之间，D4与D7这样的连接方式作用是限制运算放大器CA3140的输出电压在0—3.3V之间，对MCU的引脚A_SIGN_IN_0、A_SIGN_IN_1、A_SIGN_IN_2起保护作用，二极管D5与D8、D6与D9的作用同理。由于2DU3的信号很微弱，属于毫安级别电流，通过运算放大器CA3140及外围电路将接收到的2DU3输出的电流信号转变成电压信号同时放大，然后通过A_SIGN_IN_0、A_SIGN_IN_1、A_SIGN_IN_2三个引脚传输至MCU中，通过MCU内部的AD转换模块对CA3140输出的信号进行模数转换，进而对数据进行计算，得出样品的检测结果。

请参阅图15，所述RS-232通讯模块包括电平转换芯片MAX3232及外围电路，各电路元器件的连接关系如图15所示，输入端UART_1_RX、UART_1_TX、UART_4_RX、UART_4_TX分别与MCU的对应引脚连接，输出端RS232_RX、RS232_TX与打印机相连，RS232_1_RX、RS232_1_TX与外部电脑端相连。定量分析仪经过MCU内部计算得出检测结果后，经芯片MAX3232转换电平后，通过RS232_RX、RS232_TX发送给打印机打印检测结果，通过RS232_1_RX、RS232_1_TX将检测结果发送到电脑端软件进行存储。

所述定量分析仪的工作原理是采用定量比色法原理，将预处理并显色的尿液样本放入该仪器中后，利用发光二极管作为光源发射特定波长的光，经比色池3后，对635nm波长的光产生吸收，根据光的吸收程度计算相应的检测浓度，吸光度与样品浓度在一定条件下成线性关系。

尿液碘浓度计算如下：

C1＝A1/A2×C2

其中：C1—尿液碘浓度；

A1—尿液吸光度；

A2—标准液吸光度；

C2—标准液浓度。

本实用新型结构简单，成本低，通过设置比色池及对光学传感装置的巧妙设计，可快速而精确地检测尿液的碘含量，操作简便，准确度高，灵敏度高，重复性好且检测线性范围宽。

所述定量分析仪仅用于体外检测，广泛适用于医疗机构的中心实验室、门/急诊化验室、临床科室和其它医疗服务点(如社区医疗点)、体检中心等，也适用于科研实验室检测。其相关性能如下：

1)对空白试剂的吸光度≤0.04；

2)检测线性范围为(50～500)μg/L，线性回归方程相关系数r≥0.990；

3)准确度所得结果的相对偏差≤15％；

4)检测重复性的变异系数CV≤10％；

5)一个标本操作时间小于2分钟，1h可测50—90个标本。

当然本实用新型除了可以检测尿液中的碘之外，还可以检测其它样品中的碘含量或者任何可以通过比色法定量分析的物质。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。