液面探测装置和方法以及探测模块与流程

本申请涉及检验设备领域，具体地涉及液面探测装置和方法以及探测模块。

背景技术：

目前，生物医疗器械中普遍采用液面探测装置(例如，电容式液面探测装置)进行液面探测。为了降低检验仪器探针的携带污染，各生产厂商通常会在仪器探针上配置液面探测模块。因此，液面探测的稳定性、及时性、准确性会直接影响样本的检验结果。

一种现有的液面探测装置采用相对阈值来判断是否探测到液面。在执行液面探测动作时，随着探针向下运动，探针与基准面之间的参数值(例如，电容值、电容值振荡频率、电容值的斜率等等)发生变化，当参数值前后的相对变化量满足相对阈值时，即输出探测到液面的信号。

另一种现有的液面探测装置采用绝对阈值来判断是否探测到液面。在执行液面探测动作时，随着探针向下运动，探针与基准面之间的参数值发生变化，当参数值达到该绝对阈值时，即输出探测到液面的信号。

在实际测试过程中，有时可能出现数据信号噪声。在使用这些现有的液面探测装置进行液面探测时，如果出现达到判断阈值的数据信号噪声，则会发生误判断，影响液面探测的准确性。

在使用相对阈值的液面探测装置中，通常使用算数平均滤波或递推滤波法来去除数据信号噪声。但由于上述滤波算法需要连续采集多个数据，每个数据的采集需要一定时间，因此会导致信号输出延迟，使探测模块反应变慢从而造成探测灵敏度降低，导致探测死体积增大。在使用绝对阈值的液面探测装置中，也需要能够有效避免数据信号噪声的干扰的途径。

技术实现要素：

为了避免在执行液面探测的过程中受到数据信号噪声的干扰，本公开提供了液面探测装置和方法以及探测模块。

根据本公开的一个方面，提供了一种由液面探测装置执行的方法。该液面探测装置包括探针和运动控制模块。该方法包括：采集探针与基准面之间的参数值；确定该参数值是否达到绝对阈值；响应于确定该参数值达到绝对阈值而发送第一信号，第一信号指示运动控制模块控制探针暂停运动或减缓运动；确定在探针暂停运动或减缓运动期间采集的参数值是否达到绝对阈值；以及响应于确定参数值达到绝对阈值而发送第二信号，第二信号指示运动控制模块控制探针完成探测动作。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于液面探测装置的探测模块。该液面探测装置包括探针和运动控制模块。该探测模块包括：采集单元，用于采集探针与基准面之间的参数值；第一确定单元，用于确定该参数值是否达到绝对阈值；第一信号生成单元，用于响应于第一确定单元确定该参数值达到绝对阈值而发送第一信号，第一信号指示运动控制模块控制探针暂停运动或减缓运动；第二确定单元，用于确定由采集单元在探针暂停运动或减缓运动期间采集的参数值是否达到绝对阈值；以及第二信号生成单元，用于响应于第二确定单元确定参数值达到绝对阈值而发送第二信号，第二信号指示运动控制模块控制探针完成探测动作。

根据本公开的另一方面，提供了一种液面探测装置。该液面探测装置包括如上所述的探测模块。

现有的液面探测装置和方法在执行液面探测的过程中可能会受到数据信号噪声的干扰。根据本公开的实施例的液面探测装置和方法以及探测模块能够在不影响探测灵敏度的情况下滤除数据信号噪声，提高了液面探测的准确性。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的示例性实施例的特征、优点和技术效果进行描述，附图中相似的附图标记表示相似的元件，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的液面探测装置的示意图；

图2示出了根据本公开的实施例的探测模块的简化框图；

图3示出了根据本公开的实施例的液面探测方法的流程图；以及

图4是根据本公开的实施例的描绘液面探测过程中的参数值变化的波形图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。

本申请中提及“一个实施例”、“实施例”、“说明性实施例”、“各个实施例”等表示所描述的(一个或多个)实施例可以包括特定的特征、结构或特点，但不是每个实施例必需包括该特定的特征、结构或特征。而且，重复使用的短语“在一个实施例中”不一定指代同一实施例，尽管它可以指代同一实施例。

现在参考图1，图1示出了根据本公开的实施例的液面探测装置100的示意图。如图1所示，液面探测装置100包括探测模块110、探针120以及运动控制模块130。液面探测装置100还可以包括所需要的各种其它模块，且各模块之间可以通信地连接。

探针120用于接触待测液体的液面。探针120例如可以包括由金属材料制成的探针(比如，钢针)或由导电非金属材料(比如，导电塑料)制成的探针。在实施例中，探针120可以是中空的(比如，吸液探针)也可以是实心的。另外，虽然称为“探针”，但实际上，探针120可以是任意形状的，比如，针状、棒状、块状、带状、环状等等。探针120的形状、尺寸等可以根据实际需要而设定。

运动控制模块130用于控制探针120的运动。运动控制模块130例如可以包括致动器和处理单元。处理单元例如可以是单独的微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等等。在一些实施例中，处理单元也可以与探测模块110集成为一体。

以电容式液面探测装置为例，探针120和基准面(例如，待测液体的容器的壁)分别形成电容器的一极。待测液体和液体上方的气体即为电容器的两极之间的介质。待测液体的介电常数ε1和液体上方的气体的介电常数ε2不同，比如，ε1>ε2。电容器的两极之间的距离和总介电常数随着探针在运动控制模块130的控制下进行运动而发生改变。

例如，运动控制模块130控制探针120向下运动，在下降过程中探测模块110感应到电容变化量达到绝对阈值则通过运动控制模块130控制探针120停止向下运动。探针120是否接触到液面通常通过电容变化量来进行判断。电容变化量非常小(一般为皮法(pF)量级)，因而需要及时判断以便减小探测死体积。本公开所使用的术语“死体积”指的是探测模块能够检测到的液体最小体积。死体积与电容变化量和数据采集速率等有关，比如，判断越快，则死体积越小。

运动控制模块130能够与探测模块110互相通信。例如，运动控制模块130可以向探测模块110发送表示探针的运动状态的信号，探测模块110也可以通过向运动控制模块130发送信号来控制探针120的运动。

针对探测模块110，下面将参考图2进行详细介绍。

图2示出了根据本公开的实施例的探测模块200的简化框图。探测模块200例如可应用于图1所示的液面探测装置100。

探测模块200可以包括采集单元210、第一确定单元220、第一信号生成单元230、第二确定单元240以及第二信号生成单元250。在一些实施例中，根据需要，探测模块200还可以包括液面探测确认单元260、第三信号生成单元270、噪声信号确认单元280等其他单元。各个单元之间可以通信地连接，以协调运作。

在一些实施例中，采集单元210用于采集探针(例如，图1的探针120)与基准面(例如，待测液体的容器的壁)之间的参数值，例如，电容值、电容值振荡频率、电容值的斜率等等。可选地，探测模块200也可以包括模数转换单元(未示出)，以将采样得到的模拟参数量转换为参数值。

在一些实施例中，第一确定单元220用于确定采集单元210所采集的参数值是否达到绝对阈值。例如，该绝对阈值可以用来判断液面探测装置的探针(例如，图1的探针120)是否接触到待测液体的液面。

以电容式液面探测装置为例，当探针接触到待测液体的液面时，探针与基准面之间的参数值会发生突变，从而达到绝对阈值可能表示探针已接触到待测液体的液面，即成功探测到液面。但是在实际测试过程中，有时可能出现数据信号噪声。当数据信号噪声的强度达到绝对阈值时，可能会导致电容式液面探测装置误判为已经成功探测到液面，从而影响液面探测的准确性。本公开的一方面致力于解决这样的问题。本发明的发明人在进行发明创造的过程中发现，这样的数据信号噪声持续的时间往往较短，例如，通常为1个数据跳变点。

在一些实施例中，当第一确定单元220确定探针(例如，图1的探针120)与基准面(例如，待测液体的容器的壁)之间的参数值达到绝对阈值时，第一信号生成单元230生成并向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)发送第一信号。运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)在接收到第一信号后即控制探针(例如，图1的探针120)暂停运动或减缓运动(即将探针运动的速度降低到某一满足要求的速度，该速度可以为零)。

在一些实施例中，在探针(例如，图1的探针120)暂停运动或减缓运动期间，采集单元210持续采集探针(例如，图1的探针120)与基准面(例如，待测液体的容器的壁)之间的参数值。例如，采集单元210可以采集一个或多个参数值。

在一些实施例中，当采集单元210采集一个参数值时，第二确定单元240判断该参数值是否达到上述绝对阈值。当第二确定单元240确定该参数值达到绝对阈值时，第二信号生成单元250生成并向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)发送第二信号。运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)响应于接收到第二信号而控制探针(例如，图1的探针120)完成探测动作，例如，进行复位。在另外的实施例中，当第二确定单元240确定该参数值未达到绝对阈值时，第二信号生成单元250不会生成任何信号。从而，运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)由于在设定时间段内未接收到第二信号而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。该设定时间段可以基于实际需求、探测灵敏度、响应速度等来预先设置。可替代地，探测模块200还可以包括第三信号生成单元270。当第二确定单元240确定该参数值未达到绝对阈值时，第三信号生成单元270可以生成并向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)发送第三信号。运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)响应于接收到第三信号而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。在一些实施例中，探测模块200还可以包括液面探测确认单元260。该液面探测确认单元260用于响应于第二确定单元240确定该参数值达到绝对阈值而确认探针(例如，图1的探针120)已接触到待测液体的液面，即成功探测到液面。从而，运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)可以响应于成功探测到液面的指示而控制探针(例如，图1的探针120)完成探测动作，例如，进行复位。在另外的施例中，探测模块200还可以可选地包括噪声信号确认单元280。该噪声信号确认单元280用于响应于第二确定单元240确定该参数值未达到绝对阈值而确认探测到噪声信号，例如，数据信号噪声。从而，运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)可以响应于探测到数据信号噪声的指示而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。

在其它实施例中，当采集单元210在探针(例如，图1的探针120)暂停运动或减缓运动期间采集多个(例如，2个或更多个)参数值时，第二确定单元240被配置为确定多个参数值中是否有超过半数的参数值达到上述绝对阈值。在示例中，第二确定单元240在探针(例如，图1的探针120)暂停运动或减缓运动期间连续判断3-5个参数值，即可获得令人满意的准确性。在一些实施例中，当第二确定单元240确定多个参数值中有超过半数的参数值达到上述绝对阈值时，第二信号生成单元250生成并向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)发送第二信号。运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)响应于接收到第二信号而控制探针(例如，图1的探针120)完成探测动作，例如，进行复位。在另外的实施例中，当第二确定单元240确定多个参数值中有不足半数的参数值达到绝对阈值时，第二信号生成单元250不会生成任何信号。从而，运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)由于在设定时间段内未接收到第二信号而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。该设定时间段可以基于实际需求、探测灵敏度、响应速度等来预先设置。可替代地，当第二确定单元240确定多个参数值中有不足半数的参数值达到绝对阈值时，第三信号生成单元270可以生成并向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)发送第三信号。运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)响应于接收到第三信号而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。在一些实施例中，液面探测确认单元260被配置为响应于第二确定单元240确定多个参数值中有超过半数的参数值达到绝对阈值而确认探针(例如，图1的探针120)已接触到待测液体的液面，即成功探测到液面。从而，运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)可以响应于成功探测到液面的指示而控制探针(例如，图1的探针120)完成探测动作，例如，进行复位。在另外的施例中，噪声信号确认单元280被配置为响应于第二确定单元240确定多个参数值中有不足半数的参数值达到绝对阈值而确认探测到噪声信号，例如，数据信号噪声。从而，运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)可以响应于探测到数据信号噪声的指示而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。

可选地，探测模块200还可以包括其它需要单元，例如，控制单元和寄存器单元(未示出)。控制单元用于控制以上各个部件协调一致地运作。寄存器单元可以存储在液面探测过程中产生的数据和信息。

以上示出的是根据本公开的探测模块200的示例。应当指出的是，虽然这里提供的探测模块被示出和描述为包括多个单元，但是根据所实现的功能的要求，根据本公开的探测模块可以包括更多或更少的单元。

在一些实施例中，探测模块200可以被实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于实现所需功能的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如互联网、内联网等的计算机网络被下载。

图3示出了根据本公开的实施例的液面探测方法300的流程图。在一些实施例中，方法300可以在液面探测装置100(图1)中被实现，例如，可以通过探测模块200来实现。

在步骤310中，采集探针(例如，图1的探针120)与基准面之间的参数值，例如，电容值、电容值振荡频率、电容值的斜率等等。步骤310例如可以通过探测模块200的采集单元210来执行。

在步骤320中，确定所采集的参数值是否达到绝对阈值。例如，该绝对阈值可以用来判断液面探测装置的探针(例如，图1的液面探测装置100的探针120)是否接触到待测液体的液面。该步骤320例如可以通过探测模块200的第一确定单元220来执行。

在步骤330中，响应于确定探针(例如，图1的探针120)与基准面(例如，待测液体的容器的壁)之间的参数值达到上述绝对阈值而向液面探测装置的运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)发送第一信号。该运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)在接收到第一信号后，即控制探针(例如，图1的探针120)暂停运动或减缓运动(即将探针运动的速度降低到某一满足要求的速度，该速度可以为零)。该步骤330例如可以通过探测模块200的第一信号生成单元230来执行。

在一些实施例中，在探针(例如，图1的探针120)暂停运动或减缓运动期间，探针(例如，图1的探针120)与基准面(例如，待测液体的容器的壁)之间的参数值被(例如，采集单元210)持续采集。例如，在探针(例如，图1的探针120)暂停运动或减缓运动期间可以采集一个或多个参数值。

在步骤340中，确定在探针暂停运动或减缓运动期间采集的参数值是否达到上述绝对阈值。需要判定的电容值的数目可以根据实际需要而预先进行配置。该步骤340例如可以通过探测模块200的第二确定单元240来执行。

在一些实施例中，当在探针暂停运动或减缓运动期间采集一个参数值时，在步骤340中，判断该参数值是否达到上述绝对阈值。当确定该参数值达到绝对阈值时，可以在步骤350中生成并向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)发送第二信号。运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)响应于接收到第二信号而控制探针(例如，图1的探针120)完成探测动作，例如，进行复位。在另外的实施例中，当确定该参数值未达到绝对阈值时，不生成任何信号。从而，运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)由于在设定时间段内未接收到第二信号而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。该设定时间段可以基于实际需求、探测灵敏度、响应速度等来预先设置。可替代地，当确定该参数值未达到绝对阈值时，可以生成并向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)发送第三信号。运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)响应于接收到第三信号而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。在一些实施例中，可以响应于确定该参数值达到绝对阈值而确认探针(例如，图1的探针120)已接触到待测液体的液面，即成功探测到液面。从而，运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)可以响应于成功探测到液面的指示而控制探针(例如，图1的探针120)完成探测动作，例如，进行复位。在另外的施例中，可以响应于确定该参数值未达到绝对阈值而确认探测到噪声信号，例如，数据信号噪声。从而，运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)可以响应于探测到数据信号噪声的指示而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。

在其它实施例中，当在探针暂停运动或减缓运动期间采集多个(例如，2个或更多个)参数值时，判断多个参数值中是否有超过半数的参数值达到上述绝对阈值。如果确定多个参数值中有超过半数的参数值达到上述绝对阈值，则在步骤350中向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)发送第二信号。运动控制模块响应于接收到第二信号而控制探针(例如，图1的探针120)完成探测动作，例如，进行复位。该步骤350例如可以通过探测模块200的第二信号生成单元250来执行。在一些实施例中，如果确定多个参数值中有不足半数的参数值达到上述绝对阈值，则可以向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)发送第三信号，以使得控制模块(例如，图1的运动控制模块130)响应于接收到第三信号而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。在另外的实施例中，为了节省信令资源，如果确定多个参数值中有不足半数的参数值达到上述绝对阈值，则不生成任何信号。从而，运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)由于在设定时间段内未接收到第二信号而控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。该设定时间段可以基于实际需求、探测灵敏度、响应速度等来预先设置。在一些实施例中，本公开的实施例的液面探测方法300还可以包括响应于确定在探针暂停运动或减缓运动期间采集的多个参数值中有不足半数的参数值达到上述绝对阈值，而确认探针(例如，图1的探针120)已接触到待测液体的液面，即成功探测到液面。继而，可以向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)指示已成功探测到液面，使得该运动控制模块控制探针(例如，图1的探针120)完成探测动作，例如，进行复位。在一些实施例中，本公开的实施例的液面探测方法300还可以包括响应于确定在探针暂停运动或减缓运动期间采集的多个参数值中有不足半数的参数值达到上述绝对阈值而确认探测到数据信号噪声。继而，可以向运动控制模块(例如，图1的运动控制模块130)指示探测到数据信号噪声，使得该运动控制模块控制探针(例如，图1的探针120)继续按照预定速度运动以探测液面。

以上示出的是根据本公开的实施例的液面探测方法的示例流程图。应当指出的是，虽然这里提供的方法被示出和描述为一系列动作或事件，但是本公开不受所示出的这些动作或事件的排序的限制。例如，除所示出和/或描述的顺序之外，一些动作可以以其它的顺序发生和/或与其它动作或事件同时发生。另外，该方法还可以包括未在图中示出的其它动作，而且并非全部示出的动作都是需要的。

根据本公开的实施例的液面探测装置和方法以及探测模块能够在不影响探测灵敏度的情况下滤除数据信号噪声，提高了液面探测的准确性。

下面参考图4，图4是根据本公开的实施例的描绘液面探测过程中的参数值变化的波形图400。需要说明的是，从图4可见，根据实际测试方案的需要，纵坐标表示“谐振频率”。如本领域普通技术人员所理解的，在典型的LC振荡电路中，谐振频率其中L表示电感量，C表示电容量。在电感L已知的情况下，可以根据该公式直接得出电容量C与谐振频率ω₀的关系。因此，在上下文中没有采用谐振频率ω₀来进行描述，而是直接采用电容量C这一更为直观的物理量来进行描述。

以电容式液面探测装置为例，当探针接触到待测液体的液面时，探针与基准面之间的电容值(或谐振频率)会发生突变(如图4所示)，从而达到绝对阈值(例如，绝对阈值410)可能表示探针已接触到待测液体的液面，即成功探测到液面(例如，探测成功事件420)。但是在实际测试过程中，有时可能出现数据信号噪声(例如，数据信号噪声430)。从图4可见，数据信号噪声430的强度已经达到绝对阈值410。现有的电容式液面探测装置可能会将数据信号噪声430误判为已经成功探测到液面，从而影响液面探测的准确性。本发明的发明人在进行发明创造的过程中发现，数据信号噪声430持续的时间较短，例如，通常为1个数据跳变点。

通过本公开的液面探测装置和方法以及探测模块，当探测到数据信号噪声430的强度达到绝对阈值410时，探测模块(例如，探测模块110和200)向运动控制模块(例如，运动控制模块130)发送第一信号。运动控制模块接收到第一信号后即控制探针(例如，探针120)暂停运动或减缓运动(即将探针运动的速度降低到某一满足要求速度，该速度可以为零)。探测模块在探针暂停运动或减缓运动期间判断n个参数值是否达到绝对阈值410，其中n是可以根据实际需要预先配置的正整数。如果n个参数值中有超过半数的参数值达到绝对阈值410，则探测模块可以确认探针已经接触到液面，随即可以向运动控制模块发送第二信号。运动控制模块接收到第二信号后即控制探针完成探测动作，例如，复位。如果n个参数值中有不足半数的参数值达到绝对阈值410，则探测模块可以确认探测到的信号为噪声信号，随即可以向运动控制模块发送第三信号。运动控制模块接收到第三信号后即控制探针继续按照预定速度运动以进行液面探测。可替代地，为了节省信令资源，探测模块在确定n个参数值中有不足半数的参数值达到绝对阈值410时可以不向运动控制模块发送任何信号。运动控制模块由于在设定时间段内未接收到任何信号而控制探针继续按照预定速度运动以进行液面探测。该设定时间段可以基于实际需求、探测灵敏度、响应速度等来预先设置。

通过以上分析可见，根据本公开的实施例的液面探测装置和方法以及探测模块能够在不影响探测灵敏度的情况下排除数据信号噪声的干扰，提高了液面探测的准确性。

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本公开并不限于上述实施例的结构和方法。相反，本发明意在覆盖各种修改例和等同配置。另外，尽管在各种示例性结合体和构造中示出了所公开发明的各种元件和方法步骤，但是包括更多、更少的元件或方法的其它组合也落在本公开的范围之内。