一种选择性离子传感器的LIX自动灌充方法及其装置与流程

本发明涉及图像处理领域，涉及自动化控制领域，特别是涉及选择性离子传感器的lix自动灌充方法及其装置。

背景技术：

离子选择电极是一种电化学传感体,它的电势与溶液中给定离子活度的对数成线性关系。离子选择性电极包含由特殊电活性物质组成的敏感膜，这种膜对溶液中某种离子的活度具有选择性响应，从而产生一定的平衡电势。该电势与参比电极的电势差可被测量出来,以计算特定离子的活度。

离子选择性微电极的制作主要包括玻璃微电极的拉制、硅烷化和灌充三大部分。

1、微电极的拉制：微电极采用“2次拉制”的方式。第1次拉制时，先将玻璃细管软化，拉长一段距离，使玻璃管变细。随后再对玻璃管加热做第2次拉制，使玻璃管拉制成2部分。在实际拉制过程中，由于受到环境温度、湿度等影响，加热指数需要根据实际情况调整才能得到合适形状的微电极。

2、微电极的硅烷化：玻璃具有亲水性，而lix(liquidionexchanger,液态离子交换剂)是一种疏水亲脂有机物，如果不对玻璃进行预处理，则lix灌充到玻璃微电极尖端后将逐渐被水相物质所代替，缩短使用寿命。为了使lix较长时间地保持在玻璃微电极尖端，延长微电极的使用寿命，在灌充lix之前，必须要对微电极进行硅烷化处理，使之具有亲脂性。硅烷化处理过的微电极应保存在干燥、无尘的避光容器里。当微电极重新变得亲水时表明硅烷化层已经破坏，需要重新处理。硅烷化过程是微电极制备的重要环节，微电极硅烷化处理的流程影响着电极的使用寿命及效果。

3、微电极的灌充：离子选择性微电极做完硅烷化处理后，需灌充内充液和lix。首先用接上细管的注射器将内充液从电极尾部缓慢推入电极内，直至电极尖端有液体渗出。在显微镜下观察电极内是否有气泡，若存在气泡，须将电极尖端朝下放置一段时间，直至气泡完全从电极中消失。灌充好内充溶液后，将lix灌充入微电极尖端。

现有技术微电极的灌充，需要用肉眼通过显微镜目镜观察lix，按照目镜测微尺刻度确定lix长度，人为误差较大。同时，现有技术需要手动通过注射器调节传感器中的压力，控制lix吸入或打出传感器，操作起来比较困难。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种选择性离子传感器的lix自动灌充方法，旨在解决现有技术自动化程度低、操作难度的问题，本发明能够对离子传感器自动灌充lix，自动化程度高，操作简单，灌充量精确可控。

为实现上述目的，本发明提供了一种实现选择性离子传感器lix自动灌充的方法，包括：

步骤s1、配置lix长度设定值；

步骤s2、采集lix灌充图像；

步骤s3、识别所述灌充图像，获取lix长度当前值；

步骤s4、判断lix长度当前值和lix长度设定值大小关系；若lix长度当前值小于所述lix长度设定值时，则控制蠕动泵转动，将lix吸入电极，并执行步骤s3；若lix长度当前值大于所述lix长度设定值时，则控制蠕动泵转动，将lix推出电极，并执行步骤s3；若lix长度当前值等于所述lix长度设定值，则本次lix灌充完成。

本技术方案解决现有技术自动化程度低、操作难度的问题，该技术方案能够实现离子传感器lix的自动灌充，自动化程度高，操作简单，灌充量精确可控。

进一步而言，步骤s3包括：

s31、根据显微镜放大倍率和显微镜光源强度，设定lix在显微镜图像中的灰度上限值和下限值；

s32、根据所述lix的图像灰度上限值和下限值，将所述显微镜图像二值化处理，获得lix轮廓；

s33、根据所述显微镜放大倍率和所述lix轮廓，获得lix长度当前值。

在该技术方案中，通过设置灰度上下限，是二值化获得lix轮廓更精确。通过放大倍率获得lix长度值，精确度高。

进一步而言，步骤s4，还包括：

s41、根据所述lix长度当前值和所述lix长度设定值大小差值，设定蠕动泵转动行程以及转动方向；

s42、驱动器根据所述转动行程以及转动方向，驱动所述蠕动泵转动并将所述lix吸入或推出电极。

在该技术方案中，设定蠕动泵转动行程和转动方向，使得lix长度控制精确，减少lix长度修正次数。

进一步而言，该方法还包括：当系统运行中，实时显示所述lix长度当前值和所述lix长度设定值，实时采集并显示所述lix灌充图像。

在该技术方案中，实现显示灌充图像，为人工检查提供图像显示。

有鉴于现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种实现选择性离子传感器lix自动灌充的装置，包括：

用于控制选择性离子传感器内的lix移动的蠕动泵；

连接于所述蠕动泵的输入端的电机驱动器；

第一控制器，所述第一控制器的第一输出端连接所述电机驱动器输入端；

用于采集所述选择性离子传感器的显微镜图像的摄像头；

第二控制器，所述第二控制器的第二输入端连接所述摄像头的输出端；所述第二控制器与所述第一控制器通讯连接；

用于实时显示所述显微镜图像的显示屏；

以及为装置各部分供电的电源。

进一步而言，第二控制器包括：

lix长度配置单元，用于配置lix长度设定值；

灌充图像采集单元，用于采集lix灌充图像；

lix长度识别单元，用于识别所述灌充图像，获取lix长度当前值；

lix长度比较单元，用于判断lix长度当前值和lix长度设定值大小关系，当lix长度当前值不等于所述lix长度设定值时，则生成蠕动泵转动行程以及转动方向。

本技术方案解决现有技术自动化程度低、操作难度的问题，该技术方案能够实现离子传感器lix的自动灌充，自动化程度高，操作简单，灌充量精确可控。

进一步而言，所述电机驱动器根据所述蠕动泵转动行程以及转动方向，驱动所述蠕动泵转动并将所述lix吸入或推出电极。

在该技术方案中，设定蠕动泵转动行程和转动方向，使得lix长度控制精确，减少lix长度修正次数。

进一步而言，所述lix长度识别单元，被配置为：

根据显微镜放大倍率和显微镜光源强度，设定lix在显微镜图像中的灰度上限值和下限值；

根据所述lix的图像灰度上限值和下限值，将所述显微镜图像二值化处理，获得lix轮廓；

根据所述显微镜放大倍率和所述lix轮廓，获得lix长度当前值。

在该技术方案中，通过设置灰度上下限，是二值化获得lix轮廓更精确。通过放大倍率获得lix长度值，精确度高。

进一步而言，所述显示屏还用于显示lix长度设定值。

在该技术方案中，实现显示灌充图像，为人工检查提供图像显示。

本发明的有益效果是：本发明通过用图像自动识别技术代替人眼识别lix长度，减少误差，提高精确性和重复性。本发明通过微型计算机、控制器和步进电机蠕动泵来控制调节传感器中的压力，进而控制lix吸入或打出传感器，代替原来的手动操作，提供lix灌充的控制的精度。本发明还可以在小屏幕上直接观察传感器图像，降低长时间观察显微图像造成的人眼疲劳，同时，本发明还具有具有图像提示和声音报警功能。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的流程图；

图2是本发明一具体实施方式的装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明第一实施例提供一种实现选择性离子传感器lix自动灌充的方法，包括如下步骤：

步骤s1、配置lix长度设定值；

步骤s2、采集lix灌充图像；

步骤s3、识别所述灌充图像，获取lix长度当前值；

步骤s4、判断lix长度当前值和lix长度设定值大小关系；若lix长度当前值小于所述lix长度设定值时，则控制蠕动泵转动，将lix吸入电极，并执行步骤s3；若lix长度当前值大于所述lix长度设定值时，则控制蠕动泵转动，将lix推出电极，并执行步骤s3；若lix长度当前值等于所述lix长度设定值，则本次lix灌充完成。

下面对每个步骤进行进一步说明。

步骤s1、配置lix长度设定值；

选择性离子传感器需要定量灌充lix，每一批次的离子传感器均需要对lix长度进行参数确定。而对于lix自动灌充设备而言，需要对灌充的lix长度设定值进行设定。

可选地，通过输入设备，向自动灌充设备输入lix设定长度。

可选地，通过键盘或按键将lix设定值输入lix自动灌充设备中。

优选地，自动灌充设备中保存有多种lix长度设定值，只需要通过lix长度选择开关选择所需要的lix长度设定值。

步骤s2、采集lix灌充图像；

在本实施例中，通过显微镜对离子传感器进行放大显示，ccd摄像头通过显微镜系统采集lix的灌充图像。

步骤s3、识别所述灌充图像，获取lix长度当前值；

具体而言，步骤s3包括：

s31、根据显微镜放大倍率和显微镜光源强度，设定lix在显微镜图像中的灰度上限值和下限值；在步骤s31中，由于不同的放大倍率及显微镜光强下，所拍摄获得的灌充图像亮度也不一样，需要对根据具体情况对lix在显微镜图像中的灰度上下限进行设定。值得一提的是，灌充图像亮度与放大倍率成反比，且与显微镜光源强度成正比。

s32、根据所述lix的图像灰度上限值和下限值，将所述显微镜图像二值化处理，获得lix轮廓；

s33、根据所述显微镜放大倍率和所述lix轮廓，获得lix长度当前值。值得一提的是，不同倍率下，ccd摄像头采集的显微镜图像每个像素所对应的尺寸也不一样。

步骤s4、判断lix长度当前值和lix长度设定值大小关系；若lix长度当前值小于所述lix长度设定值时，则控制蠕动泵转动，将lix吸入电极，并执行步骤s3；若lix长度当前值大于所述lix长度设定值时，则控制蠕动泵转动，将lix推出电极，并执行步骤s3；若lix长度当前值等于所述lix长度设定值，则本次lix灌充完成。

在本实施例的步骤s4中，当lix长度当前值小于所述lix长度设定值时，对显示图像进行处理，lix对应显示黄色。当lix长度当前值大于所述lix长度设定值时，对显示图像进行处理，lix对应显示红色色。当lix长度当前值等于所述lix长度设定值时，对显示图像进行处理，lix对应显示绿色，并进行蜂鸣器报警。

具体而言，在步骤s4中，lix长度的控制方法包括：

s41、根据所述lix长度当前值和所述lix长度设定值大小差值，设定蠕动泵转动行程以及转动方向；

s42、驱动器根据所述转动行程以及转动方向，驱动所述蠕动泵转动并将所述lix吸入或推出电极。

此外，蠕动泵的管道和选择性离子传感器通过橡胶管相连，通过蠕动泵工作改变管道中的压力，从而控制选择性离子传感器尖端液态lix的移动。

在本实施例中，当系统运行中，实时显示所述lix长度当前值和所述lix长度设定值，实时采集并显示所述lix灌充图像。

如图2所示，在本发明第二实施例中，提供一种实现选择性离子传感器1lix自动灌充的装置，包括：

用于控制选择性离子传感器1内的lix移动的蠕动泵2；

连接于所述蠕动泵2的输入端的电机驱动器3；

第一控制器4，所述第一控制器4的第一输出端连接所述电机驱动器3输入端；

用于采集所述选择性离子传感器1的显微镜图像的摄像头6；

第二控制器7，所述第二控制器7的第二输入端连接所述摄像头6的输出端；所述摄像头6向所述第二控制器7传送所述显微镜图像；所述第二控制器7与所述第一控制器4通讯连接；

用于实时显示所述显微镜图像的显示屏8；

以及为装置各部分供电的电源10。

在本实施例中，第二控制器7包括：

lix长度配置单元，用于配置lix长度设定值；

灌充图像采集单元，用于采集lix灌充图像；

lix长度识别单元，用于识别所述灌充图像，获取lix长度当前值；

lix长度比较单元，用于判断lix长度当前值和lix长度设定值大小关系，当lix长度当前值不等于所述lix长度设定值时，则生成蠕动泵2转动行程以及转动方向。

在本实施例中，所述电机驱动器3根据所述蠕动泵2转动行程以及转动方向，驱动所述蠕动泵2转动并将所述lix吸入或推出电极。

在本实施例中，lix长度识别单元，被配置为：

根据显微镜5放大倍率和显微镜5光源强度，设定lix在显微镜图像中的灰度上限值和下限值；

根据所述lix的图像灰度上限值和下限值，将所述显微镜图像二值化处理，获得lix轮廓；

根据所述显微镜5放大倍率和所述lix轮廓，获得lix长度当前值。

在本实施例中，所述显示屏8还用于显示lix长度设定值。

在本实施例中，选择性离子传感器需要定量灌充lix，每一批次的离子传感器均需要对lix长度进行参数确定。而对于lix自动灌充设备而言，需要对灌充的lix长度设定值进行设定。

可选地，通过输入设备，向自动灌充设备输入lix设定长度。

可选地，通过键盘或按键将lix设定值输入lix自动灌充设备中。

在本实施例中，自动灌充设备中保存有多种lix长度设定值，只需要通过lix长度选择开关9选择所需要的lix长度设定值。

下面对本发明第二实施例作示例性说明。

在本实施例中，第一控制器为arduino主板，第二控制器为树莓派主板，其中，树莓派主板包含有显示屏，蠕动泵是步进电机蠕动泵，电机驱动器为步进电机驱动器，摄像头采用ccd摄像头。

程序分两部分，分别用python语言和arduino语言编写。python语言程序安装在树莓派主板的存储卡中，arduino语言程序下载到arduino主板。

将外接开关和显示屏用数据线和树莓派主板相连，通过定义串口控制python语言程序的启动和重启等。

将树莓派主板和arduino主板用数据线相连，通过python语言程序给arduino主板输入指令。

将arduino主板和步进电机驱动器用数据线相连，由arduino主板根据得到的指令，通过arduino语言程序中步进电机驱动器控制程序控制步进电机驱动器工作。

步进电机驱动器和步进电机蠕动泵用通过数据线相连，通过步进电机驱动器控制步进电机蠕动泵工作。

步进电机蠕动泵的管道和选择性离子传感器通过橡胶管相连，通过蠕动泵工作改变管道中的压力，从而控制选择性离子传感器尖端液态lix的移动。

ccd摄像头和树莓派主板用数据线相连，用于获取选择性离子传感器的图像并在显示屏上显示。

通过python语言程序中的图像识别程序，实现自动识别lix并精确测量lix长度的功能，并将lix长度信号输出到树莓派主板中。

根据图像反馈的lix长度信号，经过各硬件之间的信号传导和控制，实现选择性离子传感器lix的自动灌充功能。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。