一种移液枪、及应用于移液枪的气压式液面检测系统的制作方法

本发明涉及医疗设备，具体涉及一种应用于移液枪的气压式液面检测系统及其移液枪。

背景技术：

1、当前，在医疗领域中，对样本或者试剂经常会使用液面检测方法来判断液面的高度，以防止因为移液枪上的tip头进入液体太深而造成污染或损坏移液枪。现市面上的液面检测方法常使用的技术有气压法和电容法，其中，电容法是利用导电tip头触碰到液体时，使电容发生变化来检测液面，检测比较灵敏；但是，现有技术中的电容法要求tip头具有导电特性，探测部分需要绝缘处理，结构复杂，成本高。气压法是利用tip头接触液体时，气压发生的变化来检测液面,通常需要移动柱塞或振荡增加气压变化量，对tip头导电性无要求；但是现有技术中的气压法通常使用阈值或压差进行判断，有通过判断接触液面前后气压变化来判断液面，也有通过振荡判断气压最大最小的差值来判断液面，而这两种方法容易受到气压波动干扰造成误判。

2、有鉴于此，提出本技术。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于移液枪的气压式液面检测系统及其移液枪，能够有效解决现有技术中的液面检测方法中的电容法要求t i p头具有导电特性，探测部分需要绝缘处理，结构复杂，成本高；以及液面检测方法中的气压法通常使用阈值或压差进行判断，有通过判断接触液面前后气压变化来判断液面，也有通过振荡判断气压最大最小的差值来判断液面，而这两种方法存在容易受到气压波动干扰造成误判的问题。

2、本发明公开了一种应用于移液枪的气压式液面检测系统,包括：配置在所述移液枪上的泵电机、移液枪控制电路板、丝杆带动柱塞泵组件、气压传感器、z轴电机、丝杆带动移液枪组件和z轴控制电路板、以及配置在所述丝杆带动柱塞泵组件前端的t i p头；

3、其中，所述移液枪控制电路板的输入端与所述气压传感器的输出端电气连接，所述移液枪控制电路板的输出端与所述泵电机的输入端、所述z轴控制电路板的输入端电气连接，所述泵电机的输出轴与所述丝杆带动柱塞泵组件连接，所述z轴控制电路板的输出端与所述z轴电机的输入端电气连接，所述z轴电机的输出轴与所述丝杆带动移液枪组件连接；

4、其中，所述移液枪控制电路板被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：

5、获取初始化页面检测数据，进行初始化处理，其中，所述初始化页面检测数据包括配置所述泵电机的振荡频率和幅值、所述z轴电机的下降速度、以及气压数据处理周期；

6、控制所述泵电机做正弦振荡运动，同时，所述泵电机会带动所述丝杆带动柱塞泵组件进行正弦振荡运动；

7、控制所述z轴电机与预设速度进行转动，以带动所述丝杆带动移液枪组件下降；

8、获取所述气压传感器采集到的气压数据，对所述气压数据进行预处理，并将预处理后的气压数据存储在预设的数组中，生成气压数据采集数组；

9、对所述气压数据采集数组进行数据处理，生成数据处理结果，其中，所述数据处理包括去除直流分量处理、加窗处理、执行fft处理、以及计算相似度处理；

10、当判断到所述数据处理结果中的最大频率是电机的振荡频率，且所述数据处理结果中的最大频率的幅值大于第一预设阈值，所述数据处理结果中的相似度小于第二预设阈值时，控制所述泵电机停止正弦振荡运动，控制所述z轴电机停止下降，并返回所述数据处理结果，其中，所述数据处理结果中的相似度为当前曲线与上个曲线的相似度。

11、优选地，控制所述泵电机做正弦振荡运动，同时，所述泵电机会带动所述丝杆带动柱塞泵组件进行正弦振荡运动，具体为：

12、控制所述泵电机进行20hz的正弦振荡运动，振荡曲线的公式为：

13、f(t)＝asin(2πft)

14、所述泵电机带动所述丝杆带动柱塞泵组件进行20hz的正弦振荡运动。

15、优选地，对所述气压数据进行预处理，并将预处理后的气压数据存储在预设的数组中，生成气压数据采集数组，具体为：

16、将所述气压数据进行放大，并对所述气压数据进行硬件低通滤波处理；

17、采用卡尔曼滤波器对所述气压数据进行软件滤波处理；

18、将处理后的所述气压数据储在预设的数组中，生成气压数据采集数组。

19、优选地，对所述气压数据采集数组进行数据处理，生成数据处理结果，具体为：

20、计算所述气压数据采集数组的平均值，生成直流分量；

21、对所述气压数据采集数组中每个数据进行计算处理，去除每个数据的所述直流分量，并对处理后的所述气压数据采集数组进行加窗；

22、对加窗后的所述气压数据采集数组执行fft运算,获取与20hz对应的幅值和最大幅值对应的频率。

23、优选地，对所述气压数据采集数组进行数据处理，生成数据处理结果，还包括：

24、将所述气压数据采集数组的数据以fft结果为依据进行归一化处理，计算式为：

25、ai_norm＝(ai-a0hz)/a20hz

26、其中，a0hz为fft的直流分量,a20hz为fft的20hz分量；

27、计算所述气压数据采集数组与上个气压数据的欧式距离的和，以判断所述气压数据采集数组中前后2个波形的相似度，生成数据处理结果，相似度的计算公式为：

28、

29、其中，ai为当前数据，bi为上一次数据。

30、优选地，当判断到所述数据处理结果中的最大频率是电机的振荡频率，且所述数据处理结果中的最大频率的幅值大于第一预设阈值，所述数据处理结果中的相似度小于第二预设阈值时，控制所述泵电机停止正弦振荡运动，控制所述z轴电机停止下降，并返回所述数据处理结果，具体为：

31、当判断到所述数据处理结果中的最大频率是电机的振荡频率时，判断所述数据处理结果中的最大频率的幅值是否大于第一预设阈值，a20hz>ath，其中，ath为第一预设阈值；

32、若是，判断所述数据处理结果中的相似度是否小于第二预设阈值，sim<sth,sth为第二预设阈值；

33、当判断到所述数据处理结果中的相似度小于第二预设阈值时，控制所述泵电机停止正弦振荡运动，同时，控制所述z轴电机停止下降，并返回所述数据处理结果。

34、本发明还公开了一种移液枪,包括移液枪本体以及如上任意所述的一种应用于移液枪的气压式液面检测系统，所述应用于移液枪的气压式液面检测系统配置在所述移液枪本体上。

35、综上所述，本实施例提供的一种应用于移液枪的气压式液面检测系统及其移液枪，初始化液面检测系统，控制泵电机做正弦振荡运动,同时带动柱塞泵做正弦振荡运动，控制z轴电机下降；采集气压数据,具体是通过处理器的adc引脚采集经过滤波和放大的气压信号，并对信号进行软件滤波,结果存数组中，进行数据处理；进行液面判定,必须同时满足以下条件：fft结果中最大频率必须是电机的振荡频率、fft结果中最大频率的幅值必须大于阈值、和上个曲线的相似度小于阈值；当完成液面检测后，z轴电机停止下降,泵电机停止振荡并返回结果。从而解决现有技术中的液面检测方法中的电容法要求t i p头具有导电特性，探测部分需要绝缘处理，结构复杂，成本高；以及液面检测方法中的气压法通常使用阈值或压差进行判断，有通过判断接触液面前后气压变化来判断液面，也有通过振荡判断气压最大最小的差值来判断液面，而这两种方法存在容易受到气压波动干扰造成误判的问题。

技术特征：

1.一种应用于移液枪的气压式液面检测系统,其特征在于，包括：配置在移液枪上的泵电机、移液枪控制电路板、丝杆带动柱塞泵组件、气压传感器、z轴电机、丝杆带动移液枪组件和z轴控制电路板、以及配置在所述丝杆带动柱塞泵组件前端的tip头；

2.根据权利要求1所述的一种应用于移液枪的气压式液面检测系统，其特征在于，控制所述泵电机做正弦振荡运动，同时，所述泵电机会带动所述丝杆带动柱塞泵组件进行正弦振荡运动，具体为：

3.根据权利要求2所述的一种应用于移液枪的气压式液面检测系统，其特征在于，对所述气压数据进行预处理，并将预处理后的气压数据存储在预设的数组中，生成气压数据采集数组，具体为：

4.根据权利要求1所述的一种应用于移液枪的气压式液面检测系统，其特征在于，对所述气压数据采集数组进行数据处理，生成数据处理结果，具体为：

5.根据权利要求4所述的一种应用于移液枪的气压式液面检测系统，其特征在于，对所述气压数据采集数组进行数据处理，生成数据处理结果，还包括：

6.根据权利要求1所述的一种应用于移液枪的气压式液面检测系统，其特征在于，当判断到所述数据处理结果中的最大频率是电机的振荡频率，且所述数据处理结果中的最大频率的幅值大于第一预设阈值，所述数据处理结果中的相似度小于第二预设阈值时，控制所述泵电机停止正弦振荡运动，控制所述z轴电机停止下降，并返回所述数据处理结果，具体为：

7.一种移液枪,其特征在于，包括移液枪本体以及如权利要求1至6任意所述的一种应用于移液枪的气压式液面检测系统，所述应用于移液枪的气压式液面检测系统配置在所述移液枪本体上。

技术总结
本发明提供了一种应用于移液枪的气压式液面检测系统及其移液枪，包括获取初始化页面检测数据；控制泵电机带动丝杆带动柱塞泵组件进行正弦振荡运动；控制Z轴电机与预设速度进行转动，带动丝杆带动移液枪组件下降；获取气压传感器采集的气压数据，对气压数据进行预处理，将气压数据存储在预设的数组中；对气压数据采集数组进行数据处理，生成数据处理结果；当判断到数据处理结果中的最大频率是电机的振荡频率，且数据处理结果中的最大频率的幅值大于第一预设阈值，数据处理结果中的相似度小于第二预设阈值时，控制电机停止，返回结果。结合基于曲线相似度的干扰排除法，实现对液面的检测方法，能够应对绝大部分气压波动情况，提高液面检测精度。

技术研发人员：杨林伟
受保护的技术使用者：厦门安普利生物工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23