液位探测方案

液面探测在医疗检验科设备和实验室设备中应用广泛, 为了提高反应效率, 减小试剂消耗, 需要加样针对液面进行快速精确的响应。本文将讲述一种设计，采用嵌入式信号处理器和成熟的MEMS气压传感器，以及专用低漂移低延时滤波算法，实现TIP头液面的气压式高精度快速检测功能。

液面探测在医疗检验科设备和实验室设备中应用广泛, 为了提高反应效率, 减小试剂消耗, 需要加样针对液面进行快速精确的响应。目前主流的探测方法有电容式和气压式两种, 一般而言电容式方法具有更快的响应速度和更高的检测精度, 比如PCS0902可以对低至数十微升的试剂进行微秒级别的响应. 但是对于电导率较高的试剂或离子溶液, 采用电容式方法需要执行严格的隔离程序以排除后端液路的影响, 这样对于结构和软件的要求会比较高, 本设计采用嵌入式信号处理器和成熟的MEMS气压传感器，以及专用低漂移低延时滤波算法，实现TIP头液面的气压式高精度快速检测功能。

气压传感器是本方案的核心器件, 为了提高灵敏度和稳定性, 厂商一般采用MEMS工艺制造, 可分为电容式和电阻式, 通常在受力平面上分布四个形变电阻或电容, 利用桥式电路检测微小的压力变化, 其检测精度可以达到0.005hPa,如下图3-1所示。根据参考压力点的设计不同, 可分成表压,差分式和绝对式三种类型;根据输出接口类型不同,可分为数字式和模拟式。数字式传感器集成比较简单, 但是通常以牺牲响应速度, 精度和灵活性为代价,而且由于采样和量化环节均在芯片中固化, 后端很难再根据应用场景做优化调整。 本模块选用模拟差分式气压传感器进行方案设计。在移液应用中, 泵和气压传感器, 枪头布置在一条封闭的管路L中, 如下图3-2所示。当加样臂下降时, TIP头接触液面, 引起封闭管路L中的压力变化, 从而使得模块能够检测到液面。当加样臂在进行抽取液体样本时, 封闭管路L中维持特定的负压值, 如果发生了凝块堵塞TIP头的情况, 压力值急剧下降, 传感器将能够检测到此异常。当加样臂在进行吐液操作时, 封闭管路L中维持特定的正压值, 如果发生了凝块堵塞TIP头的情况, 压力值急剧上升, 这种异常变化同样能被模块检测到。本模块主要由气压传感器, 偏置接口电路, 及微处理器等部分组成, 如下图4-1所示。其中采样, 滤波及补偿等任务在微处理器中完成。模块通过中断信号和CAN总线与上位机交互, 获取参数配置及工作模式控制信息, 输出结果数据及中断电平。根据移液应用要求, 如前述选择差分式气压输入, 并将其中一路通过密封管路连接到图3-2所示的管路L中。由于传感器安装在PCB上, 为了方便密封连接, 可选用带锥形接口的传感器, 需要注意的是, 为了使模块能在不同海拔高度正确检测微小压差, 另一路参考管路应通过阻尼棉与大气联通, 如下图4-2所示, 一方面滤除瞬时高频压力干扰, 另一方面能跟随海拔高度的微小变化(因为高精度传感器对高度变化非常敏感), 结构设计上需要综合考虑预留管路空间。

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