自动补偿仪论文（精选7篇）
自动补偿仪论文 篇1
一、前言
飞行器中自动驾驶仪上使用传感器都是微机电系统器件, 包含了加速度计、三轴陀螺、压力传感器、磁传感器等等, 这些传感器能够得到飞行器信息, 进而掌控飞行器。但是微机电系统器件具有较大漂移、噪声, 不同误差源会影响到自动驾驶仪的工作。要确保机体解算正确, 就必须要采取相应的误差补偿。
二、微机电系统自动驾驶仪概述
1. 系统结构
多路传感器所发出的信号通过低通滤波电路及AD采用电路之后, 送入到了微处理器解算出三轴加速度、角速度、磁数据、绝对压力、稳定及差压压力等等, 再进行运算就通过上面传感器数据获取飞行器的高度、姿态及空速等各种信息。
2. 定义坐标系
机体坐标系与地理坐标系定义如下图所示。
机体坐标与地理坐标
地理坐标系上, N在坐标轴上向北, W向西, T向天;而机体的坐标系中, X轴朝向为飞行器的纵轴前向、Y轴朝向着飞行器的横轴左侧, Z且表示两者构成的右手正交坐标体系。其中三个转角表示三个姿态角, 即是俯仰角θ, 横滚角γ, 航向角ψ。
三、微机电系统自动驾驶仪多传感器的误差补偿
1. 传感器标定
传感器要标定目标, 主要是把AD的采样结果转化成为实际的传感器数据, 这些数据具备带量纲。当标定转感器主要是为了得出灵敏度系数与零点值。本文以微机电系统陀螺作为范例。
当静止时, 假设得到了AD的采样结果作为零点值 (S0) ;并且将其放置到转台, 当角速度的转动达到180 (。) /S时, 就能够获得到AD的采样结果是S180。假如不对陀螺漂移进行考虑, 就能够得出任意AD的采样结果为S, 实际值的表达式为:表示灵敏度的系数。
2. 零点温度的漂移误差
零点温度的漂移就是随着温度变化传感器零点值变化, 为探讨漂移误差依然微机电系统陀螺为例, 在进行实验之时要防止到静止状态, 当温度为T0时, 就可以获得到AD采样的结果S0;当温度变化到T时, 就能够获得AD采样的结果是S0’。在实际系统之中存在S0’不等于S0, 但是实际上两个数据体现出角速度为0 (。) /S。假如不对该系统采取零点温度的漂移补偿, 把固定零点值S0带进 (1) 式中计算角速度, 就能够获得到实际角速度与角速度之间存在的误差。
依据温度的变化值, 对传感器零点漂移值进行补偿就能够获取零点真实值, 进而实现了误差补偿。对实验数据进行分析, 微机电系统的自动驾驶仪中, 零点漂移值和温度变化值就可以认为存在一种近似的比例关系。设△S0=S0’-S0, △T=T-T0, 二者之间关系表示是:
该式子中c就是待求比例系数, e表示残差。
经过实验之后就能够获取到传感器中温度变化值与零点漂移值两组数据关系式为:
应用最小的二乘法获取: (3) 进而就能够得出零点温度漂移的补偿结果
从而可以看出来, 当把自动驾驶仪器放置到地面上, 固定好并定义成零高度。补偿之后, 其高度数据基本能够保持着零高度, 和实际的高度数据一致。
3. 正交误差
相对于微机电系统自动驾驶仪三轴传感器进行组合可知, 从理论角度来看三轴数据坐标系形成了0XYZ坐标系。但是因工程安装等各种原因, 实际坐标轴和理想坐标轴比较存在一定误差, 形成了正交误差。
假设处于理想状态环境下, 组合输出数据是U1=[ux uy u:]T, 因在正交误差的影响下实际获取到数据是U2=[ux’uy’uz’]T。从坐标系的变换上进行分析, 就能够发现这两组数据上存在一些关系为:U1=JU2+E (4) 该式子中J为3*3正交的误差补偿矩阵, E表示为残差。
本文以三轴加速度的数据作为例子, 把系统在立方体的内部固定, 立方体棱和系统坐标系对齐, 把立方体六个面按照一定秩序放置到一个水平面上, 就能够获取带六组理想加速度数据的矩阵是:
式子中的g为单位的重力加速度。
假设通过三轴加速度中数据计算出实际加速度为下式:
从上面两个矩阵中可知, 采用最小的二乘法就能够求出矩阵J。
4. 数据融合补偿
在控制飞行中一个较为关键参数是姿态。在西东驾驶仪上给三轴陀螺信号的积分就能够求出姿态, 但是微机电系统器件中存在严重的漂移, 因此采用这些方法就能够姿态上所存在误差, 本文就是应用了多传感器的融合数据方式进行误差补偿。
姿态不但能够使用3*3矩阵表示还能够采用方向余弦矩阵, 也叫做姿态矩阵。依照航向、俯仰、横滚顺序进行转动, 从地理坐标系转向机体坐标系这个方向的形成矩阵, 可以表现成如下式子:
(5) 通过R微分就能够获得如下的关系:, 该式子中有:
, 其中的wx, wy, wz表示为三轴的角速度。构建出拓展的Kalman滤波方程综合不成多传感器的数据。将R矩阵中第三列元素当成状态变量, 而观测变量且是三轴加速度的信号。同时因陀螺新红漂移误差能够影响到姿态解算精度, 就必须要实时估计陀螺漂移误差, 极有:
该式子中r13、r23、r33表示矩阵第三列元素, △wx、△wy、△wz是三轴陀螺漂移误差, ax、ay、az表示三轴加速度, 重力的加速度单位用g表示。通过推导就得出状态空间模型为:
(6) v表示过程的噪声向量, w表示测量的噪声向量。
通过Kalman滤波推算出的公式估计三个状态变量 (r13、r23、r33) , 再从 (5) 中解答出横滚角与俯仰角, 可以比较发现基本上相吻合。
四、结束语
总之, 在自动驾驶仪里微机电系统中存在严重漂移, 并且具备各种误差信号源, 因此要获取正确飞行器的信息, 就需要针对各个误差源采取补偿方法, 有效增强解算的精确度。
摘要：对于飞行器而言, 控制自动飞行关键设备是微机电系统的自动驾驶仪。要实现对飞行器进行自动飞行控制, 就必须要解算出正确机体信息, 但是从实况来看一些误差对机体信息的影响, 必然影响到解算的结果。本文分析了影响解算机体信息的因素, 并对该误差进行补偿。
关键词：误差补偿,微机电系统,自动驾驶仪
参考文献
[1]付旭, 周兆英.基于EKF的多MEMS传感器姿态测量系统[J].清华大学学报 (自然科学版) , 2006, 46 (11) .
[2]苏亚, 孙以材, 李国玉.压力传感器热零点漂移补偿各种计算方法的比较[J].传感技术学报, 2007, 17 (3) .
[3]周兆英, 王中林, 林立伟.微系统和纳米技术[M].北京:科学出版社, 2007年.
厚度补偿式叶绿素仪的设计 篇2
植物的叶绿素含量的诊断不仅是实现作物监测长势和诊断产量的其中一环,更可以作为作物氮素诊断的重要手段[1]。近年来,随着计算机以及传感技术的发展,叶绿素诊断技术得到了长足的进步,从开始的定性和半定量向精密定量方向发展,从需要破坏细胞组织如光分度法、原子吸收光谱法到利用叶绿素计和光谱仪进行非破坏性实验,从地面测量到遥感测量[2,3]。而目前田间测量研究广泛使用的是活体叶绿素仪法,比较先进的有日本美能达叶绿素测量仪SPAD-502(Soil Plant Analysis Development),美国CM-1000和奥卡CCM200叶绿素测定仪,英国的CL-01叶绿素仪,这些仪器可以在保证作物产量不减少的前提下,帮助减少10%的氮肥用量;但其存在着价格昂贵,功能单一等不足。研究发现,叶绿素仪(SPAD-502)会不同程度的受到品种、生长时期、环境因素、测量叶位和测量位置等多种因素影响[5,6]。Peng等用研究发现叶片比叶重(SLW)除SPAD读数(SPAD/SLW),可以更加准确地估计不同生育期与不同品种水稻叶片的氮含量;李金文等则用叶片厚度(T)代替比叶重除SPAD读数(SPAD/T),得到SPAD与氮素的相关系数更加显著[7]。因此,根据这一原理,笔者设计了将SPAD值型叶绿素仪与叶片厚度仪于一体的便携测量仪 。该仪器操作方便,功能齐全,功耗小;可以实现植物叶绿素的非破坏性精确测量,并且提高了测量精度。
1 原理及数学模型
叶绿素的测量是基于叶绿素对不同波长的选择吸收特性原理实现的,由于光在叶片内部会发生吸收、散射和反射,叶片本身的差异会对SPAD读数有影响,采用厚度值来补偿叶绿素的测量,可提高叶绿素的测量精度。
根据叶绿素吸收光谱,叶绿素在可见光波段的红光区都有最大吸收峰,而在红外区则几乎没有,其中650,940nm分别是强吸收和强反射的敏感波段[8]。基于Lambert—Beer定律,中心波长650nm红光与叶片叶绿素含量正相关,中心波长940nm近红外光只受叶片厚度影响,得到叶绿素含量的计算公式[9]为
其中,I940,I′940分别是940nm光线穿透叶片之前与穿透之后的光强;I650,I′650分别是650nm光线穿透叶片之前与穿透之后的光强。M(0～100,无量纲)值反应了叶绿素(氮)含量的高低。
由于外界光环境影响,有环境暗噪声的存在会引起测量误差。经试验得到,放置叶片前后的环境暗噪声信号不同。本文在测得光强信号减去响应的暗噪声信号,即
其中,I暗,I′暗分别为叶片放置前后的环境暗噪声信号。
已有研究发现叶片厚度的不同能够影响SPAD读数,较厚的叶片厚度会使SPAD读数偏大,证实了用叶片厚度来校正SPAD读数(即SPAD/thickness)可以一定程度上消除叶片厚度差异带来的影响。因此,在得到公式(2)SPAD值后,同时测量植物叶片厚度值,令SPAD值除以叶片厚度来补偿SPAD值。
2 光源统及夹具装置机械设计
2.1 光源系统设计
仪器的光路系统(如图1所示),主要由940,650nm激光二极管、透镜组、光套筒、光电传感器和滤波片组成。其中,光源和透镜组安装于光套筒内,光套筒具外螺纹和内螺纹,可以调节光源物距和像距,使光源能够尽量汇聚于光电接收器的有效接收面;光套筒和光电传感器分别固定于叶片夹具的上下臂,滤波片置于光电传感器上。光源部分采用激光二极管中波长分别为940,650nm,发光角带宽10nm。该二极管具有体积小、发光角小、寿命长特点。为了防止光谱中心波长漂移,减少其它波长的影响,采用了650nm&940nm双带通滤光片。该滤波片性能稳定,受温度影响小;同时,带通的方法可以去除安装的两片滤波片的麻烦,提高了安装效率。
该光路可以使两种光源汇聚在叶片上一个极小区域,保证测量同一区域,省去了光纤和光纤耦合器,降低了成本。同时,整个光源系统工作过程是两个光源轮流发光,发出的光经过透镜组汇聚于叶片上,出射光经过650&940nm带通滤光片,最终进入光电传感器被检测。
1. 650&940nm激光二极管 2. 光套筒 3. 透镜组 4. 叶片 5.650&940nm带通滤光片
2.2 叶片夹具装置机械设计
仪器叶片夹具装置集成了测量厚度的电感传感器和光路系统,实现叶片厚度和叶绿素的同时段测量,其机械结构如图2所示。夹具与测控电箱分离,通过电缆线连接。叶绿素测量系统位于夹具装置的右半边,光源发射系统和接收系统分别固定于夹具上下臂,夹具上臂和夹具下臂以圆柱插销为中心,形成铰链。测量叶片厚度的电感传感器放置于夹具装置的左半边,调平螺柱调节传感器测头测量平面;装置可以通过底板上的微型直线滑轨将电感传感器的测头移动到叶绿素光源测量点上,保证光源接收点和叶片厚度测量点在同一点上;当按下夹子尾部可以依靠测头提杆同时抬升传感器测头和光套筒,使叶片顺利进入测量,保持测量连贯性。该夹具可以使叶绿素和厚度测量集中于同一点,保证测量准确性、使用方便、测量灵活, 适合现场测量。
1.夹具底板2.直线滑轨3.夹具下臂4.电感传感器5.压缩弹簧6.夹具上臂7.支撑螺柱8.圆柱插销9.测头拉杆10.透镜组11.光套筒拧盖12.650nm激光二极管940nm激光二极管13.光套筒14.调平螺柱15.紧钉螺钉16.螺母
3 电路及软件设计
3.1 电路模块设计
电路要求具有高灵敏度、低噪声、低功耗的特点。电路结构框架,如图3所示。该系统由电源、发光电路、光电转换电路、叶厚测量电路、A/D 转换电路、单片机、数据存储模块、液晶显示模块、时钟模块、RS3232接口电路以及MCU下载电路等组成。仪器以富士通单片机MSP430F149为控制核心,将被光电探测器接收后的电信号、叶片厚度信号经过调理放大滤波,输出模拟量信号经单片及机内的ADC进行采集与转换;最后,通过计算、显示、存储、按键、通信等模块实现仪器测量功能。
光源的稳定性对光谱数据的测量精度有很大影响,根据LED这类仪器的发光机理, 恒流会比恒压更能保证光源的稳定[10]。为提高仪器信噪比,本文设计了集成运放反馈恒流电路。该电路包括电压基准、比较放大器、调整管、采样电阻和平衡电阻等元件,如图4所示。其中,采用三端可调分流稳压器TL431作为电路的基准电压源,比较放大器型号为零漂移双通道轨对轨的AD8552,采用场效应管的N沟道MOSE管的IRF520 作为电流的调整。单片机通过高低电平控制三极管的截止与导通,从而达到激光二极亮灭的目的。如图4所示,若激光二极管上电流即场效应管漏极电流iD的偏大,则导致采样电阻R7上的压降偏大,AD8552的3脚输入端的基准电压U0较反馈的2脚输入端偏小,其电压经放大后加到场效应管的栅极,使其Vgs变小,从而漏极电流iD也随之变小,达到保证激光二极管恒定电流目的。其中,iD=U0/β,β为放大器的放大倍数,在电路实施中通过调节电压器R5来实现电流的变化,R2,R3和R6为平衡电阻。
光接收芯片采用单电源光电二极管OPT101。该芯片内部集成感光元件和放大器,能够克服后端运放空载电流对光敏部件输出电流的影响;同时,OPT101覆盖波长范围广,响应波长能够满足光源发光波长的接收。一定条件下,输入的光辐射功率与输出电压在一定范围成线性关系。图5为光源信号接受调理电路, 输出的光源电压在OPT101的5脚输出后,用电位器R39调节电压值来符合后续电路工作,通过二级低通RC滤波后经稳压二极管保证稳定输出。
叶片厚度的测量模块采用TESA的GT-31电感传感器和AD598调理电路,该传感器的量程为±0.3mm,分辨力为0.01μm,精度为0.2μm,具有很好的重复性和稳定性,可以满足叶片厚度测量的要求。
3.2 软件模块设计
仪器的程序主要包括数据测量模式、数据处理模式和设置模式。其中,数据测量模式包括SPAD测量模块和叶片厚度测量模块,数据处理模式包括查看、删除和平均操作,设置模式包括标定和通信模式,如图6所示。开机时,先显示开机欢迎界面及操作界面,打开中断,判断键值,执行相应子程序。在测量模式中, 首先在未放置叶片时,程序控制两种光源轮流发光,采集到环境暗噪声信号和光源发光的光谱信号,完成标定过程;其次,再一次对环境暗噪声信号和光源光谱信进行采集,结合两次数据计算得到SPAD值;然后,移动直线滑轨,采集叶片厚度数据,并用厚度值对SPAD值进行补偿,存储相应的数据,采集多组数据并平均。
4 数据测量
为了测试光源驱动电路的电流精度,调节滑动电阻使激光二极管电流iD为50mA,预热电路10min,每隔3min测试iD一次,测30min,如表1所示。同时,测量被光电检测器接收到激光二极管光强电压值,每隔3min测量一次,横坐标为光电接收器输出的光强电压值,纵坐标为测量时间;可以看到在表1中的测试过程中激光二极管电流iD不变,电流稳定性好。激光二极管光强电压值变化,如图7所示。激光二极管发光光强电压平均值为3.638V,标准差为1.15mV,得到光源驱动电路的精度高。
标定测量叶片厚度值的GT-31电感传感器,传感器在接入后续的调理电路后,其输出特性曲线如图8所示。其中,x轴为给予传感器的位移值,y轴为传感器经过调理电路后输出的电压值,得到该传感器的线性度小于1%,回程误差3μm,分辨力为1μm,灵敏度为0.006V/μm,传感器性能良好。
5 结论
针对现今叶绿素仪普遍存在的测量问题,提出将叶片厚度作为补偿参量加入到叶绿素的测量中,旨在一定程度上消除叶片厚度差异对叶绿素测量的影响,提高叶绿素测量精度。该仪器有以下特点:
1)在叶绿素测量数学模型中加入叶片厚度补偿,可消除环境暗噪声对光谱采集的影响,在测量前同时采集环境暗噪声,排除植物叶片因为叶片厚度和环境的不同引起的误差。
2)本文的光路系统包括激光二极管、透镜组、带通滤波片和光电接收器,能够在较少的元件下实现两路光源汇聚于光电二极管有效区域。
3)本文的叶片夹具装置集成了叶绿素测量光学系统和厚度测量,同时能使厚度测量点和叶绿素测量点保持一致,减少了测量误差,装置操作简便。
4)为保证光源的发光稳定,设计了反馈式集成运放恒流驱动电路,在一段时间内通过对电流的测试,可以看到电流输出不变、稳流精度好。
5)标定了GT31电感传感器,使其性能稳定。因其无损精确测量的特点,可以作为植物叶片厚度测量的工具。
在后续的工作中,将利用该仪器与标准仪器进行对比校准试验,对比分析仪器在厚度参数补偿前后SPAD值和叶绿素含量的相关性,评价仪器的性能;将仪器投入到实际田间操作,做充分植物参数试验。
参考文献
[1]李庆波,徐玉坡,张超航.基于光谱技术的植物叶绿素浓度无损检测仪器的研制[J].光谱学与光谱分析,2009,29(10):2875-2878.
[2]孙小妹,张涛,陈年来.土壤水分和氮素对春小麦叶片抗氧化系统的影响[J].干旱区研究,2011,28(2):205-214.
[3]韩书庆,于渤,孙明,等.便携式叶绿素、氮素、水分一体化测定仪设计[J].农业机械学报,2009,40(增刊):256-259.
[4]杨曦光,范文义,于颖.森林叶绿素含量的高光谱遥感估算模型的建立[J].森林工程,2012,26(2):8-11.
[5]鱼欢,邬华松,王之杰.利用SPAD和Dualex快速、无损诊断玉米氮素营养状况[J].作物学报,2010,36(5):840-847.
[6]李刚华,薛利红,尤,娟,等.水稻氮素和叶绿素SPAD叶位分布特点及氮素诊断的叶位选择[J].中国农业科学,2007,40(6):1127-1134.
[7]Li Jinwen,Yang Jingping,Li Dongsheng,et al.ChlorophyllMeter’s Estimate of weight-based Nitrogen Concentrationin Rice Leaf is Influenced by Leaf Thickness[J].PlantProd.Sci,2011,14(2):177-183.
[8]于渤,韩书庆,孙明.便携式叶绿素计的设计与性能测试[J].农机化研究,2011,32(3):96-97.
[9]郭鑫,张立.便携式叶绿素含量光电检测仪设计[J].电子测量与仪器学报,2009,23(4):92-96.
恒电位仪自动测量的设计 篇3
金属腐蚀检测技术主要通过三电极电化学传感器来实现。工作时在工作电极和参比电极间加控制电压,使工作电极表面产生电流信号,该电流信号与被测物质浓度具有一定的关系,分析该电流信号就可以算出被测物的度。实际进行信号处理时,需要在工作电极和参比电极间加一个恒定电位,以维持传感器的电化学稳定性,使其能稳定地输出模拟信号[1]。
目前国内使用的恒电位仪主要是磁放大式和晶闸管式的恒电位仪,主要缺点是空载电流大,功率因数低,能耗高,可靠性差,而且工作电流过大时主变压器便会出现较大的震动噪音,最主要的缺点是不能够自动测量。针对水下器械不宜经常拆卸,仪器在水下检测不易手动测量的情况,从实践的角度提出了一种实施自动测量新型恒电位仪的设计与实现方法,对水下腐蚀情况自动及时检测,以便能够确切了解水下机械的被腐蚀状况从而能因材施教的研究防腐蚀。新型恒电位仪与普通恒电位仪相比,具有重量轻、噪音小和成本低、实现参数的自动检测和控制、检测显示方便等优点。
1 总体设计
三电极作为传感器,控制电路用单片机做控制器对电路实现整体的控制以及数据的采集、存储。在传感器采集到模拟信号后,将采集到的数据送入单片机MSP430,经过MSP430的A/D转换器转换成数字量送入单片机系统,对数字进行格式化处理后,按分类存入设定的数据区以供发送时取用,单片机内部A/D转化后将数据存储到外扩FLASH中,数据存储在系统断电后数据不会丢失,并便于数据的存储及提取。采用单片机系统实现参数的自动检测和控制,检测显示方便,功能完善,且便于实现恒电位仪的远程监控。
总体设计框架图如图1所示。
2 硬件电路的设计
恒电位仪是各种三电极式电化学传感器的接口,将外部激励信号近乎准确地施加于传感器上,驱动样品溶液发生电化学反应,使电化学体系的研究电极与参比电极之间的电位保持某一恒定值,并对产生的响应信号做相应的预处理(信号转换、放大、滤波)。由测量电路实现信号的转换和放大。
由于信号采集端在野外工作,所以选用器件均是低功耗的,在实际工作中最好用电池供电。
选用的单片机可以直接利用P口的输入输出寄存器,直接对外进行通信。检测电路的输出电压必须通过A/D转换为数字量,用于本装置的温度显示,并上传给计算机供控制算法作为得到控制量的依据。MSP430F149芯片具有内置的A/D转换器,该转换器有8个通道,分辨率为12位,带有采样保持功能,采样时将电压、电流信号通过信号调理电路转换为0~3.3 V的电压信号即可。当不需要A/D采样的时候,相关控制位置位,ADC12进入低功耗状态,这样就大大降低了功耗[2]。由于本实验室装置不需要过于高速的连续采样,因此在这里把A/D采样的模式设定为单通道单次采样模式,由定时器B每隔100 ms触发1次,即由定时器B的中断服务程序来完成A/D采样的处理过程[3]。为了满足控制要求,提高分辨率,对数据进行过采样。时钟可以在指令的控制下,打开和关闭,从而实现对总体功耗的控制。
三电极可看作是传感器,能够将体系中变化的模拟信号采集到恒电位仪中,在此将参比电极相对于工作电极的电压经功率放大器后作为一路信号输出,然后在单片机控制下模拟开关接通体系中的辅助电极,给定电压这一变化会经过样品溶液促使这种变化加到工作电极上使其极化深度改变,从而改变参比电极相对于工作电极电压,使其等于给定电压,达到恒电位仪工作要求[4]。
其中运用了电流-电压转换器、电压跟随器、功率放大器、电位测量放大器等[5]。在恒电位仪工作时,研究电机通过电流-电压转换器接到虚地,研究电极的电位维持地电位趋近于零。参比电极相对于研究电极的电位加到主放大器上的反相输入端,直流给定电压信号加到同相输入端,两者电位差值通过下一级放大器加到辅助电极上,当两者的电位不相等时,通过改变输出的电流信号使电极电位恒定[6]。并且通过电解池的极化电流通过电阻变成电压信号,变化后的电压信号通过单片机进行测量,将所测量的信号进行存储,然后可以直接通过232输出测量的数据。
电流-电压转换器的主要作用是通过它来维持研究电极电位虚地,并提供电解池电流通路,产生比例于电解池电流的电压信号,该信号会经过数/模转换以备今后的实数补偿用。电压跟随器应尽量靠近参比电极,从而改善仪器的动态响应[5]。功率放大器采用高输入阻抗集成运算放大器,可以保证较好的高频特性,此模块是仪器电路的关键原件,对保证仪器的技术指标起决定性作用。电位测量放大器主要是将测量到的电压信号经过一定比例的放大以便使单片机能够读取到准确的数值,从而达到测量更加准确的目的。恒电位仪原理图如图2所示。
3 软件系统设计
本设计使用的是适用于MSP430系列的C语言开发语言,这种C语言与标准的C语言兼容度很高。开发平台使用的是IAR公司专为MSP430系列提供的集成调试环境Embed Workbench和C语言调试器C-SPY[2]。
软件流程图如图3所示。
4 测试结果
测试过程包括:单片机对表时,保证实时监测三电极传感器;采集间隔的设定,保证每采集一组数据的实时性;发送数据采集命令并等待,得到每组数据包括采集这组数据时对应的时间、电压和电流的值,通过计算得到极化曲线从而可知金属的腐蚀深度;数据保存,便于以后数据的查询和比对,将数据存储到外扩FLASH中。
恒电位仪电路实验测量两组数据见表1。
经以上8点测量所得的两组数据可以绘制出极化曲线,并以此来观察金属的腐蚀深度。
5 结论
本文旨在实验室采用单片机实现自动测量腐蚀的效果,控制模块采用了比较常用的MSP430F149,终端利用PC控制多个节点并显示起到数据采集及存储命令作用。如果想测量多处,不妨采取增加路由器建成无线网络,从而可以实时监测更大范围的地址信息。
参考文献
[1]彭乔,殷正安,葛文林,等.海水输送管线的腐蚀与外加电流的阴极保护[J].东北电力技术,1995(6):40-42.
[2]秦龙.MSP430单片机C语言应用程序设计[M].北京:电子工业出版社,2006.
[3]谢兴红,林凡强,吴雄英,等.MSP430单片机基础与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[4]胡茜,葛思擘,王伊卿,等.电化学气敏传感器的原理及其应用[J].仪器仪表与传感器,2007(5):77-78.
[5]牛俊邦,刘强远.新型IGBT逆变式恒电位仪的设计和实现[J].电力电子技术,1999(4):37-38.
自制多点自动温度记录读出仪 篇4
在科学研究和日常生产、生活中, 温度参数是使用得比较广泛的一种待测物理量。想知道水由冰点到烧开再冷却的过程中在电茶炉中温度变化的规律吗?在不同的环境情况下, 对温度测量有不同的要求。有些物质在固态变液态过程中, 需要知道固液界面温度梯度;在各种加热处理过程中, 要掌握内部温度分布的均匀性, 要求同时测量多点温度。设计的电路要从实际需求出发, 可以记录32768点, 温度范围-55°～+125°, 如果每秒记录一点测量装置, 可以连续记录9个小时以上。如果每小时记录一点, 则可将3年半时间内的温度变化都收录, 稍加改正还可变成远距离温度采集和记录系统, 对于实践应用中对温度信号的采集、记录和分析显得尤为方便和有效。自制产品经过近一年的测试效果很好。整个系统的主要电路包括:温度采样电路、24C256记录芯片、单片机控制电路、LCD读出电路。图1是温度记录读出仪硬件电路。
二硬件设计
整个电路由两块MCU单片机组成, 有体积小、功耗低、性价高等特点, 可在自动化温度测量装置、智能化仪器仪表、过程控制和家用电器等领域得到广泛的应用。使用Proteus仿真实现了计算机与测试仪器的一体化调试, 这种方法已成为现在及将来测试技术与仪器发展的一个重要方向, 将单片机与仿真软件技术通过PC机有机地结合在一起, 设计的低成本温度测量记录系统由开关SW1控制记录和读出。记录的温度可以用LCD显示读出, 不仅显示温度的历史值, 还实时记录温度并存盘, 在需要时可进行回放。由切换开关选择记录还是读出数据, 也可以整批读出记录的温度数据。
由DS18B20数字温度计提供9位 (二进制) 温度读数指示器件的温度信息, 经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出因此从主机CPU到DS18B20仅需一条线, DS18B20的电源可以由数据线本身提供。DS18B20的测量范围从-55到+125增量值为0.1。采用外部供电方式, 结合AT89S52单片机, 外加串口电路、报警电路以及显示模块, 测温误差在±0.5℃以内。
三软件设计
系统的软件设计包括两部分, 一部分是单片机温度记录部分, 用于实现实时温度信号写入到I2C中用于实时温度记录存盘功能;另一部分是基于读出温度设计, 用于实时温度显示功能。51单片机的头文件由reg52.h、intrins.h、string.h、LCD1602.h、I2C.h组成。
其中温度记录主程序如下:
如果要改变温度记录时间只要修改hour、min、sec参数就可以。
四温度记录读出仪LCD电路特点
温度读出由LCD1602液晶显示器组成。液晶显示器为工业字符型液晶, 能够同时显示16×02即32个字符。 (16列2行) 1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形, 这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等, 每一个字符都有一个固定的代码, 比如:大写的英文字母“A”的代码是01000001B (41H) , 显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来, 我们就能看到字母“A”。
五结语
温度记录仪利用目前广泛使用的AT89S52作为主控CPU, 配合新型的外围器件, 应用C语言程序设计, 经过近一年的调试取得了令人满意的效果, 现将原代码公开。本设计实验结果表明:只要电路安装合理、程序设计写入无误, 在现有的技术条件下也有可能设计出性价比高的产品;为设计低成本、低能耗、便携式自动数字测量仪器提供有益的借鉴。此自动连续温度记录、读出仪还可用于医学上, 如自动记录病人在一段时间内体温的变化情况, 在水文、气象、环保等领域可用于记录被监视对象的温度变化, 在许多领域都有着非常广泛的应用前景。
摘要：经过一年的努力本人设计了一个多点温度记录读出装置, 如果每秒记录一点, 可以连续记录9个小时以上。多点自动温度记录读出仪使用AT89C51单片机作为主控制芯片, 性能可靠。经过Proteus仿真后, 已经制成的实际电路性能优秀, 具有先进性和实用性。整个系统的主要电路包括:温度采样电路、24C256记录芯片、单片机控制电路、LCD读出电路。
关键词：单片机仿真,LCD读出电路,24C256记录芯片
参考文献
[1]柴钰等.低功耗温度、压力数据记录仪的设计[J].工矿自动化, 2009 (7) :91～94
自动补偿仪论文 篇5
Rayto RT-9600半自动生化分析仪可采用终点法、两点法、速率法、单波长法、双波长法、试剂空白法、样品空白法、免疫比浊法等方法进行测试。光路采用全封闭光栅, 波长连续可调, 稳定可靠, 准确性高。该机在使用中出现过几例比较特殊的故障, 现把其故障现象和排除过程介绍如下, 以供同行参考。
1 开机无操作提示菜单
1.1 故障现象
开机后显示屏无操作提示菜单, 只有较淡的蓝色底色。
1.2 故障排除
首先调整机箱后部的“对比度”旋钮, 屏幕仍然不出现操作提示。打开机器盖板, 通电测量电源盒输出电压+24 V和-24 V, 基本正常, 说明电源部分工作正常且机内无短路故障。该机的机内结构是上下2层电路控制板。正常工作时, 下层控制板上有2个紧靠在一起的红色指示灯, 其中1个常亮, 而另1个闪烁;上层电路板中间位置有一微小红色指示灯一直亮着, 而靠边有一个较亮的红色指示灯不停地闪烁。检查未发现异常, 说明机内测量程序正在运行, 没有操作提示并不是测量程序丢失引起的, 也就是主板应该没问题, 而是信号通路或显示部分故障。本着从简到繁、从易到难的检修原则, 先着重检查控制板数据线和显示屏数据线及其他插线的接触是否良好, 并一一插紧, 使其接触可靠。开机, 试着慢慢调整机后“对比度”旋钮, 出现操作菜单项目提示, 一切正常。
2 电源供电故障
2.1 故障现象
开机无反应, 电源指示灯不亮。
2.2 故障排除
根据故障现象, 首先检查市电供电情况。拔下机器电源线插头, 用万用电表交流500 V电压挡测量市电为225 V, 正常。然后, 打开机器盖板, 取出电源熔断丝管检查, 证明熔断丝是完好的。接着分析是否是机器上的电源开关接触不良, 用万用表电阻R×1挡检查其通断情况也正常。最后, 检查机器电源线, 结果发现靠近电源线插头处有1根线内部折断。剪断原电源线, 重新用新的电源线接好, 开机, 工作正常。
3 终点法测量时, 测量值不正常
3.1 故障现象
用速率法进行测量时测量值正常 (测ALT项目) , 而用终点法测量不正常。
3.2 故障排除
在检查试剂、化学参数以及帕尔贴元件 (37℃) 都正常的情况下, 用蒸馏水测试ABS项目空白吸光度。用500 nm波长时, 测量超出正常范围, 且重复性差;而用340 nm波长测出的蒸馏水空白吸光度为0.22 A左右, 在正常范围内。该机的蒸馏水空白吸光度正常值在0.1～0.4 A之间, 这说明340 nm波长段没有问题, 也就是整机测量程序工作正常, 问题出在340 nm波长段以外的单色器部分。该机用的是光栅分光, 在光栅前面有1个由继电器带动的单色器组件, 它由1个黑色的滤光片和透明玻璃滤光片各自一半组成。当用340 nm波长进行测量时, 黑色滤光片由继电器控制移到光路中, 而用其他波长进行测量时, 通过继电器控制把透明玻璃滤光片移到光路中, 仔细观察发现透明玻璃滤光片上面有一层白色的污点, 用擦镜纸轻轻擦拭干净。开机, 在项目测试菜单中选ABS测试, 用500 nm波长测量时, 蒸馏水空白吸光度为0.24 A左右, 恢复到正常范围, 做标本也一切正常。
4 不能正常比色
4.1 故障现象
开机, 有菜单提示, 但不能比色, 面板上比色指示灯始终不亮。
4.2 故障排除
自动补偿仪论文 篇6
流式分选已成为一种最常用和有效的分离细胞方法[1]。其原理是:通过对喷嘴喷出的射流施加周期扰动,迫使射流逐渐断裂成包裹细胞的液滴。当一束激光透过刚从喷嘴喷出的射流时,包裹其中的一个细胞所产生的散射光投射到光电倍增管,转换为电信号,即被识别了。液流中依次排列的每个细胞,都一一识别。就在包含该细胞的液滴从液流脱离的瞬间使其带电,不同的细胞的液滴充电量不同。接着,带电液滴在下落过程中受到高压电场的作用,会偏离自由落体轨迹。不同细胞液滴所带的电荷量不同,偏离角度也不同,落下后可被处在不同位置上的试管收集[2]。在这过程中,从细胞被识别到含着该细胞的液滴脱离液流的时间称为液滴延迟,若设置的液滴延迟与实际不一致,会导致液滴充电时机不准确,从而引起细胞分选的混乱。因此,液滴延迟是决定分选精度的一个重要参数,也使得精确测定并稳定控制液滴延迟一直是流式分选的研究热点。
传统流式分选仪的液滴延迟获取方法是:在预先设定的液滴延迟下,分选一定数量的荧光微球并观察分选效果,之后改变液滴延迟的设定值并重复分选实验,反复进行多次,比较结果,直到分选效果达到最好[3]。其过程繁琐,需要丰富经验,且无法维持液滴延迟稳定。面对不足,有关厂家提出了各自的自动液滴延迟获得方法。例如,BD公司通过激光检测代替人工观察,确定分选出液流中包含的微球数目[4],提高了获得液滴延迟的效率和精度;Beckman Coulter公司则是利用摄像机拍摄液流,获得高分辨率图像,经图像处理后得到相应的液滴延迟[5],提高了精度。两者方法各异,然而都是通过调节压电激励的幅度来维持液滴断点位置固定不变[6],从而保证液滴延迟稳定。可是,当工作压力发生波动即变化时,维持液滴断点位置固定并不能保证液滴延迟的稳定,也会影响分选精度。
针对上述不足,本研究力求在分析液滴延迟形成机理的基础上,建立液滴延迟与工作压力和压电信号幅值等参数的数学关系,并经实验验证,为根据工作压力变化调节压电激励幅度来实现自动校准液滴延迟提供理论指导。
1 模型建立与理论计算
液滴延迟既与压电激励幅度有关,又与射流速度有关,射流速度却受工作压力影响。因此,深入分析射流速度与工作压力、液滴延迟与工作压力以及液滴延迟与压电激励幅值等关系,都是十分必要的。
1.1 射流速度与工作压力的关系
流式分选仪采用高压气体驱动液体流动,显然,气体压力(又称工作压力)决定射流速度,射流速度则影响液滴延迟。因此,首先应确定工作压力与射流速度的关系。
由于样品流量远小于鞘液流量,忽略其影响。这样,在喷嘴结构尺寸、管路直径和长度以及流体性质一定时,喷嘴出口流速只与工作压力有关,可用伯努利方程[7,8,9,10,11]概括表示:
式中:αi,αo—动能修正系数;pi—工作压力;po—喷嘴出口压力;vi—入口流速;vo—射流速度;h—入口到出口的高度差;ρ—液体密度;g—重力加速度;hf—由入口到出口的沿程损失,hf=∑λ(l/d)·(v2/2g),其中:l,d—各段管路的长度和直径,λ—相应的沿程损失系数,假设在管路中各处均为圆管层流,则:λ=64μ/ρvd;hm—管口扩张或收缩引起的局部损失hm=∑ξ(v2/2g);ξ—局部损失系数,可利用经验公式或查表获得。
由于各段管路直径不一致,以上各式中的流速v也不相同。根据质量守恒可得,不同直径d的管路中液体流速v=vodo2/d2。
将方程(1)整理后得到关于射流速度v0和压力pi的方程:
求解得到:
其中:
式(3)表明,在管路结构和流体性质确定时,射流速度vo仅与工作压力pi有关,射流速度vo随pi增大而增大,呈现二次函数关系,即工作压力决定射流速度。
先根据实验条件确定管路结构和流体性质等相关参数的值(模型计算涉及参数如表1所示),再利用式(3)可以计算出不同工作压力下的射流速度,其结果将在3.1节中与实验结果进行比较和讨论。
1.2 液滴延迟与工作压力和压电激励幅值的关系
液滴形成过程如图1所示。根据射流不稳定理论,喷嘴喷出的射流在外界扰动的作用下会破断成一个一个的液滴[12]。早在1878年,Lord.Rayleigh[13]就基于流体力学基本方程分析了毛细射流在外界扰动下破断成液滴的机理,他提出,射流在轴对称扰动下,当扰动的波长大于射流的周长时,射流表面受到的扰动可表达为:
式中:R(t)—时间函数的射流半径;R0—射流的初始半径;ε0—初始扰动;β—扰动增长率;k—波数,k=2π/λ=2πf/v;λ—扰动波长;v—射流速度;f—扰动频率;z—射流向下发展的长度。
当射流表面初始小扰动增长到与初始射流半径相等时射流断裂,液滴形成,即有:
对式(5)求解,便可得到液流从喷嘴喷出到发生断裂的时间,即液滴延迟时间则为:
通常,用压电晶体产生振荡来扰动射流,实验结果也表明初始扰动的大小与压电激励幅值A成正比[14]。液滴延迟常用液滴周期数表示,假设εn=k A,则液滴延迟可表示为:
式(7)表明,当射流的初始半径和扰动频率确定后,液滴延迟T与压电信号幅值A成对数关系,与扰动增长率β成反比。研究表明,扰动增长率β与流体和环境介质的性质以及射流速度v有关[15,16,17]。
液滴延迟理论计算过程,首先是根据式(3)计算出不同工作压力下射流速度,再利用文献[11]所述的修正算法,选用表1所述的物性值及其他相关参数,计算出不同射流速度下的β值(修正参数A取0.175)。然后,根据式(7),完成两项理论计算:
(1)固定压电幅值A。利用不同工作压力下的值,计算出液滴延迟T。其结果将在3.2节中与实验结果进行比较和讨论。
(2)固定某个工作压力下的β值。利用不同的压电幅值A,计算出液滴延迟T。其结果将在3.3节中与实验结果进行比较和讨论。
2 实验系统和实验操作
实验系统利用所在实验已有的分选平台,示意图如图2所示。
实验中,以高压气体作为气源,经调压阀调节压力后驱动鞘液喷出喷嘴,输出压力范围0~45 psi,喷嘴出口直径约为70μm。检测光源采用波长为488 nm的固体激光器;样品选择荧光微球,发射波长532 nm,直径10μm;用光电倍增管检测前向和侧向光信号;压电振荡频率为10 k Hz~100 k Hz可调,幅值为0~100 V可调。系统分选速度超过8 000/s,分选纯度高于90%。同时,使用与压电振荡频率相同的高频闪光灯照射液流,用摄像头观察液流状态,其中液滴断点位置的改变可以反映出液滴延迟的变化。
实验操作方法:
(1)先后打开气路和液路阀门,接着旋转调压阀,将工作压力调整到设定值。
(2)待流速稳定后,使用量筒收集一定体积的喷出液体,同时记录收集时间。
(3)通过摄像头观察液滴并调节压电信号频率和幅值,使液滴形成状态较为理想。
(4)将制备好的荧光微球悬液放入上样器,打开进样开关,微球悬液在气压驱动下通过管路缓慢流入喷嘴。待检测到微球事件后,微调样品压力使事件速率约为400/s。然后调节光路和光电倍增管增益,直到散点图呈现为清晰的一团。
(5)在初定的延迟周期(即液滴延迟整数部分)下,分选160个液滴,使用显微镜观察并统计分选到的微球数量。改变设定延迟周期并重复以上实验,比较各个延迟周期下的分选结果,以分选到微球数最多的延迟周期作为当前系统的延迟周期。
(6)在步骤(5)确定的延迟周期下,设定延迟相位(即液滴延迟小数部分,分辨率为1/16个液滴周期),分选10个液滴,使用显微镜观察并统计分选到的微球数量。改变设定延迟相位并重复以上实验,比较不同延迟相位下的分选结果,以分选到微球数最多的延迟相位作为当前系统的延迟相位。这样,前一步所确定的延迟周期与这次所确定的延迟相位之和即为液滴延迟。
(7)停止上样,冲洗管路。先后关闭液路和气路阀门。
3 实验结果分析
3.1 射流速度随工作压力变化
按照前述实验操作,在工作压力为5 psi~40 psi之间,以5 psi为间隔,分别采集一定体积的液体,而后根据单位时间流量计算出射流速度,实验结果如图3所示。
为了便于分析,也将1.2节所述的理论计算结果表示在其中。
从图3可见,实验结果与理论计算的变化趋势一致,曲线形状都是对称轴沿横轴的抛物线。从图3中还可见,实验拟合方程与理论方程的形式完全相同,这说明射流速度随工作压力变化的数学模型是合理的。不同之处是实验曲线在理论曲线之上,即实验值大于理论值,其拟合方程系数差异与之吻合。分析原因,可能是计算中所使用的管路直径偏小,过高估计了局部损失以及部分结构参数的测量不准确导致的。
3.2 液滴延迟随工作压力变化
压电信号频率和幅值分别选定在52 k Hz和100 V。依照前述实验操作,在工作压力为22 psi~38 psi之间,以2 psi为间隔,使用人工校准方法分别获取其液滴延迟,实验结果如图4所示。
为了便于分析,本研究也将1.2节所述液滴延迟随工作压力变化的理论计算结果表示在其中。
由图4可见,实验曲线与理论曲线的变化趋势一致:在所选择的参数范围内,一开始液滴延迟随工作压力增大迅速减小,且减小速率逐渐变缓;在工作压力的一定区间内,液滴延迟T几乎不变;曲线存在拐点,工作压力过了拐点后,液滴延迟又缓慢增大。同时,还不难看出,实验值小于理论值,对应曲线也更平缓,实验曲线要先于理论曲线出现拐点。分析其原因:一是在推导增长率过程中,线性近似不完全符合真实流体的复杂运动,势必引起误差;二是计算时所选用的相关参数和实际情况存在差异,也会造成偏差。在实际应用中,可通过标定来获得不同工作压力下的实际增长率,使理论值与实测值等同或接近。
3.3 液滴延迟随压电激励幅值变化
工作压力和压电信号频率分别选定在30 psi和52 k Hz。依照前述实验操作,在压电幅值分别为5 V、10 V、20 V、40 V、60 V、80 V、100 V的条件下,使用人工校准方法分别获取其液滴延迟,实验结果如图5所示。
为了便于分析,本研究同样将1.2节所述液滴延迟随压电幅值变化的理论计算结果表示在其中。
由图5可见,在所选择的参数范围内,实验曲线与理论曲线的变化趋势一致,液滴延迟T随着压电激励幅值A增大而减小。同时还可见,实验拟合方程与理论方程的形式完全相同,均呈对数关系且所含系数非常接近,说明液滴延迟随压电信号幅值变化的数学模型原理正确。然而,理论曲线在实验曲线之上,表明前者稍大一点,其拟合方程的系数差异也与之吻合。分析引起原因,可能是增长率的计算值与实际情况存在偏差所致。
3.4 根据工作压力调节压电幅值保持液滴延迟稳定
按照3.3节所述方法,压电频率固定在52 k Hz,分别先在工作压力为28 psi、30 psi和32 psi的条件下校准液滴延迟,再根据校准结果得出对应的液滴延迟随压电幅值变化的拟合方程。其中:
令液滴延迟T=30,代入式(8)中,可得到压电激励幅值A=54.8 V,这说明工作压力为28 psi时,压电激励幅值应为54.8 V,液滴延迟才能维持在30。同理,T=30代入式(9)和式(10)后,可知工作压力分别为30 psi和32 psi时,压电信号幅值应分别为46.3 V和为44.1 V时,对应的液滴延迟才能稳定在30。
实验结果如图6所示。
由图6清楚可见,根据预设液滴延迟T=30计算出的3个实验条件下,测量得实际液滴延迟分别为30.06、30.06、30,误差为0.06,包含拟合方程不准确引起的计算误差和实验误差。液滴延迟测量值与预设值基本一致,说明根据标定数据调节压电激励幅值的方法行之有效。但是,随工作压力增加,液滴断点却明显发生了向下移动,充分表明当工作压力发生变化时,若要保证液滴延迟不变,液滴断点位置必然会发生变化。换言之,工作压力发生变化,如果还维持液滴断点位置固定不变,就不可能保证液滴延迟的稳定。
4 结束语
综合上述理论计算、实验结果以及相关分析,不难得出如下结论:
(1)射流速度随工作压力变化,呈现二次函数关系;
(2)液滴延迟随工作压力增大而变小,变化速率先大后小,到达拐点后又缓慢变大;
(3)液滴延迟随压电信号的幅值变化呈对数关系;
(4)根据工作压力调节压电幅值能实现液滴延迟稳定,T值误差仅为0.062。
自动补偿仪论文 篇7
1 故障一
1.1 故障现象
谷丙、谷草和尿素氮测试项目在反应监测界面有跳点现象,无规律可循,其他测试项目均正常。跳点直接导致检测结果不准确,检验报告单无法及时发出,影响正常工作。即使同一个标本同一个测试项目,有时测出结果出现负值,有时偏离正常参考值很多。
1.2 故障分析
出现这个现象的原因一般是清洗不彻底或者搅拌产生污染所致,可能与光源、试剂、冲洗站、比色杯、搅拌棒等部件有关。
1.3 故障排除
检查光源,在软件的更换灯泡界面观察,各个波长的能量值都在0.7 以上,在正常能量值范围。能量曲线图基本稳定,没有发现异常波动,说明光源非常稳定。检查确定使用的试剂在有效期内,换用不同批次的试剂同样出现跳点现象。对冲洗站、加样针、试剂针和搅拌棒的外表面用棉签蘸无水乙醇擦拭,没有发现污物。比色杯做空白测试,吸光度均在正常范围。对可疑的地方逐一进行排查也没有发现问题,跳点现象仍旧存在。仔细检查反应监测界面发现谷丙、谷草和尿素氮测试项目有跳点现象时,它们的波长都是340 nm,跳点没有规律性,时而跳点多,时而跳点少,有时整个反应过程都有可能出现。进而怀疑是否有某种不确定的干扰存在。在排除故障的同时,发现生化仪有机械摩擦发出的异常声响。打开机器左侧盖板,仔细辨别声源来自真空泵,其型号为15RNS,电压为24 VDC,流速为15 LPM。拆解该真空泵,分解电机。取出转子,发现电机轴已严重磨损,表面坑洼不平,更换一台新的原装真空泵安装到位后,噪音立即消失。上机做生化检测项目,均无跳点出现,测定结果与临床相符,故障排除。全自动生化分析仪的反应曲线为维修设备和分析问题提供了大量有参考价值的信息,几乎所有与结果有关的故障都可以在反应曲线上找到原因[2]。
2 故障二
2.1 故障现象
设备运行过程中突然提示比色杯空白数值异常,发出报警声并停止测试。
2.2 故障分析
比色杯空白数值异常,多数情况是光源能量下降或者比色杯严重污染所致。当前空白吸光度与以前维护保养杯空白测试吸光度之间差值>0.1 或者当前杯空白吸光度在3.3Abs以上都可出现此类故障。
2.3 故障排除
光源是生化分析仪进行光学分析的主要组件[3],根据以往经验可知,只要340 nm光源能量在0.45 以上皆可正常使用。大部分全自动生化分析仪使用的长寿命灯泡,理论寿命是2000 h,正常使用可达五个月左右。检查发现光源能量在允许范围内,排除光源故障。开机初始化完成后,做杯空白测试,确实发现杯空白数值异常,并有红颜色警示。比色杯和比色盘使用较长时间后,若没有冲洗,会有脏污存留而不易清洗,取下比色杯进行清洗,用镊子垫块薄纱布夹住比色杯的毛面轻轻提起来或者把比色杯盘取下来从底部推出比色杯,把比色杯浸泡在70 %的乙醇内,然后用棉签对每一个比色杯的光面仔细反复擦拭,确认干净后再将其放在整洁的纱布上晾干后,放回清洗干净的比色杯盘内。上机测试,比色杯空白正常,故障排除。清洗后无效或效果不明显,一般推荐使用15 %~ 30 %的Na OH溶液,浸泡时间不超过5 min,之后迅速用大量的蒸馏水冲洗, 可反复进行,直至清洗彻底为止[4]。比色杯在清洗的过程中,不能划伤光面,如有划伤,必须更换,不能继续使用。
3 故障三
3.1 故障现象
机器开机初始化结束报A/D错误,不再执行其他程序。
3.2 故障分析
查阅维修手册得知,A/D错误的原因有:① 在分析单元与操作单元之间的通信被阻断的状态,试图进行通讯;② 在规定时间内未能接受到操作单元传来的文本信号;③在规定时间内未能向操作单元发送信号等诸多原因。从提示的故障现象分析,设备出现的是数据传输故障,也就是仪器内部通讯异常。
3.3 故障排除
首先确认操作单元的计算机是否工作、操作单元与分析单元之间的接口插件是否插牢。然后检查数据采集板,它将光信号转化为电信号并完成数据采集,至关重要。检测采集板电源电压 ±5、+24 V都正常,接地线接触牢靠,芯片没发现明显异常。为尽快排出故障,用一块正常的采集板替换后,故障依旧。通过系统控制线路图可以看出所有的控制电路都和工控机连接,其中下位机通过RS232/RS485 转换器和采集板、孵育温度控制板以及试剂盘温度控制板相连。RS232/RS485 转换器作为主控计算机和下位机通信接口,直接决定整个通信系统的工作状况[5]。由此判断转换器损坏的可能性很大,购得一块转换器替换后,机器恢复正常运转,故障排除。检查原机的数据采集板是否有故障,将原机采集板装回,故障再次出现,证明原机的数据采集板和转换器同时损坏。A/D错误故障范围较为局限,由于采集板和暗室盒、下位机相连,维修过程必须在所有电源切断的情况下进行,以免扩大故障。
4 小结
全自动生化仪是一个多学科交叉、光机电液一体化的复杂系统,为了使设备保持良好的运行状态,日常维护工作不可忽视[6,7]。除了按说明书做常规的每日、每周、季度保养的项目外,从实际工作经验来看,还要扩大范围,制定额外的维护计划。定期查看容易忽视的地方,如设备前盖内正负压表的指示是否在压力范围内,特别是负压表,真空管路出故障的几率相对比较大;试剂盘制冷部分冷却液的多少,少了要适时补充;冷凝器的除尘,设备后面的散热风扇运转是否正常;清洗站的电机运转部分是否需要润滑;样本盘、反应盘和试剂盘定位光耦的除尘等细节问题。只有注意到细节的地方,才能防患于未然,使仪器充分发挥作用,保证其每天正常的工作及检测结果的准确性,稳定性[8]。从而提高设备使用率,减少停机时间。
参考文献
[1]王直,刘晶晶.全自动生化分析仪吸光度测量的对数放大电路设计[J].电子设计工程,2012,20(22):107-110.
[2]黄小华,龚志刚,张秋莉,等.BS-300全自动生化分析仪反应曲线的解析[J].江西医学检验,2007,25(3):263-264.
[3]郭有成.日立7020全自动生化分析仪光路的保养与维修[J].医疗卫生装备,2014,35(5):156-159.
[4]赵海慧.浅谈全自动生化仪的维修技巧[J].医疗装备,2015,28(1):107-108.
[5]叶鑫,李文魁,高敬东,等.一种有源光电隔离RS232/RS485转换器设计[J].船电技术,2015,35(2):46-48.
[6]王炜.全自动生化分析仪关键技术进展[J].中国医疗器械信息,2010,16(12):18-19,64.
[7]王斌章.浅谈全自动生化分析仪维护、故障分析[J].中国医疗设备,2009,24(1):98-99.