硬件电路设计之液面探测电路设计

1 简介

液面探测始终是体外诊断领域一个重难点问题。液面探测就是使用加样针去检测试剂或者样本的液面位置，并进行吸样。液面检测目的主要：

精确加样 ：严格控制控制吸样的体积。

防止试剂的交叉污染 ：单次吸样后，会对加样针进行清洗，且加样针与试剂的接触面积较小，能有效防止交叉污染。

2 加样针的类型

加样针的类型主要有三种：单层针、双层针、三层针。这三种类型的针各有优点，同时又有各自的局限性。下面我们分别我们分别来讲解一下这三种加样针针的各自的特点：

单层针

单层针应用于检测精度要求不高的场所。

优点 ：单层加样针的结构比较简单，对检测电路的要求较低。

缺点 ：单层加样针的抗干扰能力较弱，容易受到针内液体、外界干扰型号的影响。

双层针

双层针主要应用于工作环境比较恶劣的环境，检测环境周围有加大的电磁干扰，如伺服电机等。

优点 ：相比于单层加样针，这种在外围增加了一层作为屏蔽罩，能有效防止空间干扰耦合到检测系统中。特别地，有些双层针中还会增加加热功能。

缺点 ：无法排除针内液体对检测系统造成的影响。

三层针

三层针的设计主要是为了防止交叉污染，例如吸取试剂或者生物样本时，为了防止交叉污染，使用一次性套筒吸取试剂。

特点 ：能有效防止来自内部液体和空间耦合的干扰。

缺点 ：结构比较复杂，对检测方案的要求较高。

3 检测场景

关于检测的场景，这里我们根据加样针的固定方式，简要阐述两种比较常用的场景：

加样针主动去探测液面高度。

控制策略 ：这种方式通过加样针主动去探测液面的位置，在检测到液面之后，依据吸样的体积，继续向下移动一定的距离。

加样针被动其探测液面高度。

控制策略 ：检测位置固定，预先在检测位置固定一个检测针，加样针主动吸取液体，当液面离开检测针时，系统识别到液体过少，给出警告。

4 检测方案

FDC2214QRGHTQ1检测方案

这种检测方案可以同时对四路检测针同时进行检测，这种检测的方案是基于LC震荡。对外的接口是通信IIC接口。

LC震荡液面探测方案

这种检测方案的成本降低，电路设计简单。当时这种检测方案的抗干扰性较差，具体的电路细节，可以一起讨论。对于一些只需要检测液体有无的场景，建议采用这种方案。

NE555液面检测方案

这种检测方案暂未使用过，但是从原理上能分析，可以实现液面检测。

CAV424液面检测方案(TI)

这种检测方案，是当时读书期间接触的，这种检测方案比较简单，完全通过硬件电路实现液面探测，占用的资源较少，只需要一个IO检测出高低电平即可。支持灵敏度调节（通过电位器机型调节），但是这种检测方案容易产生两根检测针之间串扰。

CY8C4024LQI-S412（Cypress）

CY8C4024LQI-S412可以理解为一个MCU，液面探测只需要使用到其一个IO，即可进行液面探测。这种检测方案的抗干扰能力较强，但是成本相对较高。

5 注意事项

检测系统与检测针之间线缆尽可能短。

检测系统对外的连接器IPEX这种连接器。

建议在液路上套上弹簧，对于提高系统的抗干扰性极佳。