本發(fā)明涉及醫(yī)療檢測儀器領(lǐng)域，特別是涉及一種定量分析儀。

背景技術(shù)：

尿液分析是臨床最常用的化驗指標之一，不僅對泌尿系統(tǒng)疾病的診斷、療效觀察提供參考，而且對凡是能引起血液生化成分改變的其它系統(tǒng)疾病的診斷也很有幫助。此外，尿液分析還可以用于安全用藥檢測和健康狀態(tài)初評。

作為傳統(tǒng)方式而言，尿液檢查往往是根據(jù)試紙條上試劑區(qū)與尿樣本中生化成分反應(yīng)所產(chǎn)生的顏色變化，定性或定量檢測尿液樣本中尿膽原、膽紅素、酮體、血、蛋白質(zhì)、白細胞、維生素C(或微白蛋白)等的含量及尿樣本的比重、酸堿度等。檢測尿液中碘的含量成為現(xiàn)代人普遍關(guān)注的焦點，從而反應(yīng)出不同地區(qū)、不同人群對碘的需求量及健康水平。

現(xiàn)今，尿液分析儀產(chǎn)品市場迎來快速發(fā)展時期，已經(jīng)可以進行多個項目的檢測。但尿液分析儀的關(guān)鍵部分是光學(xué)系統(tǒng)，其原理是將光線照射到尿樣本反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生反射光，反射光的強度與各個測試項目的反應(yīng)顏色有關(guān)，通過反射光的情況分析尿液中各種物質(zhì)的含量?，F(xiàn)有的尿液分析儀基本是手動操作光源來照射尿樣本，聚光效果差且操作步驟復(fù)雜，準確度低，然而使用高精度尿液檢測儀通常設(shè)備昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能滿足各個層級的醫(yī)療機構(gòu)檢測需求，因此亟需提供一種新型的定量分析儀來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種定量分析儀，操作簡便，分析速度快。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種定量分析儀，包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有電路控制系統(tǒng)、比色池、光學(xué)傳感裝置、微型打印機；

電路控制系統(tǒng)包括控制模塊、與控制模塊相連的數(shù)據(jù)采集模塊、開關(guān)電源、顯示裝置、RS-232通訊模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括光源發(fā)射驅(qū)動電路、與光源發(fā)射驅(qū)動電路輸出端相連的光源發(fā)射電路、光源接收電路、與光源接收電路輸出端相連的光源接收放大電路，光源發(fā)射電路的輸入端、光源接收放大電路的輸出端均與控制模塊相連，微型打印機與控制模塊相連；光學(xué)傳感裝置包括設(shè)置在比色池側(cè)面的光源發(fā)射電路板、光源接收電路板；

比色池為長方體實心結(jié)構(gòu)，上部設(shè)有比色池蓋，中部開有等距的三個試管槽，位于試管槽底部相對應(yīng)的兩側(cè)面分別開有三個小孔。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，控制模塊包括MCU。

進一步的，MCU采用STM32F103VBT6單片機，其內(nèi)部包括AD轉(zhuǎn)換模塊，能夠?qū)⒐庠唇邮辗糯箅娐份敵龅碾妷盒盘栠M行模數(shù)轉(zhuǎn)換，進而對數(shù)據(jù)進行計算，得出樣品的檢測結(jié)果。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，顯示裝置包括設(shè)置在殼體上表面的液晶顯示屏、4×4矩陣鍵盤。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，光源發(fā)射電路用于發(fā)射檢測所需的光源，其包括位于光源發(fā)射電路板上的三個發(fā)光二極管LED-1、LED-2、LED-3，光源接收電路用于接收經(jīng)過試管內(nèi)檢測溶液吸收后的光源，其包括位于光源接收電路板上的三個硅光電池T1—T3。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，光源發(fā)射驅(qū)動電路用于驅(qū)動光源發(fā)射電路發(fā)射光源，其包括三極管Q2、Q3、Q5、電阻R42—R44、電位器R26—R28，電阻R42—R44分別與三極管Q2、Q3、Q5的基極相連，電位器R26—R28分別與三極管Q2、Q3、Q5的集電極相連，三極管Q2、Q3、Q5的發(fā)射極分別與三個發(fā)光二極管LED-1、LED-2、LED-3相連。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，光源接收放大電路用于將光源接收電路輸出的電流信號進行轉(zhuǎn)換及放大，其包括三個運算放大器CA3140及外圍電路，輸入端為引腳OPTI_IN_0、OPTI_IN_1、OPTI_IN_2，與光源接收電路相連，輸出端連接至控制模塊。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，比色池蓋的下部設(shè)有密封試管口的腰型槽，使裝有待測尿液樣本的試管被放置在一個密閉不透光的空間內(nèi)。

進一步的，比色池的材質(zhì)為黑色不透光材料，使待測尿液樣本處于一個密閉不透光的反應(yīng)環(huán)境。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，殼體后面板上設(shè)有與開關(guān)電源相連的開關(guān)按鍵、電源接口、保險絲、RS-232串口，殼體的側(cè)面設(shè)有通風(fēng)口，便于散熱。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低，通過設(shè)置比色池及對光學(xué)傳感裝置的巧妙設(shè)計，可快速而精確地檢測尿液的碘含量，操作簡便，準確度高，靈敏度高，重復(fù)性好且檢測線性范圍寬，適用于各個層級的醫(yī)療機構(gòu)檢測使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明定量分析儀一較佳實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖2是本發(fā)明定量分析儀一較佳實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖之二；

圖3是所述定量分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是所述比色池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是所述比色池的剖面圖；

圖6是所述比色池蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是所述定量分析儀的原理框圖；

圖8是所述定量分析儀的電路框架圖；

圖9是所述開關(guān)電源的電路原理圖；

圖10是所述控制模塊的電路原理圖；

圖11是所述光源發(fā)射電路的電路原理圖；

圖12是所述光源發(fā)射驅(qū)動電路的電路原理圖；

圖13是所述光源接收電路的電路原理圖；

圖14是所述光源接收放大電路的電路原理圖；

圖15是所述RS-232通訊模塊的電路原理圖。

附圖中各部件的標記如下：1、殼體，2、電路控制系統(tǒng)，3、比色池，31、試管槽，32、小孔，33、比色池蓋，34、腰型槽，4、微型打印機，5、液晶顯示屏，6、4×4矩陣鍵盤，7、開關(guān)按鍵，8、電源接口，9、保險絲，10、RS-232串口，11、通風(fēng)口，12、光源發(fā)射電路板，13、光源接收電路板，14、開關(guān)電源。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。

請參閱圖1至圖3，本發(fā)明實施例包括：

一種定量分析儀，殼體內(nèi)設(shè)有電路控制系統(tǒng)2、比色池3、光學(xué)傳感裝置、微型打印機4。電路控制系統(tǒng)2包括控制模塊、與控制模塊相連的數(shù)據(jù)采集模塊、開關(guān)電源14、顯示裝置、RS-232通訊模塊；控制模塊包括MCU，數(shù)據(jù)采集模塊包括光源發(fā)射驅(qū)動電路、與光源發(fā)射驅(qū)動電路輸出端相連的光源發(fā)射電路、光源接收電路、與光源接收電路輸出端相連的光源接收放大電路，光源發(fā)射電路的輸入端、光源接收放大電路的輸出端均與控制模塊相連。殼體1上表面設(shè)有比色池蓋33、微型打印機4的打印口；殼體1后面板上設(shè)有與開關(guān)電源14相連的開關(guān)按鍵7、電源接口8、保險絲9，殼體1的側(cè)面設(shè)有通風(fēng)口11，便于散熱。

光學(xué)傳感裝置包括光源發(fā)射電路板12、光源接收電路板13，兩塊電路板通過螺絲固定在比色池3的側(cè)面，光源發(fā)射電路板12上設(shè)有光源發(fā)射電路，光源發(fā)射電路用于發(fā)射檢測所需的光源，其包括三個發(fā)光二極管LED-1、LED-2、LED-3，光源接收電路板13上設(shè)有光源接收電路，光源接收電路用于接收經(jīng)過試管內(nèi)檢測溶液吸收后的光源，其包括三個光電接收器，優(yōu)選的，光電接收器采用硅光電池2DU3。

結(jié)合圖4和圖5，比色池3為長方體實心結(jié)構(gòu)，中部開有等距的三個試管槽31，用于放置裝有待測尿液標本的試管，位于試管槽31底部相對應(yīng)的兩側(cè)面分別開有三個小孔32，因而所述定量分析儀設(shè)有三個檢測通道，可同時檢測三個尿液標本。一側(cè)面用于放置光源發(fā)射電路板12上的發(fā)光二極管，另一側(cè)面用于放置光源接收電路板13上的光電接收器，發(fā)光二極管發(fā)射的光照射到試管后，發(fā)射光直接被光電接收器接收，聚光效果好，檢測精度高。比色池3的材質(zhì)為黑色不透光材料，同時比色池蓋33的下部設(shè)有密封試管口的腰型槽34，如圖6所示，使待測尿液樣本處于一個密閉不透光的反應(yīng)環(huán)境。

顯示裝置包括設(shè)置在殼體1上表面的液晶顯示屏5、4×4矩陣鍵盤6，RS-232通訊模塊包括設(shè)置在殼體1后面板的RS-232串口10，可與電腦進行通信。

請參閱圖7，光電接收器的輸出端連接運算放大器的輸入端，運算放大器、濾波器、AD轉(zhuǎn)換模塊、MCU依次連接，液晶顯示屏5、4×4矩陣鍵盤6、微型打印機4、開關(guān)電源14、RS-232通訊模塊均與MCU相連。MCU采用32位ARM微控制器STM32F103，內(nèi)部資源豐富，作為電路控制系統(tǒng)的控制核心。發(fā)光二極管發(fā)出的光線經(jīng)比色池3內(nèi)試管中的溶液吸收后，反射的光被光電接收器接收轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)運算放大器進行信號放大，濾波器對放大后的電信號濾波處理后被AD轉(zhuǎn)換器接收，由AD轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送到MCU。

下面結(jié)合圖8分別具體描述所述電路控制系統(tǒng)2中各模塊的電路結(jié)構(gòu)及原理：

請參閱圖9，所述開關(guān)電源14的輸入端為220V交流電，分別經(jīng)過保險絲、開關(guān)、變壓器、整流橋、濾波單元、穩(wěn)壓模塊后為整個系統(tǒng)提供12V、5V電壓，5V電壓穩(wěn)壓為3.3V直流電供給電路控制系統(tǒng)的主板。

請參閱圖10，所述MCU采用ST公司的STM32F103VBT6型號單片機，該單片機通過串口通訊模塊，IO輸入輸出模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊，讀取矩陣鍵盤的操作信息、控制發(fā)射光源設(shè)置的發(fā)射光光強、接收轉(zhuǎn)換并計算接收光源設(shè)置的數(shù)據(jù)、控制液晶顯示屏顯示最終結(jié)果及對設(shè)備的參數(shù)設(shè)置信息，控制RS-232通訊電路來控制打印機打印出檢測結(jié)果、并控制檢測結(jié)果上傳電腦端數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件。其包括驅(qū)動光源發(fā)射電路發(fā)出光源的控制引腳LED_CON_0、LED_CON_1、LED_CON_2，CA3140放大轉(zhuǎn)換信號的輸入引腳A_SIGN_IN_0、A_SIGN_IN_1、A_SIGN_IN_2，矩陣鍵盤信號的輸入引腳ROW_0、ROW_1、ROW_2、ROW_3、LINE_0、LINE_1、LINE_2、LINE_3，打印機信號的輸入引腳UART_1_TX、UART_1_RX，上傳電腦端信息的輸入引腳UART_4_TX、UART_4_RX，液晶顯示屏控制信號的輸入引腳LCD_DB0—LCD_DB7、LCD_RST、LCD_INT、LCD_RS、LCD_RW、LCD_RD、LCD_CS1、LCD_CS2、LCD_BSY。

請參閱圖11，所述光源發(fā)射電路采用三個發(fā)光二極管LED-1、LED-2、LED-3作為光源發(fā)射器，三個光源發(fā)射器LED-1、LED-2、LED-3分別通過JP2與MCU上的控制IO口中LED導(dǎo)通和關(guān)閉控制信號腳LED_CON_0、LED_CON_1、LED_CON_2連接。請參閱圖12，光源發(fā)射驅(qū)動電路用于驅(qū)動光源發(fā)射電路發(fā)射光源，其包括三極管Q2、Q3、Q5、電阻R42—R44、電位器R26—R28，各電路元器件的連接關(guān)系如圖12所示，電阻R42—R44分別與三極管Q2、Q3、Q5的基極相連，電位器R26—R28分別與三極管Q2、Q3、Q5的集電極相連，三極管Q2、Q3、Q5的發(fā)射極分別與三個發(fā)光二極管LED-1、LED-2、LED-3相連。MCU分別通過控制LED_CON_0、LED_CON_1、LED_CON_2三個引腳控制三個發(fā)光源的開與關(guān)，然后通過調(diào)節(jié)電位器R26、R27、R28的阻值大小來調(diào)節(jié)經(jīng)過發(fā)光源的電流大小，從而改變發(fā)光源的亮度，通過三極管Q2、Q3、Q5將電信號放大后驅(qū)動三個發(fā)光二極管LED-1、LED-2、LED-3。三個光源發(fā)射器LED-1、LED-2、LED-3發(fā)出630nm光，穿過被檢測樣品后分別照射在圖13中對應(yīng)的光源接收電路中。

請參閱圖13，所述光源接收電路采用三個硅光電池T1—T3作為光源接收器，三個硅光電池T1—T3分別通過JP1與所述光源接收放大電路中的OPTI_IN_0、OPTI_IN_1、OPTI_IN_2三個引腳相連。硅光電池2DU3會根據(jù)接收到的光強輸出正相關(guān)大小的電流，輸出的電流通過JP1與所述光源接收放大電路中的OPTI_IN_0、OPTI_IN_1、OPTI_IN_2三個引腳相連。請參閱圖14，所述光源接收放大電路用于將光源接收電路輸出的電流信號進行轉(zhuǎn)換及放大，其包括三個運算放大器CA3140及外圍電路，各電路元器件的連接關(guān)系如圖14所示，輸入端為引腳OPTI_IN_0、OPTI_IN_1、OPTI_IN_2，輸出端連接至MCU的引腳A_SIGN_IN_0、A_SIGN_IN_1、A_SIGN_IN_2，其中二極管D4連接在A_SIGN_IN_1與3.3V之間、D7連接在GND與A_SIGN_IN_1之間，D4與D7這樣的連接方式作用是限制運算放大器CA3140的輸出電壓在0—3.3V之間，對MCU的引腳A_SIGN_IN_0、A_SIGN_IN_1、A_SIGN_IN_2起保護作用，二極管D5與D8、D6與D9的作用同理。由于2DU3的信號很微弱，屬于毫安級別電流，通過運算放大器CA3140及外圍電路將接收到的2DU3輸出的電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號同時放大，然后通過A_SIGN_IN_0、A_SIGN_IN_1、A_SIGN_IN_2三個引腳傳輸至MCU中，通過MCU內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換模塊對CA3140輸出的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，進而對數(shù)據(jù)進行計算，得出樣品的檢測結(jié)果。

請參閱圖15，所述RS-232通訊模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232及外圍電路，各電路元器件的連接關(guān)系如圖15所示，輸入端UART_1_RX、UART_1_TX、UART_4_RX、UART_4_TX分別與MCU的對應(yīng)引腳連接，輸出端RS232_RX、RS232_TX與打印機相連，RS232_1_RX、RS232_1_TX與外部電腦端相連。定量分析儀經(jīng)過MCU內(nèi)部計算得出檢測結(jié)果后，經(jīng)芯片MAX3232轉(zhuǎn)換電平后，通過RS232_RX、RS232_TX發(fā)送給打印機打印檢測結(jié)果，通過RS232_1_RX、RS232_1_TX將檢測結(jié)果發(fā)送到電腦端軟件進行存儲。

所述定量分析儀的工作原理是采用定量比色法原理，將預(yù)處理并顯色的尿液樣本放入該儀器中后，利用發(fā)光二極管作為光源發(fā)射特定波長的光，經(jīng)比色池3后，對635nm波長的光產(chǎn)生吸收，根據(jù)光的吸收程度計算相應(yīng)的檢測濃度，吸光度與樣品濃度在一定條件下成線性關(guān)系。

尿液碘濃度計算如下：

C1＝A1/A2×C2

其中：C1—尿液碘濃度；

A1—尿液吸光度；

A2—標準液吸光度；

C2—標準液濃度。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低，通過設(shè)置比色池及對光學(xué)傳感裝置的巧妙設(shè)計，可快速而精確地檢測尿液的碘含量，操作簡便，準確度高，靈敏度高，重復(fù)性好且檢測線性范圍寬。

所述定量分析儀僅用于體外檢測，廣泛適用于醫(yī)療機構(gòu)的中心實驗室、門/急診化驗室、臨床科室和其它醫(yī)療服務(wù)點(如社區(qū)醫(yī)療點)、體檢中心等，也適用于科研實驗室檢測。其相關(guān)性能如下：

1)對空白試劑的吸光度≤0.04；

2)檢測線性范圍為(50～500)μg/L，線性回歸方程相關(guān)系數(shù)r≥0.990；

3)準確度所得結(jié)果的相對偏差≤15％；

4)檢測重復(fù)性的變異系數(shù)CV≤10％；

5)一個標本操作時間小于2分鐘，1h可測50—90個標本。

當然本發(fā)明除了可以檢測尿液中的碘之外，還可以檢測其它樣品中的碘含量或者任何可以通過比色法定量分析的物質(zhì)。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。