嵌入式全自动化学发光仪温育 及液压模块控制系统设计说明书

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1、1 引 言本次设计主要是研究的化学发光仪的温控模块和液压模块的设计和安装及调试。化学发光仪在国内尚属高端产品，现在行业内使用的化学发光仪基本上都是进口设备，但是随着免疫学方法的飞速发展，其应用已经扩展到临床检验的每一个方面。在多相酶免疫分析中，免疫反应之后需要经过洗涤步骤除去结合物和干扰物再进行测定。这样的测定结果才具有较好的准确性和灵敏性。而以往的手工洗涤微滴板的方法存在着诸多不足：污染环境，感染操作者，效率低，测量结果不准确。因此洗板机的应用得到了很大的发展，然而国内现在的市场和研究水平限制，只能进口国外的先进设备，来进行相关检测和实验。因此本次设计就根据化学发光仪的工作原理进行设计，目标

2、是能够设计成较完备的功能齐全的仪器。这将为国内的该项目研究提供具有实际意义的参考。 11 全自动化学分析仪国外发展概况世界上首台用于临床生化检验的自动分析仪出现在20世纪50年代，1957年美国泰克尼康公司按Skeggs医生的设计方案，生产了第一台单通道连续流动式自动生化分析仪。60年代出现了可同时测定多项目的自动生化分析仪。80年代以后尤其是90年代，各种自动化学分析仪竞相发展，在检测精度、检测速度和自动化程度等方面均获得巨大进步。目前，国外生化分析仪正朝着专业化、通用化、自动化、微量化、组合式和微机化的方向发展。12 全自动化学分析仪国内发展概况20年前第一台全自动化学发光仪SMA在北京协

3、和医院使用的时候，国内就开始了生化分析仪的研究。知道1996年北京生化仪厂才推出了第一台国产半自动生化分析仪。1997年以后，国内各厂纷纷投入人力开发自己的生化分析仪产品，并且平均以每年35%的速度递增。目前国内的生化仪厂家有20多家，但绝大多数为半自动低档产品。直到2002年12月第一台我国自行研究的全自动化学分析仪在中科院光学精密机械与物理研究所问世。该仪器集光学、精密机械、自动控制、生化、计算机软件等多学科为一体，采用分立式反应装置，可自动微量加料，自动添加双试剂，自动清洗加样针，交叉污染小，测试迅速、准确，可操作性强。国产全自动化学发光仪的研制成功，彻底打破了日、美等国公司对该项目产品

4、技术和市场的垄断，对于推进我国医疗事业的发展具有重要意义。13 本课题的意义生化检验在临床检验中占有重要位置，可以用于测定人体血液中多种生化指标，对肝、肾、心以及糖尿病的诊断极为重要。目前我国的全自动化学分析仪发展水平落后，与日本和美国相比还有较大差距。国内大中医院皆花巨资购买进口的设备，因其价格昂贵、维护成本高、试剂成本高。难以在一般的中小医院普及，因此研制具有自主知识产权的全自动化学分析仪具有重要的意义。1）可以提高与国外产品的竞争能力。缩小同国际上高档数字医疗产品的差距，填补我国技术上的空白，开发具有我国特点的大型全自动化学发光分析仪产品。2）可以促进我国的数字化医疗设备产业的发展。数字

5、化医疗设备产业从某种程度上代表了一个国家的综合实力，是国民经济的一个重要组成部分。随着国产数字医疗产品的出现，已经改变了国外产品垄断中国市场的历史局面。3）可以改善我国医疗产品结构，满足巨大市场的需求，结束了我国大型全自动生化分析仪依赖进口，维修昂贵的局面，促进我国医疗卫生的发展。2 仪器的总体功能及机械系统组成21 具体试验过程描述实验基本操作流程如图2.1所示图2.1 实验操作流程实际实验如图2所示（这里使用第一排孔位进行2份样品的平行测验。）代表标准样品加入的孔位代表待测样品加入的孔位1）首先向S0，S1，S2，S3，S4，S5孔位中分别加入浓度为0，1，2，3，4，5（注意浓度0标准品

6、是必须的，且浓度需要手动任意输入）的标准品（即含有已知浓度的抗原，加入体积的量最好在软件上可调）。可根据浓度由小到大来加标准品，这样在加样过程中可以不用冲洗加样针。2）用洗液对加样针进行清洗。3）往U1孔位加入待测样品1（加入体积的量在软件上可调）。4）用洗液对加样针进行清洗。U1U2S0S1S2S3S4S5图2.2 实验过程流程步骤5）往U2孔位加入待测样品2（加入体积的量在软件上可调）。6）用洗液对加样针进行清洗。7）向上述加入溶液的孔位中加入酶标抗原溶液（加入体积的量在软件上可调）。（注意：加样过程中加样针不要碰到孔板中的液面，以免污染加样针）8）用洗液对加样针进行清洗。9）向上述加入溶

7、液的孔位中加入抗体溶液（加入体积的量在软件上可调）。（注意：加样过程中加样针不要碰到孔板中的液面，以免污染加样针）10）设置温育系统的温度为37，将孔板置于该温育体系下1个小时左右。（温育时间最好可以调制，一般都在小时之间进行试验，极个别会需要5-10分钟）。11）用洗液对加样针进行清洗。12）往S0，S1，S2，S3，S4，S5，U1，U2孔位中加入一定量的磁颗粒溶液。（加入体积的量最好在软件上可调）。（注意：加样过程中加样针不要碰到孔板中的液面，以免污染加样针）。13）设置温育系统的温度为37，将孔板置于该温育体系下10分钟左右。（温育时间最好可以调制，一般都在小时之间，极个别会需要5-1

8、0分钟）。14）磁场撤掉，向孔板中加入清洗液，浸泡10秒；15）加上磁场使磁颗粒吸附在96板孔中的边角落里，洗板机开始排液。16）上述14、15步骤重复35次。17）撤掉磁场，各个孔中加入发光底物，静止5分钟后进行发光测量。并记录发光信号，进行曲线拟和和浓度换算。22 测定路线在测定过程中96孔酶标板的二维移动方式将有以下几种情况（如图3所示），可以实现灵活测定的目的，如下：1）一般测定过程是两孔的平行测定，顺序可以从A1，A2开始到H2，H1，然后从A3，A4到H3，H4依次类推从A11，A12到H11，H12，即第一种测定模式；2）两孔的平行测定还可以用以下顺序：从A1，B1开始到B12，

9、A12，依次类推从G1，H1到G11，H12，即第二种测定模式；3）当任意选定几个孔时，都可以进行选定孔的测定；4）所选定的几个孔不相互挨着，也可以进行测定。图2.3 96孔板的二维移动方式23 机械系统组成机械系统是整个仪器的框架和基础，主要实现仪器的所有机械运动功能和固定支撑功能。根据仪器整体设计思路，确定仪器整体布局如图4所示。a 俯视图 b 内部俯视图 c 右视图 d 主视图 e 左视图图2.4 仪器整体布局仪器上表面从前往后依次布置清洗加样室门、键盘和鼠标、显示屏（a俯视图）。内部从前往后依次布置清洗加样室和暗室（b俯视图内部）。其中，暗室中布置一个检测二维工作台和检测装置；清洗加样

10、室布置有加样三维工作台、洗板二维工作台和磁性分离机械装置（e左视图）。另外仪器内部还要集成试剂盒、洗板液压系统、排风和电控系统等。具体布置会依实际设计情况进行调整。3 加样系统及其液压模块31 加样三维工作台系统工作台上安装有加样针，为X-Y-Z三维工作台，具体原理如图所示。图 加样三维工作台机械原理图三维工作台最下层为X台，由电机1驱动、同步带传动1传动，直线导轨1（导轨1和滑块1）导向，实现X向运动。X台上面为Y台，由电机2驱动、同步带传动2传动，直线导轨2（导轨2和滑块2）导向。Y台上面为Z台，由电机3驱动、同步带传动3和丝杠螺母副传动，直线导轨3（导轨3和滑块3）导向。丝杠螺母副采用传

11、导螺旋设计、并具备自锁功能，传动形式为螺杆转动，螺母移动。螺母和滑块固联在一起，二者由丝杠带动一起上下（Z向）运动。32 洗针池在加样过程中需要经常清洗加液针，洗针池具体结构如图所示。图洗针池结构原理图洗针池外形为池形结构，池子底部开一个通孔和一个盲孔。其中通孔在清洗加样针内壁时使用、盲孔在清洗加样针外壁时使用。清洗加样针时，首先通过加样针三维工作台把加样针运动到洗针池的内壁清洗孔上方，加样针泵泵出纯净水，纯净水冲洗加样针内壁并把废液通过内壁清洗孔和管路直接排到废液瓶中，完成加样针内壁清洗；接着通过加样针三维工作台把加样针运动到外壁清洗孔上方，把加样针伸入外壁清洗孔内，加样针泵泵出纯净水，纯净

12、水排进外壁清洗孔内上翻并冲洗加样针外壁，溢出外壁清洗孔的废液流进废液池内，通过内壁清洗孔和管路排到废液瓶中，这样就完成了加样针的清洗。33 加样工作过程1）位置的确定：待加样的试液排放在暗室的一侧，根据排放顺序确定各种试液的X、Y坐标；加样时96孔板通过检测二维工作台进入加样工位，加样孔的位置可以通过坐标转换算出其在三维工作台坐标系中的X、Y坐标；待加样的试液容器底部以及96孔板底部平齐，这样取液和加液高度Z一致；2）动作过程：指定取液和加液的目标；96孔板通过检测二维工作台进入加样工位；根据取液的目标得到取液X、Y坐标，加样针到达取样位置；Z向运动到取液高度，取液；Z向运动回到初始高度，根据

13、加液的目标得到加液X、Y坐标，加样针到达加样位置，Z向运动到加样高度，加样。34 加样液压系统本次设计涉及到液压的地方有两个方面，分别是加样系统和洗板系统。加样液压模块设计主要是要求加样准确，精度要求比较高，本次设计采用是YYSP-C1型工业柱塞泵，YYSP-C1是一款结构紧凑，用于精密流体传输的OEM产品，通过计算机或微处理器对其进行控制，自动完成移液、稀释和分配功能。下面针对其进行简要介绍。图加样泵结构原理图1）YYSP1-C1主要特点适用注射器尺寸规格：50uL to 5mL行程控制精度：5（30%满行程）满行程：30mm(3000步)控制分辨率：0.01mm(1步)适用阀：3口，3口分

14、配，T型，Y型，4口流体接触的材料：硼硅酸盐玻璃Kel-F和Tef1on通讯接口：RS-232/RS-485单程时间：滚珠丝杠驱动活塞，编码器失步监测错误报告可编程存储输入输出接口单路24直流电源供电YYSP1-C1功能描述YYSP1-C1使用步进电机驱动注射器和阀完成抽取和分配定量液体。注射器和阀可更换。2）注射器和注射器驱动由步进电机带动滚珠丝杠驱动活塞推拉器，注射器活塞与活塞推拉器联动。通过失步检测编码器控制活塞运动。注射器活塞满行程30mm，共分为3000步，分辨率1步。活塞通过活塞固定螺钉固定在推拉器上，针管的顶部和阀通过1/41128螺纹连接。3）阀和阀驱动阀由Kel-F阀体和Te

15、flon阀芯组成。阀芯在阀体内旋转连通注射器口和不同的输入和输出，阀采用步进电机驱动，通过编码器监测位置。此次设计中使用加样泵来进行加样，首先管路将纯净水和加样针通过三口阀接到加样泵上面，初始化加样泵使纯净水充满管路，因为洗板机是一台精密的仪器，加样的量需要非常准确，如果不是管路没有充满水，而是空气那么在加样时就会压缩空气而产生误差。4）加样的工作过程加样泵的三口阀下边的一端接泵本身，另外两端一个接输入（纯净水），另一个接输出（加样针）。首先加样泵工作，将连接输入和输出的管充满纯净水，防止有气泡，引起加样的误差，然后加样针伸入化学试剂的试管，由上位机控制泵的步进电机的运行步数，柱塞下移，吸取一

16、定量的液体，在由加样工作台，载着加样针移动到指定位置（96模板孔），泵反转相同步数，柱塞上移，（同时将输入端关闭）将刚才吸取的液体，加到模板孔内，完成加样过程。另外，加样过程中间在加不同种液体时需要清洗加样针，避免交叉污染以确保实验精度。洗针过程为首先移动工作台至加样针到达洗针池上方，首先洗内壁，加样针对准通孔，加样泵工作喷纯净水，反复几次。Y轴工作台平移至加样针对准盲孔位置，加样针下移同理喷纯净水，反复几次，洗针结束。4 洗板系统41 洗板二维工作台系统工作台上安装有洗板头，为X-Z二维工作台，具体原理如图所示。图 洗板二维工作台机械原理图X台在底部，由电机1驱动，同步带传动1传动、直线导轨

17、副1（导轨1和滑块1）导向。Z台安装在滑块1上，采用电机2驱动，同步带传动2传动。同步带竖直（Z向）布置，带的一边连接进液针、另一边连接排液针和磁棒。进液针、排液针和磁棒分别通过竖直（Z向）布置的直线导轨导向。电机正转时，进液针下降、排液针和磁棒上升，进液针到达进液工位、磁性分离并进行加液。电机反转时，排液针和磁棒下降，进液针上升，排液针和磁棒到达排液工位、磁性接合并进行排液。在洗板以外的时间，加液针、排液针和磁棒位于中间工位。考虑到磁性结合和分离的实现以及试验中96孔板的板孔通常双排使用，这里进液和排液针均双排布置，可以在满足磁性结合和分离的前提下实现洗板效率的翻番。42 洗板液压系统洗板液

18、压系统依据正负压原理实现清洗液加注和废液排出，具体原理如图所示。图洗板液压系统原理整个系统由一个进液针洗板头、一个集成有排液针和磁棒的洗板头、2个气泵、一个节流阀、两个电磁阀、一个清洗液瓶、一个负压瓶、一个废液瓶以及电源及控制信号组成。泵1向清洗液内泵入气体，流量可通过节流阀调节，清洗液瓶内产生正压力，深入清洗液的管子压入清洗液，若控制信号打开电磁阀1则清洗液即可通过进液针头把清洗液注入96孔板。泵2向负压瓶外泵气，使负压瓶中形成负压力，废液瓶和负压瓶通过管路使空气联通，从而废液瓶中也存在负压力，若控制信号打开电磁阀2则排液针头通过管路和废液瓶联结，当排液针头浸入96孔板的废液中时，由于负压作

19、用使废液排入废液瓶。实际中遇到的问题：一、在实验过程中，控制信号和电磁阀之间由固态继电器控制，上位机发送初始信号的时候，由于开始不知道该固态继电器为常闭型，在开始给机器供电时会有一个很短的信号，使电磁阀开一下，但是由于清洗液瓶中存有一定压强，会有沙量液体通过进液针进入96模板，但是等正式加液体时，模板中已经有了少量液体，就会有液体溢出，（加液体的时间是固定的）。经过讨论反复试验，终于发现原因出在固态继电器上面，换了一个常开型的继电器，该问题得到解决。二、在吸液的时候，为了能够吸干净，得让吸液针伸到96模板孔德底部，否则就会有残余液体遗留，而影响擦亮精度。但是问题就出现在，吸液针伸到底部时有可能

20、会堵住吸液针的孔，而其它孔中吸收完了以后，负压瓶中的负压就回急速下降，从而吸不干净。故而采取措施，将吸液针的针头，做成有凹槽型的，这样就不会完全堵住，试验后结果证明，效果很好。43 溢液处理洗板过程中可能会出现控制参数不合适导致溢液，这种情况在系统调试过程中也会出现。这里对检测二维工作台台面进行特殊设计，台面四周开溢流槽，在其中一个角落开一个排液孔。具体实现原理如图所示，洗板时96孔板随检测二维工作台台面运动到暗室外面的加样、洗板工位，在加样、洗板工位下面放置一个接液体的容器。洗板过程中出现溢液时，液体通过溢液槽集流、通过排液孔排到接液体的容器中，从而避免了污染温育模块的半导体加热块和仪器的其

21、它部分。图溢液处理原理图44 洗板工作过程1）位置的确定进液针横向布置，宽度和96孔板宽度一致，每排8个进液针，共2排，一次加清洗液2排16个孔，水平运动时只需根据实际布置情况确定X坐标；排液针和磁棒横向布置，宽度和96孔板宽度一致，每排8个排液针，共2排，一次排废液2排16个孔，每4个排液针中间布置一根磁棒，共4根磁棒。排液针和磁棒与进液针相邻布置（若进液针对着第3、4排孔，则排液针和磁棒对着第1、2排孔），水平运动时只需根据实际布置情况确定X坐标；洗板时96孔板通过检测二维工作台进入洗板工位，清洗位置可以通过坐标转换算出其在洗板二维工作台坐标系中的X坐标；根据进液针、排液针和磁棒、96孔板

22、的空间布置合理确定加液和排液高度Z。2）动作过程：指令清洗任务和参数；根据96孔板尺寸，二维工作台调整清洗的X坐标，依次双排清洗。根据第1、2排目标清洗孔X坐标位置，运动到工作位置；Z工作台电机正转，进液针下降、吸液针和磁棒上升，磁性分离，进液针加液；Z工作台电机反转，进液针上升、吸液针和磁棒下降，二维工作台调整清洗的X坐标，进液针运动到第3、4排目标清洗孔X坐标位置；Z工作台电机反转，进液针上升、吸液针和磁棒下降，磁性结合，排液针排液；继续-完成其它孔排的清洗。5 温育温控模块设计自动温度控制仪器对温度进行控制的基本原理是：根据不同时刻应达到温度的理论值和实测值进行比较计算后得到一个控制量，

23、再由这个控制量来进行解调输出，控制过程见图：图 温度控制原理图本设计采用温控表，固态继电器，铂电阻，加热片构成的温控模块。其中温控表是用来设定温度值，以及显示温度的。继电器是控制加热板的经加热电路开 关的，当温度高于设定温度时，继电器就断开加热电路，停止加热，如果温度低时，就继续加热。铂电阻就是传感器，由他来接收温度信号，传给温控表进而进行其它行动。其中心部件是温控表下面就对其特点和使用方法进行介绍。本设计采用的是XMT7100智能PID温控仪，以下简要对其进行介绍。51 XMT7100主要技术指标l 工作电源：AC85260V/DC85360Vl 整机功耗：小于2Wl 采样速率：4次/秒l

24、测量精度：0.2%FSl 温度显示范围：-19999999l SSR驱动电平：开路电压8V，短路电流40mAl 显示数码管：英寸l 超限显示：“EEEE”l 环境温度：0+50摄氏度，湿度小于85%RHl 继电器触点容量：AC220V 3Al 外形尺寸：48x24x75（毫米）l 开孔尺寸：45x22（毫米）52 面板说明1）AL-继电器指示灯（有输出时亮）2） 参数向下选择键/增加键3） 参数向上选择键/减小键4） 移位键/自整定键5） 设定键/确认键6） OUT-控制输出指示灯（有输出时亮）、AL-自整定时闪烁（长按自整定键后）7） 仪表显示窗口53 参数设定说明531初始功能参数（进入方

25、式，按（set键），输入密码0089） 1）初始功能参数介绍注1： 0：继电器报警输出；无SSR电平输出。常用于上下限报警或位式控制，SV值在此输出方式时无效。 1：继电器有触点式PID控制输出；无SSR电平输出。（仪表控制的目标值为SV，AH1，AL1无需设定）。 2：继电器报警输出；SSR电平无触点式PID控制输出。注2：自整定时下调值，用于防止自整定时出现超调。注3：温度单位选择corf：0为摄氏度（）；1为华氏度（）。当温度单位为“1”时，仪表显示的温度值和其它参数值均为华氏温度。2）初始功能参数设定方法设定要点：a) 按set键进入设定状态；b) 使用键、AL1继电器动作见图1常用于

26、上限报警；AH1键，直到“AT”灯开始闪烁，这时仪表进入自整定状态；当“AT”灯熄灭，自整定过程完成，仪表按自整定时计算出的PID参数开始运行。（控制输出方式时“outy”选1或2）中止自整定：自整定过程中，长按键，直到“AT”灯熄灭，自整定过程中止，原PID参数不变。55 端子图*：该仪表在使用直流电源供电时，1号端子为正极，2号端子为负极。56 仪表应用用户需要控制加热温度，温度要求测温范围为，温度控制在37，系统供电电源为AC220V，仪表开孔尺寸为44X20（mm）驱动器采用固态继电器（SSR）。1)仪表选型：仪表选用XMT7100智能PID温控仪温度传感器选用K型热电偶。2)仪表接线

27、：见图3)参数设定：温度传感器类型（inty）=K控制输出方式（outy）=2自整定偏移值（Atdu）=10传感器零点误差修正值（Psb）=0工作方式（rd）=0温度单位选择（Corf）=0数字滤波系数（Filt）=0PID参数使用自整定结果温度设定及报警参数设定如下温度设定值（SV）继电器吸和值（AH1）=37继电器释放值（AL1）4)启动仪表：（用自整定方式进行PID控制）仪表上电后，长按键，直到“AT”灯开始闪烁，这时仪表进入自整定状态；“AT”灯熄灭后，自整定过程完成，仪表按自整定出的PID参数开始正常运行，将炉温控制在37。57 本次设计过程中出现的问题及解决办法在设计中按SSR固态

28、继电器接法安装结果表明温度不能稳定在设定温度。本次采用的XMT7100型号的温控表外接的SSR继电器只能是交流的，如果接直流的，会因为波形的不同而不能正常工作。后来经过试验和向老工程师咨询后，发现固态继电器的波形和温控表9、10引脚的输出波形不匹配，不能控制固态继电器的通断，而直接将加热电路接入4、5引脚，直接由温控表控制加热电路的通断，进而将温度稳定在需要的温度。工作原理是温控表预先设定好温度（SV=37），然后通过热电偶反馈将温育板的温度检测结果传给温控表，通过温控表的PID控制，控制4、5引脚的通断，如果温度高于设定温度则断开，停止加热。反之则继续加热。另外实际操作中发现原来使用的加热片

29、是两片功率为5W的加热片，但是加热到37很慢，甚至当外界温度不高时，无法达到预设温度（由于散热过快）。后采用两片10W的加热片，能够较快的到达预设温度，减少预热时间，同时降低了对环境温度的要求，提高了操作人员的工作效率。6 光电倍增管PMT及检测系统简介61 光电倍增管简介光电倍增管：Photo Multiplier Tube，简称PMT，是灵敏度极高，响应速度极快的光探测器。可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光亮仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。61 1 光电倍增管的

30、一般结构光电倍增管有光发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。典型的光电倍增管按入射光接收方式分为端窗式和侧窗式两种类型。其主要工作过程如下：当光照射到光阴极时，光阴极向真空激发出光电子。这些光电子聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电弹出去中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。另外，光电倍增管还具有响应速度快、成本低、阴极面积大等优点。612 光电倍增管的基本特性1）灵敏度和工作光谱区光电倍增管的灵敏度和工总光谱区主要取

31、决于光电倍增管阴极和阳极的光电发射材料。当入射到阴极表面的光子能量足以使电子脱离该表面时才发生电子的光电发射。随着入射光子波长减小，产生光电子发射的效率将增大，但光电倍增管窗材料对光的吸收也随之增大。显然，光电倍增管的短波响应的极限主要取决于阴极和阳极材料的性能。一般用于可见-红外光谱区的光电倍增管用玻璃窗，而用于紫外光谱区的用石英窗。光阴极一般选用表面功函数低的金属材料，如和红外光谱区选用银-氧-铯阴极，而紫外光谱区的采用多碱光阴极或梯-碲阴极。光电倍增管的灵敏度S是指在1lm的光通过量照射下所输出的光电流的强度，即S=i/F。显然，灵敏度随入射光的波长而变化，这种灵敏度称为光谱灵敏度，而描

32、述光谱灵敏度随波长而变化的曲线称为光谱响应曲线，由此可确定光电倍增管的工作光谱区和最灵敏波长。2）暗电流与线性响应范围光电倍增管在全暗条件下工作时，阴极所收集到的电流称为暗电流。对某种波长的入射光，光电倍增管输出的光电流为：i= KIi + io，式中，Ii对应于产生光电流i的入射光强度，k为比例系数，io为暗电流。由此可见，在一定范围内，光电流与入射光强度呈线性关系，即为光电倍增管的线性响应范围。当入射光强度国语强大时，输出的光电流岁光强的增大而趋向于饱和。线性响应范围的大小与光阴极的材料有关。暗电流的来源主要是由于极间的欧姆漏阻、阴极或其它部件的热电子发射以及残余气体的离子发射、场致发射和

33、玻璃闪烁等引起。当光电倍增管在很低电压下工作时，玻璃芯柱和管座绝缘不良引起的欧姆漏阻是暗电流的主要成分，暗电流随工作电压的升高成正比增加；当工作电压较高时，暗电流主要来源于热电子发射，由于光电阴极和倍增极材料的电子溢出功很低，甚至在室温也可以有热电子发射，这种热电子发射随电压升高暗电流成指数倍增；当工作电压较高时，光电倍增管内的残余气体可被光电离，产生带正电荷的分子离子，当与阴极或打拿极碰撞时可产生二次电子，引起很大的输出噪声脉冲，另外高压时在强电场作用下也可以产生场致发射电子引起噪声，另外当电子偏离正常轨迹打到玻壳上会出现闪烁现象引起暗电流脉冲，这些暗电流均随工作电压升高而急剧增加，使光电倍

34、增管工作不稳定，因此为了减少暗电流，对光电倍增管的最高工作电压均加以限制。3）噪声和信噪比在入射光强度不变的情况下，暗电流和信号电流两者的统计起伏叫做噪声。这是由光子和电子的量子性质而带来的统计起伏以及负载电阻在光电流经过时其电子的热骚动引起的。输出光电流强度与噪声电流强度之比值，称为信噪比。显然，降低噪声，提高信噪比，将能检测到更微弱的入射光强度，从而大大有利于降低响应元素的检出限。4）工作电压和工作温度光电倍增管的工作电压对光电流的强度有很大的影响，尤其是光阴极与第一打拿极间的电压差对增益（放大倍数）、噪声的响应更大。因此，要求电压的波动不得超过0.05%，应采用高性能的稳压电源供电，但工

35、作电压不许超过最大值，否则会引起自发放电而损坏管子，工作环境要求恒温和低温，以减少噪声。62 检测系统简介621 检测二维工作台系统工作台上安装有温育模块的半导体加热器，为Y-X二维工作台，具体原理如图所示。图 检测二维工作台机械原理图工作台下层为Y台，由电机1驱动、同步带传动1传动，直线导轨1（导轨1和滑块1）导向，实现Y向运动。X台通过固定在Y台的滑块1上，由电机2驱动、同步带传动2传动，直线导轨2（导轨2和滑块2）导向，实现X向运动。每个工作台安装2个位置传感器，作为极限位置限定，其中一个可以作为初始工作位置使用。62 2 光路开关机械装置光路开关机械装置为单自由度Z向运动装置，具体原理

36、如图所示。图 光路开关机械装置原理图光电倍增管通过厂家专配的安装座固定在安装法兰上，安装法兰固定在一个和暗室侧壁固联在一起的固定板上。遮光法兰通过外圆柱面和固定板内孔实现带导向的Z向（上、下）运动。遮光法兰通过螺栓和固定板上面的安装板固定在一起，安装板通过一个拉式电磁铁驱动。检测时，电磁铁断电，靠弹簧弹力把遮光法兰压在96孔板上；换检测孔时，电磁铁通电动作带动遮光法兰上升，使遮光法兰脱离96孔板。62 3暗室门机械装置暗室门机械装置具体原理如图所示。图6.3 暗室门机械装置原理图仪器关机状态或检测时检测二维工作台位于检测工位，工作台台面位于暗室内。当开机以及加样、温育和洗板时需要检测二维工作台

37、运动至加样、洗板工位，这时检测二维工作台台面顶开暗室门，伸到暗室外面。当关机或检测时检测二维工作台运动到检测工位，暗室门靠扭转合页的弹力自动关闭。 结 束 语此次毕业设计，基本上完成了预期目标，仪器的各项功能都能够较好的完成，且结果相对较准确。机械方面：各种运动均能实现，且具有较好的容错功能，对各种可能出现的问题，加以修正，避免了错误操作，可能引起的仪器损坏。另外机械外观设计还在满足要求的前提下尽量满足了美观实用的要求。虽然本次设计基本上完成了，但是由于时间有限且是第一台，在所难免会有各种不足。在实际工作中我们通过各种措施，尽量减少了这些不足。如在加样过程中，X轴运动系统会产生震动，导致噪声很

38、大，然而单独运动X轴没有震动，后来经过分析，看两次的不同的地方，发现X轴的运动系统，需要带动Y、Z轴一块运动，而加样的过程中，Y轴电机运动到悬臂梁的较远端，因此易产生共振，后来，程序调试，使其X方向运动之前先将Y轴的电机运动到悬臂梁的根部，尽量减少悬臂力矩，结果噪声有了很大的改善。另外这台仪器结构比较复杂，要求实现的功能较多，所以线路布局可能不太美观，这些在当初设计时没有完全考虑好。但是经过第一台的设计，对这一方面有了更好的掌握。此次毕业设计由于设计的是样机且时间限制，难免有各种不太规范的地方，在下一步的设计中将会将会把以前出过的问题得到很好的改善。 致 谢实践是检验真理的唯一标准，当然也是检

39、验学习成果的标准。在经过一段时间的学习之后，我们需要了解自己的所学应该如何应用在实践中，因为任何知识都是源于实践，归于实践，所以要将所学的知识在实践中来检验。实践是一面很亮的镜子，能够通过它看到我们自身的缺点，能够通过它找出自身缺乏的知识。通过这次毕业设计，我明显感觉到“书到用时方恨少”。在以后的生活中我会不断地学习来充实自己。经过一段时间的努力，毕业设计基本完成了。在毕业设计中，学到了很多有用的知识也积累了不少宝贵的项目开发经验。还懂得了团队意识的重要性，在现在的工作中闭门造车是行不通的，需要整个团队共同努力，合理分工，相互配合，才能够把工作做好。在本次设计中，几位老师和我们两个同学共同讨论

40、，共同进步，将工作一步步推向成功。老师严谨的学风，渊博的知识，谦逊的人品，丰富的实践经验，敏锐的科学眼光，将是我永远学习的楷模；老师乐观、正值、朴实的生活态度，令我深深敬佩。老师的谆谆教诲，将使我终生受益，在此谨此表示衷心的感谢和崇高的敬意。这些对于即将的真正进入社会工作的我来说是一笔最为宝贵的财富，将使我受益匪浅，为我以后的生活工作指明了方向。参 考 文 献1 Mangru SD，Harrison DJChemiluminescence detection in integrated post-separation reactors for microchip-base capillary

41、electrophoresis and affinity electrophoresisJ，Electrophoresis，1998，19：2301-23072 Greenway G M，Neistrop L J，Port S N.Tris(2，2-Bipyridyl)rutheniumchemiluminescence in microflow injection system for codeine determinationJ，2000，405：43-503 李刚.现代仪器电路.科学技术文献出版社，2000年8月第1版4 何希才.传感器及其应用.北京：国防工业出版社，20015 陈正,喻

42、红.热电偶测温的线性化处理模块.计量技术，1999，126 徐德胜.半导体制冷与应用技术.上海：上海交通大学出版社，19997 李友善.自动控制原理.北京：国防工业出版社，19888 王顺晃,舒迪前.智能控制系统及其应用.机械工业出版社，19959 刘镇，姜学智.PID控制器参数整定方法综述.电力系统自动化，1997，（8）：79-8310 郑明广，杨长春，朱正伟.基于智能比例算法的实验炉温控制系统.自动仪表，2004（4）：57-5811 罗先和，张广军.光电检测技术.北京：北京航空航天出版社，199512 杨一德.分析仪器电子技术.北京：北京理工大学出版社，199513 林金明.化学发光基础理论与应用.化学工业出版社，200414 明刚.化学发光分析.安徽科学技术出版社,198615 吴健民.临床化学自动化免疫分析.学位论文科学出版社，2000