仪器仪表学报

作者：张桢阳，江星宇，黄鹤，李向坤，田良飞

单位：张桢阳,1.浙江大学生物医学工程与仪器科学学院杭州310027； 2.嘉兴凯实生物科技股份有限公司嘉兴314000,zhangzy@quaerolife.com,江星宇,浙江大学生物医学工程与仪器科学学院杭州310027,,黄鹤,嘉兴凯实生物科技股份有限公司嘉兴314000,,李向坤,嘉兴凯实生物科技股份有限公司嘉兴314000,,田良飞,浙江大学生物医学工程与仪器科学学院杭州310027,

关键词：液面探测;晶振法;电容;稳定性

基金：国家自然科学基金（22427806)项目资助

液面探测是全自动体外诊断设备中的关键环节，其准确性直接关系到试剂吸取安全与检测结果可靠性。面向接触式液面探测的精度与稳定性需求，设计了一种基于晶振法的电容式液面探测系统。该系统采用晶体振荡器产生高稳定度的正弦激励信号，驱动电容分压电路工作；当探测探针接触液面时，其寄生电容的变化将调制激励信号的幅值。通过同步选频峰值检测与自稳定脉冲转换机制，实现对液面位置的高灵敏度、高稳定性探测。基于所建立的等效电容模型及传递函数分析，对系统中关键元器件参数进行了优化配置。在Simulink仿真中，验证了前端电路具备150μs的响应延迟特性，并确认自稳定电路在输入电压变化量ΔV>15mV或变化斜率>1V/ms时呈现出脉冲饱和特性，从而保证系统在复杂工况下的稳定性。结果表明去离子水因具有较高阻抗，导致输出脉冲幅值相较于生理盐水有所下降；而当盐水浓度超过0.9%后，脉冲幅值随浓度增加呈现非线性饱和趋势。系统在100~5000μL液位范围，测量标准差≤50μm，变异系数（CV）≤0.75%；在连续10000次测试中，相邻两次测量偏差稳定在±0.15mm范围。液位高度的微小线性下降主要由液体蒸发及探针壁面残留引起。通过晶体振荡器在谐振点的工作模式与关键参数的协同优化，实现了医疗设备级的检测精度与长期运行可靠性，为生化分析仪、免疫分析仪、尿液分析仪等体外诊断设备提供了切实可行的工程化解决方案。

来源：2025年第11期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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