尿液分析仪工作原理

前言：医院化验室一般配备台式尿液分析仪（普遍使用光积分球）。近几年，随着床边检验（POCT）的普及，在光学传感器创新器件颜色传感器芯片出现后，有便携式设计的尿液分析仪面世，为走入家庭运用创造了条件。下面通过拆解恩普生尿液分析仪Ui pro，帮助大家认识新型传感器，了解掌上尿液分析仪结构原理，正确使用及维护维修。[b]一、仪器外观[/b]这是主机、充电器（数据线）、试纸（11AI），可以检测尿液11项指标(LEU、NIT、UBG、PRO、PH、BLD、SG、KET、BIL、GLU、VC)。采用五键电容触摸屏进行控制操作，有配套的APP：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101337011604_6963_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]仪器前端，有USB充电及通讯口、试纸条输送口：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101337015030_5255_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]仪器后端，有试纸条运动敞口：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101337019425_5847_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]仪器背面，有标签、电路复位孔。这个仪器内置锂电池，当外接电源时，电压5V、功率2W，很省电：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101337022535_744_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][b]二、检测原理[/b] 尿液试纸条上分布有11个涂有不同试剂的色块。浸过尿液的试纸条，上面的试纸色块由于化学反应而发生颜色变化。颜色深浅与尿液中的各种成分有关，某种成分浓度越高颜色越深。颜色的深浅与光的反射率成比例，只要测得试纸色块对照射光的反射率，即可计算出尿液中各成分的浓度。 仪器开机，待自检后，在试纸条托架上，放上浸过尿液的试纸条，内部步进电机在MCU程序驱动下，将试纸条托架逐步送进仪器，内部的照射光依次照射试纸条上的试纸色块，光传感器对试纸色块的反射光进行检测，然后传送MCU进行分析处理，结果由LCD显示。[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101337026651_3769_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][b]三、拆解过程[/b]1、取下仪器背面四颗胶塞，内部有固定螺丝，用十字改刀旋下[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101337031326_4621_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]2、内部结构及原理内部元件分布标示如下：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101337036076_9823_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101337041307_5360_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]根据观察，绘出仪器电路原理框图如下：[img=,690,394]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101337045403_3901_1807987_3.png!w690x394.jpg[/img]可见，这款掌上尿液分析仪已经取消台式机光积分球结构，故体积可以大大缩小。3、主要电子元件及功能内置电池，采用锂离子电池3.7V、1380mAH[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101337006819_1444_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]U6是锂电池管理芯片，丝印CDV 471 AF3Z：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101346132257_8400_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]主板上U1是MCU，被抹去了型号，隐约可见是ST（意法半导体）公司的单片机。X2是圆柱体晶振。在小电路板上，U3是ST公司的单片机STM32F 101C8T6，Y2是陶瓷滤波器（8M），无线模块在其背面：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101346139067_5565_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]X1是16MHz晶振：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101346145298_5355_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]U4是仪器步进电机驱动器，采用llegro(耀创科技)公司低电压双路全桥式电动机驱动器A3906：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101346150738_2760_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]掀开主电路板，下面是显示电路板及触摸屏控制板：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101346156407_9051_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]显示板上，U1是合泰公司的LCD驱动芯片HT1622：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101346162587_2405_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]用十字改刀卸下检测头电路板4颗固定螺丝：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101346168997_9866_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101346173448_487_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]取下检测头，能看清托架位置检测采用霍尔元件，型号是04E。图中红色箭头是对试纸条的照射光（白光LED）与反射光（进入光传感器）示意：[img=,690,518]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101354017846_6751_1807987_3.jpg!w690x518.jpg[/img]将检测头电路板支架移开，传感器看得更清楚：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101346126298_9607_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]这枚光传感器采用了美国TAOS公司的TCS颜色传感器。正是由于这枚传感器的运用，才使得尿液分析仪得以小型化。[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101350198138_2234_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]该传感器是美国TAOS公司的可编程颜色/频率转换器，型号TCS3200D。[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101350203737_296_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][b]TCS3200D传感器相关知识：[/b] TCS3200D是一款全彩颜色感应芯片。能在一定的范围内检测和测量几乎所有的可见光。它适合于色度计测量应用领域。比如彩色打印、医疗诊断、计算机彩色监视器校准以及油漆、纺织品、化妆品和印刷材料的过程控制。TCS3200D采用8脚SOIC表面贴片式封装，在单一芯片上集成有8×8=64个光电二极管阵列。其中16个光电二极管有红色滤镜，16个光电二极管有绿色滤镜，16个光电二极管有蓝色滤镜，16个光电二极管没有滤镜，可以透过全部光信息。工作时，可以通过两个可编程引脚来动态选择所需要的滤镜。还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%地输出比列因子，或关闭电源模式，以适应不同测量范围。 TCS3200D内部，将光电二极管阵列与电流频率转换器集成在一个COMS芯片上，输出数字量信号。这样，可以直接与MCU或其它逻辑电路连接，不再需要另外的A/D转换电路、调理电路，电路变得十分简单。下图是TCS3200参数、引脚及逻辑控制图表：[img=,690,256]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101350209257_8172_1807987_3.jpg!w690x256.jpg[/img]绘出检测头结构示意图如下：[img=,690,426]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101350214888_3411_1807987_3.jpg!w690x426.jpg[/img][b]检测头工作原理：[/b]试纸条托架在步进电机驱动下，将试纸条送到检测孔下方，浸过尿液的试纸色块在白光LED照射下，其反射光被颜色传感器接收并输出数字量到MCU进行处理，得出结果并显示出来。[color=#4BACC6] [/color]拆下试纸条托架移动的驱动电机看看，卸下两颗固定螺丝：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101350219817_3755_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]拆下这个微型步进电机，但通体没有型号标识：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101400300197_6439_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]试纸条托架：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910101350192537_1192_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][b]四、使用注意事项[/b]除了按照使用说明书的要求，规范操作。还应注意以下几点：1、测试时，仪器应平放，不要晃动。避免试纸条位置滑动，影响检测失败。[color=#4A4A4A]2[/color][color=#4A4A4A]、[/color]测试时，要避免外界强光的干扰，不要照射试纸条托架内部。3、不要放置在高温或太阳直射地方，防止损坏内部锂电池。4、清洁仪器托架时，避免水溶液进入仪器内部，损坏电路元件。[b]结束语：[/b]颜色传感器的问世及应用，给部分光学仪器带来了电路结构的巨大变化，电路简化、体积缩小、检测结果更加精准。特别是一些临床医学检验仪器，小型化、成本降低，更容易进入家庭。为人们预防疾病、保健康养发挥了积极作用。