医疗设备液面探测方案：电容式液位探测传感器

液面探测在全自动医疗设备领域几乎已经成为了必须功能，在全自动医疗设备的加样移液过程中，都需要检测探针是否接触到试剂液面，以此作为设备系统进入下一步工作的依据。为了提高检测速度, 目前大部分IVD仪器采用多路液面检测以提高系统工作效率，设备在日常工作中这一液面探测功能会被成千上万次使用，一旦液面探测出现任何偏差就会出现撞针、试剂交叉污染等设备异常运行状态，如何保证多路液面探测有序、稳定、高效地工作也成为全自动医疗设备研发人员的一个工作重点与难点。

目前大部分具备自行研发能力的IVD设备厂商, 均采用TI的液位检测芯片来自己搭建液位传感器模块, 这种方式存在以下诸多问题:

•       检测精度一般, 且易带来EMI问题;

•       无法处理特定介质及场景, 如凝血, 气泡, 挂珠;

•       只适用于通用平台, 对于特殊机架结构无法适应;

•       无法灵活调整检测范围及精度;

•       不能适应多种不同试剂和检测钢针等情形;

•       面临中美贸易断货或者价格上调风险;

•       需要较强的研发实力, 综合开发成本高, 时间周期长;

由重庆谱思机器人控制系统有限公司提供的PCS0902电容式液面探测传感器，采用软件算法方案代替集成芯片, 可以为IVD医疗仪器, 环保设备等液面探测提供完善的解决方案.

PCS0902液面探测传感器概述

• PCS0902是一种可编程电容传感控制器，性价比高，接口简单灵活。

• 该系列控制器能检测低于1pf的电容变化，并能将检测结果转换为IO电平输出和直观的LED指示。

• PCS09xx提供简单快捷的控制命令集，可通过CAN与控制主机相连接，直接读取测量值

• 适用于各类医疗、环保、实验室仪器的试剂液位检测、容器液位检测等应用场景

就前文所述两种方案，这里做相关技术性能及指标对比

方案总览：

PCS0902电容式液面探测模块采用处理器加软件算法

集成芯片方案采用美国TI公司的专用集成芯片

实时图形检测：

PCS0902配有专用电脑调试软件，在主界面点击“电容传感器控制”可进入电容值实时监控界面，进入该界面后电容值会以波形图方式显示在界面上，同时可对工作模式、触发模式等参数进行设置，界面如下图所示

集成芯片方案无实时监控界面

响应速度及检测精度：

对于高精度实验检测设备来说，液位探测的精度、响应速度是三个重要指标。PCS0902控制器采用高速处理器执行控制例程和滤波算法，在确保检测精度和误报率的情况下，将响应时间缩短到us级。如下图所示。同时为了减小试剂针带来的天线效应（电感谐振量测法的主要缺陷之一），降低电磁辐射,PCS0902将激励频率限制在10khz以内。

为达到较好的EMC性能, 集成芯片方案响应速度须控制在典型值2ms以上.

抗干扰能力：

在多路液面探测成千上万次的触发中，即使外界干扰很小也很可能导致设备异常运行，要保证多通道液面探测稳定有序运行，对液位探测传感器的抗干扰要求会非常高

PCS0902电容式液位探测传感器，可针对设备置实际工况，通过软件读取机架, 介质, 探针等分布电容及频率特性, 然后通过配置相关参数提高传感器抗干扰能力，做到特殊环境灵活应对.

为了获得更好的检测精度和稳定性，PCS0902控制器采用数字信号处理技术对测量环路进行控制，如下图，系统外部环境（稳定、湿度）和连接方式对系统参考电容值有显著影响, 通过软件方式可以非常灵活的消除这种影响。

PCS0902传感器内置控制算法可确保测量线性度，如下图，最大程度免受这些环境因素的影响，但户可能需要视情况对基础电容值进行补偿。

集成芯片方案为固定通用抗干扰措施，特殊工况无抗干扰应对措施

机型适配：

PCS0902电容式液位探测传感器，支持离线触发模式及CANopen总线通讯模式，在设备运行无需实时设置触发值的情况只需通过调试软件简单配置触发值，将相关参数写入传感器内即可实现探针接触到液面时输出电平信号；在复杂工况需要实时监测电容值监测值并实时设置, 触发值时可通过CANopen总线进行监控设置，CANopen信号传输速率高达1M，可以有效保障监控及设置参数实时性；在特殊机型, 如复杂多针结构, 试剂和探针变化等情况下可联系本公司技术人员做数据抓取及算法参数定制。

集成芯片方案无法适配定制.

检测血凝气泡分层：

在全自动凝血分析仪等设备中试管中的血浆及血球会有层次区分，在探针接触到血浆层和血球层时需要得到不同的电平输出，设备根据此电平信号做不同动作，这就需要液位探测传感器有检测血凝气泡分层功能

PCS0902电容式液位探测传感器，采用特殊软件算法及硬件方案，包含检测血凝气泡分层功能.

集成芯片方案无此功能

综合性价比：

PCS0902电容式液位探测传感器，为标准成熟产品，在经过长期市场验证反复升级优化后已将硬件成本做到极低，在需求量大时更是可以做到相当可观的低成本，硬件电路及软件算法已经完善，可极大程度节省软件开发成本，减少开发周期，降低系统集成复杂性

集成芯片方案产品价格主要被集成芯片厂商控制，加之相关电路及MCU，硬件价格较难做低；硬件电路设计及软件开发方面需要较强的研发能力，加上新产品研发需要反复测试验证，开发周期长，需要软件工程师较长时间投入，综合投入成本高.

长期供货稳定性：

PCS0902电容式液位探测传感器，为标准成熟产品，已经规模性应用于全自动医疗设备，生产厂家在国内，软硬件方案对进口芯片及元器件依赖低，国际贸易形势几乎对产品的价格及供货周期无影响，提供整套产品解决方案，无需复杂管理多个供应商

集成芯片方案产品价格及供货周期及易受国际贸易形势影响，在目前中美贸易战频繁形势下长期看会极不稳定，加之一台液位探测传感器需要多种电气元器件、芯片，这就需要多个供应商提供配料，加大了供应商管理难度。

总结：

PCS0902电容式液位探测传感器，方案特性：处理器加软件算法：

•       检测精度高, 支持特殊应用

•       响应性快, us级

•       误报率低, 机构适应性强

•       算法支持参数调整抗干扰

•       综合成本低

•       支持总线信号控制和IO阀值控制

以下为PCS0902电容式液位探测传感器液面探测演示视频：