主题:【第十六届原创】优利特URIT-12型便携式血红蛋白分析仪电路原理解析

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  近年来,由于电子技术和电化学试纸技术的进步,国产POCT(Point of care test,即时检验,又称床边检验)仪器品种上市增多,血红蛋白浓度也可以方便地在家中用便携式仪器进行测量了,对于贫血病患者来说是一个福音。本文拆解优利特一款便携式血红蛋白分析仪,解析电路结构,为正确使用和维修提供帮助。

一、仪器基本情况
  广西桂林优利特医疗电子有限公司生产,型号URIT-12。直接显示人体内血红蛋白含量和血细胞压积,可快速完成检测。无需手动校正,不同批号试纸只需插入该试纸CODE卡,仪器自动更换代码。


下图检测窗口的绿光,是内部520nm高亮LED发出的检测光:


检测时的照片:


取出试纸片,背面的反应色块上是棕红色的反应物氰化高铁血红蛋白:


二、仪器测量原理

  仪器与专用试纸条配套使用,通过测量试纸条反射光强度,定量检测血液中血红蛋白(HGB)浓度。其原理是:一次性试纸条上的化学品涂层中含有溶胞剂及反应化学物质,当被测指尖血滴到试纸上,溶胞剂破解红细胞后,反应物质与其中的血红蛋白发生反应,试纸颜色发生变化。试纸颜色变化深浅与血红蛋白浓度相关,在波长520nm LED照射下,用硅光电池测量试纸条反应终点的反光强度,经MCU数据处理后,显示为血红蛋白浓度值。

  试纸条上反应色块的主要反应物质:高铁氰化钾,表面活性剂曲拉通。曲拉通起到溶胞剂作用,让血红蛋白从红细胞中释放出来,与高铁氰化钾反应生成氰化高铁血红蛋白(棕红色),它是一种非常稳定的血红蛋白衍生物,血液中的各种血红蛋白成分均能被转化,其吸收峰为540nm左右。

三、拆机

取下仪器下面盖板,看见内部的“SET”键和PD(检测器):


PD上面有一小块红外截止滤镜(泛红光),防红外干扰。旁边的小圆孔内是520nm高亮LED,工作时发出检测光:


仪器背面,有工厂出厂商标:


卸下电池盖,装有两枚日本原产maxell CR2032锂电池,电量高,比较耐用:


拆开试纸代码卡,内部只有一枚芯片:


芯片型号24C02,是I2C接口串行E2PROM存储芯片,内部写有试纸批号数据,供仪器自动校正使用:


仪器是卡口结构,用小刀拨开,取出电路板:






电路板侧面的通讯孔、试纸代码插槽:


电路板上元件分布,由于采用了MCU,元件不多,比较简洁:


四、主要电子元件及功能
下面电路板上,U1是TI(美国德州仪器)公司的2432C,E2PROM存储芯片,存储试纸数据或检测结果,供MCU分析计算用或查询以往检测结果。U4是TI 公司贴片模数转换芯片D571封装SOT23-6,将光电池输出的模拟电信号转变为数字信号,送入MCU分析计算用。


下面电路板上,U2是TI(美国德州仪器)公司的M430FE427微控制芯片(MCU),封装TQFP-64,是主控芯片,内置本机程序及液晶显示屏驱动。U3-ADNN是电源管理芯片。CRYSTA  EAMD是晶振,为MCU提供时钟基准。



卸下电路板与液晶面板固定螺丝,将二者分离开:


这一面没有元件,LCD与电路板用导电橡胶条连接:


红外截止滤镜片嵌在塑料板上,旁边的小圆孔是LED导光孔:


看见光源520nm高亮LED及PD(硅光电池检测器)的真面目:



该机电路原理框图如下:



仪器电路工作原理:开机前,插入试纸代码卡,按下开关键,仪器自动读取代码卡中的信息并向机器内部传输数据,屏幕显示代码值(应与试纸筒上的代码一致),然后自动关机,取下代码卡。再次按下开关键,根据屏幕提示,插入试纸片,仪器读取试纸片反应色块的白底后,判断为有效试纸,待屏幕出现滴血提示,取指尖血滴入试纸反应区,几秒钟后,待试纸反应区生成氰化高铁血红蛋白(棕红色),MCU发出读取检测头数据指令,520nm高亮LED对试纸反应色块发出闪烁光,试纸反应色块的反射光被PD(硅光电池检测器)接受,其电信号经模数转换后,送入MCU进行分析计算,结果由LCD液晶显示屏显示出来。其余按键用于查阅以前检测结果和进行时间、亮度等参数设置。

结束语:通过拆解,了解到该仪器属于单光束分光光度计。检测器(PD)采用硅光电池,光源采用520nm 高亮LED,为固定波长吸光度测量方式。如果采用最新的智能光敏传感器在一块芯片上集成信号调理、模数转换、跨导运放等电路,会进一步简化电路,使仪器精度及可靠性大大提高,缩小与进口仪器的差距,性价比会得到进一步提升。

用过的试纸片不能乱丢,应妥善处置。避免老人、小孩接触玩耍受到污染。

(由于不是厂家设计人员,难免没有错误,欢迎指正。)
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