本多直線絲桿步進電機在生化分析儀上的應用

一、應用背景    

    生化分析儀是醫療機構進行臨床診斷和生命科學、生化研究等研究機構進行科研所必需儀器之一，主要用于測定人體液中各種常規生化指標。 隨著現代科技的不斷進步，科研的發展也越來越高科技化。生化分析儀也由手工操作進入全自動化階段。
    具有**加樣和自動裝載的功能，具有精度高、重復性好、功能齊全、測試項目多等特點，其快速、簡便、微量等特點尤為突出。在藥劑加注上，有別于傳統步進電機驅動方式，直線步進電機在全自動生化儀上應用得越來越廣泛。

    在全自動生化儀中，取樣功能是通過其加樣系統來實現的，加樣系統的精度在很大程度上決定了整個儀器的精度。加樣系統一般由“懸臂機構+驅動機構”組成，傳動機構與懸臂機構相連，從而實現自動加樣取樣功能。傳統的驅動機構一般采用“旋轉步進電機+傳動機構”組成。
   傳統的傳動機構一般包括同步帶、齒輪齒條，滾珠絲桿。同步帶、齒輪齒條精度不高，噪音比較大，*關鍵的是壽命無法保證；滾珠絲桿精度較高、壽命較長，但其體積大，成本高，對機構調校水平要求高。

圖1  直線絲杠電機與傳統步進的機械傳動結構比較

    直線絲杠步進在電機內部實現旋轉運動到直線運動的轉換，使懸臂機構與電機直接連接，使得機構盡量精巧。同時，無須中間傳動環節使其能夠做到更高精度，更高效率以及更高壽命。

圖2  裝載直線絲杠電機的生化分析儀加樣臂

二、生化分析儀加樣系統主要結構及工藝 

    的加樣系統的主要由以下的三大部分組成的，如下所示：

**部分、樣品轉盤

    可放置小型樣品杯或試管。

**部分、試劑室（倉）

    不同的試劑室可容納的試劑盒數量不同，一般可容納20多種試劑。有的試劑室帶有冷藏裝置，帶有條形碼識別裝置的試劑室試劑可以任意放置試劑盒位置。

第三部分、取樣裝置

    有的取樣本和取試劑公用同一采樣針，由內部的分流閥控制取樣本和取試劑；有的有兩套取樣裝置，分別取樣本和取試劑。采樣針前端有液面傳感器防止空吸或采樣針外壁液體掛淋，采樣臂中有預溫裝置。

圖3  全自動生化儀加樣系統

三、本多直線絲杠步進系統 

 本多的混合式直線絲杠步進電機采用高效率傳動螺紋設計和的軸承技術，電機在傳動效率、可靠性、承載力和壽命上優于市場上的同類產品，比常用的金屬螺母結構設計更是優勢明顯，壽命上至少提高10倍以上。適合空間有限，對電機性能和可靠性要求較高，定位精密，運動快速和長壽命的場合。
本多目前上市的產品有：20mm系列、28mm系列、35mm系列、42mm系列、57mm系列、86mm系列兩相混合式直線步進電機。產品涵蓋28種不同的步長，從0.00006英寸（0.001524mm）到0.005英寸（0.127mm）微步，可提供均勻精細的分辨率。每種機座號有三種結構可選：貫通軸式、外部驅動式、固定軸式。

●高精度，定位精度可達0.1μm

    直線絲桿步進電機因傳動機構簡單減少了插補滯后的問題，定位精度、重復精度、優良精度，通都會較“旋轉伺服電機 & 滾珠絲杠”高，且容易實現。直線絲桿步進電機定位精度可達0.1μm,“旋轉伺服電機 滾珠絲杠”*高達到2~5μm。

●高速度，*高可達300m/min

    從速度上和加速度的對比上，直線絲桿步進電機具有相當大的優勢，直線絲桿步進電機速度可達300m/min，加速度10g；滾珠絲杠速度為120m/min，加速度為1.5g。而且直線絲桿步進電機在成功解決發熱問題后速度還會進一步提高，而“旋轉伺服電機 & 滾珠絲杠”在速度上卻受到限制很難再提高較多。

●高壽命，維護簡單

    直線絲桿步進電機因運動部件和固定部件間有安裝間隙，無接觸，不會因動子的高速往復運動而磨損，長間使用對運動定位精度無變化，適合高精度的場合。滾珠絲杠則無法在高速往復運動中保證精度，因高速摩擦，會造成絲杠螺母的磨損，影響運動的精度要求，對高精度的需求場合無法滿足。

四、現場調試結果

    某型號生化分析儀的基本參數如下：
·恒速400 T/H（單/雙試劑），*大640 T/H(選配ISE)
·可同時檢測77個比色項目，3個電解質項目(選配ISE)
·90個日常可用樣本位和80個冷藏試劑位，自動條碼掃描
·全息凹面平像場光柵后分光，集束式光路，反應全過程監測
·反應杯采用“固體直熱”溫控技術，自動8階溫水清洗
·自動等量、增量、減量及前稀釋樣本重測和酶線性拓展功能

鍶坎公司的配置方案如下：

直線絲杠電機基本參數如下：

現場測試證明，取樣速度和精度比傳統步進高出30%以上。

五、結語 

本多直線絲杠步進電機在生化分析儀的取樣系統上的應用，使其結構簡單、有效，提升了國產生化分析儀整體質量和檔次，與國內外同類產品的競爭中處于有利地位。