專利名稱：一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統及相應的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種血紅蛋白溶液的濃度測量技術，尤其是涉及一種便攜式血紅蛋白 溶液測量系統及相應的測量方法。
背景技術：
血紅蛋白是人體血液中紅細胞內的主要成分，它具有易與氧和二氧化碳結合的特 性，是呼吸系統的載體，可將人體吸入的氧氣從肺部輸送到全身各組織，再將組織中的二氧 化碳運送到肺后呼出體外。然而，當血紅蛋白濃度(Hemoglobin，HGB)低于正常值時就會產 生貧血現象，貧血可能會致使人體皮膚、粘膜蒼白、心跳加快、胸悶氣短，因此，血紅蛋白跟 人體的健康存在很大的關系，人們應該及時準確地了解自己的血紅蛋白濃度，保持自己的 健康。血紅蛋白溶液測量儀主要用于測量血液中的血紅蛋白濃度，它在臨床醫學上有廣 泛應用，主要應用有血站、I⑶、手術室、婦產科(產房)、外科臨床、腎透科、血液科、急診室、 救護車、新生兒監護和運動員體檢等許多方面，成為了很多疾病最重要的診斷手段，為臨床 提供了準確及時地第一手資料，是必不可少的醫療儀器。目前，國內外已有多種血紅蛋白溶液測量儀，國外的如瑞典的Hemoglobin血紅 蛋白測量儀，其主要采用試劑條方法來測試血紅蛋白濃度，這種儀器采血方便、無需稀釋、 測試簡潔、十分適合于運動員訓練現場進行測試，但其價格昂貴，導致中小醫院無法批量采 購，此外所用試劑條價格也很高，而且為一次消耗品，這無疑增加了患者的負擔；國內的如 上海精密科學儀器有限公司分析儀器總廠生產的5020型血紅蛋白儀，其采用了單波長法， 其利用一定波長的光通過裝有空白溶液(氰化高鐵標準稀釋液)的比色皿，再利用相同的 波長的光通過裝有血紅蛋白反應溶液(該血紅蛋白反應溶液是氰化高鐵與稀釋后的血紅 蛋白溶液反應生成的溶液)的比色皿后，對分別通過裝有空白溶液的比色皿和裝有血紅蛋 白反應溶液的比色皿后的兩種光強進行分析，從而得出所測溶液的濃度，這種儀器測量時 間較短，但其需要外配稀釋器把血液稀釋250倍，然后再將稀釋后的血液與氰化高鐵進行 溶血反應作為被測溶液，導致這種儀器的體積十分龐大，同時稀釋和溶血需要較長時間，使 得實際測量單個血液樣本的時間大大增加(大約需45秒/樣本)；另一方面，由于采用單 波長法需要測量通過裝有空白溶液的比色皿后的光強來進行對比校正，導致操作復雜，測 量效率低；此外，兩次測量致使最終的測量結果易受外界因素(如操作員的技能水平等，外 界灰塵等)的影響，直接影響了測量精度。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種操作簡單、測量效率高、測量精度高，且便 于攜帶的血紅蛋白溶液測量系統，同時提供一種能夠獲得較高測量精度的血紅蛋白溶液濃 度的測量方法。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種便攜式血紅蛋白溶液測量系
6統，包括ARM控制單元、穩定光源產生電路、比色皿、光電轉換電路和A/D轉換器，所述的比 色皿內裝有待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液，所述的ARM控制單元分時控制所述的穩定光 源產生電路分別產生具有穩定光強的紅光和綠光，所述的穩定光源產生電路產生紅光時紅 光入射到所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上，所述的比色皿內的待測氰 化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分紅光，所述的光電轉換電路接收通過所述的比色皿內的 待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液后的紅色出射光，所述的光電轉換電路轉換接收到的紅色 出射光的光強為第一模擬電壓信號，所述的光電轉換電路傳輸第一模擬電壓信號給所述的 A/D轉換器，所述的A/D轉換器轉換第一模擬電壓信號為數字脈沖式的第一頻率信號，所述 的A/D轉換器傳輸數字脈沖式的第一頻率信號給所述的ARM控制單元，所述的穩定光源產 生電路產生綠光時綠光入射到所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上，所述 的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分綠光，所述的光電轉換電路接收通 過所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液后的綠色出射光，所述的光電轉換電 路轉換接收到的綠色出射光的光強為第二模擬電壓信號，所述的光電轉換電路傳輸第二模 擬電壓信號給所述的A/D轉換器，所述的A/D轉換器轉換第二模擬電壓信號為數字脈沖式 的第二頻率信號，所述的A/D轉換器傳輸數字脈沖式的第二頻率信號給所述的ARM控制單 元，所述的ARM控制單元根據接收到的數字脈沖式的第一頻率信號和數字脈沖式的第二頻 率信號獲得待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度。所述的ARM控制單元為基于ARM7內核的型號為S3C44B0X的微處理器，所述的微 處理器內置的定時器/計數器配置為定時器和計數器，所述的定時器和所述的計數器分別 與所述的ARM7內核相互通信，所述的ARM控制單元連接有鍵盤、存儲器和顯示屏，所述的 ARM控制單元初始化后開啟所述的定時器，所述的定時器產生第一個定時中斷時，所述的 ARM7內核控制所述的穩定光源產生電路產生具有穩定光強的紅光，所述的定時器產生第二 個定時中斷時，所述的計數器對數字脈沖式的第一頻率信號的脈沖個數進行計數，所述的 定時器產生第三個定時中斷時，所述的計數器將其對數字脈沖式的第一頻率信號的脈沖個 數進行計數的計數值傳輸給所述的ARM7內核進行處理，同時所述的ARM7內核控制所述的 穩定光源產生電路產生具有穩定光強的綠光，所述的定時器產生第四個定時中斷時，所述 的計數器對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個數進行計數，所述的定時器產生第五個定 時中斷時，所述的計數器將其對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個數進行計數的計數值 傳輸給所述的ARM7內核進行處理，所述的ARM7內核根據兩個計數值計算得到待測氰化高 鐵血紅蛋白反應溶液的濃度，所述的ARM7內核存儲待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃 度到所述的存儲器，同時傳輸待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度到所述的顯示屏上進 行顯不。所述的穩定光源產生電路主要由穩壓單元、控制單元和發光單元組成，所述的穩 壓單元包括穩壓源、第一電解電容、第二電容、第三電解電容、第四電容和第一電阻，所述的 控制單元包括第一三極管、第二三極管、第二電阻和第三電阻，所述的發光單元包括紅色發 光二極管和綠色發光二極管，所述的穩壓源具有電壓輸入端、電壓輸出端和接地端，所述的 穩壓源的電壓輸入端接入工作電壓，所述的穩壓源的電壓輸入端分別與所述的第一電解電 容的正極端和所述的第二電容的第一端相連接，所述的第一電解電容的負極端和所述的第 二電容的第二端均接地，所述的穩壓源的電壓輸出端分別與所述的第一電阻的第一端、所述的第三電解電容的正極端和所述的第四電容的第一端相連接，所述的穩壓源的接地端分 別與所述的第一電阻的第二端、所述的第三電解電容的負極端和所述的第四電容的第二端 相連接，所述的ARM控制單元通過第一接線端子與所述的第二電阻的第一端相連接，所述 的第二電阻的第二端與所述的第一三極管的基極相連接，所述的第一三極管的集電極與所 述的紅色發光二極管的負極端相連接，所述的ARM控制單元通過第二接線端子與所述的第 三電阻的第一端相連接，所述的第三電阻的第二端與所述的第二三極管的基極相連接，所 述的第二三極管的集電極與所述的綠色發光二極管的負極端相連接，所述的第一三極管的 發射極和所述的第二三極管的發射極均接地，所述的紅色發光二極管的正極端和所述的綠 色發光二極管的正極端均與所述的穩壓源的接地端相連接，所述的紅色發光二極管發出的 紅光通過所述的比色皿的一側壁入射到所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶 液上，所述的綠色發光二極管發出的綠光通過所述的比色皿的一側壁入射到所述的比色皿 內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上。所述的穩壓源采用型號為SPX1117的低功耗正向電壓調節器，所述的低功耗正向 電壓調節器的電壓輸出端輸出的電壓為5V ；所述的第一三極管和所述的第二三極管均采
用NPN型三極管。所述的第一接線端子接入高電平且所述的第二接線端子接入低電平時，所述的第 一三極管處于飽和狀態，所述的第二三極管處于截止狀態，所述的紅色發光二極管發出紅 光，所述的紅色發光二極管發出的紅光通過所述的比色皿的一側壁入射到所述的比色皿內 的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上；所述的第一接線端子接入低電平且所述的第二接線 端子接入高電平時，所述的第一三極管處于截止狀態，所述的第二三極管處于飽和狀態，所 述的綠色發光二極管發出綠光，所述的綠色發光二極管發出的綠光通過所述的比色皿的一 側壁入射到所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上。所述的光電轉換電路主要由光電二極管、第四電阻、第五電容、第一滑變器、第二 滑變器和運算放大器組成，所述的光電二極管接收通過所述的比色皿內的待測氰化高鐵血 紅蛋白溶液后的紅色出射光和綠色出射光，所述的光電二極管的正極端接地，所述的光電 二極管的正極端與所述的運算放大器的正相輸入端相連接，所述的光電二極管的負極端分 別與所述的第四電阻的第一端、所述的第五電容的第一端和所述的運算放大器的反相輸入 端相連接，所述的第四電阻的第二端與所述的第一滑變器的第一端相連接，所述的第一滑 變器的第二端和所述的第一滑變器的滑片相連接，其公共連接端分別與所述的第五電容的 第二端和所述的運算放大器的輸出端相連接，所述的運算放大器的輸出端與所述的A/D轉 換器的輸入端相連接，所述的運算放大器的第一調零端與所述的第二滑變器的第一端相連 接，所述的運算放大器的第二調零端與所述的第二滑變器的第二端相連接，所述的運算放 大器的接正電源端與所述的第二滑變器的滑片相連接。所述的運算放大器的型號為0P07/AD705。所述的A/D轉換器采用電壓-頻率變換型A/D轉換器。一種上述的便攜式血紅蛋白溶液測量系統相應的測量方法，包括以下步驟①初始化ARM控制單元，ARM控制單元內置的定時器被開啟，其產生第一個定時中 斷，ARM控制單元的ARM7內核控制穩定光源產生電路的第一三極管使其處于飽和狀態，第 一三極管工作控制穩定光源產生電路的紅色發光二極管發出具有穩定光強的紅光；
②紅色發光二極管發出的紅光入射到比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶 液上，待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分紅光，而通過待測氰化高鐵血紅蛋白反應 溶液后的紅色出射光照射到光電轉換電路的光電二極管上，光電二極管將紅色出射光的光 強轉換為第一模擬電壓信號，光電轉換電路的運算放大器對第一模擬電壓信號進行放大處 理，并將放大后的第一模擬電壓信號傳輸給A/D轉換器；③A/D轉換器將第一模擬電壓信號轉換為數字脈沖式的第一頻率信號，并將數字 脈沖式的第一頻率信號傳輸給ARM控制單元的計數器，同時定時器產生第二個定時中斷 時，計數器對數字脈沖式的第一頻率信號的脈沖個數進行計數；④定時器產生第三個定時中斷時，計數器將其對數字脈沖式的第一頻率信號的脈 沖個數進行計數的計數值傳輸給ARM7內核進行處理，同時ARM7內核控制穩定光源產生電 路的第二三極管使其處于飽和狀態，第二三極管工作控制穩定光源產生電路的綠色發光二 極管發出具有穩定光強的綠光；⑤綠色發光二極管發出的綠光入射到比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶 液上，待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分綠光，而通過待測氰化高鐵血紅蛋白反應 溶液后的綠色出射光照射到光電轉換電路的光電二極管上，光電二極管將綠色出射光的光 強轉換為第二模擬電壓信號，光電轉換電路的運算放大器對第二模擬電壓信號進行放大處 理，并將放大后的第二模擬電壓信號傳輸給A/D轉換器；⑥A/D轉換器將第二模擬電壓信號轉換為數字脈沖式的第二頻率信號，并將數字 脈沖式的第二頻率信號傳輸給ARM控制單元的計數器，同時定時器產生第四個定時中斷 時，計數器對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個數進行計數；⑦定時器產生第五個定時中斷時，計數器將其對數字脈沖式的第二頻率信號的脈 沖個數進行計數的計數值傳輸給ARM7內核進行處理；⑧ARM7內核根據兩個計數值計算得到待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度，
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記為C，C =(盡lgf2+(K2-K,)L lgz7，其中,Kl表示紅光的吸收系數，表示綠光
的吸收系數，L表示比色皿的一側壁的厚度，表示計數器對數字脈沖式的第一頻率信號的 脈沖個數進行計數得到的計數值，f2表示計數器對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個數 進行計數得到的計數值，Linl表示穩定光源產生電路的紅色發光二極管發出的紅光的光強， Lin2表示穩定光源產生電路的綠色發光二極管發出的綠光的光強。上述的測量方法中令一1 為a，令(足2 二μ lg^ 為b，令1gf為X，根據
步驟①至⑧測量多組待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液對應的X和C，然后利用擬合方法擬 合出a和b的具體值，最終得到待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度C = "lgf + Z)。與現有技術相比，本發明的優點在于本測量系統根據氰化高鐵血紅蛋白反應溶液 對不同波長光的吸收特性，由ARM控制器控制穩定光源產生電路自動分時切換產生紅光和 綠光，對比處理透射溶液后的紅光和綠光的光強來實現氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度 的測量，解決了現有的采用單波長法進行測量的儀器需要測量空白溶液進行對比校正的缺 陷，從而大大提高了測量效率，也使得操作更為簡單，同時也避免了兩次測量(即對透過裝有空白溶液的比色皿的光的光強及透過裝有反應溶液的比色皿的光的光強)由于外部環 境及人為操作等問題造成的誤差，從而有效提高了測量精度；本測量系統相較于國外價格 高昂的血紅蛋白測量儀，其無需一次性消耗的試劑條，其以高度集成化的ARM控制單元為 核心外加各單元電路，不僅價格低廉，而且重復性好，適于醫院批量采購；而相較于國內的 部分大型設備，本測量系統由于采用嵌入式的ARM控制單元來處理，且不需要外配稀釋器 進行血液稀釋，使得本測量系統小型化，便于出診攜帶。本測量系統通過鍵盤操作配合顯示 屏同步顯示，使得本測量系統更為人性化，操作更加簡單。本測量方法采用雙波長法即利用兩個具有不同波長的紅光和綠光分別通過裝有 氰化高鐵血紅蛋白反應溶液，實現反應溶液濃度的測量，解決了現有的采用單波長法需要 測量空白溶液進行對比校正的缺陷，從而大大提高了測量效率，也使得操作更為簡單，同時 也避免了兩次測量由于外部環境及人為操作等問題造成的誤差，從而有效提高了測量精 度，可以較好的滿足臨床醫學的需要。本測量方法選擇紅光和綠光來通過反應溶液，這是因 為紅光和綠光在兩個波長處干擾組分具有相近的吸光度，且在兩個波長處待測反應溶液的 吸光度具有足夠大的差值，光電轉換電路對這兩種光有較高的相對敏感度，這樣能夠有效 減少測量帶來的誤差，從而提高測量精度。


圖1為本發明的便攜式血紅蛋白溶液測量系統的基本框圖；圖2為穩定光源產生電路的電路圖；圖3為光電轉換電路的電路圖；圖4為氰化高鐵血紅蛋白反應溶液中光的吸收度特性示意圖；圖5為波長和相對敏感度的關系示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例一本發明提出的一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統，如圖1所示，其包括ARM控制單 元1、穩定光源產生電路2、比色皿3、光電轉換電路4和A/D轉換器5，比色皿3內裝有待測 氰化高鐵血紅蛋白反應溶液(圖中未示出)，ARM控制單元1分時控制穩定光源產生電路2 分別產生具有穩定光強的紅光和綠光，穩定光源產生電路2產生紅光時紅光入射到比色皿 3內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上，比色皿3內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液 吸收部分紅光，光電轉換電路4接收通過比色皿3內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液后 的紅色出射光即剩余的未被待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收吸收的透射紅光，光電轉 換電路4轉換接收到的紅色出射光的光強為第一模擬電壓信號，光電轉換電路4傳輸第一 模擬電壓信號給A/D轉換器5，A/D轉換器5轉換第一模擬電壓信號為數字脈沖式的第一頻 率信號，A/D轉換器5傳輸數字脈沖式的第一頻率信號給ARM控制單元1，穩定光源產生電 路2產生綠光時綠光入射到比色皿3內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上，比色皿3內 的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分綠光，光電轉換電路4接收通過比色皿3內的 待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液后的綠色出射光即剩余的未被待測氰化高鐵血紅蛋白反
10應溶液吸收吸收的透射綠光，光電轉換電路4轉換接收到的綠色出射光的光強為第二模擬 電壓信號，光電轉換電路4傳輸第二模擬電壓信號給A/D轉換器5，A/D轉換器轉換5第二 模擬電壓信號為數字脈沖式的第二頻率信號，A/D轉換器5傳輸數字脈沖式的第二頻率信 號給ARM控制單元1，ARM控制單元1根據接收到的數字脈沖式的第一頻率信號和數字脈沖 式的第二頻率信號獲得待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度。在此具體實施例中，待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液由氰化高鐵溶液和血紅蛋白 反應生成，其無需像5020型血紅蛋白儀那樣外配稀釋器把血液稀釋250倍，由于單波長法 以空白溶液為對比校正液，不經稀釋難以保證測量精度，而本測量系統以兩種波長的光透 射同一溶液，以氰化高鐵血紅蛋白反應溶液對兩種波長不同的吸光度作為測量依據，已具 有較高的測量精度，當然如若稀釋亦可提高測量精度。在此具體實施例中，ARM控制單元1為基于ARM7內核11的型號為S3C44B0X的微 處理器，ARM控制單元1即微處理器內置的定時器/計數器可配置為定時器12和計數器13， 定時器12和計數器13分別與ARM7內核11相互通信，ARM控制單元1連接有鍵盤14、存儲 器15和顯示屏16，ARM控制單元1初始化后開啟定時器12，定時器12產生第一個定時中斷 時，ARM7內核11通過ARM控制單元1的與穩定光源產生電路2的第一接線端子RedOn相 連接的I/O 口(圖中未示出)輸出高電平及與穩定光源產生電路2的第二接線端子GreOn 相連接的I/O 口(圖中未示出)輸出低電平來控制穩定光源產生電路2產生具有穩定光強 的紅光，定時器12產生第二個定時中斷時，計數器13對數字脈沖式的第一頻率信號的脈沖 個數進行計數，定時器12產生第三個定時中斷時，計數器13將其對數字脈沖式的第一頻率 信號的脈沖個數進行計數的計數值傳輸給ARM7內核11進行處理，同時ARM7內核11通過 ARM控制單元1的與穩定光源產生電路2的第一接線端子RedOn相連接的I/O 口(圖中未 示出)輸出低電平及與穩定光源產生電路2的第二接線端子GreOn相連接的I/O 口(圖中 未示出)輸出高電平來控制穩定光源產生電路2產生具有穩定光強的綠光，定時器12產生 第四個定時中斷時，計數器13對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個數進行計數，定時器 12產生第五個定時中斷時，計數器13將其對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個數進行 計數的計數值傳輸給ARM7內核11進行處理，ARM7內核11根據兩個計數值計算得到待測 氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度，ARM7內核11存儲待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的 濃度到存儲器15，同時傳輸待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度到顯示屏16上進行顯 示。ARM控制單元1初始化后顯示屏16顯示主菜單，可以通過鍵盤14進行功能選擇，鍵盤 14各個鍵相應的功能可根據實際情況設置，如可設置1鍵對18歲以下的人群進行測量，可 設置2鍵對18 60歲的人群進行測量，可設置3鍵對60歲以上的人群進行測量等等。定 時器12和計數器13是為S3C44B0X內部集成“定時器/計數器”模塊配置得到的，由ARM7 內核11來控制它們的開啟關閉和設置中斷，定時和計數過程的依據是ARM7內核11內部晶 振或者外部脈沖(如轉換后的頻率信號)，直到中斷產生，或者計數到某一個設定的值再由 ARM7內核11來決定如何操作。在此具體實施例中，穩定光源產生電路2如圖2所示，其主要由穩壓單元、控制單 元和發光單元組成，穩壓單元包括穩壓源U1、第一電解電容Cl、第二電容C2、第三電解電容 C3、第四電容C4和第一電阻R1，控制單元包括第一三極管Q1、第二三極管Q2、第二電阻R2 和第三電阻R3，發光單元包括紅色發光二極管Dl和綠色發光二極管D2，穩壓源Ul具有電壓輸入端VIN、電壓輸出端VOUT和接地端GND，穩壓源Ul的電壓輸入端VIN接入工作電壓 15V，穩壓源Ul的電壓輸入端VIN分別與第一電解電容Cl的正極端和第二電容C2的第一 端相連接，第一電解電容Cl的負極端和第二電容C2的第二端均接地，穩壓源Ul的電壓輸 出端VOUT分別與第一電阻Rl的第一端、第三電解電容C3的正極端和第四電容C4的第一 端相連接，穩壓源Ul的接地端GND分別與第一電阻Rl的第二端、第三電解電容C3的負極 端和第四電容C4的第二端相連接，ARM控制單元1通過第一接線端子RedOn與第二電阻 R2的第一端相連接，第二電阻R2的第二端與第一三極管Ql的基極相連接，第一三極管Ql 的集電極與紅色發光二極管Dl的負極端相連接，ARM控制單元1通過第二接線端子GreOn 與第三電阻R3的第一端相連接，第三電阻R3的第二端與第二三極管Q2的基極相連接，第 二三極管Q2的集電極與綠色發光二極管D2的負極端相連接，第一三極管Ql的發射極和第 二三極管Q2的發射極均接地，紅色發光二極管Dl的正極端和綠色發光二極管D2的正極端 均與穩壓源Ul的接地端GND相連接，紅色發光二極管Dl發出的紅光通過比色皿3的一側 壁入射到比色皿3內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上，綠色發光二極管D2發出的綠光 通過比色皿3的一側壁入射到比色皿3內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上。在此，穩 壓源Ul采用型號為SPX1117的低功耗正向電壓調節器，低功耗正向電壓調節器的電壓輸出 端輸出的電壓為5V，也可采用其他任意成熟的具有與型號為SPX1117的低功耗正向電壓調 節器相同功能的穩壓設備；第一三極管Ql和第二三極管Q2均采用NPN型三極管，第一接線 端子RedOn接入高電平且第二接線端子GreOn接入低電平，第一三極管Ql處于飽和狀態， 第二三極管Q2處于截止狀態，紅色發光二極管Dl發出紅光，紅色發光二極管Dl發出的紅 光通過比色皿3的一側壁入射到比色皿3內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上；第一接 線端子RedOn接入低電平且第二接線端子GreOn接入高電平時，第一三極管Ql處于截止狀 態，第二三極管Q2處于飽和狀態，綠色發光二極管D2發出綠光，綠色發光二極管D2發出的 綠光通過比色皿3的一側壁入射到比色皿3內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上。實際上，穩壓單元也可直接采用穩壓二極管，利用穩壓二極管的穩定電壓產生穩 定電流，然而穩壓二極管的穩壓性能會隨著溫度等因素的影響而發生變化，從而流過紅色 發光二極管或綠色發光二極管的電流也會隨著溫度的變化而變化，最終將影響測量的準確 性，因此在本實施例中，穩壓源采用型號為SPX1117的低功耗正向電壓調節器，該穩壓源可 以根據環境的變化自動調節電壓，使電壓穩定，從而使流過紅色發光二極管或綠色發光二 極管的電流穩定，達到使紅色發光二極管和綠色發光二極管發出的光具有穩定的光強的目 的。在此具體實施例中，光電轉換電路主要由光電二極管D3、第四電阻R4、第五電容 C5、第一滑變器VR1、第二滑變器VR2和運算放大器U4組成，光電二極管D3接收通過比色 皿3內的待測氰化高鐵血紅蛋白溶液后的紅色出射光和綠色出射光，光電二極管D3的正極 端接地，光電二極管D3的正極端與運算放大器U4的正相輸入端相連接，光電二極管D3的 負極端分別與第四電阻R4的第一端、第五電容C5的第一端和運算放大器U4的反相輸入端 相連接，第四電阻R4的第二端與第一滑變器VRl的第一端相連接，第一滑變器VRl的第二 端和第一滑變器VRl的滑片相連接，其公共連接端分別與第五電容C5的第二端和運算放大 器U4的輸出端相連接，運算放大器U4的輸出端與A/D轉換器5的輸入端相連接，運算放大 器U4的第一調零端與第二滑變器VR2的第一端相連接，運算放大器U4的第二調零端與第二滑變器VR2的第二端相連接，運算放大器U4的接正電源端與第二滑變器VR2的滑片相連 接。從圖3中可以看出，當有光照射到光電二極管D3時，光電二極管D3產生電流I，電流I 流過第四電阻R4和第一滑變器VRl，在運算放大器U4的輸出端產生負電壓U0,令照射到光 電二極管D3的光的波長為λ及光強為Ι(λ)，令光電二極管D3的短路電路為is。，則光電
二極管D3對該波長為λ的光的敏感性S(A) = $，繼而有is。= SU) XI (λ)，可見光
電二極管D3的短路電流is。和照射到光電二極管D3的光的光強I ( λ )成正比，又因為運算 放大器U4的輸出端輸出的負電壓Utl = iscX (VVR1),其中，R4表示第四電阻R4的電阻值， VR1表示第一滑變器VRl的電阻值，所以光強I ( λ )與運算放大器U4的輸出端產生負電壓 U0成正比，從而可通過測量運算放大器U4的輸出端輸出的負電壓U0來測定光電二極管D3 所接收的光的光強I (λ)。在此，運算放大器U4采用型號為0P07/AD705的運算放大器。在此具體實施例中，A/D轉換器5可采用直接A/D轉換器，也可采用間接A/D轉換 器中的電壓-時間轉換型(V-T)A/D轉換器或電壓-頻率變換型(V-F)A/D轉換器，但由于 電壓_頻率變換型(V-F) A/D轉換器具有工作穩定、線性好、精度高、電路簡單、抗干擾能力 強等優點，因此在此采用電壓_頻率變換型(V-F) A/D轉換器，選用型號為AD654的芯片，其 主要將光電轉換電路輸出的第一模擬電壓信號線性地轉換成數字脈沖式的第一頻率信號， 將光電轉換電路輸出的第二模擬電壓信號線性地轉換成數字脈沖式的第二頻率信號。實施例二一種上述的便攜式血紅蛋白溶液測量系統相應的測量方法，其包括以下步驟①初始化ARM控制單元1，ARM控制單元1即微處理器內置的定時器12被開啟，其 產生第一個定時中斷，ARM7內核11通過ARM控制單元1的與穩定光源產生電路2的第一接 線端子RedOn相連接的I/O 口輸出高電平來控制穩定光源產生電路2的第一三極管Ql使 其處于飽和狀態，第一三極管Ql工作控制穩定光源產生電路2的紅色發光二極管發出具有 穩定光強的紅光。②紅色發光二極管Dl發出的紅光入射到比色皿3內的待測氰化高鐵血紅蛋白反 應溶液上，待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分紅光，而通過待測氰化高鐵血紅蛋白 反應溶液后的紅色出射光照射到光電轉換電路4的光電二極管D3上，光電二極管D3將紅 色出射光的光強轉換為第一模擬電壓信號，光電轉換電路4的運算放大器U4對第一模擬電 壓信號進行放大處理，并將放大后的第一模擬電壓信號傳輸給A/D轉換器5。③A/D轉換器5將第一模擬電壓信號轉換為數字脈沖式的第一頻率信號，并將數 字脈沖式的第一頻率信號傳輸給ARM控制單元1的計數器13，同時定時器12產生第二個定 時中斷時，計數器13對數字脈沖式的第一頻率信號的脈沖個數進行計數。④定時器12產生第三個定時中斷時，計數器13將其對數字脈沖式的第一頻率信 號的脈沖個數進行計數的計數值傳輸給ARM7內核11進行處理，同時ARM7內核11通過ARM 控制單元1的與穩定光源產生電路2的第二接線端子GreOn相連接的I/O 口輸出高電平來 控制穩定光源產生電路2的第二三極管Q2使其處于飽和狀態，第二三極管Q2工作控制穩 定光源產生電路2的綠色發光二極管發出具有穩定光強的綠光。⑤綠色發光二極管D2發出的綠光入射到比色皿3內的待測氰化高鐵血紅蛋白反
13應溶液上，待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分綠光，而通過待測氰化高鐵血紅蛋白 反應溶液后的綠色出射光照射到光電轉換電路4的光電二極管D3上，光電二極管D3將綠 色出射光的光強轉換為第二模擬電壓信號，光電轉換電路4的運算放大器U4對第二模擬電 壓信號進行放大處理，并將放大后的第二模擬電壓信號傳輸給A/D轉換器5。⑥A/D轉換器5將第二模擬電壓信號轉換為數字脈沖式的第二頻率信號，并將數 字脈沖式的第二頻率信號傳輸給ARM控制單元1的計數器13，同時定時器12產生第四個定 時中斷時，計數器13對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個數進行計數。⑦定時器12產生第五個定時中斷時，計數器13將其對數字脈沖式的第二頻率信 號的脈沖個數進行計數的計數值傳輸給ARM內核11進行處理。⑧ARM7內核11根據兩個計數值計算得到待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃
IflL 度，記為GC^^^^lgf + ^^y^lg^"唭中，K1表示紅光的吸收系數，K2表示
綠光的吸收系數，L表示比色皿的一側壁的厚度，表示計數器對數字脈沖式的第一頻率信 號的脈沖個數進行計數得到的計數值，f2表示計數器對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖 個數進行計數得到的計數值，Linl表示穩定光源產生電路的紅色發光二極管發出的紅光的 光強，Lin2表示穩定光源產生電路的綠色發光二極管發出的綠光的光強。 11 , Lin7f令為a，令(A-A)zlg^ 為 b^lgy-^J Χ， $· Μ ·1:$
組待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液對應的X和C，然后利用現有的擬合方法擬合出a和b的 具體值，最終得到待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度C = Mlgf+ 6。下面以半自動血液分析儀F820測得的氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度作為標 準來擬合a和b的具體值。首先，利用醫用注射器將待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液緩慢 打入比色皿中，連續推動注射器六次，對于每推動注射器一次，進行一次相應的測量，記錄 下六次的χ值，測量數據如表1所示。表1氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度和X = Igf的關系表氰化高鐵血紅蛋白反應 溶液的濃度CX = Ig^- Λ平均值第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 第6次 以χ的平均值為橫軸，對應的C為縱軸，建立直角坐標系畫出反應溶液的濃度和 ^ = Ig的關系曲線，兩者成線性關系，用Matlab擬合a和b的具體值，得到a = -1376，b
Λ
Λ
=889. 8，從而可以得出氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度為C = -1376xlgf+ 889.8。由于Igf和氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度C成線性關系，因此可以通過測量 igf的穩定性來確定本發明的測量系統及測量方法的穩定性。表2給出了對同一樣本進行 14次測量，記錄的Igf的數據。表2 14次測量的Igf的值記錄表 從表2中可以得出，Igf的平均值為0. 6380，Igf的方差為0.455X 10_6。由于方
差是表示測量值偏離平均值的大小，而1gf的方差很小，可見本發明的測量系統及測量方 法的穩定性較好。本測量方法選擇紅光和綠光通過待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液，其原因是假設選擇的兩種光的波長分別為λ工和λ 2，則需保證波長λ工和λ 2處干擾組分 應具有相同吸光度，這樣才能保證Asi =As2，提高測量的精度；在選定的兩個波長入工和λ2
處待測組分的吸光度應具有足夠大的差值，否則(U(A)表示波長為X1為光通
過待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液后輸出光的光強，Iout(A2)表示波長為λ2為光通過待 測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液后輸出光的光強)的值很小，會給測量帶來很大的誤差；波 長入工和入2處光電轉換電路的光電二極管要有足夠的相對感度，這樣才能提高測量系統的 靈敏性。根據表3可以看出，對于紅光、藍光和綠光的吸收最高，藍光的波長為470-480nm， 綠光的波長為530-540nm。表3物質顏色與吸收色的互補關系
物質顏色 吸收光顏色 從圖4可知，待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液對藍光和綠光吸收度都比較高，都 可以滿足本測試系統和測量方法的要求，但從圖5可以看出，藍光的相對敏感度很低，而綠 光的相對敏感度大約為藍光的2倍，所以本測試方法選擇紅光和綠光作為測量光源。
權利要求
一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統，其特征在于包括ARM控制單元、穩定光源產生電路、比色皿、光電轉換電路和A/D轉換器，所述的比色皿內裝有待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液，所述的ARM控制單元分時控制所述的穩定光源產生電路分別產生具有穩定光強的紅光和綠光，所述的穩定光源產生電路產生紅光時紅光入射到所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上，所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分紅光，所述的光電轉換電路接收通過所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液后的紅色出射光，所述的光電轉換電路轉換接收到的紅色出射光的光強為第一模擬電壓信號，所述的光電轉換電路傳輸第一模擬電壓信號給所述的A/D轉換器，所述的A/D轉換器轉換第一模擬電壓信號為數字脈沖式的第一頻率信號，所述的A/D轉換器傳輸數字脈沖式的第一頻率信號給所述的ARM控制單元，所述的穩定光源產生電路產生綠光時綠光入射到所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上，所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分綠光，所述的光電轉換電路接收通過所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液后的綠色出射光，所述的光電轉換電路轉換接收到的綠色出射光的光強為第二模擬電壓信號，所述的光電轉換電路傳輸第二模擬電壓信號給所述的A/D轉換器，所述的A/D轉換器轉換第二模擬電壓信號為數字脈沖式的第二頻率信號，所述的A/D轉換器傳輸數字脈沖式的第二頻率信號給所述的ARM控制單元，所述的ARM控制單元根據接收到的數字脈沖式的第一頻率信號和數字脈沖式的第二頻率信號獲得待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度。
2.根據權利要求1所述的一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統，其特征在于所述的ARM 控制單元為基于ARM7內核的型號為S3C44B0X的微處理器，所述的微處理器內置的定時器 /計數器配置為定時器和計數器，所述的定時器和所述的計數器分別與所述的ARM7內核相 互通信，所述的ARM控制單元連接有鍵盤、存儲器和顯示屏，所述的ARM控制單元初始化后 開啟所述的定時器，所述的定時器產生第一個定時中斷時，所述的ARM7內核控制所述的穩 定光源產生電路產生具有穩定光強的紅光，所述的定時器產生第二個定時中斷時，所述的 計數器對數字脈沖式的第一頻率信號的脈沖個數進行計數，所述的定時器產生第三個定時 中斷時，所述的計數器將其對數字脈沖式的第一頻率信號的脈沖個數進行計數的計數值傳 輸給所述的ARM7內核進行處理，同時所述的ARM7內核控制所述的穩定光源產生電路產生 具有穩定光強的綠光，所述的定時器產生第四個定時中斷時，所述的計數器對數字脈沖式 的第二頻率信號的脈沖個數進行計數，所述的定時器產生第五個定時中斷時，所述的計數 器將其對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個數進行計數的計數值傳輸給所述的ARM7內 核進行處理，所述的ARM7內核根據兩個計數值計算得到待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液 的濃度，所述的ARM7內核存儲待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度到所述的存儲器，同 時傳輸待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度到所述的顯示屏上進行顯示。
3.根據權利要求1或2所述的一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統，其特征在于所述的 穩定光源產生電路主要由穩壓單元、控制單元和發光單元組成，所述的穩壓單元包括穩壓 源、第一電解電容、第二電容、第三電解電容、第四電容和第一電阻，所述的控制單元包括第 一三極管、第二三極管、第二電阻和第三電阻，所述的發光單元包括紅色發光二極管和綠色 發光二極管，所述的穩壓源具有電壓輸入端、電壓輸出端和接地端，所述的穩壓源的電壓輸 入端接入工作電壓，所述的穩壓源的電壓輸入端分別與所述的第一電解電容的正極端和所述的第二電容的第一端相連接，所述的第一電解電容的負極端和所述的第二電容的第二端 均接地，所述的穩壓源的電壓輸出端分別與所述的第一電阻的第一端、所述的第三電解電 容的正極端和所述的第四電容的第一端相連接，所述的穩壓源的接地端分別與所述的第一 電阻的第二端、所述的第三電解電容的負極端和所述的第四電容的第二端相連接，所述的 ARM控制單元通過第一接線端子與所述的第二電阻的第一端相連接，所述的第二電阻的第 二端與所述的第一三極管的基極相連接，所述的第一三極管的集電極與所述的紅色發光二 極管的負極端相連接，所述的ARM控制單元通過第二接線端子與所述的第三電阻的第一端 相連接，所述的第三電阻的第二端與所述的第二三極管的基極相連接，所述的第二三極管 的集電極與所述的綠色發光二極管的負極端相連接，所述的第一三極管的發射極和所述的 第二三極管的發射極均接地，所述的紅色發光二極管的正極端和所述的綠色發光二極管的 正極端均與所述的穩壓源的接地端相連接，所述的紅色發光二極管發出的紅光通過所述的 比色皿的一側壁入射到所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上，所述的綠色 發光二極管發出的綠光通過所述的比色皿的一側壁入射到所述的比色皿內的待測氰化高 鐵血紅蛋白反應溶液上。
4.根據權利要求3所述的一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統，其特征在于所述的穩壓 源采用型號為SPX1117的低功耗正向電壓調節器，所述的低功耗正向電壓調節器的電壓輸 出端輸出的電壓為5V ；所述的第一三極管和所述的第二三極管均采用NPN型三極管。
5.根據權利要求4所述的一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統，其特征在于所述的第一 接線端子接入高電平且所述的第二接線端子接入低電平時，所述的第一三極管處于飽和狀 態，所述的第二三極管處于截止狀態，所述的紅色發光二極管發出紅光，所述的紅色發光二 極管發出的紅光通過所述的比色皿的一側壁入射到所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅 蛋白反應溶液上；所述的第一接線端子接入低電平且所述的第二接線端子接入高電平時， 所述的第一三極管處于截止狀態，所述的第二三極管處于飽和狀態，所述的綠色發光二極 管發出綠光，所述的綠色發光二極管發出的綠光通過所述的比色皿的一側壁入射到所述的 比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上。
6.根據權利要求3所述的一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統，其特征在于所述的光 電轉換電路主要由光電二極管、第四電阻、第五電容、第一滑變器、第二滑變器和運算放大 器組成，所述的光電二極管接收通過所述的比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白溶液后的紅 色出射光和綠色出射光，所述的光電二極管的正極端接地，所述的光電二極管的正極端與 所述的運算放大器的正相輸入端相連接，所述的光電二極管的負極端分別與所述的第四電 阻的第一端、所述的第五電容的第一端和所述的運算放大器的反相輸入端相連接，所述的 第四電阻的第二端與所述的第一滑變器的第一端相連接，所述的第一滑變器的第二端和所 述的第一滑變器的滑片相連接，其公共連接端分別與所述的第五電容的第二端和所述的運 算放大器的輸出端相連接，所述的運算放大器的輸出端與所述的A/D轉換器的輸入端相連 接，所述的運算放大器的第一調零端與所述的第二滑變器的第一端相連接，所述的運算放 大器的第二調零端與所述的第二滑變器的第二端相連接，所述的運算放大器的接正電源端 與所述的第二滑變器的滑片相連接。
7.根據權利要求6所述的一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統，其特征在于所述的運算 放大器的型號為0P07/AD705。3
8.根據權利要求6所述的一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統，其特征在于所述的A/D 轉換器采用電壓_頻率變換型A/D轉換器。
9.一種權利要求1所述的便攜式血紅蛋白溶液測量系統相應的測量方法，其特征在于 包括以下步驟①初始化ARM控制單元，ARM控制單元內置的定時器被開啟，其產生第一個定時中斷， ARM控制單元的ARM7內核控制穩定光源產生電路的第一三極管使其處于飽和狀態，第一三 極管工作控制穩定光源產生電路的紅色發光二極管發出具有穩定光強的紅光；②紅色發光二極管發出的紅光入射到比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上， 待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分紅光，而通過待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液后 的紅色出射光照射到光電轉換電路的光電二極管上，光電二極管將紅色出射光的光強轉換 為第一模擬電壓信號，光電轉換電路的運算放大器對第一模擬電壓信號進行放大處理，并 將放大后的第一模擬電壓信號傳輸給A/D轉換器；③A/D轉換器將第一模擬電壓信號轉換為數字脈沖式的第一頻率信號，并將數字脈沖 式的第一頻率信號傳輸給ARM控制單元的計數器，同時定時器產生第二個定時中斷時，計 數器對數字脈沖式的第一頻率信號的脈沖個數進行計數；④定時器產生第三個定時中斷時，計數器將其對數字脈沖式的第一頻率信號的脈沖個 數進行計數的計數值傳輸給ARM7內核進行處理，同時ARM7內核控制穩定光源產生電路的 第二三極管使其處于飽和狀態，第二三極管工作控制穩定光源產生電路的綠色發光二極管 發出具有穩定光強的綠光；⑤綠色發光二極管發出的綠光入射到比色皿內的待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液上， 待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液吸收部分綠光，而通過待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液后 的綠色出射光照射到光電轉換電路的光電二極管上，光電二極管將綠色出射光的光強轉換 為第二模擬電壓信號，光電轉換電路的運算放大器對第二模擬電壓信號進行放大處理，并 將放大后的第二模擬電壓信號傳輸給A/D轉換器；⑥A/D轉換器將第二模擬電壓信號轉換為數字脈沖式的第二頻率信號，并將數字脈沖 式的第二頻率信號傳輸給ARM控制單元的計數器，同時定時器產生第四個定時中斷時，計 數器對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個數進行計數；⑦定時器產生第五個定時中斷時，計數器將其對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個 數進行計數的計數值傳輸給ARM7內核進行處理；⑧ARM7內核根據兩個計數值計算得到待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度，記為c，c=(κ2-Kx)L lgf2+(K2-Kx)Llg^ 唭中，Κι 工力白勺 η及&胃 m，K2 mmmmm收系數，L表示比色皿的一側壁的厚度，表示計數器對數字脈沖式的第一頻率信號的脈沖 個數進行計數得到的計數值，f2表示計數器對數字脈沖式的第二頻率信號的脈沖個數進行 計數得到的計數值，Linl表示穩定光源產生電路的紅色發光二極管發出的紅光的光強，Lin2 表示穩定光源產生電路的綠色發光二極管發出的綠光的光強。
10.根據權利要求9所述的一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統相應的測量方法，其特 11 , Lin2, f、征在于令(A-^)z為 a,令(尤2_ Jgzlg^ 為X，聚①且H測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液對應的χ和C，然后利用擬合方法擬合出a和b的具體值，最 終得到待測氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度C = wlgf + 6。
全文摘要
本發明公開了一種便攜式血紅蛋白溶液測量系統及相應的測量方法，該測量系統包括ARM控制單元、穩定光源產生電路、比色皿、光電轉換電路和A/D轉換器，優點在于本測量系統根據氰化高鐵血紅蛋白反應溶液對不同波長光的吸收特性，由ARM控制器控制穩定光源產生電路自動分時切換產生紅光和綠光，對比處理透射溶液后的紅光和綠光的光強來實現氰化高鐵血紅蛋白反應溶液的濃度的測量，解決了現有的采用單波長法進行測量的儀器需要測量空白溶液進行對比校正的缺陷，從而大大提高了測量效率，也使得操作更為簡單，同時也避免了兩次測量由于外部環境及人為操作等問題造成的誤差，從而有效提高了測量精度。
文檔編號G01N21/27GK101915741SQ20101024627
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月3日 優先權日2010年8月3日
發明者馮濤濤, 李宏, 王彬之, 高超 申請人:寧波大學