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| 實驗室機器樣品的數(shù)量進行管理的范圍 | |||||||||||
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實驗室機器自動化的典型應用是血液學分析儀、自動電泳,微生物學分析,生物醫(yī)學分析,止血分析儀、自動分配器。 這些應用程序包括注射器配制液體的小卷,自動分配和抽樣的化學物質(zhì),DNA處理,和許多其他應用程序(參見圖2)。在大多數(shù)情況下,應用程序是笛卡兒的小水井樣品,和單個或多個配藥設備在一個移動的頭上。 樣品的數(shù)量進行管理的范圍可以從1到96。 運動通常與小型步進電動機和驅(qū)動各種機械解決方案,如同步皮帶和滑輪,導致螺絲,齒條和小齒輪驅(qū)動解決方案。
自動化被當作試管市場的需求的解決方案,新的技術(shù)挑戰(zhàn)新興不僅在樣本數(shù)據(jù)的處理雖然信息技術(shù)解決方案還在樣品的物理傳輸鏈的設備,同時保持可追溯性。
例如,其中一個挑戰(zhàn)是測量液體的水平。 一些實驗室仍然依靠技術(shù)人員監(jiān)控存在和液體的水平,一個不精確的和昂貴的替代自動監(jiān)控。 但即使這個看似簡單的任務自動化檢測液體水平是有問題的。 一些設備依賴于導電電極測量水平時,液體直接接觸開關(guān)。 當這種情況發(fā)生時,調(diào)節(jié)儀器的開關(guān)發(fā)出信號,將其轉(zhuǎn)換為一個開關(guān)信號。 但是因為這樣的傳感探頭直接物理接觸液體,實驗室運行樣本污染和測試失敗的風險。 甚至單個標本污染可以導致失去的時間,降低了效率,傾斜的測試結(jié)果,和有缺陷的病人診斷。
盡量減少樣品污染,實驗室技術(shù)人員監(jiān)控自動化過程必須中斷操作來代替一次性調(diào)查技巧。 這些建議必須替換為每個測試液體變化和每個病人樣本分析。 而評估液體水平以這種方式是有效的,一次性技巧可以是昂貴的,需要替換它們昂貴的停機時間。
超聲波傳感器在自動化實驗室設備出現(xiàn)了快速、準確地檢測液體的水平,并且沒有接觸液體。 超聲波傳感器可以安裝分配管的頂部閱讀內(nèi)部液體的水平。 上面的X / Y表移動傳感器樣品管需要提供快速、穩(wěn)定,可重復定位在實驗室設備。 雖然組件標準螺距螺桿或皮帶傳動模塊可以實現(xiàn)這個目標,一個工程解決方案集成機電一體化方法更有可能帶來令人滿意的性能水平在一個可接受的成本。
但盡管許多專業(yè)公司提供所需的工程和可能制造分包服務,許多試管制造商在某種程度上還沒有發(fā)現(xiàn)和實現(xiàn)機電一體化的綜合學科領域。
實驗室設計用于處理標本(如。 、環(huán)境研究或醫(yī)學實驗室自動化分析儀)尤其是受益于一個機電一體化的方法。 這樣的分析是旨在衡量不同的化學物質(zhì)的生物樣品和測試。 第一個生化分析儀主要用于日常重復的醫(yī)學實驗室分析。 然而,他們已經(jīng)取代了過去幾年工作的離散系統(tǒng),需要降低試劑消耗。 此類系統(tǒng)通常確定水平的白蛋白,堿性,血尿素氮、鈣、膽固醇和glucoseuric酸血清或其他身體樣本(見圖3)。
手持吸量管、自動化儀表、高通量機器人工作站,為藥物發(fā)現(xiàn)和色譜系統(tǒng)和生物技術(shù)市場經(jīng)常由一個笛卡兒的機器人,配有多功能X / Y / Z馬車,五個工具在同一時間。 一般來說,這些設備使用高精度機動運動的高速和高精度定位系統(tǒng)。 機動顯示定位系統(tǒng)提高了易于執(zhí)行顯示測量結(jié)果。 雖然所需的動作自動化目前不是很復雜,動作會更加困難,因為吞吐量需求增加。 組件懸臂傾向于flex和振蕩,從而擾亂之間運動的準確性或需要解決的時間運動。 這些系統(tǒng)的動力學沒有簡單的解決方案會使他們更有效率。
在過去,機械工程師已經(jīng)幾乎完全處理機器和產(chǎn)品設計等問題。 機械工程師設計了機器后,控制和軟件工程師工作控制和編程問題的解決方案。 這種sequential-engineering方法通常會導致次優(yōu)的設計。 機械設計總體上影響了微電子學的發(fā)展,控制工程,計算機科學。 需要作為一個堅實的基礎為設計高性能的機器是一個協(xié)同不同工程學科之間的交叉滲透。 這正是機電一體化試圖實現(xiàn):并行工程對機械設計的看法。
必不可少的特性在實驗室的行為或任何機器的控制和協(xié)調(diào)的一個或多個機器的運動元素。 生成和協(xié)調(diào)所需的動作,這樣日益增長的性能和準確性需求得到滿足,已經(jīng)存在理由的機電一體化在許多其他應用程序。 傳統(tǒng)機制的靈活性有限生成各種各樣的運動。 他們的潛力創(chuàng)造復雜的功能關(guān)系的運動執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動之間的元素也受到限制。 純機械驅(qū)動系統(tǒng)的另一個限制是其固有的缺乏準確性,這是由摩擦引起的,反彈,上發(fā)條的錯誤,共振,尺寸錯誤,等等。
這種限制可以通過消除或緩解簡化forced-motion機制之間的執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動的元素。 相反,每個元素提供了一個驅(qū)動電機驅(qū)動和位置傳感器。 運動控制器生成所需的不同的驅(qū)動元素的運動之間的關(guān)系。 運動同步函數(shù)從容易出錯的硬件機制轉(zhuǎn)向靈活的軟件控制器。 通過應用機電一體化的方法,大量的運動可以同步,甚至那些長途遠離對方。
至于外部力量,振動和噪聲等一系列副作用可以影響機械零件和工具的功能行為。 雖然被動阻尼治療法,但適用范圍有限。 機電一體化的方法可以提供更有效的解決方案。 例如,基于信息的振動和噪音水平被適當?shù)膫鞲衅?可以抵消振動致動器的分布式結(jié)構(gòu),和機器元素變得活躍和聰明。
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