专利名称：一种便携式血红蛋白溶液测量系统及相应的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种血红蛋白溶液的浓度测量技术，尤其是涉及一种便携式血红蛋白 溶液测量系统及相应的测量方法。
背景技术：
血红蛋白是人体血液中红细胞内的主要成分，它具有易与氧和二氧化碳结合的特 性，是呼吸系统的载体，可将人体吸入的氧气从肺部输送到全身各组织，再将组织中的二氧 化碳运送到肺后呼出体外。然而，当血红蛋白浓度(Hemoglobin，HGB)低于正常值时就会产 生贫血现象，贫血可能会致使人体皮肤、粘膜苍白、心跳加快、胸闷气短，因此，血红蛋白跟 人体的健康存在很大的关系，人们应该及时准确地了解自己的血红蛋白浓度，保持自己的 健康。血红蛋白溶液测量仪主要用于测量血液中的血红蛋白浓度，它在临床医学上有广 泛应用，主要应用有血站、I⑶、手术室、妇产科(产房)、外科临床、肾透科、血液科、急诊室、 救护车、新生儿监护和运动员体检等许多方面，成为了很多疾病最重要的诊断手段，为临床 提供了准确及时地第一手资料，是必不可少的医疗仪器。目前，国内外已有多种血红蛋白溶液测量仪，国外的如瑞典的Hemoglobin血红 蛋白测量仪，其主要采用试剂条方法来测试血红蛋白浓度，这种仪器采血方便、无需稀释、 测试简洁、十分适合于运动员训练现场进行测试，但其价格昂贵，导致中小医院无法批量采 购，此外所用试剂条价格也很高，而且为一次消耗品，这无疑增加了患者的负担；国内的如 上海精密科学仪器有限公司分析仪器总厂生产的5020型血红蛋白仪，其采用了单波长法， 其利用一定波长的光通过装有空白溶液(氰化高铁标准稀释液)的比色皿，再利用相同的 波长的光通过装有血红蛋白反应溶液(该血红蛋白反应溶液是氰化高铁与稀释后的血红 蛋白溶液反应生成的溶液)的比色皿后，对分别通过装有空白溶液的比色皿和装有血红蛋 白反应溶液的比色皿后的两种光强进行分析，从而得出所测溶液的浓度，这种仪器测量时 间较短，但其需要外配稀释器把血液稀释250倍，然后再将稀释后的血液与氰化高铁进行 溶血反应作为被测溶液，导致这种仪器的体积十分庞大，同时稀释和溶血需要较长时间，使 得实际测量单个血液样本的时间大大增加(大约需45秒/样本)；另一方面，由于采用单 波长法需要测量通过装有空白溶液的比色皿后的光强来进行对比校正，导致操作复杂，测 量效率低；此外，两次测量致使最终的测量结果易受外界因素(如操作员的技能水平等，外 界灰尘等)的影响，直接影响了测量精度。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、测量效率高、测量精度高，且便 于携带的血红蛋白溶液测量系统，同时提供一种能够获得较高测量精度的血红蛋白溶液浓 度的测量方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种便携式血红蛋白溶液测量系
6统，包括ARM控制单元、稳定光源产生电路、比色皿、光电转换电路和A/D转换器，所述的比 色皿内装有待测氰化高铁血红蛋白反应溶液，所述的ARM控制单元分时控制所述的稳定光 源产生电路分别产生具有稳定光强的红光和绿光，所述的稳定光源产生电路产生红光时红 光入射到所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上，所述的比色皿内的待测氰 化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分红光，所述的光电转换电路接收通过所述的比色皿内的 待测氰化高铁血红蛋白反应溶液后的红色出射光，所述的光电转换电路转换接收到的红色 出射光的光强为第一模拟电压信号，所述的光电转换电路传输第一模拟电压信号给所述的 A/D转换器，所述的A/D转换器转换第一模拟电压信号为数字脉冲式的第一频率信号，所述 的A/D转换器传输数字脉冲式的第一频率信号给所述的ARM控制单元，所述的稳定光源产 生电路产生绿光时绿光入射到所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上，所述 的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分绿光，所述的光电转换电路接收通 过所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液后的绿色出射光，所述的光电转换电 路转换接收到的绿色出射光的光强为第二模拟电压信号，所述的光电转换电路传输第二模 拟电压信号给所述的A/D转换器，所述的A/D转换器转换第二模拟电压信号为数字脉冲式 的第二频率信号，所述的A/D转换器传输数字脉冲式的第二频率信号给所述的ARM控制单 元，所述的ARM控制单元根据接收到的数字脉冲式的第一频率信号和数字脉冲式的第二频 率信号获得待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度。所述的ARM控制单元为基于ARM7内核的型号为S3C44B0X的微处理器，所述的微 处理器内置的定时器/计数器配置为定时器和计数器，所述的定时器和所述的计数器分别 与所述的ARM7内核相互通信，所述的ARM控制单元连接有键盘、存储器和显示屏，所述的 ARM控制单元初始化后开启所述的定时器，所述的定时器产生第一个定时中断时，所述的 ARM7内核控制所述的稳定光源产生电路产生具有稳定光强的红光，所述的定时器产生第二 个定时中断时，所述的计数器对数字脉冲式的第一频率信号的脉冲个数进行计数，所述的 定时器产生第三个定时中断时，所述的计数器将其对数字脉冲式的第一频率信号的脉冲个 数进行计数的计数值传输给所述的ARM7内核进行处理，同时所述的ARM7内核控制所述的 稳定光源产生电路产生具有稳定光强的绿光，所述的定时器产生第四个定时中断时，所述 的计数器对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个数进行计数，所述的定时器产生第五个定 时中断时，所述的计数器将其对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个数进行计数的计数值 传输给所述的ARM7内核进行处理，所述的ARM7内核根据两个计数值计算得到待测氰化高 铁血红蛋白反应溶液的浓度，所述的ARM7内核存储待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓 度到所述的存储器，同时传输待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度到所述的显示屏上进 行显不。所述的稳定光源产生电路主要由稳压单元、控制单元和发光单元组成，所述的稳 压单元包括稳压源、第一电解电容、第二电容、第三电解电容、第四电容和第一电阻，所述的 控制单元包括第一三极管、第二三极管、第二电阻和第三电阻，所述的发光单元包括红色发 光二极管和绿色发光二极管，所述的稳压源具有电压输入端、电压输出端和接地端，所述的 稳压源的电压输入端接入工作电压，所述的稳压源的电压输入端分别与所述的第一电解电 容的正极端和所述的第二电容的第一端相连接，所述的第一电解电容的负极端和所述的第 二电容的第二端均接地，所述的稳压源的电压输出端分别与所述的第一电阻的第一端、所述的第三电解电容的正极端和所述的第四电容的第一端相连接，所述的稳压源的接地端分 别与所述的第一电阻的第二端、所述的第三电解电容的负极端和所述的第四电容的第二端 相连接，所述的ARM控制单元通过第一接线端子与所述的第二电阻的第一端相连接，所述 的第二电阻的第二端与所述的第一三极管的基极相连接，所述的第一三极管的集电极与所 述的红色发光二极管的负极端相连接，所述的ARM控制单元通过第二接线端子与所述的第 三电阻的第一端相连接，所述的第三电阻的第二端与所述的第二三极管的基极相连接，所 述的第二三极管的集电极与所述的绿色发光二极管的负极端相连接，所述的第一三极管的 发射极和所述的第二三极管的发射极均接地，所述的红色发光二极管的正极端和所述的绿 色发光二极管的正极端均与所述的稳压源的接地端相连接，所述的红色发光二极管发出的 红光通过所述的比色皿的一侧壁入射到所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶 液上，所述的绿色发光二极管发出的绿光通过所述的比色皿的一侧壁入射到所述的比色皿 内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上。所述的稳压源采用型号为SPX1117的低功耗正向电压调节器，所述的低功耗正向 电压调节器的电压输出端输出的电压为5V ；所述的第一三极管和所述的第二三极管均采
用NPN型三极管。所述的第一接线端子接入高电平且所述的第二接线端子接入低电平时，所述的第 一三极管处于饱和状态，所述的第二三极管处于截止状态，所述的红色发光二极管发出红 光，所述的红色发光二极管发出的红光通过所述的比色皿的一侧壁入射到所述的比色皿内 的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上；所述的第一接线端子接入低电平且所述的第二接线 端子接入高电平时，所述的第一三极管处于截止状态，所述的第二三极管处于饱和状态，所 述的绿色发光二极管发出绿光，所述的绿色发光二极管发出的绿光通过所述的比色皿的一 侧壁入射到所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上。所述的光电转换电路主要由光电二极管、第四电阻、第五电容、第一滑变器、第二 滑变器和运算放大器组成，所述的光电二极管接收通过所述的比色皿内的待测氰化高铁血 红蛋白溶液后的红色出射光和绿色出射光，所述的光电二极管的正极端接地，所述的光电 二极管的正极端与所述的运算放大器的正相输入端相连接，所述的光电二极管的负极端分 别与所述的第四电阻的第一端、所述的第五电容的第一端和所述的运算放大器的反相输入 端相连接，所述的第四电阻的第二端与所述的第一滑变器的第一端相连接，所述的第一滑 变器的第二端和所述的第一滑变器的滑片相连接，其公共连接端分别与所述的第五电容的 第二端和所述的运算放大器的输出端相连接，所述的运算放大器的输出端与所述的A/D转 换器的输入端相连接，所述的运算放大器的第一调零端与所述的第二滑变器的第一端相连 接，所述的运算放大器的第二调零端与所述的第二滑变器的第二端相连接，所述的运算放 大器的接正电源端与所述的第二滑变器的滑片相连接。所述的运算放大器的型号为0P07/AD705。所述的A/D转换器采用电压-频率变换型A/D转换器。一种上述的便携式血红蛋白溶液测量系统相应的测量方法，包括以下步骤①初始化ARM控制单元，ARM控制单元内置的定时器被开启，其产生第一个定时中 断，ARM控制单元的ARM7内核控制稳定光源产生电路的第一三极管使其处于饱和状态，第 一三极管工作控制稳定光源产生电路的红色发光二极管发出具有稳定光强的红光；
②红色发光二极管发出的红光入射到比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶 液上，待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分红光，而通过待测氰化高铁血红蛋白反应 溶液后的红色出射光照射到光电转换电路的光电二极管上，光电二极管将红色出射光的光 强转换为第一模拟电压信号，光电转换电路的运算放大器对第一模拟电压信号进行放大处 理，并将放大后的第一模拟电压信号传输给A/D转换器；③A/D转换器将第一模拟电压信号转换为数字脉冲式的第一频率信号，并将数字 脉冲式的第一频率信号传输给ARM控制单元的计数器，同时定时器产生第二个定时中断 时，计数器对数字脉冲式的第一频率信号的脉冲个数进行计数；④定时器产生第三个定时中断时，计数器将其对数字脉冲式的第一频率信号的脉 冲个数进行计数的计数值传输给ARM7内核进行处理，同时ARM7内核控制稳定光源产生电 路的第二三极管使其处于饱和状态，第二三极管工作控制稳定光源产生电路的绿色发光二 极管发出具有稳定光强的绿光；⑤绿色发光二极管发出的绿光入射到比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶 液上，待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分绿光，而通过待测氰化高铁血红蛋白反应 溶液后的绿色出射光照射到光电转换电路的光电二极管上，光电二极管将绿色出射光的光 强转换为第二模拟电压信号，光电转换电路的运算放大器对第二模拟电压信号进行放大处 理，并将放大后的第二模拟电压信号传输给A/D转换器；⑥A/D转换器将第二模拟电压信号转换为数字脉冲式的第二频率信号，并将数字 脉冲式的第二频率信号传输给ARM控制单元的计数器，同时定时器产生第四个定时中断 时，计数器对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个数进行计数；⑦定时器产生第五个定时中断时，计数器将其对数字脉冲式的第二频率信号的脉 冲个数进行计数的计数值传输给ARM7内核进行处理；⑧ARM7内核根据两个计数值计算得到待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度，
\f\L
记为C，C =(尽lgf2+(K2-K,)L lgz7，其中,Kl表示红光的吸收系数，表示绿光
的吸收系数，L表示比色皿的一侧壁的厚度，表示计数器对数字脉冲式的第一频率信号的 脉冲个数进行计数得到的计数值，f2表示计数器对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个数 进行计数得到的计数值，Linl表示稳定光源产生电路的红色发光二极管发出的红光的光强， Lin2表示稳定光源产生电路的绿色发光二极管发出的绿光的光强。上述的测量方法中令一1 为a，令(足2 二μ lg^ 为b，令1gf为X，根据
步骤①至⑧测量多组待测氰化高铁血红蛋白反应溶液对应的X和C，然后利用拟合方法拟 合出a和b的具体值，最终得到待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度C = "lgf + Z)。与现有技术相比，本发明的优点在于本测量系统根据氰化高铁血红蛋白反应溶液 对不同波长光的吸收特性，由ARM控制器控制稳定光源产生电路自动分时切换产生红光和 绿光，对比处理透射溶液后的红光和绿光的光强来实现氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度 的测量，解决了现有的采用单波长法进行测量的仪器需要测量空白溶液进行对比校正的缺 陷，从而大大提高了测量效率，也使得操作更为简单，同时也避免了两次测量(即对透过装有空白溶液的比色皿的光的光强及透过装有反应溶液的比色皿的光的光强)由于外部环 境及人为操作等问题造成的误差，从而有效提高了测量精度；本测量系统相较于国外价格 高昂的血红蛋白测量仪，其无需一次性消耗的试剂条，其以高度集成化的ARM控制单元为 核心外加各单元电路，不仅价格低廉，而且重复性好，适于医院批量采购；而相较于国内的 部分大型设备，本测量系统由于采用嵌入式的ARM控制单元来处理，且不需要外配稀释器 进行血液稀释，使得本测量系统小型化，便于出诊携带。本测量系统通过键盘操作配合显示 屏同步显示，使得本测量系统更为人性化，操作更加简单。本测量方法采用双波长法即利用两个具有不同波长的红光和绿光分别通过装有 氰化高铁血红蛋白反应溶液，实现反应溶液浓度的测量，解决了现有的采用单波长法需要 测量空白溶液进行对比校正的缺陷，从而大大提高了测量效率，也使得操作更为简单，同时 也避免了两次测量由于外部环境及人为操作等问题造成的误差，从而有效提高了测量精 度，可以较好的满足临床医学的需要。本测量方法选择红光和绿光来通过反应溶液，这是因 为红光和绿光在两个波长处干扰组分具有相近的吸光度，且在两个波长处待测反应溶液的 吸光度具有足够大的差值，光电转换电路对这两种光有较高的相对敏感度，这样能够有效 减少测量带来的误差，从而提高测量精度。


图1为本发明的便携式血红蛋白溶液测量系统的基本框图；图2为稳定光源产生电路的电路图；图3为光电转换电路的电路图；图4为氰化高铁血红蛋白反应溶液中光的吸收度特性示意图；图5为波长和相对敏感度的关系示意图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例一本发明提出的一种便携式血红蛋白溶液测量系统，如图1所示，其包括ARM控制单 元1、稳定光源产生电路2、比色皿3、光电转换电路4和A/D转换器5，比色皿3内装有待测 氰化高铁血红蛋白反应溶液(图中未示出)，ARM控制单元1分时控制稳定光源产生电路2 分别产生具有稳定光强的红光和绿光，稳定光源产生电路2产生红光时红光入射到比色皿 3内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上，比色皿3内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液 吸收部分红光，光电转换电路4接收通过比色皿3内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液后 的红色出射光即剩余的未被待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收吸收的透射红光，光电转 换电路4转换接收到的红色出射光的光强为第一模拟电压信号，光电转换电路4传输第一 模拟电压信号给A/D转换器5，A/D转换器5转换第一模拟电压信号为数字脉冲式的第一频 率信号，A/D转换器5传输数字脉冲式的第一频率信号给ARM控制单元1，稳定光源产生电 路2产生绿光时绿光入射到比色皿3内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上，比色皿3内 的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分绿光，光电转换电路4接收通过比色皿3内的 待测氰化高铁血红蛋白反应溶液后的绿色出射光即剩余的未被待测氰化高铁血红蛋白反
10应溶液吸收吸收的透射绿光，光电转换电路4转换接收到的绿色出射光的光强为第二模拟 电压信号，光电转换电路4传输第二模拟电压信号给A/D转换器5，A/D转换器转换5第二 模拟电压信号为数字脉冲式的第二频率信号，A/D转换器5传输数字脉冲式的第二频率信 号给ARM控制单元1，ARM控制单元1根据接收到的数字脉冲式的第一频率信号和数字脉冲 式的第二频率信号获得待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度。在此具体实施例中，待测氰化高铁血红蛋白反应溶液由氰化高铁溶液和血红蛋白 反应生成，其无需像5020型血红蛋白仪那样外配稀释器把血液稀释250倍，由于单波长法 以空白溶液为对比校正液，不经稀释难以保证测量精度，而本测量系统以两种波长的光透 射同一溶液，以氰化高铁血红蛋白反应溶液对两种波长不同的吸光度作为测量依据，已具 有较高的测量精度，当然如若稀释亦可提高测量精度。在此具体实施例中，ARM控制单元1为基于ARM7内核11的型号为S3C44B0X的微 处理器，ARM控制单元1即微处理器内置的定时器/计数器可配置为定时器12和计数器13， 定时器12和计数器13分别与ARM7内核11相互通信，ARM控制单元1连接有键盘14、存储 器15和显示屏16，ARM控制单元1初始化后开启定时器12，定时器12产生第一个定时中断 时，ARM7内核11通过ARM控制单元1的与稳定光源产生电路2的第一接线端子RedOn相 连接的I/O 口(图中未示出)输出高电平及与稳定光源产生电路2的第二接线端子GreOn 相连接的I/O 口(图中未示出)输出低电平来控制稳定光源产生电路2产生具有稳定光强 的红光，定时器12产生第二个定时中断时，计数器13对数字脉冲式的第一频率信号的脉冲 个数进行计数，定时器12产生第三个定时中断时，计数器13将其对数字脉冲式的第一频率 信号的脉冲个数进行计数的计数值传输给ARM7内核11进行处理，同时ARM7内核11通过 ARM控制单元1的与稳定光源产生电路2的第一接线端子RedOn相连接的I/O 口(图中未 示出)输出低电平及与稳定光源产生电路2的第二接线端子GreOn相连接的I/O 口(图中 未示出)输出高电平来控制稳定光源产生电路2产生具有稳定光强的绿光，定时器12产生 第四个定时中断时，计数器13对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个数进行计数，定时器 12产生第五个定时中断时，计数器13将其对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个数进行 计数的计数值传输给ARM7内核11进行处理，ARM7内核11根据两个计数值计算得到待测 氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度，ARM7内核11存储待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的 浓度到存储器15，同时传输待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度到显示屏16上进行显 示。ARM控制单元1初始化后显示屏16显示主菜单，可以通过键盘14进行功能选择，键盘 14各个键相应的功能可根据实际情况设置，如可设置1键对18岁以下的人群进行测量，可 设置2键对18 60岁的人群进行测量，可设置3键对60岁以上的人群进行测量等等。定 时器12和计数器13是为S3C44B0X内部集成“定时器/计数器”模块配置得到的，由ARM7 内核11来控制它们的开启关闭和设置中断，定时和计数过程的依据是ARM7内核11内部晶 振或者外部脉冲(如转换后的频率信号)，直到中断产生，或者计数到某一个设定的值再由 ARM7内核11来决定如何操作。在此具体实施例中，稳定光源产生电路2如图2所示，其主要由稳压单元、控制单 元和发光单元组成，稳压单元包括稳压源U1、第一电解电容Cl、第二电容C2、第三电解电容 C3、第四电容C4和第一电阻R1，控制单元包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第二电阻R2 和第三电阻R3，发光单元包括红色发光二极管Dl和绿色发光二极管D2，稳压源Ul具有电压输入端VIN、电压输出端VOUT和接地端GND，稳压源Ul的电压输入端VIN接入工作电压 15V，稳压源Ul的电压输入端VIN分别与第一电解电容Cl的正极端和第二电容C2的第一 端相连接，第一电解电容Cl的负极端和第二电容C2的第二端均接地，稳压源Ul的电压输 出端VOUT分别与第一电阻Rl的第一端、第三电解电容C3的正极端和第四电容C4的第一 端相连接，稳压源Ul的接地端GND分别与第一电阻Rl的第二端、第三电解电容C3的负极 端和第四电容C4的第二端相连接，ARM控制单元1通过第一接线端子RedOn与第二电阻 R2的第一端相连接，第二电阻R2的第二端与第一三极管Ql的基极相连接，第一三极管Ql 的集电极与红色发光二极管Dl的负极端相连接，ARM控制单元1通过第二接线端子GreOn 与第三电阻R3的第一端相连接，第三电阻R3的第二端与第二三极管Q2的基极相连接，第 二三极管Q2的集电极与绿色发光二极管D2的负极端相连接，第一三极管Ql的发射极和第 二三极管Q2的发射极均接地，红色发光二极管Dl的正极端和绿色发光二极管D2的正极端 均与稳压源Ul的接地端GND相连接，红色发光二极管Dl发出的红光通过比色皿3的一侧 壁入射到比色皿3内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上，绿色发光二极管D2发出的绿光 通过比色皿3的一侧壁入射到比色皿3内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上。在此，稳 压源Ul采用型号为SPX1117的低功耗正向电压调节器，低功耗正向电压调节器的电压输出 端输出的电压为5V，也可采用其他任意成熟的具有与型号为SPX1117的低功耗正向电压调 节器相同功能的稳压设备；第一三极管Ql和第二三极管Q2均采用NPN型三极管，第一接线 端子RedOn接入高电平且第二接线端子GreOn接入低电平，第一三极管Ql处于饱和状态， 第二三极管Q2处于截止状态，红色发光二极管Dl发出红光，红色发光二极管Dl发出的红 光通过比色皿3的一侧壁入射到比色皿3内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上；第一接 线端子RedOn接入低电平且第二接线端子GreOn接入高电平时，第一三极管Ql处于截止状 态，第二三极管Q2处于饱和状态，绿色发光二极管D2发出绿光，绿色发光二极管D2发出的 绿光通过比色皿3的一侧壁入射到比色皿3内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上。实际上，稳压单元也可直接采用稳压二极管，利用稳压二极管的稳定电压产生稳 定电流，然而稳压二极管的稳压性能会随着温度等因素的影响而发生变化，从而流过红色 发光二极管或绿色发光二极管的电流也会随着温度的变化而变化，最终将影响测量的准确 性，因此在本实施例中，稳压源采用型号为SPX1117的低功耗正向电压调节器，该稳压源可 以根据环境的变化自动调节电压，使电压稳定，从而使流过红色发光二极管或绿色发光二 极管的电流稳定，达到使红色发光二极管和绿色发光二极管发出的光具有稳定的光强的目 的。在此具体实施例中，光电转换电路主要由光电二极管D3、第四电阻R4、第五电容 C5、第一滑变器VR1、第二滑变器VR2和运算放大器U4组成，光电二极管D3接收通过比色 皿3内的待测氰化高铁血红蛋白溶液后的红色出射光和绿色出射光，光电二极管D3的正极 端接地，光电二极管D3的正极端与运算放大器U4的正相输入端相连接，光电二极管D3的 负极端分别与第四电阻R4的第一端、第五电容C5的第一端和运算放大器U4的反相输入端 相连接，第四电阻R4的第二端与第一滑变器VRl的第一端相连接，第一滑变器VRl的第二 端和第一滑变器VRl的滑片相连接，其公共连接端分别与第五电容C5的第二端和运算放大 器U4的输出端相连接，运算放大器U4的输出端与A/D转换器5的输入端相连接，运算放大 器U4的第一调零端与第二滑变器VR2的第一端相连接，运算放大器U4的第二调零端与第二滑变器VR2的第二端相连接，运算放大器U4的接正电源端与第二滑变器VR2的滑片相连 接。从图3中可以看出，当有光照射到光电二极管D3时，光电二极管D3产生电流I，电流I 流过第四电阻R4和第一滑变器VRl，在运算放大器U4的输出端产生负电压U0,令照射到光 电二极管D3的光的波长为λ及光强为Ι(λ)，令光电二极管D3的短路电路为is。，则光电
二极管D3对该波长为λ的光的敏感性S(A) = $，继而有is。= SU) XI (λ)，可见光
电二极管D3的短路电流is。和照射到光电二极管D3的光的光强I ( λ )成正比，又因为运算 放大器U4的输出端输出的负电压Utl = iscX (VVR1),其中，R4表示第四电阻R4的电阻值， VR1表示第一滑变器VRl的电阻值，所以光强I ( λ )与运算放大器U4的输出端产生负电压 U0成正比，从而可通过测量运算放大器U4的输出端输出的负电压U0来测定光电二极管D3 所接收的光的光强I (λ)。在此，运算放大器U4采用型号为0P07/AD705的运算放大器。在此具体实施例中，A/D转换器5可采用直接A/D转换器，也可采用间接A/D转换 器中的电压-时间转换型(V-T)A/D转换器或电压-频率变换型(V-F)A/D转换器，但由于 电压_频率变换型(V-F) A/D转换器具有工作稳定、线性好、精度高、电路简单、抗干扰能力 强等优点，因此在此采用电压_频率变换型(V-F) A/D转换器，选用型号为AD654的芯片，其 主要将光电转换电路输出的第一模拟电压信号线性地转换成数字脉冲式的第一频率信号， 将光电转换电路输出的第二模拟电压信号线性地转换成数字脉冲式的第二频率信号。实施例二一种上述的便携式血红蛋白溶液测量系统相应的测量方法，其包括以下步骤①初始化ARM控制单元1，ARM控制单元1即微处理器内置的定时器12被开启，其 产生第一个定时中断，ARM7内核11通过ARM控制单元1的与稳定光源产生电路2的第一接 线端子RedOn相连接的I/O 口输出高电平来控制稳定光源产生电路2的第一三极管Ql使 其处于饱和状态，第一三极管Ql工作控制稳定光源产生电路2的红色发光二极管发出具有 稳定光强的红光。②红色发光二极管Dl发出的红光入射到比色皿3内的待测氰化高铁血红蛋白反 应溶液上，待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分红光，而通过待测氰化高铁血红蛋白 反应溶液后的红色出射光照射到光电转换电路4的光电二极管D3上，光电二极管D3将红 色出射光的光强转换为第一模拟电压信号，光电转换电路4的运算放大器U4对第一模拟电 压信号进行放大处理，并将放大后的第一模拟电压信号传输给A/D转换器5。③A/D转换器5将第一模拟电压信号转换为数字脉冲式的第一频率信号，并将数 字脉冲式的第一频率信号传输给ARM控制单元1的计数器13，同时定时器12产生第二个定 时中断时，计数器13对数字脉冲式的第一频率信号的脉冲个数进行计数。④定时器12产生第三个定时中断时，计数器13将其对数字脉冲式的第一频率信 号的脉冲个数进行计数的计数值传输给ARM7内核11进行处理，同时ARM7内核11通过ARM 控制单元1的与稳定光源产生电路2的第二接线端子GreOn相连接的I/O 口输出高电平来 控制稳定光源产生电路2的第二三极管Q2使其处于饱和状态，第二三极管Q2工作控制稳 定光源产生电路2的绿色发光二极管发出具有稳定光强的绿光。⑤绿色发光二极管D2发出的绿光入射到比色皿3内的待测氰化高铁血红蛋白反
13应溶液上，待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分绿光，而通过待测氰化高铁血红蛋白 反应溶液后的绿色出射光照射到光电转换电路4的光电二极管D3上，光电二极管D3将绿 色出射光的光强转换为第二模拟电压信号，光电转换电路4的运算放大器U4对第二模拟电 压信号进行放大处理，并将放大后的第二模拟电压信号传输给A/D转换器5。⑥A/D转换器5将第二模拟电压信号转换为数字脉冲式的第二频率信号，并将数 字脉冲式的第二频率信号传输给ARM控制单元1的计数器13，同时定时器12产生第四个定 时中断时，计数器13对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个数进行计数。⑦定时器12产生第五个定时中断时，计数器13将其对数字脉冲式的第二频率信 号的脉冲个数进行计数的计数值传输给ARM内核11进行处理。⑧ARM7内核11根据两个计数值计算得到待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓
IflL 度，记为GC^^^^lgf + ^^y^lg^"唭中，K1表示红光的吸收系数，K2表示
绿光的吸收系数，L表示比色皿的一侧壁的厚度，表示计数器对数字脉冲式的第一频率信 号的脉冲个数进行计数得到的计数值，f2表示计数器对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲 个数进行计数得到的计数值，Linl表示稳定光源产生电路的红色发光二极管发出的红光的 光强，Lin2表示稳定光源产生电路的绿色发光二极管发出的绿光的光强。 11 , Lin7f令为a，令(A-A)zlg^ 为 b^lgy-^J Χ， $· Μ ·1:$
组待测氰化高铁血红蛋白反应溶液对应的X和C，然后利用现有的拟合方法拟合出a和b的 具体值，最终得到待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度C = Mlgf+ 6。下面以半自动血液分析仪F820测得的氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度作为标 准来拟合a和b的具体值。首先，利用医用注射器将待测氰化高铁血红蛋白反应溶液缓慢 打入比色皿中，连续推动注射器六次，对于每推动注射器一次，进行一次相应的测量，记录 下六次的χ值，测量数据如表1所示。表1氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度和X = Igf的关系表氰化高铁血红蛋白反应 溶液的浓度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的平均值为横轴，对应的C为纵轴，建立直角坐标系画出反应溶液的浓度和 ^ = Ig的关系曲线，两者成线性关系，用Matlab拟合a和b的具体值，得到a = -1376，b
Λ
Λ
=889. 8，从而可以得出氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度为C = -1376xlgf+ 889.8。由于Igf和氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度C成线性关系，因此可以通过测量 igf的稳定性来确定本发明的测量系统及测量方法的稳定性。表2给出了对同一样本进行 14次测量，记录的Igf的数据。表2 14次测量的Igf的值记录表 从表2中可以得出，Igf的平均值为0. 6380，Igf的方差为0.455X 10_6。由于方
差是表示测量值偏离平均值的大小，而1gf的方差很小，可见本发明的测量系统及测量方 法的稳定性较好。本测量方法选择红光和绿光通过待测氰化高铁血红蛋白反应溶液，其原因是假设选择的两种光的波长分别为λ工和λ 2，则需保证波长λ工和λ 2处干扰组分 应具有相同吸光度，这样才能保证Asi =As2，提高测量的精度；在选定的两个波长入工和λ2
处待测组分的吸光度应具有足够大的差值，否则(U(A)表示波长为X1为光通
过待测氰化高铁血红蛋白反应溶液后输出光的光强，Iout(A2)表示波长为λ2为光通过待 测氰化高铁血红蛋白反应溶液后输出光的光强)的值很小，会给测量带来很大的误差；波 长入工和入2处光电转换电路的光电二极管要有足够的相对感度，这样才能提高测量系统的 灵敏性。根据表3可以看出，对于红光、蓝光和绿光的吸收最高，蓝光的波长为470-480nm， 绿光的波长为530-540nm。表3物质颜色与吸收色的互补关系
物质颜色 吸收光颜色 从图4可知，待测氰化高铁血红蛋白反应溶液对蓝光和绿光吸收度都比较高，都 可以满足本测试系统和测量方法的要求，但从图5可以看出，蓝光的相对敏感度很低，而绿 光的相对敏感度大约为蓝光的2倍，所以本测试方法选择红光和绿光作为测量光源。
权利要求
一种便携式血红蛋白溶液测量系统，其特征在于包括ARM控制单元、稳定光源产生电路、比色皿、光电转换电路和A/D转换器，所述的比色皿内装有待测氰化高铁血红蛋白反应溶液，所述的ARM控制单元分时控制所述的稳定光源产生电路分别产生具有稳定光强的红光和绿光，所述的稳定光源产生电路产生红光时红光入射到所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上，所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分红光，所述的光电转换电路接收通过所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液后的红色出射光，所述的光电转换电路转换接收到的红色出射光的光强为第一模拟电压信号，所述的光电转换电路传输第一模拟电压信号给所述的A/D转换器，所述的A/D转换器转换第一模拟电压信号为数字脉冲式的第一频率信号，所述的A/D转换器传输数字脉冲式的第一频率信号给所述的ARM控制单元，所述的稳定光源产生电路产生绿光时绿光入射到所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上，所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分绿光，所述的光电转换电路接收通过所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液后的绿色出射光，所述的光电转换电路转换接收到的绿色出射光的光强为第二模拟电压信号，所述的光电转换电路传输第二模拟电压信号给所述的A/D转换器，所述的A/D转换器转换第二模拟电压信号为数字脉冲式的第二频率信号，所述的A/D转换器传输数字脉冲式的第二频率信号给所述的ARM控制单元，所述的ARM控制单元根据接收到的数字脉冲式的第一频率信号和数字脉冲式的第二频率信号获得待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度。
2.根据权利要求1所述的一种便携式血红蛋白溶液测量系统，其特征在于所述的ARM 控制单元为基于ARM7内核的型号为S3C44B0X的微处理器，所述的微处理器内置的定时器 /计数器配置为定时器和计数器，所述的定时器和所述的计数器分别与所述的ARM7内核相 互通信，所述的ARM控制单元连接有键盘、存储器和显示屏，所述的ARM控制单元初始化后 开启所述的定时器，所述的定时器产生第一个定时中断时，所述的ARM7内核控制所述的稳 定光源产生电路产生具有稳定光强的红光，所述的定时器产生第二个定时中断时，所述的 计数器对数字脉冲式的第一频率信号的脉冲个数进行计数，所述的定时器产生第三个定时 中断时，所述的计数器将其对数字脉冲式的第一频率信号的脉冲个数进行计数的计数值传 输给所述的ARM7内核进行处理，同时所述的ARM7内核控制所述的稳定光源产生电路产生 具有稳定光强的绿光，所述的定时器产生第四个定时中断时，所述的计数器对数字脉冲式 的第二频率信号的脉冲个数进行计数，所述的定时器产生第五个定时中断时，所述的计数 器将其对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个数进行计数的计数值传输给所述的ARM7内 核进行处理，所述的ARM7内核根据两个计数值计算得到待测氰化高铁血红蛋白反应溶液 的浓度，所述的ARM7内核存储待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度到所述的存储器，同 时传输待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度到所述的显示屏上进行显示。
3.根据权利要求1或2所述的一种便携式血红蛋白溶液测量系统，其特征在于所述的 稳定光源产生电路主要由稳压单元、控制单元和发光单元组成，所述的稳压单元包括稳压 源、第一电解电容、第二电容、第三电解电容、第四电容和第一电阻，所述的控制单元包括第 一三极管、第二三极管、第二电阻和第三电阻，所述的发光单元包括红色发光二极管和绿色 发光二极管，所述的稳压源具有电压输入端、电压输出端和接地端，所述的稳压源的电压输 入端接入工作电压，所述的稳压源的电压输入端分别与所述的第一电解电容的正极端和所述的第二电容的第一端相连接，所述的第一电解电容的负极端和所述的第二电容的第二端 均接地，所述的稳压源的电压输出端分别与所述的第一电阻的第一端、所述的第三电解电 容的正极端和所述的第四电容的第一端相连接，所述的稳压源的接地端分别与所述的第一 电阻的第二端、所述的第三电解电容的负极端和所述的第四电容的第二端相连接，所述的 ARM控制单元通过第一接线端子与所述的第二电阻的第一端相连接，所述的第二电阻的第 二端与所述的第一三极管的基极相连接，所述的第一三极管的集电极与所述的红色发光二 极管的负极端相连接，所述的ARM控制单元通过第二接线端子与所述的第三电阻的第一端 相连接，所述的第三电阻的第二端与所述的第二三极管的基极相连接，所述的第二三极管 的集电极与所述的绿色发光二极管的负极端相连接，所述的第一三极管的发射极和所述的 第二三极管的发射极均接地，所述的红色发光二极管的正极端和所述的绿色发光二极管的 正极端均与所述的稳压源的接地端相连接，所述的红色发光二极管发出的红光通过所述的 比色皿的一侧壁入射到所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上，所述的绿色 发光二极管发出的绿光通过所述的比色皿的一侧壁入射到所述的比色皿内的待测氰化高 铁血红蛋白反应溶液上。
4.根据权利要求3所述的一种便携式血红蛋白溶液测量系统，其特征在于所述的稳压 源采用型号为SPX1117的低功耗正向电压调节器，所述的低功耗正向电压调节器的电压输 出端输出的电压为5V ；所述的第一三极管和所述的第二三极管均采用NPN型三极管。
5.根据权利要求4所述的一种便携式血红蛋白溶液测量系统，其特征在于所述的第一 接线端子接入高电平且所述的第二接线端子接入低电平时，所述的第一三极管处于饱和状 态，所述的第二三极管处于截止状态，所述的红色发光二极管发出红光，所述的红色发光二 极管发出的红光通过所述的比色皿的一侧壁入射到所述的比色皿内的待测氰化高铁血红 蛋白反应溶液上；所述的第一接线端子接入低电平且所述的第二接线端子接入高电平时， 所述的第一三极管处于截止状态，所述的第二三极管处于饱和状态，所述的绿色发光二极 管发出绿光，所述的绿色发光二极管发出的绿光通过所述的比色皿的一侧壁入射到所述的 比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上。
6.根据权利要求3所述的一种便携式血红蛋白溶液测量系统，其特征在于所述的光 电转换电路主要由光电二极管、第四电阻、第五电容、第一滑变器、第二滑变器和运算放大 器组成，所述的光电二极管接收通过所述的比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白溶液后的红 色出射光和绿色出射光，所述的光电二极管的正极端接地，所述的光电二极管的正极端与 所述的运算放大器的正相输入端相连接，所述的光电二极管的负极端分别与所述的第四电 阻的第一端、所述的第五电容的第一端和所述的运算放大器的反相输入端相连接，所述的 第四电阻的第二端与所述的第一滑变器的第一端相连接，所述的第一滑变器的第二端和所 述的第一滑变器的滑片相连接，其公共连接端分别与所述的第五电容的第二端和所述的运 算放大器的输出端相连接，所述的运算放大器的输出端与所述的A/D转换器的输入端相连 接，所述的运算放大器的第一调零端与所述的第二滑变器的第一端相连接，所述的运算放 大器的第二调零端与所述的第二滑变器的第二端相连接，所述的运算放大器的接正电源端 与所述的第二滑变器的滑片相连接。
7.根据权利要求6所述的一种便携式血红蛋白溶液测量系统，其特征在于所述的运算 放大器的型号为0P07/AD705。3
8.根据权利要求6所述的一种便携式血红蛋白溶液测量系统，其特征在于所述的A/D 转换器采用电压_频率变换型A/D转换器。
9.一种权利要求1所述的便携式血红蛋白溶液测量系统相应的测量方法，其特征在于 包括以下步骤①初始化ARM控制单元，ARM控制单元内置的定时器被开启，其产生第一个定时中断， ARM控制单元的ARM7内核控制稳定光源产生电路的第一三极管使其处于饱和状态，第一三 极管工作控制稳定光源产生电路的红色发光二极管发出具有稳定光强的红光；②红色发光二极管发出的红光入射到比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上， 待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分红光，而通过待测氰化高铁血红蛋白反应溶液后 的红色出射光照射到光电转换电路的光电二极管上，光电二极管将红色出射光的光强转换 为第一模拟电压信号，光电转换电路的运算放大器对第一模拟电压信号进行放大处理，并 将放大后的第一模拟电压信号传输给A/D转换器；③A/D转换器将第一模拟电压信号转换为数字脉冲式的第一频率信号，并将数字脉冲 式的第一频率信号传输给ARM控制单元的计数器，同时定时器产生第二个定时中断时，计 数器对数字脉冲式的第一频率信号的脉冲个数进行计数；④定时器产生第三个定时中断时，计数器将其对数字脉冲式的第一频率信号的脉冲个 数进行计数的计数值传输给ARM7内核进行处理，同时ARM7内核控制稳定光源产生电路的 第二三极管使其处于饱和状态，第二三极管工作控制稳定光源产生电路的绿色发光二极管 发出具有稳定光强的绿光；⑤绿色发光二极管发出的绿光入射到比色皿内的待测氰化高铁血红蛋白反应溶液上， 待测氰化高铁血红蛋白反应溶液吸收部分绿光，而通过待测氰化高铁血红蛋白反应溶液后 的绿色出射光照射到光电转换电路的光电二极管上，光电二极管将绿色出射光的光强转换 为第二模拟电压信号，光电转换电路的运算放大器对第二模拟电压信号进行放大处理，并 将放大后的第二模拟电压信号传输给A/D转换器；⑥A/D转换器将第二模拟电压信号转换为数字脉冲式的第二频率信号，并将数字脉冲 式的第二频率信号传输给ARM控制单元的计数器，同时定时器产生第四个定时中断时，计 数器对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个数进行计数；⑦定时器产生第五个定时中断时，计数器将其对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个 数进行计数的计数值传输给ARM7内核进行处理；⑧ARM7内核根据两个计数值计算得到待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度，记为c，c=(κ2-Kx)L lgf2+(K2-Kx)Llg^ 唭中，Κι 工力白勺 η及&胃 m，K2 mmmmm收系数，L表示比色皿的一侧壁的厚度，表示计数器对数字脉冲式的第一频率信号的脉冲 个数进行计数得到的计数值，f2表示计数器对数字脉冲式的第二频率信号的脉冲个数进行 计数得到的计数值，Linl表示稳定光源产生电路的红色发光二极管发出的红光的光强，Lin2 表示稳定光源产生电路的绿色发光二极管发出的绿光的光强。
10.根据权利要求9所述的一种便携式血红蛋白溶液测量系统相应的测量方法，其特 11 , Lin2, f、征在于令(A-^)z为 a,令(尤2_ Jgzlg^ 为X，聚①且H测氰化高铁血红蛋白反应溶液对应的χ和C，然后利用拟合方法拟合出a和b的具体值，最 终得到待测氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度C = wlgf + 6。
全文摘要
本发明公开了一种便携式血红蛋白溶液测量系统及相应的测量方法，该测量系统包括ARM控制单元、稳定光源产生电路、比色皿、光电转换电路和A/D转换器，优点在于本测量系统根据氰化高铁血红蛋白反应溶液对不同波长光的吸收特性，由ARM控制器控制稳定光源产生电路自动分时切换产生红光和绿光，对比处理透射溶液后的红光和绿光的光强来实现氰化高铁血红蛋白反应溶液的浓度的测量，解决了现有的采用单波长法进行测量的仪器需要测量空白溶液进行对比校正的缺陷，从而大大提高了测量效率，也使得操作更为简单，同时也避免了两次测量由于外部环境及人为操作等问题造成的误差，从而有效提高了测量精度。
文档编号G01N21/27GK101915741SQ20101024627
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月3日 优先权日2010年8月3日
发明者冯涛涛, 李宏, 王彬之, 高超 申请人:宁波大学