摘要：文章通過對全自動(dòng)生化分析儀中加樣系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，對比傳統(tǒng)加樣系統(tǒng)的傳動(dòng)方式，從精度、效率、壽命和綜合成本等方面詳細(xì)闡述了直線步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，提出了對現(xiàn)有加樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷的合理改進(jìn)，從而設(shè)計(jì)出具有優(yōu)越性能且符合市場需求的產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：生化分析、加樣系統(tǒng)、線性運(yùn)動(dòng)、直線步進(jìn)電機(jī)，

引言

生化分析儀是臨床診斷中常用的重要儀器之一, 隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)步，生化分析儀由手工操作進(jìn)入機(jī)械化、自動(dòng)化階段。自動(dòng)生化分析儀具有精度高、重復(fù)性好、功能齊全、測試項(xiàng)目多等特點(diǎn)，還有快速、簡便、微量等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室和臨床檢驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前在國內(nèi)全自動(dòng)生化分析儀市場上，雖然國產(chǎn)品牌正迎頭趕上，但仍舊是國外產(chǎn)品占主導(dǎo)地位，究其原因主要是國產(chǎn)品牌在可靠性和自動(dòng)化程度上還有一定差距。直線步進(jìn)電機(jī)是應(yīng)用于自動(dòng)生化分析儀加樣系統(tǒng)中的有別與傳統(tǒng)傳動(dòng)方式的一項(xiàng)專利技術(shù)產(chǎn)品，它能夠在實(shí)現(xiàn)精確加樣和自動(dòng)裝載的同時(shí)保證系統(tǒng)的高壽命和高可靠性。

直線步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)生化分析儀上的應(yīng)用

自動(dòng)生化分析儀是把臨床生化分析的取樣,加試劑,去干擾,混合,保溫反應(yīng),檢測,數(shù)據(jù)處理,結(jié)果顯示和輸出，以及清洗等實(shí)驗(yàn)操作步驟實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的儀器。

自動(dòng)生化分析儀的自動(dòng)加樣、取樣功能是通過其加樣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。加樣系統(tǒng)中的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般包括：懸臂機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。國內(nèi)目前的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般采用旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)諸如：同步帶、齒輪齒條，滾珠絲桿之類；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與懸臂機(jī)構(gòu)相連，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加樣取樣功能。滾珠絲桿缺點(diǎn)是體積大，成本高，對機(jī)構(gòu)調(diào)校要求高，而且滾珠絲桿一般螺距較大，造成機(jī)構(gòu)分辨率不高。而其他傳動(dòng)方式的缺點(diǎn)在于精度不高，再就是噪音比較大，最關(guān)鍵的是壽命無法保證，從而影響了產(chǎn)品的整體質(zhì)量和檔次，與國外同類產(chǎn)品的競爭中處于不利地位。

圖1 傳統(tǒng)傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合成本高
而直線步進(jìn)電機(jī)以其高精度，高可靠性彌補(bǔ)以上缺陷的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)生化分析儀的精確加樣，自動(dòng)裝載。

下圖是直線步進(jìn)電機(jī)在生化分析儀加樣臂上的典型應(yīng)用

圖2 直線步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡潔，便于整體設(shè)計(jì)
由于直線步進(jìn)在電機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，使懸臂機(jī)構(gòu)與電機(jī)直接連接，在做到機(jī)構(gòu)盡量精巧簡潔的同時(shí)，無須中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的機(jī)械機(jī)構(gòu)使其能夠做到更高精度，更高效率以及更高壽命。

更簡潔：直線步進(jìn)電機(jī)的在結(jié)構(gòu)上的特性帶來了它在使用上的便利。事實(shí)上，直線步進(jìn)電機(jī)之所以在自動(dòng)生化分析領(lǐng)域有如此成功的應(yīng)用，原因是其簡潔、精確、靈敏高可靠性的特點(diǎn)完美的契合了自動(dòng)生化分析儀對線性運(yùn)動(dòng)控制性能要求。

更高精度：直線步進(jìn)電機(jī)采用Acme螺桿傳動(dòng)，螺桿一次碾壓成型，傳動(dòng)精度可以做0.0005mm/mm，最高分辨率可達(dá)0.0015mm。此外為了達(dá)到更高精度，可以配上反向消隙螺母，它能夠消除背隙，達(dá)到更高的傳動(dòng)精度。

更高效率：與齒輪齒條傳動(dòng)或者同步帶傳動(dòng)等自動(dòng)生化分析儀中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，直線步進(jìn)電機(jī)無疑有著更高的傳動(dòng)效率。首先是其Acme螺桿與一般的V形螺紋相比，其29度牙形角效率更高，并且由于它專門為傳動(dòng)設(shè)計(jì)，所以表面光潔度、螺距精度以及公差都不是V形螺紋可以比擬的。

圖3 Acme螺紋和V形螺紋對比
更高壽命：由于作為直線步進(jìn)電機(jī)專利結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（專利號中國ZL200330102644.4， 美國 6.932，319），以及專業(yè)化的線性傳動(dòng)制造工藝保證整體機(jī)構(gòu)的高壽命，另外其自潤滑的螺母材料和高質(zhì)量的螺桿加工工藝，也為其提供高壽命保證。事實(shí)上，在正常負(fù)載條件下，電機(jī)至少能達(dá)到500萬次循環(huán)的壽命。

直線步進(jìn)電機(jī)技術(shù)簡介

步進(jìn)電機(jī)是由磁性轉(zhuǎn)子鐵芯通過與由定子產(chǎn)生的脈沖電磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，直線步進(jìn)電機(jī)在電機(jī)內(nèi)部把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動(dòng)。直線步進(jìn)電機(jī)，或稱線性步進(jìn)電機(jī)，首先出現(xiàn)在美國1968年的第3，402，308號專利上，是頒發(fā)給William Henschke的，從此以后，直線步進(jìn)電機(jī)被廣泛應(yīng)用于包括制造、精密校準(zhǔn)、精密流體測量、精確位置移動(dòng)等諸多高精度要求領(lǐng)域。

直線步進(jìn)電機(jī)的基本原理是采用一根螺桿和螺母相嚙合，采取某種方法防止螺桿螺母相對轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺桿軸向移動(dòng)。一般而言，目前有兩種實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的方式，第一種是在電機(jī)內(nèi)置一個(gè)帶內(nèi)螺紋的轉(zhuǎn)子，以轉(zhuǎn)子的內(nèi)螺紋和螺桿相嚙合而實(shí)現(xiàn)線性運(yùn)動(dòng)，第二種是以螺桿作為電機(jī)出軸，在電機(jī)外部通過一個(gè)外部驅(qū)動(dòng)螺母和螺桿相嚙合從而實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。這樣做的結(jié)果是大大簡化了設(shè)計(jì)，使得在許多應(yīng)用領(lǐng)域中能夠在不安裝外部機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置的情況下直接使用直線步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精密的線性運(yùn)動(dòng)。

圖4 一個(gè)典型的固定軸直線步進(jìn)電機(jī)示意圖
由與螺桿相比，驅(qū)動(dòng)螺桿的螺母顯得更為重要，直線步進(jìn)電機(jī)采用的是青銅注塑內(nèi)螺紋轉(zhuǎn)子，這種綜合考慮了物理穩(wěn)定性和潤滑性能的專利產(chǎn)品，在具有低摩擦系數(shù)的同時(shí)又有相當(dāng)優(yōu)異的熱膨脹性能。兩方面的優(yōu)異性能，保證了直線步進(jìn)電機(jī)的高壽命。下圖是以青銅材料為參照的電機(jī)壽命曲線。

圖5 電機(jī)壽命曲線圖
直線步進(jìn)電機(jī)在國內(nèi)的成功應(yīng)用

目前國內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)直線步進(jìn)電機(jī)的廠商并不多，海頓電機(jī)（常州）有限公司是目前國內(nèi)唯一專業(yè)生產(chǎn)直線步進(jìn)電機(jī)的廠家，公司成立以來一直都致力于優(yōu)化客戶的線形運(yùn)動(dòng)解決方案，提高客戶的產(chǎn)品性能。尤其是在是在生化分析領(lǐng)域，海頓電機(jī)更是以其優(yōu)異的性價(jià)比，良好的售后服務(wù)和強(qiáng)大的技術(shù)支持為客戶所稱道。同時(shí)海頓客戶化定制的產(chǎn)品完全做到了針對生化分析儀量身定做，從而為設(shè)計(jì)工程師提供了更大的設(shè)計(jì)空間，為客戶提升產(chǎn)品的綜合性能提供了良好的先行條件。海頓電機(jī)結(jié)構(gòu)簡潔、免維護(hù)、高壽命的特點(diǎn)使其具有更低的綜合成本使其迅速在生化分析領(lǐng)域被接受，優(yōu)異的性能使其在應(yīng)用中得到廣泛的認(rèn)可和贊譽(yù)，而海頓素來為人稱道的售后服務(wù)使其在市場上不斷開拓進(jìn)取。

海頓扎根中國市場三年多以來迅速以絕對優(yōu)勢占領(lǐng)了相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的市場份額，與國內(nèi)外多加知名廠家建立了良好的合作關(guān)系，如深圳邁瑞、南京英諾華等。此外海頓還長期與國內(nèi)多叫名牌院校和科研院所建立合作關(guān)系，為推動(dòng)國內(nèi)該產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步作出自己的貢獻(xiàn)。(end)