不同類型的微型電機，結(jié)合不同類型的分析儀可以提供的性能
不同類型的分析儀通過不同的電動廠家（電機、編碼器）和傳動機構(gòu)（滑輪、皮帶、齒輪）執(zhí)行樣品移動以進行分析。為了設(shè)計醫(yī)療分析儀以提供更好、更安全、更個性化和更具成本效益的醫(yī)療保健，分析儀自動化的最常見標準是高質(zhì)量、低噪音和長壽命，且成本極具吸引力。
許多電機/齒輪/編碼器用于在醫(yī)療分析儀內(nèi)傳輸流體、小瓶或化驗。最先進的有刷和無刷無芯電機技術(shù)在高通量應(yīng)用（每小時超過1000次檢測）中運行良好，例如免疫化學(xué)或DNA篩選，而步進電機非常適合低速率采樣分析儀，例如血液每小時運行1-10個樣品的糖測試儀。一些醫(yī)學(xué)分析儀使用基于轉(zhuǎn)臺的方法（見圖1）來堆疊已識別、標記和序列化的化驗，以跟蹤人體體液，使實驗室能夠向醫(yī)療保健專業(yè)人員提供及時和準確的反饋。（見圖2）
步進電機
在速度不是主要問題的此類轉(zhuǎn)臺分析儀的最簡單版本中，步進電機是滿足分析儀功能要求的可靠且具有成本效益的方法。由于步進電機本質(zhì)上是BLDC電機，因此在步進電機中每轉(zhuǎn)每圈都必須將每個相中的電流換向多次有很多桿子。例如，一個100步/轉(zhuǎn)的2相步進電機每相需要25次電流反轉(zhuǎn)才能完成一整圈。使用步進電機的分析儀的主要優(yōu)勢在于，它們每轉(zhuǎn)具有許多穩(wěn)定位置（步長），同時為給定尺寸提供高扭矩（例如，16 mm圓盤磁鐵電機可提供高達5-6 mNm的扭矩）扭矩）。使用步進電機的缺點是它不能高速運行（2000 rpm），這是由于電感與換向頻率以及鐵損（電流反轉(zhuǎn)了很多次）相結(jié)合。
也就是說，一系列步進器-從永磁體到混合到線性-可用于滿足分析儀應(yīng)用需求。當空間和電源需求至關(guān)重要時，永磁罐式步進器適用于分析儀?；旌喜竭M器體積小、功能強大且具有成本效益，足以在分析儀中使用。與標準旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、線性步進器相比，具有維護或磨損少、集成簡單和零件減少等優(yōu)點系統(tǒng)也非常適合許多分析儀應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)通常需要平移機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為線性運動，從而增加零件數(shù)量和集成復(fù)雜性。線性步進器非常適合需要輕負載和開環(huán)性能的分析儀，并且由于與較少的組件相關(guān)的慣性較低，因此它們通?？梢员刃D(zhuǎn)系統(tǒng)更快地加速。
無刷直流無芯電機
對于高通量應(yīng)用——那些在一小時內(nèi)分析超過一千個化驗的應(yīng)用——高效率和更高速度的電機，如有刷直流無芯電機是合適的選擇。它們的轉(zhuǎn)子慣量低（直徑為22毫米的電機的電機慣量范圍為(10–30)x 10-6 kgm2）以及較短的機械時間常數(shù)，使它們非常適合此類應(yīng)用。例如，電機有刷無芯直流電機提供8,000 rpm的空載速度和6.8毫秒的機械時間常數(shù)。電機達到這種速度所需的時間由下式?jīng)Q定：
w=w o(1-exp(-t/t m))
其中w o是空載速度，t m是電機的機械時間常數(shù)，w是經(jīng)過一段時間t后達到的速度。根據(jù)電機特性，在轉(zhuǎn)臺應(yīng)用中可以在大約15毫秒內(nèi)達到90%的空載速度，如圖3所示。應(yīng)當注意，電機上的負載特性取決于以特定速度轉(zhuǎn)動化驗樣品臺所需的扭矩，將決定電機斜升到特定速度所需的實際時間。
基于速度、加速度、性能和成本要求，盤式磁鐵步進電機和無刷直流電機也可以在此應(yīng)用的變體中工作。
另一個在其輸出中發(fā)揮重要作用的分析儀功能是從小瓶或化驗中收集樣品，并將它們提供給基于光度法、色譜法或其他適當方案的測量系統(tǒng)。
開管或閉管形式的樣品分析通常通過轉(zhuǎn)臺提供給穿刺或插入機構(gòu)，用于從小瓶中抽吸樣品，并配置到測量系統(tǒng)。（見圖2）
在一些可用于分析的樣本量有限的關(guān)鍵應(yīng)用中，速度、扭矩、效率和定位精度等電機特性發(fā)揮著重要作用。再次，有刷直流無芯電機由于其在小框架尺寸中的功率密度而具有高度適用性。如前所述，有刷直流無芯電機的低慣性有助于高效的流體傳輸，尤其是在樣品可用性要求在微升范圍內(nèi)的情況下。通常，增量編碼器可用于反饋有刷直流無芯減速電機（見圖4），以測量電機位置和速度。
這種增量式編碼器可以是光學(xué)的或磁性的，并產(chǎn)生與速度和距離成正比的脈沖（見圖5）。在1,000 rpm的較低速度下，通常需要128線的高編碼器分辨率，例如在從小瓶中吸取液體的最后階段。
混合式步進電機
該應(yīng)用的擴展使用帶有步進電機的泵將某些試劑分配到分析中，以幫助分析過程。這種步進電機可以使用開環(huán)或閉環(huán)反饋進行控制?；旌想姍C（如圖6所示）可用于不同的軸以將測試樣品定位在適當?shù)脑噭┓峙淦飨?，閉環(huán)系統(tǒng)雖然更昂貴，但在這種情況下可能是合理的。
典型的罐頭堆垛電機具有離散角位置，其中軸使用保持扭矩保持在離散位置。例如，一個18度步距角的15毫米可堆疊電機可以在沒有反饋傳感器的情況下開環(huán)運行，但定位會很粗糙。另一方面，帶有閉環(huán)系統(tǒng)的混合電機可以有一個編碼器，用于向驅(qū)動電子設(shè)備提供位置反饋，編碼器成本增加10-25美元，以及驅(qū)動電子設(shè)備增強成本。
總結(jié)：
合適的運動廠家的性價比考慮最終取決于分析儀的復(fù)雜性，以及操作所需的精度、效率和環(huán)境條件。一系列不同的電機技術(shù)適用于醫(yī)療分析儀中的不同運動要求和操作軸，如下表所示。
如果功率密度、效率、速度和價值是主要的重要標準，那么有刷直流無芯可能是首選技術(shù)。如果不添加電子設(shè)備和低成本的定位是主要要求，如在低速率采樣分析儀中，那么步進器可能是首選選項。用戶必須根據(jù)性能與價格的需求進行選擇，同時考慮與控制電子設(shè)備和驅(qū)動器相關(guān)的成本，以及此類分析儀可以運行15至20年的使用壽命，并且應(yīng)用需要分析儀服務(wù)于醫(yī)療保健領(lǐng)域。
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