摘要：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)學科學的進步，生化分析儀由手工操作進入機械化、自動化階段。自動生化分析儀具有精度高、重復性好、功能齊全、測試項目多等特點，還有快速、簡便、微量等優(yōu)點，在實驗室和臨床檢驗中得到了廣泛的應用。目前在國內(nèi)全自動生化分析儀市場上，雖然國產(chǎn)品牌正迎頭趕上，但仍舊是國外產(chǎn)品占主導地位，究其原因主要是國產(chǎn)品牌在可靠性和自動化程度上還有一定差距。直線步進電機是應用于自動生化分析儀加樣系統(tǒng)中的有別與傳統(tǒng)傳動方式的一項專利技術產(chǎn)品，它能夠在實現(xiàn)精確加樣和自動裝載的同時保證系統(tǒng)的高壽命和高可靠性。

關鍵詞：直線步進電機，生化分析儀

自動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,檢測,數(shù)據(jù)處理,結(jié)果顯示和輸出,以及清洗等實驗操作步驟實現(xiàn)自動化操作的儀器。

自動生化分析儀的自動加樣、取樣功能是通過其加樣系統(tǒng)來實現(xiàn)的。加樣系統(tǒng)中的機械執(zhí)行機構(gòu)一般包括：懸臂機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)。國內(nèi)目前的驅(qū)動機構(gòu)一般采用旋轉(zhuǎn)步進電機與傳動機構(gòu)諸如：同步帶、齒輪齒條，滾珠絲桿之類；傳動機構(gòu)與懸臂機構(gòu)相連，從而實現(xiàn)自動加樣取樣功能。滾珠絲桿缺點是體積大，成本高，對機構(gòu)調(diào)校要求高，而且滾珠絲桿一般螺距較大，造成機構(gòu)分辨率不高。而其他傳動方式的缺點在于精度不高，再就是噪音比較大，最關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)傳動方式結(jié)構(gòu)復雜，綜合成本高

而直線步進電機以其高精度，高可靠性彌補以上缺陷的同時實現(xiàn)了自動生化分析儀的精確加樣，自動裝載。

下圖是直線步進電機在生化分析儀加樣臂上的典型應用

圖2直線步進電機結(jié)構(gòu)簡潔，便于整體設計

由于直線步進在電機內(nèi)部實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動到直線運動的轉(zhuǎn)換，使懸臂機構(gòu)與電機直接連接，在做到機構(gòu)盡量精巧簡潔的同時，無須中間傳動環(huán)節(jié)的機械機構(gòu)使其能夠做到更高精度，更高效率以及更高壽命。

更簡潔：直線步進電機的在結(jié)構(gòu)上的特性帶來了它在使用上的便利。事實上，直線步進電機之所以在自動生化分析領域有如此成功的應用，原因是其簡潔、精確、靈敏高可靠性的特點完美的契合了自動生化分析儀對線性運動控制性能要求。

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

更高效率：與齒輪齒條傳動或者同步帶傳動等自動生化分析儀中常用的傳動機構(gòu)相比，直線步進電機無疑有著更高的傳動效率。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設計，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3Acme螺紋和V形螺紋對比

更高壽命：由于作為直線步進電機專利結(jié)構(gòu)設計（專利號中國ZL200330102644.4，美國6.932，319），以及專業(yè)化的線性傳動制造工藝保證整體機構(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。事實上，在正常負載條件下，電機至少能達到500萬次循環(huán)的壽命。

直線步進電機技術簡介

步進電機是由磁性轉(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，直線步進電機在電機內(nèi)部把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為線性運動。直線步進電機，或稱線性步進電機，首先出現(xiàn)在美國1968年的第3，402，308號專利上，是頒發(fā)給WilliamHenschke的，從此以后，直線步進電機被廣泛應用于包括制造、精密校準、精密流體測量、精確位置移動等諸多高精度要求領域。

直線步進電機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，從而使螺桿軸向移動。一般而言，目前有兩種實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的方式，第一種是在電機內(nèi)置一個帶內(nèi)螺紋的轉(zhuǎn)子，以轉(zhuǎn)子的內(nèi)螺紋和螺桿相嚙合而實現(xiàn)線性運動，第二種是以螺桿作為電機出軸，在電機外部通過一個外部驅(qū)動螺母和螺桿相嚙合從而實現(xiàn)直線運動。這樣做的結(jié)果是大大簡化了設計，使得在許多應用領域中能夠在不安裝外部機械聯(lián)動裝置的情況下直接使用直線步進電機進行精密的線性運動。

圖4一個典型的固定軸直線步進電機示意圖

由與螺桿相比，驅(qū)動螺桿的螺母顯得更為重要，直線步進電機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)的同時又有相當優(yōu)異的熱膨脹性能。兩方面的優(yōu)異性能，保證了直線步進電機的高壽命。下圖是以青銅材料為參照的電機壽命曲線。

圖5電機壽命曲線圖

總結(jié)

利用直線步進電機可以使生化分析儀器的取樣結(jié)構(gòu)簡單并且非常有效，目前海頓直線步進電機在國內(nèi)的大型醫(yī)療儀器公司生產(chǎn)的生化分析儀器上都有應用。