一种智能生物样本储存库的控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种智能生物样本储存库的控制系统及控制方法，包括生物样本储存库、液氮自动补液系统和环境控制系统，其中，生物样本储存库包括有控制台、排气装置、液氮供应管道、液氮供应罐、温、湿度控制装置、气体浓度检测模块、液氮容器、低温电磁阀、排气阀；液氮自动补液系统包括核心芯片模块、液位采集模块、电源模块、显示模块、按键模块、电磁阀驱动模块；环境控制系统包括核心芯片模块、可编程温控模块、电源模块、显示模块、按键模块、排气扇驱动模块、气体浓度检测装置；本发明专利技术对样本低温保存的可靠性与长期稳定性起到了积极作用。温保存的可靠性与长期稳定性起到了积极作用。温保存的可靠性与长期稳定性起到了积极作用。

【技术实现步骤摘要】
一种智能生物样本储存库的控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及生物样本储存领域，具体涉及一种智能生物样本储存库的控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]进入21世纪以来，随着现代生物技术和研究的飞速发展，生物科学、医学和分子遗传学等学科均取得了长足的进步，国外对人类遗传资源的保护和开发力度很大，其中具体表现为标准化前提下的遗传资源基地的大规模建设，这种遗传资源基地也被称为生物样本储存库。我国也加大了对生物样本储存库建设的重视程度，在这方面花费了大量的人力物力后取得了一定的成果。目前，生物样本储存库在促进血液疾病、免疫系统疾病、遗传性疾病和癌症等重大疾病的科学研究中起到了不可或缺的作用。
[0003]传统的生物样本低温保存，大多采用超低温冰箱及单个液氮保存罐的方法。传统的生物样本低温保存方法由于属于单个独立单元保存，对于大量生物样本的长期集中保存，控制系统可靠性低，管理困难，安全性差等局限。在大量生物样本长期保存的方法中，液氮冻存的方法越来越成为普遍选用的方式。在已有的采用液氮冻存的生物样本储存库中，国内厂家的产品价格便宜，但是，在控制系统方面存在一定问题，主要包括液氮液面高度的检测方法不完善、控制系统功能不全、用户使用不方便等；而国外厂家的产品，虽然在控制系统功能方面有所改进，但存在价格昂贵，维修困难等问题。如何保证生物样本储存库可以长期、有效、且自动化智能化地工作，已成为生物样本储存库设计研究的重点。

技术实现思路

[0004]为了探索解决
技术介绍
中所述的对于大量生物样本的长期集中保存，控制系统可靠性低，管理困难，安全性差等局限，以及解决对于现有的生物样本储存库的控制系统方面存在的问题，例如液氮液面高度的检测方法不完善、控制系统功能不全等。本专利技术提供了一种智能生物样本储存库的控制系统及控制方法。本专利技术针对生物储罐设计了自动补液系统，以便于保证生物储罐内部的冻存效果；针对存放的环境，利用通风换气功能降低空气中过高的氮气比例，便于人员进出，更加安全。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种智能生物样本储存库的控制系统，包括生物样本储存库、液氮自动补液系统和环境控制系统，其特征在于：所述的生物样本储存库包括有控制台、排气装置、液氮供应管道、液氮供应罐、温、湿度控制装置、气体浓度检测模块、液氮容器、低温电磁阀、排气阀；所述的液氮容器上端与低温电磁阀相连接，所述的低温电磁阀通过低温金属软管连接液氮供应管道的分支管道，当低温电磁阀的自动控制失灵时，操作人员也可以通过手动操作阀门来完成低温电磁阀的开关；所述的液氮供应管道的分支管道上焊接有配套的排气阀，排气阀用于排出液氮在运输过程中因挥发产生的气体，通过排出气体也可以降低内部的压力，所述的液氮供应管道与液氮供应罐相连接。液氮主管道大部分在房间的外侧，天花板的
上方主要布置输送液氮的线路，在房间内部的部分则是通过一根主管道焊接各液氮容器的支管。
[0007]所述的液氮自动补液系统包括核心芯片模块、液位采集模块、电源模块、显示模块、按键模块、电磁阀驱动模块；所述的液位采集模块包括电容式液位传感器、模数转换器和单片机。
[0008]所述环境控制系统包括核心芯片模块、可编程温控模块、电源模块、显示模块、按键模块、排气扇驱动模块、气体浓度检测装置；所述的排气扇驱动模块包括排气装置和驱动电机；所述的气体浓度检测模块包括气体浓度传感器、报警灯和报警器。
[0009]进一步的，所述的排气装置有两个，分别设置于靠近室外的两面墙上，便于与外界的空气交换，降低室内空气中氮气浓度。
[0010]进一步的，所述的气体浓度检测模块共三个，分别设置于三面墙的中心处。在40
‑
60m2的小型生物样本储存库，三个气体浓度传感器刚好可以覆盖整个房间，可以有效监测氮气和氧气的浓度。
[0011]进一步的，所述的温、湿度控制装置有四个，分别放置靠墙的四个角落，其目的在于调节生物样本储存库内部的温度和湿度，也能在一定的程度上辅助排气装置进行空气的交换。
[0012]进一步的，所述的一种智能生物样本储存库的控制系统的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
[0013]S1：启动智能生物样本储存库控制系统；
[0014]S2：启动液氮自动补液系统；
[0015]S3：启动环境控制系统；
[0016]进一步的，过低的液氮液位会使液氮容器降低对生物样本冻存的效果，冻存效果的降低会使生物样本在升温的过程中变质，因此需要一个自动补液控制系统，在液氮容器的液氮液位低于生物样本冻存的安全值的时候对其进行液氮的补充。所述的液氮自动补液系统的工作步骤包括：
[0017]S1：根据所需设置液位高度，即为预设值，预设值的80％也就是生物样本冻存的安全值；
[0018]S2：通过液位采集模块对液氮容器采集液位信号，并将信号模数转换，通过液位显示模块显示，再根据转化后的液位数据对常闭型低温电磁阀进行开关判定和开关时间判定；
[0019]S3：当液位检测模块检测到当前有液氮容器的液氮液位低于预设值的80％时，进行低液位报警，此时芯片上的引脚输出3.3V高电平信号，使对应液氮容器的低温电磁阀将打开，液氮开始填充；
[0020]S4：随着液氮的持续充注，液氮容器中的液氮液位开始上升，当液位检测模块检测到补液的液氮容器的液位大于等于预设值的95％时，低温电磁阀对应的引脚输出0V低电平并关闭低温电磁阀；
[0021]所述液氮自动补液系统的液位采集模块利用电容式液位传感器检测液氮的液位，根据平行极板间电容的变化来测量，其电容C的计算公式如下：
[0022][0023]式中：W为电极板的宽度；H为电极板高度；h
x
为电极板间液体高度；d为电极板间距；ε
x
为电极板间液体介质的相对介电常数；ε0为电极板间气体介质的相对介电常数。
[0024]根据测得的电容、液位高度和预先设定的介电常数之间的关系，信号变送器可以得到液氮液位高度的计算公式如下：
[0025][0026]式中：ε
预
为预设的电极板间液体介质的相对介电常数。
[0027]最后将液氮的液位高度转换成液氮的体积值，输出到显示模块上进行实时显示。液氮的液位高度和液氮的体积值转换公式如下：
[0028][0029]式中：R为液氮容器内壁的半径。
[0030]由于液氮沸点为
‑
196℃在常温常压下会剧烈沸腾，会有一部分的液氮飞溅到电容式液位传感器上。在供应液氮的过程中，液氮液位逐渐上升，剧烈沸腾的液氮和持续供应的液氮都会溅到电容式液位传感器上，产生持续的冲击力，导致电容式传感器的液氮液位的测量值长时间偏离真实值，干扰液氮液位的监测，形成一个虚假液位。关闭低温电磁阀后，液氮液位的实际值不是传感器测得的值，液位会虚高。
[0031]针对这一可能性，本专利技术采用一种液氮循环补充的方法，当电容式传感器感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能生物样本储存库的控制系统，包括生物样本储存库、液氮自动补液系统和环境控制系统，其特征在于：所述的生物样本储存库包括有控制台(1)、排气装置(2)、液氮供应管道(3)、液氮供应罐(4)、温、湿度控制装置(5)、气体浓度检测模块(6)、液氮容器(7)、低温电磁阀(8)、排气阀(9)；所述的液氮容器(7)上端与低温电磁阀(8)相连接，所述的低温电磁阀(8)通过低温金属软管连接液氮供应管道(3)的分支管道；所述的液氮供应管道(3)的分支管道上焊接有配套的排气阀(9)，所述的液氮供应管道(3)与液氮供应罐(4)相连接；所述的液氮自动补液系统包括核心芯片模块、液位采集模块、电源模块、显示模块、按键模块、电磁阀驱动模块；所述的液位采集模块包括电容式液位传感器、模数转换器和单片机；所述环境控制系统包括核心芯片模块、可编程温控模块、电源模块、显示模块、按键模块、排气扇驱动模块、气体浓度检测装置(6)；所述的排气扇驱动模块包括排气装置(2)和驱动电机；所述的气体浓度检测模块(6)包括气体浓度传感器、报警灯和报警器。2.根据权利要求1所述的一种智能生物样本储存库的控制系统，其特征在于：所述的排气装置(2)共两个，分别设置于靠近室外的两面墙上。3.根据权利要求1所述的一种智能生物样本储存库的控制系统，其特征在于：所述的气体浓度检测模块(6)共三个，分别设置于三面墙的中心处。4.根据权利要求1所述的一种智能生物样本储存库的控制系统，其特征在于：所述的温、湿度控制装置(5)共四个，分别放置靠墙的四个角落。5.根据权利要求1所述的一种智能生物样本储存库的控制系统的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1：启动智能生物样本储存库控制系统；S2：启动液氮自动补液系统；S3：启动环境控制系统。6.根据权利要求5所述的一种智能生物样本储存库的控制系统的控制方法，其特征在于：所述的液氮自动补液系统的工作步骤包括：S1：根据所需设置液位高度，即为预设值；S2：通过液位采集模块对液氮容器(7)采集液位信号，并将信号模数转换，通过液位显示模块显示；S3：当液位检测模块检测到当前有液氮容器(7)的液氮液位低于预设值的80％时，进行低液位报警，对应液氮容器(7)的低温电磁阀(8)将打开；S4：当液位检测模块检测到补液的液氮容器(7)的液位大于等于预设值的95％时，对应液氮容器(7)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：田家林，何禹，贺一烜，任堰牛，刘成沆，杨琳，毛兰辉，吴雨航，李俊，王卓汉，
申请(专利权)人：四川谐铭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：