具有液氮高度监测的生物储藏系统及其控制方法

1.本发明涉及生物储藏设备，尤其是一种具有液氮高度监测的生物储藏系统及其控制方法。


背景技术：

2.冷冻胚胎是保存生育功能的方法之一。将通过试管培育技术得到的胚胎，存置于零下196℃的液氮环境中，得到长时间保存。如果这个周期治疗失败，可以在以后的自然周期中解冻这些胚胎并进行移植。目前常用的方法是将存放有胚胎组织的冻存盒通过提篮分层悬挂在液氮罐中，液氮罐内的液氮浸没提篮内的冻存盒。由于液氮罐中存储的液氮会自然消耗，为了避免因液氮容器内的液氮量不足而导致医疗事故，需要定期检查液氮罐中液氮的含量。由于存储样本的冻存盒为纵向的悬挂在液氮罐中，目前常用的检测装置是针对液氮罐中液氮高度检，不能检测到液氮与最上层的冻存盒之间的高度，导致液氮添加不充分时，最上层的冻存盒不能被完全浸泡在液氮中，而致使生物标本保存质量下降。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有液氮高度监测的生物储藏系统及其控制方法，以监测液氮液面相对蓝筐的高度。
4.本发明第一方面实施例提供了一种具有液氮高度监测的生物储藏系统，包括：
5.液氮瓶的盖塞；
6.压力感应器，安装在盖塞底部；
7.栏杆，设置为中空的柱状结构，顶部设有通孔，底部或者侧壁设置有供液氮流入的开孔；
8.篮筐，固定在栏杆上，所述篮筐的顶部与栏杆上的基准位置处于同一平面；
9.浮筒，可在液氮中浮起，中间设置有通道；
10.弹簧，第一端与浮筒下方固定；
11.标尺，与弹簧的第二端固定，并通过所述通道和栏杆顶部的通孔抵于所述感应器；
12.信号处理系统，获取所述感应器所检测到的压力值，根据所述压力值查询液面相对于基准位置的相对高度，以及在相对高度低于警戒值时产生报警信息。
13.在部分实施例中，所述基准位置通过以下方式确定：
14.将所述栏杆伸入液氮中；
15.持续检测所述压力感应器检测到的压力值；
16.将压力值过零时对应的栏杆位置记录为基准位置。
17.在部分实施例中，根据所述压力值查询液面相对于基准位置的相对高度，具体是：
18.获取压力值与相对高度曲线或者压力值与相对高度对应表；
19.根据所述曲线或者对应表确定压力值对应的相对高度；
20.其中，所述曲线或者对应表通过以下方式得到：
21.在确定基准位置后，继续将栏杆伸入液氮；
22.记录至少一个压力值以及该压力值对应的液氮液面浸没的栏杆位置作为数据点；
23.根据所述数据点拟制所述曲线或者对应表。
24.在部分实施例中，所述信息处理系统还用于计算添加液氮的时间。
25.在部分实施例中，所述计算添加液氮的时间，具体是：
26.获取需添加液氮时液面相对于基准位置的第一相对高度；
27.通过获取两个不同时间点对应的压力值来换算出两个时间点对应的液氮液面之间的第一高度差；
28.根据两个时间点的时间差和第一高度差确定液氮液面下降的速度；
29.根据当前的压力值确定当前液氮液面相对于基准位置的第二相对高度；
30.根据第二相对高度和第一相对高度确定第二高度差；
31.将所述第二高度差和液氮液面下降的速度确定添加液氮的时间点。
32.在部分实施例中，还包括：
33.显示器，与信号处理系统连接，用于显示液面相对于基准位置的相对高度、报警信息、或者添加液氮的提示信息。
34.无线通信模块，与信号处理系统连接，用于与外部设备通信；
35.供电装置，用于向所述信号处理系统、显示器和所述无线通信模块连接。
36.在部分实施例中，所述标尺长度等于压力感应器与所述栏杆底部之间的距离。
37.在部分实施例中，所述盖塞设置有氧气浓度传感器，当氧气浓度低于阈值时，所述信息处理系统还用于提示氧气浓度不足。
38.另一方面，本技术实施例提供了一种具有液氮高度监测的生物储藏系统的控制方法，用于所述的信号处理系统之中，包括以下步骤：
39.获取压力感应器检测的压力值和警戒值；
40.根据所述压力值查询液面相对于基准位置的相对高度；
41.当相对高度低于警戒值时产生报警信息。
42.在部分实施例中，所述基准位置通过以下方式确定：
43.将所述栏杆伸入液氮中；
44.持续检测所述压力感应器检测到的压力值；
45.将压力值过零时对应的栏杆位置记录为基准位置；
46.根据所述压力值查询液面相对于基准位置的相对高度，具体是：
47.获取压力值与相对高度曲线或者压力值与相对高度对应表；
48.根据所述曲线或者对应表确定压力值对应的相对高度；
49.其中，所述曲线或者对应表通过以下方式得到：
50.在确定基准位置后，继续将栏杆伸入液氮；
51.记录至少一个压力值以及该压力值对应的液氮液面浸没的栏杆位置作为数据点；
52.根据所述数据点拟制所述曲线或者对应表。
53.在部分实施例中，还包括以下步骤：
54.获取需添加液氮时液面相对于基准位置的第一相对高度；
55.通过获取两个不同时间点对应的压力值来换算出两个时间点对应的液氮液面之
间的第一高度差；
56.根据两个时间点的时间差和第一高度差确定液氮液面下降的速度；
57.根据当前的压力值确定当前液氮液面相对于基准位置的第二相对高度；
58.根据第二相对高度和第一相对高度确定第二高度差；
59.将所述第二高度差和液氮液面下降的速度确定添加液氮的时间点。
60.本发明实施例的有益效果是，通过设置液氮瓶的盖塞、安装在盖底的压力感应器、栏杆、篮筐、浮筒、弹簧和标尺，构成一个感测液面状态的装置；其中，栏杆，设置为中空的柱状结构，顶部设有通孔，底部或者侧壁设置有供液氮流入的开孔；篮筐，固定在栏杆上，所述篮筐的顶部与栏杆上的基准位置处于同一平面；浮筒，可在液氮中浮起，中间设置有通道；弹簧，第一端与浮筒下方固定；标尺，与弹簧的第二端固定，并通过所述通道和栏杆顶部的通孔抵于所述感应器；通过这样的结构设置，可以利用弹簧、浮筒和标尺构成一个浮标，由于标尺抵于压力感应器，因此，压力感应器所检测的是弹簧的弹力，弹簧的弹力实际上与浮筒的浮力相关，以次可以换算出对应的液面状态，本方案通过将蓝筐固定在栏杆的基准线上，因此，可以通过信号处理系统，获取所述感应器所检测到的压力值，根据所述压力值查询液面相对于基准位置的相对高度，以及在相对高度低于警戒值时产生报警信息，可见，通过本技术实施例的结构和信号处理系统可以监测液氮相对于蓝筐的相对高度，从而避免只知道液面高度而不清楚上层蓝筐离液面的高度的问题，使得生物储藏系统可以有效监测液氮的状态。
附图说明
61.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
62.图1为具有液氮高度监测的生物储藏系统的结构示意图；
63.图2为具有液氮高度监测的生物储藏系统的控制方法流程图；
64.图3为一种液面高度和压力值的关系示意图；
65.图4为另一种液面高度和压力值的关系示意图；
66.图5为时间与液面高度的关系示意图。
具体实施方式
67.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
68.参照图1，首先针对本系统的结构进行介绍，本系统主要用于低温存放生物样本，因此，需要使用到液氮，但是目前大多数常规用于测距或者测量液面的传感器，由于液氮的低温的特点，都难以在液氮瓶内使用。
69.本系统包括：栏杆1、浮标2、盖塞3、压力感应器、信号处理系统4、无线通信模块5、显示器6、电池7和终端组成。所述的信号处理系统4位于盖塞3内，所述信号处理系统4根据感应器的信号监测液氮罐内液氮的高度和储存环境的氧气浓度。所述电池7位于盖塞3内，所述电池7用于压力感应器、信号处理系统4、无线通信模块5和显示器6提供电源。
70.液氮瓶的盖塞3。所述盖塞3位于栏杆1的正上方，所述盖塞3由瓶塞13、瓶盖14和把
手15组成。所述盖塞3用于堵塞液氮罐的瓶口。所述瓶塞13位于瓶盖14下方，所述瓶塞13呈圆柱体。所述瓶塞13的直径小于液氮罐瓶口的直径，所述瓶塞13侧壁上有若干个凹槽，凹槽的数量与液氮罐内能悬挂栏杆1的数量相同，悬挂在液氮罐内栏杆1从凹槽中穿过，从而增加瓶塞13与液氮罐密闭性。所述瓶塞13由保温材质组成，如聚氨酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料。所述瓶塞13上方设有连接杆16。所述连接杆16位于瓶塞13中间，所述连接杆16一端与瓶塞13连接。所述连接杆16另外一端贯穿于瓶盖14。所述连接杆16另外一端突出于瓶盖14顶部。所述连接杆16在突出于瓶盖14一端设有螺纹结构。所述瓶盖14为圆柱体。所述瓶盖14的直径大于液氮罐瓶口的直径，所述瓶盖14中间设有第二通道17，连接杆16通过第二通道17贯穿整个瓶盖14并突出于瓶盖14顶部，所述瓶盖14内设有重力层18。所述重力层18有较重的物体组成(如铁块、不锈钢，水泥块等)，所述重力层18用于增加瓶盖14的重量，瓶盖14下方的压力感应器12在瓶盖14自身重力的作用下紧紧的按压在标尺9上方，避免压力感应器12被标尺9顶起，从而影响压力感应器12测量的结果。所述重力层18上方设有隔热层19。所述隔热层19可以是聚氨酯泡沫或双层真空有机玻璃，当瓶盖14放在液氮罐瓶口时，隔热层19可以避免超低温的液氮对电池7、信号处理系统4、感应器和显示器6正常运转的影响。所述瓶盖14上方设有把手15。操作者通过把手15拿取盖塞3。所述把手15下方设有圆形的孔洞，孔洞的直径与连接杆16的直径相同，孔洞内设有螺纹结构，把手15通过一一对应的螺纹结构与连接杆16连接。在使用时，瓶塞13上的连接杆16穿过瓶盖14，旋转把手15，连接杆16通过与把手15一一对应的螺纹结构，将瓶塞13固定在盖塞3下方。当瓶塞13长时间使用后，需要跟换新的瓶塞13时，旋转把手15，取下旧的瓶塞13，再通过把手15将新的瓶塞13固定在盖塞3下方。
71.氧气浓度传感器20，用于感测氧气浓度。氧气浓度感应器20位于瓶盖14外侧壁，所述氧气浓度感应器20用用于测量放置液氮罐的环境中氧气的浓度。
72.信号处理系统4位于瓶盖14内，所述信号处理系统4用于根据感应器发送的信号，触发相应的控制信号，并将控制信号发送至显示器6和无线通信模块5。所述无线通信模块5位于瓶盖14内，所述无线通信模块5用于将信号处理系统4的处理信息发送至终端。所述电池7位于瓶盖14内，所述电池7用于感应器、显示器6、无线通信模块5和信号处理系统4提供电源。电池7可采用现有的电池7等来实现。所述显示器6位于瓶盖14内上方。用于根据信号处理系统4的控制信号，进行内容展示，包括预设的液氮高度、周围环境氧气浓度及添加液氮信息等内容。
73.压力感应器12，安装在盖塞3底部，具体地，所述压力感应器12位于瓶盖14下方，所述压力感应器12位于标尺9的正上方，所述压力感应器12用于测量标尺9对压力感应器12的压力值。在使用时，压力感应器12的压力值突然等于0时，表示操作者将盖塞3拿出，信号处理系统4记录拿取的时间点及时长，当长时间压力感应器12的压力值等于0时，显示器6显示请及时盖好盖塞3。
74.栏杆1，设置为中空的柱状结构，顶部设有通孔，底部或者侧壁设置有供液氮流入的开孔；所述栏杆1上方的一侧设有挂钩8，栏杆1通过挂钩8悬挂在液氮罐中；所述栏杆1内设有浮标2，所述浮标2可以漂浮在液氮上。所述浮标2由浮筒10、弹簧11和标尺9组成。
75.篮筐21，固定在栏杆1上，所述篮筐21的顶部与栏杆上的基准位置处于同一平面；放置有冻存管的冻存盒可以放置在篮筐21内。
76.浮筒10，可在液氮中浮起，中间设置有通道。所述浮筒10为密闭的中空圆柱形，所述浮筒10中央有圆形的通道，标尺9可以从该通道贯穿整个浮筒10，所述浮筒10直径小于栏杆1的直径，浮筒10可以在栏杆1内上下移动。当液氮进去栏杆1，浮筒10可漂浮在液氮上。所述浮筒10下方与弹簧11连接。
77.弹簧11，第一端与浮筒10下方固定。
78.标尺9，与弹簧11的第二端固定，并通过所述通道和栏杆1顶部的通孔抵于所述感应器。所述标尺9长度等于压力感应器12与栏杆1中空的底部之间的距离。
79.可以理解的是，浮筒浮在液氮上，弹簧的一端被标尺顶住，因此，可以根据系统力的关系确定来反映液面的高度。可以理解的是，当液面越高，浮筒吃水越深，弹簧受到的拉力越大，而弹簧的压力可以通过压力感应器的检测值去换算，因此，可以通过压力感应器的压力来确定液氮液面的高度。
80.信号处理系统4，获取所述感应器所检测到的压力值，根据所述压力值查询液面相对于基准位置的相对高度，以及在相对高度低于警戒值时产生报警信息。
81.上述实施例的检测原理是：
82.当栏杆悬挂在液氮罐中，液氮进入栏杆内使浮筒上升，在液氮罐的开口处放入盖塞，标尺上端被盖塞压住，使标尺不能上升，浮筒上升后使浮筒与标尺之间的弹簧发生弹性形变产生弹力f
弹
，由于标尺下端与弹簧连接，标尺上端被盖塞压住。压力感应器测量标尺上端的压力f
压
等于弹簧发生弹性形变产生弹力f
弹
。
83.当液氮面距离最上方篮筐的间距h小，浮力f
浮
小，产生弹力f
弹
小，压力f压感应测量压力f
压
小。
84.当液氮面距离最上方篮筐的间距h大，浮力f
浮
大，产生弹力f
弹
大，压力感应测量压力f
压
大。
85.因此，液氮面距离最上方篮筐的间距h不同，产生的浮力f
浮
不同，从而的弹力f
弹
也不同，压力感应器测量压力f
压
也不同，不同的压力f
压
值对应着不同的间距h。通过压力感应测量的压力f
压
可以判断出液氮面距离最上方篮筐的间距h。
86.上述实施例的检测原理简单，传感结构简单可靠，其使用不受液氮罐形状和尺寸(当然是指在满足一定深度的条件下)的限制。
87.参照图2，围绕信号处理系统4的功能进行展开描述。
88.首先，基于上述的描述，信号处理系统可以通过压力感应器、氧气浓度传感器等监测液氮高度、液氮瓶盖是否被打开、是否存在液氮泄露、环境氧气浓度是否安全等内容进行监测，并利用显示屏和无线通信模块来向用户进行提醒。
89.在执行液面报警任务时，包括以下步骤：
90.s11、获取压力感应器检测的压力值和警戒值。
91.具体地，警戒值是指用户设定的，液面高度相对于篮筐顶部的高度差的最小值。一旦液面相对于篮筐顶部的高度差小于该警戒值，将可能导致篮筐内的生物样本失效。
92.s12、根据所述压力值查询液面相对于基准位置的相对高度。
93.在本实施例中，可以预先通过测定的方式来确定相对高度与压力值之间关系，从而可以通过查表(曲线)的方式来实现，相对高度的查询。
94.s13、当相对高度低于警戒值时产生报警信息。
95.为了实施本方案，首先需要确定篮筐顶部的高度，这里我们将篮筐顶部设置在栏杆的一个基准位置上，所述基准位置通过以下方式确定：
96.s21、将所述栏杆伸入液氮中。
97.具体地，将栏杆与篮筐分离，将压力感应器固定在栏杆上方，使压力感应器位于标尺的正上方。
98.s22、持续检测所述压力感应器检测到的压力值。
99.将栏杆缓慢的放入液氮中，压力感应器读取标尺上端的压力f
压
。
100.s23、将压力值过零时对应的栏杆位置记录为基准位置。
101.当f
压
＝0时，表示浮筒未达到吃水线位置。继续放入栏杆。
102.当f
压
》0时，表示浮筒达到吃水线位置，停止放入栏杆，将此时液氮在栏杆的位置标示为“0”刻度线。
103.其中，s12、根据所述压力值查询液面相对于基准位置的相对高度，具体是：
104.s121、获取压力值与相对高度曲线或者压力值与相对高度对应表。
105.s122、根据所述曲线或者对应表确定压力值对应的相对高度。
106.其中，所述曲线或者对应表通过以下方式得到：
107.s123、在确定基准位置后，继续将栏杆伸入液氮。
108.s124、记录至少一个压力值以及该压力值对应的液氮液面浸没的栏杆位置作为数据点。
109.s125、根据所述数据点拟制所述曲线或者对应表。
110.制作曲线或者对应表的方式一，参照图3：
111.在栏杆“0”刻度线以上的标识不同的高度h1、h2、h3、h4，标识不同的高度后，再将栏杆缓慢的放入液氮中，在液氮处于栏杆h1、h2、h3、h4位置时，压力感应器读取对应的压力值f
压1
、f
压2
、f
压3
、f
压4
。形成不同高度h对应的压力f
压
数据库。
112.使用时，将最上方的篮筐固定在栏杆“0”刻度线位置。将栏杆悬挂在液氮罐中，通过盖塞下方的压力感应器读取压力值f测，信号处理系统将f
测
与数据库进行比对，得出f
测
对应的h
实
。目前液氮罐内的液氮距离最上方篮筐的高度为h
实
。
113.方式二，参照图4：
114.在栏杆“0”刻度线以上的标识不同的高度h1、h2。标识不同的高度后，再将栏杆缓慢的放入液氮中，在液氮处于栏杆h1、h2位置时，压力感应器读取对应的压力值f
压1
、f
压2
。
115.计算高度与压力的对应关系,即
116.使用时，将最上方的篮筐固定在栏杆“0”刻度线位置，将栏杆悬挂在液氮罐中，通过盖塞下方的压力感应器读取压力值f测，f
测
对应的h
实
为目前液氮罐内的液氮距离最上方篮筐的高度为h
实
。
117.曲线可以理解成一种函数关系，即利用数据点拟合一个曲线来表示压力值和相对高度之间的关系，对应表是指通过检测多个数据点来绘制一个压力值和相对高度之间的关系表。
118.可见，利用前述步骤获得的数据可以绘制对应的函数或者对应表。
119.在部分实施例中，还包括以下步骤：
120.s31、获取需添加液氮时液面相对于基准位置的第一相对高度。
121.这值可以由用户设定，可以将该高度设置为h0。
122.s32、通过获取两个不同时间点对应的压力值来换算出两个时间点对应的液氮液面之间的第一高度差。
123.通过前述实施例确定不同时间点t1、t2对应的液面高度h1、h2。
124.s33、根据两个时间点的时间差和第一高度差确定液氮液面下降的速度。
125.参照图5，通过相邻两个时间点测量的高度计算高度与时间的对应关系,即
126.s34、根据当前的压力值确定当前液氮液面相对于基准位置的第二相对高度。
127.即计算当前的h
实
，可以通过上述实施例的方式计算出该值。
128.s35、根据第二相对高度和第一相对高度确定第二高度差。
129.通过计算高度差，可以根据液面下降的速度来计算添加的时间。
130.s36、将所述第二高度差和液氮液面下降的速度确定添加液氮的时间点。
131.当t＝0时，测量液氮罐内的液氮距离最上方篮筐的高度h
实
。
132.当液氮罐内的液氮度到达设置报警的高度h0的时间t0。
133.使用时，不断根据相邻两个时间点测量的压力值计算液氮面的高度，并不断的更新预计添加液氮的时间。
134.通过本技术的实施例可知，本方案利用简单的检测机构，可以在液氮瓶中实现准确可靠的液面检测，不同于现有技术，本方案关注液面和篮筐顶部之间的相对高度。本方案不仅可以监测液氮液面，还能通过压力感应器检测液氮泄露和液氮瓶的瓶盖被打开。
135.如图2所示，信号处理系统通过氧气浓度传感器，检测到氧气浓度小于19.5％时会显示具有缺氧危险，提醒用户离开。同时可以通过无线通讯模块将信息发送至用户终端，如pc或者手机等。在氧气浓度正常，即大于19.5％时，可以用过触屏显示器设置需要的报警的液面最低高度。如果突然将测到压力突变为0，或者在一段时间内降低为0，可以判定为泄露或者瓶盖取出，会记录相关的操作时间。如果判定为瓶盖取出的情况下，超过一定时长会产生提示，提醒用户及时盖好盖塞。如果液面的相对高度已经到达警戒值，会提醒用户及时添加。如果液面还没达到警戒值，则显示需要添加液氮的预计时间。上述提醒均可以通过显示屏进行显示。
136.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。