一种用于培养基制备的灭菌系统的制作方法

1.本发明属于灭菌设备技术领域，特别是涉及一种用于培养基制备的灭菌系统。


背景技术：

2.立式蒸汽灭菌器是利用饱和蒸汽对产品进行迅速而可靠的消毒灭菌设备，适用于医疗卫生事业、科研、农业等单位，对医疗器械、敷料、玻璃器皿、溶液培养基等进行消毒灭菌，是理想的设备，蒸汽灭菌法是指运用高温蒸汽消灭细菌或微生物的一种方法，由于纯蒸汽的穿透性强，蛋白质、原生质胶体在湿热条件下用以变性凝固，酶系统容易破坏，蒸汽进入细胞内凝结成水，能够放出潜在热量提高温度，更增强了杀菌力，灭菌条件要求：蒸气压力205.8kpa，温度达132℃以上并维持10分钟，即可杀死包括具有顽强抵抗力的细菌芽胞在内的一切微生物，适用范围：普通培养基、生理盐水、手术器械、玻璃容器及注射器、敷料等物品的灭菌。
3.在对培养基进行蒸汽灭菌时，利用高温高压状态下饱和水蒸汽所具有的高温、高湿特点，促使灭菌物品表面污染物的微生物蛋白质发生变性凝固，致使不能复原，达到灭菌目的，某些培养基制备时采用水浴模式，需要在灭菌后严格控制冷却时间，再进行恒温储存，传统灭菌器在培养基水浴制备时，升温过慢而冷却塑料不稳定，且在制备结束开门时存在水浴飞溅污染培养基的风险，为合理控制灭菌后冷却期及恒温状态，现设计了一种用于培养基制备的立式蒸汽灭菌器恒温/冷却系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于培养基制备的灭菌系统，解决现有的蒸汽灭菌器存在在培养基水浴制备时，升温过慢而冷却塑料不稳定，且在制备结束开门时存在水浴飞溅污染培养基的风险问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种用于培养基制备的灭菌系统，其特征在于，包括：灭菌室、内桶、恒温机构、外冷却机构、内冷却机构、空气压缩机构、量热机构和控制机构，其中，
7.所述灭菌室外周侧均匀环绕有铜管，且铜管的外部包裹有恒温体；
8.所述内桶位于灭菌室内，所述内桶外部与灭菌室内部之间设有内回路；
9.所述恒温机构包括蒸汽发生器、第一电磁阀、第二电磁阀、铜管和第一温度传感器，所述铜管环绕于灭菌室外部形成套筒所述蒸汽发生器通过第一连通管与铜管的两端相连通，所述第一电磁阀和第二电磁阀分别设于第一连通管与铜管两端的连接处，所述第一温度传感器用于感受铜管内的温度，并转换成第一模拟信号输出至量热机构；
10.所述外冷却机构包括软化水箱、第一水泵、第二温度传感器、第三电磁阀以及第四电磁阀，所述软化水箱通过第二连通管与铜管的两端相连通，所述第一水泵位于第二连通管一侧，所述第三电磁阀和第四电磁阀分别设于第二连通管与铜管两端相接触的一侧，所述第二温度传感器用于感受软化水箱内的温度，并转换成第二模拟信号输出至量热机构；
11.所述内冷却机构包括第五电磁阀、第六电磁阀、第二水泵、换热装置、过滤器以及第三温度传感器，所述换热装置通过第三连通管与内回路相连，所述第三连通管的两端分别位于内回路的顶部和底部，所述第五电磁阀和过滤器位于第三连通管一侧，且位于换热装置和灭菌室底部之间，所述第二水泵和第六电磁阀位于第三连通管一侧，且位于换热装置和灭菌室顶部之间，所述第三温度传感器用于感受换热装置内的温度，并转换成第三模拟信号输出至量热机构；
12.空气压缩机构包括空压机以及第七电磁阀，所述空压机通过输气管与灭菌室内腔的顶部连接，所述第七电磁阀位于输气管一侧；
13.所述量热机构包括第一数字源表、第二数字源表和第三数字源表，所述第一数字源表用于接收第一温度传感器输出的第一模拟信号并进行处理生成第一数字信号；所述第二数字源表用于接收第二温度传感器输出的第二模拟信号并进行处理生成第二数字信号；所述第三数字源表用于接收第三温度传感器输出的第三模拟信号进行处理生成第三数字信号；
14.所述控制机构包括处理器、恒温机构控制器、外冷却机构控制器、内冷却机构控制器和空气压缩机构控制器，所述处理器用于对量热机构传输的第一数字信号、第二数字信号以及第三数字信号进行处理得到恒温机构控制器、外冷却机构控制器、内冷却机构控制器和空气压缩机构控制器工作参数，恒温机构控制器、外冷却机构控制器、内冷却机构控制器和空气压缩机构控制器根据工作参数生成控制恒温机构、外冷却机构、内冷却机构和空气压缩机构的工作状态的控制方程。
15.优选地，所述恒温体由高热容、高导热材料形成，且具备足够质量，所述恒温体用于吸收因温度和气流而来的环境波动，具备较强的缓冲作用，将铜管与不稳定环境隔离。
16.优选地，所述蒸汽发生器用于产生蒸汽，且通过第一连通管与铜管相连，所述铜管用于承载蒸汽，铜管与灭菌室接触，热量传递至灭菌室内，稳定恒温温度，所述第一电磁阀和第二电磁阀分别用于控制蒸汽的流出铜管和流入到铜管的量。
17.优选地，软化水箱通过第二连通管与软化水箱相连，所述第四电磁阀用于控制铜管内的水进入软化水箱的量，所述第一水泵用于将软化水箱内的水吸至铜管内，所述第三电磁阀用于控制软化水箱内的水流入铜管内的量。
18.优选地，所述第二水泵用于控制内回路里的水通过第三连通管到达换热装置内，所述第五电磁阀用于控制水的流量，所述换热装置用于对水进行循环冷却，严格控制单次换热热量，将换热后的水运输至内回路内，从而稳定地缓慢降低培养基样品温度，所述过滤器用于过滤水中杂质，减小杂质进入到灭菌室内，所述第六电磁阀用于控制过滤器过滤后的水进入到内回路的流量。
19.优选地，所述空压机用于提供压缩空气以抑制恒温阶段水浴飞溅，所述第七电磁阀用于控制压缩空气的流通量。
20.优选地，由铜管形成的套筒外还包覆了第一帕尔贴，所述恒温机构控制器根据工作参数也生成控制第一帕尔贴工作状态的工作方程；换热装置还包覆了第二帕尔贴，所述内冷却机构控制器根据工作参数也生成控制第二帕尔贴工作状态的工作方程。
21.优选地，所述处理器包括ga-bp神经网络模型，通过ga-bp神经网络模型生成恒温机构控制器、外冷却机构控制器、内冷却机构控制器和空气压缩机构控制器的工作参数。
22.优选地，建立粒子遗传算法ga-bp神经网络模型包括：
23.s01:建立bp神经网络，bp神经网络输入层的神经元个数为3、隐含层的神经元个数为12、输出层的神经元个数为10的神经网络，输入层的3个神经元分别第一数字信号、第二数字输入信号和第三数字输入信号；
24.s02：粒子遗传算法ga对bp神经网络的权重和阈值进行编码生成种群，并对种群进行初始化；
25.s03:对初始化后的种群进行一次测量，获得一组第一确定解；
26.s04利用适应度值评价函数对第一确定解进行适应度值评价，获得第一个体适应度值；
27.s05:基于评价函数强制优化策略和bp神经网络优化策略筛选第一个体适应度值；
28.s06记录第一最优个体及第一最优个体适应度值，并将第一最优个体适应度值作为目标值；
29.s07判断迭代次数是否大于最大迭代次数；
30.s08当迭代次数小于或者等于最大迭代次数时，对当前种群进行一次测量，获得一组第二确定解；
31.s09利用适应度值评价函数对第二确定解进行适应度值评价，获得第二个体适应度值；
32.s10基于评价函数强制优化策略和bp神经网络优化策略优化策略筛选第二个体适应度值；
33.s11利用量子旋转门调整策略进行更新演化，得到更新后的下一代种群；
34.s12记录第二最优个体及第二最优个体适应度值；
35.判断第二最优个体适应度值是否大于目标值；
36.当第二最优个体适应度值大于目标值时，将第二最优个体适应度值作为最佳bp神经网络权值和阀值；
37.迭代次数加1,返回到s07。
38.本发明具有以下有益效果：
39.1、本发明通过在铜管的外部包裹恒温体，恒温体由高热容、高导热材料形成，且具备足够质量，恒温、冷却系统工作时，恒温体将吸收因温度和气流而来的环境波动，具备较强的缓冲作用，将铜管与不稳定环境隔离，保证恒温机构稳定工作，减小外界温度变化而产生的影响；
40.2、本发明通过在各机构与控制机构之间设置量热机构，第一数字源表、第二数字源表以及第三数字源表在传递第一模拟信号、第二模拟信号以及第三模拟信号的同时，对电路中的电压、电流以及电阻进行监测，对控制机构发出的指令进行接收，再分别将指令传输给各机构和帕尔贴，帕尔贴协同恒温机构工作，能快速使得灭菌室内达到恒温和冷却的效果；
41.3、本发明通过恒温机构，通过蒸汽发生器工作产生蒸汽，第一电磁阀工作，蒸汽通过第一连通管到达铜管内，从而对灭菌室进行加热，铜管内温度较低的蒸汽通过外冷却机构内的第二连通管进入到软化水箱内，蒸汽发生器持续产生蒸汽，使得铜管内保持一定区域内的温度，且在第一帕尔贴的作用下，蒸汽降温时，第一帕尔贴给予一定的加热作用，从
而持续保持恒温状态；
42.4、本发明通过设置的外冷却机构，培养基完成水浴灭菌后，铜管内的蒸汽在第一水泵的作用下，通过第二连通管到达软化水箱内，软化水箱将蒸汽进行软化，再将其运输至铜管内，对内桶以及培养基进行冷却，在第二帕尔贴的作用下，铜管内的水与铜管接触，温度升高后，通过第二连通管从铜管内输出，此时帕尔贴给予铜管一定的冷却作用，使得外冷却机构处于持续冷却状态；
43.5、本发明通过设置的内冷却机构，培养基完成水浴灭菌后，内冷却机构和第二帕尔贴接收到控制机构发出的指令，通过第二水泵将内回路内部的水通过第三连通管抽至换热装置内，换热装置对水进行热交换冷却，在第二帕尔贴的协同作用下，保证内回路的水处于一定温度范围内，外冷却机构可与内冷却机构协同工作，通过控制机构根据培养基样品温度切换不同冷却方式；
44.6、本发明通过设置的空气压缩机构，通过空压机工作，向灭菌室内注入洁净空气，用于一直水浴沸腾飞溅污染内桶内的培养基；
45.7、本发明通过粒子遗传算法ga-bp神经网络模型生成恒温机构控制器、外冷却机构控制器、内冷却机构控制器和空气压缩机构控制器的工作参数，使灭菌系统智能化工作大大提高。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
47.图1为本发明一种用于培养基制备的灭菌系统的平面图；
48.图2为本发明一种用于培养基制备的灭菌系统的内部示意图；
49.图3为本发明一种用于培养基制备的灭菌系统的系统框图。
具体实施方式
50.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.参阅图1-3，本发明提供的用于培养基制备的灭菌系统，包括：灭菌室、内桶、恒温机构、外冷却机构、内冷却机构、空气压缩机构、量热机构和控制机构；温机构、外冷却机构、内冷却机构、空气压缩机构以及量热机构与控制机构电性连接，且受控制机构的控制。。
54.本发明中，所述灭菌室外周侧均匀环绕有铜管，且铜管的外部包裹有恒温体。优选地，所述恒温体由高热容、高导热材料形成，且具备足够质量，所述恒温体用于吸收因温度和气流而来的环境波动，具备较强的缓冲作用，将铜管与不稳定环境隔离。
55.本发明通过恒温体对铜管远离灭菌室的外部进行包裹，保证铜管与灭菌室传热的同时，减小外部环境对铜管的影响。
56.本发明中所述内桶位于灭菌室内，所述内桶外部与灭菌室内部之间设有内回路。
57.本发明中所述恒温机构包括蒸汽发生器、第一电磁阀、第二电磁阀、铜管和第一温度传感器，所述铜管环绕于灭菌室外部形成套筒。所述蒸汽发生器通过第一连通管与铜管的两端相连通，所述第一电磁阀和第二电磁阀分别设于第一连通管与铜管两端的连接处，所述第一温度传感器用于感受铜管内的温度，并转换成第一模拟信号输出至量热机构。所述蒸汽发生器用于产生蒸汽，且通过第一连通管与铜管相连，所述铜管用于承载蒸汽，铜管与灭菌室接触，热量传递至灭菌室内，稳定恒温温度，所述第一电磁阀和第二电磁阀分别用于控制蒸汽的流出铜管的流量和流入铜管的流量。
58.本发明中，所述外冷却机构包括软化水箱、第一水泵、第二温度传感器、第三电磁阀以及第四电磁阀，所述软化水箱通过第二连通管与铜管的两端相连通，所述第一水泵位于第二连通管一侧，所述第三电磁阀和第四电磁阀分别设于第二连通管与铜管两端相接处的一侧，所述第二温度传感器用于感受软化水箱内的温度，并转换成第二模拟信号输出至量热机构。优选地，所述第四电磁阀用于控制铜管内的水通过第二连通管到达软化水箱的流量，所述第一水泵用于将软化水箱内的水吸至铜管内，所述第三电磁阀用于控制软化水箱内的水流到铜管内的流量。
59.发明中通过软化水箱将蒸汽水进行软化，便于对灭菌室进行冷却时使用，节约资源。
60.本发明中，所述内冷却机构包括第五电磁阀、第六电磁阀、第二水泵、换热装置、过滤器以及第三温度传感器，所述换热装置通过第三连通管与灭菌室内腔的顶部和底部相连接，所述第三连通管的两端分别位于内回路的顶部和底部，所述第五电磁阀和过滤器位于第三连通管一侧，且位于换热装置和灭菌室底部之间，所述第二水泵和第六电磁阀位于第三连通管一侧，且位于换热装置和灭菌室顶部之间，所述第三温度传感器用于感受换热装置内的温度，并转换成第三模拟信号输出至量热机构。优选地，所述第二水泵用于控制内回路里的水通过第三连通管到达换热装置内，所述第五电磁阀用于控制水的流通，所述换热装置用于对水进行循环冷却，严格控制单次换热热量，将换热后的水运输至内回路内，从而稳定地缓慢降低培养基样品温度，所述过滤器用于过滤水中杂质，减小杂质进入到灭菌室内，所述第六电磁阀用于控制过滤器过滤后的水进入到内回路。
61.本发明中，空气压缩机构包括空压机以及第七电磁阀，所述空压机通过输气管与灭菌室内腔的顶部连接，所述第七电磁阀位于输气管一侧优选地，所述空压机用于提供压缩空气以抑制恒温阶段水浴飞溅，所述第七电磁阀用于控制空气的流通量。
62.本发明中，所述量热机构包括第一数字源表、第二数字源表和第三数字源表，所述
第一数字源表用于接收第一温度传感器输出的第一模拟信号并进行处理生成第一数字信号；所述第二数字源表用于接收第二温度传感器输出的第二模拟信号并进行处理生成第二数字信号；所述第三数字源表用于接收第三温度传感器输出的第三模拟信号进行处理生成第三数字信号。
63.本发明中，所述控制机构包括处理器、恒温机构控制器、外冷却机构控制器、内冷却机构控制器和空气压缩机构控制器，所述处理器用于对量热机构传输的第一数字信号、第二数字信号以及第三数字信号进行处理得到恒温机构控制器、外冷却机构控制器、内冷却机构控制器和空气压缩机构控制器工作参数，恒温机构控制器、外冷却机构控制器、内冷却机构控制器和空气压缩机构控制器根据工作参数生成控制恒温机构、外冷却机构、内冷却机构和空气压缩机构内的被控制器件的工作状态的控制方程。
64.本发明中，所述处理器经收发信模块通过局域网通讯与pc终端进行连接。
65.可选地，由铜管形成的套筒外还包覆了第一帕尔贴，所述恒温机构控制器根据工作参数也生成控制第一帕尔贴工作状态的工作方程；换热装置还包覆了第二帕尔贴，所述恒温机构控制器根据工作参数也生成控制第二帕尔贴工作状态的工作方程。
66.本发明中，所述处理器包括ga-bp神经网络模型，通过ga-bp神经网络模型生成恒温机构控制器、外冷却机构控制器、内冷却机构控制器和空气压缩机构控制器的工作参数。
67.优选地，建立粒子遗传算法ga-bp神经网络模型包括：
68.s01:建立bp神经网络，bp神经网络输入层的神经元个数为3、隐含层的神经元个数为12、输出层的神经元个数为10的神经网络，输入层的3个神经元分别第一数字信号、第二数字输入信号和第三数字输入信号；输出层的10个神经元的第一、第二和第三神经元输出蒸汽发生器的控制器工作参数、第一电磁阀和第二电磁阀驱动器的工作参数，第一帕尔贴控制器的工作参数。使用时，第一电磁阀和第二电磁阀可同步控制。
69.输出层的10个神经元的第四和第五神经元输出第一水泵控制器、第三电磁阀和第四电磁阀驱动器的工作参数。使用时，第三电磁阀和第四电磁阀可同步控制。
70.输出层的10个神经元的第六、第七和第八神经元输出第二水泵的控制器工作参数、第五电磁阀和第六电磁阀驱动器的工作参数、第二帕尔贴控制器的工作参数。使用时，第五电磁阀和第六电磁阀可同步控制。
71.输出层的10个神经元的第九和第十神经元输出空压机的控制器工作参数和第七电磁阀驱动器的工作参数。
72.s02：粒子遗传算法ga对bp神经网络的权重和阈值进行编码生成种群，并对种群进行初始化；
73.s03:对初始化后的种群进行一次测量，获得一组第一确定解；
74.s04利用适应度值评价函数对第一确定解进行适应度值评价，获得第一个体适应度值；
75.s05:基于评价函数强制优化策略和bp神经网络优化策略筛选第一个体适应度值；
76.s06记录第一最优个体及第一最优个体适应度值，并将第一最优个体适应度值作为目标值；
77.s07判断迭代次数是否大于最大迭代次数；
78.s08当迭代次数小于或者等于最大迭代次数时，对当前种群进行一次测量，获得一
组第二确定解；
79.s09利用适应度值评价函数对第二确定解进行适应度值评价，获得第二个体适应度值；
80.s10基于评价函数强制优化策略和bp神经网络优化策略优化策略筛选第二个体适应度值；
81.s11利用量子旋转门调整策略进行更新演化，得到更新后的下一代种群；
82.s12记录第二最优个体及第二最优个体适应度值；
83.判断第二最优个体适应度值是否大于目标值；
84.当第二最优个体适应度值大于目标值时，将第二最优个体适应度值作为最佳bp神经网络权值和阀值；
85.迭代次数加1,返回到s07。
86.本发明中，所述适应度值评价函数为：
87.式中，为第k个训练样本通过神经网络得到的第i个预测输出；是相应的实际输出；n1为训练集的样本个数，n2为bp神经网络输出层的神经元的个数。
88.本发明中，由于恒温、冷却的温度均在一定范围值内，处理器接收信号后，计算信号中的温度与恒温、冷却温度范围值差，分析值差的大小，ga-bp神经网络计算各控制器的工作参数，从而控制各机构工作运行状态。
89.本发明的工作原理为：首先，培养基完成水浴灭菌后，铜管内的蒸汽在第一水泵的作用下，通过第二连通管到达软化水箱内，软化水箱将蒸汽进行软化，再将其运输至铜管内，对内桶以及培养基进行冷却，接着内冷却机构和第二帕尔贴接收到控制机构发出的指令，通过第二水泵将内回路内部的水通过第三连通管抽至换热装置内，换热装置对水进行热交换冷却，换热后的水经过过滤器，过滤器将水内的杂质进行过滤，被过滤后的水进入到内回路内，在第二帕尔贴的协同作用下，保证内回路的水处于一定温度范围内，外冷却机构可与内冷却机构协同工作，通过控制机构根据培养基样品温度切换不同冷却方式，最后通过蒸汽发生器工作产生蒸汽，第一电磁阀工作，蒸汽通过第一连通管到达铜管内，从而对灭菌室进行加热，铜管内温度较低的蒸汽通过外冷却机构内的第二连通管进入到软化水箱内，蒸汽发生器持续产生蒸汽，使得铜管内保持一定区域内的温度，且在第一帕尔贴的作用下，蒸汽降温时，第一帕尔贴给予一定的加热作用，从而持续保持恒温状态，且在铜管的外部包裹恒温体，恒温体由高热容、高导热材料形成，且具备足够质量，恒温、冷却系统工作时，恒温体将吸收因温度和气流而来的环境波动，具备较强的缓冲作用，将铜管与不稳定环境隔离，保证恒温机构稳定工作，减小外界温度变化而产生的影响，空压机工作，向灭菌室内注入洁净空气，用于一直水浴沸腾飞溅污染内桶内的培养基。
90.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。