摘要：文章通過對全自動生化分析儀中加樣系統進行深入分析，對比傳統加樣系統的傳動方式，從精度、效率、壽命和綜合成本等方面詳細闡述了直線步進電機的特點和優勢，提出了對現有加樣系統設計缺陷的合理改進，從而設計出具有優越性能且符合市場需求的產品。
關鍵詞：生化分析、加樣系統、線性運動、直線步進電機，

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、微量等優點，在實驗室和臨床檢驗中得到了廣泛的應用。目前在國內全自動生化分析儀市場上，雖然國產品牌正迎頭趕上，但仍舊是國外產品占主導地位，究其原因主要是國產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中的有別與傳統傳動方式的一項專利技術產品，它能夠在實現精確加樣和自動裝載的同時保證系統的高壽命和高可靠性。

直線步進電機在自動生化分析儀上的應用

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,數據處理,結果顯示和輸出，以及清洗等實驗操作步驟實現自動化操作的儀器。

自動生化分析儀的自動加樣、取樣功能是通過其加樣系統來實現的。加樣系統中的機械執行機構一般包括：懸臂機構和驅動機構。國內目前的驅動機構一般采用旋轉步進電機與傳動機構諸如：同步帶、齒輪齒條，滾珠絲桿之類；傳動機構與懸臂機構相連，從而實現自動加樣取樣功能。滾珠絲桿缺點是體積大，成本高，對機構調校要求高，而且滾珠絲桿一般螺距較大，造成機構分辨率不高。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，從而影響了產品的整體質量和檔次，與國外同類產品的競爭中處于不利地位。

圖1 傳統傳動方式結構復雜，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 直線步進電機結構簡潔，便于整體設計

由于直線步進在電機內部實現旋轉運動到直線運動的轉換，使懸臂機構與電機直接連接，在做到機構盡量精巧簡潔的同時，無須中間傳動環節的機械機構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構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3 Acme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構設計（專利號中國ZL200330102644.4， 美國 6.932，319），以及專業化的線性傳動制造工藝保證整體機構的高壽命，另外其自潤滑的螺母材料和高質量的螺桿加工工藝，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500萬次循環的壽命。

直線步進電機技術簡介

步進電機是由磁性轉子鐵芯通過與由定子產生的脈沖電磁場相互作用而產生轉動，直線步進電機在電機內部把旋轉運動轉化為線性運動。直線步進電機，或稱線性步進電機，首先出現在美國1968年的第3，402，308號專利上，是頒發給William Henschke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動，從而使螺桿軸向移動。一般而言，目前有兩種實現這種轉化的方式，第一種是在電機內置一個帶內螺紋的轉子，以轉子的內螺紋和螺桿相嚙合而實現線性運動，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動螺母和螺桿相嚙合從而實現直線運動。這樣做的結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螺紋轉子，這種綜合考慮了物理穩定性和潤滑性能的專利產品，在具有低摩擦系數的同時又有相當優異的熱膨脹性能。兩方面的優異性能，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

直線步進電機在國內的成功應用

目前國內專業生產直線步進電機的廠商并不多，海頓電機（常州）有限公司是目前國內唯一專業生產直線步進電機的廠家，公司成立以來一直都致力于優化客戶的線形運動解決方案，提高客戶的產品性能。尤其是在是在生化分析領域，海頓電機更是以其優異的性價比，良好的售后服務和強大的技術支持為客戶所稱道。同時海頓客戶化定制的產品完全做到了針對生化分析儀量身定做，從而為設計工程師提供了更大的設計空間，為客戶提升產品的綜合性能提供了良好的先行條件。海頓電機結構簡潔、免維護、高壽命的特點使其具有更低的綜合成本使其迅速在生化分析領域被接受，優異的性能使其在應用中得到廣泛的認可和贊譽，而海頓素來為人稱道的售后服務使其在市場上不斷開拓進取。

海頓扎根中國市場三年多以來迅速以絕對優勢占領了相關應用領域的市場份額，與國內外多加知名廠家建立了良好的合作關系，如深圳邁瑞、南京英諾華等。此外海頓還長期與國內多叫名牌院校和科研院所建立合作關系，為推動國內該產業的進步作出自己的貢獻。