АНАЛИТИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ С ТЕСТОВОЙ ЛЕНТОЙ, СОДЕРЖАЩИЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА И РЕДУКТОР
ANALYTICAL INSTRUMENT WITH TEST TAPE, CONTAINING DIRECT CURRENT MOTOR AND REDUCTION GEAR

Изобретение относится к аналитическому инструменту с тестовой лентой, в частности к ручному инструменту для тестов на содержание сахара в крови, со сменным блоком тестовой ленты, выполненным в виде ленточной кассеты, содержащей тестовую ленту, снабженную множеством тестовых элементов, на которые наносится биологическая жидкость, и с лентопротяжным механизмом, соединенным с блоком тестовой ленты, для прямой перемотки тестовой ленты, так что тестовые элементы последовательно доставляются к месту применения.
Такие системы с тестовой лентой уже предлагались в ряде патентных заявок заявителя, чтобы добиться дополнительных преимуществ для пользователя по сравнению с системами с использованием тестовых полосок, имеющимися на рынке. На практике наряду с надежным позиционированием тестовых элементов необходимо также обезопасить место их использования от возникновения чрезмерных шумов.
Исходя из этого, в основу изобретения положена задача дальнейшего совершенствования систем, предложенных в уровне техники, и достижения надежного позиционирования тестовых элементов с незначительными шумовыми помехами при компактной конструкции.
Для решения этой задачи предлагается комбинация признаков, указанная в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные и усовершенствованные варианты выполнения изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения.
В основе изобретения лежит идея использования компактного высокооборотного двигателя. В соответствии с этим согласно изобретению предлагается, чтобы лентопротяжный механизм содержал двигатель постоянного тока и понижающий редуктор, установленный между двигателем постоянного тока и блоком тестовой ленты. Двигатель постоянного тока благодаря своему малому монтажному пространству и своему малому энергопотреблению может быть легко встроен в ручной прибор и делает возможной работу с низким уровнем шумов и вибраций, в то время как понижающий редуктор обеспечивает соответствующее преобразование числа оборотов/момента вращения для надежного позиционирования ленты. Другим преимуществом является упрощенное изготовление при экономичной конструкции.
Предпочтительно, чтобы двигатель постоянного тока для получения равномерных шумовых характеристик при незначительном колебании момента был выполнен в виде плоского ротора с механической коммутацией. Кроме того, такой двигатель может быть просто сконструирован с малым количеством деталей, причем он особенно удобен для работы от аккумуляторной батареи. Также возможно использование двигателя постоянного тока с электронной коммутацией.
Другое усовершенствование в отношении шумовых помех и загрязнения достигается за счет того, что понижающий редуктор, предпочтительно вместе с двигателем постоянного тока, герметизирован относительно окружающей среды в одном корпусе редуктора.
Особенно компактная и прецизионная конструкция предпочтительным образом достигается благодаря тому, что двигатель постоянного тока имеет корпус двигателя, который в отдельных местах образован стенкой корпуса редуктора.
Другой предпочтительный вариант предусматривает, чтобы ротор двигателя постоянного тока имел опору подшипника, расположенную в корпусе редуктора. Это позволяет дополнительно сократить цепочки допусков в сочетании с последовательно подсоединенным редуктором. Другое усовершенствование в этом отношении вытекает из того, что у двигателя постоянного тока в компоненте его корпуса имеется опора подшипника для его ротора и что этот компонент корпуса двигателя закреплен в корпусе редуктора. Также является предпочтительным размещение элемента понижающего редуктора, непосредственно соединенного с двигателем постоянного тока, в секции корпуса двигателя постоянного тока.
Во избежание формирования акустических мостиков с корпусом предпочтительно, чтобы блок тестовой ленты устанавливался на шасси прибора, причем корпус редуктора соединяется с шасси прибора лишь в отдельных точках с сохранением воздушного зазора.
Для надежной передачи приводных усилий предпочтительно, чтобы редуктор был выполнен в виде зубчатой передачи, в частности многоступенчатой прямозубой цилиндрической зубчатой передачи, например, с боковым смещением точек подвода и отбора мощности. При этом для экономичного изготовления удобно, чтобы зубчатые колеса зубчатой передачи были выполнены в виде литых изделий из пластмассы, в частности из полиоксиметилена РОМ.
Для возможно более равномерной подачи тестовой ленты независимо от диаметра бобины предпочтительно, чтобы лентопротяжный механизм содержал регулятор частоты вращения для регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока в зависимости от количества уже поданных тестовых элементов блока тестовой ленты. Другой предпочтительный вариант выполнения предусматривает, чтобы частота вращения двигателя постоянного тока находилась в диапазоне между 100-200 оборотами в секунду и чтобы число оборотов на выходе понижающего редуктора составляло 0,2-0,5 оборотов в секунду.
Предпочтительно, двигатель постоянного тока с помощью щеток подключен к батарейному источнику питания, причем щеткодержатели для демпфирования вибрации щеток встроены в корпус редуктора.
Дальнейшая минимизация вибрации двигателя достигается за счет того, что двигатель постоянного тока содержит вал двигателя с продольным пазом, выполненным на одном из концевых участков, так что концевой участок с продольным пазом вставляется в отверстие подшипника с выравниванием отклонений от допуска.
Для уменьшения трения в подшипниках и передачи движения с корректным углом вал двигателя постоянного тока, предпочтительно, выполнен за одно целое с ведущим зубчатым колесом из пластмассы, в частности из полиоксиметилена РОМ.
3
3
Существенное преимущество лентопротяжного механизма согласно изобретению наряду с минимизацией шумов заключается в реализации компактной конструкции. В соответствии с этим возможно, чтобы корпус, окружающий лентопротяжный механизм и заключающий блок тестовой ленты, имел монтажное пространство, занимающее менее 150 см, предпочтительно около 135 см.
Предпочтительно, лентопротяжный механизм рассчитан на то, чтобы приводить во вращение приемную бобину ленточной кассеты для намотки тестовой ленты, снабженной тестовыми элементами. Таким образом обеспечивается возможность простого удаления использованных тест-элементов.
Ниже изобретение более подробно поясняется на примере выполнения, изображенном на чертежах, на которых:
фиг. 1 изображает в перспективе аналитический инструмент с тестовой лентой, снабженный сменной ленточной кассетой;
фиг. 2 - лентопротяжный механизм инструмента с тестовой лентой при фрагментарном увеличении фиг. 1;
фиг. 3 - лентопротяжный механизм в сечении по линии, проходящей через оси вращения зубчатых колес;
фиг. 4 - двигатель лентопротяжного механизма в осевом сечении;
фиг. 5 - вал двигателя с продольными пазами на концах в перспективе при фрагментарном увеличении фиг. 4.
Инструмент с тестовой лентой, изображенный на фиг. 1, содержит приборный блок 10 с лентопротяжным механизмом 12, выполненным с возможностью обеспечения особенно равномерного движения, и сменную ленточную кассету 14, выполненную с возможностью соединения с лентопротяжным механизмом. У приборного блока 10 шасси для наглядности показано лишь с фрагментом охватывающего его корпуса 15. Инструмент с тестовой лентой используется в качестве ручного прибора для выполнения измерений содержания сахара в крови, которые могут производиться на месте самим пользователем. Соответствующие подробности вытекают, например, из ЕР-А 1760469, на который в этой связи делается ссылка.
Ленточная кассета 13, показанная на фиг. 1 снизу в перспективе с поворотом, содержит тестовую ленту 16, на отдельных участках снабженную тестовыми полями 18, на переднюю сторону которых может наноситься, на участке направляющего выступа, выполняющего роль места нанесения, кровь или биологическая жидкость. Одновременно с задней стороны с помощью измерительного узла 19 может выполняться измерение соответствующего тестового поля 18. С этой целью тестовая лента с помощью лентопротяжного механизма 12 перематывается с подающей бобины 20 на приемную бобину 22, так что расположенные на расстоянии друг от друга тестовые поля 18 друг за другом доставляются к месту применения для последовательных тестов. При этом с помощью приводной цапфы 24, входящей в зацепление посредством кинематического замыкания, во вращение приводится только приемная бобина 22.
Как видно на фиг. 2, лентопротяжный механизм 12 содержит электродвигатель, выполненный в виде двигателя 26 постоянного тока, и последовательно подсоединенный к нему понижающий редуктор 28. Понижающий редуктор 28 вместе с двигателем 26 герметизирован, или экранирован, относительно окружающей среды в корпусе 30 редуктора. Для предотвращения передачи звука через конструктивные элементы (корпусной шум) корпус 30 редуктора соединен с расположенным под ним шасси 10 лишь в отдельных точках крепления, причем сохраняется воздушный зазор.
Предпочтительно, корпус редуктора выполнен из жидкокристаллического полимера LCP (Liquid Crystal Polymer), т.е. из тугоплавкого материала, обеспечивающего жесткие допуски. Если это необходимо, на шасси 10 также размещены другие конструкции, выполненные из этого материала для обеспечения одинакового коэффициента линейного расширения.
Понижающий редуктор 28 состоит из нескольких зубчатых колес 34, 36, 38, 40 с параллельными друг другу осями вращения, которые тем самым в качестве многоступенчатой прямозубой цилиндрической зубчатой передачи обеспечивают подвод и отбор мощности с боковым смещением. Дополнительное зубчатое колесо 42 с нижней стороны шасси 10 соосно соединено с приводной цапфой 24. Зубчатые колеса целесообразно выполнить в виде литых деталей из полиоксиметилена РОМ. С точки зрения дальнейшего подавления шумов, предпочтительно, чтобы глубина основания зубца первого зубчатого колеса 34, находящегося в зацеплении с ротором, была увеличена, так чтобы зубцы были выполнены несколько более длинными. Благодаря этому зубцы являются менее жесткими и таким образом гасят вибрацию.
Для дальнейшего ограничения самопроизвольной передачи шумов двигатель 26 целесообразно снабжать энергией с помощью щеток 44, демпфирующих вибрацию. С этой целью во избежание возникновения высокочастотных колебаний в корпус 30 редуктора встроены достаточно жесткие щеткодержатели 45. Для демпфирования особенно высокочастотных колебаний части щеток 44 на участке нижней коробки 48 корпуса могут быть также дополнительно смазаны.
Как видно на фиг. 3, корпус 30 редуктора содержит верхнюю коробку 46 и нижнюю коробку 48, между которыми установлены зубчатые колеса 36, 38 и 40. Напротив, первое зубчатое колесо 34, непосредственно соединенное с двигателем 26, установлено на своей выступающей вниз оси в секции 50 корпуса 52 двигателя, так что допуски на точность позиционирования в значительной степени минимизированы. Другой куполовидный компонент 54 корпуса двигателя, образующий верхнюю опору подшипника для ротора 56 двигателя, жестко закреплен в отверстии верхней коробки 46 для обеспечения там точной центровки и стабилизации.
Корпус 52 двигателя закрыт не со всех сторон, а для создания возможно более компактного устройства открыт снизу с торцевой стороны. При этом отверстие закрыто нижней коробкой 48, дополняющей тем самым корпус двигателя и образующей место 58 опоры для ротора 56.
Верхняя коробка 46 посредством точечных соединений 60 соединена с платой 62 управления (изображена условно), содержащей регулятор 64 частоты вращения двигателя 26. Тем самым частота вращения двигателя в соответствии с диаметром бобины в зависимости от количества проведенных тестов управляется таким образом, что достигается постоянная скорость протяжки ленты порядка 15 мм/сек. При этом частота вращения двигателя составляет около 100-200 в секунду, причем в результате понижения до выходной частоты вращения приводной цапфы 24 порядка 0,2-0,4 оборотов в секунду достигается также необходимый момент вращения.
Как лучше всего видно на фиг. 4, вал 66 двигателя с малым зубчатым колесом 68, находящимся в зацеплении с первым зубчатым колесом 34, выполнен за одно целое из пластмассы, в частности из полиоксиметилена РОМ. Благодаря ротору, не содержащему железа, наряду с высокой динамикой обеспечивается возможность работы без задержки момента. В качестве ротора используется плоский ротор 70 с механической коммутацией, обладающий наряду с малой конструктивной длиной низким стартовым напряжением при малом энергопотреблении, что является особым преимуществом портативного прибора с батарейным питанием.
Нижняя опора 58 подшипника ротора образована отверстием в нижней коробке 48. Как подробно показано на фиг. 5, вал 66 двигателя может иметь концевой участок 70 с продольным пазом, вставляемый для обеспечения особенно плавного хода в отверстие подшипника путем радиального распора с выравниванием отклонений от допуска. При этом следует помнить, что на этом участке вибрации вала двигателя могут привести к возникновению шумов, в то время как на верхнем участке вала усилия со стороны зубчатого колеса обеспечивают предпочтительную ориентацию в опоре подшипника.
Прежде всего первое высокооборотное зубчатое колесо 34 испытывает в результате зубчатого зацепления воздействие радиального усилия в предпочтительном направлении. Для улучшения условий работы подшипника для вала зубчатого колеса вместо цилиндрического отверстия подшипника может быть предусмотрена втулка подшипника с призматической направляющей.
3
3
3
Для пользователя большим преимуществом является то, что компактный лентопротяжной механизм позволяет использовать очень небольшой корпус 15 прибора. Предпочтительно, объем, занимаемый прибором, составляет около 135 см, в то время как дополнительно подсоединенный прокалыватель пальца (опция; не показан) имеет монтажный объем порядка 20 см, так что общий объем составляет 155-160 см.