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質(zhì)保3年只換不修，廠家長沙實了個驗儀器制造有限公司

一、概述

伯樂電穿孔儀 165-2661（Bio-Rad Gene Pulser Xcell 165-2661）是專為生物電轉(zhuǎn)化與基因?qū)胙芯吭O(shè)計的高性能儀器。
其結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循高壓安全、能量可控、參數(shù)可調(diào)與系統(tǒng)可追溯的工程理念，融合電子控制、電容儲能、信號監(jiān)測與智能安全管理等多個技術(shù)模塊。

整機(jī)由主機(jī)系統(tǒng)、ShockPod 電擊槽、電擊杯組件、控制與顯示系統(tǒng)、散熱裝置以及安全防護(hù)與校準(zhǔn)接口等部分構(gòu)成。
各結(jié)構(gòu)模塊既獨(dú)立又協(xié)同，確保在短時間內(nèi)精準(zhǔn)釋放電能、生成穩(wěn)定電場并維持可靠運(yùn)行。

二、總體結(jié)構(gòu)布局

165-2661 的整體結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計，主要分為以下六個部分：

1. 主機(jī)電源與控制核心區(qū)

2. 儲能與放電模塊區(qū)

3. 操作與顯示控制面板區(qū)

4. ShockPod 電擊槽系統(tǒng)

5. 外部連接與傳導(dǎo)組件

6. 安全與散熱系統(tǒng)

機(jī)體外殼采用聚碳酸酯絕緣材料和金屬防電磁干擾層，內(nèi)部分區(qū)隔離，防止高壓互感。
整機(jī)尺寸約 33 × 26 × 15 cm，重量約 6 kg，便于臺式放置與維護(hù)。

三、主機(jī)電源與控制核心區(qū)

1. 電源輸入系統(tǒng)

該區(qū)位于機(jī)體后部，負(fù)責(zé)為整機(jī)提供穩(wěn)定電源：

• 額定輸入：AC 220 V ±10%，50/60 Hz；

• 內(nèi)置 EMI 濾波模塊與穩(wěn)壓電路，抑制電磁干擾；

• 設(shè)有保險絲座與防浪涌保護(hù)裝置；

• 電源線采用三芯接地結(jié)構(gòu)，接地電阻 ≤ 1 Ω。

電源部分通過變壓整流與 DC 穩(wěn)壓電路，輸出多組低壓供電（±5 V、±12 V）和高壓驅(qū)動電源，為控制主板與高壓模塊分別供能。

2. 控制主板（Microcontroller Board）

控制主板是整機(jī)的“神經(jīng)中樞”，由高性能微處理器、信號采樣芯片與 EEPROM 存儲單元組成。
主要功能包括：

• 采集與分析傳感器信號；

• 控制電壓、電容、電阻與波形輸出；

• 實時顯示時間常數(shù)與放電曲線；

• 監(jiān)測蓋鎖、溫度與電源狀態(tài)；

• 存儲多組實驗參數(shù)并支持 USB 導(dǎo)出。

該控制板通過 SPI 總線與高壓模塊通信，實現(xiàn)毫秒級同步。

四、儲能與放電模塊區(qū)

該部分是儀器的能量核心單元，由高壓電容組、放電回路、電阻陣列及過壓保護(hù)電路組成。

1. 電容儲能組

• 調(diào)節(jié)范圍：25–3275 μF；

• 組成：五組高壓聚丙烯電容單元并聯(lián)，可自動切換組合；

• 精度：±1%；

• 功能：儲存能量并在放電瞬間通過電擊杯釋放。

電容模塊通過控制信號驅(qū)動繼電器矩陣組合不同電容值，實現(xiàn)可變時間常數(shù)控制。

2. 放電回路

由可控硅（SCR）與高壓繼電器組成，受主控板觸發(fā)。
在放電瞬間電容能量經(jīng)電阻與電極間釋放，產(chǎn)生瞬時電場。
放電路徑內(nèi)嵌取樣電阻用于計算電流變化，進(jìn)而推算時間常數(shù) τ。

3. 電阻匹配陣列

• 阻值范圍：50–600 Ω；

• 功能：控制放電速率與波形衰減；

• 具備“Auto-R” 自動匹配模式，根據(jù)樣品導(dǎo)電率自動選擇最合適電阻組合。

4. 過壓與放電保護(hù)

系統(tǒng)設(shè)有高壓齊納管與自動放電電阻：

• 防止過壓沖擊損壞電容；

• 實驗結(jié)束后 10 秒內(nèi)將殘余電荷降至安全電壓 (<5 V)。

五、操作與顯示控制面板區(qū)

位于主機(jī)前方，是用戶與系統(tǒng)交互的主要界面。

1. 液晶顯示屏

• 分辨率高、背光可調(diào)；

• 實時顯示電壓、電容、時間常數(shù)、波形模式、能量釋放率、溫度等信息；

• 可查看放電曲線與實驗編號。

2. 控制按鍵與旋鈕

• Power 開關(guān)：總電源啟停；

• Menu 鍵：進(jìn)入菜單選擇模式；

• Select/Adjust 旋鈕：滾動與修改參數(shù)；

• Enter 鍵：確認(rèn)輸入；

• Pulse 鍵：執(zhí)行放電命令；

• Cancel 鍵：退出或中斷操作。

3. 狀態(tài)指示燈

• READY：系統(tǒng)待機(jī)；

• RUN：放電進(jìn)行中；

• FAULT：錯誤或報警狀態(tài)。

4. USB 數(shù)據(jù)接口

用于導(dǎo)出實驗記錄（CSV 格式），便于后續(xù)分析與歸檔。

六、ShockPod 電擊槽系統(tǒng)

ShockPod 是主機(jī)與樣品之間的能量傳遞裝置，承擔(dān)高壓輸出、安全隔離與機(jī)械支撐功能。

1. 結(jié)構(gòu)組成

• 外殼材料：高強(qiáng)度聚碳酸酯，絕緣性能優(yōu)良；

• 內(nèi)部：兩極不銹鋼接觸片與絕緣隔板；

• 頂部設(shè)有安全蓋鎖機(jī)構(gòu)，帶微動開關(guān)檢測。

2. 工作原理

當(dāng)電擊杯插入后，電極與 ShockPod 內(nèi)觸點(diǎn)精確接觸。
蓋鎖閉合信號傳輸至主控系統(tǒng)后方可激活高壓輸出。
放電過程中，能量經(jīng)觸點(diǎn)傳入樣品液體，形成均勻電場。

3. 安全防護(hù)

• 若蓋未鎖定，系統(tǒng)顯示 “LID OPEN – DENY PULSE”；

• 蓋鎖閉合后才允許充電；

• 具備機(jī)械限位與軟件雙重檢測，防誤觸發(fā)。

4. 散熱與維護(hù)

• 內(nèi)部留有散熱通道，防止長時間連續(xù)放電導(dǎo)致溫升；

• 每次使用后應(yīng)清潔并保持干燥，防止導(dǎo)電污染。

七、電擊杯組件結(jié)構(gòu)

電擊杯（Cuvette）是形成電場并直接作用于細(xì)胞樣品的核心容器。

1. 材料與規(guī)格

• 材質(zhì)：透明聚碳酸酯或石英玻璃；

• 電極：鍍金或不銹鋼平行板，保證導(dǎo)電均勻；

• 間距：0.1 cm、0.2 cm、0.4 cm 三種規(guī)格；

• 容積：50–800 μL。

2. 設(shè)計特征

• 電極間距精確、絕緣壁厚均勻；

• 透明設(shè)計便于觀察電弧與氣泡；

• 可一次性使用或經(jīng)高壓滅菌重復(fù)使用（≤10 次）。

3. 電場分布

當(dāng)樣品液體充滿間隙時，電場近似均勻分布；
若樣品導(dǎo)電性過高或有氣泡，則易產(chǎn)生局部電弧。

八、信號傳導(dǎo)路徑與工作邏輯

電穿孔儀的信號傳導(dǎo)流程如下：

1. 參數(shù)設(shè)定階段

• 用戶在控制面板輸入電壓、電容等參數(shù)；

• 控制主板將數(shù)據(jù)存儲并傳遞至高壓模塊。

2. 充電階段

• 電容模塊通過高壓變壓器充電至目標(biāo)電壓；

• 控制系統(tǒng)實時監(jiān)測電壓上升速度與穩(wěn)定性。

3. 放電觸發(fā)階段

• 用戶按下 “Pulse” 鍵；

• 微控制器發(fā)出觸發(fā)信號至可控硅；

• 電容能量通過電阻陣列釋放至 ShockPod。

4. 信號采集與反饋階段

• 電壓、電流傳感器實時采集波形；

• 控制板計算時間常數(shù)與能量釋放；

• 結(jié)果顯示并自動保存至內(nèi)部存儲器。

5. 放電結(jié)束與安全恢復(fù)

• 系統(tǒng)自動切斷高壓并激活放電電阻；

• 殘余電荷在 10 秒內(nèi)完全釋放；

• 狀態(tài)指示燈恢復(fù)至 “READY”。

九、安全保護(hù)與監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為確保使用過程安全，165-2661 設(shè)有多級保護(hù)機(jī)制。

1. 電氣安全

• 自動放電回路：防止殘余電荷；

• 過壓保護(hù)：通過齊納二極管與繼電器實現(xiàn)；

• 接地系統(tǒng)：整機(jī)金屬部件全部接地；

• 漏電檢測：監(jiān)測異常電流并自動斷電。

2. 機(jī)械安全

• 蓋鎖檢測：蓋未閉合禁止高壓輸出；

• ShockPod 隔離：防止高壓傳導(dǎo)至外殼；

• 高壓警示燈：放電時亮起提示。

3. 熱管理與溫控

• 雙風(fēng)道結(jié)構(gòu)，內(nèi)置溫度傳感器；

• 當(dāng)模塊溫度 > 45 ℃ 時，系統(tǒng)暫停運(yùn)行并報警；

• 風(fēng)扇自動調(diào)速，保證熱平衡。

4. 軟件安全

• 自動校驗放電次數(shù)與時間常數(shù)范圍；

• 檢測到異常值時立即中止運(yùn)行；

• 存儲錯誤日志以便追溯。

十、外部連接與擴(kuò)展接口

1. 電源接口

標(biāo)準(zhǔn)三孔 IEC 接口，帶保險絲倉與電源開關(guān)。

2. USB 數(shù)據(jù)接口

位于面板側(cè)面，用于實驗數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

3. 校準(zhǔn)端口

隱藏于后部面板，用于連接高壓探頭進(jìn)行定期校準(zhǔn)；
在非維護(hù)狀態(tài)下封閉，防止誤操作。

4. 通風(fēng)口與過濾網(wǎng)

分布于左右兩側(cè)，保證空氣流通并可拆洗更換。

十一、內(nèi)部布局與電氣連線

內(nèi)部采用三層板式結(jié)構(gòu)：

• 上層：控制主板與顯示電路；

• 中層：電容儲能組與放電回路；

• 下層：電源模塊與風(fēng)道系統(tǒng)。

所有高壓連接線均采用硅橡膠絕緣導(dǎo)線，并配有屏蔽層；
信號線與高壓線分槽布置，防止串?dāng)_。

電氣連線通過壓接端子與接插件連接，便于維護(hù)與替換。

十二、儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)

1. 模塊化設(shè)計
   各功能單元可獨(dú)立更換，提高維修與升級效率。

2. 雙層安全結(jié)構(gòu)
   電氣與機(jī)械防護(hù)雙重隔離，符合 IEC 61010 安全標(biāo)準(zhǔn)。

3. 高精度采樣電路
   電流與電壓取樣分離設(shè)計，確保時間常數(shù)計算準(zhǔn)確。

4. 散熱效率高
   風(fēng)道設(shè)計短、空氣流動阻力小，溫升低于 8 ℃。

5. 人機(jī)交互友好
   菜單清晰、顯示直觀、按鍵反饋靈敏。

6. 可擴(kuò)展性強(qiáng)
   可外接溫控模塊、雙 ShockPod 系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集終端。

十三、維護(hù)與檢查要點(diǎn)

十四、結(jié)構(gòu)可靠性與壽命設(shè)計

• 高壓模塊額定壽命 ≥ 100,000 次放電；

• 電容模塊壽命 ≥ 10? 次充放電循環(huán)；

• ShockPod 機(jī)械鎖耐用次數(shù) ≥ 20,000 次；

• 散熱風(fēng)扇連續(xù)工作壽命 ≥ 30,000 小時。

這些設(shè)計保證儀器在長期科研與工業(yè)應(yīng)用中保持穩(wěn)定性能。

十五、結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系分析

• 高壓模塊決定電場強(qiáng)度，是電穿孔成功的物理基礎(chǔ)；

• 電容模塊調(diào)節(jié)能量釋放速率，控制細(xì)胞膜恢復(fù)過程；

• ShockPod 系統(tǒng)負(fù)責(zé)能量傳遞與安全隔離；

• 控制主板實現(xiàn)智能化參數(shù)控制與波形記錄；

• 散熱與防護(hù)系統(tǒng)保證設(shè)備穩(wěn)定、安全、長壽命運(yùn)行。

各模塊協(xié)同工作，形成“能量生成-電場傳導(dǎo)-安全反饋-數(shù)據(jù)監(jiān)控”閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

十六、結(jié)構(gòu)優(yōu)勢與創(chuàng)新設(shè)計

1. 高集成度控制電路
   將放電控制、能量監(jiān)測與數(shù)據(jù)記錄集成在單一主板上，降低噪聲干擾。

2. 自動校正系統(tǒng)
   內(nèi)置校正算法，實時修正電容與電阻的溫度漂移。

3. 智能安全聯(lián)鎖
   通過機(jī)械、電子與軟件三重檢測確保操作者安全。

4. 數(shù)據(jù)接口開放
   可與外部數(shù)據(jù)庫或?qū)嶒炇倚畔⑾到y(tǒng)連接，實現(xiàn)遠(yuǎn)程記錄。

5. 可拆卸 ShockPod
   模塊化設(shè)計便于清洗與替換，延長整機(jī)使用壽命。

十七、結(jié)構(gòu)維護(hù)建議

1. 每次實驗后，清潔電擊槽與電極接觸點(diǎn)，防止殘留鹽分。

2. 保持通風(fēng)孔清潔，定期拆洗過濾網(wǎng)。

3. 定期檢查電容溫升情況，發(fā)現(xiàn)鼓脹或異味立即停機(jī)。

4. 禁止非專業(yè)人員拆卸高壓部分。

5. 存放環(huán)境應(yīng)干燥、無腐蝕氣體、無灰塵積聚。