一种基于混频检测原理的浓度检测传感器制造技术

本发明专利技术涉及浓度检测技术领域，尤其涉及一种基于混频检测原理的浓度检测传感器，包括驱动线圈、激励线圈和差分检测线圈，所述驱动线圈为圆柱型绕制多层线圈，于引线处输入低频大功率电流；所述激励线圈为圆柱型绕制单层线圈，位于所述驱动线圈内部，与驱动线圈为同心位置关系，于引线处输入高频低功率电流；所述差分检测线圈，包括绕制方向相反但参数完全一致的第一线圈和第二线圈上下串联而成，所述差分检测线圈位于所述激励线圈内部，与所述激励线圈和所述驱动线圈为同心位置关系，所述第一线圈和所述第二线圈的几何中心重合，为单层结构。本发明专利技术的有益效果是提升传感器对检测对象的灵敏度，解决多路检测需要保证相邻检测对象距离过大的问题。距离过大的问题。距离过大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混频检测原理的浓度检测传感器


[0001]本专利技术涉及浓度检测
，尤其涉及一种基于混频检测原理的浓度检测传感器。

技术介绍

[0002]临床检测技术(Point
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care testing,POCT)的提出是为了解决现代医疗体系中因环境条件有限而导致医疗资源匮乏的问题。其目的为摆脱传统基于实验室手段的诊断技术，使得患者在条件有限的情况下能进行和实验室技术同等级别的医学诊断。因此POCT泛指具备价格合理、精度高、操作简便等特点的检测手段。除了用于疾病诊断以外，POCT还被应用于环境监测、食品安全和药物检测等多个领域。
[0003]磁性纳米颗粒作为新兴的示踪剂被广泛应用于各种医学检测领域，比如：磁颗粒成像、药物传递、目标物定量检测等。磁性纳米粒子的浓度检测主要包含两个方面：光学检测以及磁检测。相比于光学检测，磁检测技术具备更高的检测灵敏度并且对检测环境要求更低的特点，同时磁检测技术能检测三维空间信号，这是光学检测所不具备的能力。得益于此，磁检测技术一般具备更低的检测下限。
[0004]根据检测原理，磁检测技术主要包含三类：磁阻、磁通量和磁导率。其中基于磁通量检测原理的方法包含了一种新兴技术——混频检测技术。该方法相比于其他磁检测原理具有成本低与检测灵敏度高的特点。并且该传感器还具备体积小和抗干扰能力强的特点，使其在大多数临床环境下皆可以进行检测，满足POCT使用环境。同时结构简单的特性使其容易组成整列用于多检测应用。由于检测对象为干燥样本，因此可以忽略弛豫与磁颗粒间的磁偶极矩作用，检测精度较高。
[0005]混频检测主要应用分两种：单一检测对象和多检测对象。
[0006](1)单一样本：将干燥且带有磁性纳米颗粒的容器竖直插入线圈，并保持带有磁性纳米粒子的检测区域的中心处于上检测线圈中心位置。处于中心位置的顺磁性物质被磁化后产生响应被差分检测线圈捕获。分析捕获的信号即可获取当前容器中的磁性纳米颗粒浓度。
[0007](2)多样本：常见的多样本检测为层析检测。层析检测试纸条上存在两根磁纳米颗粒形成的窄带(控制线和检测线)。使用方法与单样本类似，将试纸条伸入检测线圈内部，当检测线到达检测线圈中心位置时检测一次信号，然后继续推进试纸条直至控制线达到检测线圈中心位置，此时再测一次信号。通过前后捕获的信号强度即可获取浓度检测结果。
[0008]现有的传感器在微量检测情况下，响应磁场对磁力线的影响被弱化；另外多路检测有较高的样本间距要求，目前多样本检测受到相邻样本间距要求的影响，仅适用于实验室检测阶段，尚无法应用于间距较小的临床检测环境，在间距较小的临床检测环境，该项技术在多路检测应用中的检测精度不如单一检测情况。
[0009]因此，本领域的技术人员致力于开发一种磁性粒子浓度检测传感器，以提升传感器对检测对象的灵敏度，解决多路检测需要保证相邻检测对象距离过大的问题。

技术实现思路

[0010]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是多路检测需要保证的相邻检测对象距离过大，传感器对检测对象检测的灵敏度偏低。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于混频检测原理的浓度检测传感器，其特征在于，包括驱动线圈、激励线圈和差分检测线圈，其中：
[0012]所述驱动线圈，为圆柱型绕制多层线圈，于引线处输入低频大功率电流，用于在圆柱体中心处产生足够强的低频磁场使得该位置的顺磁性材料能磁饱和；
[0013]所述激励线圈，为圆柱型绕制单层线圈，位于所述驱动线圈内部，与所述驱动线圈为同心位置关系，于引线处输入高频低功率电流，用于产生高频激励磁场使得饱和顺磁性材料能产生磁响应，从而影响线圈中心位置的磁力线分布情况；
[0014]所述差分检测线圈，包括绕制方向相反但参数完全一致的第一线圈和第二线圈上下串联而成，所述差分检测线圈位于所述激励线圈内部，与所述激励线圈和所述驱动线圈为同心位置关系，所述第一线圈和所述第二线圈的几何中心重合，为单层结构，所述第一线圈为浓度信号捕获线圈，第二线圈为环境信号捕获线圈，所述第一线圈捕获的信号与所述第二线圈捕获的信号相减即可获得高信噪比的浓度信号。
[0015]在本专利技术的一个优选实施例中，所述驱动线圈的高度为60～100mm，线径0.3～2mm，总匝数700～800。
[0016]进一步的，所述激励线圈的高度为60～100mm，线径0.3～2mm，总匝数500～700。
[0017]进一步的，所述差分检测线圈的高度为3～7mm，线径0.3～2mm，总匝数500～700。
[0018]进一步的，所述差分检测线圈位置采用多匝层叠的方法，在保证总线圈匝数的情况下，减少差分检测线圈的高度。
[0019]进一步的，所述差分检测线圈的高度与所述激励线圈的高度比为1:18。
[0020]进一步的，所述差分检测线圈的高度为5mm，总匝数150。
[0021]在本专利技术的一个优选实施例中，所述驱动线圈的线圈间距与线径相同。
[0022]进一步的，所述驱动线圈的线圈线径为1mm，线圈间距取值范围为1mm。
[0023]在本专利技术的一个优选实施例中，所述驱动线圈、激励线圈和差分检测线圈采用3D打印的形式制作线圈骨架，材料为光敏树脂。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]差分检测线圈采用多匝层叠的方法，在保证总线圈匝数的情况下，尽可能减少差分检测线圈的高度，与驱动线圈及激励线圈的高度存在明显差距，以使检测线圈中心位置磁力线分布均匀，且方向基本一致，提升传感器对检测对象的灵敏度，并且减小差分检测线圈上下串联的检测线圈间距，解决多路检测需要保证相邻检测对象距离过大的问题。
[0026]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的一个较佳实施例的浓度检测传感器结构示意图；
[0028]图2是本专利技术的一个较佳实施例的浓度检测传感器结构纵向截面示意图；
[0029]图3是本专利技术的一个较佳实施例与现有技术的浓度检测传感器纵向截面对比示意
图；
[0030]图4是本专利技术的一个较佳实施例的驱动线圈有限元仿真参数示意图；
[0031]图5是本专利技术的一个较佳实施例的驱动线圈线圈间距有限元仿真示意图；
[0032]图6是本专利技术的一个较佳实施例的驱动线圈直流偏置随线圈层数W的变化情况示意图；
[0033]图7是本专利技术的一个较佳实施例的驱动线圈信号强度随线圈层数W的变化情况示意图；
[0034]图8是本专利技术的一个较佳实施例的驱动线圈线圈匝数有限元仿真示意图。
[0035]图9是本专利技术的一个较佳实施例的驱动线圈示意图。
[0036]图10是本专利技术的一个较佳实施例的激励线圈示意图。
[0037]图11是本专利技术的一个较佳实施例的检测线圈示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混频检测原理的浓度检测传感器，其特征在于，包括驱动线圈、激励线圈和差分检测线圈，其中：所述驱动线圈，为圆柱型绕制多层线圈，于引线处输入低频大功率电流，用于在圆柱体中心处产生足够强的低频磁场使得该位置的顺磁性材料能磁饱和；所述激励线圈，为圆柱型绕制单层线圈，位于所述驱动线圈内部，与所述驱动线圈为同心位置关系，于引线处输入高频低功率电流，用于产生高频激励磁场使得饱和顺磁性材料能产生磁响应，从而影响线圈中心位置的磁力线分布情况；所述差分检测线圈，包括绕制方向相反但参数完全一致的第一线圈和第二线圈上下串联而成，所述差分检测线圈位于所述激励线圈内部，与所述激励线圈和所述驱动线圈为同心位置关系，所述第一线圈和所述第二线圈的几何中心重合，为单层结构，所述第一线圈为浓度信号捕获线圈，第二线圈为环境信号捕获线圈，所述第一线圈捕获的信号与所述第二线圈捕获的信号相减即可获得高信噪比的浓度信号。2.如权利要求1所述的基于混频检测原理的浓度检测传感器，其特征在于，所述驱动线圈的高度为60～100mm，线径0.3～2mm，总匝数700～800。3.如权利要求2所述的基于混频检测原理的浓度检测传感器，其特征在于，所述激励...

【专利技术属性】
技术研发人员：王侃，李唐安，崔大祥，徐昊，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：