一种用于评定流体的性质的微流体装置。该装置利用能够具有用于提升装置的某些性能和／或结构方面的不同的振动模式的微管（１０）。微管（１０）由基座（１２）支承，以便与基底表面（５２）分隔开。微管（１０）具有包围基座（１２）的周边部分（１４）、自基座（１２）支承周边部分（１４）的臂（１６），以及至少具有第一微通道部分和第二微通道部分（１８）的连续的内部微通道（１８）。各个微通道（１８）限定单独的流动路线，且各个流动路线起始于基座（１２）处，延续通过周边部分（１４）的一部分，并且返回到基座（１２）。第一微通道部分和第二微通道部分（１８）分别流体地连接到基座（１２）内的入口端口和出口端口（２６，３２）上。微管（１０）的振动由驱动元件和感测元件（６０Ａ－Ｂ，６２Ａ－Ｂ）诱发及感测。流体性质根据感测元件（６２Ａ－Ｂ）的输出来确定。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体装置及用于微流体装置的微管相关申请的交叉引用本申请要求2007年6月25日提交的美国临时申请No. 60/936，993和2007年6 月25日提交的美国临时申请No. 60/936，997的优先权，它们的内容通过引用而结合在本文中。
技术介绍
本专利技术大体涉及用于测量流体的性质的装置和方法。更具体地，本专利技术涉及配备 有流体流过其中的微通道和用于在流体流过微通道的同时确定该流体的性质的器件的微 流体装置。已使微流体装置适于在多种应用中感测流体的性质。微流体装置的实例包括 Coriolis质量流量传感器、密度传感器、燃料电池浓度计量器、化学浓度传感器、比重传感 器、温度传感器、输药装置和可采用微管(包括共振管和固定管)的其它装置。能够利用微 流体装置的流体输送装置、系统和方法受到了特别的关注，包括输药系统和燃料电池系统， 两者均需要能够精确地输送和监测小量流体的性质的装置。能够满足上述要求的机电式微流体装置的一个实例包括优选地为Tadigadapa 等人的共同转让的美国专利No. 6，477，901中公开的类型的基于Coriolis的流体感测 装置，该专利的涉及基于Coriolis的传感器的制造和操作的内容通过引用而结合在 本文中。不断追求这种技术的各种进步，如Sparks等人的共同转让的美国专利申请公 开No. 2007/0151335和No. 2007/0157739中所例示的，这两个专利申请公开的涉及基于 Coriolis的传感器的制造和操作的内容也通过引用而结合在本文中。利用这种装置，可精 确地测量流率和流体密度，以监测流过共振管内的微通道的流体的流体输送、化学浓度和 各种其它性质。管悬挂在基底上方，且该管通常为U形、Ω形或D形。位于管下方的基底上的 一个或多个驱动电极例如以电容的方式联接到管上，以便以电容的方式(以静电的方式) 在共振点处或附近驱动管，同时感测电极(例如，以电容、光学的方式等)对管相对于基底 的偏转进行感测，且提供反馈，以使得能够用适当的电路来控制由驱动电极诱发的振动频 率。由于有流体流过其微通道，管可在共振点处或附近由驱动电极振动，以使用Coriolis 力原理来确定流体的某些性质，例如流率和密度。特别地，当管在共振点处或附近由驱动电 极驱动时，感测电极感测管的扭转运动，其被称为Coriolis效应。管由于Coriolis效应而 在振动循环期间偏转的程度可与流过管的流体的质量流率相关联，而流体的密度与共振点 处的振动频率成比例。这种装置的显著优点包括这种装置可制造成非常小型化的尺度，及 其精确地分析非常小量的流体的能力。这些装置可为真空封装的，以通过减小空气阻尼效 应来进一步提高它们的性能。虽然已经证明了由Tadigadapa等人和Sparks等人教导的类型的传感器在其测量 流体性质的能力方面是非常准确的，但是能够处理上述问题的进一步的改进将是合乎需要 的。专利技术简要概述本专利技术提供了一种适于评定流体的一种或多种性质的微流体装置。该微流体装置利用构造成能够有多种不同的振动模式的微管，各种振动模式能够提升该装置的某些合乎 需要的性能或结构方面。根据本专利技术的一个优选方面，微流体装置包括这样一种结构该结构包括由基底 支承的基座，以及由基座支承以便与基底的表面分隔开且能够在垂直于基底的表面的平面 中振动的微管。微管具有围绕基座的周边部分、自基座支承周边部分的臂，以及至少具有第 一微通道部分和第二微通道部分的至少一个连续的内部微通道。第一微通道部分和第二微 通道部分中的各个限定了单独的流动路线，且各个流动路线起始于基座处，延续通过微管 的周边部分的一部分，并且返回到基座。第一微通道部分流体地(fluidically)连接到基 座内的入口端口上，而第二微通道部分流体地连接到基座内的出口端口上。提出了至少一 个驱动元件，以用于使微管振动，且提出了至少一个感测元件，以用于在利用驱动元件使微 管振动时感测微管的周边部分的偏转，且该感测元件适于响应于感测到的偏转产生输出。 微流体装置根据感测元件的输出来确定流体的性质。微流体装置的微管可构造成具有成流体串联或流体平行的多个微通道部分。此 夕卜，该多个微通道部分可限定在关于基座对称地设置的微管的回路内。这样，基座就由微管 有效地包围，从而使得实现这样的振动模式-其中微管回路或其部分可彼此同相或异相地 振动。可通过适当地选择振动模式中的一种来提升微流体装置的合乎需要的性能和/或结 构方面。根据以下详细描述将更好地理解本专利技术的其它目的和优点。 附图简述附图说明图1是根据本专利技术的第一实施例的用于微流体装置的共振微管的俯视图。图2A、2B、3A和3B描绘了用于图1的微流体装置的三种不同的振动运行模式。图4是构造成用于安装图1的微管的基底的俯视图，该基底的表面配备有用于引 起、感测和控制微管的运动的驱动、感测和平衡电极。图5是根据本专利技术的第二实施例的用于微流体装置的共振微管的俯视图。图6A、6B和6C描绘了用于图5的微管的三种不同的振动运行模式。图7是构造成用于安装图5的装置的基底的俯视图，该基底的表面配备有用于引 起、感测和控制微管的运动的驱动、感测和平衡电极。图8是根据本专利技术的第三实施例的用于微流体装置的共振微管的俯视图。图9A、9B、9C和9D描绘了用于图8的微管的四种不同的振动运行模式。图10是构造成用于安装图8的装置的基底的俯视图，该基底的表面配备有用于引 起、感测和控制微管的运动的驱动、感测和平衡电极。专利技术详细描述图1、5和8表示根据本专利技术的三个实施例的用于微流体装置的微管10，而图4、7 和10表示各自具有构造成用于将微管10中的对应的一个安装到其上的表面52的基底50。 在图中，使用一致的参考标号来指示功能等同的结构。生产为具有微管10及其基底50的微流体装置的一般构造和运行类似 于Tadigadapa等人的美国专利No. 6，477/901和Sparks等人的美国专利申请公开 No. 2007/0151335与No. 2007/1057739的微流体装置，但进行了修改，以实现增强的或额 外的制造和运行特点和能力。另外，微流体装置及其微管10和基底50的制造过程可与 Tadigadapa等人和Sparks等人，以及共同转让的、Sparks的美国专利No. 6，647，778以及 Sparks等人的美国专利No. 7，351，603和No.7，381，628中所教导的那些过程大体相同，这 些专利的关于微管制造过程的内容通过引用而结合在本文中。微管10优选地由硅、掺杂硅 或其它半导体材料、石英、玻璃、陶瓷、金属(例如钛和钢合金)、塑料或复合材料经微机械 加工而成。如本文所用，微机械加工是用于通过对基底(例如硅片)进行体积蚀刻或者通 过表面薄膜蚀刻来形成非常小的元件的技术，其中表面薄膜蚀刻大体涉及将薄膜(例如多 晶硅或金属)沉积在基底表面上的牺牲层(例如氧化物层)上，且然后选择性地移除牺牲 层的一部分，以释放沉积的薄膜。微管10 (其被称为“微管”，以表示优选小于两毫米的微机 械加工尺寸)可完全由沉积在它们的基底50上的所选材料层制造而成，或者部分地通过对 基底50进行蚀刻来制造。基底50可由硅或其它半导体材料、石英、玻璃、陶瓷、金属或本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于确定流体的至少一种性质的微流体装置，所述装置包括：基底（５０）；包括由所述基底（５０）支承的基座（１２）和由所述基座（１２）支承以便与所述基底（５０）的表面（５２）分隔开且能够在垂直于所述基底（５０）的表面（５２）的平面中振动的微管（１０）的结构，所述微管（１０）包括包围所述基座（１２）的周边部分（１４）、自所述基座（１２）支承所述周边部分（１４）的臂（１６），以及至少具有第一微通道部分和第二微通道部分（１８）的至少一个连续的内部微通道（１８），所述第一微通道部分和第二微通道部分（１８）中的各个微通道部分限定单独的流动路线，所述流动路线中的各个流动路线起始于所述基座（１２）处，延续通过所述微管（１０）的所述周边部分（１４）的一部分，并且返回到所述基座（１２），所述第一微通道部分（１８）流体地连接到所述基座（１２）内的入口端口（２６）上，且所述第二微通道部分（１８）流体地连接到所述基座（１２）内的出口端口（３２）上；用于使所述微管（１０）振动的驱动器件（６０Ａ－Ｂ）；以及用于在利用所述驱动器件（６０Ａ－Ｂ）使所述微管（１０）振动时感测所述微管（１０）的所述周边部分（１４）的偏转且适于响应于所述感测到的偏转产生输出的感测器件（６２Ａ－Ｂ）；其中，所述微流体装置在所述流体流动通过所述微通道（１８）时根据所述感测器件（６２Ａ－Ｂ）的所述输出来确定所述流体的性质。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：DR斯帕克斯，D赖利，N纳亚菲，
申请(专利权)人：集成感应系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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