显微流量检测仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种显微流量检测仪，包括倒置显微镜（1）、图像采集装置（2）、微悬臂梁标准流量元件（3），所述微悬臂梁标准流量元件（3）设置在倒置显微镜（1）的载物台（4）上，所述微悬臂梁标准流量元件（3）采用将微悬臂梁（5）集成在标准微通道（6）内。本实用新型专利技术的显微流量检测仪将力学原理和显微测量技术有机相结合，比现有技术可操作性更强；集成化悬臂梁标准流量传感器芯片，被测流量直接接入芯片微通道内，无需像现有流量检测仪和微通道进行其他复杂衔接。且可使流量芯片进行标准化设计和制作，较现有设备仪器成本低，适合批量生产。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种流量检测仪，具体的是一种显微流量检测仪，主要应用于微流量计量领域。
技术介绍
针对微纳升流量测量，已有的技术是光纤悬臂梁微流量检测装置，装置结构主要包括:光纤悬臂梁标准元件、激光光源、光电接收器、信号分析部件、流量计算部件，测量方法是将长直光纤植入标准微通道内制作成为光纤悬臂梁，激光从悬臂梁固定端导入光纤由自由端射出，光信号由光电接收器接收。当流体流经悬臂梁将推动悬臂梁变形，自由端产生位移，光强信号由此发生变化，利用光强变化与流体流量之间的对应关系确定光纤悬臂梁流量标定曲线，进而实现微纳升流量测量目标。该装置由于要使用激光光源，对光电接收器灵敏度要求高，因此造价高，装置庞大，集成度差，不利于推广使用。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本技术提供了一种显微流量检测仪，包括倒置显微镜、图像采集装置、微悬臂梁标准流量元件，所述微悬臂梁标准流量元件设置在倒置显微镜的载物台上，所述微悬臂梁标准流量元件采用将微悬臂梁集成在标准微通道内。进一步的，所述微悬臂梁长ΚΚΓ500微米，宽10 50微米，高50微米。本实用新·型的显微流量检测仪将力学原理和显微测量技术有机相结合，比现有技术可操作性更强；集成化悬臂梁标准流量传感器芯片，被测流量直接接入芯片微通道内，无需像现有流量检测仪和微通道进行其他复杂衔接。且可使流量芯片进行标准化设计和制作，较现有设备仪器成本低，适合批量生产。附图说明图1是本技术的显微流量检测仪的结构示意图；图2是微悬臂梁标准流量元件的结构示意图；图3是微悬臂梁标准流量元件的检测流量示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1-3所示，显微流量检测仪包括倒置显微镜1、图像采集装置2、微悬臂梁标准流量元件3，微悬臂梁标准流量元件3设置在倒置显微镜I的载物台4上，微悬臂梁标准流量元件3采用PDMS制作的微悬臂梁5经过微电子机械系统(MEMS)工艺制作，集成在标准微通道6内。PDMS聚合物材质透明、弹性模量小，易变形、弹性性能良好。微悬臂梁5长100 500微米，宽10 50微米，高50微米，倒置显微镜I带有5x，IOx,20x,40x四种常用放大倍率的显微物镜，可根据不同尺度的微悬臂梁5进行选择，也可根据微悬臂梁5的尺寸选配更大倍率的物镜。流量分析程序需可实现悬臂梁图像采集与处理、位移计算、流量显示等功能，内含利用高精度微量注射泵完成的流量标定曲线和数据。检测前，将微悬臂梁标准元件3固定于倒置显微镜的载物平台上，并将被测微流体元件与微悬臂梁标准流量元件3连接。利用倒置显微镜I的调节装置将微悬臂梁5置于显微镜视场内，并清晰成像，利用图像采集装置2 (相机)记录其初始图像。检测时，流体依次流过被测流体元件和微悬臂梁标准流量元件3，两者流量相同。当流体流经微悬臂梁5时对微悬臂梁5产生沿流向推力，微悬臂梁5将产生弹性变形。当流量达到稳定后，微悬臂梁也将稳定在变形后的平衡位置，再次记录其图像。将测量前后的微悬臂梁图像导入流量分析程序，经过图像处理和分析可以获得微悬臂梁的弹性变形量，利用微悬臂梁5的弹性变形与流量之间的标定曲线获得被测流量。本技术的显微流量检测仪有如下优点:一、根据流体力学原理，当流体流经钝体时会对其产生推力，推力大小取决于流量和通道尺度等参数，当通道尺度不变时，推力大小就和流量直接相关。显微流量检测仪采用该原理，利用流体在矩形截面微通道内的速度分布获得流体对截面为矩形的悬臂梁所产生的推力分布，并由此对悬臂梁的变形进行计算，得到流量和悬臂梁变形挠度之间的关系。由于PDMS微悬臂梁3宽度在百微米量级以内，其变形量很小无法用肉眼观测，因此借助于显微图像获取技术。通过显微光路系统放大PDMS微悬臂梁变形前和变形后的位移量，利用图像采集系统获得位移中包括的像素数，利用微量注射泵进行标定。在测定流量的原理上，将流量测定问题转化成为材料力学悬臂梁受力变形问题，通过挠度来标定流量。将力学原理和显微测量技术有机相结合，比现有技术可操作性更强。二、显微流量检测仪的关键组成部分是集成化悬臂梁标准流量传感器芯片，被测流量直接接入芯片微通道内，无需像现有流量检测仪和微通道进行其他复杂衔接。通道的加工采用MEMS加工技术完成。集成化芯片的设计使得整个机构简单，且可使流量芯片进行标准化设计和制作，较现有设备仪器成本低，适合批量生产。三、由于悬臂梁位移肉眼无法观测，故采用显微图像获取技术，利用显微镜及其图像采集系统获取悬臂梁位移显微图像，用程序分析像素来确定实际位移，建立了悬臂梁变形位移与图像像素之间的对应关系，从而实现对集成芯片内微通道的流量检测。该方法是基于微流量传感技术中的新思路，体现了本产品的创新性和先进性。四、图像处理时将RGB图像转化为灰度图像，采用中值滤波函数进行滤波，以除去灰尘杂质等影响，再利用Canny算法进行边缘检测。Canny的目标是找到一个最优的边缘检测算法，检测效果理想。可以得到PDMS微悬臂梁较为清晰的轮廓，采用开闭运算，结合图像的矩形膨胀，得到需要的PDMS微悬臂梁的区域，记录区域顶端部中点即自由端坐标4〔Wq)。对于悬臂梁变形后的图像同样进行上述步骤，得到变形后的自由端坐标4( ),这样便可以计算出位移的像素值纟= 。结合图中标定值a(单位像素对应的位移量)，计算出实际位移值X: Z = ￡3X1。该仪器体现了力学科学(流体力学与材料力学)、传感器技术、显微光学技术、图像分析技术、软件技术的交叉融合，是一类新型的基于显微图像分析技术的流量检测仪器。与现有微流量测量技术相比，该仪器具有集成化程度高、流量检测范围宽、可探测极低流量并且易批量生产等优势。权利要求1.一种显微流量检测仪，包括倒置显微镜(I)、图像采集装置(2)、微悬臂梁标准流量元件(3 )，所述微悬臂梁标准流量元件(3 )设置在倒置显微镜(I)的载物台(4 )上，其特征在于:所述微悬臂梁标准流量元件(3)采用将微悬臂梁(5)集成在标准微通道(6)内。2.如权利要求1所述的显微流量检测仪，其特征在于:所述微悬臂梁(5)长10(Γ500微米，宽10 50微米 ，高50微米。专利摘要本技术公开了一种显微流量检测仪，包括倒置显微镜(1)、图像采集装置(2)、微悬臂梁标准流量元件(3)，所述微悬臂梁标准流量元件(3)设置在倒置显微镜(1)的载物台(4)上，所述微悬臂梁标准流量元件(3)采用将微悬臂梁(5)集成在标准微通道(6)内。本技术的显微流量检测仪将力学原理和显微测量技术有机相结合，比现有技术可操作性更强；集成化悬臂梁标准流量传感器芯片，被测流量直接接入芯片微通道内，无需像现有流量检测仪和微通道进行其他复杂衔接。且可使流量芯片进行标准化设计和制作，较现有设备仪器成本低，适合批量生产。文档编号G01F1/28GK203163784SQ20132006809公开日2013年8月28日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日专利技术者王昊利, 雷春霞, 陈荣前, 刘星利, 韩天添, 田爽 申请人:中国计量学院本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显微流量检测仪，包括倒置显微镜（1）、图像采集装置（2）、微悬臂梁标准流量元件（3），所述微悬臂梁标准流量元件（3）设置在倒置显微镜（1）的载物台（4）上，其特征在于：所述微悬臂梁标准流量元件（3）采用将微悬臂梁（5）集成在标准微通道（6）内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊利，雷春霞，陈荣前，刘星利，韩天添，田爽，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：实用新型
国别省市：