用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置的製作方法

2023-12-11 15:20:57

專利名稱：用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種粒子計數器，特別涉及一種用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置。
背景技術：
液體粒子計數器可以對懸浮於液體中的不溶性粒子進行快速的測量，測量精度很高。由 於是在極潔淨的儀器內部空間應用光學原理完成亞微米級顆粒的測量，它較其它測量微粒的 方法性能更精確、更方便，所以它有極廣泛的應用。目前要求控制的粒子粒徑越來越小，如 注射液由蒸餾液轉變為超純水、半導體工業和其它電子工業中超純去離子水中粒子測量以及 超純化學試劑中粒子測量等等，其中大部分測量要求最小檢測粒子粒徑在O. 1 0. 5 y m之間 。因此，目前液體粒子計數器普遍採用了雷射散射法，其檢測粒徑下限不低於0.05ym，該 方法是目前較為成熟的粒徑測量方法。其原理為當雷射照射在液體中，遇到顆粒物時就會發 生散射，其散射的程度和顆粒物尺寸大小有關。當尺寸增大時，其表面積也相應增大，散射 光的強度也會隨之增大，這樣只要測定出散射光的強度就可以推知微粒大小。
現有產品化的液體粒子計數器，如PMS公司的液體光學粒子計數器、ROIN公司的液體激 光粒子計數器等等，液路部分的流動室均採用直流結構；已有專利和文章，如ROIN公司擁有 的、名稱為"粒子計數器"，公開號為CN101124471A的發明專利和PMS公司的技術文檔" Summary of principles involved in the measurement of particles in liquids"以及
天津大學高志紅、劉俊傑等的論文"液體粒子計數器測量原理及校準方法"中，提到的液路 流動室也都採用了直流結構。這種流動室結構簡單，易於實現，但是存在明顯的缺陷。主要
表現在兩方面 一是液體中粒子易積聚，直流結構無法解決這個問題；二是液路流動室測量 區雷射測量斑照明強度分布不可能完全均勻，這就導致了不同粒徑的不溶性粒子經過測量光 斑時可能得到相同的散射光強度信號，影響測量的準確性。

發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種能夠提高檢測準確性的用於粒
4子計數器的側向散射光傳感裝置。
本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是 一種用於粒子計數器的 側向散射光傳感裝置，包括液路部分和光路部分，所述液路部分包括鞘流流動室；所述鞘流 流動室包括自進樣整流段始依次同軸連通的進樣整流段、加速段和由透明材料製成的檢測段 ;所述進樣整流段包括樣本液進樣模塊、鞘液進樣模塊和整流模塊；所述樣本液進樣模塊包 括相互連通的樣本液進樣管和進樣針；所述整流模塊內開設有鞘流導孔；所述鞘液進樣模塊 包括與所述鞘流導孔連通的鞘流進樣管；所述進樣針穿裝在與其同軸的所述鞘流導孔內，所 述鞘流導孔與所述進樣針之間形成供鞘流液體通過的環空，所述環空的出液端與所述進樣針 的出液端平齊；所述加速段內設置有收口結構；所述檢測段內設置有毛細導孔；所述進樣針 的出液端與所述收口結構的進液端平齊，所述收口結構的出液端與所述毛細導孔的進液端平 齊。
所述收口結構為錐臺形，所述毛細導孔的橫截面為圓形。 所述毛細導孔的直徑為200-400 y m。
所述光路部分包括光源及其前向光路和側向光路，所述前向光路包括在所述光源發出的 光束前進方向上在所述檢測段的兩側分別設置的入射透鏡組和光陷阱，所述入射透鏡組將所 述光源發出的光束聚焦在所述毛細導孔內的檢測區；所述側向光路包括同軸分別膠合在所述 檢測段相對兩個外壁上的反射鏡和透射鏡，所述透射鏡側設置有側向光收集透鏡組和側向檢 觀!l器。
所述前向光路和所述側向光路成90。夾角。
所述反射鏡為平凸球面反射鏡，所述透射鏡為平凸球面透射鏡。
本發明具有的優點和積極效果是1、改變了以往的直流結構進樣，改用鞘流結構進樣 ，即由潔淨無雜質的鞘液包裹著待測樣本液的進樣方式。通過控制樣本液、鞘液的流速和合 理設計流動室的結構參數，可將樣本液聚集在檢測段毛細導孔的中心線上，在這樣的情況下 ，可有效防止樣品液的擴散，保證樣本液中的待測粒子在經過檢測段時順序沿直線通過，避 免了粒子積聚同時經過檢測段時造成信號疊加的幹擾，減小了因測量光斑照明強度不均勻造 成的影響，從而提高測量的準確性。2、採用多路散射光收集結構在流動室檢測段外壁、 與透鏡相對一側膠合介質均一的平凸球面反射鏡，將反向散射光收集並匯聚至檢測器方向， 大大提高了散射光收集效率 3、檢測段外側壁膠合平凸球面透鏡，該透鏡起到準直作用， 使散射光通過透鏡後為平行光或近似平行光，大大簡化了光路，顯著提高了散射光收集效率 ;4、在粒子測量中，由於前向散射光動態範圍大且極易受幹擾，因此在本發明的光路中僅測量側向散射光，檢測精度高。


圖1是本發明鞘流流動室三維外形圖； 圖2是本發明鞘流流動室進樣整流段剖面示意圖； 圖3是本發明鞘流流動室加速段和檢測段剖面示意圖； 圖4是本發明光路部分示意圖5是本發明在側向散射光收集面上Light Tools照度分析散射圖。
圖中1、進樣整流段，2、整流模塊，3、樣本液進樣管，4、螺帽壓頭，5、注射 頭，6、進樣針，7、進樣針後蓋，8、鞘液進樣管，9、加速段，10、檢測段，11、透鏡，12 、反射鏡，13、光源，14、入射透鏡組，15、光陷阱，16、側向光收集透鏡組，17、側向檢 測器，18、檢測區。
具體實施例方式
為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖 詳細說明如下
本發明一種用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置包括液路部分和光路部分。 上述液路部分核心器件為鞘流流動室，圖l為其三維外形圖，它主要包括進樣整流段l、 加速段9和檢測段10三部分。其中進樣整流段1剖面圖如圖2所示。樣本液進樣管3豎直放置， 其上端採用法蘭盤結構；螺帽壓頭4有通孔和外螺紋結構，樣本液進樣管3從其通孔穿過，並 通過其外螺紋與注射頭5的內螺紋裝配連接，同時法蘭盤被螺帽壓頭4擠壓緊，起到了液路密 封的作用。所述注射頭5上端連接有進樣針6，例如注射頭5上端與進樣針6的下端採用過盈 配合連接，二者均被進樣針後蓋7所包裹並密封。上述進樣針後蓋7上端與整流模塊2通過螺 紋連接，下端與注射頭5通過螺紋連接，並在其外側壁打膠密封。所述整流模塊2內部設有鞘 流導孔，進樣針6穿裝在鞘流導孔內，與該孔同軸且二者上端相平齊，鞘流導孔與進樣針6之 間形成供鞘流液體通過的環空。鞘液進樣管8水平放置，其末端同樣採用法蘭盤結構，也通 過螺帽壓頭4擠緊與整流模塊2相連，並與鞘流導孔相通構成鞘流液路。樣本液進樣管3、注 射頭5的通孔及進樣針6構成樣本液液路。上述鞘流導孔和樣本液液路同軸。鞘流流動室的加 速段9和檢測段10剖面示意圖如圖3所示，其中加速段9外形為錐臺形，內部設有錐臺形加速 孔，加速孔下沿與進樣針6的出液端平齊，上沿與檢測段10的毛細導孔的進液端平齊。檢測段10的外形為一個長方體，在其縱向中心位置有一橫截面為圓形的毛細導孔，毛細導孔進液 端與加速段錐臺形加速孔的上沿拼接，平滑過渡無突變。上述鞘流流動室檢測段毛細導孔採 用了易加工，精度易保證的圓孔結構，直徑可為200-400ym;最好為200 ym;圖中，A為 樣本液，B為鞘液，鞘液包裹著樣本液通過加速孔時，液流會被壓縮逐漸變窄變細。
本發明的液路部分中，進樣流速為O. 012m/s ，鞘液流速為0.06m/s，檢測段流速為 4.88m/s，計算驗證雷諾數，符合層流條件，檢測段毛細導孔中心流速為7. 32m/s，樣本流被 聚集後的直徑約為25um，與待測粒子的直徑大致相當。樣本液進樣管3和鞘液進樣管8分別 選用內徑0.75mm和1.5mm的聚四氟乙烯導管(PTFE)。整流模塊2內部，鞘流導孔直徑2. Omm ;樣本流導孔，即進樣針6內徑為0.6mm，進樣針6是壁厚為0. 15mm的不鏽鋼毛細圓管。加速 段9內部錐臺形加速孔的下沿直徑2.0mm，上沿直徑O. 2mm，錐臺高l. Omm。檢測段10外形尺寸 為4. 2mmX4. 2mmX6. 5mm，檢測段10內的毛細導孔直徑為200 y m。上述樣本液進樣流量為 0. 1 0. 5ml/min，鞘液進樣流量為6 12ml/min;最好是，樣本液進樣流量為O. 2ml/min，鞘 液進樣流量為9ml/min。
優選地，液路部分中樣本液和鞘液的注入可以使用精度高、脈動小的注射泵或穩壓瓶； 樣本液路和鞘流液路中可設置流量傳感器、採樣裝置等。
上述樣本液液路、鞘流液路中脈動的消除可以通過在液路中串聯緩衝裝置。
上述鞘流流動室進樣整流段採用金屬或塑料材質，加速段和檢測段及檢測段上膠合的反 射鏡12和透鏡11均採用熔融石英或各種光學玻璃材質，要求介質統一，反射鏡表面鍍鋁/銀/ 金，表面塗二氧化矽等抗氧化層。
本發明光路部分示意圖如圖4所示，光源13發出的光束經過入射透鏡組14整形聚焦測量 光斑於鞘流流動室檢測段10毛細導孔內的檢測區18，該檢測區18為光路和液路的交匯處。待 測粒子在鞘流包裹下排隊順序通過檢測區時，在匯聚光斑照射下發出散射光，前向散射光被 光陷阱15吸收；在與前向光路垂直的側向光路方向，散射光的收集一方面通過透鏡ll和側向 光收集透鏡組16整形聚焦於側向檢測器17，另一方面通過反射鏡12將反向散射光收集並匯聚 至檢測器方向。側向光路的方向並不限於與前向光路垂直，也可成其它夾角。上述透鏡ll最 好為平凸球面透鏡，反射鏡12最好為平凸球面反射鏡。
優選地，所述光源13採用雷射器，並且將入射透鏡組14固化於雷射器中，要求聚焦雷射 測量斑於檢測區18。入射透鏡組中可包括柱面透鏡，用於將測量光斑進行一維壓縮，從而獲 得長短軸比率更大的橢圓截面光斑，使光斑短軸方向尺寸與待測粒子尺寸相當，同時為調試 方便使其長軸尺寸與流動室檢測段毛細導孔尺寸相當。本實施例中，橢圓光斑的短軸可為20 50ym，長軸4:200ym，優選地，橢圓光斑短軸為30ym，長軸為200ym，其中短軸方向與 流動室檢測段粒子流流動方向一致，長軸方向與粒子流動方向和光束傳播方向所構成的平面 相垂直。
流動室檢測段外壁膠合有介質均一的平凸球面透鏡ll，該透鏡起到準直作用，與透鏡ll 相對一側膠合介質均一的平凸球面反射鏡12，將反向散射光收集並匯聚至檢測器方向，大大 提高了散射光收集效率。透鏡ll直徑為6mm，有效孔徑〉90%;反射鏡12直徑為8mm，膠合時 保持在與透鏡ll同軸的位置。根據通過透鏡ll後的散射光準直度，側向光收集透鏡組16採用 一片或多片透鏡用於光線整形聚焦，透鏡直徑均為9mm，檢測器方向最外側的透鏡用於匯聚 散射光線到檢測器，其焦距為12mm。圖5為在側向散射光收集面C上使用10000條光線追跡時 的Light Tools照度分析散射圖，由圖可知在經過透鏡ll的準直作用後散射光基本平行，可 以大大簡化光路。
綜上所述，本發明的光路部分包括光源及其前向光路和側向光路，前向光路包括入射透 鏡組14和光陷阱15。入射透鏡組14用於將光源發出的光束整形，使其聚焦於檢測區18;光陷 阱用於吸收光源自身發射光和前向散射光。側向光路與前向光路最好成90。夾角，側向光路 包括流動室檢測段上的平凸球面反射鏡12及平凸透鏡11、側向光收集透鏡組16和側向檢測器 17。所述側向光收集透鏡組16與流動室檢測段上的平凸球面反射鏡12及平凸透鏡11同軸且位 於透鏡ll一側，用於收集側向散射光並使其聚焦於側向檢測器17。
上述光源13可採用功率較高的光源組件，優選地，可以是半導體雷射器組件或者固體激 光器組件，雷射器波長為375nm或者405nm或者780nm;上述側向檢測器採用高靈敏度的光電 二極體，或者金屬封裝的微型光電倍增管，或者固態光電倍增管，其檢測帶寬不小於5MHz。
儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具 體實施方式，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人 員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很 多形式，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置，包括液路部分和光路部分，其特徵在於，所述液路部分包括鞘流流動室；所述鞘流流動室包括自進樣整流段始依次同軸連通的進樣整流段、加速段和由透明材料製成的檢測段；所述進樣整流段包括樣本液進樣模塊、鞘液進樣模塊和整流模塊；所述樣本液進樣模塊包括相互連通的樣本液進樣管和進樣針；所述整流模塊內開設有鞘流導孔；所述鞘液進樣模塊包括與所述鞘流導孔連通的鞘流進樣管；所述進樣針穿裝在與其同軸的所述鞘流導孔內，所述鞘流導孔與所述進樣針之間形成供鞘流液體通過的環空，所述環空的出液端與所述進樣針的出液端平齊；所述加速段內設置有收口結構；所述檢測段內設置有毛細導孔；所述進樣針的出液端與所述收口結構的進液端平齊，所述收口結構的出液端與所述毛細導孔的進液端平齊。
2 根據權利要求l所述的用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置，其 特徵在於，所述收口結構為錐臺形，所述毛細導孔的橫截面為圓形。
3 根據權利要求2所述的用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置，其 特徵在於，所述毛細導孔的直徑為200-400 y m。
4 根據權利要求l所述的用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置，其 特徵在於，所述光路部分包括光源及其前向光路和側向光路，所述前向光路包括在所述光源 發出的光束前進方向上在所述檢測段的兩側分別設置的入射透鏡組和光陷阱，所述入射透鏡 組將所述光源發出的光束聚焦在所述毛細導孔內的檢測區；所述側向光路包括同軸分別膠合 在所述檢測段相對兩個外壁上的反射鏡和透射鏡，所述透射鏡側設置有側向光收集透鏡組和 側向檢測器。
5 根據權利要求4所述的用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置，其 特徵在於，所述前向光路和所述側向光路成90。夾角。
6 根據權利要求4所述的用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置，其 特徵在於，所述反射鏡為平凸球面反射鏡，所述透射鏡為平凸球面透射鏡。
全文摘要
本發明公開了一種用於粒子計數器的側向散射光傳感裝置，包括液路部分和光路部分，所述液路部分包括鞘流流動室；所述鞘流流動室包括自進樣整流段始依次同軸連通的進樣整流段、加速段和由透明材料製成的檢測段；所述進樣整流段包括樣本液進樣模塊、鞘液進樣模塊和整流模塊；所述樣本液進樣模塊包括相互連通的樣本液進樣管和進樣針；所述整流模塊內開設有鞘流導孔；所述鞘液進樣模塊包括與所述鞘流導孔連通的鞘流進樣管；所述進樣針穿裝在與其同軸的所述鞘流導孔內，所述鞘流導孔與所述進樣針之間形成供鞘流液體通過的環空。本發明能夠提高測量的準確性。
文檔編號G01N15/10GK101634622SQ200910305418
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月10日 優先權日2009年8月10日
發明者吳太虎, 朱友平, 杜耀華, 智 程, 詹寧波, 趙丕成, 鋒 陳 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院衛生裝備研究所