微型液體顆粒計數器晶片的製作方法
2023-06-04 09:15:21
專利名稱：微型液體顆粒計數器晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於測量液體中的微小顆粒的大小和數量的儀器，具體地說，涉及一種用於測量液體中的微小顆粒的大小和數量的雷射微型液體顆粒計數器晶片。
背景技術：
液體顆粒計數器用於檢測液體中的微小固體顆粒汙染物，它在醫藥、水質分析、油液清潔度檢測、半導體工藝控制等領域有著重要的應用。光阻法雷射液體顆粒計數器根據光散射理論，利用微小粒子對光的散射和阻擋實現對粒子計數和測量。對於傳統的液體顆粒計數器，其結構如附圖1所示。半導體雷射器101發出的光經過透鏡組102的匯聚，在液體樣品池103的檢測區域形成一細小線光束，線光束透過樣品池103之後傳輸到光電探測器106的表面。待測液體104通過液體樣品池103的液體微流通道108而流經液體樣品池103的檢測區域。當待測液體104中的微小顆粒105通過檢測區域的時候，由於粒子對光的散射和阻擋，使得光電探測器106接收到的光信號減弱，形成一個負脈衝信號107，負脈衝信號107的幅度與粒子的大小成比例。因此，通過脈衝信號的個數和幅度就可以測量出被測液體中微小顆粒物的個數和大小。傳統的液體顆粒計數器，其各個部件是通過機械的方式裝配在一起的，為了確保檢測光線形成的光斑的中心和液體樣品池103的檢測中心重合，同時使得液體樣品池103的檢測區域位於線光束的焦平面上，裝配精度要求很高，安裝難度大。傳統的液體樣品池通常用超精密機械加工的方法製作，由於液體微流通道的橫向尺寸很小(0.2mm-0.5mm左右)，通道的內壁要求很光滑(Ra〈0.05)，而且要形成機械密封，加工起來非常困難，成本很高。液體顆粒計數器的檢測線光斑寬度為幾十微米，需要採用非球面透鏡才能得到如此細的線光斑，而非球面透鏡昂貴的價格也增加了液體顆粒計數器的生產成本。
發明內容本實用新型的目的是提供一種加工工藝簡單、製造成本較低的微型液體顆粒計數器晶片。為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是:—種微型液體顆粒計數器晶片，用於測量待測液體中微小顆粒的大小和數量，其包括晶片本體，所述的晶片本體中設置有光學檢測系統以及光刻形成的液體微流通道；所述的液體微流通道的兩端與所述的晶片本體的外部相連通並通入有所述的待測液體；所述的光學檢測系統包括光刻形成的入射端微透鏡組、出射端微透鏡組、入射端光纖固定槽、出射端光纖固定槽以及固設於所述的入射端光纖固定槽中的入射光纖、固設於所述的出射端光纖固定槽中的出射光纖；所述的入射端微透鏡組和所述的出射端微透鏡組相對的設置於所述的液體微流通道的兩側；所述的入射端光纖固定槽設置於所述的入射端微透鏡組的遠離所述的液體微流通道的一側，所述的出射端光纖固定槽設置於所述的出射端微透鏡組的遠離所述的液體微流通道的一側；光線依次經過所述的入射光纖、所述的入射端微透鏡組、所述的液體微流通道、所述的出射端微透鏡組、所述的出射光纖而形成檢測光路，所述的檢測光路與所述的液體微流通道中流過的所述的待測液體形成的液路相交形成檢測區域。優選的，所述的檢測光路的軸線與所述的液體微流通道的軸線相垂直。優選的，所述的入射端微透鏡組包括第一非球柱面和第二非球柱面，所述的出射端微透鏡組包括第三非球柱面和第四非球柱面，所述的入射光纖的端面位於所述的第一非球柱面的前方的焦平面上，所述的檢測區域的中心位於所述的第二非球柱面的後方的焦平面上以及所述的第三非球柱面的前方的焦平面上，所述的出射光纖的端面位於所述的第四非球柱面的後方的焦平面上。優選的，所述的晶片本體中含光刻形成有兩條鞘液流通道，所述的鞘液流通道分別設置於所述的液體微流通道的兩側並與所述的液體微流通道形成一夾角，所述的鞘液流通道的一端與所述的晶片本體的外部相連通，所述的鞘液流通道的另一端與所述的液體微流通道相交，所述的光學檢測系統設置於所述的鞘液流通道與所述的液體微流通道的相交點的下方；所述的鞘液流通道中通入有鞘液流。優選的，所述的鞘液流通道相對稱的設置於所述的液體微流通道的兩側，所述的鞘液流通道與所述的液體微流通道之間的夾角的角度為20°至45°範圍內的任意值。優選的，所述的入射端光纖固定槽的靠近所述的入射端微透鏡組的一端部具有呈階梯狀的第一定位件，所述的入射光纖的端面抵在所述的第一定位件上而與所述的入射端光纖固定槽的端面之間形成一間隙；所述的出射端光纖固定槽的靠近所述的出射端微透鏡組的一端部具有呈階梯狀的第二定位件，所述的出射光纖的端面抵在所述的第二定位件上而與所述的出射端光纖固定槽的端面之間形成一間隙。優選的，所述的液體微流通道的截面呈矩形；所述的入射端光纖固定槽的截面、所述的出射端光纖固定槽的截面均為矩形。優選的，所述的液體微流通道的兩端通過截面為圓形的通道所形成的液體微流通道入口和液體微流通道出口連接至所述的晶片本體的表面。優選的，所述的鞘液流通道的截面為矩形，其一端通過截面為圓形的通道所形成的鞘液流通道入口連接至所述的晶片本體的表面。優選的，所述的晶片本體由下板和上板鍵合為一體形成；所述的晶片本體為石英玻璃材質，其長和寬均為30mm,厚度為3mm。由於上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點:本實用新型將液體微流通道和光學檢測系統集成於一晶片本體上，採用光刻工藝加工製造，提高了加工的精度，並且降低了加工難度，同時，還降低了製造成本。
附圖1為現有技術的液體顆粒計數器的結構示意圖。附圖2為本實用新型的微型液體顆粒計數器晶片的結構剖視圖。附圖3為本實用新型的微型液體顆粒計數器晶片的加工工藝中上板的加工步驟示意圖。附圖4為本實用新型的微型液體顆粒計數器晶片的加工工藝中上板的加工步驟示意圖。附圖5為本實用新型的微型液體顆粒計數器晶片的加工工藝中下板的加工步驟示意圖。附圖6為本實用新型的微型液體顆粒計數器晶片的外形圖。以上附圖中:101、半導體雷射器；102、透鏡組；103、液體樣品池；104、待測液體；105、微小顆粒；106、光電探測器；107、負脈衝信號；108、液體微流通道；20、微型液體顆粒計數器晶片；201、液體微流通道；202a、鞘液流通道；202b、鞘液流通道；203、液體微流通道入口 ；204a、鞘液流通道入口 ；204b、鞘液流通道入口 ；205、液體微流通道出口 ；206、入射端光纖固定槽；207、入射光纖；208、入射端微透鏡組；208a、第一非球柱面；208b、第二非球柱面；209、出射端微透鏡組；209a、第三非球柱面；20%、第四非球柱面；210、出射端光纖固定槽；211、出射光纖；212、晶片本體；213、下板；214、上板。
具體實施方式
以下結合附圖所示的實施例對本實用新型作進一步描述。實施例一:參見附圖2所示。一種微型液體顆粒計數器晶片20，用於測量待測液體中微小顆粒的大小和數量。該微型液體顆粒計數器晶片20包括晶片本體212，該晶片本體212為石英玻璃材質，其長和寬均為30mm,呈正方形,其厚度為3mm。晶片本體212中設置有光學檢測系統以及光刻形成的液體微流通道201。液體微流通道201的兩端與晶片本體212的外部相連通。該液體微流通道201的截面呈矩形，尺寸為0.2mmX0.2mm，而該液體微流通道201的長度為10-20mm左右。該液體微流通道201的兩端通過截面為圓形且直徑為1.6mm的通道所形成的液體微流通道入口203和液體微流通道出口 205連接至晶片本體212的表面。該液體微流通道入口 203和液體微流通道出口 205通過外徑為1.6mm的PTFE軟管和外界相連接。晶片本體212中光刻形成有兩條鞘液流通道202a、202b。鞘液流通道202a、202b相對稱的設置於液體微流通道201的兩側，每條鞘液流通道202a、202b與液體微流通道201形成一夾角，該夾角的角度取20°至45°範圍內的任意值。在本實施例中，該夾角的大小為 45。。鞘液流通道202a、202b的截面為矩形，尺寸與液體微流通道201相同，為
0.2mmX0.2mm。其一端通過截面為圓形且直徑為1.6mm的通道所形成的鞘液流通道入口204a,204b連接至晶片本體212的表面，另一端與液體微流通道201相交。鞘液流通道入口204a、204b同樣連接有外徑為1.6mm的PTFE軟管。液體微流通道201中通入有待測液體，而鞘液流通道202a、202b中通入有鞘液流。液體微流通道201中的待測液體由液體微流通道入口 203流入液體微流通道201中，並由液體微流通道出口 205流出。鞘液流由鞘液流通道入口 204a、204b流入鞘液流通道202a、202b中國，並與液體微流通道201中的待測液體匯合後共同由液體微流通道出口 205流出。根據流體聚焦原理，當待測液體樣本通過液體微流通道201時，在鞘液流的作用下，待測液體會被聚在液體微流通道201的中間區域，以提高測量精度。定義液體微流通道201中待測液體流動方向的上遊為「上」，而定義待測液體流動方向的下遊為「下」。光學檢測系統設置於鞘液流通道202a、202b與液體微流通道201的相交點的下方。光學檢測系統包括光刻形成的入射端微透鏡組208、出射端微透鏡組209、入射端光纖固定槽206、出射端光纖固定槽210以及固設於入射端光纖固定槽206中的入射光纖207、固設於出射端光纖固定槽210中的出射光纖211。入射端微透鏡組208和出射端微透鏡組209相對的設置於液體微流通道201的兩偵U。入射端光纖固定槽206設置於入射端微透鏡組208的遠離液體微流通道201的一側，出射端光纖固定槽210設置於出射端微透鏡組209的遠離液體微流通道201的一側。光線依次經過入射光纖207、入射端微透鏡組208、液體微流通道201、出射端微透鏡組209、出射光纖211而形成檢測光路。檢測光路與液體微流通道201中流過的待測液體形成的液路相交形成檢測區域。檢測光路的軸線與液體微流通道201的軸線相垂直。入射端微透鏡組208包括第一非球柱面208a和第二非球柱面208b，出射端微透鏡組209包括第三非球柱面209a和第四非球柱面209b。入射光纖207的端面位於第一非球柱面208a的前方的焦平面上，檢測區域的中心位於第二非球柱面208b的後方的焦平面上以及第三非球柱面209a的前方的焦平面上，出射光纖211的端面位於第四非球柱面20%的後方的焦平面上。採用非球面的透鏡組可以降低光學像差，得到足夠小的線光斑寬度，以提聞測量精度。第一非球柱面208a的高度為0.13mm,寬度為0.3mm,焦距為0.34mm ;第二非球柱面208b的高度為0.13mm,寬度為0.3mm,焦距為0.3mm。第一非球柱面208a和第二非球柱面208b的非球面方 程為
權利要求1.一種微型液體顆粒計數器晶片，用於測量待測液體中微小顆粒的大小和數量，其特徵在於:其包括晶片本體，所述的晶片本體中設置有光學檢測系統以及光刻形成的液體微流通道； 所述的液體微流通道的兩端與所述的晶片本體的外部相連通並通入有所述的待測液體； 所述的光學檢測系統包括光刻形成的入射端微透鏡組、出射端微透鏡組、入射端光纖固定槽、出射端光纖固定槽以及固設於所述的入射端光纖固定槽中的入射光纖、固設於所述的出射端光纖固定槽中的出射光纖； 所述的入射端微透鏡組和所述的出射端微透鏡組相對的設置於所述的液體微流通道的兩側；所述的入射端光纖固定槽設置於所述的入射端微透鏡組的遠離所述的液體微流通道的一側，所述的出射端光纖固定槽設置於所述的出射端微透鏡組的遠離所述的液體微流通道的一側；光線依次經過所述的入射光纖、所述的入射端微透鏡組、所述的液體微流通道、所述的出射端微透鏡組、所述的出射光纖而形成檢測光路，所述的檢測光路與所述的液體微流通道中流過的所述 的待測液體形成的液路相交形成檢測區域。
2.根據權利要求1所述的微型液體顆粒計數器晶片，其特徵在於:所述的檢測光路的軸線與所述的液體微流通道的軸線相垂直。
3.根據權利要求1或2所述的微型液體顆粒計數器晶片，其特徵在於:所述的入射端微透鏡組包括第一非球柱面和第二非球柱面，所述的出射端微透鏡組包括第三非球柱面和第四非球柱面，所述的入射光纖的端面位於所述的第一非球柱面的前方的焦平面上，所述的檢測區域的中心位於所述的第二非球柱面的後方的焦平面上以及所述的第三非球柱面的前方的焦平面上，所述的出射光纖的端面位於所述的第四非球柱面的後方的焦平面上。
4.根據權利要求1或2所述的微型液體顆粒計數器晶片，其特徵在於:所述的晶片本體中含光刻形成有兩條鞘液流通道，所述的鞘液流通道分別設置於所述的液體微流通道的兩側並與所述的液體微流通道形成一夾角，所述的鞘液流通道的一端與所述的晶片本體的外部相連通，所述的鞘液流通道的另一端與所述的液體微流通道相交，所述的光學檢測系統設置於所述的鞘液流通道與所述的液體微流通道的相交點的下方；所述的鞘液流通道中通入有鞘液流。
5.根據權利要求4所述的微型液體顆粒計數器晶片，其特徵在於:所述的鞘液流通道相對稱的設置於所述的液體微流通道的兩側，所述的鞘液流通道與所述的液體微流通道之間的夾角的角度為20°至45°範圍內的任意值。
6.根據權利要求1或2所述的微型液體顆粒計數器晶片，其特徵在於:所述的入射端光纖固定槽的靠近所述的入射端微透鏡組的一端部具有呈階梯狀的第一定位件，所述的入射光纖的端面抵在所述的第一定位件上而與所述的入射端光纖固定槽的端面之間形成一間隙； 所述的出射端光纖固定槽的靠近所述的出射端微透鏡組的一端部具有呈階梯狀的第二定位件，所述的出射光纖的端面抵在所述的第二定位件上而與所述的出射端光纖固定槽的端面之間形成一間隙。
7.根據權利要求1或2所述的微型液體顆粒計數器晶片，其特徵在於:所述的液體微流通道的截面呈矩形；所述的入射端光纖固定槽的截面、所述的出射端光纖固定槽的截面均為矩形。
8.根據權利要求1或2所述的微型液體顆粒計數器晶片，其特徵在於:所述的液體微流通道的兩端通過截面為圓形的通道所形成的液體微流通道入口和液體微流通道出口連接至所述的晶片本體的表面。
9.根據權利要求4所述的微型液體顆粒計數器晶片，其特徵在於:所述的鞘液流通道的截面為矩形，其一端通過截面為圓形的通道所形成的鞘液流通道入口連接至所述的晶片本體的表面。
10.根據權利要求1所述的微型液體顆粒計數器晶片，其特徵在於:所述的晶片本體由下板和上板鍵合為一 體形成；所述的晶片本體為石英玻璃材質,其長和寬均為30mm，厚度為 3mm η
專利摘要本實用新型涉及一種微型液體顆粒計數器晶片，包括晶片本體，晶片本體中設置有光學檢測系統以及光刻形成的液體微流通道；液體微流通道的兩端與晶片本體的外部相連通並通入有待測液體；光學檢測系統包括光刻形成的入射端微透鏡組、出射端微透鏡組、入射端光纖固定槽、出射端光纖固定槽以及固設於入射端光纖固定槽中的入射光纖、固設於出射端光纖固定槽中的出射光纖；入射端微透鏡組和出射端微透鏡組相對的設置於液體微流通道的兩側；入射端光纖固定槽設置於入射端微透鏡組的遠離液體微流通道的一側，出射端光纖固定槽設置於出射端微透鏡組的遠離液體微流通道的一側。本實用新型提高了液體顆粒計數器加工的精度，降低了加工難度，降低了製造成本。
文檔編號G01N15/02GK202994617SQ201220690060
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者孫吉勇, 梁鳳飛, 沈瑋棟, 周大農, 唐紅陽 申請人:江蘇蘇淨集團有限公司