利用顆粒測量進行多試樣設備測試的製作方法

2023-05-27 00:38:01

專利名稱：利用顆粒測量進行多試樣設備測試的製作方法
技術領域：
本公開內容涉及利用顆粒測量的多試樣(specimen)設備測試。
背景技術：
在美國專利號5，670，708中描述了用於同時測試多個可植入醫療設備(比如支架或支架/移植物)的裝備，其被合併在此以作參考。

發明內容
一般來說，在某些方面，樣本測試系統包括多個樣本管道，每一個樣本管道耦合到泵送腔室、壓力控制子系統和流動控制子系統。壓力控制系統包括第一動力式泵，其被裝備來在耦合到泵送腔室的大量泵送流體中引發脈動壓力。流動控制子系統包括平均流動泵， 其被裝備來在多個流動環路中生成樣本流體的流動。每一個流動環路在平均流動泵與其中一個樣本管道之間傳導樣本流體的流動。泵送腔室把來自泵送流體的壓力耦合到樣本流體。具體實現方式可以包括以下特徵當中的一項或更多項。每一個樣本管道在第一末端耦合到泵送腔室，並且在第二末端耦合到第二泵送腔室。每一個泵送腔室包括耦合到壓力入口的第一容積、耦合到流動入口和流動出口的第二容積以及隔膜，所述隔膜將第一容積與第二容積分開並且可以發生形變，從而將第一容積中的壓力傳遞到第二容積。所述隔膜包括總體上平坦的薄膜，其將泵送腔室分成第一容積和第二容積。每一個樣本管道位於相應的泵送腔室內部，第一容積處在樣本管道與泵送腔室的外壁之間，第二容積處在樣本管道內部，並且所述隔膜包括樣本管道。每一個樣本管道通過泵送腔室中的流動孔徑耦合到流動控制子系統，並且每一個流動孔徑的尺寸被確定成衰減樣本流體中的壓力改變，從而使得樣本管道中的壓力改變不會被傳送到流動控制系統。每一個泵送腔室中的流動孔徑包括流動入口和流動出口，每一個泵送腔室的流動入口或流動出口之一的尺寸被確定成衰減泵送腔室中的壓力改變，從而使得泵送腔室中的壓力改變不會被傳送到流動控制系統，並且每一個泵送腔室的流動入口或流動出口中的另一個的尺寸被確定成將泵送腔室中的壓力改變傳送到與泵送腔室耦合的樣本管道。壓力控制子系統還包括第一壓力歧管(manifold)，其通過所述大量泵送流體耦合到第一動力式泵，並且具有對應於所述多個樣本管道當中的樣本管道數目的多個出口 ； 第二壓力歧管，其通過所述大量泵送流體耦合到第一動力式泵，並且具有對應於所述多個樣本管道當中的樣本管道數目的多個出口；以及多個泵送管道，每一個泵送管道將第一或第二壓力歧管的出口之一耦合到泵送腔室之一。壓力控制子系統還包括第二動力式泵，其被裝備來在所述大量泵送流體的第二部分中引發脈動壓力，第一動力式泵在所述大量泵送流體的第一部分中引發脈動壓力；第一壓力歧管，其通過所述大量泵送流體的第一部分耦合到第一動力式泵，並且具有對應於所述多個樣本管道當中的樣本管道數目的多個出口； 第二壓力歧管，其通過所述大量泵送流體的第二部分耦合到第二動力式泵，並且具有對應於所述多個樣本管道當中的樣本管道數目的多個出口；以及多個泵送管道，每一個泵送管道將第一或第二壓力歧管的出口之一耦合到泵送腔室之一。第一壓力平衡管道耦合到壓力控制系統，第二壓力平衡管道耦合到流動控制系統，過濾器外罩將第一壓力平衡管道通過過濾器耦合到第二壓力平衡管道。流動控制子系統還包括第一流動歧管，其耦合到平均流動泵的出口並且具有對應於所述多個樣本管道當中的樣本管道數目的多個出口 ；以及第二流動歧管，其耦合到平均流動泵的入口並且具有對應於所述多個樣本管道當中的樣本管道數目的多個入口 ；每一個流動環路將第一流動歧管的一個出口連接到第二流動歧管的一個入口，並且包括樣本管道之一和相應的泵送腔室；第一流動管道，其將第一流動歧管的出口耦合到泵送腔室中的流動入口 ；第二流動管道，其將泵送腔室中的流動出口耦合到第二流動歧管的入口。第一流動管道耦合到第一泵送腔室中的流動入口，並且第二流動管道耦合到第二泵送腔室中的流動出口，所述兩個泵送腔室耦合到樣本管道的第一和第二末端。每一個流動環路還將流體流動傳導到過濾器陣列。所述過濾器陣列對於每一個流動環路包括第一分支，其將流動環路分成耦合到第一過濾器外罩的第一流動路徑和耦合到第二過濾器外罩的第二流動路徑；開關，其選擇性地打開第一或第二流動路徑之一併且關閉第一或第二流動路徑中的另一個；第二分支，其將第一流動路徑和第二流動路徑耦合到流量傳感器。每一個流動環路的流量傳感器耦合到與相應的流動環路相關聯的過濾器陣列中的開關。一般來說，在一些方面中，用於壓力控制系統和流動控制系統的泵送腔室包括耦合到壓力入口的第一容積，耦合到流動入口和流動出口的第二容積；以及將第一容積與第二容積分開的隔膜，第一容積中的壓力引發隔膜的形變以便引發第二容積中的壓力。一般來說，在一些方面中，用於流動控制系統的過濾器模塊包括第一分支，其將傳入流動分成耦合到第一過濾器外罩的第一流動路徑和耦合到第二過濾器外罩的第二流動路徑；開關，其在第一分支與第一和第二過濾器外罩之間選擇性地打開第一或第二流動路徑之一併且關閉第一或第二流動路徑中的另一個；第二分支，其將第一和第二過濾器外罩的出口耦合到流量傳感器。本發明的優點包括獲得來自多個試樣的精確的顆粒計數和捕獲而不會混合試樣之間的顆粒。通過說明書和權利要求書，本發明的其他特徵和優點將變得顯而易見。


圖IA示出了多試樣測試系統的等距視圖。圖IB示出了圖IA的多試樣測試系統的側視圖。圖2A示出了用於多試樣測試系統的壓力控制系統的側視圖。圖2B示出了圖2A的壓力控制系統的端視圖。圖3示出了用於具有分開的流動環路的多試樣測試系統的樣本流體系統的示意圖。圖4示出了用於單個樣本的泵送腔室。圖5A示出了用於單個樣本的樣本管道和兩個泵送腔室。圖5B示出了圖2的壓力控制系統與圖3的樣本流體系統之間的連接。
圖6示出了樣本管道和壓力腔室的一個替換實施例。圖7示出了位於樣本管道內的壓力傳感器。圖8示出了開關和過濾系統。圖9示出了泵送流體歧管。圖10示出了位於泵送腔室內的光源。圖11和12示出了用於儀表化的安裝設置。
具體實施例方式如圖1中所示，多試樣測試系統100允許研究者並行地刺激多個樣本。圖1的系統特別被用於測試可植入式心血管設備，比如位於充當仿真血管(其也被稱作模擬動脈) 的樣本管道102內部的支架或支架/移植物。乳膠通常被用於這一目的，但是在一些實例中，比如在包衣支架耐久性測試中，矽酮由於其顆粒脫落屬性而可能是優選的。在一些實例中，樣本管道和支撐結構的尺寸被確定成容納其內直徑處於大約2到14mm之間並且其長度為大約100到200mm的樣本設備，以用於對冠狀動脈支架/移植物進行測試仿真。比如用於外圍脈管仿真的其他實例系統容納更大的設備。比如來自ElectroForce Systems Group of Bose Corporation(其地處Eden Prairie,MN)的ElectroForce 9110之類的先前的系統在環形配置中保持十二(1 個試樣，其中樣本管道被水平保持在兩個電動機之間，正如前面提到的美國專利5，670，708中所描述的那樣。與此相對，在圖1所示的系統中，樣本管道102被垂直定位及指向在一個共同平面內。每一個樣本管道在其末端連接到上、下泵送頭104和106，所述上、下泵送頭又連接到上、下動力式泵電動機110和112。測量平臺114 將測量儀器116、118放置在樣本管道附近，並且允許用戶控制所述儀器的位置。其他支撐結構120、122按照傳統方式將前面的組件保持就位。動力式泵電動機110和112是圖2中所示的壓力控制系統200的一部分，其通過提高系統中的流體的壓力而在樣本管道中生成循環壓力分布。在一些實例中，壓力控制系統被設計成刺激樣本設備，以便在1到150Hz的頻率下引發大約百分之3到5的徑向內直徑張力。在壓力控制系統200中，每一個動力式泵電動機110和112在相應的上、下流體容積202、204中施加壓力。上、下動力式泵歧管206、208對於每一個樣本管道102將流體容積202、204分成分開的上、下壓力管道210、212。應當提到的是，雖然壓力管道210、212在圖中被顯示為細線，但是其可以具有適合於所使用的流體的容積和壓力的任何直徑。上、下壓力管道耦合到上、下泵送頭104和106。每一個壓力管道、樣本管道和泵送頭的重複次數可以與將要測試的樣本數目一樣多。在圖2中為了清楚起見僅僅示出了每一項的兩個，並且只有每一項當中的一個加有標記。由動力式泵電動機施加的壓力通過流體容積、歧管、壓力管道和泵送頭被傳播到樣本管道102中。在一些實例中，每一個上壓力管道210的長度相同，並且每一個下壓力管道212的長度相同，從而在每一個上或下管道的末端施加相同的壓力。當上、下管道也具有彼此相同的長度時，則可以在每一個上、下流體容積處施加相同的壓力，以便在上、下泵送頭處施加相同的壓力。如果上、下管道不同，則可以在上、下流體容積處施加不同的力，以便確保在上、下泵送頭處施加相同的壓力。當同時在兩個泵送頭中施加相同的壓力時，樣本管道102中的壓力在兩個末端處相同，從而在不產生淨流動的情況下控制總壓力。這樣的壓力控制系統在前面提到的美國專利5，670，708中做了描述。在圖1所示的垂直/平面形系統中所使用的技術與該專利的水平/環形系統中的技術類似。 從兩個末端對樣本管道加壓的一個優點在於，從一個末端處的壓力源看去的每一個樣本管道的有效長度被減半，從而允許在樣本管道的長度上的更加均勻的張力分布的情況下進行更高頻率的測試。另一個優點在於，為了獲得給定壓力，每一個動力式泵所必須移動的流體減半，從而允許獲得更高的操作頻率。如圖3中所示，樣本流體系統300連接到樣本管道102，並且將樣本流體泵送通過樣本管道，以便在樣本管道中傳輸及分析由待測設備脫落的顆粒。將樣本流體泵送通過管道還允許遠離樣本實施對於諸如溫度或PH值之類的環境因素的控制。流體流動主要是恆定流動。樣本流體系統包括平均流動泵302、主要管線304、305和306、上遊和下遊樣本流體歧管308和310、樣本流體管線312、過濾器陣列314，以及樣本流體儲存庫316。平均流動泵302通過主要供應管線304接收來自儲存庫316的流體，並且通過主要遞送管線305 將其泵送到系統中。在上遊歧管308處，流體被劃分到與樣本管道102的數目一樣多的樣本流體管道31 中。我們有時把由樣本流體管道創建的各個單獨路徑稱作樣本流體環路。 樣本流體管道31 將樣本流體遞送到下泵送頭106，樣本流體從該處流經樣本管道102並且流到上泵送頭104中。在一些實例中，令樣本流體向上流經樣本管道102有助於從流體中清除空氣，正如下面所討論的那樣。在一些實例中，流體在另一個方向上流動，從而容許密度足夠大的顆粒迎著向上的流動而下落。樣本管道不一定必須被如圖所示地垂直指向， 而是可以被水平定位或者被定位在用戶所期望的任意角度下。將組件描述為「上」和「下」 僅僅是為了參照。在離開上泵送頭104之後，附加的樣本管線312將樣本流體帶到過濾器陣列314，在該處正如下面更加詳細地描述的那樣濾除現在處於樣本流體中的任何顆粒，隨後管線312c中的分開的樣本流體環路在下遊歧管310處重新會合。主要返回管線306將樣本流體返回到儲存庫316。在一些實例中，構成每一個樣本流動環路的樣本管線312的各個單獨節段在所述路徑的每一步內的長度相同，以便確保每一個樣本流動環路中的均勻流動和平均壓力。本領域技術人員將認識到，圖2和3中所示的系統可以被一起用來在樣本管道102中提供壓力和流動控制。圖3中所示的樣本流體系統300還包括可選的線內(in-line)顆粒測量系統318， 以便對樣本流體中的顆粒進行計數和/或測量。顆粒測量系統318包括遮光顆粒計數器， 其對經過每一個流動環路的顆粒的數目以及(在某些情況下還有)尺寸進行測量。在一些實例中，樣本流體系統在平均流動泵302和上遊歧管308之間包括過濾器320，以便捕獲由平均流動泵302脫落的任何顆粒，從而使其不會汙染流經樣本管線312的流體。流體分離當要測試多個樣本並且將要監測從樣本脫落的顆粒時，希望把從樣本脫落的顆粒保持分開，從而可以單獨測量每一個樣本。圖1、2和3中所示的系統對於所有樣本應用共同的壓力和共同的流體流動，同時保持流動環路之間的分離，從而可以在不發生混合的情況下測量或捕獲從每一個樣本脫落的顆粒。存在兩個分開的分離區域。首先，如圖4和5中所示，被用來驅動樣本的脈動刺激的泵送流體與流經樣本的流體隔離，並且傳輸任何脫落的顆粒。這樣就防止來自脈動泵送系統的任何雜散顆粒或氣泡進入樣本流動環路或者反之亦然。其還防止由一個樣本脫落的顆粒通過泵送流體進入另一個樣本的流動環路。這一隔離被設計成使得不存在流體交流，但是允許將脈動/動態壓力從動力式泵傳遞到流動環路。其次，如圖3中所示，流經樣本的流體由共同的平均流動泵驅動，但是被上遊樣本流體歧管劃分成用於每一個樣本的分開的環路。流經每一個樣本流動環路的樣本流體被傳遞經過顆粒計數系統(如果使用的話)，並且隨後被傳遞經過單獨的顆粒過濾器。在樣本流體被過濾之後，各條流動路徑在下遊樣本流體歧管處重新會合併且被返回到樣本流體儲存庫。通過對各個流動環路進行單獨過濾， 將所脫落的任何顆粒與其來源樣本相關聯，同時可以使用單個流體儲存庫和平均流動泵來驅動樣本流體經過所有樣本。在一些實例中，對於所脫落的顆粒存在向上遊移動到第一樣本流體歧管的路徑，所述顆粒可以在該處混合。在這樣的系統中，在每一個流動環路中可以使用附加的上遊過濾器來保持各個流動環路的分離。或者，可以使用分開的流動泵來提供完全分離的流動環路。圖4示出了來自圖1、2和3的其中一個泵送頭104的剖面。在所述腔室內部，隔膜400將左側的泵送流體與右側的樣本流體分開。壓力流體埠 402接納來自壓力控制系統200(未示出)的動力式泵送流體。這樣就會控制泵送頭104的左腔室404中的壓力。如果左腔室404中的壓力相對於右腔室406中的壓力升高或降低，則隔膜400屈曲以便均衡左、右腔室中的壓力。當左腔室中的壓力高於右腔室中的壓力時，隔膜向右移動，從而增大右腔室406中的壓力。當左腔室中的壓力低於右腔室中的壓力時，隔膜向左移動，從而減小右腔室406中的壓力。右腔室通過樣本流體入口埠 408耦合到樣本管道102(未示出)。 樣本流體通過樣本流體出口埠 410離開。當右腔室中的壓力通過隔膜的動作升高或降低時，該壓力通過在右腔室與樣本管道之間共享的樣本流體被傳送到樣本管道。這就允許將來自壓力控制系統200的壓力傳遞到樣本流體系統300而不會發生流體混合或者任何顆粒傳遞。下泵送頭106的構造和連接方式與上泵送頭類似，從而在樣本管道的兩個末端處控制壓力，正如圖5中更加詳細地示出的那樣。在一些實例中，所述隔膜被設計成具有一定面積與衝程以便移位沿著管道的有效長度延伸樣本管道半徑所需的流體容積。優選的是令隔膜具有足夠的順應性和耐久性以便在許多測試的持續時間內產生有效的線性壓力傳遞。在一些實例中，一項測試通常涉及4億個循環以便執行10年的模擬。樣本流體管線312(未示出)將在出口埠 410處耦合到右腔室406，以便容許來自樣本管道的流體流動繼續經過樣本流動環路，但是在一些實例中，該連接是通過不會高效地傳播快速壓力改變的小孔徑實現的，從而泵送頭和樣本管道之外的流動環路中的流體壓力保持相對恆定，並且動態壓力改變在樣本管道區段中被最大化。接進埠 412和414允許實現各種功能，比如從右腔室和左腔室排出氣體或者把探頭或材料插入到流體環路中， 正如下面將描述的那樣。圖5A示出了一對匹配的上、下泵送頭104和106，其間有樣本管道並且附著有泵送和樣本流體管線。樣本設備500位於樣本管道102中。與上泵送頭104相同，下泵送頭 106包括通過隔膜420分開的左、右腔室424和426以及壓力入口 422。樣本流體埠似8 和430的作用相對於上腔室中的相應埠 408和410被反轉，這是因為樣本流體通過埠 430流入並且通過埠似8流出到樣本管道102。接進埠 432和4；34與埠 412和414 類似地運作。在操作中，動態壓力控制系統通過管線210和212同時向兩個左腔室404和 424施加壓力。通過隔膜400和410，這在右腔室406和似6中產生了均勻的壓力，從而從兩個末端同時將壓力傳播到樣本管道，並且對樣本設備500施加內部徑向壓力。雖然樣本管道被顯示為直接連接到泵送頭的突起，但是在具體實現方式中可以根據樣本管道的性質和所使用的流體的類型而使用各種類型的裝配。樣本流體從樣本管線31 流到下泵送頭 106的右腔室426中，向上經過樣本管道102流到上泵送頭106的右腔室406，並且通過樣本管線312b流出。在一些實例中，為了避免對隔膜施加長期偏置，隔膜兩側的平均壓力被保持平衡。 在圖5B的實例中，壓力平衡管線440通過過濾器442連接壓力系統200和樣本流體系統 300中的整體流體(bulk fluid)。管線440和過濾器442的尺寸被設計成平衡壓力並且同時最小化兩個系統之間的流體的淨流動。這樣就保持平均壓力均衡化並且同時對於樣本管道102內的動態性能幾乎沒有影響。過濾器442保持樣本流體的清潔性。在一些實例中，隔膜400、420由結構性力源而不是通過流體致動。舉例來說，電動機可以直接壓在隔膜上，或者可以通過機械聯動裝置這樣做。利用機械致動器而不是泵送流體可以簡化系統的泵送側，從而不再需要管理泵送流體。圖6示出了用於分離泵送流體的替換實施例。在該例中，樣本管道102位於填充有泵送流體的腔室502內。腔室502內的泵送流體由脈動泵送系統(未示出)驅動，並且對樣本管道的外面施加壓力，從而對樣本設備500施加外部徑向壓力。樣本管道本身保持泵送流體與樣本流體分開，樣本流體與之前一樣流經樣本管道。在一些實例中，樣本管道位於圖5中所示的同心管道的上遊或下遊， 並且當有壓力被施加到內部管道時，流體被泵送進入或離開該管道，從而離開或進入樣本管道。盲接壓力監測及控制在一些實例中，與例如遠離樣本監測壓力並且推斷出真實樣本壓力的情況相比， 通過提供對於樣本管道中的壓力的直接測量而改進了對於系統的控制。圖7示出了用於直接測量樣本管道中的壓力的一種設計。在該例中，通過接進埠 414中的密封配件521將導管類型的探頭521插入上泵送頭104並且插入到樣本管道102中。處於探頭520的尖端的傳感器522被定位在樣本管道的中點或者其他感興趣的位置處，這是根據所測試的樣本設備500而決定的。傳感器引線5M連接到所使用的任何監測及控制系統，或者連接到幹預電子裝置以便把傳感器讀數轉換成可用信號。在一些實例中，在樣本管道內提供一個T 形接頭，以便為壓力傳感器提供對於樣本管道的直接接進。對於圖7中的圖示使用具有來自圖4和5的分離隔膜的泵送頭，但是圖7的技術一般適用於任何泵送策略。在一些實例中，當利用隔膜時，壓力傳感器可以被定位在任一個泵送腔室G04或406、似4或426)中， 以便將該傳感器與流動環路隔離，並且同時有效地測量管道入口處的動態壓力。如果壓力控制系統是封閉系統，則在樣本處測量的壓力可以被用作控制環路中的直接反饋信號。在對大氣開放的壓力控制系統中，樣本壓力可以被用在混合模式控制器中， 其中壓力是對應於動態控制器的反饋信號，並且動力頭的位移是對應於平均控制器的反饋信號。這種控制器和傳感器配置使得直接控制器能夠在更高壓力幅度上執行。這樣做的優點在於減少了常常限制控制器帶寬的直接位移控制中的附加動態，並且減輕了在長時間疲勞測試的持續時間內改變測試系統特性的效應。這一附加的帶寬和直接控制允許在測試的較長持續時間內以樣本壓力信號的更高壓力波形保真度改進更高頻率下的測試。在任一種情況下，與分離的壓力測量解決方案相比都有利地改進了對於壓力的控制。這在其中壓力以高頻率變化的系統中是特別有價值的，其中壓力數值在整個系統中可能發生顯著的動態變化。非破壞件過濾器開關正如前面所提到的那樣，在一些應用中，在各個流動環路於第二樣本流體歧管處重新會合之前，使用過濾器來捕獲在每一個流動環路內所脫落的顆粒。這樣的過濾器可能最終變得足夠充滿顆粒，從而其會阻塞流動並且需要被更換。此外，在一些應用中，希望在測試繼續的同時取出過濾器以便對所捕獲的顆粒進行分析。除了還可以通過線內顆粒計數器確定的顆粒的數目和尺寸之外，過濾器還允許研究者觀察所捕獲的顆粒的構成。基於顆粒構成，研究者可以推斷出顆粒的來源和生物相容性以便評估其影響。圖8示出了過濾器開關系統600，其允許在不中斷測試的情況下更換過濾器。在一些實例中，這樣的過濾器開關系統被用在圖3的過濾器陣列314中。在圖8的實例中，樣本流體管線602分叉並且流經兩個過濾器6(Ma、604b。圖8中的管線只代表一個樣本流體流動環路一在多樣本系統中將對於每一個流動環路重複相同的系統600。在分叉之後，樣本流體管線的兩個節段606a和606b穿過開關閥門608。在一些實例中，開關閥門608是螺線管夾管閥門，其是與更具侵入性的閥門相比本身不太可能導致顆粒脫落的非侵入性閥門。開關閥門608選擇性地關閉穿過該處的管道之一，並且保持另一個管道打開。每一個管線節段606a和606b結束於過濾器保持器610a、610b處。在過濾器之後，新的管線節段612將所述兩條路徑重新會合併且進入流量計614，所述流量計可以是葉輪式樣的流量計或者是任何其他線內流量測量設備。在流量計之後，最終管線節段616離開過濾器系統600並且在主樣本流體環路中繼續，即變為圖3中的樣本管線312c 上的最終節段。每當需要更換活躍的過濾器(例如圖8中的過濾器604b)時，開關閥門608打開當前關閉的管線(606a)並且關閉當前打開的管線(606b)。這樣就截斷了流經將被更換的過濾器的樣本流體，並且開始經過另一個過濾器(604a)流動樣本流體。隨後去除並替換現在停用的過濾器。在一些實例中，使用快速斷開配件來附著過濾器，從而在去除過濾器時有效地關停管線並且避免回流。在一些實例中使用了其他措施，比如單向流動閥門或者處於過濾器下遊的第二開關閥門。雖然示出了兩個過濾器，但是根據研究的定時需求對於適當的開關設置可以使用任何數目的過濾器，從而允許人工替換過濾器不那麼頻繁。在一些實例中，基於檢測到針對更換過濾器的需求而自動觸發開關閥門608。隨著活躍的過濾器收集來自樣本流體的顆粒，其開始限制經過過濾器系統的活躍側的流動。流量計測量流經所述系統的流量，從而控制系統(未示出)將檢測到流量何時被限制到需要更換過濾器的點。當滿足閾值流量條件或其他參數時，控制系統將觸發開關閥門608以便對哪個路勁處於打開狀態進行改變，並且將向操作員或自動化過濾器開關系統提出告警以便更換現在停用的路徑中的過濾器。除了流經系統的平均或瞬時流量之外，可以觸發過濾器開關的其他參數包括測試系統中的循環計數、所經過的時間或者自從上一次過濾器更換或某一其他時間段內的總的流量。在對於每一個環路具有單獨的流動泵的系統中，過濾器兩端的壓力也可以是關於是否需要更換過濾器的有用度量。用戶可以對這些參數的任意組合進行編程，或者可以使用完全人工的控制並且在期望時通過人工觸發開關閥門608來更換過濾器。圖8示出了處於過濾器下遊的流量計。一般來說，流量計可以處於沿著流動路徑的任何位置，但是通過將其定位在過濾器的下遊會避免由流量計自身脫落的顆粒汙染樣本。氣體管理用於支架的疲勞測試系統通常依賴於不可壓縮的流體來把壓力脈衝從動力式泵傳播到包含支架的柔性管道。這些脈衝導致該管道中以及所述管道內植入的支架的徑向膨脹，其速率與生理速率( 1. 2Hz)相比通常是加速的速率(> 40Hz)。系統內的任何可壓縮氣體都會衰減這些壓力波，從而降低系統的效率，這樣又會降低測試頻率(增加測試持續時間)或者可實現的膨脹水平。此外，有利的是在使用顆粒計數器時從樣本流體中去除溶解的氣體，這是因為在樣本流體中形成的任何氣泡都可能會被誤認為是顆粒。可以將幾種方法組合來限制溶解的氣體的數量以及避免氣體從溶液中出來並形成氣泡。圖9示出了用在圖2的壓力控制系統(例如歧管206和208)中的歧管700的剖面圖。錐形內部輪廓702向上導向中央除氣排出埠 704。該輪廓702促使壓力流體的主體中的任何氣泡上升到排出埠 704而不是通過其他埠 706離開而進入到導向泵送頭104 和106(例如參見圖1和幻的泵送流體管道。連接器708、710隻是為了參照而被示出一可以使用將閥門或管線連接到歧管埠 704和706的任何適當方法。在圖5A中的泵送頭104和106中示出了用於系統的壓力流體側和樣本側二者的接進埠 412、414和432。通過把位於樣本流體流動環路(參見圖1)和壓力系統(參見圖 2)中的最高點處的這些接進埠用作排出埠，從樣本流體中的溶液出來的氣體以及經過或源自壓力流體中的歧管排出埠 704的任何氣泡都將上升到泵送頭中的排出埠，並且將不需要移動或者以其他方式幹擾系統以令氣體到達排出埠。在使用通常至少在一定程度上透氣的柔性管線的情況下，可能必須持續地或者定期地從系統中去除氣體，而不是簡單地只在系統設立期間執行一次。在一些實例中，使用流體除氣系統在受控點去除氣體並且保持溶解氣體的總水平低到足以使得氣體將在系統的剩餘部分內保持在溶液中，所述剩餘部分包括其中壓力和溫度的改變可能促使氣體從溶液中出來的各個點當中的任一個。在一些實例中，將具有高透氣性的管線與差壓相組合，比如通過將其定位在相對於環境的高壓力位置處和/或通過在管線外部抽出真空。可以使用能夠買到的線內除氣裝備。一個實例是來自Membrana-Charlotte (其是位於Charlotte，NC 的Celgard，LLC的一家分公司)的Liqui-Cel 系列薄膜接觸器。在薄膜除氣系統中，將被除氣的流體通過半透氣薄膜與真空分隔開，溶解的氣體通過穿過所述薄膜被真空抽出。在一些實例中，所述薄膜形成穿過流體的管道，其中真空存在於所述管道中。在一些實例中， 這種情況被反轉，其中流體經過位於處於真空的腔室內的薄膜管道。樣本管道的閃光照明在一些應用中，對樣本的刺激速率超出了人類觀察者看到待測設備中的改變的能力。針對這種情況的一種常見的解決方案是利用閃光燈來照明樣本，所述閃光被調諧成提供樣本的靜態圖像(如果閃光頻率是刺激頻率的整分數的話)或者緩慢演變的圖像(如果閃光頻率接近刺激頻率的整分數的話)。對於這樣的圖像，觀察者可能看到在樣本真實循環速度下不明顯的所述樣本的移動。如圖10中所示，提供這樣的照明的一種方式是將LED或其他小型閃光燈定位在樣本管道的一個錨點內。具體來說，在圖10中，LED 750被定位在下泵送頭106中，其利用插頭752而被固定在下樣本流體接進埠 434中。引線7M控制所述LED。通過將光源連接到與壓力源相同的控制器(未示出)，可以將閃光的頻率自動調諧來提供穩定的或緩慢演變的樣本圖像。通過把閃光聯繫到控制器具有優於人工控制的閃光的優點，包括消除了用戶之間的可變性，並且在測試的整個持續時間內為系統中的每一個樣本提供了一致的光模式。由於在流體-表面界面處的內反射，來自所述光源的光將行經樣本流體並照明待測設備500而不會發生穿過樣本管道102的剩餘部分的顯著洩漏。多平面樣本管道管理在圖1所示的系統中，光學發射器116和檢測器118沿著測量平臺114側向移動， 從而沿著一排樣本管道102移動以便依次測量每一個樣本管道的直徑。平臺114還可以沿著樣本管道的長度上、下移動，從而將發射器116和檢測器118放置成在多個點處測量每一個樣本管道的直徑。如圖1中所示，所述發射器和檢測器僅僅在單個方向上進行測量，從而在其所移到的任何位置處測量與該方向垂直的管道直徑。在一些應用中，希望沿著不同方向測量直徑，即在不同平面中提供管道的剖面寬度。這例如可用於識別待測設備的非對稱故障。圖11-13示出了用於提供這些測量的幾個不同實施例。在一些實例中，如圖11中所示，安裝孔洞800位於測量平臺114中並且圍繞每一個樣本管道成各個角度。發射器116和檢測器118可以位於安裝孔洞800的任何匹配集合 802處，以便被精確地放置來測量樣本管道。在圖11的實例中，安裝孔洞的各個集合被放置成沿著圓形路徑的60度角處，從而發射器和檢測器在每一個位置處將被放置成與樣本管道具有相同的距離。或者，安裝孔洞可以位於不同距離處。舉例來說，安裝孔洞可以都位於單一線內。這將允許獲得較窄的測量平臺，但是將要求從每一個位置處針對所涉及的不同距離調節測量結果。此外還可以使用其他角度。在圖11的實例中，安裝孔洞被配置成允許將一些安裝孔洞用於多個樣本，這是通過將發射器和檢測器放置在相同孔洞上但是具有不同方向而實現的。在圖11的實例中示出了圍繞一個樣本管道的三對發射器和檢測器，其中一對的替換位置以虛線示出。如果檢測器和發射器確實小到足以佔據多個位置而不會彼此幹擾，則可以使用幾對來同時產生多個測量結果。或者可以按照期望在每一個位置之間重新放置一個集合。在一些實例中，如圖12中所示，提供第一軌道820，可以沿著該第一軌道重新放置發射器116和檢測器118，同時第一軌道本身沿著第二軌道822移動以便到達多個樣本管道 102。所示出的彎曲軌道僅僅是一個實例-如果發射器和檢測器可以按照需要進行樞軸旋轉以面向樣本管道，則可以使用諸如單一直軌之類的其他配置。除了允許數目更多的測量角度之外，不管其實現方式如何，連續軌道都允許例如通過電動機擬4和輪子擬6而使得發射器和檢測器的重新放置自動化。測量平臺(參見圖1)的垂直移動也可以由電動機控制， 從而也可以自動化。其他實現方式也落在所附權利要求以及可以授予申請人的其他權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種系統，包括多個樣本管道(102)，每一個樣本管道耦合到泵送腔室(104)； 包括第一動力式泵(110)的壓力控制子系統000)，其被裝備來在耦合到泵送腔室的大量泵送流體中引發脈動壓力；以及包括平均流動泵(302)的流動控制子系統(300)，其被裝備來在多個流動環路中生成樣本流體的流動，每一個流動環路在平均流動泵與樣本管道之一之間傳導樣本流體的流動；泵送腔室，其把來自泵送流體的壓力耦合到樣本流體。
2.權利要求1的系統，其中，每一個樣本管道在第一末端耦合到所述泵送腔室，並且在第二末端耦合到第二泵送腔室(106)。
3.權利要求1的系統，其中，每一個泵送腔室包括 耦合到壓力入口(402)的第一容積004)；耦合到流動入口(408)和流動出口(410)的第二容積006)；以及隔膜G00)，所述隔膜將第一容積與第二容積分開並且可以發生形變，從而將第一容積中的壓力傳遞到第二容積。
4.權利要求3的系統，其中所述隔膜包括總體上平坦的薄膜，其將泵送腔室分成第一容積和第二容積。
5.權利要求1的系統，其中每一個樣本管道(10 通過每一個泵送腔室(104，106)中的流動入口(408，430)和流動出口(410，428)耦合到流動控制子系統(300)；每一個泵送腔室的流動入口(430)或流動出口(410)之一的尺寸被確定成衰減泵送腔室中的壓力改變，從而使得泵送腔室中的壓力改變不會被傳送到流動控制系統；並且每一個泵送腔室的流動入口(408)或流動出口(428)中的另一個的尺寸被確定成將泵送腔室中的壓力改變傳送到與泵送腔室耦合的樣本管道。
6.權利要求1的系統，其中，所述壓力控制子系統(200)還包括第一壓力歧管006)，其通過所述大量泵送流體耦合到第一動力式泵(110)，並且具有對應於所述多個樣本管道當中的樣本管道數目的多個出口；第二壓力歧管(208)，其具有對應於所述多個樣本管道當中的樣本管道數目的多個出口 ；以及多個泵送管道010，212)，每一個泵送管道將第一或第二壓力歧管的出口之一耦合到泵送腔室(104，106)之一。
7.權利要求6的系統，其中，所述壓力控制子系統還包括第二動力式泵(112)，其被裝備來在所述大量泵送流體的第二部分中引發脈動壓力，第一動力式泵在所述大量泵送流體的第一部分中引發脈動壓力；第二壓力歧管，其通過所述大量泵送流體的第二部分耦合到第二動力式泵。
8.權利要求1的系統，其還包括第一壓力平衡管道G40)，其耦合到壓力控制系統； 第二壓力平衡管道G40)，其耦合到流動控制系統；以及過濾器外罩G42)，其將第一壓力平衡管道通過過濾器耦合到第二壓力平衡管道。
9.權利要求1的系統，其中，所述流動控制子系統還包括第一流動歧管(308)，其耦合到平均流動泵(302)的出口並且具有對應於所述多個樣本管道當中的樣本管道數目的多個出口；以及第二流動歧管(310)，其耦合到平均流動泵的入口並且具有對應於所述多個樣本管道當中的樣本管道數目的多個入口；每一個流動環路將第一流動歧管的一個出口連接到第二流動歧管的一個入口，並且包括樣本管道(10 之一和相應的泵送腔室(104，106)；第一流動管道(31 ),其將第一流動歧管的出口耦合到泵送腔室中的流動入口 ； 第二流動管道(312b)，其將泵送腔室中的流動出口耦合到第二流動歧管的入口。
10.權利要求1的系統，其中，每一個流動環路還將流體流動傳導到過濾器陣列(314)， 其中，所述過濾器陣列對於每一個流動環路包括第一分支(602)，其將流動環路分成耦合到第一過濾器外罩(610a)的第一流動路徑 (606a)和耦合到第二過濾器外罩(610b)的第二流動路徑(606b)；開關(608)，其選擇性地打開第一或第二流動路徑之一併且關閉第一或第二流動路徑當中的另一個；第二分支(612)，其將第一流動路徑和第二流動路徑耦合到流量傳感器(614)。
11.一種控制多個樣本管道(10 中的動態壓力和平均流動的方法，其中每一個樣本管道耦合到泵送腔室(104)，所述方法包括在動力式泵(110)處，在大量泵送流體中引發脈動壓力； 將所述大量泵送流體耦合到每一個泵送腔室； 在平均流動泵(30 處，在多個流動環路中生成樣本流體的流動； 將壓力從泵送流體耦合到樣本流體；以及在每一個流動環路內，在平均流動泵與樣本管道之一之間傳導流體流動。
12.權利要求11的方法，其中，將壓力從泵送流體耦合到樣本流體的步驟包括令泵送腔室內的分離泵送流體與樣本流體的隔膜(400)發生形變。
13.權利要求11的方法，其中，在每一個流動環路內傳導流體流動的步驟包括通過第一泵送腔室(104)、通過在樣本管道的第一末端耦合到第一泵送腔室的樣本管道(102)之一以及通過在樣本管道的第二末端耦合到樣本管道的第二泵送腔室(106)傳導流體。
14.權利要求11的方法，其中在所述大量泵送流體中引發脈動壓力的步驟包括利用第一動力式泵(110)泵送所述大量泵送流體的第一部分並且利用第二動力式泵(11 泵送所述大量泵送流體的第二部分；並且將所述大量泵送流體耦合到每一個泵送腔室的步驟包括 在第一壓力歧管O06)中分離所述大量泵送流體的第一部分； 將第一壓力歧管的出口耦合到泵送腔室；在第二壓力歧管O08)中分離所述大量泵送流體的第二部分；以及將第二壓力歧管的出口耦合到泵送腔室。
15.權利要求11的方法，其中，在多個流動環路中生成樣本流體的流動的步驟包括生成樣本流體的總容積的流動；在第一歧管(308)中將樣本流體的總容積分離到多個流動環路中；以及在第二歧管(310)中將來自所述多個流動環路的樣本流體重組成樣本流體的總容積。
全文摘要
本發明涉及一種樣本測試系統，其包括多個樣本管道，每一個樣本管道耦合到泵送腔室、壓力控制子系統和流動控制子系統。壓力控制系統包括第一動力式泵，其被裝備來在耦合到泵送腔室的大量泵送流體中引發脈動壓力。流動控制子系統包括平均流動泵，其被裝備來在多個流動環路中生成樣本流體的流動。每一個流動環路在平均流動泵與樣本管道之一之間傳導樣本流體的流動。泵送腔室把來自泵送流體的壓力耦合到樣本流體。
文檔編號G01N3/12GK102460110SQ201080032620
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月28日 優先權日2009年6月12日
發明者D·L·丁曼, M·漢森, T·D·尼克爾 申請人:伯斯有限公司