[发明专利]一种基于光操控的双模式微量液体流量计

权利要求书

1.一种基于光操控的双模式微量液体流量计，包括微流芯片、微球、光纤、泵浦激光器、带CCD显微镜、计算机、USB信号线和串口通信线，其特征在于：

微流芯片集成有微流通道；光纤的一端伸入微流通道中且与其共轴，光纤的另一端与泵浦激光器相连；正对于光纤端面的微流通道口为待测流体输入端；USB信号线连接显微镜的CCD输出端和计算机；串口通信线连接计算机和泵浦激光器；

微球在使用时加入待测流体，再与待测流体一起通入微流通道，微球在待测流体的浓度小于100个/mL，直径7-20um，与待测流体的密度比为0.75-1.25；

泵浦激光器发出的激光能量经光纤端面输出；待测流体经微流通道入口进入；计算机及相关配套软件通过USB信号线接收显微镜的CCD采集的微球图像信息，实时监测微球位置信息，或将位置信息通过串口通信线反馈控制泵浦激光器，实现双模式的流速传感技术，即开环传感模式和闭环传感模式。

2.如权利要求1所述基于光操控的双模式微量液体流量计，其特征在于：

所述开环传感模式具体为：泵浦激光器输出功率一定，微球距光纤端面的距离与当前流体流速存在一一对应关系，通过实时检测微球的位置，实现开环流体流速传感；在该模式下，流体流速越小，微球距光纤端面的距离越大，灵敏度越高。

3.如权利要求1所述基于光操控的双模式微量液体流量计，其特征在于：

所述闭环传感模式具体为：通过实时监测微球距光纤端面的位置，串口通信线反馈控制泵浦激光器的输出功率，使得微球稳定在某一设定位置，即微球的操控距离固定，此时泵浦激光器输出功率将与流体流速存在一一对应关系，即通过串口通信线读取当前激光器的输出功率，可实现流速传感。

4.如权利要求1所述基于光操控的双模式微量液体流量计，其特征在于：设定开环和闭环切换的流速阈值，低于阈值时采用开环模式进行测量，高于阈值后自动切换到闭环模式进行测量。

5.根据权利要求1所述基于光操控的双模式微量液体流量计，其工作流程如下：

泵浦激光器发出的激光能量经光纤端面输出，待测流体加入微球经微流通道入口进入，微球在微流通道内将受到待测微量液体给予的流体力F_v、激光能量经光纤端面输出的光散射力F_ao和横向梯度力F_tg的作用，横向梯度力F_tg使得微球被束缚在光纤轴线，光散射力F_ao的方向与微球所受的流体力F_v相反，进而微球在流体力F_v和光散射力F_ao的作用下，将达到受力平衡，稳定在微流通道的腔体里面；计算机通过USB信号线接收显微镜的CCD采集的图像信息，进行处理，实时监测微球的位置信息，或将位置信息通过串口通信线反馈控制泵浦激光器的输出功率，实现双模式的流速传感技术，即开环传感模式和闭环传感模式。

6.如权利要求1所述基于光操控的双模式微量液体流量计，其使用方法具体包括以下步骤：

步骤1、打开泵浦激光器，显微镜及计算机的配套软件平台，使得微流通道和光纤端面在计算机软件平台上显示；

步骤2、在微流通道入口通入加入微球的待测流体，在光力和流体力的作用下，微球受到捕获，然后操作计算机软件，实时显示和记录微球的位置；微球在待测流体的浓度小于100个/mL，直径7-20um，与待测流体的密度比为0.75-1.25；

步骤3、此为流速测量标定阶段，分为两个部分，一是开环传感模式下的标定，二是闭环传感模式标定：

开环传感模式下，固定泵浦激光器输出功率，通过进样泵设定一系列标准流速，记录操控距离即光纤端面与微球的距离，进而得到开环传感模式下流速与操控距离相关的标定曲线；

闭环传感模式下，通过进样泵设定一系列标准流速，流速变化时，通过闭环反馈控制激光功率，使得微球的操控距离保持不变，记录泵浦激光器对应的输出功率，进而得到闭环传感模式下流速与功率相关的标定曲线；

步骤4、将步骤3的标定结果，设定开环和闭环切换的流速阈值，低于阈值时采用开环模式进行测量，高于阈值后自动切换到闭环模式进行测量。