[发明专利]一种基于光操控的双模式微量液体流量计

说明书

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种基于光操控的双模式微量液体流量计。该微量液体流量计包括微流芯片、光纤、微球、泵浦激光器、显微镜和计算机平台及其配套软件。微流芯片内置微流通道充当液体流通通道；光纤插入微流通道与其共轴，端面正对于来液方向；泵浦激光器的输出光经光纤输出，操控微球；显微镜用于微球观测，计算机及其配套软件接收CCD图像信号，实时识别微球的位置，然后依据不同测量模式设定相应阈值。本发明提供的微量液体流量计测量灵敏度高，动态范围大，自动化程度高，实时性好，具有极高的工程应用价值。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种基于光操控的双模式微量液体流量计。

背景技术

光操控是指用光的各种物理特性，例如光热效应、倏逝场，以及光传播具有动量等，对微纳尺寸的粒子或细胞实现束缚和操控。光操控技术具有很多优良的特性，它能非接触地操控微粒，这种操控方式可以在不损伤对象的前提下完成操控任务。

微流控芯片技术已经广泛应用于生物医学、高通量药物合成筛选、食品卫生和环境监测等诸多领域。为了满足不断增长的微量液体流速测量需求，已经有各种流速测量方案提出并实现，如悬臂梁法，其检测范围在10μm/min到1000μm/min之间，但是检测极限往往是几个μm/min或更高，且最小检测变化也在几个到几十个μm/min之间，这只适合对检测精度要求低但是需要较大的测量范围的环境中。此外，基于热传导的流速检测尽管简单和敏感，但它容易受到环境温度变化的影响。总之，当前的测量技术，普遍存在在传感与测量领域的一个关键的科学问题：参数动态范围大时，往往灵敏度低；反之，灵敏度高时，测量范围小。

发明内容

针对背景技术中提到的缺陷，本发明提供了一种基于光操控的双模式微量液体流量计，该微量液体流量计具有测量灵敏度高，动态范围大，自动化程度高，实时性好等特点。

本发明具体采用如下技术方案：

一种基于光操控的双模式微量液体流量计，其结构如图1所示，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7-20μm，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。

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。

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。

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。

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：