[发明专利]一种光阻式液体粘度测量装置

权利要求书

1.一种光阻式液体粘度测量装置，其特征在于，包括：芯片基体、嵌在芯片基体中的检测芯片、与检测芯片通过导线连接的激励单元、与激励单元电性连接的信号采集单元和计算单元；激励单元输出稳定直流电激励检测芯片；当待检液体中标准球形颗粒经过检测芯片时，产生电压信号，所产生的电压信号由信号采集单元采集并输送至计算单元，计算单元计算待测液体的粘度数据；

检测芯片包括三个光阻传感单元，即第一光阻传感单元、第二光阻传感单元以及第三光阻传感单元；每个光阻传感单元的结构相同，设置位置不同，第一光阻传感单元包括垂直对置在微通道两侧的第一光发射器和第一光接收器，第一光发射器和第一光接收器之间间隔300微米～5毫米；第二光阻传感单元包括垂直对置在微通道两侧的第二光发射器和第二光接收器，第二光发射器和第二光接收器之间间隔300微米～5毫米；第三光阻传感单元包括垂直对置在微通道两侧的第三光发射器和第三光接收器，第三光发射器和第三光接收器之间间隔300微米～5毫米；

光阻传感单元并联连接所述信号采集单元的引线端，信号采集单元用于采集标准球形颗粒经过各光阻传感单元时的电压信号，并将电压信号全部显示于同一电压信号图中；

光发射器垂直于光接收器向微流道发射红外激光；光接收器将接收到的光信号转换为电信号，并将电信号传输至信号采集单元；

激励单元以2V稳定直流电向检测芯片输送激励，在光阻式模式下，所使用的标准球形颗粒粒径为100微米～4毫米；微流道内径为300微米～5毫米；当标准球形颗粒分别经过检测芯片的第一光阻传感单元、第二光阻传感单元以及第三光阻传感单元时，由于标准球形颗粒遮挡一部分第一光发射器、第二光发射器以及第三光发射器所发射的红外激光，因而对应的第一光接收器、第二光接收器以及第三光接收器接收到的光强度减弱，使得第一光阻传感单元、第二光阻传感单元以及第三光阻传感单元的电阻增大，电压减小，产生一个负向的电压脉冲信号；

待检液体经驱动装置自液体入口定压注入，进入装置微流道内；标准球形颗粒自标准球形颗粒添加口进入含有待检液体的微流道中，依次经过第一光阻传感单元、第二光阻传感单元以及第三光阻传感单元；设定第一光阻传感单元处标准球形颗粒的流动速度为v₁；第二光阻传感单元处标准球形颗粒的流动速度为v₂；第一光阻传感单元与第二光阻传感单元间距离为L₁，检测到的两信号时间差为t₁；第二光阻传感单元与第三光阻传感单元间距离为L₂，检测到的两信号时间差为t₂；已知L₁，L₂，t₁、t₂，根据公式：

v₂＝v₁+at₁

即可知标准球形颗粒在微流道内的加速度a，以及在各光阻传感单元处的速度v，且该操作可消除标准球形颗粒在进入微流道后的水平方向速度误差；标准球形颗粒在微流道中受到驱动装置的驱动力F以及在待测液体中的粘性阻力F_η：

F_η＝A·τ＝4πr²·τ

式中，F_η为标准球形颗粒受到的粘性阻力，m为其质量，ρ为其密度，r为其半径，A为其外表面积，τ为其所受的粘性剪切应力，为其运动中的速度梯度，η为待测液体粘度；

将各光阻传感单元与信号采集单元串/并联连接，使不同光阻传感单元所检测到的同一标准球形颗粒的电压脉冲体现在同一电压信号图中，信号采集单元采集各光阻传感单元处检测到的电压信号，并将其输送至计算单元，经数据处理得到待检液体粘度η。

2.根据权利要求1所述的光阻式液体粘度测量装置，其特征在于，所述芯片基体由铸造液浇注而成，采用模塑法在芯片基体内还依次嵌入有液体入口、微流道、标准球形颗粒添加口、储液槽以及液体出口；液体入口、标准球形颗粒添加口、储液槽以及液体出口均与微流道连通；待检粘度液体从液体入口流入微流道，检测完成后从液体出口流出并流向储液槽。

3.根据权利要求1所述的光阻式液体粘度测量装置，其特征在于，所述光阻式液体粘度测量装置还包括一驱动装置，驱动装置设置在所述液体入口处，用于提供待测液体在微流道中流动的恒定驱动力。

4.根据权利要求2所述的光阻式液体粘度测量装置，其特征在于，所述标准球形颗粒添加口用于向微流道的待检液体中投注标准球形颗粒；标准球形颗粒采用不透明介质，用于遮挡一部分所述光发射器发射的激光。