專(zhuān)利名稱(chēng)：微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量液體中的微小顆粒的大小和數(shù)量的儀器，具體地說(shuō)，涉及一種用于測(cè)量液體中的微小顆粒的大小和數(shù)量的激光微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片。
背景技術(shù)：
液體顆粒計(jì)數(shù)器用于檢測(cè)液體中的微小固體顆粒污染物，它在醫(yī)藥、水質(zhì)分析、油液清潔度檢測(cè)、半導(dǎo)體工藝控制等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。光阻法激光液體顆粒計(jì)數(shù)器根據(jù)光散射理論，利用微小粒子對(duì)光的散射和阻擋實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子計(jì)數(shù)和測(cè)量。對(duì)于傳統(tǒng)的液體顆粒計(jì)數(shù)器，其結(jié)構(gòu)如附圖1所示。半導(dǎo)體激光器101發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡組102的匯聚，在液體樣品池103的檢測(cè)區(qū)域形成一細(xì)小線光束，線光束透過(guò)樣品池103之后傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器106的表面。待測(cè)液體104通過(guò)液體樣品池103的液體微流通道108而流經(jīng)液體樣品池103的檢測(cè)區(qū)域。當(dāng)待測(cè)液體104中的微小顆粒105通過(guò)檢測(cè)區(qū)域的時(shí)候，由于粒子對(duì)光的散射和阻擋，使得光電探測(cè)器106接收到的光信號(hào)減弱，形成一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)107，負(fù)脈沖信號(hào)107的幅度與粒子的大小成比例。因此，通過(guò)脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)和幅度就可以測(cè)量出被測(cè)液體中微小顆粒物的個(gè)數(shù)和大小。傳統(tǒng)的液體顆粒計(jì)數(shù)器，其各個(gè)部件是通過(guò)機(jī)械的方式裝配在一起的，為了確保檢測(cè)光線形成的光斑的中心和液體樣品池103的檢測(cè)中心重合，同時(shí)使得液體樣品池103的檢測(cè)區(qū)域位于線光束的焦平面上，裝配精度要求很高，安裝難度大。傳統(tǒng)的液體樣品池通常用超精密機(jī)械加工的方法制作，由于液體微流通道的橫向尺寸很小(O. 2mm-0. 5mm左右)，通道的內(nèi)壁要求很光滑(Ra〈0. 05)，而且要形成機(jī)械密封，加工起來(lái)非常困難，成本很高。液體顆粒計(jì)數(shù)器的檢測(cè)線光斑寬度為幾十微米，需要采用非球面透鏡才能得到如此細(xì)的線光斑，而非球面透鏡昂貴的價(jià)格也增加了液體顆粒計(jì)數(shù)器的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種加工工藝簡(jiǎn)單、制造成本較低的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，用于測(cè)量待測(cè)液體中微小顆粒的大小和數(shù)量，其包括芯片本體，所述的芯片本體中設(shè)置有光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)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芯片本體的外部相連通并通入有所述的待測(cè)液體；所述的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)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(shè)于所述的入射端光纖固定槽中的入射光纖、固設(shè)于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(duì)的設(shè)置于所述的液體微流通道的兩側(cè)；所述的入射端光纖固定槽設(shè)置于所述的入射端微透鏡組的遠(yuǎn)離所述的液體微流通道的一側(cè)，所述的出射端光纖固定槽設(shè)置于所述的出射端微透鏡組的遠(yuǎn)離所述的液體微流通道的一側(cè)；光線依次經(jīng)過(guò)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(cè)光路，所述的檢測(cè)光路與所述的液體微流通道中流過(guò)的所述的待測(cè)液體形成的液路相交形成檢測(cè)區(qū)域。優(yōu)選的，所述的檢測(cè)光路的軸線與所述的液體微流通道的軸線相垂直。優(yōu)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于所述的第一非球柱面的前方的焦平面上，所述的檢測(cè)區(qū)域的中心位于所述的第二非球柱面的后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于所述的第四非球柱面的后方的焦平面上。優(yōu)選的，所述的芯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(shè)置于所述的液體微流通道的兩側(cè)并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芯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(xué)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置于所述的鞘液流通道與所述的液體微流通道的相交點(diǎn)的下方；所述的鞘液流通道中通入有鞘液流。優(yōu)選的，所述的鞘液流通道相對(duì)稱(chēng)的設(shè)置于所述的液體微流通道的兩側(cè)，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°范圍內(nèi)的任意值。優(yōu)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(yōu)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(yōu)選的，所述的液體微流通道的兩端通過(guò)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芯片本體的表面。優(yōu)選的，所述的鞘液流通道的截面為矩形，其一端通過(guò)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芯片本體的表面。優(yōu)選的，所述的芯片本體由下板和上板鍵合為一體形成；所述的芯片本體為石英玻璃材質(zhì)，其長(zhǎng)和寬均為30mm,厚度為3mm。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明將液體微流通道和光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)集成于一芯片本體上，采用光刻工藝加工制造，提高了加工的精度，并且降低了加工難度，同時(shí)，還降低了制造成本。


附圖1為現(xiàn)有技術(shù)的液體顆粒計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片的結(jié)構(gòu)剖視圖。附圖3為本發(fā)明的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片的加工工藝中上板的加工步驟示意圖。附圖4為本發(fā)明的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片的加工工藝中上板的加工步驟示意圖。附圖5為本發(fā)明的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片的加工工藝中下板的加工步驟示意圖。附圖6為本發(fā)明的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片的外形圖。以上附圖中101、半導(dǎo)體激光器；102、透鏡組；103、液體樣品池；104、待測(cè)液體；105、微小顆粒；106、光電探測(cè)器；107、負(fù)脈沖信號(hào)；108、液體微流通道；20、微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片；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、芯片本體；213、下板；214、上板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例一參見(jiàn)附圖2所示。一種微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片20，用于測(cè)量待測(cè)液體中微小顆粒的大小和數(shù)量。該微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片20包括芯片本體212，該芯片本體212為石英玻璃材質(zhì)，其長(zhǎng)和寬均為30mm,呈正方形,其厚度為3mm。芯片本體212中設(shè)置有光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)以及光刻形成的液體微流通道201。液體微流通道201的兩端與芯片本體212的外部相連通。該液體微流通道201的截面呈矩形，尺寸為O. 2mmXO. 2mm，而該液體微流通道201的長(zhǎng)度為10-20mm左右。該液體微流通道201的兩端通過(guò)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連接至芯片本體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(guò)外徑為1. 6mm的PTFE軟管和外界相連接。芯片本體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(duì)稱(chēng)的設(shè)置于液體微流通道201的兩側(cè)，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°范圍內(nèi)的任意值。在本實(shí)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(guò)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連接至芯片本體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(cè)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(cè)液體由液體微流通道入口 203流入液體微流通道201中，并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(guó)，并與液體微流通道201中的待測(cè)液體匯合后共同由液體微流通道出口 205流出。根據(jù)流體聚焦原理，當(dāng)待測(cè)液體樣本通過(guò)液體微流通道201時(shí)，在鞘液流的作用下，待測(cè)液體會(huì)被聚在液體微流通道201的中間區(qū)域，以提高測(cè)量精度。定義液體微流通道201中待測(cè)液體流動(dòng)方向的上游為“上”，而定義待測(cè)液體流動(dòng)方向的下游為“下”。光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置于鞘液流通道202a、202b與液體微流通道201的相交點(diǎn)的下方。光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)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(shè)于入射端光纖固定槽206中的入射光纖207、固設(shè)于出射端光纖固定槽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(duì)的設(shè)置于液體微流通道201的兩偵U。入射端光纖固定槽206設(shè)置于入射端微透鏡組208的遠(yuǎn)離液體微流通道201的一側(cè)，出射端光纖固定槽210設(shè)置于出射端微透鏡組209的遠(yuǎn)離液體微流通道201的一側(cè)。光線依次經(jīng)過(guò)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(cè)光路。檢測(cè)光路與液體微流通道201中流過(guò)的待測(cè)液體形成的液路相交形成檢測(cè)區(qū)域。檢測(cè)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的端面位于第一非球柱面208a的前方的焦平面上，檢測(cè)區(qū)域的中心位于第二非球柱面208b的后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的端面位于第四非球柱面20%的后方的焦平面上。采用非球面的透鏡組可以降低光學(xué)像差，得到足夠小的線光斑寬度，以提聞測(cè)量精度。第一非球柱面208a的高度為O. 13mm,寬度為O. 3mm,焦距為O. 34mm ;第二非球柱面208b的高度為O. 13mm,寬度為O. 3mm,焦距為O. 3mm。第一非球柱面208a和第二非球柱面208b的非球面方程為
權(quán)利要求
1.一種微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，用于測(cè)量待測(cè)液體中微小顆粒的大小和數(shù)量，其特征在于其包括芯片本體，所述的芯片本體中設(shè)置有光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)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芯片本體的外部相連通并通入有所述的待測(cè)液體；所述的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)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(shè)于所述的入射端光纖固定槽中的入射光纖、固設(shè)于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(duì)的設(shè)置于所述的液體微流通道的兩側(cè)；所述的入射端光纖固定槽設(shè)置于所述的入射端微透鏡組的遠(yuǎn)離所述的液體微流通道的一側(cè)，所述的出射端光纖固定槽設(shè)置于所述的出射端微透鏡組的遠(yuǎn)離所述的液體微流通道的一側(cè)；光線依次經(jīng)過(guò)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(cè)光路，所述的檢測(cè)光路與所述的液體微流通道中流過(guò)的所述的待測(cè)液體形成的液路相交形成檢測(cè)區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，其特征在于所述的檢測(cè)光路的軸線與所述的液體微流通道的軸線相垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，其特征在于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于所述的第一非球柱面的前方的焦平面上，所述的檢測(cè)區(qū)域的中心位于所述的第二非球柱面的后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于所述的第四非球柱面的后方的焦平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，其特征在于所述的芯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(shè)置于所述的液體微流通道的兩側(cè)并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芯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(xué)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置于所述的鞘液流通道與所述的液體微流通道的相交點(diǎn)的下方；所述的鞘液流通道中通入有鞘液流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，其特征在于所述的鞘液流通道相對(duì)稱(chēng)的設(shè)置于所述的液體微流通道的兩側(cè)，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°范圍內(nèi)的任意值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，其特征在于所述的液體微流通道的兩端通過(guò)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芯片本體的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，其特征在于所述的鞘液流通道的截面為矩形，其一端通過(guò)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芯片本體的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，其特征在于所述的芯片本體由下板和上板鍵合為一體形成；所述的芯片本體為石英玻璃材質(zhì),其長(zhǎng)和寬均為30mm，厚度為 3mm η
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型液體顆粒計(jì)數(shù)器芯片，包括芯片本體，芯片本體中設(shè)置有光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)以及光刻形成的液體微流通道；液體微流通道的兩端與芯片本體的外部相連通并通入有待測(cè)液體；光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)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(shè)于入射端光纖固定槽中的入射光纖、固設(shè)于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(duì)的設(shè)置于液體微流通道的兩側(cè)；入射端光纖固定槽設(shè)置于入射端微透鏡組的遠(yuǎn)離液體微流通道的一側(cè)，出射端光纖固定槽設(shè)置于出射端微透鏡組的遠(yuǎn)離液體微流通道的一側(cè)。本發(fā)明提高了液體顆粒計(jì)數(shù)器加工的精度，降低了加工難度，降低了制造成本。
文檔編號(hào)G01N15/02GK102998234SQ20121054350
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者孫吉勇, 梁鳳飛, 沈瑋棟, 周大農(nóng), 唐紅陽(yáng) 申請(qǐng)人:江蘇蘇凈集團(tuán)有限公司