專(zhuān)利名稱(chēng)：微流控芯片激光智能檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于檢測(cè)微流控芯片尺度的高精度檢測(cè)儀器，屬檢測(cè)儀器結(jié)
構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
微流控芯片又稱(chēng)芯片實(shí)驗(yàn)室，和電子芯片相比在工作原理、制造工藝和應(yīng)用范圍上都有實(shí)質(zhì)性區(qū)別的一類(lèi)芯片技術(shù)。它把生物和化學(xué)等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、生物與化學(xué)反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，是對(duì)微量成分進(jìn)行分析的一種技術(shù)，因此被認(rèn)為是影響人類(lèi)未來(lái)的15件最重要的發(fā)明之一，微流控芯片已成為微全分析系統(tǒng)和芯片實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展重點(diǎn)和前沿技術(shù)。芯片微通道質(zhì)量對(duì)樣品進(jìn)樣、分離、芯片散熱等有重要的影響，因此對(duì)微通道的尺度參數(shù)(如截面形狀、尺寸精度、表面粗糙度等)測(cè)量成為重要課題。目前常用測(cè)量微流控芯片通道的設(shè)備多為觸針式輪廓儀，輪廓儀測(cè)針的針尖角度和針尖圓弧半徑會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響，對(duì)不規(guī)則的微小通道尺寸測(cè)量有時(shí)會(huì)存在誤差。采用觸針式輪廓儀測(cè)量微流控芯片微通道，測(cè)針通常可以完全抵達(dá)微通道底部，故深度尺寸測(cè)量較準(zhǔn)確，但在寬度方向上，依微通道深度及側(cè)壁夾角不同，可能產(chǎn)生測(cè)針與微通道側(cè)壁干涉。由輪廓儀測(cè)得的輪廓并不能更好地反映出真實(shí)的微通道截面形狀和尺寸。此外，輪廓儀的價(jià)格較昂貴，需要在特定環(huán)境下使用，現(xiàn)階段在普通實(shí)驗(yàn)室還受到一定的限制。
三
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提供一種用于檢測(cè)微流控芯片和微小流道尺度的具有檢測(cè)
精度高、使用方便、智能化、自動(dòng)測(cè)量等特點(diǎn)的集微機(jī)電、計(jì)算機(jī)、光學(xué)、機(jī)械、電子技術(shù)和數(shù)學(xué)建模等多種學(xué)科于一體的智能檢測(cè)儀。 本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的微流控芯片激光智能檢測(cè)儀，是一種用于檢測(cè)微流控芯片和微小流道尺度的非接觸智能檢測(cè)儀器，用激光掃描技術(shù)檢測(cè)微流芯片尺度和形狀，通過(guò)可視化計(jì)算方法在計(jì)算機(jī)上建立數(shù)學(xué)模型，畫(huà)出微流芯片的三維圖，是一種用于測(cè)量微流控芯片尺度和形狀的高精度智能檢測(cè)儀器，也能用于檢測(cè)微小組件的三維尺寸。[0006] 其特殊之處在于，包括激光CCD位移傳感器14，激光CCD位移傳感器的控制器2，縱向高精密導(dǎo)軌8、橫向高精密導(dǎo)軌3、計(jì)算機(jī)1、橫向伺服電機(jī)5、縱向伺服電機(jī)11、伺服電機(jī)控制器12 ;橫向高精密導(dǎo)軌3和縱向高精密導(dǎo)軌8交叉構(gòu)成的精密十字定位系統(tǒng)由橫向伺服電機(jī)5和縱向伺服電機(jī)11驅(qū)動(dòng)，橫向精密導(dǎo)軌3和縱向精密導(dǎo)軌8上分別裝有精密絲杠和縱向光柵尺4及橫向光柵尺7，激光CCD位移傳感器14安裝在拱形支架13上，通過(guò)抗干擾防護(hù)電纜與激光CCD位移傳感器的控制器2相連，激光CCD位移傳感器的控制器2通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)1通信，伺服電機(jī)控制器12連接計(jì)算機(jī)1的并口控制橫向伺服電機(jī)5和縱向伺服電機(jī)11 ;計(jì)算機(jī)1串口分別讀取縱向光柵尺4和橫向光柵尺7的數(shù)據(jù)；USB接口讀取激光CCD位移傳感器14的測(cè)量數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)集成多路控制，智能軟件實(shí)現(xiàn)同步控制多臺(tái)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項(xiàng)功能，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示測(cè)量結(jié)果。[0007] 十字定位系統(tǒng)選用高精度滾珠絲杠和導(dǎo)軌，重復(fù)定位誤差小于1微米，激光CCD位移傳感器的解析度為0. 1微米。 本實(shí)用新型的微流控芯片激光智能檢測(cè)儀，具有以下優(yōu)點(diǎn) 第一，采用了高精密定位裝置，更好的避免了測(cè)量過(guò)程中微流控芯片在移動(dòng)時(shí)因
震動(dòng)產(chǎn)生的誤差。激光CCD位移傳感器14的測(cè)量值可直接作為檢測(cè)工件上各測(cè)量點(diǎn)的z
方向坐標(biāo)值，避免了算法計(jì)算誤差和系統(tǒng)標(biāo)定誤差，明顯提高了測(cè)量精度。 第二，本實(shí)用新型的智能和自動(dòng)化程度較高，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)能同步實(shí)現(xiàn)多路控制、
數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項(xiàng)工作；用高精度激光CCD位移傳感器采集數(shù)據(jù)；用智能算法進(jìn)
行誤差分離，具有智能化的計(jì)算模型有效的提高了儀器檢測(cè)精度，同時(shí)顯示被測(cè)對(duì)象的三
維圖形。 第三，用自主開(kāi)發(fā)的自動(dòng)測(cè)量控制算法保證了使用方便性和實(shí)用性，測(cè)量時(shí)只需將測(cè)量芯片固定在于儀器檢測(cè)臺(tái)指定區(qū)以?xún)?nèi)，運(yùn)行計(jì)算機(jī)檢測(cè)軟件，儀器就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)智能化測(cè)量。測(cè)量過(guò)程中不需要人工干預(yù)，微流控芯片安裝不需要人工精細(xì)校正，只需將芯片固定在指定區(qū)域即可。
四
圖1 :智能檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)的正視圖；[0013] 圖2 :智能檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)的俯視圖；[0014] 圖3 :測(cè)量坐標(biāo)系示意圖； 圖中，1、計(jì)算機(jī)，2、激光CCD位移傳感器的控制器，3、橫向精密導(dǎo)軌，4、縱向光柵尺，5、橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)，6、微流控芯片，7、橫向光柵尺，8、縱向精密導(dǎo)軌，9、測(cè)量?jī)x器臺(tái)面，11、縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)，12、電機(jī)控制器，13、拱形支架，14、激光CCD位移傳感器。
五具體實(shí)施方式以下參照附圖，給出具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)成作進(jìn)一步說(shuō)明。 在對(duì)激光非接觸檢測(cè)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，圍繞用高精度激光CCD位移傳感器對(duì)微
流控芯片尺度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，根據(jù)實(shí)際測(cè)量精度要求設(shè)計(jì)方案。 本實(shí)施例參考圖l-3，微流控芯片尺度的高精度檢測(cè)儀器，包括激光CCD位移傳感器14、激光CCD位移傳感器的控制器2、橫向精密導(dǎo)軌3、縱向精密導(dǎo)軌8、計(jì)算機(jī)1、橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)5、縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)11、伺服電機(jī)控制器12，橫向精密導(dǎo)軌3和縱向精密導(dǎo)軌8構(gòu)成的高精度十字定位系統(tǒng)由橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)5和縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)11控制驅(qū)動(dòng)；橫向精密導(dǎo)軌3和縱向精密導(dǎo)軌8上分別裝有縱向光柵尺4和橫向光柵尺7 ;十字定位系統(tǒng)選用高精度滾珠絲杠和導(dǎo)軌，重復(fù)定位誤差小于1微米，激光CCD位移傳感器的解析度為0. 1微米。激光CCD位移傳感器14安裝在拱形支架13上，通過(guò)抗干擾防護(hù)電纜與激光CCD位移傳感器的控制器2相連，激光CCD位移傳感器的控制器2通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)1通信，伺服電機(jī)控制器12連接計(jì)算機(jī)1的并口控制橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)5和縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)11 ;計(jì)算機(jī)串口分別讀取縱向光柵尺4和橫向光柵尺7的數(shù)據(jù)；USB接口讀取激光CCD位移傳感器14的測(cè)量數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)集成多路控制，智能軟件實(shí)現(xiàn)同步控制多臺(tái)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項(xiàng)功能，計(jì)算
機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示測(cè)量結(jié)果。 測(cè)量方法 參考圖l-3，將被測(cè)微流控芯片6放置到儀器上指定區(qū)域固定好，檢測(cè)人員在計(jì)算機(jī)1上設(shè)定初始參數(shù)，如芯片編號(hào)，測(cè)量范圍，數(shù)據(jù)采樣密度等。開(kāi)始測(cè)量后，計(jì)算機(jī)1通過(guò)并口向伺服電機(jī)控制器12發(fā)出控制信號(hào)，控制伺服電機(jī)5、11的旋轉(zhuǎn)和啟停位置，通過(guò)串口讀取縱向光柵尺4和橫向光柵尺7的數(shù)據(jù)，獲得被測(cè)微流控芯片6的xy方向位移數(shù)據(jù)，通過(guò)USB接口同步向控制器2發(fā)送控制信息和實(shí)時(shí)讀取激光CCD位移傳感器14測(cè)量數(shù)據(jù)。激光CCD位移傳感器14掃描微流控芯片實(shí)時(shí)測(cè)量微流控芯片深度數(shù)據(jù)。軟件系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，保存原始數(shù)據(jù)，測(cè)量完畢顯示測(cè)量結(jié)果。[0021] 測(cè)量原理如圖1圖2所示，激光位移傳感器的掃描范圍由測(cè)量人員設(shè)定或系統(tǒng)默認(rèn)。以測(cè)量?jī)x器的縱向?qū)к?、橫向?qū)к壓图す鉁y(cè)量位移構(gòu)成了x、y、z三維坐標(biāo)系統(tǒng)。以橫向精密導(dǎo)軌3和縱向精密導(dǎo)軌8的交點(diǎn)o為坐標(biāo)原點(diǎn)建立測(cè)量坐標(biāo)系oxy，伺服電機(jī)5和11驅(qū)動(dòng)精密軌道使激光CCD位移傳感器掃描微流控芯片采集測(cè)量數(shù)據(jù)，被測(cè)微流控芯片表面上各個(gè)測(cè)量點(diǎn)形成一條空間曲線(xiàn)簇。如圖3所示，曲線(xiàn)上各點(diǎn)坐標(biāo)為(x，y，z)，x，y由光柵尺讀數(shù)得到，z為激光CCD位移傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)將得到微流控芯片的測(cè)量數(shù)據(jù)用數(shù)字插值算法擬合出微流芯片結(jié)構(gòu)圖形。 本實(shí)用新型第一，采用了高精密定位裝置驅(qū)動(dòng)微流控芯片，用xy精密十字定位平臺(tái)驅(qū)動(dòng)微流控芯片在二維空間移動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，避免了測(cè)量過(guò)程中移動(dòng)激光CCD位移傳感器產(chǎn)生的震動(dòng)；使用拱形支架固定激光CCD位移傳感器，使傳感器更加穩(wěn)定，避免了測(cè)量過(guò)程中因傳感器震動(dòng)產(chǎn)生誤差。第二，激光CCD位移傳感器的測(cè)量值可直接作為被掃描微流控芯片6截面上各測(cè)量點(diǎn)的z方向坐標(biāo)值，避免了計(jì)算誤差和系統(tǒng)標(biāo)定誤差，提高了測(cè)量精度。第三，采用了數(shù)字濾波算法很好的進(jìn)行了誤差分離，采用幾數(shù)字建模技術(shù)能顯示被測(cè)對(duì)象的三維圖形及任意剖面的圖形和尺寸。
權(quán)利要求微流控芯片激光智能檢測(cè)儀，其特征在于，包括激光CCD位移傳感器(14)，激光CCD位移傳感器的控制器(2)，縱向精密導(dǎo)軌(8)、橫向精密導(dǎo)軌(3)、計(jì)算機(jī)(1)、橫向伺服電機(jī)(5)、縱向伺服電機(jī)(11)、伺服電機(jī)控制器(12)；橫向精密導(dǎo)軌(3)和縱向精密導(dǎo)軌(8)交叉構(gòu)成的精密十字定位系統(tǒng)由橫向伺服電機(jī)(5)和縱向伺服電機(jī)(11)驅(qū)動(dòng)，橫向精密導(dǎo)軌(3)和縱向精密導(dǎo)軌(8)上分別裝有精密絲杠和縱向光柵尺(4)及橫向光柵尺(7)，激光CCD位移傳感器(14)安裝在拱形支架(13)上，通過(guò)抗干擾防護(hù)電纜與激光CCD位移傳感器的控制器(2)相連，激光CCD位移傳感器的控制器(2)通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)(1)通信，伺服電機(jī)控制器(12)連接計(jì)算機(jī)(1)的并口控制橫向伺服電機(jī)(5)和縱向伺服電機(jī)(11)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型微流控芯片激光智能檢測(cè)儀，用于檢測(cè)微流芯片尺度和形狀。特征y方向高精密導(dǎo)軌和x方向高精密導(dǎo)軌交叉構(gòu)成的高精度十字定位系統(tǒng)由高精度伺服電機(jī)、x方向伺服電機(jī)連接控制驅(qū)動(dòng)，y方向高精密導(dǎo)軌、x方向高精密導(dǎo)軌上分別裝有高精度絲杠和y方向光柵尺、x方向光柵尺，激光CCD位移傳感器安裝在拱形支架上，通過(guò)抗干擾防護(hù)電纜與激光CCD位移傳感器的控制器相連，激光CCD位移傳感器的控制器通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)通信，伺服電機(jī)控制器通過(guò)計(jì)算機(jī)的并口連接控制y方向伺服電機(jī)、x方向伺服電機(jī)。用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)多路控制，智能軟件實(shí)現(xiàn)同步控制檢測(cè)儀器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示測(cè)量結(jié)果和繪制出三維圖形。
文檔編號(hào)G01B11/22GK201532188SQ20092023994
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月17日
發(fā)明者劉巖, 厲玉蓉, 安志勇, 趙峰 申請(qǐng)人:山東工商學(xué)院