專利名稱：一種粒子檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種檢測裝置，特別涉及一種粒子檢測裝置。
背景技術(shù)：
液體粒子計數(shù)器可以對懸浮于液體中的不溶性粒子進(jìn)行快速的測量，測量精度很 高。由于是在極潔凈的儀器內(nèi)部空間應(yīng)用光學(xué)原理完成亞微米級顆粒的測量，它較其它測 量微粒的方法性能更精確、更方便，所以它有極廣泛的應(yīng)用。目前要求控制的粒子粒徑越 來越小，如注射液由蒸餾液轉(zhuǎn)變?yōu)槌兯雽?dǎo)體工業(yè)和其它電子工業(yè)中超純?nèi)ルx子水中 粒子測量以及超純化學(xué)試劑中粒子測量等等，其中大部分測量要求最小檢測粒子粒徑在 0. 1 0.5iim之間。因此，目前液體粒子計數(shù)器普遍采用了激光散射法，其檢測粒徑下限不 低于0.05iim，該方法是目前較為成熟的粒徑測量方法。其原理為當(dāng)激光照射在液體中，遇 到顆粒物時就會發(fā)生散射，其散射的程度和顆粒物尺寸大小有關(guān)。當(dāng)尺寸增大時，其表面積 也相應(yīng)增大，散射光的強(qiáng)度也會隨之增大，這樣只要測定出散射光的強(qiáng)度就可以推知微粒 大小。 現(xiàn)有產(chǎn)品化的液體粒子計數(shù)器，如PMS公司的液體光學(xué)粒子計數(shù)器、ROIN公司的 液體激光粒子計數(shù)器等等，液路部分的流動室均采用直流結(jié)構(gòu)；已有專利和文章，如ROIN 公司擁有的、名稱為"粒子計數(shù)器"，公開號為CN101124471A的實(shí)用新型專利和PMS公司 的技術(shù)文檔"Summary of principles involved in the measurement of particles in liquids"以及天津大學(xué)高志紅、劉俊杰等的論文"液體粒子計數(shù)器測量原理及校準(zhǔn)方法" 中，提到的液路流動室也都采用了直流結(jié)構(gòu)。這種流動室結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但是存在明 顯的缺陷。主要表現(xiàn)在兩方面一是液體中粒子易積聚，直流結(jié)構(gòu)無法解決這個問題；二是 液路流動室測量區(qū)激光測量斑照明強(qiáng)度分布不可能完全均勻，這就導(dǎo)致了不同粒徑的不溶 性粒子經(jīng)過測量光斑時可能得到相同的散射光強(qiáng)度信號，影響測量的準(zhǔn)確性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能夠提高檢測準(zhǔn)確性 的粒子檢測裝置。 本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種粒子檢 測裝置，包括液路部分和光路部分，所述液路部分包括鞘流流動室；所述鞘流流動室包括自 進(jìn)樣整流段始依次同軸連通的進(jìn)樣整流段、加速段和由透明材料制成的檢測段；所述進(jìn)樣 整流段包括樣本液進(jìn)樣模塊、鞘液進(jìn)樣模塊和整流模塊；所述樣本液進(jìn)樣模塊包括相互連 通的樣本液進(jìn)樣管和進(jìn)樣針；所述整流模塊內(nèi)開設(shè)有鞘流導(dǎo)孔；所述鞘液進(jìn)樣模塊包括與 所述鞘流導(dǎo)孔連通的鞘流進(jìn)樣管；所述進(jìn)樣針穿裝在與其同軸的所述鞘流導(dǎo)孔內(nèi)，所述鞘 流導(dǎo)孔與所述進(jìn)樣針之間形成供鞘流液體通過的環(huán)空，所述環(huán)空的出液端與所述進(jìn)樣針的 出液端平齊；所述加速段內(nèi)設(shè)置有收口結(jié)構(gòu)；所述檢測段內(nèi)設(shè)置有毛細(xì)導(dǎo)孔；所述進(jìn)樣針 的出液端與所述收口結(jié)構(gòu)的進(jìn)液端平齊，所述收口結(jié)構(gòu)的出液端與所述毛細(xì)導(dǎo)孔的進(jìn)液端平齊。 所述收口結(jié)構(gòu)為錐臺形，所述毛細(xì)導(dǎo)孔的橫截面為圓形。 所述毛細(xì)導(dǎo)孔的直徑為200-400 ii m。 所述光路部分包括光源及其前向光路和側(cè)向光路，所述前向光路包括在所述光源 發(fā)出的光束前進(jìn)方向上在所述檢測段的兩側(cè)分別設(shè)置的入射透鏡組和光陷阱，所述入射透 鏡組將所述光源發(fā)出的光束聚焦在所述毛細(xì)導(dǎo)孔內(nèi)的檢測區(qū)；所述側(cè)向光路包括同軸分別 膠合在所述檢測段相對兩個外壁上的反射鏡和透射鏡，所述透射鏡側(cè)設(shè)置有側(cè)向光收集透 鏡組和側(cè)向檢測器。 所述前向光路和所述側(cè)向光路成90。夾角。 所述反射鏡為平凸球面反射鏡，所述透射鏡為平凸球面透射鏡。 本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1、改變了以往的直流結(jié)構(gòu)進(jìn)樣，改用鞘流
結(jié)構(gòu)進(jìn)樣，即由潔凈無雜質(zhì)的鞘液包裹著待測樣本液的進(jìn)樣方式。通過控制樣本液、鞘液的
流速和合理設(shè)計流動室的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可將樣本液聚集在檢測段毛細(xì)導(dǎo)孔的中心線上，在這
樣的情況下，可有效防止樣品液的擴(kuò)散，保證樣本液中的待測粒子在經(jīng)過檢測段時順序沿
直線通過，避免了粒子積聚同時經(jīng)過檢測段時造成信號疊加的干擾，減小了因測量光斑照
明強(qiáng)度不均勻造成的影響，從而提高測量的準(zhǔn)確性。2、采用多路散射光收集結(jié)構(gòu)在流動室
檢測段外壁、與透鏡相對一側(cè)膠合介質(zhì)均一的平凸球面反射鏡，將反向散射光收集并匯聚
至檢測器方向，大大提高了散射光收集效率；3、檢測段外側(cè)壁膠合平凸球面透鏡，該透鏡起
到準(zhǔn)直作用，使散射光通過透鏡后為平行光或近似平行光，大大簡化了光路，顯著提高了散
射光收集效率；4、在粒子測量中，由于前向散射光動態(tài)范圍大且極易受干擾，因此在本實(shí)用
新型的光路中僅測量側(cè)向散射光，檢測精度高。

圖1是本實(shí)用新型鞘流流動室三維外形圖； 圖2是本實(shí)用新型鞘流流動室進(jìn)樣整流段剖面示意圖； 圖3是本實(shí)用新型鞘流流動室加速段和檢測段剖面示意圖； 圖4是本實(shí)用新型光路部分示意圖； 圖5是本實(shí)用新型在側(cè)向散射光收集面上Light Tools照度分析散射圖。 圖中1、進(jìn)樣整流段，2、整流模塊，3、樣本液進(jìn)樣管，4、螺帽壓頭，5、注射頭，6、進(jìn) 樣針，7、進(jìn)樣針后蓋，8、鞘液進(jìn)樣管，9、加速段，10、檢測段，11、透鏡，12、反射鏡，13、光源， 14、入射透鏡組，15、光陷阱，16、側(cè)向光收集透鏡組，17、側(cè)向檢測器，18、檢測區(qū)。
具體實(shí)施方式為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合 附圖詳細(xì)說明如下 本實(shí)用新型一種粒子檢測裝置包括液路部分和光路部分。 上述液路部分核心器件為鞘流流動室，圖1為其三維外形圖，它主要包括進(jìn)樣整 流段1、加速段9和檢測段10三部分。其中進(jìn)樣整流段1剖面圖如圖2所示。樣本液進(jìn)樣 管3豎直放置，其上端采用法蘭盤結(jié)構(gòu)；螺帽壓頭4有通孔和外螺紋結(jié)構(gòu)，樣本液進(jìn)樣管3從其通孔穿過，并通過其外螺紋與注射頭5的內(nèi)螺紋裝配連接，同時法蘭盤被螺帽壓頭4擠 壓緊，起到了液路密封的作用。所述注射頭5上端連接有進(jìn)樣針6，例如注射頭5上端與 進(jìn)樣針6的下端采用過盈配合連接，二者均被進(jìn)樣針后蓋7所包裹并密封。上述進(jìn)樣針后 蓋7上端與整流模塊2通過螺紋連接，下端與注射頭5通過螺紋連接，并在其外側(cè)壁打膠密 封。所述整流模塊2內(nèi)部設(shè)有鞘流導(dǎo)孔，進(jìn)樣針6穿裝在鞘流導(dǎo)孔內(nèi)，與該孔同軸且二者上 端相平齊，鞘流導(dǎo)孔與進(jìn)樣針6之間形成供鞘流液體通過的環(huán)空。鞘液進(jìn)樣管8水平放置， 其末端同樣采用法蘭盤結(jié)構(gòu)，也通過螺帽壓頭4擠緊與整流模塊2相連，并與鞘流導(dǎo)孔相通 構(gòu)成鞘流液路。樣本液進(jìn)樣管3、注射頭5的通孔及進(jìn)樣針6構(gòu)成樣本液液路。上述鞘流導(dǎo) 孔和樣本液液路同軸。鞘流流動室的加速段9和檢測段10剖面示意圖如圖3所示，其中加 速段9外形為錐臺形，內(nèi)部設(shè)有錐臺形加速孔，加速孔下沿與進(jìn)樣針6的出液端平齊，上沿 與檢測段10的毛細(xì)導(dǎo)孔的進(jìn)液端平齊。檢測段10的外形為一個長方體，在其縱向中心位 置有一橫截面為圓形的毛細(xì)導(dǎo)孔，毛細(xì)導(dǎo)孔進(jìn)液端與加速段錐臺形加速孔的上沿拼接，平 滑過渡無突變。上述鞘流流動室檢測段毛細(xì)導(dǎo)孔采用了易加工，精度易保證的圓孔結(jié)構(gòu)，直 徑可為200-400 iim;最好為200iim;圖中，A為樣本液，B為鞘液，鞘液包裹著樣本液通過 加速孔時，液流會被壓縮逐漸變窄變細(xì)。 本實(shí)用新型的液路部分中，進(jìn)樣流速為0. 012m/s，鞘液流速為0. 06m/s，檢測段流 速為4. 88m/s，計算驗(yàn)證雷諾數(shù)，符合層流條件，檢測段毛細(xì)導(dǎo)孔中心流速為7. 32m/s，樣本 流被聚集后的直徑約為25 ii m，與待測粒子的直徑大致相當(dāng)。樣本液進(jìn)樣管3和鞘液進(jìn)樣管 8分別選用內(nèi)徑0. 75mm和1. 5mm的聚四氟乙烯導(dǎo)管(PTFE)。整流模塊2內(nèi)部，鞘流導(dǎo)孔直 徑2. Omm ;樣本流導(dǎo)孔，即進(jìn)樣針6內(nèi)徑為0. 6mm，進(jìn)樣針6是壁厚為0. 15mm的不銹鋼毛細(xì) 圓管。加速段9內(nèi)部錐臺形加速孔的下沿直徑2. Omm，上沿直徑O. 2mm，錐臺高1. Omm。檢測 段10外形尺寸為4. 2mmX4. 2mmX6. 5mm，檢測段10內(nèi)的毛細(xì)導(dǎo)孔直徑為200 y m。上述樣 本液進(jìn)樣流量為0. 1 0. 5ml/min，鞘液進(jìn)樣流量為6 12ml/min ;最好是，樣本液進(jìn)樣流 量為0. 2ml/min，鞘液進(jìn)樣流量為9ml/min。 優(yōu)選地，液路部分中樣本液和鞘液的注入可以使用精度高、脈動小的注射泵或穩(wěn) 壓瓶；樣本液路和鞘流液路中可設(shè)置流量傳感器、采樣裝置等。 上述樣本液液路、鞘流液路中脈動的消除可以通過在液路中串聯(lián)緩沖裝置。 上述鞘流流動室進(jìn)樣整流段采用金屬或塑料材質(zhì)，加速段和檢測段及檢測段上膠 合的反射鏡12和透鏡11均采用熔融石英或各種光學(xué)玻璃材質(zhì)，要求介質(zhì)統(tǒng)一，反射鏡表面 鍍鋁/銀/金，表面涂二氧化硅等抗氧化層。 本實(shí)用新型光路部分示意圖如圖4所示，光源13發(fā)出的光束經(jīng)過入射透鏡組14 整形聚焦測量光斑于鞘流流動室檢測段10毛細(xì)導(dǎo)孔內(nèi)的檢測區(qū)18，該檢測區(qū)18為光路和 液路的交匯處。待測粒子在鞘流包裹下排隊順序通過檢測區(qū)時，在匯聚光斑照射下發(fā)出散 射光，前向散射光被光陷阱15吸收；在與前向光路垂直的側(cè)向光路方向，散射光的收集一 方面通過透鏡11和側(cè)向光收集透鏡組16整形聚焦于側(cè)向檢測器17，另一方面通過反射鏡 12將反向散射光收集并匯聚至檢測器方向。側(cè)向光路的方向并不限于與前向光路垂直，也 可成其它夾角。上述透鏡11最好為平凸球面透鏡，反射鏡12最好為平凸球面反射鏡。 優(yōu)選地，所述光源13采用激光器，并且將入射透鏡組14固化于激光器中，要求聚 焦激光測量斑于檢測區(qū)18。入射透鏡組中可包括柱面透鏡，用于將測量光斑進(jìn)行一維壓縮，從而獲得長短軸比率更大的橢圓截面光斑，使光斑短軸方向尺寸與待測粒子尺寸相當(dāng)，同 時為調(diào)試方便使其長軸尺寸與流動室檢測段毛細(xì)導(dǎo)孔尺寸相當(dāng)。本實(shí)施例中，橢圓光斑的 短軸可為20 50 ii m，長軸<^ 200 y m，優(yōu)選地，橢圓光斑短軸為30 y m，長軸為200 y m，其中 短軸方向與流動室檢測段粒子流流動方向一致，長軸方向與粒子流動方向和光束傳播方向 所構(gòu)成的平面相垂直。 流動室檢測段外壁膠合有介質(zhì)均一的平凸球面透鏡ll，該透鏡起到準(zhǔn)直作用，與 透鏡11相對一側(cè)膠合介質(zhì)均一的平凸球面反射鏡12，將反向散射光收集并匯聚至檢測器 方向，大大提高了散射光收集效率。透鏡ll直徑為6mm，有效孔徑〉90X ;反射鏡12直徑 為8mm，膠合時保持在與透鏡11同軸的位置。根據(jù)通過透鏡11后的散射光準(zhǔn)直度，側(cè)向光 收集透鏡組16采用一片或多片透鏡用于光線整形聚焦，透鏡直徑均為9mm，檢測器方向最 外側(cè)的透鏡用于匯聚散射光線到檢測器，其焦距為12mm。圖5為在側(cè)向散射光收集面C上 使用10000條光線追跡時的Light Tools照度分析散射圖，由圖可知在經(jīng)過透鏡11的準(zhǔn)直 作用后散射光基本平行，可以大大簡化光路。 綜上所述，本實(shí)用新型的光路部分包括光源及其前向光路和側(cè)向光路，前向光路 包括入射透鏡組14和光陷阱15。入射透鏡組14用于將光源發(fā)出的光束整形，使其聚焦于 檢測區(qū)18 ;光陷阱用于吸收光源自身發(fā)射光和前向散射光。側(cè)向光路與前向光路最好成 90°夾角，側(cè)向光路包括流動室檢測段上的平凸球面反射鏡12及平凸透鏡11、側(cè)向光收集 透鏡組16和側(cè)向檢測器17。所述側(cè)向光收集透鏡組16與流動室檢測段上的平凸球面反射 鏡12及平凸透鏡11同軸且位于透鏡11 一側(cè)，用于收集側(cè)向散射光并使其聚焦于側(cè)向檢測 器17。 上述光源13可采用功率較高的光源組件，優(yōu)選地，可以是半導(dǎo)體激光器組件或者 固體激光器組件，激光器波長為375nm或者405nm或者780nm ;上述側(cè)向檢測器采用高靈敏 度的光電二極管，或者金屬封裝的微型光電倍增管，或者固態(tài)光電倍增管，其檢測帶寬不小 于5MHz。 盡管上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不 局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的 范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種粒子檢測裝置，包括液路部分和光路部分，其特征在于，所述液路部分包括鞘流流動室；所述鞘流流動室包括自進(jìn)樣整流段始依次同軸連通的進(jìn)樣整流段、加速段和由透明材料制成的檢測段；所述進(jìn)樣整流段包括樣本液進(jìn)樣模塊、鞘液進(jìn)樣模塊和整流模塊；所述樣本液進(jìn)樣模塊包括相互連通的樣本液進(jìn)樣管和進(jìn)樣針；所述整流模塊內(nèi)開設(shè)有鞘流導(dǎo)孔；所述鞘液進(jìn)樣模塊包括與所述鞘流導(dǎo)孔連通的鞘流進(jìn)樣管；所述進(jìn)樣針穿裝在與其同軸的所述鞘流導(dǎo)孔內(nèi)，所述鞘流導(dǎo)孔與所述進(jìn)樣針之間形成供鞘流液體通過的環(huán)空，所述環(huán)空的出液端與所述進(jìn)樣針的出液端平齊；所述加速段內(nèi)設(shè)置有收口結(jié)構(gòu)；所述檢測段內(nèi)設(shè)置有毛細(xì)導(dǎo)孔；所述進(jìn)樣針的出液端與所述收口結(jié)構(gòu)的進(jìn)液端平齊，所述收口結(jié)構(gòu)的出液端與所述毛細(xì)導(dǎo)孔的進(jìn)液端平齊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粒子檢測裝置，其特征在于，所述收口結(jié)構(gòu)為錐臺形，所述毛 細(xì)導(dǎo)孔的橫截面為圓形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的粒子檢測裝置，其特征在于，所述毛細(xì)導(dǎo)孔的直徑為 200_400 ii m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粒子檢測裝置，其特征在于，所述光路部分包括光源及其前 向光路和側(cè)向光路，所述前向光路包括在所述光源發(fā)出的光束前進(jìn)方向上在所述檢測段的 兩側(cè)分別設(shè)置的入射透鏡組和光陷阱，所述入射透鏡組將所述光源發(fā)出的光束聚焦在所述 毛細(xì)導(dǎo)孔內(nèi)的檢測區(qū)；所述側(cè)向光路包括同軸分別膠合在所述檢測段相對兩個外壁上的反 射鏡和透射鏡，所述透射鏡側(cè)設(shè)置有側(cè)向光收集透鏡組和側(cè)向檢測器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的粒子檢測裝置，其特征在于，所述前向光路和所述側(cè)向光路 成90°夾角。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的粒子檢測裝置，其特征在于，所述反射鏡為平凸球面反射鏡， 所述透射鏡為平凸球面透射鏡。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種粒子檢測裝置，包括液路部分和光路部分，所述液路部分包括鞘流流動室；所述鞘流流動室包括自進(jìn)樣整流段始依次同軸連通的進(jìn)樣整流段、加速段和由透明材料制成的檢測段；所述進(jìn)樣整流段包括樣本液進(jìn)樣模塊、鞘液進(jìn)樣模塊和整流模塊；所述樣本液進(jìn)樣模塊包括相互連通的樣本液進(jìn)樣管和進(jìn)樣針；所述整流模塊內(nèi)開設(shè)有鞘流導(dǎo)孔；所述鞘液進(jìn)樣模塊包括與所述鞘流導(dǎo)孔連通的鞘流進(jìn)樣管；所述進(jìn)樣針穿裝在與其同軸的所述鞘流導(dǎo)孔內(nèi)，所述鞘流導(dǎo)孔與所述進(jìn)樣針之間形成供鞘流液體通過的環(huán)空。本實(shí)用新型能夠提高測量的準(zhǔn)確性。
文檔編號G01N15/10GK201477029SQ20092030767
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者吳太虎, 朱友平, 杜耀華, 程智, 詹寧波, 趙丕成, 陳鋒 申請人:中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所