專利名稱：顯微流量檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種流量檢測儀，具體的是一種顯微流量檢測儀，主要應(yīng)用于微流量計量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
針對微納升流量測量，已有的技術(shù)是光纖懸臂梁微流量檢測裝置，裝置結(jié)構(gòu)主要包括:光纖懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)元件、激光光源、光電接收器、信號分析部件、流量計算部件，測量方法是將長直光纖植入標(biāo)準(zhǔn)微通道內(nèi)制作成為光纖懸臂梁，激光從懸臂梁固定端導(dǎo)入光纖由自由端射出，光信號由光電接收器接收。當(dāng)流體流經(jīng)懸臂梁將推動懸臂梁變形，自由端產(chǎn)生位移，光強(qiáng)信號由此發(fā)生變化，利用光強(qiáng)變化與流體流量之間的對應(yīng)關(guān)系確定光纖懸臂梁流量標(biāo)定曲線，進(jìn)而實現(xiàn)微納升流量測量目標(biāo)。該裝置由于要使用激光光源，對光電接收器靈敏度要求高，因此造價高，裝置龐大，集成度差，不利于推廣使用。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種顯微流量檢測儀，包括倒置顯微鏡、圖像采集裝置、微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件，所述微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件設(shè)置在倒置顯微鏡的載物臺上，所述微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件采用將微懸臂梁集成在標(biāo)準(zhǔn)微通道內(nèi)。進(jìn)一步的，所述微懸臂梁長ΚΚΓ500微米，寬10 50微米，高50微米。本實用新·型的顯微流量檢測儀將力學(xué)原理和顯微測量技術(shù)有機(jī)相結(jié)合，比現(xiàn)有技術(shù)可操作性更強(qiáng)；集成化懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量傳感器芯片，被測流量直接接入芯片微通道內(nèi)，無需像現(xiàn)有流量檢測儀和微通道進(jìn)行其他復(fù)雜銜接。且可使流量芯片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和制作，較現(xiàn)有設(shè)備儀器成本低，適合批量生產(chǎn)。

圖1是本實用新型的顯微流量檢測儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件的檢測流量示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1-3所示，顯微流量檢測儀包括倒置顯微鏡1、圖像采集裝置2、微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件3，微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件3設(shè)置在倒置顯微鏡I的載物臺4上，微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件3采用PDMS制作的微懸臂梁5經(jīng)過微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)工藝制作，集成在標(biāo)準(zhǔn)微通道6內(nèi)。PDMS聚合物材質(zhì)透明、彈性模量小，易變形、彈性性能良好。[0012]微懸臂梁5長100 500微米，寬10 50微米，高50微米，倒置顯微鏡I帶有5x，IOx,20x,40x四種常用放大倍率的顯微物鏡，可根據(jù)不同尺度的微懸臂梁5進(jìn)行選擇，也可根據(jù)微懸臂梁5的尺寸選配更大倍率的物鏡。流量分析程序需可實現(xiàn)懸臂梁圖像采集與處理、位移計算、流量顯示等功能，內(nèi)含利用高精度微量注射泵完成的流量標(biāo)定曲線和數(shù)據(jù)。檢測前，將微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)元件3固定于倒置顯微鏡的載物平臺上，并將被測微流體元件與微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件3連接。利用倒置顯微鏡I的調(diào)節(jié)裝置將微懸臂梁5置于顯微鏡視場內(nèi)，并清晰成像，利用圖像采集裝置2 (相機(jī))記錄其初始圖像。檢測時，流體依次流過被測流體元件和微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件3，兩者流量相同。當(dāng)流體流經(jīng)微懸臂梁5時對微懸臂梁5產(chǎn)生沿流向推力，微懸臂梁5將產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)流量達(dá)到穩(wěn)定后，微懸臂梁也將穩(wěn)定在變形后的平衡位置，再次記錄其圖像。將測量前后的微懸臂梁圖像導(dǎo)入流量分析程序，經(jīng)過圖像處理和分析可以獲得微懸臂梁的彈性變形量，利用微懸臂梁5的彈性變形與流量之間的標(biāo)定曲線獲得被測流量。本實用新型的顯微流量檢測儀有如下優(yōu)點:一、根據(jù)流體力學(xué)原理，當(dāng)流體流經(jīng)鈍體時會對其產(chǎn)生推力，推力大小取決于流量和通道尺度等參數(shù)，當(dāng)通道尺度不變時，推力大小就和流量直接相關(guān)。顯微流量檢測儀采用該原理，利用流體在矩形截面微通道內(nèi)的速度分布獲得流體對截面為矩形的懸臂梁所產(chǎn)生的推力分布，并由此對懸臂梁的變形進(jìn)行計算，得到流量和懸臂梁變形撓度之間的關(guān)系。由于PDMS微懸臂梁3寬度在百微米量級以內(nèi)，其變形量很小無法用肉眼觀測，因此借助于顯微圖像獲取技術(shù)。通過顯微光路系統(tǒng)放大PDMS微懸臂梁變形前和變形后的位移量，利用圖像采集系統(tǒng)獲得位移中包括的像素數(shù)，利用微量注射泵進(jìn)行標(biāo)定。在測定流量的原理上，將流量測定問題轉(zhuǎn)化成為材料力學(xué)懸臂梁受力變形問題，通過撓度來標(biāo)定流量。將力學(xué)原理和顯微測量技術(shù)有機(jī)相結(jié)合，比現(xiàn)有技術(shù)可操作性更強(qiáng)。
二、顯微流量檢測儀的關(guān)鍵組成部分是集成化懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量傳感器芯片，被測流量直接接入芯片微通道內(nèi)，無需像現(xiàn)有流量檢測儀和微通道進(jìn)行其他復(fù)雜銜接。通道的加工采用MEMS加工技術(shù)完成。集成化芯片的設(shè)計使得整個機(jī)構(gòu)簡單，且可使流量芯片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和制作，較現(xiàn)有設(shè)備儀器成本低，適合批量生產(chǎn)。三、由于懸臂梁位移肉眼無法觀測，故采用顯微圖像獲取技術(shù)，利用顯微鏡及其圖像采集系統(tǒng)獲取懸臂梁位移顯微圖像，用程序分析像素來確定實際位移，建立了懸臂梁變形位移與圖像像素之間的對應(yīng)關(guān)系，從而實現(xiàn)對集成芯片內(nèi)微通道的流量檢測。該方法是基于微流量傳感技術(shù)中的新思路，體現(xiàn)了本產(chǎn)品的創(chuàng)新性和先進(jìn)性。四、圖像處理時將RGB圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，采用中值濾波函數(shù)進(jìn)行濾波，以除去灰塵雜質(zhì)等影響，再利用Canny算法進(jìn)行邊緣檢測。Canny的目標(biāo)是找到一個最優(yōu)的邊緣檢測算法，檢測效果理想?？梢缘玫絇DMS微懸臂梁較為清晰的輪廓，采用開閉運(yùn)算，結(jié)合圖像的矩形膨脹，得到需要的PDMS微懸臂梁的區(qū)域，記錄區(qū)域頂端部中點即自由端
坐標(biāo)4〔Wq)。對于懸臂梁變形后的圖像同樣進(jìn)行上述步驟，得到變形后的自由端坐標(biāo)4( ),這樣便可以計算出位移的像素值纟= 。結(jié)合圖中標(biāo)定值a(單位像素對應(yīng)的位移量)，計算出實際位移值X: Z = ￡3X1。該儀器體現(xiàn)了力學(xué)科學(xué)(流體力學(xué)與材料力學(xué))、傳感器技術(shù)、顯微光學(xué)技術(shù)、圖像分析技術(shù)、軟件技術(shù)的交叉融合，是一類新型的基于顯微圖像分析技術(shù)的流量檢測儀器。與現(xiàn)有微流量測量技術(shù)相比，該儀器具有集成化程度高、流量檢測范圍寬、可探測極低流量并且易批量生產(chǎn)等優(yōu)勢。
權(quán)利要求1.一種顯微流量檢測儀，包括倒置顯微鏡(I)、圖像采集裝置(2)、微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件(3 )，所述微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件(3 )設(shè)置在倒置顯微鏡(I)的載物臺(4 )上，其特征在于:所述微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件(3)采用將微懸臂梁(5)集成在標(biāo)準(zhǔn)微通道(6)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的顯微流量檢測儀，其特征在于:所述微懸臂梁(5)長10(Γ500微米，寬10 50微米 ，高50微米。
專利摘要本實用新型公開了一種顯微流量檢測儀，包括倒置顯微鏡(1)、圖像采集裝置(2)、微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件(3)，所述微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件(3)設(shè)置在倒置顯微鏡(1)的載物臺(4)上，所述微懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量元件(3)采用將微懸臂梁(5)集成在標(biāo)準(zhǔn)微通道(6)內(nèi)。本實用新型的顯微流量檢測儀將力學(xué)原理和顯微測量技術(shù)有機(jī)相結(jié)合，比現(xiàn)有技術(shù)可操作性更強(qiáng)；集成化懸臂梁標(biāo)準(zhǔn)流量傳感器芯片，被測流量直接接入芯片微通道內(nèi)，無需像現(xiàn)有流量檢測儀和微通道進(jìn)行其他復(fù)雜銜接。且可使流量芯片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和制作，較現(xiàn)有設(shè)備儀器成本低，適合批量生產(chǎn)。
文檔編號G01F1/28GK203163784SQ20132006809
公開日2013年8月28日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者王昊利, 雷春霞, 陳榮前, 劉星利, 韓天添, 田爽 申請人:中國計量學(xué)院