具有利用原子層沉積形成的集成計(jì)算元件的流體分析系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】具有利用原子層沉積形成的集成計(jì)算元件的流體分析系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0001] 集成計(jì)算元件（ICE)已用于進(jìn)行流體和復(fù)雜樣品的材料組成的光學(xué)分析。ICE可 通過(guò)提供一系列層來(lái)構(gòu)建，該些層具有被設(shè)計(jì)W在所需波長(zhǎng)下進(jìn)行建設(shè)性或破壞性干設(shè)的 厚度和反射率，從而?？卺槍?duì)與光相互作用并提供允許預(yù)測(cè)化學(xué)或材料性質(zhì)的光學(xué)計(jì)算操 作的目的來(lái)提供編碼圖案。ICE的構(gòu)建方法類似于光干設(shè)濾波器的構(gòu)建方法。對(duì)于復(fù)合波 形，通過(guò)常規(guī)干設(shè)濾光器方式構(gòu)建的ICE可能需要極大量的層。除了制作復(fù)雜外，如此建造 的ICE可能無(wú)法在嚴(yán)酷環(huán)境中最優(yōu)工作。例如，具有極大量層或各個(gè)層相對(duì)于薄膜堆疊厚 度來(lái)說(shuō)為厚，或具有極窄公差的ICE可使其預(yù)測(cè)性能受姪開采或抽取用鉆探設(shè)施的井下環(huán) 境的溫度、沖擊和振動(dòng)條件負(fù)面影響。
[0002] 已嘗試設(shè)計(jì)并制造具有顯著減小的層數(shù)或?qū)雍竦目商峁?fù)合光譜特性的簡(jiǎn)化 ICE。然而，許多ICE設(shè)計(jì)（實(shí)現(xiàn)所需化學(xué)預(yù)測(cè)的層和厚度配方）由于現(xiàn)有沉積技術(shù)（諸如 反應(yīng)性磁控瓣射（M巧）的限制和變數(shù)而被廢棄。
【附圖說(shuō)明】
[0003] 因此，本文公開具有利用原子層沉積（ALD)形成或修改的一個(gè)或多個(gè)光路組件的 流體分析系統(tǒng)。在圖中：
[0004] 圖1示出說(shuō)明性流體分析系統(tǒng)。
[000引圖2示出基于ALD的集成計(jì)算元件（I啦的說(shuō)明性層。
[0006] 圖3示出基于ALD的ICE的目標(biāo)透射光譜和中間模型透射光譜。
[0007] 圖4示出說(shuō)明性隨鉆測(cè)井（UVD)環(huán)境。
[000引 圖5示出說(shuō)明性電纜測(cè)井環(huán)境。
[0009] 圖6示出管理測(cè)井操作的說(shuō)明性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0010] 圖7示出說(shuō)明性ICE制作方法的流程圖。
[0011] 圖8示出說(shuō)明性流體分析系統(tǒng)制作方法的流程圖。
[0012] 圖9示出說(shuō)明性流體分析方法的流程圖。
[0013] 附圖示出將詳細(xì)描述的說(shuō)明性實(shí)施方案。然而，描述和附圖不旨在將本發(fā)明限制 于說(shuō)明性實(shí)施方案，相對(duì)地，旨在公開并保護(hù)落在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有修改、等效和 替代方案。
[0014] 命名
[0015] 將某些術(shù)語(yǔ)用于W下描述和權(quán)利要求全文W指代特定系統(tǒng)組件。本文不旨在區(qū)分 名稱不同但功能相同的組件。術(shù)語(yǔ)"包括（including)"和"包含（comprising)"W開放方 式使用，并因此應(yīng)解釋為意指"包括，但不限制于..."。
[0016] 術(shù)語(yǔ)"禪接（couple,couples)"意指非直接或直接的電學(xué)、機(jī)械或熱學(xué)連接。因此， 如果第一裝置禪接至第二裝置，該連接可W是直接連接或經(jīng)由其它裝置和連接的非直接連 接。相對(duì)地，當(dāng)未加限制時(shí)，術(shù)語(yǔ)"連接（connected)"應(yīng)解釋為意指直接連接。對(duì)于電學(xué)連 接來(lái)說(shuō)，該個(gè)術(shù)語(yǔ)意指兩個(gè)元件經(jīng)由具有實(shí)質(zhì)零阻抗的電路徑附接。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本文公開具有利用原子層沉積（ALD)形成或修改的一個(gè)或多個(gè)光路組件的流體 分析系統(tǒng)。該些光路組件可包括，但不限制于，集成計(jì)算元件（ICE)(有時(shí)稱為多變量光學(xué) 元件或M0E)、光源、帶通濾波器、流體樣品接口、輸入側(cè)透鏡、輸出側(cè)透鏡和檢測(cè)器。如本文 所描述，ALD可用于制作或修改某些光路組件部分或?qū)?，而不必是整個(gè)組件。利用ALD形成 的每個(gè)層可對(duì)應(yīng)于ICE或其它光路組件的平面（平的）或非平面（彎曲或傾斜的）層。
[0018] 相比于其它制作選項(xiàng)，ALD的使用改善了流體分析系統(tǒng)的光路組件的制作均一性 和公差。此外，ALD的使用可影響光路組件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，諸如層數(shù)、層光密度和層厚度。此外， ALD的使用可促進(jìn)光路組件制造期間的質(zhì)量控制操作。此外，基于ALD的組件的使用使得能 在嚴(yán)酷環(huán)境，諸如在石油開采和抽取鉆探中所遇到的嚴(yán)酷環(huán)境中提高流體分析系統(tǒng)性能。 在嚴(yán)酷環(huán)境中的改善性能源自ALD可能帶來(lái)的制作均一性和公差。此外，ALD具有其它沉 積技術(shù)諸如反應(yīng)性磁控瓣射（M巧所回避的光路組件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在一些實(shí)施方案中，可 采用MS制作一些組件層，同時(shí)采用ALD修改那些層且/或制作其它層。選擇采用RMS或 ALD可取決于設(shè)計(jì)公差（例如，當(dāng)可利用ALD而非RMS實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)公差時(shí)，可采用ALD)。在實(shí) 例流體分析應(yīng)用中，利用ALD形成的ICE可提供物質(zhì)化學(xué)或物理性質(zhì)的多變量預(yù)測(cè)。如本 文所公開，在流體分析系統(tǒng)中使用利用ALD形成的ICE和/或其它光路組件可改善流體分 析系統(tǒng)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性、類型和/或范圍。
[0019] 圖1示出說(shuō)明性流體分析系統(tǒng)100。在流體分析系統(tǒng)100中，示出各個(gè)光路組件， 包括ICE102、樣品接口 114、帶通濾波器106、輸入側(cè)透鏡108、輸出側(cè)透鏡110A和110B和 檢測(cè)器112A和112B。更具體來(lái)說(shuō)，ICE102被安置于光源116與檢測(cè)器112A和112B之間。 可使用更多或更少檢測(cè)器。此外，流體樣品104被安置于光源116與ICE102之間。流體 樣品104的位置可利用流體樣品接口 114來(lái)設(shè)置，所述接口將流體樣品固定于其位置。同 時(shí)，輸入側(cè)透鏡108和輸出側(cè)透鏡110A和110B被構(gòu)造W聚焦光方向。此外，可將帶通濾波 器炬PF) 106用于ICE102的輸入側(cè)W過(guò)濾某些波長(zhǎng)的光。雖然圖1圖示了流體分析系統(tǒng) 100的光路組件的合適布局，但應(yīng)理解其它光路組件布局是可行的。此外，可采用其它光路 組件，諸如透鏡和/或反射鏡。
[0020] 如本文所公開，可利用ALD制作或修改流體分析系統(tǒng)100的光路組件中的一個(gè)或 多個(gè)。例如，可利用ALD制作或修改ICE102的至少一部分。此外，可利用ALD制作或修改 光源116、BPF106、透鏡108、透鏡110A和110B、檢測(cè)器112A和112B和/或樣品接口 104 中的至少一些。
[0021] 在操作中，流體分析系統(tǒng)100能夠關(guān)聯(lián)流體樣品104的某些特性。流體分析系統(tǒng) 100 的操作原理部分描述于Myrick、Soyemi、Schiza、Parr、Haibach、Greer、Li和Priore， "Applicationofmultivariateopticalcomputingtosimplenear-infraredpoint measurements",ProceedingsofSPIE，第 4574 卷（2002)。
[0022] 在操作中，來(lái)自光源116的光通過(guò)透鏡108,其可W是準(zhǔn)直透鏡。離開透鏡108的 光具有由光譜表示的特定波長(zhǎng)分量分布。帶通濾波器106透射波長(zhǎng)分量分布的預(yù)選擇部分 的光。來(lái)自帶通濾波器106的光通過(guò)樣品104,且隨后進(jìn)入ICE102。根據(jù)一些實(shí)施方案， 樣品104可包括流體，其具有溶于溶劑的多種化學(xué)組分。例如，樣品104可W是包括溶于水 中的石油和天然氣的姪混合物。樣品104還可包括形成膠狀懸浮液的顆粒，包括不同大小 的固體材料碎片。
[0023] 樣品104基本上通過(guò)不同程度地吸收不同波長(zhǎng)分量并讓其它波長(zhǎng)分量通過(guò)來(lái)與 通過(guò)帶通濾波器106的光相互作用。因此，從樣品104輸出的光具有光譜S(A)，其含有專 屬于樣品104中化學(xué)組分的信息。光譜S(A)可表示為具有多個(gè)數(shù)值項(xiàng)Si的行向量。每個(gè) 數(shù)值項(xiàng)Si與特定波長(zhǎng)A下的光的光譜密度成比例。因此，項(xiàng)Si全部大于或等于零（0)。此 夕F，光譜S(A)的詳細(xì)譜圖提供關(guān)于樣品140的多種化學(xué)物質(zhì)內(nèi)每種化學(xué)組分的濃度的信 息。來(lái)自樣品104的光被ICE102部分透射W產(chǎn)生在被透鏡110A聚焦后供檢測(cè)器112A測(cè) 定的光。另一部分的光從ICE102部分反射并在被透鏡110B聚焦后供檢測(cè)器112B測(cè)定。 在一些實(shí)施方案中，ICE102可W是干設(shè)濾波器，具有可表達(dá)為行向量L(A)的某些光譜特 性。向量L(A)是數(shù)值項(xiàng)Li的數(shù)組，