專利名稱：用于粒子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粒子計數(shù)器，特別涉及一種用于粒子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感裝置。
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O. 1 0. 5 y m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0.05ym，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 光的強度也會隨之增大，這樣只要測定出散射光的強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的發(fā)明專利和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度信號，影響測量的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能夠提高檢測準(zhǔn)確性的用于粒
4子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感裝置。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是 一種用于粒子計數(shù)器的 側(cè)向散射光傳感裝置，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 流動室包括自進樣整流段始依次同軸連通的進樣整流段、加速段和由透明材料制成的檢測段 ;所述進樣整流段包括樣本液進樣模塊、鞘液進樣模塊和整流模塊；所述樣本液進樣模塊包 括相互連通的樣本液進樣管和進樣針；所述整流模塊內(nèi)開設(shè)有鞘流導(dǎo)孔；所述鞘液進樣模塊 包括與所述鞘流導(dǎo)孔連通的鞘流進樣管；所述進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；所述進樣針 的出液端與所述收口結(jié)構(gòu)的進液端平齊，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 y 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 觀!l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。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是1、改變了以往的直流結(jié)構(gòu)進樣，改用鞘流結(jié)構(gòu)進樣 ，即由潔凈無雜質(zhì)的鞘液包裹著待測樣本液的進樣方式。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，因此在本發(fā)明的光路中僅測量側(cè)向散射光，檢測精度高。


圖1是本發(fā)明鞘流流動室三維外形圖； 圖2是本發(fā)明鞘流流動室進樣整流段剖面示意圖； 圖3是本發(fā)明鞘流流動室加速段和檢測段剖面示意圖； 圖4是本發(fā)明光路部分示意圖5是本發(fā)明在側(cè)向散射光收集面上Light Tools照度分析散射圖。
圖中1、進樣整流段，2、整流模塊，3、樣本液進樣管，4、螺帽壓頭，5、注射 頭，6、進樣針，7、進樣針后蓋，8、鞘液進樣管，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)。
具體實施例方式
為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖 詳細(xì)說明如下
本發(fā)明一種用于粒子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感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l為其三維外形圖，它主要包括進樣整流段l、 加速段9和檢測段10三部分。其中進樣整流段1剖面圖如圖2所示。樣本液進樣管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上端連接有進樣針6，例如注射頭5上端與進樣針6的下端采用過盈 配合連接，二者均被進樣針后蓋7所包裹并密封。上述進樣針后蓋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)孔與進樣針6之 間形成供鞘流液體通過的環(huán)空。鞘液進樣管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。樣本液進樣管3、注 射頭5的通孔及進樣針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200-400ym;最好為200 ym;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)。
本發(fā)明的液路部分中，進樣流速為O. 012m/s ，鞘液流速為0.06m/s，檢測段流速為 4.88m/s，計算驗證雷諾數(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25um，與待測粒子的直徑大致相當(dāng)。樣本液進樣管3和鞘液進樣管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，即進樣針6內(nèi)徑為0.6mm，進樣針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2.0mm，上沿直徑O. 2mm，錐臺高l. 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。上述樣本液進樣流量為 0. 1 0. 5ml/min，鞘液進樣流量為6 12ml/min;最好是，樣本液進樣流量為O. 2ml/min，鞘 液進樣流量為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。
本發(fā)明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ll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ll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)。本實施例中，橢圓光斑的短軸可為20 50ym，長軸4:200ym，優(yōu)選地，橢圓光斑短軸為30ym，長軸為200ym，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ll 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〉90%;反射鏡12直徑為8mm，膠合時 保持在與透鏡ll同軸的位置。根據(jù)通過透鏡ll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ll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，本發(fā)明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ll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)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具 體實施方式，上述的具體實施方式
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 員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很 多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于粒子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感裝置，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樣整流段始依次同軸連通的進樣整流段、加速段和由透明材料制成的檢測段；所述進樣整流段包括樣本液進樣模塊、鞘液進樣模塊和整流模塊；所述樣本液進樣模塊包括相互連通的樣本液進樣管和進樣針；所述整流模塊內(nèi)開設(shè)有鞘流導(dǎo)孔；所述鞘液進樣模塊包括與所述鞘流導(dǎo)孔連通的鞘流進樣管；所述進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；所述進樣針的出液端與所述收口結(jié)構(gòu)的進液端平齊，所述收口結(jié)構(gòu)的出液端與所述毛細(xì)導(dǎo)孔的進液端平齊。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于粒子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感裝置，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所述的用于粒子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感裝置，其 特征在于，所述毛細(xì)導(dǎo)孔的直徑為200-400 y m。
4 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于粒子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感裝置，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所述的用于粒子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感裝置，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所述的用于粒子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感裝置，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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于粒子計數(shù)器的側(cè)向散射光傳感裝置，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樣整流段始依次同軸連通的進樣整流段、加速段和由透明材料制成的檢測段；所述進樣整流段包括樣本液進樣模塊、鞘液進樣模塊和整流模塊；所述樣本液進樣模塊包括相互連通的樣本液進樣管和進樣針；所述整流模塊內(nèi)開設(shè)有鞘流導(dǎo)孔；所述鞘液進樣模塊包括與所述鞘流導(dǎo)孔連通的鞘流進樣管；所述進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)孔與所述進樣針之間形成供鞘流液體通過的環(huán)空。本發(fā)明能夠提高測量的準(zhǔn)確性。
文檔編號G01N15/10GK101634622SQ200910305418
公開日2010年1月27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, 智 程, 詹寧波, 趙丕成, 鋒 陳 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