專利名稱：可潛入流體的感測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可潛入流體的感測(cè)裝置，并且更具體地，本發(fā)明涉及這樣一種裝置，即，所述裝置具有設(shè)置在不透流體的殼體內(nèi)的感測(cè)結(jié)構(gòu)和位于該不透流體的殼體的外側(cè)的外部結(jié)構(gòu)，所述外部結(jié)構(gòu)包括流體樣本流過的通路。
背景技術(shù)：
流式細(xì)胞術(shù)是一種對(duì)懸浮在流體流中的微觀顆粒進(jìn)行表征和量化的處理?？蓾撊肓黧w的流式細(xì)胞計(jì)已知包括不透流體的殼體，所述不透流體的殼體具有內(nèi)室，所述內(nèi)室包含有檢測(cè)器、光源和流動(dòng)池，待分析的流體流運(yùn)動(dòng)通過所述流動(dòng)池。來自光源的光穿過流體流并且被檢測(cè)器接收以用于流體內(nèi)顆粒的表征和量化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種可潛入流體的感測(cè)裝置，其包括不透流體的殼體，所述不透流體的殼體限定內(nèi)室并且包括窗結(jié)構(gòu)；感測(cè)結(jié)構(gòu)，所述感測(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)置在內(nèi)室中；光提供設(shè)備，所述光提供設(shè)備在內(nèi)室中，所述光提供設(shè)備發(fā)射光，所述光能夠穿過窗結(jié)構(gòu)，從而離開殼體；和外部結(jié)構(gòu)，所述外部結(jié)構(gòu)聯(lián)接到殼體并且位于殼體內(nèi)室的外側(cè)，所述外部結(jié)構(gòu)包括流體流過的通路和一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件用于導(dǎo)致來自殼體的光穿過通路并且朝向感測(cè)結(jié)構(gòu)重新進(jìn)入殼體。光提供設(shè)備可以包括一個(gè)或多個(gè)激光光源、UV光源和背光源。感測(cè)結(jié)構(gòu)可以包括光學(xué)分析和成像設(shè)備。外部結(jié)構(gòu)可以包括主要元件，所述主要元件包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件；和流動(dòng)池，所述流動(dòng)池限定通路。主要元件可以包括棱鏡，所述棱鏡包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件通過棱鏡上的第一鏡面和第二鏡面限定以沿著期望的路徑反射光， 以便使光穿過包含通路的流動(dòng)池并且繼而重新進(jìn)入殼體。流動(dòng)池可以包括與主要元件分離的透明本體。通路可以具有縱向軸線，所述縱向軸線與穿過通路的流體流動(dòng)路徑基本平行； 和橫截面面積，所述橫截面面積基本橫過縱向軸線，所述橫截面面積的尺寸設(shè)定成使得流過通路的大致所有流體通過感測(cè)結(jié)構(gòu)分析。通路的橫截面面積優(yōu)選地基本上匹配限定感測(cè)結(jié)構(gòu)的光學(xué)分析和成像設(shè)備的視場(chǎng)和焦深。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種可潛入流體的感測(cè)裝置，其包括不透流體的殼體，所述不透流體的殼體限定內(nèi)室并且包括窗結(jié)構(gòu)；感測(cè)結(jié)構(gòu)，所述感測(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)置在內(nèi)室中；光提供設(shè)備，所述光提供設(shè)備在內(nèi)室中，所述光提供設(shè)備發(fā)射光，所述光能夠穿過窗結(jié)構(gòu)，從而離開殼體；和樣本提供結(jié)構(gòu)，所述樣本提供結(jié)構(gòu)聯(lián)接到殼體并且位于殼體內(nèi)室的外側(cè)，所述樣本提供結(jié)構(gòu)包括流體流過的通路。通路可以具有縱向軸線，所述縱向軸線與穿過通路的流體流動(dòng)路徑基本平行；和橫截面面積，所述橫截面面積基本橫過縱向軸線。來自殼體的光離開殼體，穿過包括通路的樣本提供結(jié)構(gòu)，并且朝向感測(cè)結(jié)構(gòu)重新進(jìn)入殼體。所述橫截面面積的尺寸可以設(shè)定成使得流過通路的大致所有流體通過感測(cè)結(jié)構(gòu)分析。樣本提供結(jié)構(gòu)可以包括主要元件，所述主要元件包括至少一個(gè)光學(xué)元件；和流動(dòng)池，所述流動(dòng)池限定通路。主要元件可以包括第一鏡面和第二鏡面以沿著期望的路徑反射光，以便使光穿過流動(dòng)池并且繼而重新進(jìn)入殼體。流動(dòng)池可以包括與主要元件分離的透明本體并且具有延伸穿過該流動(dòng)池的通路。窗結(jié)構(gòu)可以由單塊的材料形成。該感測(cè)裝置還可以包括壓力補(bǔ)償?shù)诙んw，所述壓力補(bǔ)償?shù)诙んw具有電子部件，所述第二殼體可與樣本提供結(jié)構(gòu)分離，以便可以在不打開第二殼體的情況下維護(hù)樣本提供結(jié)構(gòu)中的流動(dòng)池。第二殼體可以容納介電液體，并且樣本提供結(jié)構(gòu)可以容納水，所述水可以是蒸餾水。該感測(cè)裝置還可以包括在不透流體的殼體的內(nèi)室中的對(duì)焦機(jī)構(gòu)，用于使感測(cè)結(jié)構(gòu)相對(duì)于樣本提供結(jié)構(gòu)的通路運(yùn)動(dòng)。


圖1和圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的可潛入流體的感測(cè)裝置的側(cè)視圖；圖3是圖1和2中所示的感測(cè)裝置的剖視圖；圖4是示出聯(lián)接到感測(cè)裝置的第一殼體的外部光學(xué)和樣本提供結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖5和6是聯(lián)接到第一殼體的外部光學(xué)和樣本提供結(jié)構(gòu)的透視圖；圖7是圖1和2中所示的感測(cè)裝置的第二殼體和第三殼體的透視圖；圖8是入口篩網(wǎng)組件的剖視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的包括對(duì)焦機(jī)構(gòu)在內(nèi)的可潛入流體的感測(cè)裝置的一部分的側(cè)視圖；圖10是圖9中所示的可潛入流體的感測(cè)裝置的所述部分的正視圖；圖11是圖9中所示的可潛入流體的感測(cè)裝置的所述部分的俯視圖；圖12是圖9中所示的包括對(duì)焦機(jī)構(gòu)在內(nèi)的感測(cè)裝置的剖視圖；和圖13是示出聯(lián)接到圖12中所示的感測(cè)裝置的第一殼體的外部光學(xué)和樣本提供結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖1至3中示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的可潛入流體的感測(cè)裝置10。裝置10意圖在水下使用，例如在海洋中使用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮在穿過裝置10的流體流中的微觀顆粒表征和量化的流式細(xì)胞術(shù)處理。感測(cè)裝置10包括第一不透流體的殼體12，其具有用空氣填充的內(nèi)室12A ；壓力補(bǔ)償?shù)牡诙んw14，其具有內(nèi)室14A，所述內(nèi)室14A優(yōu)選地用介電液體填充，介電液體例如是諸如液壓油或礦物油的油；和壓力補(bǔ)償?shù)牡谌龤んw16，其具有內(nèi)室16A，所述內(nèi)室16A用具有折射率的液體(例如，具有折射率=1. 333的水)填充，所述折射率近似地匹配玻璃的折射率(具有折射率=1.515的硼硅玻璃)，參見圖3。第二殼體14經(jīng)由螺栓14B聯(lián)接到第三殼體16，參見圖3，并且第三殼體16經(jīng)由螺栓16B聯(lián)接到第一殼體12，參見圖1至3。 第一殼體12相對(duì)于第二殼體14和第三殼體16密封。注意到，第二殼體14的內(nèi)室14A優(yōu)選地容納介電液體，這是由于第二殼體14的內(nèi)室14A包含電子部件，所述電子部件在使用除了介電液體以外的流體的情況下會(huì)被破壞， 例如如果使用導(dǎo)電液體，則電子部件的電路會(huì)被短路。另外，第三殼體16的內(nèi)室16A優(yōu)選地容納蒸餾水，而不是容納例如油，這是由于油發(fā)出熒光，該現(xiàn)象會(huì)另外干擾由感測(cè)設(shè)備30 進(jìn)行的測(cè)量，本文將更加詳細(xì)地說明。室16A優(yōu)選地容納蒸餾水，這是因?yàn)檎麴s水近似地匹配玻璃的光學(xué)指數(shù)，蒸餾水不發(fā)出熒光，并且蒸餾水抑制生物/微生物的生長(zhǎng)。注意到，普通的(未蒸餾的)水滿足這些要求中的兩條要求，但是不會(huì)抑制生物/微生物的生長(zhǎng)。然而，對(duì)生物/微生物的生長(zhǎng)的抑制可以經(jīng)由其它方法實(shí)現(xiàn)，例如通過將漂白劑、乙醇或其它生物殺滅劑添加到普通的水。其它的機(jī)構(gòu)，例如將含有生物殺滅劑的固體基質(zhì)添加到普通的水的機(jī)構(gòu)、對(duì)普通的水高壓滅菌的機(jī)構(gòu)、或者用銅涂覆室16A的內(nèi)表面的機(jī)構(gòu)也可以在不添加液體生物殺滅劑到普通的水的情況下抑制生物/微生物的生長(zhǎng)。然而，用于在具有普通的水的情況下抑制生物/微生物的生長(zhǎng)的又一種方法可以是用UV或者其它光照射水以對(duì)水進(jìn)行消毒。注意到，優(yōu)選的是保持室14A和16A彼此分離。這是優(yōu)選的，這是由于例如第二殼體14的內(nèi)室14A中的電子部件會(huì)排出磨損材料，所述磨損材料會(huì)另外干擾由感測(cè)設(shè)備30 進(jìn)行的測(cè)量?；蛘撸绻?4A和16A不保持分離，則某些類型的過濾器裝置(未示出)將優(yōu)選地用于保持磨損材料處于第三殼體16的內(nèi)室16A的外部。在所示的實(shí)施例中，第一殼體12由具有足夠強(qiáng)度的材料構(gòu)造，并且被密封成使得當(dāng)裝置10潛入水中并且降落到例如約200米的深度時(shí)第一殼體12內(nèi)的壓力保持約為1大氣壓。第一管20聯(lián)接到第一殼體12和第二殼體14并在第一殼體12和第二殼體14之間延伸，并且第一管20包括電氣布線(未示出)，所述電氣布線在第一殼體12和第二殼體14 之間延伸并聯(lián)接到第一殼體12和第二殼體14。第一管20與第二殼體內(nèi)室14A流體連通并且容納油。第一管20在與第一殼體12相鄰的端部處被密封，以便不允許油離開第一管20 而進(jìn)入第一殼體內(nèi)室12A。然而，延伸通過第一管20的布線卻離開第一管20而進(jìn)入第一殼體內(nèi)室12A。第二管22聯(lián)接到第三殼體16并且從第三殼體16延伸。第二管22在與聯(lián)接到第三殼體16的端部相對(duì)的端部處經(jīng)由夾子22A或者其它密封結(jié)構(gòu)密封。第一管20和第二管22暴露于感測(cè)裝置10所潛入的周圍的水。隨著感測(cè)裝置10更深地運(yùn)動(dòng)到水中，周圍的水的壓力增大。周圍的水的增大的壓力壓縮第一管20和第二管22，從而改變第二殼體內(nèi)室14A中的油的壓力和第三殼體內(nèi)室16A中的蒸餾水的壓力，使得第二殼體內(nèi)室14A中的油的壓力和第三殼體內(nèi)室16A中的蒸餾水的壓力基本等于包圍感測(cè)裝置10的水的壓力。第一殼體12包括大致圓柱形的第一結(jié)構(gòu)120以及相應(yīng)的第一端蓋122和第二端蓋124，所述第一結(jié)構(gòu)120、第一端蓋122和第二端蓋124中的全部都由諸如6061-T6 Al合金的金屬制成，參見圖3。第一結(jié)構(gòu)120、第一端蓋122和第二端蓋IM被栓接在一起或者用0型環(huán)密封在一起或者以其它方式聯(lián)接在一起以產(chǎn)生密封的內(nèi)室12A。第一端蓋122設(shè)有第一開口 122A和第二開口 222A以及包圍開口 122A和開口 222A 的相鄰的凹陷部122B，參見圖4。在凹陷部122B中設(shè)置有在所示的實(shí)施例中由透明的玻璃或者聚合材料形成的窗124A(本文也稱為“窗結(jié)構(gòu)”)，并且所述窗124A遮蓋開口 122A和 222A。窗124A經(jīng)由支撐板1 和螺栓126A聯(lián)接到第一端蓋122，參見圖4。注意到，窗124A 優(yōu)選地包括單塊的玻璃、塑料或者其它適當(dāng)?shù)牟牧?。第一殼體內(nèi)室12A包括感測(cè)結(jié)構(gòu)30，所述感測(cè)結(jié)構(gòu)30包括光學(xué)分析和成像設(shè)備 32、向前散射的傳感器34、物鏡或者透鏡401、一個(gè)或多個(gè)激發(fā)濾光片424、部分反射鏡426、 一個(gè)或多個(gè)熒光發(fā)射光濾器4 和間隔物結(jié)構(gòu)430，參見圖3。光學(xué)分析和成像設(shè)備32可以包括傳統(tǒng)的照相機(jī)C以及第一傳統(tǒng)的光電倍增管T1和第二傳統(tǒng)的光電倍增管T2，參見圖 3，但應(yīng)注意根據(jù)期望可以使用更多的光電倍增管。第一殼體內(nèi)室12Α還包括光提供設(shè)備 40，所述光提供設(shè)備40包括LED背光42和激光光源44，參見圖3，所述光提供設(shè)備40容納在光學(xué)分析和成像設(shè)備32中。也可以在第一殼體內(nèi)室12A中設(shè)置紫外線光源(未示出)。 第一殼體內(nèi)室12A還包括諸如處理器設(shè)備(未示出)的電子器件，用于控制感測(cè)結(jié)構(gòu)30和光提供設(shè)備40的操作，參見圖3。預(yù)料到，光學(xué)分析和成像設(shè)備32可以包括在由Sieracki 等人提交的題名為"Device and Method for Studying Particles in a Fluid”美國專利 No. 6，115，119中所闡述的結(jié)構(gòu)，該專利的全部?jī)?nèi)容通過參考包含于此。第一殼體12聯(lián)接有外部光學(xué)和樣本提供結(jié)構(gòu)50，并且該外部光學(xué)和樣本提供結(jié)構(gòu)50位于第一殼體內(nèi)室12A的外側(cè)，從而不直接與第一殼體內(nèi)室12A連通，參見圖4至6。 在所示的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)50容納在第三殼體內(nèi)室16A內(nèi)。結(jié)構(gòu)50包括棱鏡52和流動(dòng)池討，所述棱鏡52和流動(dòng)池M 二者經(jīng)由搭板56安裝成與窗124A相鄰，所述搭板56經(jīng)由螺栓56A栓接到第一端蓋122，參見圖4至6。棱鏡52由玻璃或者聚合材料形成，并且可以具有第一鏡面52A和第二鏡面52B (本文反射鏡也稱為“光學(xué)元件”)，參見圖4。在所示的實(shí)施例中，鏡面52A和鏡面52B可以通過金屬層限定，所述金屬層涂覆有環(huán)氧樹脂以保護(hù)鏡面 52A和鏡面52B以防氧化。流動(dòng)池M可以由透明的玻璃或者聚合材料形成并且具有待分析的水穿過的通路54A，參見圖4。因?yàn)榱鲃?dòng)池M位于第一殼體內(nèi)室12A的外側(cè)，所以使水從流動(dòng)池M泄漏并且接觸內(nèi)室12A內(nèi)的電子器件和類似物的風(fēng)險(xiǎn)最小化。如上所述，窗124A 優(yōu)選地包括單塊的材料。由單塊的材料形成窗124A為窗124A與流動(dòng)池M和棱鏡52 二者之間提供了最優(yōu)的光學(xué)接觸量。注意到，如果窗124A由兩個(gè)獨(dú)立的部件形成，則會(huì)難以在窗124A與流動(dòng)池M和棱鏡52 二者之間實(shí)現(xiàn)光學(xué)接觸，這是由于每個(gè)件都將從鋁端蓋122 獲得其取向，所述鋁端蓋122不能容易地被加工到光學(xué)公差。流動(dòng)池通路54A包括入口 250和出口 252，參見圖5和6。第一導(dǎo)管沈0的第一端部^OA經(jīng)由配合件(未示出)、摩擦配合或者類似方式連接到通路入口 250，而第一導(dǎo)管 260的第二端部(未示出)在第三殼體內(nèi)室16A內(nèi)聯(lián)接到入口配合件160的第一側(cè)，所述入口配合件160聯(lián)接到第三殼體16。第二導(dǎo)管沈2的第一端部262A經(jīng)由配合件(未示出)、 摩擦配合或者類似方式連接到通路出口 252，而第二導(dǎo)管沈2的第二端部(未示出)在第三殼體內(nèi)室16A內(nèi)聯(lián)接到出口配合件162的第一側(cè)，所述出口配合件162聯(lián)接到第三殼體 16。第二殼體14經(jīng)由螺栓270A和272A在外部聯(lián)接有入口篩網(wǎng)組件270和出口篩網(wǎng)組件272，參見圖7和8。入口篩網(wǎng)組件270包括入口篩網(wǎng)270B和配合件270C。在主體270E 中通過凹陷部270D限定內(nèi)部腔體1270，并且由入口篩網(wǎng)270B覆蓋該內(nèi)部腔體1270。還在主體270E中形成有通路1272和1274，參見圖8。篩網(wǎng)270B通過背板270F以及第一側(cè)板270G和第二側(cè)板270H相對(duì)于主體270E保持就位，參見圖8。水流過入口篩網(wǎng)270B、內(nèi)部腔體1270、第一通路1272和第二通路1274而流入配合件270C。出口篩網(wǎng)組件272包括出口篩網(wǎng)272B和配合件272C。在出口篩網(wǎng)組件主體(未示出)中通過凹陷部(未示出)限定內(nèi)部腔體(未示出)，并且由出口篩網(wǎng)272B覆蓋該內(nèi)部腔體。還在出口篩網(wǎng)組件主體中形成有通路(未示出)。篩網(wǎng)272B通過背板272F以及第一側(cè)板272G和第二側(cè)板272H相對(duì)于主體保持就位，參見圖7。水流過配合件272C、第二通路和第一通路、內(nèi)部腔體，并且流出出口篩網(wǎng)272B。注意到，入口篩網(wǎng)270B和出口篩網(wǎng)272B可以由銅絲網(wǎng)形成以抑制微生物的生長(zhǎng)。還注意到，雖然可以期望的是允許較小的水生物種通過入口篩網(wǎng)組件270進(jìn)入感測(cè)裝置10，即，如果期望通過感測(cè)設(shè)備30感測(cè)這些較小的水生物種，則優(yōu)選地不允許較大的水生物種通過入口篩網(wǎng)組件270進(jìn)入感測(cè)裝置10，這是因?yàn)檫@些較大的水生物種會(huì)堵塞感測(cè)裝置10的部件或者留在感測(cè)裝置10的部件中。通向較窄的通路1272和1274的較大的入口篩網(wǎng)面積減少了入口篩網(wǎng)270B完全被阻塞使得流體無法進(jìn)入感測(cè)裝置10的機(jī)會(huì)。 通向較窄的通路1272和1274的較大的入口篩網(wǎng)面積還提供了在入口篩網(wǎng)組件270處的較低的流速。因?yàn)檫@樣可以降低較大的顆粒由于泵322所產(chǎn)生的吸力而被捕獲在入口篩網(wǎng) 270上的趨勢(shì)，所以上述方面可以是有利的，以下將說明。而且因?yàn)槟承┠軇?dòng)的水生物種具有游向上游的本能，例如這些能動(dòng)的水生物種從而保持自身在捕食者的嘴部以外，所以上述方面也可以是有利的。因此，通過將經(jīng)由入口篩網(wǎng)270B吸入感測(cè)裝置10中的加速度保持在加速閾值以下而警告能動(dòng)的水生物種從入口篩網(wǎng)組件270游開，在入口篩網(wǎng)組件270 處較低的流速可以減少由于所述加速度而被驚擾的能動(dòng)的水生物種的數(shù)量。入口篩網(wǎng)組件 270和出口篩網(wǎng)組件272類似地構(gòu)造，以便使由泵322所產(chǎn)生的流動(dòng)的方向可以反向以反沖洗已經(jīng)被卡在或者被留在感測(cè)裝置10中的任何顆粒。位于第二殼體內(nèi)室14A外部的第三導(dǎo)管280聯(lián)接到入口篩網(wǎng)組件配合件270C和第二殼體14上的第一入口配合件沘4并且在入口篩網(wǎng)組件配合件270C和第二殼體14上的第一入口配合件284之間延伸。位于第二殼體內(nèi)室14A內(nèi)部的第四導(dǎo)管290也聯(lián)接到第一入口配合件觀4并且延伸到位于第二殼體內(nèi)室14A內(nèi)的閥300。位于第二殼體內(nèi)室14A 內(nèi)部的第五導(dǎo)管310從閥300延伸到第一出口配合件312，所述第一出口配合件312聯(lián)接到第二殼體14。位于第二殼體內(nèi)室14A和第三殼體內(nèi)室16A外部的第六導(dǎo)管314從第一出口配合件312延伸到入口配合件160，所述入口配合件160聯(lián)接到第三殼體16。位于第二殼體內(nèi)室14A和第三殼體內(nèi)室16A外部的第七導(dǎo)管316從聯(lián)接到第三殼體16的出口配合件162延伸到第二入口配合件318，所述第二入口配合件318聯(lián)接到第二殼體14。位于第二殼體內(nèi)室14A內(nèi)部的第八導(dǎo)管320A從第二入口配合件318延伸到流量計(jì)321。第九導(dǎo)管320B從流量計(jì)321延伸到泵322，所述泵322例如是傳統(tǒng)的蠕動(dòng)泵。位于第二殼體內(nèi)室 14A內(nèi)部的第十導(dǎo)管3M從泵322延伸到閥300。位于第二殼體內(nèi)室14A內(nèi)部的第i^一導(dǎo)管3 從閥300延伸到第二出口配合件328，所述第二出口配合件3 聯(lián)接到第二殼體14。 第十二導(dǎo)管330從第二出口配合件3 延伸到出口篩網(wǎng)組件配合件272C。在所示的實(shí)施例中，第五導(dǎo)管310的部分和第十導(dǎo)管324的部分以及第一導(dǎo)管沈0、第二導(dǎo)管沈2、第三導(dǎo)管觀0、第四導(dǎo)管四0、第六導(dǎo)管314、第七導(dǎo)管316、第八導(dǎo)管 320A、第九導(dǎo)管320B、第i^一導(dǎo)管3 和第十二導(dǎo)管330中的基本全部由諸如硅酮的聚合材料形成。第五導(dǎo)管310和第十導(dǎo)管324中的每個(gè)的例如約12英寸的部分可以由銅形成，所述銅部分被認(rèn)為能最小化導(dǎo)管 260、262、280、290、310、314、316、320A、320B、324、326 和 330 中的微生物的生長(zhǎng)。當(dāng)裝置10操作以分析水時(shí)，閥300打開以允許水穿過閥300和第四導(dǎo)管290和第五導(dǎo)管310，從而使水朝向流動(dòng)池M運(yùn)動(dòng)，并且允許水從流動(dòng)池M運(yùn)動(dòng)離開以穿過閥300 和第十導(dǎo)管3M和第十一導(dǎo)管326。當(dāng)裝置10不操作時(shí)，閥300關(guān)閉以減少生物體將進(jìn)入流動(dòng)池通路54A中并且在該流動(dòng)池通路54A中生長(zhǎng)的可能性。還注意到，如果在第一殼體內(nèi)室12A中設(shè)置紫外線(UV)光源，則該紫外線(UV)光源通常僅當(dāng)裝置10不用于分析穿過流動(dòng)池通路54A的水時(shí)被激活。UV光源定位成使得UV光穿過流動(dòng)池通路54A，由此UV光起到防止生物體生長(zhǎng)并且/或者殺死容納在流動(dòng)池通路54A中的生物體的功能。因?yàn)橥獠抗鈱W(xué)和樣本提供結(jié)構(gòu)50容納在第三殼體內(nèi)室16A中，并且內(nèi)室16A可以用蒸餾水填充，所以使生物體可以在結(jié)構(gòu)50上生長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)最小化。當(dāng)閥300處于其打開狀態(tài)中時(shí)，泵322被致動(dòng)以導(dǎo)致水通過入口篩網(wǎng)組件270和第三導(dǎo)管觀0、第四導(dǎo)管四0、第五導(dǎo)管310、第六導(dǎo)管314和第一導(dǎo)管260抽到流動(dòng)池通路 54A中。通過通路54A的流速可以從約0.5毫米/分鐘到約2.0毫米/分鐘。當(dāng)水穿過通路54A時(shí)，在所示的實(shí)施例中以如下方式對(duì)水進(jìn)行分析。通過形成光學(xué)分析和成像設(shè)備32的一部分的激光光源44產(chǎn)生激光束。該激光束穿過一個(gè)或多個(gè)激發(fā)濾光片424，參見圖3，所述激發(fā)濾光片4M可以用于從激光束去除不想要的波長(zhǎng)，例如用于去除除了例如532納米或488納米以外的所有波長(zhǎng)。激光束繼而穿過物鏡401，通過窗124A離開第一殼體內(nèi)室12A，傳播到包括流動(dòng)池通路54A的流動(dòng)池M 中并且通過該流動(dòng)池M。當(dāng)流過流動(dòng)池通路54A的水中的顆粒遇到激光束時(shí)，顆粒使激光束散射，所述散射的激光大致遵循由棱鏡52上的第二鏡面52B和第一鏡面52A所限定的路徑P繼續(xù)前進(jìn)，通過窗124A返回，從而重新進(jìn)入第一殼體內(nèi)室12A并且朝向向前散射的傳感器34運(yùn)動(dòng)。向前散射的傳感器34檢測(cè)散射的激光并且發(fā)送對(duì)應(yīng)的信號(hào)到處理器設(shè)備。 處理器設(shè)備繼而導(dǎo)致背光42短暫地開啟以提供用于光學(xué)分析和成像設(shè)備32的照明。從背光42發(fā)出的光總體上沿著與散射的激光相反的方向遵循路徑P前進(jìn)，以便使來自背光42 的光通過窗124A從第一殼體內(nèi)室12A發(fā)射出來而進(jìn)入棱鏡52，在所述棱鏡52處該光從第一鏡面52A和第二鏡面52B反射并且穿過包括流動(dòng)池通路54A的流動(dòng)池M。來自背光42 的光的一部分被穿過流動(dòng)池通路54A的水中的顆粒阻斷。沒有被穿過流動(dòng)池通路54A的水中的顆粒阻斷的光通過窗124A重新進(jìn)入第一殼體內(nèi)室12A，并且穿過物鏡401到達(dá)部分反射鏡426。部分反射鏡4 指引光的一部分傳播到照相機(jī)C，在所述照相機(jī)C處光通過照相機(jī)C經(jīng)由物理光成像過程成像。光的其余部分穿過部分反射鏡似6到達(dá)一個(gè)或多個(gè)熒光發(fā)射光濾器428并且繼續(xù)到達(dá)第一光電倍增管T1和第二光電倍增管T2,參見圖3。所述光的這部分可以被第一光電倍增管T1和第二光電倍增管T2忽略。激光束同時(shí)還可以導(dǎo)致顆粒發(fā)熒光。由顆粒發(fā)熒光過程所發(fā)出的光中的某些從流動(dòng)池通路54A傳播出來，通過窗IM重新進(jìn)入物鏡401并且穿過物鏡401到達(dá)部分反射鏡 426。部分反射鏡似6允許光的一部分通過該部分反射鏡似6傳播到一個(gè)或多個(gè)熒光發(fā)射光濾器428，所述熒光發(fā)射光濾器4 可以允許僅某些波長(zhǎng)的光通過，所述光例如是用于葉綠素分析的660納米的光和用于藻紅蛋白分析的575+/-20納米的光，以傳播到第一光電倍增管T1和第二光電倍增管T2。注意到，圖3中所示的間隔物結(jié)構(gòu)430以期望的距離把熒光發(fā)射光濾器4 和第二光電倍增管T2間隔開。由顆粒發(fā)熒光過程所發(fā)出的光中的第二部分通過部分反射鏡4 指引到照相機(jī)C。照相機(jī)C可以忽略該部分的光。基于由照相機(jī)C以及第一光電倍增管T1和第二光電倍增管T2所實(shí)現(xiàn)的成像的處理器設(shè)備使用傳統(tǒng)的技術(shù)以對(duì)懸浮在穿過流動(dòng)池通路54A的水流中的微觀顆粒進(jìn)行表征和量化。注意到，流動(dòng)池通路54A具有縱向軸線kL,參見圖6，所述縱向軸線A^與穿過通路 54A的流體流動(dòng)路徑基本平行；和橫截面面積，所述橫截面面積基本橫過縱向軸線慫，所述橫截面面積的尺寸設(shè)定成使得流過通路54A的大致所有流體都通過感測(cè)結(jié)構(gòu)分析。即，流動(dòng)池通路橫截面面積的尺寸優(yōu)選地設(shè)定成基本上匹配光學(xué)分析和成像設(shè)備32的視場(chǎng)和焦深。在水穿過流動(dòng)池通路54A之后，水經(jīng)由第二導(dǎo)管沈2、第七導(dǎo)管316、第八導(dǎo)管 320A、第九導(dǎo)管320B、第十導(dǎo)管324、第i^一導(dǎo)管3 和第十二導(dǎo)管330離開流動(dòng)池M并且繼而經(jīng)由出口網(wǎng)篩272B離開裝置10。 在所示的實(shí)施例中，流動(dòng)池M的位置可以經(jīng)由三個(gè)螺釘(圖5中僅示出一個(gè)螺釘 400)相對(duì)于成像設(shè)備32調(diào)節(jié)，所述螺釘穿過突起402中的螺紋孔，所述突起402形成支撐板126的一部分，參見圖5。如上所述，第三殼體16的內(nèi)室16A優(yōu)選地用諸如蒸餾水的液體填充，所述液體近似地匹配玻璃的光學(xué)指數(shù)，即，水的折射率是1. 333并且窗124A在由硼硅玻璃形成的情況下的折射率是1. 515。蒸餾水的使用優(yōu)選地是由于內(nèi)室16A中的液體包圍窗124A，所述窗 124A如上所述優(yōu)選地由玻璃或聚合材料形成并且通過感測(cè)結(jié)構(gòu)30成像。通過使用近似地匹配窗124A的光學(xué)指數(shù)的液體，相信感測(cè)結(jié)構(gòu)30所遇到的反射將減少。因此，提高了用于成像的光通過量并且減少了激光反射，這被認(rèn)為是改進(jìn)了儀器熒光性和散射靈敏性。具體地，斯涅爾定律表明當(dāng)光從折射率為nl的介質(zhì)傳播到折射率為n2的介質(zhì)時(shí)，透射角θ t 與入射角θi具有由以下等式表達(dá)的關(guān)系nl · sin θ i = n2 · sin θ t另外，菲涅爾定律表明當(dāng)光輻射從折射率為nl的介質(zhì)傳播到折射率為n2的介質(zhì)時(shí)，與表面垂直的光分量具有由以下等式所給出的量的反射部分，即
權(quán)利要求
1.一種能潛入流體的感測(cè)裝置，其包括不透流體的殼體，所述不透流體的殼體限定內(nèi)室并且包括窗結(jié)構(gòu)；感測(cè)結(jié)構(gòu)，所述感測(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述內(nèi)室中；所述內(nèi)室中的光提供設(shè)備，所述光提供設(shè)備發(fā)射光，所述光能夠穿過所述窗結(jié)構(gòu)，從而離開所述殼體；和外部結(jié)構(gòu)，所述外部結(jié)構(gòu)聯(lián)接到所述殼體并且位于所述殼體內(nèi)室的外側(cè)，所述外部結(jié)構(gòu)包括流體流過的通路和一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件用于使來自所述殼體的光穿過所述通路并且朝向所述感測(cè)結(jié)構(gòu)重新進(jìn)入所述殼體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)裝置，其中，所述光提供設(shè)備包括激光光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的感測(cè)裝置，其中，所述光提供設(shè)備還包括背光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)裝置，其中，所述感測(cè)結(jié)構(gòu)包括光學(xué)分析和成像設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)裝置，其中，所述外部結(jié)構(gòu)包括主要元件，所述主要元件包括所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件；和流動(dòng)池，所述流動(dòng)池限定所述通路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的感測(cè)裝置，其中，所述主要元件包括棱鏡，所述棱鏡包括所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件通過所述棱鏡上的第一鏡面和第二鏡面限定以沿著期望的路徑反射光，以便使所述光穿過包含所述通路的流動(dòng)池并且繼而重新進(jìn)入所述殼體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的感測(cè)裝置，其中，所述流動(dòng)池包括與所述主要元件分離的透明本體并且具有延伸穿過所述流動(dòng)池的所述通路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的感測(cè)裝置，其中，所述通路具有縱向軸線，所述縱向軸線與穿過所述通路的流體流動(dòng)路徑基本平行；和橫截面面積，所述橫截面面積基本橫過所述縱向軸線，所述橫截面面積的尺寸設(shè)定成使得流過所述通路的大致所有流體都通過所述感測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的感測(cè)裝置，其中，所述通路的橫截面面積基本上匹配限定所述感測(cè)結(jié)構(gòu)的光學(xué)分析和成像設(shè)備的視場(chǎng)和焦深。
10.一種能潛入流體的感測(cè)裝置，其包括不透流體的殼體，所述不透流體的殼體限定內(nèi)室并且包括窗結(jié)構(gòu)；感測(cè)結(jié)構(gòu)，所述感測(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述內(nèi)室中；所述內(nèi)室中的光提供設(shè)備，所述光提供設(shè)備發(fā)射光，所述光能夠穿過所述窗結(jié)構(gòu)，從而離開所述殼體；和樣本提供結(jié)構(gòu)，所述樣本提供結(jié)構(gòu)聯(lián)接到所述殼體并且位于所述殼體內(nèi)室的外側(cè)，所述樣本提供結(jié)構(gòu)包括流體流過的通路，所述通路具有縱向軸線，所述縱向軸線與穿過所述通路的流動(dòng)路徑基本平行；和橫截面面積，所述橫截面面積基本橫過所述縱向軸線，其中， 來自所述殼體的光離開所述殼體，穿過包括所述通路的所述樣本提供結(jié)構(gòu)，并且朝向所述感測(cè)結(jié)構(gòu)重新進(jìn)入所述殼體，并且所述通路橫截面面積的尺寸設(shè)定成使得流過所述通路的大致所有流體都通過所述感測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的感測(cè)裝置，其中，所述光提供設(shè)備包括激光光源。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的感測(cè)裝置，其中，所述光提供設(shè)備還包括背光源。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的感測(cè)裝置，其中，所述感測(cè)結(jié)構(gòu)包括光學(xué)分析和成像設(shè)備。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的感測(cè)裝置，其中，所述樣本提供結(jié)構(gòu)包括主要元件，所述主要元件包括至少一個(gè)光學(xué)元件；和流動(dòng)池，所述流動(dòng)池限定所述通路。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的感測(cè)裝置，其中，所述主要元件包括第一鏡面和第二鏡面以沿著期望的路徑反射光，以便使所述光穿過所述流動(dòng)池并且繼而重新進(jìn)入所述殼體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的感測(cè)裝置，其中，所述流動(dòng)池包括與所述主要元件分離的透明本體并且具有延伸穿過所述流動(dòng)池的所述通路。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的感測(cè)裝置，其中，所述通路的橫截面面積基本上匹配限定所述感測(cè)結(jié)構(gòu)的光學(xué)分析和成像設(shè)備的視場(chǎng)和焦深。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的感測(cè)裝置，其中，所述窗結(jié)構(gòu)由單塊材料形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的感測(cè)裝置，還包括壓力補(bǔ)償?shù)诙んw，所述壓力補(bǔ)償?shù)诙んw包括電子部件；壓力補(bǔ)償?shù)谌龤んw，所述壓力補(bǔ)償?shù)谌龤んw容納所述樣本提供結(jié)構(gòu)，所述第二殼體能與所述第三殼體分離，以便在不打開所述第二殼體的情況下維護(hù)所述第三殼體中的所述流動(dòng)池。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的感測(cè)裝置，其中，所述第二殼體容納介電液體。
21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的感測(cè)裝置，其中，所述第三殼體容納蒸餾水。
22.根據(jù)權(quán)利要求10所述的感測(cè)裝置，還包括在所述不透流體的殼體的所述內(nèi)室中的對(duì)焦機(jī)構(gòu)，用于使所述感測(cè)結(jié)構(gòu)的一部分相對(duì)于所述樣本提供結(jié)構(gòu)的所述通路運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可潛入流體的感測(cè)裝置，其包括不透流體的殼體，所述不透流體的殼體限定內(nèi)室并且包括窗結(jié)構(gòu)；感測(cè)結(jié)構(gòu)，所述感測(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)置在內(nèi)室中；光提供設(shè)備，所述光提供設(shè)備在內(nèi)室中，所述光提供設(shè)備發(fā)射光，所述光能夠穿過窗結(jié)構(gòu)，從而離開殼體；和樣本提供結(jié)構(gòu)，所述樣本提供結(jié)構(gòu)聯(lián)接到殼體并且位于殼體內(nèi)室的外側(cè)，所述樣本提供結(jié)構(gòu)包括流體流過的通路。通路可以具有縱向軸線，所述縱向軸線與穿過通路的流動(dòng)路徑基本平行；和橫截面面積，所述橫截面面積基本橫過縱向軸線。來自殼體的光離開殼體，穿過包括通路的樣本提供結(jié)構(gòu)，并且朝向感測(cè)結(jié)構(gòu)重新進(jìn)入殼體。
文檔編號(hào)G01N1/14GK102498380SQ201080035089
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者C·D·亨特, C·K·西拉基, D·A·芬格赫斯, D·B·佩普, D·M·米什林, J·C·奇特伍德, M·P·尼爾 申請(qǐng)人:巴特勒紀(jì)念研究院