具有利用原子层沉积形成的集成计算元件的流体分析系统的制作方法
【专利说明】具有利用原子层沉积形成的集成计算元件的流体分析系统
【背景技术】
[0001] 集成计算元件（ICE)已用于进行流体和复杂样品的材料组成的光学分析。ICE可 通过提供一系列层来构建，该些层具有被设计W在所需波长下进行建设性或破坏性干设的 厚度和反射率，从而专口针对与光相互作用并提供允许预测化学或材料性质的光学计算操 作的目的来提供编码图案。ICE的构建方法类似于光干设滤波器的构建方法。对于复合波 形，通过常规干设滤光器方式构建的ICE可能需要极大量的层。除了制作复杂外，如此建造 的ICE可能无法在严酷环境中最优工作。例如，具有极大量层或各个层相对于薄膜堆叠厚 度来说为厚，或具有极窄公差的ICE可使其预测性能受姪开采或抽取用钻探设施的井下环 境的温度、冲击和振动条件负面影响。
[0002] 已尝试设计并制造具有显著减小的层数或层厚的可提供复合光谱特性的简化 ICE。然而，许多ICE设计（实现所需化学预测的层和厚度配方）由于现有沉积技术（诸如 反应性磁控瓣射（M巧）的限制和变数而被废弃。
【附图说明】
[0003] 因此，本文公开具有利用原子层沉积（ALD)形成或修改的一个或多个光路组件的 流体分析系统。在图中：
[0004] 图1示出说明性流体分析系统。
[000引图2示出基于ALD的集成计算元件（I啦的说明性层。
[0006] 图3示出基于ALD的ICE的目标透射光谱和中间模型透射光谱。
[0007] 图4示出说明性随钻测井（UVD)环境。
[000引 图5示出说明性电缆测井环境。
[0009] 图6示出管理测井操作的说明性计算机系统。
[0010] 图7示出说明性ICE制作方法的流程图。
[0011] 图8示出说明性流体分析系统制作方法的流程图。
[0012] 图9示出说明性流体分析方法的流程图。
[0013] 附图示出将详细描述的说明性实施方案。然而，描述和附图不旨在将本发明限制 于说明性实施方案，相对地，旨在公开并保护落在所附权利要求范围内的所有修改、等效和 替代方案。
[0014] 命名
[0015] 将某些术语用于W下描述和权利要求全文W指代特定系统组件。本文不旨在区分 名称不同但功能相同的组件。术语"包括（including)"和"包含（comprising)"W开放方 式使用，并因此应解释为意指"包括，但不限制于..."。
[0016] 术语"禪接（couple,couples)"意指非直接或直接的电学、机械或热学连接。因此， 如果第一装置禪接至第二装置，该连接可W是直接连接或经由其它装置和连接的非直接连 接。相对地，当未加限制时，术语"连接（connected)"应解释为意指直接连接。对于电学连 接来说，该个术语意指两个元件经由具有实质零阻抗的电路径附接。
【具体实施方式】
[0017] 本文公开具有利用原子层沉积（ALD)形成或修改的一个或多个光路组件的流体 分析系统。该些光路组件可包括，但不限制于，集成计算元件（ICE)(有时称为多变量光学 元件或M0E)、光源、带通滤波器、流体样品接口、输入侧透镜、输出侧透镜和检测器。如本文 所描述，ALD可用于制作或修改某些光路组件部分或层，而不必是整个组件。利用ALD形成 的每个层可对应于ICE或其它光路组件的平面（平的）或非平面（弯曲或倾斜的）层。
[0018] 相比于其它制作选项，ALD的使用改善了流体分析系统的光路组件的制作均一性 和公差。此外，ALD的使用可影响光路组件设计标准，诸如层数、层光密度和层厚度。此外， ALD的使用可促进光路组件制造期间的质量控制操作。此外，基于ALD的组件的使用使得能 在严酷环境，诸如在石油开采和抽取钻探中所遇到的严酷环境中提高流体分析系统性能。 在严酷环境中的改善性能源自ALD可能带来的制作均一性和公差。此外，ALD具有其它沉 积技术诸如反应性磁控瓣射（M巧所回避的光路组件的设计标准。在一些实施方案中，可 采用MS制作一些组件层，同时采用ALD修改那些层且/或制作其它层。选择采用RMS或 ALD可取决于设计公差（例如，当可利用ALD而非RMS实现设计公差时，可采用ALD)。在实 例流体分析应用中，利用ALD形成的ICE可提供物质化学或物理性质的多变量预测。如本 文所公开，在流体分析系统中使用利用ALD形成的ICE和/或其它光路组件可改善流体分 析系统预测的准确性、类型和/或范围。
[0019] 图1示出说明性流体分析系统100。在流体分析系统100中，示出各个光路组件， 包括ICE102、样品接口 114、带通滤波器106、输入侧透镜108、输出侧透镜110A和110B和 检测器112A和112B。更具体来说，ICE102被安置于光源116与检测器112A和112B之间。 可使用更多或更少检测器。此外，流体样品104被安置于光源116与ICE102之间。流体 样品104的位置可利用流体样品接口 114来设置，所述接口将流体样品固定于其位置。同 时，输入侧透镜108和输出侧透镜110A和110B被构造W聚焦光方向。此外，可将带通滤波 器炬PF) 106用于ICE102的输入侧W过滤某些波长的光。虽然图1图示了流体分析系统 100的光路组件的合适布局，但应理解其它光路组件布局是可行的。此外，可采用其它光路 组件，诸如透镜和/或反射镜。
[0020] 如本文所公开，可利用ALD制作或修改流体分析系统100的光路组件中的一个或 多个。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、透镜108、透镜110A和110B、检测器112A和112B和/或样品接口 104 中的至少一些。
[0021] 在操作中，流体分析系统100能够关联流体样品104的某些特性。流体分析系统 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，来自光源116的光通过透镜108,其可W是准直透镜。离开透镜108的 光具有由光谱表示的特定波长分量分布。带通滤波器106透射波长分量分布的预选择部分 的光。来自带通滤波器106的光通过样品104,且随后进入ICE102。根据一些实施方案， 样品104可包括流体，其具有溶于溶剂的多种化学组分。例如，样品104可W是包括溶于水 中的石油和天然气的姪混合物。样品104还可包括形成胶状悬浮液的颗粒，包括不同大小 的固体材料碎片。
[0023] 样品104基本上通过不同程度地吸收不同波长分量并让其它波长分量通过来与 通过带通滤波器106的光相互作用。因此，从样品104输出的光具有光谱S(A)，其含有专 属于样品104中化学组分的信息。光谱S(A)可表示为具有多个数值项Si的行向量。每个 数值项Si与特定波长A下的光的光谱密度成比例。因此，项Si全部大于或等于零（0)。此 夕F，光谱S(A)的详细谱图提供关于样品140的多种化学物质内每种化学组分的浓度的信 息。来自样品104的光被ICE102部分透射W产生在被透镜110A聚焦后供检测器112A测 定的光。另一部分的光从ICE102部分反射并在被透镜110B聚焦后供检测器112B测定。 在一些实施方案中，ICE102可W是干设滤波器，具有可表达为行向量L(A)的某些光谱特 性。向量L(A)是数值项Li的数组，