专利名称：一种粒子检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测装置，特别涉及一种粒子检测装置。
背景技术：
液体粒子计数器可以对悬浮于液体中的不溶性粒子进行快速的测量，测量精度很 高。由于是在极洁净的仪器内部空间应用光学原理完成亚微米级颗粒的测量，它较其它测 量微粒的方法性能更精确、更方便，所以它有极广泛的应用。目前要求控制的粒子粒径越 来越小，如注射液由蒸馏液转变为超纯水、半导体工业和其它电子工业中超纯去离子水中 粒子测量以及超纯化学试剂中粒子测量等等，其中大部分测量要求最小检测粒子粒径在 0. 1 0.5iim之间。因此，目前液体粒子计数器普遍采用了激光散射法，其检测粒径下限不 低于0.05iim，该方法是目前较为成熟的粒径测量方法。其原理为当激光照射在液体中，遇 到颗粒物时就会发生散射，其散射的程度和颗粒物尺寸大小有关。当尺寸增大时，其表面积 也相应增大，散射光的强度也会随之增大，这样只要测定出散射光的强度就可以推知微粒 大小。 现有产品化的液体粒子计数器，如PMS公司的液体光学粒子计数器、ROIN公司的 液体激光粒子计数器等等，液路部分的流动室均采用直流结构；已有专利和文章，如ROIN 公司拥有的、名称为"粒子计数器"，公开号为CN101124471A的实用新型专利和PMS公司 的技术文档"Summary of principles involved in the measurement of particles in liquids"以及天津大学高志红、刘俊杰等的论文"液体粒子计数器测量原理及校准方法" 中，提到的液路流动室也都采用了直流结构。这种流动室结构简单，易于实现，但是存在明 显的缺陷。主要表现在两方面一是液体中粒子易积聚，直流结构无法解决这个问题；二是 液路流动室测量区激光测量斑照明强度分布不可能完全均匀，这就导致了不同粒径的不溶 性粒子经过测量光斑时可能得到相同的散射光强度信号，影响测量的准确性。
实用新型内容本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够提高检测准确性 的粒子检测装置。 本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种粒子检 测装置，包括液路部分和光路部分，所述液路部分包括鞘流流动室；所述鞘流流动室包括自 进样整流段始依次同轴连通的进样整流段、加速段和由透明材料制成的检测段；所述进样 整流段包括样本液进样模块、鞘液进样模块和整流模块；所述样本液进样模块包括相互连 通的样本液进样管和进样针；所述整流模块内开设有鞘流导孔；所述鞘液进样模块包括与 所述鞘流导孔连通的鞘流进样管；所述进样针穿装在与其同轴的所述鞘流导孔内，所述鞘 流导孔与所述进样针之间形成供鞘流液体通过的环空，所述环空的出液端与所述进样针的 出液端平齐；所述加速段内设置有收口结构；所述检测段内设置有毛细导孔；所述进样针 的出液端与所述收口结构的进液端平齐，所述收口结构的出液端与所述毛细导孔的进液端平齐。 所述收口结构为锥台形，所述毛细导孔的横截面为圆形。 所述毛细导孔的直径为200-400 ii m。 所述光路部分包括光源及其前向光路和侧向光路，所述前向光路包括在所述光源 发出的光束前进方向上在所述检测段的两侧分别设置的入射透镜组和光陷阱，所述入射透 镜组将所述光源发出的光束聚焦在所述毛细导孔内的检测区；所述侧向光路包括同轴分别 胶合在所述检测段相对两个外壁上的反射镜和透射镜，所述透射镜侧设置有侧向光收集透 镜组和侧向检测器。 所述前向光路和所述侧向光路成90。夹角。 所述反射镜为平凸球面反射镜，所述透射镜为平凸球面透射镜。 本实用新型具有的优点和积极效果是1、改变了以往的直流结构进样，改用鞘流
结构进样，即由洁净无杂质的鞘液包裹着待测样本液的进样方式。通过控制样本液、鞘液的
流速和合理设计流动室的结构参数，可将样本液聚集在检测段毛细导孔的中心线上，在这
样的情况下，可有效防止样品液的扩散，保证样本液中的待测粒子在经过检测段时顺序沿
直线通过，避免了粒子积聚同时经过检测段时造成信号叠加的干扰，减小了因测量光斑照
明强度不均匀造成的影响，从而提高测量的准确性。2、采用多路散射光收集结构在流动室
检测段外壁、与透镜相对一侧胶合介质均一的平凸球面反射镜，将反向散射光收集并汇聚
至检测器方向，大大提高了散射光收集效率；3、检测段外侧壁胶合平凸球面透镜，该透镜起
到准直作用，使散射光通过透镜后为平行光或近似平行光，大大简化了光路，显著提高了散
射光收集效率；4、在粒子测量中，由于前向散射光动态范围大且极易受干扰，因此在本实用
新型的光路中仅测量侧向散射光，检测精度高。
图1是本实用新型鞘流流动室三维外形图； 图2是本实用新型鞘流流动室进样整流段剖面示意图； 图3是本实用新型鞘流流动室加速段和检测段剖面示意图； 图4是本实用新型光路部分示意图； 图5是本实用新型在侧向散射光收集面上Light Tools照度分析散射图。 图中1、进样整流段，2、整流模块，3、样本液进样管，4、螺帽压头，5、注射头，6、进 样针，7、进样针后盖，8、鞘液进样管，9、加速段，10、检测段，11、透镜，12、反射镜，13、光源， 14、入射透镜组，15、光陷阱，16、侧向光收集透镜组，17、侧向检测器，18、检测区。
具体实施方式为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合 附图详细说明如下 本实用新型一种粒子检测装置包括液路部分和光路部分。 上述液路部分核心器件为鞘流流动室，图1为其三维外形图，它主要包括进样整 流段1、加速段9和检测段10三部分。其中进样整流段1剖面图如图2所示。样本液进样 管3竖直放置，其上端采用法兰盘结构；螺帽压头4有通孔和外螺纹结构，样本液进样管3从其通孔穿过，并通过其外螺纹与注射头5的内螺纹装配连接，同时法兰盘被螺帽压头4挤 压紧，起到了液路密封的作用。所述注射头5上端连接有进样针6，例如注射头5上端与 进样针6的下端采用过盈配合连接，二者均被进样针后盖7所包裹并密封。上述进样针后 盖7上端与整流模块2通过螺纹连接，下端与注射头5通过螺纹连接，并在其外侧壁打胶密 封。所述整流模块2内部设有鞘流导孔，进样针6穿装在鞘流导孔内，与该孔同轴且二者上 端相平齐，鞘流导孔与进样针6之间形成供鞘流液体通过的环空。鞘液进样管8水平放置， 其末端同样采用法兰盘结构，也通过螺帽压头4挤紧与整流模块2相连，并与鞘流导孔相通 构成鞘流液路。样本液进样管3、注射头5的通孔及进样针6构成样本液液路。上述鞘流导 孔和样本液液路同轴。鞘流流动室的加速段9和检测段10剖面示意图如图3所示，其中加 速段9外形为锥台形，内部设有锥台形加速孔，加速孔下沿与进样针6的出液端平齐，上沿 与检测段10的毛细导孔的进液端平齐。检测段10的外形为一个长方体，在其纵向中心位 置有一横截面为圆形的毛细导孔，毛细导孔进液端与加速段锥台形加速孔的上沿拼接，平 滑过渡无突变。上述鞘流流动室检测段毛细导孔采用了易加工，精度易保证的圆孔结构，直 径可为200-400 iim;最好为200iim;图中，A为样本液，B为鞘液，鞘液包裹着样本液通过 加速孔时，液流会被压縮逐渐变窄变细。 本实用新型的液路部分中，进样流速为0. 012m/s，鞘液流速为0. 06m/s，检测段流 速为4. 88m/s，计算验证雷诺数，符合层流条件，检测段毛细导孔中心流速为7. 32m/s，样本 流被聚集后的直径约为25 ii m，与待测粒子的直径大致相当。样本液进样管3和鞘液进样管 8分别选用内径0. 75mm和1. 5mm的聚四氟乙烯导管(PTFE)。整流模块2内部，鞘流导孔直 径2. Omm ;样本流导孔，即进样针6内径为0. 6mm，进样针6是壁厚为0. 15mm的不锈钢毛细 圆管。加速段9内部锥台形加速孔的下沿直径2. Omm，上沿直径O. 2mm，锥台高1. Omm。检测 段10外形尺寸为4. 2mmX4. 2mmX6. 5mm，检测段10内的毛细导孔直径为200 y m。上述样 本液进样流量为0. 1 0. 5ml/min，鞘液进样流量为6 12ml/min ;最好是，样本液进样流 量为0. 2ml/min，鞘液进样流量为9ml/min。 优选地，液路部分中样本液和鞘液的注入可以使用精度高、脉动小的注射泵或稳 压瓶；样本液路和鞘流液路中可设置流量传感器、采样装置等。 上述样本液液路、鞘流液路中脉动的消除可以通过在液路中串联缓冲装置。 上述鞘流流动室进样整流段采用金属或塑料材质，加速段和检测段及检测段上胶 合的反射镜12和透镜11均采用熔融石英或各种光学玻璃材质，要求介质统一，反射镜表面 镀铝/银/金，表面涂二氧化硅等抗氧化层。 本实用新型光路部分示意图如图4所示，光源13发出的光束经过入射透镜组14 整形聚焦测量光斑于鞘流流动室检测段10毛细导孔内的检测区18，该检测区18为光路和 液路的交汇处。待测粒子在鞘流包裹下排队顺序通过检测区时，在汇聚光斑照射下发出散 射光，前向散射光被光陷阱15吸收；在与前向光路垂直的侧向光路方向，散射光的收集一 方面通过透镜11和侧向光收集透镜组16整形聚焦于侧向检测器17，另一方面通过反射镜 12将反向散射光收集并汇聚至检测器方向。侧向光路的方向并不限于与前向光路垂直，也 可成其它夹角。上述透镜11最好为平凸球面透镜，反射镜12最好为平凸球面反射镜。 优选地，所述光源13采用激光器，并且将入射透镜组14固化于激光器中，要求聚 焦激光测量斑于检测区18。入射透镜组中可包括柱面透镜，用于将测量光斑进行一维压縮，从而获得长短轴比率更大的椭圆截面光斑，使光斑短轴方向尺寸与待测粒子尺寸相当，同 时为调试方便使其长轴尺寸与流动室检测段毛细导孔尺寸相当。本实施例中，椭圆光斑的 短轴可为20 50 ii m，长轴<^ 200 y m，优选地，椭圆光斑短轴为30 y m，长轴为200 y m，其中 短轴方向与流动室检测段粒子流流动方向一致，长轴方向与粒子流动方向和光束传播方向 所构成的平面相垂直。 流动室检测段外壁胶合有介质均一的平凸球面透镜ll，该透镜起到准直作用，与 透镜11相对一侧胶合介质均一的平凸球面反射镜12，将反向散射光收集并汇聚至检测器 方向，大大提高了散射光收集效率。透镜ll直径为6mm，有效孔径〉90X ;反射镜12直径 为8mm，胶合时保持在与透镜11同轴的位置。根据通过透镜11后的散射光准直度，侧向光 收集透镜组16采用一片或多片透镜用于光线整形聚焦，透镜直径均为9mm，检测器方向最 外侧的透镜用于汇聚散射光线到检测器，其焦距为12mm。图5为在侧向散射光收集面C上 使用10000条光线追迹时的Light Tools照度分析散射图，由图可知在经过透镜11的准直 作用后散射光基本平行，可以大大简化光路。 综上所述，本实用新型的光路部分包括光源及其前向光路和侧向光路，前向光路 包括入射透镜组14和光陷阱15。入射透镜组14用于将光源发出的光束整形，使其聚焦于 检测区18 ;光陷阱用于吸收光源自身发射光和前向散射光。侧向光路与前向光路最好成 90°夹角，侧向光路包括流动室检测段上的平凸球面反射镜12及平凸透镜11、侧向光收集 透镜组16和侧向检测器17。所述侧向光收集透镜组16与流动室检测段上的平凸球面反射 镜12及平凸透镜11同轴且位于透镜11 一侧，用于收集侧向散射光并使其聚焦于侧向检测 器17。 上述光源13可采用功率较高的光源组件，优选地，可以是半导体激光器组件或者 固体激光器组件，激光器波长为375nm或者405nm或者780nm ;上述侧向检测器采用高灵敏 度的光电二极管，或者金属封装的微型光电倍增管，或者固态光电倍增管，其检测带宽不小 于5MHz。 尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不 局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领 域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的 范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种粒子检测装置，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动室；所述鞘流流动室包括自进样整流段始依次同轴连通的进样整流段、加速段和由透明材料制成的检测段；所述进样整流段包括样本液进样模块、鞘液进样模块和整流模块；所述样本液进样模块包括相互连通的样本液进样管和进样针；所述整流模块内开设有鞘流导孔；所述鞘液进样模块包括与所述鞘流导孔连通的鞘流进样管；所述进样针穿装在与其同轴的所述鞘流导孔内，所述鞘流导孔与所述进样针之间形成供鞘流液体通过的环空，所述环空的出液端与所述进样针的出液端平齐；所述加速段内设置有收口结构；所述检测段内设置有毛细导孔；所述进样针的出液端与所述收口结构的进液端平齐，所述收口结构的出液端与所述毛细导孔的进液端平齐。
2. 根据权利要求1所述的粒子检测装置，其特征在于，所述收口结构为锥台形，所述毛 细导孔的横截面为圆形。
3. 根据权利要求2所述的粒子检测装置，其特征在于，所述毛细导孔的直径为 200_400 ii m。
4. 根据权利要求1所述的粒子检测装置，其特征在于，所述光路部分包括光源及其前 向光路和侧向光路，所述前向光路包括在所述光源发出的光束前进方向上在所述检测段的 两侧分别设置的入射透镜组和光陷阱，所述入射透镜组将所述光源发出的光束聚焦在所述 毛细导孔内的检测区；所述侧向光路包括同轴分别胶合在所述检测段相对两个外壁上的反 射镜和透射镜，所述透射镜侧设置有侧向光收集透镜组和侧向检测器。
5. 根据权利要求4所述的粒子检测装置，其特征在于，所述前向光路和所述侧向光路 成90°夹角。
6. 根据权利要求4所述的粒子检测装置，其特征在于，所述反射镜为平凸球面反射镜， 所述透射镜为平凸球面透射镜。
专利摘要本实用新型公开了一种粒子检测装置，包括液路部分和光路部分，所述液路部分包括鞘流流动室；所述鞘流流动室包括自进样整流段始依次同轴连通的进样整流段、加速段和由透明材料制成的检测段；所述进样整流段包括样本液进样模块、鞘液进样模块和整流模块；所述样本液进样模块包括相互连通的样本液进样管和进样针；所述整流模块内开设有鞘流导孔；所述鞘液进样模块包括与所述鞘流导孔连通的鞘流进样管；所述进样针穿装在与其同轴的所述鞘流导孔内，所述鞘流导孔与所述进样针之间形成供鞘流液体通过的环空。本实用新型能够提高测量的准确性。
文档编号G01N15/10GK201477029SQ20092030767
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月10日 优先权日2009年8月10日
发明者吴太虎, 朱友平, 杜耀华, 程智, 詹宁波, 赵丕成, 陈锋 申请人:中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所