用于感测液体的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液体感测，尤其涉及一种用于感测液体的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 液体感测经常旨在出于各种目的而对诸如水和饮料的液体中诸如离子和分子之 类的粒子进行感测。例如，目标粒子可以是与水的硬度、咖啡因、蛋白质等有关的诸如Ca++、 Mg++之类金属离子。
[0003] 通常对液体中的粒子进行感测所存在的问题是敏感度低，其原因在于目标粒子在 液体中相对低的浓度或者来自液体中所包含的其它粒子的干扰。
【发明内容】
[0004] 考虑到以上所提到的问题，提高感测液体的敏感度将会是有利的。
[0005] 在一些情况下，期望对包括正带电粒子和/或负带电粒子在内的带电粒子进行感 测。例如，所要感测的正带电粒子可以是金属离子、咖啡因、蛋白质、氨基酸，而负带电粒子 可以是cr、so广和醋酸盐。因此，提高感测液体中的带电粒子的敏感度也将会是有利的。
[0006] 在一些情况下，期望对非带电粒子进行感测。例如，所要感测的非带电粒子可以是 酒精中的乙醇、美容液体中的甘油，以及食品级添加剂中的乙酸乙酯。非带电粒子的感测可 能受到液体中的带电粒子的干扰。因此，在感测非带电粒子时减少或消除来自带电粒子的 干扰从而提高敏感度也将会是有利的。
[0007] 在本发明的第一方面，提供了一种用于感测包含正带电粒子和/或负带电粒子的 液体的方法。该方法包括步骤：
[0008] -通过向部署在该液体中的正电极和负电极应用电压而向该液体施加电场，以便 将负带电粒子向正电极吸引而将负带电粒子集中在该液体的第一部分并且将正带电粒子 向负电极吸引而将正带电粒子集中在该液体的第二部分；并且
[0009] -通过对该液体的第一部分、该液体的第二部分以及该液体的第三部分中的至少 一部分的液体进行感测而获得第一感测结果，该负带电粒子和正带电粒子分散于该液体的 上述第三部分中；
[0010] 所施加的电场改变了带电粒子在该液体的第一、第二和第三部分中的浓度并且它 们中的至少一个被感测。也就是说，该感测在该液体中带电粒子的浓度有所变化的至少一 个部分中进行。由于液体中粒子的浓度对液体的感测敏感度有所影响，所以可能提高敏感 度。
[0011] 此外，该电场使用正电极和负电极来施加。因此，在没有高的额外成本或感测复杂 度增大的情况下实现了粒子在液体中的浓度变化。
[0012] 该感测可以使用基于各种感测方法对液体属性进行感测的任意传感器来进行，上 述感测方法包括但并不局限于导电性、电磁辐射、量测折射法、超声和电化学。
[0013] 该液体可以是水、饮料、咖啡、豆奶等。
[0014] 对液体进行感测的一个目标可以是检测目标粒子。在一个实施例中，该方法进一 步包括以该第一感测结果为基础检测目标粒子。
[0015] 该检测结果可以是定性或定量的。在一个实施例中，检测目标粒子包括检测该目 标粒子是否存在于液体中。在另一个实施例中，检测目标粒子包括确定该目标粒子的数量。 例如，该目标粒子的数量的量度可以是该目标粒子在液体中的浓度或吸收度。
[0016] 该目标粒子可以是带电粒子或非带电粒子。该液体的至少一部分可以根据诸如目 标粒子的属性、目标粒子的浓度和/或感测方式之类的各种因素从该液体的第一、第二和 第三部分中进行选择。
[0017] 在一个实施例中，该液体的至少一个部分在目标粒子带负电的情况下包括该液体 的第一部分；该液体的至少一个部分在目标粒子带正电的情况下包括该液体的第二部分； 并且该液体的至少一个部分在目标粒子不带电的情况下包括该液体的第三部分。
[0018] 以这种方式，在目标粒子带电的情况下，该感测在该液体中该目标粒子集中于其 中的部分进行。因此，敏感度由于目标粒子更高的浓度而有所提高。在目标粒子不带电的 情况下，该感测在该液体中作为干扰粒子的带电粒子分散于其中的第三部分中进行。因此， 敏感度可以由于来自带电粒子的干扰较少而有所提高。
[0019] 在一个实施例中，该液体的至少一个部分在目标粒子带负电或带正电的情况下包 括该液体的第一部分和第二部分。
[0020] 对该液体中目标粒子集中于其中的部分以及该液体中目标粒子分散于其中的部 分二者进行感测，这在下文中被称作双边感测。
[0021] 双边感测的优势在于并且其相对结果能够被用来确定液体中的原始浓度。
[0022] 此外，双边感测具有另外的优势。当使用非选择性传感器时，来自这两个部分的相 对感测结果能够被用来给出选择性结果。由于仅有这两个部分之间的差值作为带电粒子的 相对浓度，所以感测结果的差异对此进行了直接反映。当液体已知由许多带电粒子所主导 时，非选择性传感器的结果给出了带电粒子的相对数量。
[0023] 在一个实施例中，该液体的至少一个部分在目标粒子带负电的情况下包括该液体 的第二部分或第三部分；并且该液体的至少一个部分在目标粒子带正电的情况下包括该液 体的第一部分或第三部分。
[0024] 以这种方式，该感测在该液体中目标粒子分散于其中的部分中进行。在一些情况 下，该感测可能是不准确的，原因在于目标粒子的原始浓度对于所使用的传感器而言过高， 也就是该传感器给出了其最大读数。在这些情况下将会有利的是，对该液体中目标粒子分 散于其中的部分进行感测从而获得传感器的准确读数并且实现有所提高的敏感度。
[0025] 在一个实施例中，该方法进一步包括通过在并未施加电场时对该液体进行感测而 获得第二感测结果的步骤；并且该检测步骤包括基于该第一感测结果和第二感测结果检测 该目标粒子。
[0026] 以这种方式，在通过电场对带电粒子进行集中之前和之后进行感测以获得相 应感测结果。由于第一感测结果和第二感测结果之间的差异仅由电浓度（electrical concentration)所导致，所以通过将这两个感测结果相结合能够提高敏感度。
[0027] 在一个实施例中，基于带电粒子的重量以及带电粒子的电荷数量中的至少一个对 该电压进行调节。例如，较重的粒子需要较高电压。作为另一个示例，较多的电荷需要较小 的电压。
[0028] 以这种方式，能够通过使用适当电压来有效集中带电粒子。此外，该电压能够被调 节以有选择地感测不同重量和电荷数量的粒子。
[0029] 此外，注意到，并非必需获知粒子的绝对重量，相对数值就将足矣。例如，假设已知 给定电压适用于一种带电粒子，该电压能够针对携带相同数量的电荷但是比该带电粒子更 重的另一种带电粒子而有所增大。
[0030] 在一个实施例中，顺序地施加多个电压，并且第一感测结果包括多个量度，其中每 个量度对应于该多个电压之一。
[0031] 在一个示例中，施加逐步增大的电压并且在每个步骤进行感测。这使得可能在具 有相同极性但是不同质量或不同电荷数量的带电粒子之间进行区分。
[0032] 在另一个示例中，应用连续增大的电压并且进行连续感测。一旦传感器的读数在 某个数值达到饱和，相对应的电压就能够指示目标粒子在液体中的浓度。
[0033] 在一个实施例中，该感测步骤包括：将该液体的第一部分、第二部分和第三部分中 的至少一个收集在腔体中；并且在该腔体中对所收集的液体部分进行感测。
[0034] 由于该液体的相应部分在被感测之前进行收集，所以不必在使用电场对带电粒子 进行集中的同时进行感测。因此，不必在进行感测时施加电场。这对于基于诸如导电性和 电化学之类电气方法的感测是特别有利的，因为电气方法的感测结果会被用于集中带电粒 子的电场所干扰。
[0035] 如所提到的，在一些情况下，可能校准并克服这样的干扰。因此，可以使用电气方 法而并不在进行感测之前对液体的相应部分进行收集。
[0036] 在本发明的第二方面，提供了一种用于感测包含正带电粒子和/或负带电粒子的 液体的设备。该设备包括：
[0037] -用于包含该液体的腔体；
[0038] -正电极和负电极，它们部署在该液体中，并且被配置为在电压被应用于该正电极 和负电极时向该液体施加电场，以便将负带电粒子向正电极吸引而将负带电粒子集中在该 液体的第一部分并且将正带电粒子向负电极吸引而将正带电粒子集中在该液体的第二部 分；
[0039] -电源，其耦合至该正电极和负电极并且被配置为对其应用电压；和
[0040]-感测单元，其被配置为通过对该液体的第一部分、该液体的第二部分以及该液体 的第三部分中的至少一部分的液体进行感测而获得第一感测结果，该负带电粒子和正带电 粒子分散于该液体的上述第三部分中。
[0041] 在一个实施例中，该传感器单元可以包括一个或多个传感器。在一个示例中，该传 感器可以是选择性传感器。在另一个示例中，该传感器可以是非选择性传感器。
[0042] 在一个实施例中，该正电极和负电极彼此间隔开来以将液体划分为相邻于该正电 极的液体的第一部分，相邻于该负电极的液体的第二部分，以及处于该正电极和负电极之 间的液体的第三部分。
[0043] 在一个实施例中，该设备进一步包括收集单元，其用于将该液体的第一部分、第二 部分和第三部分中的至少一个中的一个收集在单独腔体中以便进行感测。
[0044] 在一个实施例中，该设备包括第一通道、第二通道和第三通道中的至少一个，其中 该腔体具有用于接收该液体的入口，相邻于该正电极进行部署的第一出口、相邻于该负电 极进行部署的第二出口和部署在该正电极和负电极中间的第三出口中的至少一个；该第一 通道与该第一出口流体连通；该第二通道与该第二出口流体连通；并且该第三通道与该第 三出口流体连通。