CN102498380A - 可潜入流体的感测装置 - Google Patents

可潜入流体的感测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102498380A
CN102498380A CN2010800350895A CN201080035089A CN102498380A CN 102498380 A CN102498380 A CN 102498380A CN 2010800350895 A CN2010800350895 A CN 2010800350895A CN 201080035089 A CN201080035089 A CN 201080035089A CN 102498380 A CN102498380 A CN 102498380A
Authority
CN
China
Prior art keywords
housing
path
light
sensing apparatus
sensing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010800350895A
Other languages
English (en)
Inventor
C·D·亨特
D·M·米什林
M·P·尼尔
C·K·西拉基
J·C·奇特伍德
D·B·佩普
D·A·芬格赫斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Battelle Memorial Institute Inc
Original Assignee
Battelle Memorial Institute Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Battelle Memorial Institute Inc filed Critical Battelle Memorial Institute Inc
Publication of CN102498380A publication Critical patent/CN102498380A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/14—Suction devices, e.g. pumps; Ejector devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water
    • G01N33/1886—Water using probes, e.g. submersible probes, buoys
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1456—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
    • G01N15/1459—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1468—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle
    • G01N15/147—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle the analysis being performed on a sample stream

Abstract

本发明提供一种可潜入流体的感测装置，其包括：不透流体的壳体，所述不透流体的壳体限定内室并且包括窗结构；感测结构，所述感测结构设置在内室中；光提供设备，所述光提供设备在内室中，所述光提供设备发射光，所述光能够穿过窗结构，从而离开壳体；和样本提供结构，所述样本提供结构联接到壳体并且位于壳体内室的外侧，所述样本提供结构包括流体流过的通路。通路可以具有：纵向轴线，所述纵向轴线与穿过通路的流动路径基本平行；和横截面面积，所述横截面面积基本横过纵向轴线。来自壳体的光离开壳体，穿过包括通路的样本提供结构，并且朝向感测结构重新进入壳体。

Description

可潜入流体的感测装置
技术领域
本发明涉及一种可潜入流体的感测装置，并且更具体地，本发明涉及这样一种装置，即，所述装置具有设置在不透流体的壳体内的感测结构和位于该不透流体的壳体的外侧的外部结构，所述外部结构包括流体样本流过的通路。
背景技术
流式细胞术是一种对悬浮在流体流中的微观颗粒进行表征和量化的处理。可潜入流体的流式细胞计已知包括不透流体的壳体，所述不透流体的壳体具有内室，所述内室包含有检测器、光源和流动池，待分析的流体流运动通过所述流动池。来自光源的光穿过流体流并且被检测器接收以用于流体内颗粒的表征和量化。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种可潜入流体的感测装置，其包括：不透流体的壳体，所述不透流体的壳体限定内室并且包括窗结构；感测结构，所述感测结构设置在内室中；光提供设备，所述光提供设备在内室中，所述光提供设备发射光，所述光能够穿过窗结构，从而离开壳体；和外部结构，所述外部结构联接到壳体并且位于壳体内室的外侧，所述外部结构包括流体流过的通路和一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件用于导致来自壳体的光穿过通路并且朝向感测结构重新进入壳体。
光提供设备可以包括一个或多个激光光源、UV光源和背光源。
感测结构可以包括光学分析和成像设备。
外部结构可以包括：主要元件，所述主要元件包括一个或多个光学元件；和流动池，所述流动池限定通路。主要元件可以包括棱镜，所述棱镜包括一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件通过棱镜上的第一镜面和第二镜面限定以沿着期望的路径反射光，以便使光穿过包含通路的流动池并且继而重新进入壳体。
流动池可以包括与主要元件分离的透明本体。
通路可以具有：纵向轴线，所述纵向轴线与穿过通路的流体流动路径基本平行；和横截面面积，所述横截面面积基本横过纵向轴线，所述横截面面积的尺寸设定成使得流过通路的大致所有流体通过感测结构分析。
通路的横截面面积优选地基本上匹配限定感测结构的光学分析和成像设备的视场和焦深。
根据本发明的第二方面，提供一种可潜入流体的感测装置，其包括：不透流体的壳体，所述不透流体的壳体限定内室并且包括窗结构；感测结构，所述感测结构设置在内室中；光提供设备，所述光提供设备在内室中，所述光提供设备发射光，所述光能够穿过窗结构，从而离开壳体；和样本提供结构，所述样本提供结构联接到壳体并且位于壳体内室的外侧，所述样本提供结构包括流体流过的通路。通路可以具有：纵向轴线，所述纵向轴线与穿过通路的流体流动路径基本平行；和横截面面积，所述横截面面积基本横过纵向轴线。来自壳体的光离开壳体，穿过包括通路的样本提供结构，并且朝向感测结构重新进入壳体。所述横截面面积的尺寸可以设定成使得流过通路的大致所有流体通过感测结构分析。
样本提供结构可以包括主要元件，所述主要元件包括至少一个光学元件；和流动池，所述流动池限定通路。
主要元件可以包括第一镜面和第二镜面以沿着期望的路径反射光，以便使光穿过流动池并且继而重新进入壳体。
流动池可以包括与主要元件分离的透明本体并且具有延伸穿过该流动池的通路。
窗结构可以由单块的材料形成。
该感测装置还可以包括压力补偿第二壳体，所述压力补偿第二壳体具有电子部件，所述第二壳体可与样本提供结构分离，以便可以在不打开第二壳体的情况下维护样本提供结构中的流动池。
第二壳体可以容纳介电液体，并且样本提供结构可以容纳水，所述水可以是蒸馏水。
该感测装置还可以包括在不透流体的壳体的内室中的对焦机构，用于使感测结构相对于样本提供结构的通路运动。
附图说明
图1和图2是根据本发明构造的可潜入流体的感测装置的侧视图；
图3是图1和2中所示的感测装置的剖视图；
图4是示出联接到感测装置的第一壳体的外部光学和样本提供结构的剖视图；
图5和6是联接到第一壳体的外部光学和样本提供结构的透视图；
图7是图1和2中所示的感测装置的第二壳体和第三壳体的透视图；
图8是入口筛网组件的剖视图；
图9是根据本发明构造的包括对焦机构在内的可潜入流体的感测装置的一部分的侧视图；
图10是图9中所示的可潜入流体的感测装置的所述部分的正视图；
图11是图9中所示的可潜入流体的感测装置的所述部分的俯视图；
图12是图9中所示的包括对焦机构在内的感测装置的剖视图；和
图13是示出联接到图12中所示的感测装置的第一壳体的外部光学和样本提供结构的剖视图。
具体实施方式
图1至3中示出根据本发明构造的可潜入流体的感测装置10。装置10意图在水下使用，例如在海洋中使用，以实现对悬浮在穿过装置10的流体流中的微观颗粒表征和量化的流式细胞术处理。
感测装置10包括：第一不透流体的壳体12，其具有用空气填充的内室12A；压力补偿的第二壳体14，其具有内室14A，所述内室14A优选地用介电液体填充，介电液体例如是诸如液压油或矿物油的油；和压力补偿的第三壳体16，其具有内室16A，所述内室16A用具有折射率的液体(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)，参见图3。第二壳体14经由螺栓14B联接到第三壳体16，参见图3，并且第三壳体16经由螺栓16B联接到第一壳体12，参见图1至3。第一壳体12相对于第二壳体14和第三壳体16密封。
注意到，第二壳体14的内室14A优选地容纳介电液体，这是由于第二壳体14的内室14A包含电子部件，所述电子部件在使用除了介电液体以外的流体的情况下会被破坏，例如如果使用导电液体，则电子部件的电路会被短路。另外，第三壳体16的内室16A优选地容纳蒸馏水，而不是容纳例如油，这是由于油发出荧光，该现象会另外干扰由感测设备30进行的测量，本文将更加详细地说明。室16A优选地容纳蒸馏水，这是因为蒸馏水近似地匹配玻璃的光学指数，蒸馏水不发出荧光，并且蒸馏水抑制生物/微生物的生长。注意到，普通的(未蒸馏的)水满足这些要求中的两条要求，但是不会抑制生物/微生物的生长。然而，对生物/微生物的生长的抑制可以经由其它方法实现，例如通过将漂白剂、乙醇或其它生物杀灭剂添加到普通的水。其它的机构，例如将含有生物杀灭剂的固体基质添加到普通的水的机构、对普通的水高压灭菌的机构、或者用铜涂覆室16A的内表面的机构也可以在不添加液体生物杀灭剂到普通的水的情况下抑制生物/微生物的生长。然而，用于在具有普通的水的情况下抑制生物/微生物的生长的又一种方法可以是用UV或者其它光照射水以对水进行消毒。
注意到，优选的是保持室14A和16A彼此分离。这是优选的，这是由于例如第二壳体14的内室14A中的电子部件会排出磨损材料，所述磨损材料会另外干扰由感测设备30进行的测量。或者，如果室14A和16A不保持分离，则某些类型的过滤器装置(未示出)将优选地用于保持磨损材料处于第三壳体16的内室16A的外部。
在所示的实施例中，第一壳体12由具有足够强度的材料构造，并且被密封成使得当装置10潜入水中并且降落到例如约200米的深度时第一壳体12内的压力保持约为1大气压。第一管20联接到第一壳体12和第二壳体14并在第一壳体12和第二壳体14之间延伸，并且第一管20包括电气布线(未示出)，所述电气布线在第一壳体12和第二壳体14之间延伸并联接到第一壳体12和第二壳体14。第一管20与第二壳体内室14A流体连通并且容纳油。第一管20在与第一壳体12相邻的端部处被密封，以便不允许油离开第一管20而进入第一壳体内室12A。然而，延伸通过第一管20的布线却离开第一管20而进入第一壳体内室12A。第二管22联接到第三壳体16并且从第三壳体16延伸。第二管22在与联接到第三壳体16的端部相对的端部处经由夹子22A或者其它密封结构密封。第一管20和第二管22暴露于感测装置10所潜入的周围的水。随着感测装置10更深地运动到水中，周围的水的压力增大。周围的水的增大的压力压缩第一管20和第二管22，从而改变第二壳体内室14A中的油的压力和第三壳体内室16A中的蒸馏水的压力，使得第二壳体内室14A中的油的压力和第三壳体内室16A中的蒸馏水的压力基本等于包围感测装置10的水的压力。
第一壳体12包括大致圆柱形的第一结构120以及相应的第一端盖122和第二端盖124，所述第一结构120、第一端盖122和第二端盖124中的全部都由诸如6061-T6 Al合金的金属制成，参见图3。第一结构120、第一端盖122和第二端盖124被栓接在一起或者用O型环密封在一起或者以其它方式联接在一起以产生密封的内室12A。
第一端盖122设有第一开口122A和第二开口222A以及包围开口122A和开口222A的相邻的凹陷部122B，参见图4。在凹陷部122B中设置有在所示的实施例中由透明的玻璃或者聚合材料形成的窗124A(本文也称为“窗结构”)，并且所述窗124A遮盖开口122A和222A。窗124A经由支撑板126和螺栓126A联接到第一端盖122，参见图4。注意到，窗124A优选地包括单块的玻璃、塑料或者其它适当的材料。
第一壳体内室12A包括感测结构30，所述感测结构30包括光学分析和成像设备32、向前散射的传感器34、物镜或者透镜401、一个或多个激发滤光片424、部分反射镜426、一个或多个荧光发射光滤器428和间隔物结构430，参见图3。光学分析和成像设备32可以包括传统的照相机C以及第一传统的光电倍增管T1和第二传统的光电倍增管T2，参见图3，但应注意根据期望可以使用更多的光电倍增管。第一壳体内室12A还包括光提供设备40，所述光提供设备40包括LED背光42和激光光源44，参见图3，所述光提供设备40容纳在光学分析和成像设备32中。也可以在第一壳体内室12A中设置紫外线光源(未示出)。第一壳体内室12A还包括诸如处理器设备(未示出)的电子器件，用于控制感测结构30和光提供设备40的操作，参见图3。预料到，光学分析和成像设备32可以包括在由Sieracki等人提交的题名为“Device and Method for Studying Particles in a Fluid”美国专利No.6,115,119中所阐述的结构，该专利的全部内容通过参考包含于此。
第一壳体12联接有外部光学和样本提供结构50，并且该外部光学和样本提供结构50位于第一壳体内室12A的外侧，从而不直接与第一壳体内室12A连通，参见图4至6。在所示的实施例中，结构50容纳在第三壳体内室16A内。结构50包括棱镜52和流动池54，所述棱镜52和流动池54二者经由搭板56安装成与窗124A相邻，所述搭板56经由螺栓56A栓接到第一端盖122，参见图4至6。棱镜52由玻璃或者聚合材料形成，并且可以具有第一镜面52A和第二镜面52B(本文反射镜也称为“光学元件”)，参见图4。在所示的实施例中，镜面52A和镜面52B可以通过金属层限定，所述金属层涂覆有环氧树脂以保护镜面52A和镜面52B以防氧化。流动池54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过的通路54A，参见图4。因为流动池54位于第一壳体内室12A的外侧，所以使水从流动池54泄漏并且接触内室12A内的电子器件和类似物的风险最小化。如上所述，窗124A优选地包括单块的材料。由单块的材料形成窗124A为窗124A与流动池54和棱镜52二者之间提供了最优的光学接触量。注意到，如果窗124A由两个独立的部件形成，则会难以在窗124A与流动池54和棱镜52二者之间实现光学接触，这是由于每个件都将从铝端盖122获得其取向，所述铝端盖122不能容易地被加工到光学公差。
流动池通路54A包括入口250和出口252，参见图5和6。第一导管260的第一端部260A经由配合件(未示出)、摩擦配合或者类似方式连接到通路入口250，而第一导管260的第二端部(未示出)在第三壳体内室16A内联接到入口配合件160的第一侧，所述入口配合件160联接到第三壳体16。第二导管262的第一端部262A经由配合件(未示出)、摩擦配合或者类似方式连接到通路出口252，而第二导管262的第二端部(未示出)在第三壳体内室16A内联接到出口配合件162的第一侧，所述出口配合件162联接到第三壳体16。
第二壳体14经由螺栓270A和272A在外部联接有入口筛网组件270和出口筛网组件272，参见图7和8。入口筛网组件270包括入口筛网270B和配合件270C。在主体270E中通过凹陷部270D限定内部腔体1270，并且由入口筛网270B覆盖该内部腔体1270。还在主体270E中形成有通路1272和1274，参见图8。筛网270B通过背板270F以及第一侧板270G和第二侧板270H相对于主体270E保持就位，参见图8。水流过入口筛网270B、内部腔体1270、第一通路1272和第二通路1274而流入配合件270C。出口筛网组件272包括出口筛网272B和配合件272C。在出口筛网组件主体(未示出)中通过凹陷部(未示出)限定内部腔体(未示出)，并且由出口筛网272B覆盖该内部腔体。还在出口筛网组件主体中形成有通路(未示出)。筛网272B通过背板272F以及第一侧板272G和第二侧板272H相对于主体保持就位，参见图7。水流过配合件272C、第二通路和第一通路、内部腔体，并且流出出口筛网272B。注意到，入口筛网270B和出口筛网272B可以由铜丝网形成以抑制微生物的生长。
还注意到，虽然可以期望的是允许较小的水生物种通过入口筛网组件270进入感测装置10，即，如果期望通过感测设备30感测这些较小的水生物种，则优选地不允许较大的水生物种通过入口筛网组件270进入感测装置10，这是因为这些较大的水生物种会堵塞感测装置10的部件或者留在感测装置10的部件中。通向较窄的通路1272和1274的较大的入口筛网面积减少了入口筛网270B完全被阻塞使得流体无法进入感测装置10的机会。通向较窄的通路1272和1274的较大的入口筛网面积还提供了在入口筛网组件270处的较低的流速。因为这样可以降低较大的颗粒由于泵322所产生的吸力而被捕获在入口筛网270上的趋势，所以上述方面可以是有利的，以下将说明。而且因为某些能动的水生物种具有游向上游的本能，例如这些能动的水生物种从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，通过将经由入口筛网270B吸入感测装置10中的加速度保持在加速阈值以下而警告能动的水生物种从入口筛网组件270游开，在入口筛网组件270处较低的流速可以减少由于所述加速度而被惊扰的能动的水生物种的数量。入口筛网组件270和出口筛网组件272类似地构造，以便使由泵322所产生的流动的方向可以反向以反冲洗已经被卡在或者被留在感测装置10中的任何颗粒。
位于第二壳体内室14A外部的第三导管280联接到入口筛网组件配合件270C和第二壳体14上的第一入口配合件284并且在入口筛网组件配合件270C和第二壳体14上的第一入口配合件284之间延伸。位于第二壳体内室14A内部的第四导管290也联接到第一入口配合件284并且延伸到位于第二壳体内室14A内的阀300。位于第二壳体内室14A内部的第五导管310从阀300延伸到第一出口配合件312，所述第一出口配合件312联接到第二壳体14。位于第二壳体内室14A和第三壳体内室16A外部的第六导管314从第一出口配合件312延伸到入口配合件160，所述入口配合件160联接到第三壳体16。位于第二壳体内室14A和第三壳体内室16A外部的第七导管316从联接到第三壳体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联接到第二壳体14。位于第二壳体内室14A内部的第八导管320A从第二入口配合件318延伸到流量计321。第九导管320B从流量计321延伸到泵322，所述泵322例如是传统的蠕动泵。位于第二壳体内室14A内部的第十导管324从泵322延伸到阀300。位于第二壳体内室14A内部的第十一导管326从阀300延伸到第二出口配合件328，所述第二出口配合件328联接到第二壳体14。第十二导管330从第二出口配合件328延伸到出口筛网组件配合件272C。
在所示的实施例中，第五导管310的部分和第十导管324的部分以及第一导管260、第二导管262、第三导管280、第四导管290、第六导管314、第七导管316、第八导管320A、第九导管320B、第十一导管326和第十二导管330中的基本全部由诸如硅酮的聚合材料形成。第五导管310和第十导管324中的每个的例如约12英寸的部分可以由铜形成，所述铜部分被认为能最小化导管260、262、280、290、310、314、316、320A、320B、324、326和330中的微生物的生长。
当装置10操作以分析水时，阀300打开以允许水穿过阀300和第四导管290和第五导管310，从而使水朝向流动池54运动，并且允许水从流动池54运动离开以穿过阀300和第十导管324和第十一导管326。当装置10不操作时，阀300关闭以减少生物体将进入流动池通路54A中并且在该流动池通路54A中生长的可能性。还注意到，如果在第一壳体内室12A中设置紫外线(UV)光源，则该紫外线(UV)光源通常仅当装置10不用于分析穿过流动池通路54A的水时被激活。UV光源定位成使得UV光穿过流动池通路54A，由此UV光起到防止生物体生长并且/或者杀死容纳在流动池通路54A中的生物体的功能。
因为外部光学和样本提供结构50容纳在第三壳体内室16A中，并且内室16A可以用蒸馏水填充，所以使生物体可以在结构50上生长的风险最小化。
当阀300处于其打开状态中时，泵322被致动以导致水通过入口筛网组件270和第三导管280、第四导管290、第五导管310、第六导管314和第一导管260抽到流动池通路54A中。通过通路54A的流速可以从约0.5毫米/分钟到约2.0毫米/分钟。当水穿过通路54A时，在所示的实施例中以如下方式对水进行分析。
通过形成光学分析和成像设备32的一部分的激光光源44产生激光束。该激光束穿过一个或多个激发滤光片424，参见图3，所述激发滤光片424可以用于从激光束去除不想要的波长，例如用于去除除了例如532纳米或488纳米以外的所有波长。激光束继而穿过物镜401，通过窗124A离开第一壳体内室12A，传播到包括流动池通路54A的流动池54中并且通过该流动池54。当流过流动池通路54A的水中的颗粒遇到激光束时，颗粒使激光束散射，所述散射的激光大致遵循由棱镜52上的第二镜面52B和第一镜面52A所限定的路径P继续前进，通过窗124A返回，从而重新进入第一壳体内室12A并且朝向向前散射的传感器34运动。向前散射的传感器34检测散射的激光并且发送对应的信号到处理器设备。处理器设备继而导致背光42短暂地开启以提供用于光学分析和成像设备32的照明。从背光42发出的光总体上沿着与散射的激光相反的方向遵循路径P前进，以便使来自背光42的光通过窗124A从第一壳体内室12A发射出来而进入棱镜52，在所述棱镜52处该光从第一镜面52A和第二镜面52B反射并且穿过包括流动池通路54A的流动池54。来自背光42的光的一部分被穿过流动池通路54A的水中的颗粒阻断。没有被穿过流动池通路54A的水中的颗粒阻断的光通过窗124A重新进入第一壳体内室12A，并且穿过物镜401到达部分反射镜426。部分反射镜426指引光的一部分传播到照相机C，在所述照相机C处光通过照相机C经由物理光成像过程成像。光的其余部分穿过部分反射镜426到达一个或多个荧光发射光滤器428并且继续到达第一光电倍增管T1和第二光电倍增管T2，参见图3。所述光的这部分可以被第一光电倍增管T1和第二光电倍增管T2忽略。
激光束同时还可以导致颗粒发荧光。由颗粒发荧光过程所发出的光中的某些从流动池通路54A传播出来，通过窗124重新进入物镜401并且穿过物镜401到达部分反射镜426。部分反射镜426允许光的一部分通过该部分反射镜426传播到一个或多个荧光发射光滤器428，所述荧光发射光滤器428可以允许仅某些波长的光通过，所述光例如是用于叶绿素分析的660纳米的光和用于藻红蛋白分析的575+/-20纳米的光，以传播到第一光电倍增管T1和第二光电倍增管T2。注意到，图3中所示的间隔物结构430以期望的距离把荧光发射光滤器428和第二光电倍增管T2间隔开。由颗粒发荧光过程所发出的光中的第二部分通过部分反射镜426指引到照相机C。照相机C可以忽略该部分的光。
基于由照相机C以及第一光电倍增管T1和第二光电倍增管T2所实现的成像的处理器设备使用传统的技术以对悬浮在穿过流动池通路54A的水流中的微观颗粒进行表征和量化。
注意到，流动池通路54A具有：纵向轴线AL，参见图6，所述纵向轴线AL与穿过通路54A的流体流动路径基本平行；和横截面面积，所述横截面面积基本横过纵向轴线AL，所述横截面面积的尺寸设定成使得流过通路54A的大致所有流体都通过感测结构分析。即，流动池通路横截面面积的尺寸优选地设定成基本上匹配光学分析和成像设备32的视场和焦深。
在水穿过流动池通路54A之后，水经由第二导管262、第七导管316、第八导管320A、第九导管320B、第十导管324、第十一导管326和第十二导管330离开流动池54并且继而经由出口网筛272B离开装置10。
在所示的实施例中，流动池54的位置可以经由三个螺钉(图5中仅示出一个螺钉400)相对于成像设备32调节，所述螺钉穿过突起402中的螺纹孔，所述突起402形成支撑板126的一部分，参见图5。
如上所述，第三壳体16的内室16A优选地用诸如蒸馏水的液体填充，所述液体近似地匹配玻璃的光学指数，即，水的折射率是1.333并且窗124A在由硼硅玻璃形成的情况下的折射率是1.515。蒸馏水的使用优选地是由于内室16A中的液体包围窗124A，所述窗124A如上所述优选地由玻璃或聚合材料形成并且通过感测结构30成像。通过使用近似地匹配窗124A的光学指数的液体，相信感测结构30所遇到的反射将减少。因此，提高了用于成像的光通过量并且减少了激光反射，这被认为是改进了仪器荧光性和散射灵敏性。具体地，斯涅尔定律表明：当光从折射率为n1的介质传播到折射率为n2的介质时，透射角θt与入射角θi具有由以下等式表达的关系：
n1·sinθi＝n2·sinθt
另外，菲涅尔定律表明：当光辐射从折射率为n1的介质传播到折射率为n2的介质时，与表面垂直的光分量具有由以下等式所给出的量的反射部分，即：
R = ( ( n 1 · cos θi - n 2 · cos θt ) n 1 · cos θi + n 2 · cos θt )
此外，所述光的该垂直分量的透射部分通过以下等式给出，即：
T = ( ( 2 · n 1 · cos θi ) n 1 · cos θi + n 2 · cos θt )
对于与入射面平行的光分量而言，光具有由以下等式所给出的量的反射部分，即：
R = ( ( 1 n 2 ) · cos θt - ( 1 n 1 ) · cos θi ) ( 1 n 2 ) · cos θt + ( 1 n 1 ) · cos θi
对于所述光的该平行分量而言，从折射率为n1的介质传播到折射率为n2的介质的光的部分由以下等式给出，即：
T = ( ( 2 n 2 ) · cos θi ) ( 1 n 2 ) · cos θt + ( 1 n 1 ) · cos θi
由于这些等式中的折射率彼此接近，所以反射向下并且透射系数增大。当n1和n2相等时，斯涅尔定律表明，角θi与θt相等。在该情况下，反射可以认为是零，并且全部透射以用于完美的透射。
换言之，对于感测结构30中的成像和测量光学器件而言，由于窗124A与流动池棱镜52之间的流体的折射率较接近于形成窗124A的玻璃的折射率和如果形成有棱镜52的话形成棱镜52的玻璃的折射率，所以用于激发样本中的荧光的激光束、来自样本的散射光、以及用于对用于成像的样本照明的成像光不从玻璃界面反射。然而，这些光沿着它们想要传播的方向传播，导致更多的激光束到达样本、更多的散射光和荧光到达适当的检测器、并且更多的成像光到达感测结构30以用于更好的图像。这还意味着较少的激光背反射到照相机C以及荧光测量光电倍增管T1和光电倍增管T2。
现在参照图9至13，示出根据本发明的另一方面的感测结构130，其中与以上参照图1至8所述的那些元件类似的元件用相同的附图标记表示。感测结构130包括光学分析和成像设备32、向前散射的传感器34、物镜或者透镜401、一个或多个激发滤光片424、部分反射镜426、一个或多个荧光发射光滤器428、和间隔物结构430。感测结构130还可以包括计算机控制的机电对焦机构400，例如，扩展的机动微型型号(Extended Motorized MicroMini Stage Model Number)MM-3M-EX-1.0，所述MM-3M-EX-1.0可在市场上从NationalAperture公司买到。提供诸如处理器设备(未示出)的电子器件以用于控制感测结构130和光提供设备40的操作。
对焦机构400可以用于在感测结构130的操作期间使物镜或透镜401相对于光学分析和成像设备32(其包括照相机C以及第一光电倍增管T1和第二光电倍增管T2)、向前散射的传感器34、激发滤光片424、部分反射镜426、荧光发射光滤器428、和间隔物结构430运动到相对于流动池通路54A最优的位置。对焦机构400可以使物镜401朝向或者远离流动池54和流动池通路54A运动以调节照相机C的成像质量和/或调节光电倍增管T1和光电倍增管T2的荧光测量。物镜401的这种运动可以用于补偿仪器尺寸上的温度或机械变化，所述变化会导致照相机C偏离焦距。对焦机构400可以例如由处理器设备通过传统的对焦算法自动地控制，所述处理器设备通过监测从照相机C取回的数据感测照相机C焦距的减小。该数据可以被处理器设备用来控制对焦机构400的致动以使物镜401运动。在傻瓜照相机和摄影机中使用类似的对焦算法，并且这些对焦算法通常称为“对比度识别自动对焦”。还注意到，对焦机构400可以例如通过与感测装置10相距较远的操作员手动地控制。
如图9至11中所示，对焦机构400包括滑动器设备402和马达设备404。马达设备404经由支架408和多个安装螺钉410联接到基板406。基板406继而联接到第一壳体12的底板(图9至11中未示出)。马达设备404可以通过对焦算法自动地控制或者通过上述的操作员手动地控制。滑动器设备402经由支架412和物镜板414联接到物镜401，所述物镜板414联接到支架412并且联接到物镜401。马达设备404包括编码器(未示出)、电力马达(未示出)和丝杠(未示出)，所述丝杠联接到马达和滑动器设备402。马达设备404当被致动时转动丝杠以实现滑动器设备402的运动，并且因此实现支架412和物镜板414的运动以实现物镜401的运动。物镜板414的运动通过杆416导向，所述杆416联接到位于激发滤光片424的下面的支撑立方体418(参见图11)，并且延伸通过支架412中的对应的开口420。注意到，对焦机构400可以从USB总线连接器得到所有动力，所述USB总线连接器连接到控制感测结构30的操作的处理器设备。还注意到，对焦机构400可以经由USB总线连接器与处理器设备通信。
在感测结构130的操作期间，如以上参照图1至8所述，激光光源44发出激光束。激光束可以穿过一个或多个激发滤光片424，参见图9至12，所述激发滤光片424用于从激光束去除不想要的波长，例如用于去除除了例如532纳米或488纳米以外的所有波长。
参照图12和13，激光束继而穿过物镜401，通过窗124A离开第一壳体内室12A，传播到流动池54中并且通过该流动池54。当流过流动池通路54A的水中的颗粒遇到激光束时，颗粒使激光束散射，并且来自激光束的光通过窗124A重新进入第一壳体内室12A。向前散射的传感器34检测光，所述向前散射的传感器34发送对应的信号到处理器设备，其中，处理器设备导致背光42短暂地开启以提供用于光学分析和成像设备32的照明。
来自背光42的光的一部分被穿过流动池通路54A的水中的颗粒阻断，并且没有被穿过流动池通路54A的水中的颗粒阻断的光通过窗124A重新进入第一壳体内室12A，并且通过物镜401流到部分反射镜426。部分反射镜426允许所述光的一部分传播到照相机C，在所述照相机C处所述光通过照相机C经由物理光成像过程成像。
激光束还可以同时地导致颗粒发荧光，其中由颗粒发荧光过程所发出的光中的某些通过窗124重新进入物镜401并且穿过物镜401到达部分反射镜426。部分反射镜426允许光的一部分通过该部分反射镜426传播到一个或多个荧光发射光滤器428，所述光的一部分例如是用于叶绿素分析的660纳米的光和用于藻红蛋白分析的575+/-20纳米的光，所述荧光发射光滤器428可以允许仅某些期望波长的光穿过以传播到第一光电倍增管T1和第二光电倍增管T2。如上所述，图11中所示的间隔物结构430以期望的距离把荧光发射光滤器428和第二光电倍增管T2间隔开。
基于由照相机C以及第一光电倍增管T1和第二光电倍增管T2所实现的成像的处理器设备使用传统的技术以对悬浮在穿过流动池通路54A的水流中的微观颗粒进行表征和量化。
虽然已经示出并且说明本发明的特定实施例，但是对于本领域的技术人员而言将显而易见的是可以在没有脱离本发明的精神和范围的情况下进行多种其它改变和修改。因此，所附权利要求书中意在覆盖本发明的范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (22)

1.一种能潜入流体的感测装置，其包括：
不透流体的壳体，所述不透流体的壳体限定内室并且包括窗结构；
感测结构，所述感测结构设置在所述内室中；
所述内室中的光提供设备，所述光提供设备发射光，所述光能够穿过所述窗结构，从而离开所述壳体；和
外部结构，所述外部结构联接到所述壳体并且位于所述壳体内室的外侧，所述外部结构包括流体流过的通路和一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件用于使来自所述壳体的光穿过所述通路并且朝向所述感测结构重新进入所述壳体。
2.根据权利要求1所述的感测装置，其中，所述光提供设备包括激光光源。
3.根据权利要求2所述的感测装置，其中，所述光提供设备还包括背光源。
4.根据权利要求1所述的感测装置，其中，所述感测结构包括光学分析和成像设备。
5.根据权利要求1所述的感测装置，其中，所述外部结构包括：
主要元件，所述主要元件包括所述一个或多个光学元件；和
流动池，所述流动池限定所述通路。
6.根据权利要求5所述的感测装置，其中，所述主要元件包括棱镜，所述棱镜包括所述一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件通过所述棱镜上的第一镜面和第二镜面限定以沿着期望的路径反射光，以便使所述光穿过包含所述通路的流动池并且继而重新进入所述壳体。
7.根据权利要求5所述的感测装置，其中，所述流动池包括与所述主要元件分离的透明本体并且具有延伸穿过所述流动池的所述通路。
8.根据权利要求7所述的感测装置，其中，所述通路具有：纵向轴线，所述纵向轴线与穿过所述通路的流体流动路径基本平行；和横截面面积，所述横截面面积基本横过所述纵向轴线，所述横截面面积的尺寸设定成使得流过所述通路的大致所有流体都通过所述感测结构进行分析。
9.根据权利要求7所述的感测装置，其中，所述通路的横截面面积基本上匹配限定所述感测结构的光学分析和成像设备的视场和焦深。
10.一种能潜入流体的感测装置，其包括：
不透流体的壳体，所述不透流体的壳体限定内室并且包括窗结构；
感测结构，所述感测结构设置在所述内室中；
所述内室中的光提供设备，所述光提供设备发射光，所述光能够穿过所述窗结构，从而离开所述壳体；和
样本提供结构，所述样本提供结构联接到所述壳体并且位于所述壳体内室的外侧，所述样本提供结构包括流体流过的通路，所述通路具有：纵向轴线，所述纵向轴线与穿过所述通路的流动路径基本平行；和横截面面积，所述横截面面积基本横过所述纵向轴线，其中，来自所述壳体的光离开所述壳体，穿过包括所述通路的所述样本提供结构，并且朝向所述感测结构重新进入所述壳体，并且所述通路横截面面积的尺寸设定成使得流过所述通路的大致所有流体都通过所述感测结构进行分析。
11.根据权利要求10所述的感测装置，其中，所述光提供设备包括激光光源。
12.根据权利要求11所述的感测装置，其中，所述光提供设备还包括背光源。
13.根据权利要求10所述的感测装置，其中，所述感测结构包括光学分析和成像设备。
14.根据权利要求10所述的感测装置，其中，所述样本提供结构包括：
主要元件，所述主要元件包括至少一个光学元件；和
流动池，所述流动池限定所述通路。
15.根据权利要求14所述的感测装置，其中，所述主要元件包括第一镜面和第二镜面以沿着期望的路径反射光，以便使所述光穿过所述流动池并且继而重新进入所述壳体。
16.根据权利要求15所述的感测装置，其中，所述流动池包括与所述主要元件分离的透明本体并且具有延伸穿过所述流动池的所述通路。
17.根据权利要求10所述的感测装置，其中，所述通路的横截面面积基本上匹配限定所述感测结构的光学分析和成像设备的视场和焦深。
18.根据权利要求10所述的感测装置，其中，所述窗结构由单块材料形成。
19.根据权利要求14所述的感测装置，还包括：压力补偿第二壳体，所述压力补偿第二壳体包括电子部件；压力补偿第三壳体，所述压力补偿第三壳体容纳所述样本提供结构，所述第二壳体能与所述第三壳体分离，以便在不打开所述第二壳体的情况下维护所述第三壳体中的所述流动池。
20.根据权利要求19所述的感测装置，其中，所述第二壳体容纳介电液体。
21.根据权利要求10所述的感测装置，其中，所述第三壳体容纳蒸馏水。
22.根据权利要求10所述的感测装置，还包括在所述不透流体的壳体的所述内室中的对焦机构，用于使所述感测结构的一部分相对于所述样本提供结构的所述通路运动。
CN2010800350895A 2009-06-25 2010-06-17 可潜入流体的感测装置 Pending CN102498380A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US22026909P 2009-06-25 2009-06-25
US61/220,269 2009-06-25
US30606110P 2010-02-19 2010-02-19
US61/306,061 2010-02-19
PCT/US2010/038940 WO2010151470A1 (en) 2009-06-25 2010-06-17 Fluid submersible sensing device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102498380A true CN102498380A (zh) 2012-06-13

Family

ID=42697367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800350895A Pending CN102498380A (zh) 2009-06-25 2010-06-17 可潜入流体的感测装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120176616A1 (zh)
EP (1) EP2446241A1 (zh)
CN (1) CN102498380A (zh)
WO (1) WO2010151470A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104470613A (zh) * 2012-06-19 2015-03-25 斯派超科学股份有限公司 过滤颗粒定量仪
CN105548592A (zh) * 2014-10-27 2016-05-04 恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司 样品收集设备
CN111277735A (zh) * 2019-11-04 2020-06-12 苏州臻迪智能科技有限公司 水下云台、水下成像系统及水下机器人

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012054574A1 (en) * 2010-10-20 2012-04-26 Battelle Memorial Institute Fluid submersible sensing device
EP2786122B1 (en) * 2011-12-02 2022-06-08 Senseair AB Epoxy molded gas cell for optical measurement and method of forming
DE102017117989A1 (de) * 2017-08-08 2019-02-14 Jacobs University Bremen Ggmbh Senkstoffanalysevorrichtung

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4637719A (en) * 1984-08-14 1987-01-20 Canadian Patents And Development Limited Optical measurement of marine conditions
US6115119A (en) * 1997-10-21 2000-09-05 Bigelow Laboratory For Ocean Science Device and method for studying particles in a fluid
CN2503479Y (zh) * 2001-11-19 2002-07-31 国家海洋局海洋技术研究所 现场悬浮沙粒径谱测量仪
CN2569131Y (zh) * 2002-09-28 2003-08-27 国家海洋技术中心 海水藻类和悬浮物浓度测量仪
WO2004051367A2 (en) * 2002-12-04 2004-06-17 University Of South Florida Systems and methods for shadowed image particle profiling and evaluation
CN101029863A (zh) * 2007-03-29 2007-09-05 上海大学 水中微小颗粒在线测量方法及装置
CN201251551Y (zh) * 2008-09-25 2009-06-03 中国海洋大学 水下浮游动物在线可视化监测装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3535531A (en) * 1968-07-31 1970-10-20 Atomic Energy Commission High-volume airborne-particle light scattering detector system having rectangularly shaped elongated scanning zone
US3713743A (en) * 1970-11-25 1973-01-30 Agricultural Control Syst Forward scatter optical turbidimeter apparatus
US5092675A (en) * 1989-11-14 1992-03-03 Pacific Scientific Company Vacuum line particle detector with slab laser
CA2228499C (en) * 1998-02-02 2004-11-02 Alex W. Herman Optical measurement of marine conditions
US7068362B2 (en) * 2002-01-25 2006-06-27 The Johns Hopkins University Expendable beam transmissometer
US20090109432A1 (en) * 2007-10-26 2009-04-30 Olson Robert J Systems and methods for submersible imaging flow apparatus

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4637719A (en) * 1984-08-14 1987-01-20 Canadian Patents And Development Limited Optical measurement of marine conditions
US6115119A (en) * 1997-10-21 2000-09-05 Bigelow Laboratory For Ocean Science Device and method for studying particles in a fluid
CN2503479Y (zh) * 2001-11-19 2002-07-31 国家海洋局海洋技术研究所 现场悬浮沙粒径谱测量仪
CN2569131Y (zh) * 2002-09-28 2003-08-27 国家海洋技术中心 海水藻类和悬浮物浓度测量仪
WO2004051367A2 (en) * 2002-12-04 2004-06-17 University Of South Florida Systems and methods for shadowed image particle profiling and evaluation
CN101029863A (zh) * 2007-03-29 2007-09-05 上海大学 水中微小颗粒在线测量方法及装置
CN201251551Y (zh) * 2008-09-25 2009-06-03 中国海洋大学 水下浮游动物在线可视化监测装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104470613A (zh) * 2012-06-19 2015-03-25 斯派超科学股份有限公司 过滤颗粒定量仪
CN104470613B (zh) * 2012-06-19 2016-11-23 斯派超科学股份有限公司 过滤颗粒定量仪
CN105548592A (zh) * 2014-10-27 2016-05-04 恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司 样品收集设备
CN111277735A (zh) * 2019-11-04 2020-06-12 苏州臻迪智能科技有限公司 水下云台、水下成像系统及水下机器人
CN111277735B (zh) * 2019-11-04 2021-07-16 苏州臻迪智能科技有限公司 水下云台、水下成像系统及水下机器人

Also Published As

Publication number Publication date
US20120176616A1 (en) 2012-07-12
WO2010151470A1 (en) 2010-12-29
EP2446241A1 (en) 2012-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102498380A (zh) 可潜入流体的感测装置
US7796256B2 (en) Oil-immersion enhanced imaging flow cytometer
US7935938B2 (en) Apparatus for measuring fluorescent material in a liquid
US7659523B1 (en) Integrated assembly for delivery of air stream for optical analysis
WO2005020803A3 (en) Raman imaging and sensing apparatus employing nanoantennas
GB2441272A (en) Particle counter with improved image sensor array
CA2373673C (en) Flow cytometer and ultraviolet light disinfecting systems
KR101623787B1 (ko) 휴대용 생물입자 실시간 검출장치
US7333197B2 (en) Raman detection based flow cytometer
US7545490B1 (en) Microscope flow cell apparatus for raman analysis of a liquid
JP4690789B2 (ja) 大気中微粒子測定装置
GB2388189B (en) Optical detection and analysis of particles
CN105579828A (zh) 图像式细胞仪
CA2794408C (en) Inline measurement apparatus for measuring fluorescent material and other bodies in a liquid flowing in a pipe
JP2015525353A (ja) 媒質内の粒子を測定するためのセンサ及び方法
GB2441251A (en) An optical arrangement for a flow cytometer
CA2775506A1 (en) Method and particle analyzer for determining a broad particle size distribution
EP3260840B1 (en) Arrangement for in-line holography microscopy
EP0862733A1 (en) Particle sensor with fiber optic conductor
US20150285733A1 (en) Method and System for Ultrasonic Cavitation Cleaning in Liquid Analysis Systems
KR100972454B1 (ko) 미생물 형광특성을 이용한 수질 내 미생물 측정용 프로브
US20090293646A1 (en) System and method for optical detection of aerosols
WO2018190908A1 (en) Oil-immersion enhanced imaging flow cytometer
KR20220055263A (ko) 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치
KR101466384B1 (ko) 탁도센서

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120613