CN201532188U - 微流控芯片激光智能检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型微流控芯片激光智能检测仪，用于检测微流芯片尺度和形状。特征：y方向高精密导轨和x方向高精密导轨交叉构成的高精度十字定位系统由高精度伺服电机、x方向伺服电机连接控制驱动，y方向高精密导轨、x方向高精密导轨上分别装有高精度丝杠和y方向光栅尺、x方向光栅尺，激光CCD位移传感器安装在拱形支架上，通过抗干扰防护电缆与激光CCD位移传感器的控制器相连，激光CCD位移传感器的控制器通过USB接口与计算机通信，伺服电机控制器通过计算机的并口连接控制y方向伺服电机、x方向伺服电机。用计算机实现多路控制，智能软件实现同步控制检测仪器、数据采集、数据处理、显示测量结果和绘制出三维图形。

Description

微流控芯片激光智能检测仪

一、技术领域

本实用新型涉及一种用于检测微流控芯片尺度的高精度检测仪器，属检测仪器结构技术领域。

二、背景技术

微流控芯片又称芯片实验室，和电子芯片相比在工作原理、制造工艺和应用范围上都有实质性区别的一类芯片技术。它把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，是对微量成分进行分析的一种技术，因此被认为是影响人类未来的15件最重要的发明之一，微流控芯片已成为微全分析系统和芯片实验室的发展重点和前沿技术。芯片微通道质量对样品进样、分离、芯片散热等有重要的影响，因此对微通道的尺度参数(如截面形状、尺寸精度、表面粗糙度等)测量成为重要课题。目前常用测量微流控芯片通道的设备多为触针式轮廓仪，轮廓仪测针的针尖角度和针尖圆弧半径会对测量精度产生影响，对不规则的微小通道尺寸测量有时会存在误差。采用触针式轮廓仪测量微流控芯片微通道，测针通常可以完全抵达微通道底部，故深度尺寸测量较准确，但在宽度方向上，依微通道深度及侧壁夹角不同，可能产生测针与微通道侧壁干涉。由轮廓仪测得的轮廓并不能更好地反映出真实的微通道截面形状和尺寸。此外，轮廓仪的价格较昂贵，需要在特定环境下使用，现阶段在普通实验室还受到一定的限制。

三、发明内容

本实用新型目的在于提供一种用于检测微流控芯片和微小流道尺度的具有检测精度高、使用方便、智能化、自动测量等特点的集微机电、计算机、光学、机械、电子技术和数学建模等多种学科于一体的智能检测仪。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型设计的微流控芯片激光智能检测仪，是一种用于检测微流控芯片和微小流道尺度的非接触智能检测仪器，用激光扫描技术检测微流芯片尺度和形状，通过可视化计算方法在计算机上建立数学模型，画出微流芯片的三维图，是一种用于测量微流控芯片尺度和形状的高精度智能检测仪器，也能用于检测微小组件的三维尺寸。

其特殊之处在于，包括激光CCD位移传感器14，激光CCD位移传感器的控制器2，纵向高精密导轨8、横向高精密导轨3、计算机1、横向伺服电机5、纵向伺服电机11、伺服电机控制器12；横向高精密导轨3和纵向高精密导轨8交叉构成的精密十字定位系统由横向伺服电机5和纵向伺服电机11驱动，横向精密导轨3和纵向精密导轨8上分别装有精密丝杠和纵向光栅尺4及横向光栅尺7，激光CCD位移传感器14安装在拱形支架13上，通过抗干扰防护电缆与激光CCD位移传感器的控制器2相连，激光CCD位移传感器的控制器2通过USB接口与计算机1通信，伺服电机控制器12连接计算机1的并口控制横向伺服电机5和纵向伺服电机11；计算机1串口分别读取纵向光栅尺4和横向光栅尺7的数据；USB接口读取激光CCD位移传感器14的测量数据；计算机集成多路控制，智能软件实现同步控制多台设备、数据采集和数据处理等多项功能，计算机实时进行数据处理并显示测量结果。

十字定位系统选用高精度滚珠丝杠和导轨，重复定位误差小于1微米，激光CCD位移传感器的解析度为0.1微米。

本实用新型的微流控芯片激光智能检测仪，具有以下优点：

第一，采用了高精密定位装置，更好的避免了测量过程中微流控芯片在移动时因震动产生的误差。激光CCD位移传感器14的测量值可直接作为检测工件上各测量点的z方向坐标值，避免了算法计算误差和系统标定误差，明显提高了测量精度。

第二，本实用新型的智能和自动化程度较高，用一台计算机能同步实现多路控制、数据采集和数据处理等多项工作；用高精度激光CCD位移传感器采集数据；用智能算法进行误差分离，具有智能化的计算模型有效的提高了仪器检测精度，同时显示被测对象的三维图形。

第三，用自主开发的自动测量控制算法保证了使用方便性和实用性，测量时只需将测量芯片固定在于仪器检测台指定区以内，运行计算机检测软件，仪器就能自动实现智能化测量。测量过程中不需要人工干预，微流控芯片安装不需要人工精细校正，只需将芯片固定在指定区域即可。

四、附图说明

图1：智能检测仪结构的正视图；

图2：智能检测仪结构的俯视图；

图3：测量坐标系示意图；

图中，1、计算机，2、激光CCD位移传感器的控制器，3、横向精密导轨，4、纵向光栅尺，5、横向驱动电机，6、微流控芯片，7、横向光栅尺，8、纵向精密导轨，9、测量仪器台面，11、纵向驱动电机，12、电机控制器，13、拱形支架，14、激光CCD位移传感器。

五、具体实施方式

以下参照附图，给出具体实施方式，对本实用新型构成作进一步说明。

在对激光非接触检测技术研究的基础上，围绕用高精度激光CCD位移传感器对微流控芯片尺度检测技术进行研究，根据实际测量精度要求设计方案。

本实施例参考图1-3，微流控芯片尺度的高精度检测仪器，包括激光CCD位移传感器14、激光CCD位移传感器的控制器2、横向精密导轨3、纵向精密导轨8、计算机1、横向驱动电机5、纵向驱动电机11、伺服电机控制器12，横向精密导轨3和纵向精密导轨8构成的高精度十字定位系统由横向驱动电机5和纵向驱动电机11控制驱动；横向精密导轨3和纵向精密导轨8上分别装有纵向光栅尺4和横向光栅尺7；十字定位系统选用高精度滚珠丝杠和导轨，重复定位误差小于1微米，激光CCD位移传感器的解析度为0.1微米。激光CCD位移传感器14安装在拱形支架13上，通过抗干扰防护电缆与激光CCD位移传感器的控制器2相连，激光CCD位移传感器的控制器2通过USB接口与计算机1通信，伺服电机控制器12连接计算机1的并口控制横向驱动电机5和纵向驱动电机11；计算机串口分别读取纵向光栅尺4和横向光栅尺7的数据；USB接口读取激光CCD位移传感器14的测量数据；计算机集成多路控制，智能软件实现同步控制多台设备、数据采集和数据处理等多项功能，计算机实时进行数据处理并显示测量结果。

测量方法：

参考图1-3，将被测微流控芯片6放置到仪器上指定区域固定好，检测人员在计算机1上设定初始参数，如：芯片编号，测量范围，数据采样密度等。开始测量后，计算机1通过并口向伺服电机控制器12发出控制信号，控制伺服电机5、11的旋转和启停位置，通过串口读取纵向光栅尺4和横向光栅尺7的数据，获得被测微流控芯片6的xy方向位移数据，通过USB接口同步向控制器2发送控制信息和实时读取激光CCD位移传感器14测量数据。激光CCD位移传感器14扫描微流控芯片实时测量微流控芯片深度数据。软件系统实时记录测量数据，同时进行数据处理，保存原始数据，测量完毕显示测量结果。

测量原理：如图1图2所示，激光位移传感器的扫描范围由测量人员设定或系统默认。以测量仪器的纵向导轨、横向导轨和激光测量位移构成了x、y、z三维坐标系统。以横向精密导轨3和纵向精密导轨8的交点o为坐标原点建立测量坐标系oxy，伺服电机5和11驱动精密轨道使激光CCD位移传感器扫描微流控芯片采集测量数据，被测微流控芯片表面上各个测量点形成一条空间曲线簇。如图3所示，曲线上各点坐标为(x，y，z)，x，y由光栅尺读数得到，z为激光CCD位移传感器测量数据，计算机将得到微流控芯片的测量数据用数字插值算法拟合出微流芯片结构图形。

本实用新型：第一，采用了高精密定位装置驱动微流控芯片，用xy精密十字定位平台驱动微流控芯片在二维空间移动进行测量，避免了测量过程中移动激光CCD位移传感器产生的震动；使用拱形支架固定激光CCD位移传感器，使传感器更加稳定，避免了测量过程中因传感器震动产生误差。第二，激光CCD位移传感器的测量值可直接作为被扫描微流控芯片6截面上各测量点的z方向坐标值，避免了计算误差和系统标定误差，提高了测量精度。第三，采用了数字滤波算法很好的进行了误差分离，采用几数字建模技术能显示被测对象的三维图形及任意剖面的图形和尺寸。

Claims (1)

1.微流控芯片激光智能检测仪，其特征在于，包括激光CCD位移传感器(14)，激光CCD位移传感器的控制器(2)，纵向精密导轨(8)、横向精密导轨(3)、计算机(1)、横向伺服电机(5)、纵向伺服电机(11)、伺服电机控制器(12)；横向精密导轨(3)和纵向精密导轨(8)交叉构成的精密十字定位系统由横向伺服电机(5)和纵向伺服电机(11)驱动，横向精密导轨(3)和纵向精密导轨(8)上分别装有精密丝杠和纵向光栅尺(4)及横向光栅尺(7)，激光CCD位移传感器(14)安装在拱形支架(13)上，通过抗干扰防护电缆与激光CCD位移传感器的控制器(2)相连，激光CCD位移传感器的控制器(2)通过USB接口与计算机(1)通信，伺服电机控制器(12)连接计算机(1)的并口控制横向伺服电机(5)和纵向伺服电机(11)。

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