CN212586196U - 一种测量可溶性杂质浓度的微流控传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量可溶性杂质浓度的微流控传感器。流体首先经过主流体管道，由采样电极产生的电势差将采样流体推入微流体检测腔，通过微流体检测腔内流体通电，由电流与电荷浓度之间的线性关系得到流体中可溶性杂质浓度,以其周期性的开启，可以减少检测过程中产生的废水，并且一定程度增加该微流体传感器的寿命,可以进行采样的微流体管道，能利用电势差进行流体的分离。

Description

一种测量可溶性杂质浓度的微流控传感器

技术领域

本实用新型专利涉及水质监测领域，具体涉及一种测量可溶性杂质浓度的微流控传感器。

背景技术

目前的净水器公司往往是在净水设备入水口设置可溶性杂质传感器，该传感器通过阴阳极通电测量电流的方式得到可溶性杂质浓度。但是该测量方式产生的问题是，传感器占据较大的空间，而且传感器往往会因为阴阳两极离子相接触产生水垢，对净水器的水质产生不利影响。为了解决现有技术中存在的缺点，本专利提出一种基于微细加工技术的测量可溶性杂质浓度的微流控传感器，该实用新型专利能避免污染净水器水质的问题，且占用体积小，利于净水器的其他结构的安装与搭配。除此之外，它制作过程简单，容易放置，为净水器的工作提供保障。

目前国人的生活质量的要求不断提高，而饮水作为人们日常生活的重要部分，自然也就受到了广泛关注。饮水机往往需要滤芯来对水质进行过滤，但是滤芯可能会在使用过程中收到细菌污染，这时候需要一种方法来监测这个滤芯是否需要更换。与此同时，一个净水器公司既然要保障用户的饮水安全，也就要让用户知道过滤后的水质情况到底如何。因此，既是为了检测设备内部情况，又是为了检测水质状况，在饮水机内的传感器应运而生。下面两个技术都是在制作微流体传感器时所需要的。

1、LIGA技术：LIGA技术是基于X射线光刻技术的MEMS加工技术，能实现X射线深层光刻、微电铸和微复制工艺的完美结合。由于X射线有非常高的平行度、极强的辐射强度、连续的光谱，使LIGA技术能够制造出高宽比达到500、厚度大于1500 μm、结构侧壁光滑且平行度偏差在亚微米范围内的三维立体结构。此外，它能以多种材料制备且可直接生产符合结构，具备电路制作能力。通过该技术制备的结构，有很大的物理强度，因此除了有高深宽比的特性外，还坚固耐用，实用性强。

2、软光刻技术：IC领域中用硬石英掩膜版，而该掩膜版主要是软性材料。包括母版制造，弹性体印章及复制过程。在器件结构制造过程中，需要先用母版来制成图形。形成图形后，将软材料浇筑在形成了图形的母版上，固化后，该软性材料形成的图形结构即弹性体印章（软性材料如硅橡胶，聚二甲基硅氧烷）。

软材料的详细浇筑过程：首先，将基体和固化剂按10:1的比例混合，然后在真空中去除混合剂中的气泡，并对表面进行一定的预处理。然后将液态硅橡胶浇筑在母版表面，进行平整和一定的加温固化。固化后，将硅橡胶从母版上脱离，则得到弹性体印章。得到了弹性体印章，便能进行纳米级的图形转移。

3、目前存在一些相似的技术方案，例如某技术方案是基于半导体硬微针检测的。它首先制作硬微针，通过半导体微加工技术，将半导体材料加工成长度及直径及其微小的硬微针，并在其表面镀金用金属导体导出。再制作微流体腔，同样是利用微细加工技术将半导体材料加工成内径极其微小的硬微针。之后放入待测水体，将半导体的硬微针装入微流体腔体内，使待测水体与硬微针充分接触。接着通电，通过外部电源由测量导出集成电路向微流体腔内的硬微针供电后，相邻的硬微针会吸引离子流动，从而在微流体腔内形成微电流。最后测量电流，在外部的电流计上得到电流的大小，从而根据电流的物理意义，得出通过单位面积的电量的大小。

发明内容

本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型专利主要解决的技术问题是提供一种测量可溶性杂质浓度的微流控传感器。流体首先经过主流体管道，由采样电极产生的电势差将式样流体推入微流体检测腔，通过微流体检测腔内流体通电，由电流与电荷浓度之间的线性关系得到流体中可溶性杂质浓度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供了一种测量可溶性杂质浓度的微流控传感器，其包括以下特征：

（1）主流体管道。通过微细加工加工技术，将材料制成长圆柱状，内部空心，半径小于100μm，总长度小于2mm。

（2）检测腔电极。通过LIGA加工技术，制备细长的检测腔电极，电极外部镀上易导电金属，且通过外电路与外部电压源和电流计相连。

（3）主管道电压源用于采样和打开阀门。每过一段检测周期，主管道电压源会输入持续一定时间的电压，此电压会同时施加在主流体阀门和采样电极上，分别用于打开阀门和分离流体。阀门打开后，流体会进入主流体管道，其被采样后的剩下部分，会作为主流体余液流出管道回到净水器的储液处，而分离出的式样流体流入式样流体管道。

（4）微流体检测腔长度不超过200μm，式样流体进入微流体检测腔后，检测腔电压源施加电压于检测腔电极上，此电压会使得流体中的电荷定向移动从而形成电流，通过外电路电流计显示，由该电流可以得出电荷密度，且此数据会由通信模块输出到外部。

（5）式样流体在被检测后会作为式样废液流出。

本实用新型的有益效果为：

（1）本传感器中设计了一种可以控制流体流入的阀门，以其周期性的开启，可以减少检测过程中产生的废水，并且一定程度增加该微流体传感器的寿命。

（2）本传感器提出的一种可以进行采样的微流体管道，能利用电势差进行流体的分离。利用该结构，可以减少产生的污染物，同时实现废液的完全脱离。

（3）此设备总体积不超过1立方厘米，极大的减小了传感器所占空间，为净水器内部其他设备的安装提供便利。

附图说明

图1为微流控传感器示意图；

图2为微流控传感器工作流程图；

1—主管道电压源；2—阀门；3—采样电极；4—主流体管道；5—主流体余液；6—式样流体；7—式样流体管道；8—微流体检测腔；9—检测腔电压源；10—检测腔电极：11—电流计；12—式样废液；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实例包括：

（1）主流体管道。通过微细加工加工技术，将材料制成长圆柱状，内部空心，半径小于100μm，总长度小于2mm。

（2）检测腔电极。通过LIGA加工技术，制备细长的检测腔电极，电极外部镀上易导电金属，且通过外电路与外部电压源和电流计相连。

（3）主管道电压源用于采样和打开阀门。每过一段检测周期，主管道电压源1会输入持续一定时间的电压，此电压会同时施加在主流体阀门2和采样电极3上，分别用于打开阀门2和分离流体。阀门打开后，流体会进入主流体管道4，其被采样后的剩下部分，会作为主流体余液5流出管道回到净水器的储液处，而分离出的式样流体6流入式样流体管道7。

（4）微流体检测腔8长度不超过200μm，式样流体6进入微流体检测腔8后，检测腔电压源9施加电压于检测腔电极10上，此电压会使得流体中的电荷定向移动从而形成电流，且电流通过外电路电流计11显示，由该电流可以得出电荷密度，且此数据会由通信模块输出到外部。

（5）式样流体6在被检测后会作为式样废液12流出。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种测量可溶性杂质浓度的微流控传感器，其特征在于：包括主流体管道、检测腔电极、主管道电压源和电流计，检测腔电极通过外电路与外部电压源和电流计相连，主管道电压源用于采样和打开阀门。

2.根据权利要求1所述的一种测量可溶性杂质浓度的微流控传感器，其特征在于：主流体管道通过微细加工加工技术，将材料制成长圆柱状，内部空心，半径小于100μm，总长度小于2mm。

3.根据权利要求1所述的一种测量可溶性杂质浓度的微流控传感器，其特征在于：通过LIGA加工技术，制备细长的检测腔电极，电极外部镀上易导电金属。

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