CN217431743U - 一种基于机器视觉的微流控实时自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微流控技术领域，公开了一种基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，包括微流控芯片、调节泵和图像摄取装置，所述微流控芯片具有液体流道，所述调节泵与所述液体流道连通，所述图像摄取装置靠近所述微流控芯片设置，所述图像摄取装置用于获取所述微流控芯片的图像。通过设置图像摄取装置来获得微流控芯片的图像，无需人工实地观测，自动化程度高，且可实时检测微流控芯片上的层流边界和液滴大小等状态，能够及时得知生产异常情况，且检测准确，避免了人工观测的误差，使用方便，在减少人力监控的基础上，更加有效的提升调控速度，对于工程产品化具有重要的意义，在工程产品化达到了良好的效果。

Description

一种基于机器视觉的微流控实时自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，特别是涉及一种基于机器视觉的微流控实时自动控制系统。

背景技术

微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(Lab on a Chip)和微全分析系统(micro-Total Analytical System)。微流控的早期概念可以追溯到19世纪70年代采用光刻技术在硅片上制作的气相色谱仪，而后又发展为微流控毛细管电泳仪和微反应器等。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质，如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。目前，微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。

基于微流控的自动化生产中如果出现层流和液滴异常，就需要及时快速的处理问题，马上恢复生产。传统的处理方法需要人去主动观察生产状态，非常耗费人力，且调控时间较久，比较依赖经验。如何自动监督生产系统，快速处理异常问题，马上恢复生产则成为智能化微流控产线必须解决的问题。

现有技术公开了一种微流控芯片自动化对接装置，对接装置包括由上至下依次的顶板、活动板和操作台，顶板固定在对接装置上，顶板上设置安装口，接头穿过安装口安装在顶板上，活动板与对接装置活动连接，活动板在对接装置内上下运动，活动板上设置定位孔，活动板通过定位孔定位微流控芯片，微流控芯片位于操作台上，操作台下方设置气缸，气缸带动微流控芯片运动到与接头对接。本实用新型通过定位孔定位微流体芯片后，气缸带动微流体芯片向上运动到与接头对接，从而实现了接头与微流控芯片的自动对接。该专利的微流控芯片在使用时，当生产出现异常，需要人工去观察微流控芯片的状态，然后再去调控，无法及时得知生产的异常情况，使用不方便，且人工实地观测，费时费力，极不方便。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供使用方便、自动化程度高的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，包括微流控芯片、调节泵和图像摄取装置，所述微流控芯片具有液体流道，所述调节泵与所述液体流道连通，所述图像摄取装置靠近所述微流控芯片设置，所述图像摄取装置用于获取所述微流控芯片的图像。

作为优选方案，基于机器视觉的微流控实时自动控制系统还包括中央处理器，所述调节泵和所述图像摄取装置与所述中央处理器控制连接，以使所述中央处理器根据所述图像摄取装置获取的图像控制所述调节泵。

作为优选方案，基于机器视觉的微流控实时自动控制系统还包括进出液系统，所述进出液系统包括若干进液导管和出液导管，所述微流控芯片上连接有若干个进液接头和出液接头，所述进液接头与所述出液接头与所述液体流道连通，所述进液接头与所述进液导管连接，所述出液接头与所述出液导管连接，所述调节泵连接在所述进液导管上。

作为优选方案，所述进液接头和所述出液接头中均分别设有开关阀。

作为优选方案，基于机器视觉的微流控实时自动控制系统还包括中央处理器，所述进液导管、所述出液导管中分别设有流量传感器和压力传感器，所述调节泵、所述图像摄取装置、所述流量传感器、所述压力传感器和所述开关阀分别与所述中央处理器通讯连接，以使所述中央处理器根据所述图像摄取装置获取的图像以及所述流量传感器和所述压力传感器的检测数据控制所述调节泵和所述开关阀。

作为优选方案，基于机器视觉的微流控实时自动控制系统还包括光源，所述光源设于所述微流控芯片上，所述图像摄取装置设有感光芯片。

作为优选方案，基于机器视觉的微流控实时自动控制系统还包括支架，所述支架包括立柱和横梁，所述立柱设于所述微流控芯片的一侧，所述横梁垂直连接在所述立柱的顶端，所述图像摄取装置设于所述横梁上，所述微流控芯片位于所述横梁的正下方。

作为优选方案，基于机器视觉的微流控实时自动控制系统还包括定位机构，所述定位机构包括放置平台和设于所述放置平台上的第一定位块、第二定位块、第三定位块、第四定位块、第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置和第四驱动装置，所述放置平台位于所述横梁的下方，所述微流控芯片放置在所述放置平台上，所述第一定位块和所述第三定位块位于所述微流控芯片的两侧，所述第二定位块和所述第四定位块位于所述微流控芯片的另外两侧，所述第一定位块与所述第一驱动装置连接，所述第三定位块与所述第三驱动装置连接，以带动所述第一定位块和所述第三定位块相互靠近或远离，所述第二定位块与所述第二驱动装置连接，所述第四定位块与所述第四驱动装置连接，以带动所述第二定位块和所述第四定位块相互靠近或远离。

作为优选方案，所述调节泵为注射泵或压力泵。

作为优选方案，所述图像摄取装置为荧光显微镜和高速相机，所述荧光显微镜位于所述微流控芯片与所述高速相机之间。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过设置图像摄取装置来获得微流控芯片的图像，无需人工实地观测，自动化程度高，且可实时检测微流控芯片上的层流边界和液滴大小等状态，能够及时得知生产异常情况，且检测准确，避免了人工观测的误差，使用方便，在减少人力监控的基础上，更加有效的提升调控速度，对于工程产品化具有重要的意义，在工程产品化达到了良好的效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统的原理框图。

图2是本实用新型实施例的微流控芯片、图像摄取装置和支架的结构示意图。

图3是本实用新型实施例的微流控芯片和定位机构的结构示意图。

图中，1-微流控芯片；2-调节泵；3-图像摄取装置；4-中央处理器；5-进出液系统；6-数据采集系统；7-立柱；8-横梁；9-放置平台；10-第一定位块；11-第二定位块；12-第三定位块；13-第四定位块；14-第一驱动装置；15-第二驱动装置；16-第三驱动装置；17-第四驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

如图1所示，本实用新型优选实施例的一种基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，包括微流控芯片1、调节泵2和图像摄取装置3，微流控芯片1具有液体流道，调节泵2与液体流道连通，图像摄取装置3靠近微流控芯片1设置，图像摄取装置3用于获取微流控芯片1的图像。本实施例通过设置图像摄取装置3来获得微流控芯片1的图像，无需人工实地观测，自动化程度高，且可实时检测微流控芯片1上的层流边界和液滴大小等状态，能够及时得知生产异常情况，且检测准确，避免了人工观测的误差，使用方便，在减少人力监控的基础上，更加有效的提升调控速度，对于工程产品化具有重要的意义，在工程产品化达到了良好的效果。图像摄取装置3摄取的图像可呈现微流控芯片1的细微处，更便于观测，减少劳动量。

实施例二

本实施例与实施一的区别在于，在实施例一的基础上，本实施例的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统还包括中央处理器4，调节泵2和图像摄取装置3与中央处理器4控制连接，以使中央处理器4根据图像摄取装置3获取的图像控制调节泵2。中央处理器4具有数据处理的功能，可根据图像摄取装置3获取的图像判断异常情况，当发现异常时，根据异常的解决方案控制调节泵2，无需人工查看图像摄取装置3获取的图像来判断异常以及解决异常，自动化和智能化更高，使整个微流控生产更加数字化，智能化，对于大量的工业生产，具有重要的意义。

本实施例的其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例三

本实施例与实施例二的区别在于，在实施例二的基础上，本实施例还包括进出液系统5。

本实施例的进出液系统5包括若干进液导管和出液导管，微流控芯片1上连接有若干个进液接头和出液接头，进液接头与出液接头与液体流道连通，进液接头与进液导管连接，出液接头与出液导管连接，调节泵连接在进液导管上，实现液体在微流控芯片1上的进入、流动和排出。进一步地，进液接头和出液接头中均分别设有开关阀，可选择开启或关闭该进液接头和出液接头，使微流控芯片1的工作更具多样性。

进一步地，本实施例的进液导管、出液导管中分别设有流量传感器和压力传感器，调节泵2、图像摄取装置3、流量传感器、压力传感器和开关阀分别与中央处理器4通讯连接，以使中央处理器4根据图像摄取装置3获取的图像以及流量传感器和压力传感器的检测数据控制调节泵2和开关阀。可形成闭环控制，使中央处理器4的控制更加智能。在本实施例中，通过数据采集系统6采集流量传感器和压力传感器数据传输给中央处理器4。

本实施例的其他结构与实施例二相同，此处不再赘述。

实施例四

本实施例与实施例三的区别在于，在实施例三的基础上，本实施例还包括光源。光源设于微流控芯片1上，图像摄取装置3设有感光芯片。将光源设置在微流控芯片1上的某个位置，进行标记，具有感光芯片的图像摄取装置3就可获取该位置的图像，使图像获取更具针对性，减少数据处理量，提高处理速度。

本实施例的其他结构实施例三相同，此处不再赘述。

实施例五

本实施例与实施例四的区别在于，在实施例四的基础上，本实施例对微流控芯片1和图像设置装置3的设置作进一步的说明。

如图2所示，本实施例的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统还包括支架，支架包括立柱7和横梁8，立柱7设于微流控芯片1的一侧，横梁8垂直连接在立柱7的顶端，图像摄取装置3设于横梁8上，微流控芯片1位于横梁8的正下方。使图像摄取装置3可完整获得微流控芯片1的图像，避免死角。

进一步地，如图3所示，本实施例的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统还包括定位机构，定位机构包括放置平台9和设于放置平台9上的第一定位块10、第二定位块11、第三定位块12、第四定位块13、第一驱动装置14、第二驱动装置15、第三驱动装置16和第四驱动装置17，放置平台9位于横梁8的下方，微流控芯片1放置在放置平台9上，第一定位块10和第三定位块12位于微流控芯片1的两侧，第二定位块12和第四定位块13位于微流控芯片1的另外两侧，第一定位块10与第一驱动装置14连接，第三定位块12与第三驱动装置16连接，以带动第一定位块10和第三定位块12相互靠近或远离，第二定位块11与第二驱动装置15连接，第四定位块13与第四驱动装置17连接，以带动第二定位块11和第四定位块13相互靠近或远离。通过第一定位块10和第三定位块12同速、反向移动靠近，可夹在微流控芯片1的两侧；通过第二定位块11和第四定位块13同速、反向移动靠近，可夹在微流控芯片1的另外两侧；进而将微流控芯片1的中心定位在预设正中的位置，能让图像摄取装置3拍摄到准确位置的图像。

本实施例的第一驱动装置14、第二驱动装置15、第三驱动装置16和第四驱动装置17均为伸缩电机，第一定位块10、第二定位块11、第三定位块12、第四定位块13分别连接在各自的伸缩电机的伸出端。

本实施例的其他结构实施例四相同，此处不再赘述。

实施例六

本实施例与实施例四的区别在于，在实施例四的基础上，本实施例对调节泵2和图像摄取装置3作进一步的说明。

可选地，调节泵2为注射泵或压力泵。

另外，本实施例的图像摄取装置3为荧光显微镜和高速相机，荧光显微镜位于微流控芯片1与高速相机之间。通过荧光显微镜放大微流控芯片1，通过高速相机进行拍摄。

本实施例的其他结构实施例五相同，此处不再赘述。

综上，本实用新型实施例提供一种基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其通过设置图像摄取装置3来获得微流控芯片1的图像，无需人工实地观测，自动化程度高，且可实时检测微流控芯片1上的层流边界和液滴大小等状态，能够及时得知生产异常情况，且检测准确，避免了人工观测的误差，使用方便，在减少人力监控的基础上，更加有效的提升调控速度，对于工程产品化具有重要的意义，在工程产品化达到了良好的效果。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其特征在于，包括微流控芯片(1)、调节泵(2)和图像摄取装置(3)，所述微流控芯片(1)具有液体流道，所述调节泵(2)与所述液体流道连通，所述图像摄取装置(3)靠近所述微流控芯片(1)设置，所述图像摄取装置(3)用于获取所述微流控芯片(1)的图像。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其特征在于，还包括中央处理器(4)，所述调节泵(2)和所述图像摄取装置(3)与所述中央处理器(4)控制连接，以使所述中央处理器(4)根据所述图像摄取装置(3)获取的图像控制所述调节泵(2)。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其特征在于，还包括进出液系统(5)，所述进出液系统(5)包括若干进液导管和出液导管，所述微流控芯片(1)上连接有若干个进液接头和出液接头，所述进液接头与所述出液接头与所述液体流道连通，所述进液接头与所述进液导管连接，所述出液接头与所述出液导管连接，所述调节泵(2)连接在所述进液导管上。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其特征在于，所述进液接头和所述出液接头中均分别设有开关阀。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其特征在于，还包括中央处理器(4)，所述进液导管、所述出液导管中分别设有流量传感器和压力传感器，所述调节泵(2)、所述图像摄取装置(3)、所述流量传感器、所述压力传感器和所述开关阀分别与所述中央处理器(4)通讯连接，以使所述中央处理器(4)根据所述图像摄取装置(3)获取的图像以及所述流量传感器和所述压力传感器的检测数据控制所述调节泵(2)和所述开关阀。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其特征在于，还包括光源，所述光源设于所述微流控芯片(1)上，所述图像摄取装置(3)设有感光芯片。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其特征在于，还包括支架，所述支架包括立柱(7)和横梁(8)，所述立柱(7)设于所述微流控芯片(1)的一侧，所述横梁(8)垂直连接在所述立柱(7)的顶端，所述图像摄取装置(3)设于所述横梁(8)上，所述微流控芯片(1)位于所述横梁(8)的正下方。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其特征在于，还包括定位机构，所述定位机构包括放置平台(9)和设于所述放置平台(9)上的第一定位块(10)、第二定位块(11)、第三定位块(12)、第四定位块(13)、第一驱动装置(14)、第二驱动装置(15)、第三驱动装置(16)和第四驱动装置(17)，所述放置平台(9)位于所述横梁(8)的下方，所述微流控芯片(1)放置在所述放置平台(9)上，所述第一定位块(10)和所述第三定位块(12)位于所述微流控芯片(1)的两侧，所述第二定位块(11)和所述第四定位块(13)位于所述微流控芯片(1)的另外两侧，所述第一定位块(10)与所述第一驱动装置(14)连接，所述第三定位块(12)与所述第三驱动装置(16)连接，以带动所述第一定位块(10)和所述第三定位块(12)相互靠近或远离，所述第二定位块(11)与所述第二驱动装置(15)连接，所述第四定位块(13)与所述第四驱动装置(17)连接，以带动所述第二定位块(11)和所述第四定位块(13)相互靠近或远离。

9.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其特征在于，所述调节泵(2)为注射泵或压力泵。

10.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微流控实时自动控制系统，其特征在于，所述图像摄取装置(3)为荧光显微镜和高速相机，所述荧光显微镜位于所述微流控芯片(1)与所述高速相机之间。

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