KR20110111131A - Flow sensor of using refractive index and measuring method of flow rate - Google Patents

Flow sensor of using refractive index and measuring method of flow rate Download PDF

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KR20110111131A
KR20110111131A KR1020100030534A KR20100030534A KR20110111131A KR 20110111131 A KR20110111131 A KR 20110111131A KR 1020100030534 A KR1020100030534 A KR 1020100030534A KR 20100030534 A KR20100030534 A KR 20100030534A KR 20110111131 A KR20110111131 A KR 20110111131A
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Abstract

본 발명이 해결하려는 과제는 미세유로채널에 유입된 유체의 굴절률 변화를 이용하여 정확한 유량을 측정할 수 있는 유체센서를 제공하는 것이다. 본 발명 굴절률 변화를 이용한 유체센서는 미세유로채널에 광을 조사하기 위한 광원과; 상기 광원으로 부터 방출된 광이 미세유로채널 내부에 존재하는 유체 또는 기포에 의해 굴절되어 변화된 광량을 검출하기 위한 광검출기로 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 미세유로채널 내부에 유입된 유체에 기포가 존재하는지 여부를 용이하게 알 수 있는 장점이 있다. 또한, 미세유로채널 내부에 유입된 유체에 일정부피의 기포를 주입하여 유체의 정확한 유속을 측정할 수 있으며, 상기 측정된 유속을 이용하여 미세유로채널 내부에 유입된 유체에 기포가 존재하는 경우에도 유체의 정확한 유량을 측정할 수 있으므로 미세유로채널에 유입된 유체의 유속과 유량을 정확하게 측정하여 제어할 수 있는 장점이 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a fluid sensor that can measure the accurate flow rate by using the refractive index change of the fluid introduced into the micro-channel. The fluid sensor using the refractive index change of the present invention includes a light source for irradiating light to the micro channel; The light emitted from the light source is refracted by the fluid or bubbles present in the micro-channel channel is characterized by consisting of a photo detector for detecting the changed amount of light. According to the present invention, there is an advantage that it is easy to know whether bubbles exist in the fluid introduced into the microchannel. In addition, an accurate flow velocity of the fluid may be measured by injecting a predetermined volume of bubbles into the fluid introduced into the micro channel, and even when bubbles exist in the fluid introduced into the micro channel using the measured flow rate. Since the accurate flow rate of the fluid can be measured, there is an advantage in that the flow rate and flow rate of the fluid introduced into the microchannel channel can be accurately measured and controlled.

Description

굴절률 변화를 이용한 유체센서 및 이를 이용한 유량 측정방법 { FLOW SENSOR OF USING REFRACTIVE INDEX AND MEASURING METHOD OF FLOW RATE }Fluid sensor using refractive index and flow measurement method using same {FLOW SENSOR OF USING REFRACTIVE INDEX AND MEASURING METHOD OF FLOW RATE}

본 발명은 유체센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세유로채널에 유입된 유체와 내부에 존재하는 기포의 굴절률 변화를 이용하여 정확한 유속과 유량을 측정할 수 있는 유체센서와 이를 이용한 유속·유량 측정방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fluid sensor, and more particularly, to a fluid sensor capable of measuring accurate flow rate and flow rate using a refractive index change of a fluid introduced into a microchannel and bubbles present therein, and a flow rate and flow rate measurement using the same. It is about a method.

최근 랩온어칩((Lab on a chip) 및 흐름주입분석(Flow injection analysis)등과 같은 마이크로플루딕(Microfluidic) 기술은 화학물질 및 바이오물질의 고수율 합성, 제약물질의 고속 약효검사, 현장 실시간 질병 및 위해물질 검사와 같은 다양한 분야에서 그 활용가치를 높이고 있다. 이러한 마이크로플루딕 기술은 미세유로채널로 구성되기 때문에 미세유로채널 내부에 유입된 유체의 유속과 유량을 정확하게 측정하는 것이 가장 핵심기술이라고 할 수 있다.Recently, Microfluidic technologies such as Lab on a chip and Flow injection analysis have been used for high yield synthesis of chemicals and biomaterials, rapid drug efficacy testing of pharmaceuticals, and real-time disease in the field. In addition, the microfluidic technology is composed of microchannels. Therefore, it is essential to accurately measure the flow rate and flow rate of the fluid flowing into the microchannels. can do.

그러나 미세유로채널 내부의 유체의 유속이나 유량을 정확히 측정할 수 있는 측정장치와 측정방법이 없어 미세유로채널의 내부에 유체를 주입하는 펌프의 압력에 의해서만 유속과 유량을 측정하고 있다. 또한, 극미량의 물질을 합성하거나 측정하는 시스템에서는 미세유로채널의 재료특성, 온도 및 압력 변화에 의해 기포가 발생하므로 펌프의 압력에 의해서만 유체의 유속과 유량을 제어하게 되면 미세유로채널 내부의 유체의 유속과 유량을 정확하게 제어를 할 수 없는 문제점이 있다.
However, since there is no measuring device and a measuring method capable of accurately measuring the flow rate or flow rate of the fluid in the microfluidic channel, the flow rate and the flow rate are measured only by the pressure of a pump that injects the fluid into the microfluidic channel. In addition, in a system for synthesizing or measuring a very small amount of material, bubbles are generated due to changes in material characteristics, temperature, and pressure of the microchannel. Therefore, if the flow rate and flow rate of the fluid are controlled only by the pressure of the pump, There is a problem that can not accurately control the flow rate and flow rate.

종래 수십㎜ 이상의 직경을 가지는 채널에 유입되는 유체의 유속과 유량을 측정하는 센서는 변화되는 온도, 압력 및 초음파 변위특성을 이용하고 있으며, 아래와 같이 공지 되어있다.Conventionally, sensors for measuring the flow rate and flow rate of a fluid flowing into a channel having a diameter of several tens of mm or more utilize changing temperature, pressure, and ultrasonic displacement characteristics, and are known as follows.

가스 또는 액체와 같은 유체의 유량을 측정하기 위하여 유체의 유량에 의해 변화는 온도를 측정하여 유량을 판단하는 유량계는 공지기술에 해당하며, 유체가 흐르는 관속에 플로트를 장착하여 상기 플로트의 위치를 광학적으로 검출함으로써 유량을 측정하는 기술은 공지 되어있다.(대한민국 공개번호 10-2006-0116734)In order to measure the flow rate of a fluid such as a gas or a liquid, a flow meter that determines the flow rate by measuring a temperature that changes by the flow rate of the fluid is a known technique, and a float is mounted in a pipe through which the fluid flows to optically position the float. The technique for measuring the flow rate by detecting the gas is known (Korean Publication No. 10-2006-0116734).

또한, 유체가 흐를 때 발생하는 압력전파를 이용하여 유체벽에 발생하는 유체진동을 유량에 비례하도록 설계한 유량계(미국특허 제3,640,113호, 미국특허 제3,690,1712호, 일본특허공고 소53-77558호), 유체가 유입되는 미세유로채널의 내부에 플로트의 위치를 검출하여 유량을 측정하기 위해 미세유로채널의 외부 측면에 CCD라인 센서들을 설치하여 유량을 측정하는 유량계(일본특허 공개공보 제2001-221666호), 유체가 유입되는 미세유로채널의 내부에 영구자석으로 된 플로트의 위치를 자기센서를 이용하여 유량을 측정하는 유량계(일본특허공개공보 제H11-190664호)가 공지되어 있다.In addition, a flow meter designed to proportion the flow rate of the fluid vibration generated in the fluid wall using pressure propagation generated when the fluid flows (US Patent No. 3,640,113, US Patent No. 3,690,1712, Japanese Patent Publication No. 53-77558). In order to measure the flow rate by detecting the position of the float inside the micro flow channel into which the fluid flows, a flow meter for measuring the flow rate by installing CCD line sensors on the outer side of the micro flow channel (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-) 221666), and a flow meter (Japanese Patent Laid-Open No. H11-190664) for measuring the flow rate using a magnetic sensor at a position of a float made of a permanent magnet inside a micro flow channel into which a fluid is introduced.

상기 공지된 유량계들은 수십㎜ 이상의 직경을 가지는 채널에서는 사용할 수 있으나 미세유로채널에서는 사용할 수 없는 문제점이 있다.
The known flowmeters can be used in channels having a diameter of several tens of millimeters or more, but they cannot be used in microchannels.

상기 문제점을 해결하기 위하여 미세유로채널 내부의 유체의 유속과 유량을 측정하기 위해 발색 시약을 이용하거나 토출구에서 직접 부피를 측정하는 방법이 공지 되어있다. (D. J. Beebe, G. A. Mensing, G. M. Walker "Physics and application of microfluidics in biology" Annu. Rev. Biomed. Eng., vol. 4,pp. 261-286, 2002년) 또한, 최근 미세유로채널 내부에 전기화학적으로 임의로 발생시킨 기포의 압력변화를 전기적 저항변호로 측정하는 방법이 공지 되어있다. (J. Wang, M. S. Sullivan, S. Z. Hua "Electrolytic-bubble-based flow sensor for microfluidic systems" J. Microelectromech. Syst., vol. 73, pp. 576-585. 2004년)In order to solve the above problem, a method of using a coloring reagent or measuring a volume directly at an outlet port is known to measure the flow rate and flow rate of the fluid inside the microchannel. (DJ Beebe, GA Mensing, GM Walker "Physics and application of microfluidics in biology" Annu. Rev. Biomed. Eng., Vol. 4, pp. 261-286, 2002) It is known to measure the pressure change of bubbles generated randomly by electrical resistance variation. (J. Wang, M. S. Sullivan, S. Z. Hua "Electrolytic-bubble-based flow sensor for microfluidic systems" J. Microelectromech. Syst., Vol. 73, pp. 576-585. 2004)

상기 공지된 기술들은 미세유로채널 내부에 유입된 유체의 유속과 유량을 정확하게 측정 할 수 없고, 또한, 유입된 유체의 내부에 기포가 존재하는 경우 정확한 유속과 유량을 측정할 수 없는 문제점이 있다.
The known techniques are not able to accurately measure the flow rate and flow rate of the fluid introduced into the microfluidic channel, and also, there is a problem that can not accurately measure the flow rate and flow rate when there is a bubble inside the introduced fluid.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로,The present invention was made to solve the above problems,

본 발명이 해결하려는 과제는 미세유로채널에 유입된 유체의 굴절률 변화를 이용하여 정확한 유량을 측정할 수 있는 유체센서를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a fluid sensor that can measure the accurate flow rate by using the refractive index change of the fluid introduced into the micro-channel.

본 발명이 해결하려는 과제는 미세유로채널에 유입된 유체에 기포가 존재하는 경우에도 정확한 유량을 측정할 수 있는 유체센서를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a fluid sensor that can measure the correct flow rate even when bubbles exist in the fluid flowing into the micro-channel.

본 발명이 해결하려는 과제는 미세유로채널에 유입된 유체에 일정한 크기의 기포를 주입하여 정확한 유속을 측정할 수 있는 유체센서를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a fluid sensor that can measure a precise flow rate by injecting a bubble of a predetermined size to the fluid introduced into the micro-channel.

본 발명이 해결하려는 과제는 미세유로채널에 유입된 유체에 기포가 존재하는지 여부를 감지하는 유체센서를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a fluid sensor for detecting whether there is a bubble in the fluid introduced into the micro-channel.

본 발명이 해결하려는 과제는 미세유로채널의 내부에 유입된 유체 또는 기포에 의한 굴절률 변화를 이용하여 미세유로채널에 유입된 유체에 기포가 존재하는 경우에도 정확한 유량을 측정할 수 있는 유량측정방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is a flow rate measuring method that can measure the accurate flow rate even when bubbles are present in the fluid introduced into the micro-channel by using the refractive index change by the fluid or bubbles introduced into the micro-channel. To provide.

본 발명이 해결하려는 과제는 미세유로채널의 내부에 유입된 유체 또는 기포에 의한 굴절률 변화를 이용하여 미세유로채널에 유입된 유체에 특정한 크기의 기포를 주입하여 정확한 유속을 측정할 수 있는 유량측정방법을 제공하는 것이다.
The problem to be solved by the present invention is a flow measurement method that can measure the precise flow rate by injecting a bubble of a specific size to the fluid introduced into the micro channel using a change in the refractive index of the fluid or bubbles introduced into the micro channel To provide.

굴절률 변화를 이용한 유체센서는 미세유로채널에 광을 조사하기 위한 광원과; 상기 광원으로부터 방출된 광이 미세유로채널 내부에 존재하는 유체 또는 기포에 의해 굴절되어 변화된 광량을 검출하기 위한 광검출기로 구성된 것을 특징으로 한다.A fluid sensor using a change in refractive index includes: a light source for irradiating light onto the micro channel; The light emitted from the light source is refracted by the fluid or bubbles present in the micro-channel channel is characterized by consisting of a photodetector for detecting the changed amount of light.

상기 굴절률 변화를 이용한 유체센서는 광의 굴절에 의한 광량의 변화를 정확하게 감지하기 위해 광원과 광검출기 사이에 적어도 하나 이상의 슬릿개구를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The fluid sensor using the change in refractive index is characterized in that it further comprises at least one or more slit openings between the light source and the photodetector to accurately detect the change in the amount of light due to the refraction of light.

상기 굴절률 변화를 이용한 유체센서가 설치되는 미세유로채널(14)은 광원으로 부터 방출된 광을 투과시킬 수 있는 재질로 형성되고 미세유로채널(14)의 단면적이 25㎜2이하인 것을 특징으로 한다.The micro flow channel 14 in which the fluid sensor using the refractive index change is installed is formed of a material capable of transmitting light emitted from the light source, and the cross-sectional area of the micro flow channel 14 is 25 mm 2 or less.

상기 굴절률 변화를 이용한 유체센서의 광원은 레이져 다이오드, 발광 다이오드, 할로겐 램프, 텅스텐 램프 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.The light source of the fluid sensor using the refractive index change is characterized in that any one of a laser diode, a light emitting diode, a halogen lamp, a tungsten lamp.

상기 굴절률 변화를 이용한 유체센서는 구간내의 기포의 유무를 측정하기 위해 복수개로 구성된 것을 특징으로 한다.The fluid sensor using the change in refractive index is characterized in that a plurality of configured to measure the presence or absence of bubbles in the section.

상기 굴절률 변화를 이용한 유체센서는 미세유로채널에 유입되는 유체와 굴절률이 다른 물질을 주입할 수 있는 주입장치를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The fluid sensor using the change in refractive index is characterized in that it further comprises an injection device for injecting a material having a different refractive index and the fluid flowing into the micro-channel.

상기 주입장치는 미세유로채널에 유입되는 유체와 혼합되지 않는 물질을 주입하는 것을 특징으로 한다.The injection device is characterized by injecting a material that is not mixed with the fluid flowing into the micro-channel.

유량 측정방법은 (a) 굴절률 변화를 이용한 유체센서의 광 검출기에서 광원으로부터 방출된 광을 검출하기 위해 슬릿개구의 위치를 조절한 후 미세유로채널에 유체를 주입하는 단계와; (b) 상기 주입된 유체의 내부에 기포가 존재하는지 여부를 측정하는 단계와; (c) 주입장치를 이용하여 상기 주입된 유체와 다른 굴절률을 가진 물질을 일정 부피로 주입하여 유속을 측정하는 단계와; (d) 상기 측정된 유속과 미세유로채널 내부의 유체와 유체에 존재하는 기포, 주입된 물질에 의해 광검출기에서 검출된 광량이 변화된 시간, 미세유로채널의 내경을 이용하여 정확한 유량을 측정단계로 구성된 것을 특징으로 한다.The flow rate measuring method includes (a) injecting fluid into the microchannel after adjusting the position of the slit opening in order to detect the light emitted from the light source in the photodetector of the fluid sensor using the refractive index change; (b) measuring whether bubbles exist inside the injected fluid; (c) measuring a flow rate by injecting a substance having a refractive index different from that of the injected fluid in a predetermined volume by using an injection device; (d) measuring the accurate flow rate using the measured flow rate, the bubbles present in the fluid and the fluid inside the microchannel, the time the amount of light detected by the photodetector is changed by the injected material, and the inner diameter of the microchannel. Characterized in that configured.

상기 (b)는 유체와 기포의 굴절률 차이에 의해 나타나는 광검출기에 검출된 전기적 신호의 차이를 이용하여 주입된 유체의 내부에 기포가 존재하는지 여부를 측정하는 것을 특징으로 한다.(B) is characterized by measuring whether or not bubbles exist in the injected fluid by using the difference in the electrical signal detected by the photodetector represented by the difference in refractive index between the fluid and the bubble.

상기 (c)는 미세유로채널에 유입된 유체에 주입장치를 이용하여 상기 유체와 굴절률이 다른 물질을 주입하는 단계와; 상기 주입된 물질에 의해 굴절률의 변화가 발생하는 시간을 측정하는 단계와; 상기 주입된 물질의 길이와 굴절률의 변화가 발생하는 시간을 통해 유속을 측정하는 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.
(C) injecting a material having a refractive index different from that of the fluid by using an injection device into the fluid introduced into the microchannel; Measuring a time at which a change in refractive index occurs by the injected material; And measuring the flow rate through the time at which the change in the length and refractive index of the injected material occurs.

본 발명에 의하면, 미세유로채널 내부에 유입된 유체에 기포가 존재하는지 여부를 용이하게 알 수 있는 장점이 있다. 또한, 미세유로채널 내부에 유입된 유체에 일정 부피의 물질(공기 기포 등)을 주입하여 유체의 정확한 유속을 측정할 수 있으며, 상기 측정된 유속을 이용하여 미세유로채널 내부에 유입된 유체에 기포가 존재하는 경우에도 유체의 정확한 유량을 측정할 수 있으므로 미세유로채널에 유입된 유체의 유속과 유량을 정확하게 측정하여 제어할 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, there is an advantage that it is easy to know whether bubbles exist in the fluid introduced into the microchannel. In addition, an accurate flow rate of the fluid may be measured by injecting a volume of a substance (air bubbles, etc.) into the fluid introduced into the micro channel, and by using the measured flow rate, bubbles are introduced into the fluid introduced into the micro channel. Even if there is an accurate flow rate of the fluid can be measured, there is an advantage that can be accurately measured and controlled the flow rate and flow rate of the fluid introduced into the micro-channel.

도 1은 본 발명의 제 1실시예를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2실시예를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 3실시예를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 4실시예를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제 3실시예의 사용상태도를 도시한 단면도.
도 6은 유체흐름을 측정하기 위한 실험데이터의 그래프.
도 7은 유속, 유량을 측정하기 위한 실험데이터의 그래프.1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention.
2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.
3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention.
4 is a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
Fig. 5 is a sectional view showing a state of use of the third embodiment of the present invention.
6 is a graph of experimental data for measuring fluid flow;
7 is a graph of experimental data for measuring flow velocity and flow rate.

이하 본 발명 굴절률 변화를 이용한 유체센서 및 이를 이용한 유량 측정방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서 유량은 유체의 양으로 정의한다.
Hereinafter, the fluid sensor using the refractive index change of the present invention and a preferred embodiment of the flow rate measuring method using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, the flow rate is defined as the amount of fluid.

도 1은 본 발명의 제 1실시예를 도시한 단면도로, 도 1에 의하면 유체센서(10)는 미세유로채널(14)에 광을 조사하기 위한 광원(11)과 미세유로채널(14)을 통과한 광을 검출하기 위한 광검출기(12)로 구성되며, 미세유로채널(14) 내부에 존재하는 물질에 의해 굴절된 광의 세기 변화를 정확하게 검출하기 위해 제 1슬릿개구(13a)를 광원(11)과 미세유로채널(14) 사이에 설치할 수 있으며, 제 2슬릿개구(13b)를 광검출기(12)와 미세유로채널(14) 사이에 설치할 수 있다.1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention. According to FIG. 1, the fluid sensor 10 may include a light source 11 and a micro channel 14 for irradiating light onto the micro channel 14. It consists of a photo detector 12 for detecting the light passing through the first slit opening 13a to accurately detect the change in the intensity of the light refracted by the material present in the micro-channel 14, the light source 11 ) And the microchannel channel 14, and the second slit opening 13b may be installed between the photodetector 12 and the microchannel channel 14.

유체센서(10)의 광원(11)은 제 1슬릿개구(13a)로 광을 방출하고, 제 1슬릿개구(13a)는 광원(11)에서 방출된 광을 제 1슬릿개구(13a)의 크기만큼 통과시킨다. 제 1슬릿개구(13a)를 통과한 광은 미세유로채널(14)을 통과하며, 미세유로채널(14) 내부에 존재하는 물질에 의해 제 1슬릿개구(13a)를 통과한 광은 굴절되어 미세유로채널(14)을 통과한다. 미세유로채널(14)을 통과한 광은 제 2슬릿개구(13b)에 조사되고, 제 2슬릿개구(13b)를 통과한 광은 광검출기(12)에 의해 전기적 신호인 전압 또는 전류로 검출된다.
The light source 11 of the fluid sensor 10 emits light to the first slit opening 13a, and the first slit opening 13a receives the light emitted from the light source 11 to the size of the first slit opening 13a. Pass as much as The light passing through the first slit opening 13a passes through the micro channel 14, and the light passing through the first slit opening 13a is refracted by the material present in the micro channel 14. It passes through the flow channel 14. The light passing through the micro channel 14 is irradiated to the second slit opening 13b, and the light passing through the second slit opening 13b is detected by the photodetector 12 as a voltage or a current which is an electrical signal. .

도 2는 본 발명의 제 2실시예를 도시한 단면도이다. 도 2에 의하면 광원(11), 광검출기(12), 제 1슬릿개구(13a), 제 2슬릿개구(13b)로 구성된 유체센서(10)가 2개로 구성된 것을 특징으로 한다. 즉, 2개의 유체센서(10)를 이용하여 2개의 유체센서(10)의 구간내에 기포 유무를 측정할 수 있다. 또한, 상기 유체센서(10)를 2개 이상 구비하여 구간내의 기포 유무를 측정할 수도 있다.
2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention. According to FIG. 2, the fluid sensor 10 including the light source 11, the photodetector 12, the first slit opening 13a, and the second slit opening 13b is composed of two. That is, the presence or absence of bubbles in the sections of the two fluid sensors 10 may be measured using the two fluid sensors 10. In addition, two or more fluid sensors 10 may be provided to measure the presence or absence of bubbles in the section.

도 3은 본 발명의 제 3실시예를 도시한 단면도이다. 도 3에 의하면 광원(11), 광검출기(12), 제 1슬릿개구(13a), 제 2슬릿개구(13b)로 구성된 유체센서(10)에 미세유로채널(14) 내부에 유입되는 유체와 다른 굴절률을 가진 물질을 주입하는 주입장치(15)를 더 포함하여 구성된다.3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the fluid flowing into the micro channel 14 is connected to the fluid sensor 10 including the light source 11, the photodetector 12, the first slit opening 13a, and the second slit opening 13b. It further comprises an injection device 15 for injecting a material having a different refractive index.

미세유로채널(14) 내부의 유속을 측정하기 위하여 주입장치(15)로 부터 유체와 혼합되지 않는 다른 굴절률을 가진 일정 부피의 물질을 주입하며, 주입되는 물질의 부피는 주입장치(15)에 의해 제어 가능하다. 미세유로채널(14)의 내경을 알고 있다면 주입장치(15)를 이용하여 미세유로채널(14) 내부의 유입되는 유체의 유속을 측정할 수 있고, 상기 측정된 유속을 이용하여 유량을 측정할 수 있다.
In order to measure the flow velocity inside the micro channel 14 is injected from the injection device 15 of a certain volume of material having a different refractive index that is not mixed with the fluid, the volume of the injected material is injected by the injection device 15 Controllable. If the inner diameter of the micro channel 14 is known, the flow rate of the fluid flowing into the micro channel 14 may be measured using the injection device 15, and the flow rate may be measured using the measured flow rate. have.

도4는 본 발명의 제 4실시예를 도시한 단면도이다. 도 2의 제 2실시예에 의한 유체센서(10)에 주입장치(15)를 더 포함하여 구성된다. 상기 주입장치(15)를 이용하여 미세유로채널(14)의 일정 구간내의 유속을 측정할 수 있고, 상기 측정된 유속을 이용하여 유량을 측정할 수 있으며, 이를 통해 미세유로채널(14)의 크기 특성을 측정할 수도 있다. 즉, 주입장치(15)를 이용하여 일정 부피의 기포를 생성하고, 생성된 기포가 미세유로채널(14)상에 특정 간격으로 설치된 유체센서(10)를 통과하는 시간을 측정하여 미세유로채널(14)의 일정 구간내의 유속을 측정할 수 있고, 상기 측정된 유속을 이용하여 유량을 측정할 수 있다. 또한, 설치된 유체센서(10)의 거리 및 주입장치(15)에 의해 주입된 기포의 부피를 알고 있으며 측정된 유량으로부터 미세유로채널(14)의 내경, 폭 또는 높이를 알 수 있다. 일반적으로 랩온어칩의 미세유로채널인 경우 그 채널의 폭과 높이를 알고 있기 때문에 칩을 제작한 재료의 표면 재질 특성으로 나타나는 유속상수를 알 수 있다.
4 is a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention. The fluid sensor 10 according to the second embodiment of FIG. 2 further includes an injection device 15. The injection device 15 may be used to measure the flow rate within a predetermined section of the micro channel 14, and to measure the flow rate using the measured flow rate, through which the size of the micro channel 14 Properties can also be measured. That is, by using the injection device 15 to generate a predetermined volume of bubbles, and measuring the time that the generated bubbles pass through the fluid sensor 10 installed at a specific interval on the micro-channel 14 and the micro-channel ( The flow velocity within a predetermined section of 14) can be measured, and the flow rate can be measured using the measured flow rate. In addition, the distance of the installed fluid sensor 10 and the volume of bubbles injected by the injection device 15 are known, and the inner diameter, width or height of the micro channel 14 may be known from the measured flow rate. In general, in the case of the micro-channel of the lab-on-a-chip, the width and height of the channel are known, and thus, the flow rate constant that appears as a characteristic of the surface material of the fabricated chip can be known.

상기 제 1실시예·제 2실시예·제 3실시예·제 4실시예에 사용되는 미세유로채널(14)은 직경이 5㎜ 이하로 광이 투과할 수 있는 재질인 플라스틱, 유리, 석영중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하고, 제 2슬릿개구(13b)는 광검출기(12)에서 최대광량을 검출할 수 있도록 위치 조절 가능하게 형성된다. 또한, 상기 제 1실시예·제 2실시예·제 3실시예·제 4실시예에 사용되는 광원(11)은 레이져 다이오드, 발광 다이오드, 할로겐 램프, 텅스텐 램프중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 사용되는 파장영역은 가시광선에서 근적외선 파장 영역을 포함한다. 또한, 광을 도파 시킬 수 있는 광섬유 및 광을 집광 시킬 수 있는 렌즈를 더 포함하여 구성될 수 있다.The micro channel 14 used in the first, second, third, and fourth embodiments is any one of plastic, glass, and quartz, the material of which light can be transmitted with a diameter of 5 mm or less. It is preferable to use one, and the second slit opening 13b is formed to be position adjustable so that the maximum light amount can be detected by the photodetector 12. As the light source 11 used in the first, second, third, and fourth embodiments, any one of a laser diode, a light emitting diode, a halogen lamp, and a tungsten lamp may be used. The wavelength region to be included includes a near infrared wavelength region in visible light. In addition, it may be configured to further include an optical fiber that can guide light and a lens that can condense light.

상기, 제 3실시예·제 4실시예에 사용되는 주입장치(15)는 미세유로채널(14) 내부의 유체와 다른 굴절률을 가진 물질을 주입하며, 주입되는 물질은 미세유로채널(14) 내부의 유체와 혼합되지 않는 물질을 주입한다. 바람직하게는 기포, 마이크로 또는 나노 크기의 플로터를 주입한다.
The injection device 15 used in the third and fourth embodiments injects a material having a refractive index different from that of the fluid in the microchannel 14, and the injected material is in the microchannel 14. Inject a substance that does not mix with the fluid. Preferably a bubble, micro or nano sized plotter is injected.

도 5는 본 발명 제 3실시예를 도시한 사용상태도의 단면도이다. 미세유로채널(14) 내부에 유입된 유체에 기포가 존재하는지 여부를 측정하는 경우에는 주입장치(15)에서 미세유로채널(14) 내부로 유체와 다른 굴절률을 가진 물질을 주입하지 않고 미세유로채널(14) 내부에 유입된 유체의 굴절률 변화를 이용하여 유체에 기포가 존재하는지 유무를 측정한다. 즉, 유체와 기포의 굴절률이 상이하므로 유체에 기포가 존재하는 경우 광검출기(12)에서 검출된 전기전 신호인 전압 또는 전류의 크기가 변화하는 것을 이용하여 기포의 유무를 측정한다.5 is a cross-sectional view of a state diagram showing use of the third embodiment of the present invention. When measuring whether or not bubbles exist in the fluid flowing into the micro channel 14, the micro channel without injecting a material having a refractive index different from the fluid from the injection device 15 into the micro channel 14 (14) The presence or absence of air bubbles in the fluid is measured using the change in the refractive index of the fluid introduced therein. That is, since the refractive indexes of the fluid and the bubble are different, the presence or absence of bubbles is measured by changing the magnitude of the voltage or current, which is an electric signal detected by the photodetector 12, when bubbles are present in the fluid.

미세유로채널(14) 내부의 유체의 유속과 유량을 측정하는 경우에 주입장치(15)를 이용하여 일정한 부피로 물질을 주입하고 유입된 유체에 의해 굴절률이 변하는 시간을 이용하여 유속과 유량을 측정한다. 또한, 상기 측정된 유속과 미세유로채널(14)에 유입된 유체에 의해 굴절률이 변하는 시간을 이용하여 유량을 측정한다. 또한, 상기 측정된 유속과 미세유로채널(14)에 유입된 유체에 존재하는 기포에 의해 굴절률이 변하는 시간, 미세유로채널(14)의 내경을 이용하여 기포의 부피를 측정한다. 아울러, 측정된 유속과 주입장치(15)에 의해 주입된 물질에 의해 굴절률이 변하는 시간을 이용하여 물질의 부피를 측정한다. 상기 측정된 유량과 기포의 부피, 물질의 부피를 이용하여 미세유로채널(14)에 유입된 유체에 기포가 존재하는 경우에도 정확한 유량을 측정할 수 있다.
In the case of measuring the flow rate and flow rate of the fluid inside the micro channel 14, the material is injected in a constant volume using the injection device 15 and the flow rate and flow rate are measured using the time when the refractive index is changed by the introduced fluid. do. In addition, the flow rate is measured using the measured flow rate and the time when the refractive index is changed by the fluid introduced into the micro channel 14. In addition, the volume of the bubble is measured using the measured flow rate and the time when the refractive index is changed by the bubbles present in the fluid flowing into the micro channel 14, and the inner diameter of the micro channel 14. In addition, the volume of the material is measured using the measured flow rate and the time at which the refractive index is changed by the material injected by the injection device 15. By using the measured flow rate, the volume of bubbles, and the volume of the material, even when bubbles exist in the fluid flowing into the microchannel channel 14, the accurate flow rate can be measured.

이상, 본 발명 유체센서(10)의 구성과 동작상태에 대해 상세히 설명하였다. 이하, 본 발명 유체센서(10)를 이용하여 미세유로채널(14)에 유입된 유체의 정확한 유량을 측정하기 위한 방법과, 상기 유량을 측정하기 위해 유입된 유체에 기포가 존재하는지 여부와 유입된 유체의 유속을 측정하기 위한 방법에 대해 상세히 설명한다.
The configuration and operation state of the fluid sensor 10 of the present invention have been described in detail above. Hereinafter, a method for measuring an accurate flow rate of the fluid introduced into the microfluidic channel 14 using the fluid sensor 10 of the present invention, and whether or not bubbles exist in the flowed fluid for measuring the flow rate The method for measuring the flow rate of a fluid is explained in full detail.

먼저, 유량을 측정하기 위해 유입된 유체에 기포가 존재하는지 여부를 측정하는 방법에 대해 설명한다. 유체센서(10)를 이용하여 미세유로채널(14) 내부의 굴절률 변화를 이용하여 유입된 유체에 기포가 존재하는지 여부를 측정할 수 있다. 미세유로채널(14) 내부로 본격적으로 유체를 주입하기 전 광검출기(12)에서 유체에 의해 굴절된 광량의 최대값을 검출할 수 있도록 제 2슬릿개구(13b)의 위치를 조절한 후 주입장치(15)를 이용하여 미세유로채널(14) 내부에 유체 또는 이물질이 제거될때까지 기포를 주입하여 유체센서(10) 사용 준비를 완료한다. First, a method of measuring whether or not bubbles exist in the introduced fluid to measure the flow rate will be described. The fluid sensor 10 may be used to measure whether bubbles exist in the fluid introduced by using a change in refractive index inside the micro channel 14. The injection device after adjusting the position of the second slit opening 13b to detect the maximum value of the amount of light refracted by the fluid in the photodetector 12 before injecting the fluid into the micro channel 14 in earnest. Using (15) to inject bubbles until the fluid or foreign matter is removed inside the micro-channel 14 to complete the preparation of the fluid sensor 10.

유체센서(10) 조절을 완료한 후, 미세유로채널(14)에 유체를 주입하여 굴절률 변화를 이용하여 유체 내부에 기포가 존재하는지 여부를 측정한다. 즉, 미세유로채널(14)에 유체만 유입되는 경우 광검출기(12)에서 검출되는 전기적 신호는 최대가 되며, 유체에 기포가 포함되어 있는 경우 유체와 기포의 굴절률이 다르므로 광검출기(12)에서 검출되는 전기적 신호의 세기가 감소한다. 즉, 광검출기(12)에서 검출되는 전기적 신호의 감소가 없는 경우는 유체에 기포가 포함되어 있지 않은 경우이고, 전기적 신호가 감소하는 경우는 유체에 기포가 포함된 경우이다.
After the adjustment of the fluid sensor 10 is completed, the fluid is injected into the micro channel 14 to measure whether there are bubbles in the fluid using the change in refractive index. That is, when only the fluid flows into the microchannel channel 14, the electrical signal detected by the photodetector 12 is maximum, and when the fluid contains bubbles, the refractive indexes of the fluid and the bubbles are different so that the photodetector 12 The intensity of the electrical signal detected at That is, when there is no reduction in the electrical signal detected by the photodetector 12, bubbles are not included in the fluid, and when the electrical signal is reduced, bubbles are included in the fluid.

유체의 유속을 측정하는 방법에 대해 상세히 설명하면, 광검출기(12)에서 광원(11)에서 방출된 광의 최대값을 검출하기 위해 제 2슬릿개구(13b)의 위치를 조절하는 방법은 기포유무 측정방법에 상술한 방법과 동일하다.The method of measuring the flow velocity of the fluid will be described in detail. The method of adjusting the position of the second slit opening 13b in order to detect the maximum value of the light emitted from the light source 11 in the photodetector 12 measures the presence of bubbles. The method is the same as the method described above.

유체센서(10) 위치의 조절을 완료한 후 미세유로채널(14) 내부로 유체를 주입하고, 주입장치(15)를 이용하여 길이를 알고 있는 기포를 미세유로채널(14)에 주입한다. 주입장치(15)에 의해 주입된 기포에 의해 광검출기(12)에서 검출되는 전기적 신호의 크기가 감소하며, 주입된 기포의 길이(기포의 길이 = 기포의 부피 / 미세유로채널의 단면적)에 따라 광검출기(12)에서 감소된 전기적 신호가 검출되는 시간이 결정된다. 즉, 주입된 기포의 길이가 길면 광검출기(12)에서 감소된 전기적 신호가 검출되는 시간이 상대적으로 길어지며, 주입된 기포의 길이가 적으면 광검출기(12)에서 감소된 전기적 신호가 검출되는 시간이 상대적으로 줄어든다.After the adjustment of the position of the fluid sensor 10 is completed, the fluid is injected into the microfluidic channel 14, and the bubble having a known length is injected into the microfluidic channel 14 using the injection device 15. Bubbles injected by the injection device 15 reduce the magnitude of the electrical signal detected by the photodetector 12 and depend on the length of the injected bubbles (length of bubbles = volume of bubbles / cross-sectional area of the microchannel channel). The time at which the reduced electrical signal is detected in the photodetector 12 is determined. That is, when the length of the injected bubble is long, the time for detecting the reduced electrical signal in the photodetector 12 is relatively long. When the length of the injected bubble is short, the reduced electrical signal in the photodetector 12 is detected. The time is relatively reduced.

상기 주입장치(15)에 의해 주입된 기포의 길이와 상기 기포에 의해 감소된 전기적 신호가 검출된 시간을 이용하여 유속을 측정할 수 있다. (속도 = 이동거리 / 시간)
The flow velocity may be measured by using the length of the bubble injected by the injection device 15 and the time when the electrical signal reduced by the bubble is detected. (Speed = distance / time)

이하, 상기 측정한 유속을 이용하여 미세유로채널(14)에 유입된 유체에 기포가 존재하는 경우 정확한 유량을 측정하기 위한 방법에 대해 상세히 설명한다. 정확한 유체의 유량을 측정하기 위해 미세유로채널(14)에 유체를 주입하고 주입장치(15)를 이용하여 유체와 다른 굴절률을 가진 물질을 특정길이로 주입하여 유속을 측정하고, 상기 측정된 유속과 미세유로채널(14) 내부의 유체·유체에 존재하는 기포·주입된 물질에 의해 광검출기(12)에서 검출된 전기적 신호 변화의 지속시간을 이용하여 정확한 유량을 측정한다. 상술한 설명에서 기포 유무 측정방법, 유속 측정방법에 대해 상세하게 설명하였으므로, 정확한 유량을 측정하는 방법에 대해 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a method for measuring an accurate flow rate when bubbles exist in the fluid flowing into the micro channel 14 using the measured flow rate will be described in detail. In order to measure the flow rate of the fluid accurately, the fluid is injected into the microchannel channel 14 and the injection device 15 is used to inject a material having a refractive index different from that of the fluid to a specific length to measure the flow rate, and Accurate flow rate is measured using the duration of the electrical signal change detected by the photodetector 12 by the bubbles and injected substances present in the fluid and fluid inside the microfluidic channel 14. In the above description, since the bubble measuring method and the flow rate measuring method have been described in detail, a method of measuring an accurate flow rate will be described in detail.

상기 유속 측정방법에 의해 측정된 유속을 기반으로 하여 유량을 측정한다. 미세유로채널(14) 내부로 주입된 유체로 인해 발생하는 전기적 신호의 변화를 광검출기(12)를 통해 측정하고, 상기 주입된 유체로 인해 광검출기(12)에서 검출되는 전기적 신호가 변화하는 시간을 측정한다. 또한, 미세유로채널(14) 내부에 유입된 유체에 존재하는 기포로 인해 발생하는 전기적 신호의 변화를 광검출기(12)를 통해 측정하고, 유체에 존재하는 기포로 인해 광검출기(12)에서 검출되는 전기적 신호가 변화하는 시간을 측정한다. 아울러, 유속을 측정하기 위해 주입장치(15)에 의해 주입된 물질로 인해 발생하는 전기적 신호의 변화를 광검출기(12)를 통해 측정하고, 주입된 물질로 인해 광검출기(12)에서 검출되는 전기적 신호가 변화하는 시간을 측정한다.The flow rate is measured based on the flow rate measured by the flow rate measuring method. The change of the electrical signal generated by the fluid injected into the microchannel channel 14 is measured through the photodetector 12, and the time at which the electrical signal detected by the photodetector 12 changes due to the injected fluid. Measure In addition, the change of the electrical signal generated by the bubbles present in the fluid introduced into the micro-channel 14 is measured through the photo detector 12, and detected by the photo detector 12 due to the bubbles present in the fluid. Measure the time the electrical signal changes. In addition, the change of the electrical signal generated by the material injected by the injection device 15 to measure the flow rate through the photodetector 12, and the electrical detected by the photodetector 12 due to the injected material Measure the time the signal changes.

유체로 인해 광검출기(12)에서 검출되는 전기적 신호가 변하는 시간과 유속 측정방법에 의해 측정한 유속, 미세유로채널(12)의 단면적을 이용하여 미세유로채널(12)에 유입된 유체의 유량을 측정한다. (유량 = 미세유로채널의 단면적×유속×전기적 신호가 변화하는 시간) 유입된 유체에 존재하는 기포로 인해 광검출기(12)에서 검출되는 전기적 신호가 변하는 시간과 유속 측정방법에 의해 측정한 유속, 미세유로채널(12)의 단면적을 이용하여 미세유로채널(12)에 유입된 유체에 존재하는 기포의 부피를 측정한다. (기포의 부피 = 미세유로채널의 단면적×기포의 유속×전기적 신호가 변화하는 시간) 주입장치(15)에 인해 주입된 물질로 인해 광검출기(12)에서 검출되는 전기적 신호가 변화하는 시간과 유속 측정방법에 의해 측정한 유속, 미세유로채널(12)의 단면적을 이용하여 미세유로채널(12)에 주입된 물질의 부피를 측정한다.(물질의 부피 = 미세유로채널의 단면적×물질의 유속×전기적 신호가 변화하는 시간)The flow rate of the fluid flowing into the microfluidic channel 12 is determined using the time at which the electrical signal detected by the photodetector 12 changes due to the fluid, the flow velocity measured by the flow rate measurement method, and the cross-sectional area of the microfluidic channel 12. Measure (Flow rate = time when the cross-sectional area × flow rate × electrical signal of the microchannel channel is changed) time when the electrical signal detected by the photodetector 12 changes due to air bubbles in the introduced fluid, and the flow rate measured by the flow rate measurement method, The volume of air bubbles present in the fluid flowing into the micro channel 12 is measured using the cross-sectional area of the micro channel 12. (Volume volume = cross-sectional area of microchannel channel x flow rate of bubbles x time when electrical signal changes) Time and flow rate at which the electrical signal detected by photodetector 12 changes due to the material injected by injection device 15 The volume of the material injected into the micro channel 12 is measured using the flow rate measured by the measuring method and the cross-sectional area of the micro channel 12. Time the electrical signal changes)

상기 측정된 유체의 유량과 유체에 존재하는 기포의 부피, 물질의 부피를 이용하여 미세유로채널(12)을 통해 공급된 정확한 유체의 유량을 측정할 수 있다(유량 = 측정된 유량 - 측정된 기포의 부피 - 측정된 물질의 부피). 즉, 상기 유량측정방법에 의하면 미세유로채널(12) 내부에 유입되는 유체의 정확한 유속과 유량을 측정할 수 있으며, 유체에 기포가 존재하는 경우에도 정확한 유량을 측정하여, 유량을 제어할 수 있는 장점이 있다.
The measured flow rate of the fluid, the volume of the bubbles present in the fluid, and the volume of the material may be used to measure the exact flow rate of the fluid supplied through the microchannel channel 12 (flow rate = measured flow rate-measured bubble). Volume of the measured material). That is, according to the flow rate measuring method, it is possible to measure the precise flow rate and the flow rate of the fluid flowing into the micro-channel channel 12, and to measure the accurate flow rate even when bubbles exist in the fluid, thereby controlling the flow rate. There is an advantage.

또한, 유체센서(10)를 이용하여 미세유로채널(14) 내부에 유체가 흐르는지 여부, 미세유로채널(12) 내경의 크기를 모르는 경우에도 주입된 유체의 부피를 알고 있는 경우 미세유로채널(14)의 내경 및 미세유로채널(14) 표면 재료특성에 따른 유속상수의 크기를 측정할 수도 있다.
In addition, even when the fluid flows inside the micro channel 14 using the fluid sensor 10 and the volume of the injected fluid is known even when the size of the inner diameter of the micro channel 12 is unknown, the micro channel ( It is also possible to measure the magnitude of the flow rate constant according to the inner diameter of the 14 and the material characteristics of the surface of the micro channel 14.

이하, 본 발명 유체센서를 이용하여 유체흐름, 유속, 유량을 측정한 실험데이터를 참조하여 유체흐름, 유속, 유량 측정방법에 대해 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of measuring a fluid flow, a flow rate, and a flow rate will be described in detail with reference to experimental data obtained by measuring a fluid flow, a flow rate, and a flow rate using the fluid sensor of the present invention.

먼저, 유체흐름을 측정한 실험데이터를 기초로 유체흐름 측정방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명 유체센서(10)의 제 1실시예를 사용하여 유체흐름 측정결과를 도 6의 그래프에 나타내었다. 유체센서(10)의 광검출기(12)로 포토다이오드를 사용하고, 상기 유체센서(10)를 생·화학적 물질분석이나 합성에서 미세유로채널(14)로 많이 사용되는 polyvinyl chloride(PVC) 재질의 미세유로채널(tygonTM, 내경 : 1.6㎜, 외경 : 3.2㎜)에 설치하고 펌프를 이용하여 미세유로채널(14)에 증류수를 주입한 후 광원(10)에서 방출된 광이 미세유로채널(14)을 통과하여 광검출기(12)에서 검출된 전기적 신호의 값이 최대값이 되도록 제 2슬릿개구(13b)의 위치를 조절한다. 유체센서(12)의 제 2슬릿개구(13b)의 위치를 조절한 후 미세유로채널(14)에 공기를 주입하여 미세유로채널(14) 내부의 증류수를 제거한다. First, a fluid flow measuring method will be described in detail based on experimental data obtained by measuring fluid flow. The fluid flow measurement result using the first embodiment of the fluid sensor 10 of the present invention is shown in the graph of FIG. A photodiode is used as the photodetector 12 of the fluid sensor 10, and the fluid sensor 10 is made of polyvinyl chloride (PVC) material, which is frequently used as a micro-channel 14 in biochemical analysis or synthesis. After installing in a micro channel (tygon TM , inner diameter: 1.6 mm, outer diameter: 3.2 mm) and injecting distilled water into the micro channel 14 using a pump, the light emitted from the light source 10 is a micro channel (14). ) And adjust the position of the second slit opening 13b so that the value of the electrical signal detected by the photodetector 12 becomes the maximum value. After adjusting the position of the second slit opening 13b of the fluid sensor 12, air is injected into the micro channel 14 to remove distilled water inside the micro channel 14.

도 6은 유체센서(12)의 제 2슬릿개구(13b)의 위치를 조절한 후 미세유로채널(14)에 주입된 증류수가 유체센서(10)를 통과하는 순간부터 광검출기(12)에 의해 검출된 전기적 신호의 변화를 나타낸 그래프이다. 유체센서(10)의 제 2슬릿개구(13b)의 위치 조절을 완료한 후 주입장치(15)를 이용하여 공기를 주입하였을 경우에 초기 광검출기(12)에 의해 검출된 전기적 신호의 전압 또는 전류은 0.2~0.4V 수준을 유지하였다. FIG. 6 shows that by adjusting the position of the second slit opening 13b of the fluid sensor 12 by the photodetector 12 from the moment when the distilled water injected into the micro channel 14 passes through the fluid sensor 10. It is a graph showing the change of the detected electrical signal. When the air is injected using the injection device 15 after the position adjustment of the second slit opening 13b of the fluid sensor 10 is completed, the voltage or current of the electrical signal detected by the initial photodetector 12 is 0.2-0.4V level was maintained.

공기를 주입한 뒤 60초 후에 증류수를 주입하였고, 주입된 증류수의 입단부가 유체센서를 통과할 때(77초) 도 6에 도시된 그래프의 A지점에서 검출된 전기적 신호의 전압 또는 전류이 2.8~3.0V 까지 순간적으로 상승하였고, 상기 전기적 신호의 전압 또는 전류(2.8~3.0V)은 증류수 말단이 통과하는 시점(도 6에 도시된 그래프의 B지점)까지 116초 정도 유지하였으며, 증류수가 통과한 후 검출된 전기적 신호의 전압 또는 전류은 0.2V를 유지하였다.60 seconds after the air was injected, distilled water was injected, and when the inlet of the injected distilled water passed through the fluid sensor (77 seconds), the voltage or current of the electrical signal detected at the point A of the graph shown in FIG. 6 was 2.8 to 3.0. It rose momentarily to V, the voltage or current of the electrical signal (2.8 ~ 3.0V) was maintained for about 116 seconds until the point of passage of the distilled water terminal (point B of the graph shown in Figure 6), after passing through the distilled water The voltage or current of the detected electrical signal was kept at 0.2V.

상술한 결과에 의하면 증류수의 굴절률(n=1.33)을 고려하여 제 2슬릿개구(13b)의 위치를 조절한 후 미세유로채널(14) 내부로 공기를 주입한 경우에 광검출기(12)에서 검출된 광은 전기적 신호의 최대값의 10% 정도의 값이 검출되는 것을 알 수 있다.(공기의 굴절률 : 1.0) 따라서, 상기 실험에서 얻은 실험데이터를 이용하여 미세유로채널(14) 내부에 유체가 흐르는지 여부를 감지할 수 있고, 기포의 존재 유무도 측정할 수 있다.
According to the above results, when the air is injected into the micro channel 14 after adjusting the position of the second slit opening 13b in consideration of the refractive index of distilled water (n = 1.33), the photodetector 12 detects the photodetector 12. It can be seen that the light is about 10% of the maximum value of the electrical signal is detected (refractive index of air: 1.0). Therefore, the fluid inside the micro-channel 14 using the experimental data obtained in the above experiment. It can detect whether it is flowing and measure the presence or absence of bubbles.

유속, 유량을 측정한 실험데이터를 기초로 유속, 유량 측정방법에 대해 상세히 설명한다. 유속, 유량을 측정하기 위한 실험에서 본 발명 제 3실시예의 유체센서(10)를 사용하였고, 유체로 증류수를 사용하고, 기포로 공기를 사용하였다. 또한, 사용된 미세유로채널(14)은 상술한 유체흐름 측정 실험에서 사용된 미세유로채널(14)과 동일하다. The flow rate and flow measurement method will be described in detail based on the experimental data obtained by measuring the flow rate and flow rate. In the experiment for measuring the flow rate and flow rate, the fluid sensor 10 of the third embodiment of the present invention was used, distilled water was used as the fluid, and air was used as the bubble. In addition, the microchannel channel 14 used is the same as the microchannel channel 14 used in the fluid flow measurement experiment described above.

도 6은 주입장치(15)에 의해 주입된 공기에 의해 시간에 따른 광검출기(12)에서 검출된 전기적 신호인 전압의 변화를 도시한 그래프이다. 주입장치(15)에 의해 주입된 공기의 길이는 1.0㎜, 4.7㎜, 10.4㎜, 17.2㎜ 순서로 주입(부피 2μL, 9.4μL, 20.9μL, 34.6μL)되었고, 주입된 공기의 길이의 증가에 따라 감소된 전기적 신호인 전압의 유지시간이 선형적으로 증가하고 있음을 알 수 있으며, 전기적 신호인 전압이 증가되는 경우는 상술한 유체흐름 측정실험에서 설명한 원리와 동일하다. FIG. 6 is a graph showing a change in voltage, which is an electrical signal detected by the photodetector 12 with time by air injected by the injection device 15. The length of air injected by the injection device 15 was injected in the order of 1.0 mm, 4.7 mm, 10.4 mm, 17.2 mm (volume 2 μL, 9.4 μL, 20.9 μL, 34.6 μL), and the increase in the length of the injected air It can be seen that the retention time of the voltage, which is a reduced electrical signal, increases linearly, and the increase in the voltage, which is an electrical signal, is the same as the principle described in the above-described fluid flow measurement experiment.

미세유로채널(14)에 증류수가 통과하는 경우에 전기적 신호인 전압은 2.9V로 유지되며, 공기가 통과하는 경우에 전기적 신호인 전압은 0.3V 수준으로 감소함을 알 수 있다. 17.2㎜ 길이의 공기와 공기의 통과 시간(3.141초)을 고려하면 유속은 5.48㎜/sec 임을 알 수 있다. 상기 측정된 유속을 이용하여 미세유로채널(14)에 유입된 증류수의 유량과 유입된 공기의 부피, 주입장치(15)에 의해 주입된 물질의 부피를 측정할 수 있으며, 측정된 증류수의 유량과 공기의 부피, 주입된 물질의 부피를 이용하여 미세유로채널(14)에 의해 공급된 정확한 증류수의 유량을 측정할 수 있다.(유량 = 측정된 유량 - 측정된 공기의 부피 - 측정된 물질의 부피)
When distilled water passes through the microchannel channel 14, the voltage of the electrical signal is maintained at 2.9V, it can be seen that the voltage of the electrical signal is reduced to 0.3V level when air passes. Considering the 17.2 mm length of air and the passage time of air (3.141 seconds), the flow rate is 5.48 mm / sec. The flow rate of the distilled water introduced into the microchannel channel 14 and the volume of the introduced air, the volume of the material injected by the injection device 15 can be measured using the measured flow rate, and the measured flow rate of the distilled water The volume of air and the volume of injected material can be used to determine the exact flow rate of distilled water supplied by the microchannel channel 14 (flow rate = measured flow rate-volume of measured air-volume of measured material). )

10...유체센서
11...광원
12...광검출기
13a...제 1슬릿개구
13b...제 2슬릿개구
14...미세유로채널
15...주입장치10.Fluid sensor
11 ... light source
12 ... photodetector
13a ... 1st slit opening
13b ... 2nd slit opening
14 ... fine euro channel
15 ... injection device

Claims (10)

미세유로채널에 광을 조사하기 위한 광원(11)과;
상기 광원으로 부터 방출된 광이 미세유로채널 내부에 존재하는 유체 또는 기포에 의해 굴절되어 변화된 광량을 검출하기 위한 광검출기(12)로 구성된 것을 특징으로 하는 굴절률 변화를 이용한 유체센서.
A light source 11 for irradiating light to the micro channel;
And a photodetector (12) for detecting the changed amount of light refracted by the fluid or bubbles present in the micro-channel and emitted from the light source.
제 1항에 있어서,
상기 굴절률 변화를 이용한 유체센서는 광의 굴절에 의한 광량의 변화를 정확하게 감지하기 위해 광원과 광검출기 사이에 적어도 하나 이상의 슬릿개구(13a, 13b)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 굴절률 변화를 이용한 유체센서.
The method of claim 1,
The fluid sensor using the change in refractive index is a fluid using the change in refractive index, characterized in that it further comprises at least one or more slit openings (13a, 13b) between the light source and the photodetector to accurately detect the change in the amount of light due to the refraction of light sensor.
제 2항에 있어서,
상기 굴절률 변화를 이용한 유체센서가 설치되는 미세유로채널(14)은 광원으로 부터 방출된 광을 투과시킬 수 있는 재질로 형성되고 미세유로채널(14)의 단면적이 25㎜2이하인 것을 특징으로 하는 굴절률 변화를 이용한 유체센서.
The method of claim 2,
The micro flow channel 14 in which the fluid sensor using the change in refractive index is installed is formed of a material capable of transmitting light emitted from a light source and has a refractive index of 25 mm 2 or less. Fluid sensor using change.
제 3항에 있어서,
상기 굴절률 변화를 이용한 유체센서의 광원(11)은 레이져 다이오드, 발광 다이오드, 할로겐 램프, 텅스텐 램프 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 굴절률 변화를 이용한 유체센서.
The method of claim 3, wherein
Light source (11) of the fluid sensor using the change in refractive index is a fluid sensor using a refractive index change, characterized in that using any one of a laser diode, a light emitting diode, a halogen lamp, a tungsten lamp.
제 4항에 있어서,
상기 굴절률 변화를 이용한 유체센서는 구간내의 기포의 유무를 측정하기 위해 복수개로 구성된 것을 특징으로 하는 굴절률 변화를 이용한 유체센서.
The method of claim 4, wherein
The fluid sensor using the change in refractive index is a fluid sensor using a change in refractive index, characterized in that configured in plurality in order to measure the presence or absence of bubbles in the section.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,
상기 굴절률 변화를 이용한 유체센서는 미세유로채널에 유입되는 유체와 굴절률이 다른 물질을 주입할 수 있는 주입장치(15)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 굴절률 변화를 이용한 유체센서.
The method according to claim 4 or 5,
The fluid sensor using the change in refractive index is a fluid sensor using a change in refractive index, characterized in that it further comprises an injection device for injecting a fluid having a different refractive index and the fluid flowing into the micro-channel.
제 6항에 있어서,
상기 주입장치(15)는 미세유로채널에 유입되는 유체와 혼합되지 않는 물질을 주입하는 것을 특징으로 하는 굴절률 변화를 이용한 유체센서.
The method of claim 6,
The injection device 15 is a fluid sensor using a refractive index change, characterized in that for injecting a material that is not mixed with the fluid flowing into the micro-channel.
(a) 굴절률 변화를 이용한 유체센서의 광 검출기에서 광원으로부터 방출된 광을 검출하기 위해 슬릿개구의 위치를 조절한 후 미세유로채널에 유체를 주입하는 단계와;
(b) 상기 주입된 유체의 내부에 기포가 존재하는지 여부를 측정하는 단계와;
(c) 주입장치를 이용하여 상기 주입된 유체와 다른 굴절률을 가진 물질을 일정부피로 주입하여 유속을 측정하는 단계와;
(d) 상기 측정된 유속과 미세유로채널 내부의 유체와 유체에 존재하는 기포, 주입된 물질에 의해 광검출기에서 검출된 광량이 변화된 시간, 미세유로채널의 내경을 이용하여 정확한 유량을 측정단계로 구성된 것을 특징으로 하는 유량 측정방법.
(a) injecting fluid into the microchannel after adjusting the position of the slit opening in order to detect the light emitted from the light source in the optical detector of the fluid sensor using the refractive index change;
(b) measuring whether bubbles exist inside the injected fluid;
(c) measuring a flow rate by injecting a material having a refractive index different from that of the injected fluid in a predetermined volume by using an injection device;
(d) Measuring the accurate flow rate using the measured flow rate, the bubbles present in the fluid and the fluid inside the microchannel, the time when the amount of light detected by the photodetector is changed by the injected material, and the inner diameter of the microchannel. Flow measurement method, characterized in that configured.
제 8항에 있어서,
상기 (b)는 유체와 기포의 굴절률 차이에 의해 나타나는 광검출기에 검출된 전기적 신호의 차이를 이용하여 주입된 유체의 내부에 기포가 존재하는지 여부를 측정하는 것을 특징으로 하는 유량 측정방법.
The method of claim 8,
Wherein (b) is a flow rate measuring method characterized in that by measuring the presence of bubbles in the injected fluid using the difference between the electrical signal detected by the photodetector represented by the difference in refractive index between the fluid and the bubble.
제 8항에 있어서,
상기 (c)는 미세유로채널에 유입된 유체에 주입장치를 이용하여 상기 유체와 굴절률이 다른 물질을 주입하는 단계와;
상기 주입된 물질에 의해 굴절률의 변화가 발생하는 시간을 측정하는 단계와;
상기 주입된 물질의 길이와 굴절률의 변화가 발생하는 시간을 통해 유속을 측정하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 유량 측정방법.The method of claim 8,
(C) injecting a material having a refractive index different from that of the fluid by using an injection device into the fluid introduced into the microchannel;
Measuring a time at which a change in refractive index occurs by the injected material;
And measuring the flow rate through the time at which the change in the length and refractive index of the injected material occurs.
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