[发明专利]显微粒子图像微流量测量仪及方法

权利要求书

1.一种显微粒子图像微流量测量仪，其特征在于，包括12位CCD相机(1)，荧光滤色镜(2)、三棱镜(3)、激光器(4)、透镜组(5)、激光滤色镜(6)、显微物镜(7)、微流体注射泵(8)、光学玻璃旋转盘(9)、微流体芯片(10)、回收容器(11)、同步器(12)、计算机(13)；激光器(4)发出脉冲光束，依次经过透镜组(5)、激光滤色镜(6)、三棱镜(3)，经三棱镜(3)全反射至显微物镜(7)，并经显微物镜(7)、光学玻璃旋转盘(9)照射至被测的微流体芯片(10)，微流体注射泵(8)以恒定流量向微流体芯片(10)微通道注射流体，微流体芯片(10)中的被照射荧光粒子产生波长为610nm的荧光，荧光依次经过光学玻璃旋转盘(9)、三棱镜(3)、荧光滤色镜(2)最终被12位的CCD相机(1)采集并形成了粒子图像，采集的粒子图像由计算机(13)进行处理，获取全流场不同流体层的粒子图像，通过速度分析算法计算微流体三维速度分布，然后进行求解；所述光学玻璃旋转盘(9)由直流电机(14)带动进行旋转，光学玻璃旋转盘(9)打磨成楔形，其圆周上的厚度分布为逐渐变化的，一端最薄另一端最厚。

2.根据权利要求1所述的显微粒子图像微流量测量仪进行测量的方法，其特征在于，扫描开始时，直流电机(14)带动光学玻璃旋转盘(9)转动，微流体采集区域所对应的光学玻璃旋转盘(9)厚度不断增加，12位CCD相机(1)同步采集相应厚度情况下的微流体层的数据；当光学玻璃旋转盘(9)旋转半周，从光学玻璃旋转盘(9)最薄处旋转到最厚处时，完成一次扫描，采集的结果送至计算机构建三维流场；

为了构建三维流场，需要计算流体层二维平面速度；将通过扫描周期性地将采集了一定数量粒子图像对，通过系综相关算法求解得到对应的平均的二维平面速度；而对于存在测量平面法线方向上的速度分量的复杂微流动，采用测量得到的二维平面速度通过连续积分方程获得该方向的速度分布，积分常数通过上下壁面滑移边界条件进行确定；为了提高测量的可靠性和精度，对已获得的速度分布计算沿流向的所有截面的流量，得到一组流量测量值，将其平均值作为最终所需要的流量值，见式(1)：

q=1NΣi=1NΣj=1JΣk=1Ku(i,j,k)·ΔAi,j,k---(1)]]>

其中，u为流向速度分量；i表示沿流动方向的截面编号，j、k分别表示展向及景深方向的离散点编号；ΔA_j，k为微元面积，计算过程嵌入速度场算法中；对于流速极低的皮升尺度流量测量，严格控制影响流动稳定性的外界环境因素，并利用多次测量结果的系综平均消除不稳定涨落现象；进而借助现有的计算机图形学理论和方法，绘制三维空间速度矢量图，完成三维流场可视化构建。