[发明专利]流体探针

说明书

本申请是2004年12月3日提交的中国专利申请No.200480041336.7的发明名称为“流体探针”的分案申请。

技术领域

本发明涉及确定流体特性，尽管未限制，但尤其适于确定诸如血液的流体的粘度。

背景技术

确定流体的特性在广大的工业领域中是至关重要的。例如，在石油工业中知道石油的粘度、在牛奶场要知道牛奶的温度是非常重要的。要么使用适当的“原地(in-situ)”传感器、要么将适当的传感器放置在感兴趣的流体中然后进行读取，可以在指定时间、或实时地连续地进行测量。

很多流体的重要特性是其粘度。例如，血液的粘度对于确定病人的血压是至关重要的。此外，通过对血样的持续监视，可以确定凝血速率。病人的凝血速率可用于诊断特定的状况，诸如深度静脉血栓症。目前的用于测量粘度的设备(“viscometer”或“viscosimeter”)具有很多缺点。这些设备一般较大、容量大，并且对于购买和制造来说都很昂贵。

如果流体样品在例如经济上(一种新药)或者其它(病人的血液)方面很有价值，则不希望在确定其特性时使用或可能浪费大量的样品。由于现有技术的粘度计的大尺寸，因此必需使用相应的大量流体样品。此外，为了进行测量经常必需从本地环境中采样。在这种情况下，经常必需向样品添加稳定剂，以防止在从样品地运输到粘度计过程中对样品的测量产生不利的影响。例如，在从病人抽血时要向血液添加凝结剂以防止血液暴露在空气中时会凝固。任何这种试剂的添加都会污染或降低样品的纯度，经常影响样品的特性，因此这是不希望的。理想地，应该要么原地，要么在不需要添加试剂的情况下进行测量。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种使用传感元件确定流体特性的方法，该传感元件包括弹性元件，通过弯曲该弹性元件可使该弹性元件从第一结构运动到第二结构，该弹性元件包括激励部，被设置用于使该弹性元件在该第一结构与该第二结构之间运动，该方法包括：通过向该弹性元件施加热信号，引起该弹性元件在该第一结构与第二结构之间进行运动；从该传感元件接收信号，该信号表明了在该液体中引起的该弹性元件的运动；并且处理该信号以确定表明该液体的至少一个特性的值。

发明人已经实现了这样一种方法，该方法可用于通过使用热信号使弹性元件运动，来简单地测量流体的粘度、温度、流速和切变率(shear)。此外，传感元件可被构造为微米级的大小。因此，可以对极少量的样品进行原地或现场测量，从而不需要添加稳定剂。

最优选地，该信号被处理以确定表明包括有粘度、温度、流速和切变率的组中的至少一个特性的值。

该方法还包括通过监视所接收的信号随时间的变化，来确定该弹性元件的运动的变化速率，并根据运动变化速率来确定表明该流体的粘度的值。

该方法还包括对于给定的被施加的热信号，根据接收的信号来确定该弹性元件的运动幅度，并且根据该幅度来确定表明该流体的粘度的值。

该方法还包括步骤：通过向传感元件施加多个不同频率的热信号，来确定弹性元件的谐振频率，根据所接收的信号来监视弹性元件的运动幅度以识别弹性元件的谐振频率，并根据所识别的谐振频率来确定表明流体粘度的值。

该方法还包括步骤：确定弹性元件运动中的变化，并根据运动中的变化确定表明流体流速的值；其中运动中的变化是由于流体相对于弹性元件的流动造成的。

该方法还包括通过在该流体中的多个位置确定流速，来确定表明该流体的切变率的值。

弹性元件的激励部包括至少两层的叠层，各层具有不同的热膨胀系数，并且其中该方法还可以包括，在通过施加热信号引起运动之前，对表明该流体的温度的值进行确定。

该设备可以包括多个弹性元件，并且该方法可以进一步包括使得多个弹性元件在多个位置确定表明该流体的至少一个特性的值。

该设备可以包括多个弹性元件，并且该方法可以进一步包括将该多个中的至少一个用于在流体中引起流动，并且该多个中的至少一个用于确定表明该流体的至少一个特性的值。

该方法进一步包括通过磁力将该弹性元件保持在所述两个结构中的至少一个。另选地，该方法可以进一步包括通过静电力将该弹性元件保持在所述两个结构中的至少一个中。