[发明专利]一种基于光纤光镊技术的流速计

说明书

本发明提供一种基于光纤光镊技术的流速计，包括激光器、光纤环形器、光纤探针、椭球形微粒、探测器。激光器与光纤环形器的输入端口相连，光纤探针与光纤环形器的输出端口相连，测量转速的光探测器与光纤环形器的出射端口相连，光纤探针尖端深入到微粒待测流速旋转区，探测器接收的干涉信号的周期性变化与椭球形微粒随液体流速的旋转速度相关联。本发明提出的流速计利用光纤光镊在流体流速场中实现对椭球形微粒的三维捕获与旋转操作测量流速，该流速计具有操作简单灵活、成本低廉、易集成的优点。

技术领域

本发明涉及微流流速计领域，具体涉及一种基于光纤光镊技术的流速计。

背景技术

在微流控应用领域中，控制微流流速具有至关重要的作用，例如：液滴微型反应器内，流速的大小决定液滴的尺寸和产生速度；应用流式细胞仪进行细胞计数时，最关键的工作就是通过测量流速确定样本体积，从而确定细胞浓度；微流体免疫测定时，流速影响生物分子在固体表面的附着以及生物分子之间的结合。那么流速计的发明是必须的。

目前测量流速的方法有：基于电化学法的电解质流动致电压变化方法；基于微电子机械技术的热传导法、悬臂梁法和成像法；基于光束干涉的激光多普勒法和膜干涉法；基于粒子图像测量技术的荧光粒子成像方法；基于光纤悬臂梁的透射损耗、法布里-珀罗干涉光谱、热传导FBG、热传导WGM等方法。基于电化学法和悬臂梁法的流速计测量范围大，但灵敏度低；基于热传导法的流速计结构简单、灵敏度高，但只能测量平均流速，不能测量横截面的流速分布，且对环境温度变化敏感；基于成像法的流速计可以实现截面流速分布测量，但测量复杂，动态范围小。

申请号为CN109946476A的专利，一种使用旋流桨叶测流速的机械装置。在常规流速计尾端增设旋流桨叶，旋流驱动桨叶运动，流速计内部的读数装置获得运动数据。该装置用于旋流横、切向流速测量，不适用于测量微流流速，且旋流桨叶加工困难，不易制作。

申请号为CN106568483A的专利，一种涡轮光学传感器及基于该传感器的涡轮光学流量计。涡轮轴体上有一个通光孔，光源、通光孔、光检测器在同一直线上时，才能接收到光信号。水流作用在涡轮上，使涡轮旋转，涡轮每转动一圈，光信号检测单元接收的光电信号强弱发生一次变化，光电信号的频率就是涡轮的转速，结合流体管道参数和流体特征参数计算流体的流速和流量。但是该装置结构复杂且对加工工艺有较高的精度要求，制作困难。

发明内容

本发明的目的在于提供操作简单灵活、成本低廉、可集成的特点，可用于微流速的测量的一种基于光纤光镊技术的流速计。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于光纤光镊技术的流速计，包括激光器1、光纤环形器2、光纤探针3、待测流速区4、椭球形微粒5、探测器6，所述激光器1发出的光经过光纤环形器2的端口2-1通入端口2-2中，再入射到深入到待测流速区域4内部的尖端圆滑的光纤探针3，并且探针尖端捕获的椭球形微粒5表面的反射光与光纤探针3的反射光发生干涉，干涉光信号返回到光纤中，经过光纤环形器2的传输被探测器6检测，有垂直椭球形微粒5长轴方向分量的流体流过光纤探针3和被捕获的椭球形微粒5，在绕流和光阱力的共同作用下椭球形微粒5定轴旋转，旋转速度与流体流速的垂直分量有关，探测器6探测的干涉信号周期性变化反映椭球形微粒5的旋转速度，实现流速计测量流速的功能。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述待测流速区域4内通入待测流速的流体，其流速方向和椭球形微粒5的长轴要有相互垂直的分量。

2.所述椭球形微粒5存在于待测流体中，在待测流速区域4内捕获和旋转椭球形微粒5。

3.所述光纤探针3用于捕获椭球形微粒，光场势阱为微粒旋转提供转轴，且其是尖端圆滑能够形成流体绕流的光纤尖端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：