基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及流體粘度測量領(lǐng)域，特別是涉及一種基于納米線垂直陣列的流體粘度 檢測裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 粘度是流體最重要的物理特性之一，粘度特性的表征對于工程應(yīng)用和基礎(chǔ)研究都 極為重要。傳統(tǒng)的流體粘度測量方法有毛細(xì)管法、旋轉(zhuǎn)法、落體法、平板法、粘度杯法等，這 些傳統(tǒng)的粘度測量方法耗時長，不能實時在線地獲得流體的粘度特性，且所需要的樣品量 一般較大，不能滿足小樣品量的測量要求。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中也出現(xiàn)了一種粘度檢測裝置一一載液機械共振器，通過機械諧振法進 行測量，將機械共振器置于待測流體中，同時測量其在該流體中的諧振特性，從共振器傳出 進入流體的隱含速度場產(chǎn)生體積運動和剪切運動誘導(dǎo)的阻尼，對其他變量中的共振質(zhì)量因 子、共振頻率和共振運動振幅均產(chǎn)生影響，利用這些特征參數(shù)來表征流體的粘度特性。但 是該類裝置多采用矩形懸臂梁結(jié)構(gòu)，靈敏度低、品質(zhì)因子小，導(dǎo)致該類傳感器的測量精度較 低。而且矩形懸臂梁多采用壓電材料，為有線有源驅(qū)動，設(shè)計時要考慮流體導(dǎo)電性的影響， 增加了設(shè)備成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供基于納米線垂直陣列的流體粘度 檢測裝置，本發(fā)明的另一目的是提供基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測裝置的檢測方 法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測裝置，包括人機交互裝置、檢測處理電路、包 含激勵線圈的檢測探頭以及采用磁性納米線陣列制成的微芯片，所述檢測探頭依次與檢測 處理電路和人機交互裝置連接，所述微芯片用于放入待測流體中，所述檢測探頭用于在待 測流體的正上方為微芯片提供交變磁場并檢測微芯片的實時振動信號。
[0007] 進一步，所述微芯片是通過模板電化學(xué)沉積法或溶液凝膠法，在第一基底上制備 豎直的磁性納米線陣列所制成的。
[0008] 進一步，所述磁性納米線陣列的密度為7-10g/cm3,直徑為10-200nm，高度為 50-1000nm〇
[0009] 進一步，所述激勵線圈為帶有引線的螺旋狀的線圈。
[0010] 進一步，所述激勵線圈是采用MEMS工藝在第二基底上制作導(dǎo)電的螺旋線，并將螺 旋線兩端跳線引出所制成的。
[0011] 進一步，所述檢測處理電路包括鎖相放大器和微處理器，所述檢測探頭的一端通 過微處理器與人機交互裝置連接，所述檢測探頭的另一端與鎖相放大器的信號輸入端連 接。
[0012] 進一步，所述人機交互裝置包括LED觸摸顯示屏、開關(guān)、按鈕和旋鈕。
[0013] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是：
[0014] 采用所述的流體粘度檢測裝置的基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測方法，包 括：
[0015] S1、將采用磁性納米線陣列制成的微芯片浸沒在待測流體中；
[0016] S2、將檢測探頭放置在待測流體的上方且使得檢測探頭位于微芯片的正上方后， 對檢測探頭的激勵線圈施加交變信號，使得檢測探頭和微芯片之間形成互感耦合；
[0017] S3、采用檢測探頭檢測微芯片的實時振動信號并發(fā)送到檢測處理電路；
[0018] S4、采用檢測處理電路對微芯片的實時振動信號進行處理后，獲得微芯片的振動 幅度與輸入交變信號的頻率之間的振動變化關(guān)系曲線；
[0019] S5、獲取振動變化關(guān)系曲線的極值處的頻率作為微芯片在待測流體中的諧振頻 率；
[0020] S6、計算微芯片在空氣中與待測流體中的諧振頻率之差，進而計算獲得待測流體 的粘度。
[0021] 進一步，所述步驟S1之前還包括以下步驟：
[0022] S01、將采用磁性納米線陣列制成的微芯片裸露在空氣中；
[0023] S02、將檢測探頭放置在微芯片的正上方后，對檢測探頭的激勵線圈施加交變信 號，使得檢測探頭和微芯片之間形成互感耦合；
[0024] S03、采用檢測探頭檢測微芯片的實時振動信號并發(fā)送到檢測處理電路；
[0025] S04、采用檢測處理電路對微芯片的實時振動信號進行處理后，獲得微芯片的振動 幅度與輸入交變信號的頻率之間的振動變化關(guān)系曲線；
[0026] S05、獲取振動變化關(guān)系曲線的極值處的頻率作為微芯片在空氣中的諧振頻率。
[0027] 進一步，所述步驟S6,其具體為：
[0028] 計算微芯片在空氣中與待測流體中的諧振頻率之差，進而根據(jù)下式計算獲得待測 流體的粘度：
[0029]
[0030] 工:tVT，U衣小1寸WJ孤體的粘度，P表示微芯片所采用材料的密度，P丨表示待 測流體的密度，d表示微芯片的厚度，Af表示微芯片在空氣中與待測流體中的諧振頻率之 差，f。表示微芯片在空氣中的諧振頻率。
[0031] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測裝置，包括 人機交互裝置、檢測處理電路、包含激勵線圈的檢測探頭以及采用磁性納米線陣列制成的 微芯片，檢測探頭依次與檢測處理電路和人機交互裝置連接，微芯片用于放入待測流體中， 檢測探頭用于在待測流體的正上方為微芯片提供交變磁場并檢測微芯片的實時振動信號。 本裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，便于移動，只需要少量樣品即可進行粘度檢測，穩(wěn)定性和可靠性 高，而且采用磁性納米線陣列，極大地提高了靈敏度和響應(yīng)速度，也無需額外考慮流體導(dǎo)電 性的影響。
[0032] 本發(fā)明的另一有益效果是：本發(fā)明的基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測方法， 包括：將采用磁性納米線陣列制成的微芯片浸沒在待測流體中；將檢測探頭放置在待測流 體的上方且使得檢測探頭位于微芯片的正上方后，對檢測探頭的激勵線圈施加交變信號， 使得檢測探頭和微芯片之間形成互感耦合；采用檢測探頭檢測微芯片的實時振動信號并發(fā) 送到檢測處理電路；采用檢測處理電路對微芯片的實時振動信號進行處理后，獲得微芯片 的振動幅度與輸入交變信號的頻率之間的振動變化關(guān)系曲線；獲取振動變化關(guān)系曲線的極 值處的頻率作為微芯片在待測流體中的諧振頻率；計算微芯片在空氣中與待測流體中的諧 振頻率之差，進而計算獲得待測流體的粘度。本方法便于操作、簡單快速，只需要少量樣品 即可進行粘度檢測，穩(wěn)定性和可靠性高，而且采用磁性納米線陣列制成的微芯片進行測量， 靈敏度高，響應(yīng)速度快。
【附圖說明】
[0033] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0034]圖1是本發(fā)明的基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2是本發(fā)明的基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測裝置的微芯片的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0036]圖3是本發(fā)明的基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測裝置的檢測探頭的激勵線 圈的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0037] 圖4是本發(fā)明的基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測裝置的檢測處理電路的鎖 相放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖5是采用本發(fā)明的基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測方法的檢測結(jié)果示意 圖；
[0039] 圖6是結(jié)合圖5的檢測結(jié)果獲得的數(shù)據(jù)關(guān)系列表示意圖；
[0040] 圖7是結(jié)合圖5的檢測結(jié)果獲得的數(shù)據(jù)關(guān)系曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0041] 參照圖1，本發(fā)明提供了一種基于納米線垂直陣列的流體粘度檢測裝置，包括人機 交互裝置、檢測處理電路、包含激勵線圈的檢測探頭以及采用磁性納米線陣列12制成的微 芯片1，所述檢測探頭依次與檢測處理電路和人機交互裝置連接，所述微芯片1用于放入待 測流體2中，所述檢測探頭用于在待測流體2的正上方為微芯片1提供交變磁場并檢測微 芯片1的實時振動信號。
[0042] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，參照圖2,所述微芯片1是通過模板電化學(xué)沉積法或 溶液凝膠法，在第一基底11上制備豎直的磁性納米線陣列12所制成的。
[0043] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述磁性納米線陣列12的密度為7-10g/cm3,直徑為 10_200nm，高度為 50-1000nm。
[0044] 進一步