用于感測液體的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及液體感測，尤其涉及一種用于感測液體的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 液體感測經(jīng)常旨在出于各種目的而對諸如水和飲料的液體中諸如離子和分子之 類的粒子進(jìn)行感測。例如，目標(biāo)粒子可以是與水的硬度、咖啡因、蛋白質(zhì)等有關(guān)的諸如Ca++、 Mg++之類金屬離子。
[0003] 通常對液體中的粒子進(jìn)行感測所存在的問題是敏感度低，其原因在于目標(biāo)粒子在 液體中相對低的濃度或者來自液體中所包含的其它粒子的干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 考慮到以上所提到的問題，提高感測液體的敏感度將會是有利的。
[0005] 在一些情況下，期望對包括正帶電粒子和/或負(fù)帶電粒子在內(nèi)的帶電粒子進(jìn)行感 測。例如，所要感測的正帶電粒子可以是金屬離子、咖啡因、蛋白質(zhì)、氨基酸，而負(fù)帶電粒子 可以是cr、so廣和醋酸鹽。因此，提高感測液體中的帶電粒子的敏感度也將會是有利的。
[0006] 在一些情況下，期望對非帶電粒子進(jìn)行感測。例如，所要感測的非帶電粒子可以是 酒精中的乙醇、美容液體中的甘油，以及食品級添加劑中的乙酸乙酯。非帶電粒子的感測可 能受到液體中的帶電粒子的干擾。因此，在感測非帶電粒子時減少或消除來自帶電粒子的 干擾從而提高敏感度也將會是有利的。
[0007] 在本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于感測包含正帶電粒子和/或負(fù)帶電粒子的 液體的方法。該方法包括步驟：
[0008] -通過向部署在該液體中的正電極和負(fù)電極應(yīng)用電壓而向該液體施加電場，以便 將負(fù)帶電粒子向正電極吸引而將負(fù)帶電粒子集中在該液體的第一部分并且將正帶電粒子 向負(fù)電極吸引而將正帶電粒子集中在該液體的第二部分；并且
[0009] -通過對該液體的第一部分、該液體的第二部分以及該液體的第三部分中的至少 一部分的液體進(jìn)行感測而獲得第一感測結(jié)果，該負(fù)帶電粒子和正帶電粒子分散于該液體的 上述第三部分中；
[0010] 所施加的電場改變了帶電粒子在該液體的第一、第二和第三部分中的濃度并且它 們中的至少一個被感測。也就是說，該感測在該液體中帶電粒子的濃度有所變化的至少一 個部分中進(jìn)行。由于液體中粒子的濃度對液體的感測敏感度有所影響，所以可能提高敏感 度。
[0011] 此外，該電場使用正電極和負(fù)電極來施加。因此，在沒有高的額外成本或感測復(fù)雜 度增大的情況下實現(xiàn)了粒子在液體中的濃度變化。
[0012] 該感測可以使用基于各種感測方法對液體屬性進(jìn)行感測的任意傳感器來進(jìn)行，上 述感測方法包括但并不局限于導(dǎo)電性、電磁輻射、量測折射法、超聲和電化學(xué)。
[0013] 該液體可以是水、飲料、咖啡、豆奶等。
[0014] 對液體進(jìn)行感測的一個目標(biāo)可以是檢測目標(biāo)粒子。在一個實施例中，該方法進(jìn)一 步包括以該第一感測結(jié)果為基礎(chǔ)檢測目標(biāo)粒子。
[0015] 該檢測結(jié)果可以是定性或定量的。在一個實施例中，檢測目標(biāo)粒子包括檢測該目 標(biāo)粒子是否存在于液體中。在另一個實施例中，檢測目標(biāo)粒子包括確定該目標(biāo)粒子的數(shù)量。 例如，該目標(biāo)粒子的數(shù)量的量度可以是該目標(biāo)粒子在液體中的濃度或吸收度。
[0016] 該目標(biāo)粒子可以是帶電粒子或非帶電粒子。該液體的至少一部分可以根據(jù)諸如目 標(biāo)粒子的屬性、目標(biāo)粒子的濃度和/或感測方式之類的各種因素從該液體的第一、第二和 第三部分中進(jìn)行選擇。
[0017] 在一個實施例中，該液體的至少一個部分在目標(biāo)粒子帶負(fù)電的情況下包括該液體 的第一部分；該液體的至少一個部分在目標(biāo)粒子帶正電的情況下包括該液體的第二部分； 并且該液體的至少一個部分在目標(biāo)粒子不帶電的情況下包括該液體的第三部分。
[0018] 以這種方式，在目標(biāo)粒子帶電的情況下，該感測在該液體中該目標(biāo)粒子集中于其 中的部分進(jìn)行。因此，敏感度由于目標(biāo)粒子更高的濃度而有所提高。在目標(biāo)粒子不帶電的 情況下，該感測在該液體中作為干擾粒子的帶電粒子分散于其中的第三部分中進(jìn)行。因此， 敏感度可以由于來自帶電粒子的干擾較少而有所提高。
[0019] 在一個實施例中，該液體的至少一個部分在目標(biāo)粒子帶負(fù)電或帶正電的情況下包 括該液體的第一部分和第二部分。
[0020] 對該液體中目標(biāo)粒子集中于其中的部分以及該液體中目標(biāo)粒子分散于其中的部 分二者進(jìn)行感測，這在下文中被稱作雙邊感測。
[0021] 雙邊感測的優(yōu)勢在于并且其相對結(jié)果能夠被用來確定液體中的原始濃度。
[0022] 此外，雙邊感測具有另外的優(yōu)勢。當(dāng)使用非選擇性傳感器時，來自這兩個部分的相 對感測結(jié)果能夠被用來給出選擇性結(jié)果。由于僅有這兩個部分之間的差值作為帶電粒子的 相對濃度，所以感測結(jié)果的差異對此進(jìn)行了直接反映。當(dāng)液體已知由許多帶電粒子所主導(dǎo) 時，非選擇性傳感器的結(jié)果給出了帶電粒子的相對數(shù)量。
[0023] 在一個實施例中，該液體的至少一個部分在目標(biāo)粒子帶負(fù)電的情況下包括該液體 的第二部分或第三部分；并且該液體的至少一個部分在目標(biāo)粒子帶正電的情況下包括該液 體的第一部分或第三部分。
[0024] 以這種方式，該感測在該液體中目標(biāo)粒子分散于其中的部分中進(jìn)行。在一些情況 下，該感測可能是不準(zhǔn)確的，原因在于目標(biāo)粒子的原始濃度對于所使用的傳感器而言過高， 也就是該傳感器給出了其最大讀數(shù)。在這些情況下將會有利的是，對該液體中目標(biāo)粒子分 散于其中的部分進(jìn)行感測從而獲得傳感器的準(zhǔn)確讀數(shù)并且實現(xiàn)有所提高的敏感度。
[0025] 在一個實施例中，該方法進(jìn)一步包括通過在并未施加電場時對該液體進(jìn)行感測而 獲得第二感測結(jié)果的步驟；并且該檢測步驟包括基于該第一感測結(jié)果和第二感測結(jié)果檢測 該目標(biāo)粒子。
[0026] 以這種方式，在通過電場對帶電粒子進(jìn)行集中之前和之后進(jìn)行感測以獲得相 應(yīng)感測結(jié)果。由于第一感測結(jié)果和第二感測結(jié)果之間的差異僅由電濃度（electrical concentration)所導(dǎo)致，所以通過將這兩個感測結(jié)果相結(jié)合能夠提高敏感度。
[0027] 在一個實施例中，基于帶電粒子的重量以及帶電粒子的電荷數(shù)量中的至少一個對 該電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，較重的粒子需要較高電壓。作為另一個示例，較多的電荷需要較小 的電壓。
[0028] 以這種方式，能夠通過使用適當(dāng)電壓來有效集中帶電粒子。此外，該電壓能夠被調(diào) 節(jié)以有選擇地感測不同重量和電荷數(shù)量的粒子。
[0029] 此外，注意到，并非必需獲知粒子的絕對重量，相對數(shù)值就將足矣。例如，假設(shè)已知 給定電壓適用于一種帶電粒子，該電壓能夠針對攜帶相同數(shù)量的電荷但是比該帶電粒子更 重的另一種帶電粒子而有所增大。
[0030] 在一個實施例中，順序地施加多個電壓，并且第一感測結(jié)果包括多個量度，其中每 個量度對應(yīng)于該多個電壓之一。
[0031] 在一個示例中，施加逐步增大的電壓并且在每個步驟進(jìn)行感測。這使得可能在具 有相同極性但是不同質(zhì)量或不同電荷數(shù)量的帶電粒子之間進(jìn)行區(qū)分。
[0032] 在另一個示例中，應(yīng)用連續(xù)增大的電壓并且進(jìn)行連續(xù)感測。一旦傳感器的讀數(shù)在 某個數(shù)值達(dá)到飽和，相對應(yīng)的電壓就能夠指示目標(biāo)粒子在液體中的濃度。
[0033] 在一個實施例中，該感測步驟包括：將該液體的第一部分、第二部分和第三部分中 的至少一個收集在腔體中；并且在該腔體中對所收集的液體部分進(jìn)行感測。
[0034] 由于該液體的相應(yīng)部分在被感測之前進(jìn)行收集，所以不必在使用電場對帶電粒子 進(jìn)行集中的同時進(jìn)行感測。因此，不必在進(jìn)行感測時施加電場。這對于基于諸如導(dǎo)電性和 電化學(xué)之類電氣方法的感測是特別有利的，因為電氣方法的感測結(jié)果會被用于集中帶電粒 子的電場所干擾。
[0035] 如所提到的，在一些情況下，可能校準(zhǔn)并克服這樣的干擾。因此，可以使用電氣方 法而并不在進(jìn)行感測之前對液體的相應(yīng)部分進(jìn)行收集。
[0036] 在本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于感測包含正帶電粒子和/或負(fù)帶電粒子的 液體的設(shè)備。該設(shè)備包括：
[0037] -用于包含該液體的腔體；
[0038] -正電極和負(fù)電極，它們部署在該液體中，并且被配置為在電壓被應(yīng)用于該正電極 和負(fù)電極時向該液體施加電場，以便將負(fù)帶電粒子向正電極吸引而將負(fù)帶電粒子集中在該 液體的第一部分并且將正帶電粒子向負(fù)電極吸引而將正帶電粒子集中在該液體的第二部 分；
[0039] -電源，其耦合至該正電極和負(fù)電極并且被配置為對其應(yīng)用電壓；和
[0040]-感測單元，其被配置為通過對該液體的第一部分、該液體的第二部分以及該液體 的第三部分中的至少一部分的液體進(jìn)行感測而獲得第一感測結(jié)果，該負(fù)帶電粒子和正帶電 粒子分散于該液體的上述第三部分中。
[0041] 在一個實施例中，該傳感器單元可以包括一個或多個傳感器。在一個示例中，該傳 感器可以是選擇性傳感器。在另一個示例中，該傳感器可以是非選擇性傳感器。
[0042] 在一個實施例中，該正電極和負(fù)電極彼此間隔開來以將液體劃分為相鄰于該正電 極的液體的第一部分，相鄰于該負(fù)電極的液體的第二部分，以及處于該正電極和負(fù)電極之 間的液體的第三部分。
[0043] 在一個實施例中，該設(shè)備進(jìn)一步包括收集單元，其用于將該液體的第一部分、第二 部分和第三部分中的至少一個中的一個收集在單獨腔體中以便進(jìn)行感測。
[0044] 在一個實施例中，該設(shè)備包括第一通道、第二通道和第三通道中的至少一個，其中 該腔體具有用于接收該液體的入口，相鄰于該正電極進(jìn)行部署的第一出口、相鄰于該負(fù)電 極進(jìn)行部署的第二出口和部署在該正電極和負(fù)電極中間的第三出口中的至少一個；該第一 通道與該第一出口流體連通；該第二通道與該第二出口流體連通；并且該第三通道與該第 三出口流體連通。