基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置及基于該裝置的測量方法制造方法及圖紙

基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置及基于該裝置的測量方法，涉及工業樣品微尺寸測量技術領域。本發明專利技術是為了解決現有微尺寸工業樣品三維測量方法中，探針不易實現微型化、測量受到探針固有頻率限制、測量依賴高精度運動機構的承載且掃描測量速度低的問題。本發明專利技術中所述的基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置及基于該裝置的方法，將待測樣品浸沒在含有單個磁性熒光微球的溶液中，外界施加特定變化的磁場，使單個磁性熒光微球在溶液內沿樣品邊緣進行移動，用相機采集圖像并擬合出微球徑向位移，根據采集到的熒光光強得到其軸向位移，將采集得到的照片中的微球位置進行擬合并進行圖像重構即可得到樣品信息，完成樣品測量。

【技術實現步驟摘要】
基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置及基于該裝置的測量方法
本專利技術屬于工業樣品微尺寸測量

技術介紹
目前最為有效的微尺寸工業樣品三維測量方法是利用微型三坐標測量機和接觸式探針傳感系統相結合來進行測量。該測量方法測量原理為外部運動機構帶動探針接觸被測件產生觸測信號，探針傳感系統檢測到該信號，并記錄下此時探針測頭的位置坐標。按照此實驗過程更換位置再次進行測量，最終得到大量測頭位置坐標，對位置坐標進行擬合重構得到被測工件的三維尺寸信息。2011年發表的一篇名稱為《基于三維微觸覺測頭的納米坐標測量系統》的文獻中論述了納米坐標測量機及三維微觸覺測頭的發展現狀，提到了多種應用于微尺寸工業樣品測量的探針傳感系統，其探針都具有細長桿狀結構。2011年發表的一篇名稱為《一種基于單球測量的光面環規測量方法》的文獻中介紹了一種光面環規的單球測量法的基本原理和操作方法。連桿底部安裝標準球構成一個單球探針，探針觸碰被測件發生位移，位移傳感器記錄下偏移位移，綜合標準球半徑，偏移位移可得到環規內徑。但是上述文獻中所描述的現有測量方法不足之處在于：(1)探針不易實現微型化，測頭尺寸較大，應用范圍受限；(2)測量受到探針固有頻率限制；(3)測量依賴高精度運動機構的承載；(4)掃描測量速度低。
技術實現思路
本專利技術是為了解決現有微尺寸工業樣品三維測量方法中，探針不易實現微型化、測量受到探針固有頻率限制、測量依賴高精度運動機構的承載且掃描測量速度低的問題，現提供基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置及基于該裝置的測量方法?；诖判詿晒馕⑶虻膯瘟Ｗ哟艌鰧蛭⒊叽鐪y量裝置，該裝置包括：二向色鏡2、物鏡3、樣品室5、磁性熒光微球6、兩層可控磁極7、收集透鏡9和CCD10；沿光軸由上至下依次設有CCD10、收集透鏡9、二向色鏡2、物鏡3和樣品室5；激發光光束1射至二向色鏡2，經二向色鏡2反射后，經過物鏡3入射至樣品室5中，樣品室5內盛有含有磁性熒光微球6的溶液，兩層可控磁極7均勻的設置在樣品室5周圍，兩層可控磁極7相互對齊且沿光軸軸向設置，磁性熒光微球6在激發光光束1作用下激發出的熒光光束8依次經過物鏡3和二向色鏡2后經收集透鏡9會聚，成像于CCD10。基于上述裝置的測量方法，該方法為：將被測樣品4待測量的部分浸沒在含有磁性熒光微球6的溶液中，調節激發光光束1的光強，激發光光束1射至二向色鏡2，二向色鏡2的反射光經物鏡3照射至磁性熒光微球6，使磁性熒光微球6發射出熒光8；改變兩層可控磁極7的磁場強度和方向，使得磁性熒光微球6能夠沿被測樣品4待測量部分的邊緣進行移動,微球的運動路徑為待測樣品待測部分的輪廓；利用CCD10采集多幅磁性熒光微球6在不同位置所成的像，根據每一幅圖像中熒光光斑的光強分布獲得磁性熒光微球6沿光軸軸向的位置，根據每一幅圖像中熒光光斑的位置獲得磁性熒光微球6沿光軸徑向的位置，根據每一幅圖像中磁性熒光微球6沿光軸軸向和徑向的位置進行圖像重構，獲得樣品信息，完成被測樣品4的尺寸測量。目前磁性熒光微球主要應用于化學和生物醫學領域，常用于生物樣品的提純，細胞分離以及單分子力譜等，而本專利技術將磁性熒光微球應用于工業樣品微尺寸測量。本專利技術中所述的基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置及基于該裝置的測量方法，將待測樣品浸沒在含有單個磁性熒光微球的溶液中，外界施加特定變化的磁場，使單個磁性熒光微球在溶液內沿樣品邊緣進行移動，磁性熒光微球在激發光的作用下磁性熒光微球發出熒光，用相機采集圖像并擬合出微球徑向位移，根據采集到的熒光光強得到其軸向位移，采集多幅照片，將采集得到的多張照片中的微球位置進行擬合并進行圖像重構即可得到樣品信息，完成樣品三維測量。本專利技術突破了傳統探針長徑比、頻率響應等概念，不依賴高精度運動機構的承載，實現對被測樣品的快速掃描測量，克服了微球的位置的不確定性帶來的測量時間的增加。本專利技術的優點是：(1)形成了一種不含測桿的接觸式探針，突破了傳統探針長徑比、頻率響應等概念；(2)在工作時不依賴高精度運動機構的承載，因此避免了機械振動導致的誤差；(3)實現對被測樣品的快速掃描測量，克服了微球的位置的不確定性帶來的測量時間的增加；(4)測頭尺寸即磁性熒光微球尺寸很小，可以在極小的測量空間內展開測量。附圖說明圖1為具體實施方式一所述的基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置的結構示意圖；圖2為相機采集一張照片并擬合磁性熒光微球位置示意圖；圖3為相機多次采集并進行圖像重構示意圖。具體實施方式具體實施方式一：參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置，該裝置包括：二向色鏡2、物鏡3、樣品室5、磁性熒光微球6、兩層可控磁極7、收集透鏡9和CCD10(ChargeCoupledDevice，電荷藕合器件圖像傳感器)；沿光軸由上至下依次設有CCD10、收集透鏡9、二向色鏡2、物鏡3和樣品室5；激發光光束1射至二向色鏡2，經二向色鏡2反射后，經過物鏡3入射至樣品室5中，樣品室5內盛有含有磁性熒光微球6的溶液，兩層可控磁極7均勻的設置在樣品室5周圍，兩層可控磁極7相互對齊且沿光軸軸向設置，磁性熒光微球6在激發光光束1作用下激發出的熒光光束8依次經過物鏡3和二向色鏡2后經收集透鏡9會聚，成像于CCD10。在實際應用時，將被測樣品4浸在工作液中，利用兩層可控磁極7對單個磁性熒光微球6施加特定變化的磁場，使該單個磁性熒光微球6在溶液內沿被測樣品4待測量部分的邊緣進行移動，磁性熒光微球6在激發光光束1的作用下發出熒光，該熒光磁性熒光微球6發出的熒光光束8依次經過物鏡3和二向色鏡2后，經收集透鏡9會聚，成像于CCD10，CCD10采集的圖像中含有熒光光斑的位置和光強信息，并擬合出微球徑向位移對采集得到的照片中的熒光光斑進行擬合得到磁性熒光微球的徑向位移，根據采集到的熒光光斑光強大小得到其軸向位移沿光軸方向的位移，采集多幅照片，將采集得到的多張照片中的微球位置進行擬合并進行圖像重構即可得到樣品信息，完成樣品三維測量。具體實施方式二：本實施方式是對具體實施方式一所述的基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置作進一步說明，本實施方式中，所用磁性熒光微球6粒徑尺寸小于50微米。具體實施方式三：本實施方式是對具體實施方式一所述的基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置作進一步說明，本實施方式中，每層可控磁極7的數量大于兩個。具體實施方式四：參照圖2和圖3具體說明本實施方式，本實施方式是基于具體實施方式一所述的基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置的測量方法，該方法為：將被測樣品4待測量的部分浸沒在含有磁性熒光微球6的溶液中，調節激發光光束1的光強，激發光光束1射至二向色鏡2，二向色鏡2的反射光經物鏡3照射至磁性熒光微球6，使磁性熒光微球6發射出熒光8；改變兩層可控磁極7的磁場強度和方向，使得磁性熒光微球6能夠沿被測樣品4待測量部分的邊緣進行移動，微球的運動路徑為待測樣品待測部分的輪廓；利用CCD10采集多幅磁性熒光微球6在不同位置所成的像，根據每一幅圖像中熒光光斑的光強分布獲得磁性熒光微球6沿光軸軸向的位置，根據每一幅圖像中熒光光斑的位置獲得磁性熒光微球6沿本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置，其特征在于，該裝置包括：二向色鏡(2)、物鏡(3)、樣品室(5)、磁性熒光微球(6)、兩層可控磁極(7)、收集透鏡(9)和CCD(10)；沿光軸由上至下依次設有CCD(10)、收集透鏡(9)、二向色鏡(2)、物鏡(3)和樣品室(5)；激發光光束(1)射至二向色鏡(2)，經二向色鏡(2)反射后，經過物鏡(3)入射至樣品室(5)中，樣品室(5)內盛有含有單個磁性熒光微球(6)的溶液；兩層可控磁極(7)均勻的設置在樣品室(5)周圍，兩層可控磁極(7)相互對齊且沿光軸軸向設置；磁性熒光微球(6)在激發光光束(1)作用下激發出的熒光光束(8)依次經過物鏡(3)和二向色鏡(2)后經收集透鏡(9)會聚，成像于CCD(10)。

【技術特征摘要】
1.基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置，其特征在于，該裝置包括：二向色鏡(2)、物鏡(3)、樣品室(5)、磁性熒光微球(6)、兩層可控磁極(7)、收集透鏡(9)和CCD(10)；沿光軸由上至下依次設有CCD(10)、收集透鏡(9)、二向色鏡(2)、物鏡(3)和樣品室(5)；激發光光束(1)射至二向色鏡(2)，經二向色鏡(2)反射后，經過物鏡(3)入射至樣品室(5)中，樣品室(5)內盛有含有單個磁性熒光微球(6)的溶液；兩層可控磁極(7)均勻的設置在樣品室(5)周圍，兩層可控磁極(7)相互對齊且沿光軸軸向設置；磁性熒光微球(6)在激發光光束(1)作用下激發出的熒光光束(8)依次經過物鏡(3)和二向色鏡(2)后經收集透鏡(9)會聚，成像于CCD(10)。2.根據權利要求1所述的基于磁性熒光微球的單粒子磁場導向微尺寸測量裝置，其特征在于，所用磁性熒光微球(6)粒徑尺寸小于50微米。3.根據權利要求1所述的基于磁性熒光微球的單粒...

【專利技術屬性】
技術研發人員：倪赫，鄒麗敏，張鵬，丁雪梅，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23