一种液滴或液流的分选控制系统及其控制方法
一种液滴或液流的分选控制系统及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种液滴或液流的分选控制系统。本发明的液滴或液流的分选控制系统由主控部分、整流变压部分、逆变部分、信号反馈部分、端口等组成，其中逆变部分、信号反馈部分、端口分别与主控部分电气连接；整流变压部分、逆变部分、信号反馈部分分别与端口直接或经滤波电路间接电气连接；整流变压部分与逆变部分直接或经滤波电路间接电气连接；整流变压部分和主控部分之间既可电气连接，也可无电气连接。本发明的控制对象包括微流控芯片以及其它可容纳液滴或液流的仪器、设备、装置、芯片或部件。本发明的液滴或液流的分选控制系统通过控制对象中电极上电信号的通断，实现对控制对象内液滴或液流的实时快速控制。
【专利说明】一种液滴或液流的分选控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液滴或液流的分选控制系统。
【背景技术】
[0002]当今，国民经济中的很多领域，如药品研发、医学检测、食品开发、生物催化、化工材料提纯、DNA测序等，都涉及到样品的筛选环节，该环节的效率直接影响整个产品的研发周期与生产周期。随着科技的进步以及时代的发展，很多领域的样品制备、筛选、反应以及相关实验都可以在几平方厘米甚至更小的芯片上实现，这就是被称为“改变世界”的七种技术之一的微流控技术，微流控技术具备将一个生物或化学实验室浓缩为几平方厘米甚至更小的芯片上的能力，是科技领域中世界各国科技工作者青睐的“前沿阵地”。
[0003]当今，在很多研发、生产领域的样品筛选环节仍然采用传统方法，包括使用取液器、取液枪、试剂盒等工具，效率低下且浪费严重，使得试剂、人力、管理等方面相关成本居高不下，很多发达国家使用了机器人控制，使得筛选效率得到一定程度的提高，但高昂的附加成本使其推广遇到瓶颈，并且，样品在筛选过程中的浪费并没有显著降低，筛选效率也还有很大的提闻空间。
[0004]微流控技术在当前主要还处于研发阶段，应用上相对有限，有很多技术难题等待全球的微流控领域研究者逐一解决，还有一些既有的技术方案有待完善与改进。
[0005]本发明的液滴或液流的分选控制系统，在液滴或液流的实验过程中弓I入微控制器或微处理器的智能控制，并借助电场、磁场的作用，实现微小液滴的高速筛选，液滴的体积可以低至皮升级，相对于人工和机器人的筛选方式，它使药品研发、医学检测、生物及化学实验的成本大幅降低，效率显著提高，并兼具便捷性。
[0006]流式细胞仪是一种成熟、高效的针对细胞的分选仪器，其局限性为所控制的目标必须是连续液流内的细胞，如果样本的代谢物没有与细胞“黏合”在一起，那么无法根据样本的代谢物的特质进行筛选与评价；其它如针对病毒、细菌、酶、蛋白等需要以液滴型微反应器进行研究的实验，流式细胞仪都不能胜任，而本发明尤其适合以液滴型微反应器作为筛选对象，液滴的体积可以低至皮升级，是传统筛选试验试剂用量的千万分之一，而筛选速度达到当今世界上最高端机器人操作速度的一千倍以上。
[0007]本发明是一种革命性产品，具有非常好的应用前景与市场预期。
【发明内容】
[0008]本发明涉及一种液滴或液流的分选控制系统及其控制方法。本发明的液滴或液流的分选控制系统由主控部分、整流变压部分、逆变部分、信号反馈部分、端口等组成，具体电气连接方式包括:
1.逆变部分、信号反馈部分、端口分别与主控部分电气连接；
2.整流变压部分、逆变部分、信号反馈部分分别与端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接； 3.整流变压部分与逆变部分直接电气连接或经滤波电路间接电气连接；
4.整流变压部分与主控部分之间，在整流变压部分采用“先经变压器或调压器变压，再经二极管整流”方案时无电气连接，其它方案直接电气连接或经滤波电路间接电气连接。
[0009]本发明涉及的液滴或液流的分选控制系统中，主控部分包含微处理器、微控制器中的一种或多种，其中微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD, FPGA, PLC，主控部分是整个系统的控制中枢，负责系统的信号采集、数据处理、实时分析以及快速决策。
[0010]本发明涉及的液滴或液流的分选控制系统中，逆变部分的电路有两种构成方式，一种包含若干个变流桥臂，另一种包含若干个集成功率模块。
[0011]对于包含变流桥臂的情况:每个桥臂由多个全控开关器件串联构成，每个全控开关器件都反并联一个续流二极管。该全控开关器件指既能控制开通又能控制关断的电力电子开关器件，类型包括但不限于晶体管、IGBT, MOSFET, IGCT, IEGT、GT0、SET。
[0012]对于包含集成功率模块的情况:集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。
[0013]本发明涉及的液滴或液流的分选控制系统的控制对象包括:微流控芯片以及其它可容纳液滴或液流的仪器、设备、装置、芯片或部件。控制对象具有如下特征:
1.具有供液体流动的通道；
2.通道附近有若干个电极。
[0014]对于具备上述特征的控制对象，本发明的液滴或液流的分选控制系统，通过在不同电极上分别接通或断开特定的电信号，进而实现对控制对象通道内液滴或液流的实时控制。
[0015]本发明的液滴或液流的分选控制系统有如下多种可选的控制方案:
1.系统包括整流变压部分，系统整流变压部分分别与逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先经变压器或调压器变压，再用二极管整流，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
[0016]2.系统包括整流变压部分，整流变压部分与分别主控部分、逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先用由二极管或晶闸管构成的电路整流，再使用直流斩波电路变压，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
[0017]3.系统包括整流变压部分，整流变压部分分别与主控部分、逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先经PWM整流电路同时实现整流与变压，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口，PWM整流电路除变流主电路外，还包含若干电感或电抗器，其中变流主电路可以选择的构成方式包括但不限于:包含若干个变流桥臂或集成功率模块，对于包含变流桥臂的情况，每个桥臂由多个全控开关器件串联构成，每个全控开关器件都反并联一个续流二极管，这里的全控开关器件指既能控制开通又能控制关断的电力电子开关器件，类型包括但不限于晶体管、IGBT、M0SFET、IGCT, IEGT、GT0、SET ;对于包含集成功率模块的情况，集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。
[0018]4.系统包括整流变压部分，整流变压部分分别与主控部分、逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先用二极管进行不控整流，然后经逆变部分高频逆变，之后采用高频变压器变压，再之后最后高频整流，最后由另一逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
[0019]本发明的液滴或液流的分选控制系统中，信号反馈部分采集的对象包括但不限于:
1.控制对象中液滴或液流的光信号、电信号、磁信号以及其它类型信号，采集到的电信号直接或经放大滤波等环节后间接发送给主控部分；采集到的光信号转化为电信号再直接或经放大滤波等环节后间接发送给主控部分。
[0020]2.系统中电信号改变的若干节点位置，这些节点位置包括但不限于:整流输入侧、整流输出侧、逆变输入侧、逆变输出侧、直流变压输入侧、直流变压输出侧、反馈电路输入侧，系统可以根据实际情况选择这些节点中的一部分或全部。
[0021]3.电源输入侧。
[0022]本发明的液滴或液流的分选控制系统中，具有若干滤波电路，滤波电路可以选择的位置包括但不限于:电源输入侧、整流输入以及输出侧、逆变输入以及输出侧、直流变压输入以及输出侧、反馈电路输入侧、端口。
[0023]滤波电路对系统中电信号传输的各个环节的电压、电流谐波进行滤除，并兼具稳定电压、电流的作用。
[0024]本发明的液滴或液流的分选控制系统经端口输出的电信号的参数范围如下:电压幅值在3伏特至5千伏特之间或负5千伏特至负3伏特之间、电信号为直流或频率在50赫兹至I千兆赫兹之间。
[0025]本发明的液滴或液流的分选控制系统除可根据需要输出直流电信号，也可输出非直流电信号，非直流电信号的类型包括但不限于:方波、三角波、正弦波、锯齿波、积分波、微分波、阶梯波、前述波形的变形、前述多种波形的叠加、前述多种波形的函数运算的结果。
[0026]本发明的液滴或液流的分选控制系统中，电信号参数的选择依据包括但不限于:
1.控制对象的通道中液滴与电极的距离；
2.控制对象的材质；
3.控制对象中液滴或液流的参数；
4.控制对象的电极的特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例的控制系统结构示意图。
[0028]图2为本发明实施例的主控部分电路原理图。
[0029]图3为本发明实施例的整流变压部分原理图。
[0030]图4为本发明实施例的滤波电路原理图。
[0031]图5为本发明实施例的逆变部分原理图。
【具体实施方式】
[0032]以下实施例属于本发明具体形式中的一种，给出的目的是更详细的描述本发明，而不是限制本发明的范围，也不是限定本发明的应用形式。
[0033]本发明实施例的控制系统结构示意图如图1所示，包括主控部分、整流变压部分、逆变部分、信号反馈部分、滤波电路等。
[0034]本发明实施例的主控部分电路原理图如图2所示，Ul为微控制器，对系统的运行进行精确控制，并对传感器数据进行实时分析并决策;U17是为微控制器提供精准时钟的晶体振荡器；U11是用于存储数据的存储器；主控部分通过Jll、J12、J13、J15、J20、J21、J3UJ32等端口分别与外部功能模块进行信息交换，其中Jll为开关量输入端口，可接收系统发出的各种开关量反馈信息；J12为开关量输出接口，主控部分的开关量控制信息经此端口发出；J13为串行通信接口，可接收系统各个部分发出的反馈信息；J15是微控制器编程接口 ；J21是用于并行通信的数据/地址总线接口 ；J31是SPI通信接口 ；J32是SCI通信接口 ；微控制器精确计算出实时数据，并经J20接口可分别向整流变压部分、逆变部分输出精准的控制信号。
[0035]本发明实施例的整流变压部分原理图如图3所示，选择两电平PWM整流电路的拓扑结构，在整流的同时实现变压，PWM整流电路除包含变流主电路，还包含电感Ls，其变流主电路包含2个变流桥臂，每个桥臂由2个IGBT串联构成，每个IGBT都反并联一个续流二极管。
[0036]本发明实施例的滤波电路原理图如图4所示，采用L型滤波方式，由滤波电容Cd21和滤波电感Ld21构成，可以对电信号在传输过程中夹杂的谐波进行滤除或降低谐波的含量。
[0037]本发明实施例的逆变部分原理图如图5所示，该逆变电路采用两电平的拓扑结构，含有两个结构完全相同的变流桥臂，每个变流桥臂由两组并联有续流二极管的IGBT串联而成，逆变电路直流侧并联有支撑电容C31。
[0038]本实施例的控制方法为:整流变压部分选用PWM整流电路的拓扑结构，在整流的同时实现变压，主控部分经信号反馈部分实时接收整流变压部分、逆变部分以及微流控芯片的状态的信息，并快速决策，分别向整流变压部分、逆变部分以及微流控芯片发出实时控制信号。本实施例向微流控芯片的电极输出的电信号的参数为:电压幅值为300伏特、电信号频率为1kHz，电信号的类型为方波。
[0039]本实施例在微流控实验流程中引入微控制器的智能控制，并借助电场的作用，实现微流控芯片内皮升级微小液滴的高速筛选，相对于人工和机器人的筛选方式，它使药品研发、医学检测、生物及化学实验的成本大幅降低，效率显著提高。
[0040]本发明具有较高的推广价值。
【权利要求】
1.一种液滴或液流的分选控制系统及其控制方法，其特征在于包括主控部分、逆变部分、端口，其中逆变部分分别与主控部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接。
2.根据权利要求1所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于主控部分包含微处理器、微控制器中的一种或多种，其中微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD、FPGA、PLC。
3.根据权利要求2所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于逆变部分的电路可以选择的构成方式包括但不限于:包含若干个变流桥臂或集成功率模块，对于包含变流桥臂的情况，每个桥臂由多个全控开关器件串联构成，每个全控开关器件都反并联一个续流二极管，这里的全控开关器件指既能控制开通又能控制关断的电力电子开关器件，类型包括但不限于晶体管、IGBT, MOSFET, IGCT, IEGT、GT0、SET ;对于包含集成功率模块的情况，集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。
4.根据权利要求3所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于控制对象包括微流控芯片以及其它可容纳液滴或液流的仪器、设备、装置、芯片或部件，控制对象具有如下特征:具有供液体流动的通道；通道附近有若干个电极，通过在不同电极上接通或断开特定的电信号，实现对控制对象内液滴或液流的实时控制。
5.根据权利要求4所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于包括整流变压部分，整流变压部分分别与逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先经变压器或调压器变压，再用二极管整流，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
6.根据权利要求4所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于包括整流变压部分，整流变压部分分别与逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先用由二极管或晶闸管构成的电路整流，再使用直流斩波电路变压，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
7.根据权利要求4所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于包括整流变压部分，整流变压部分分别与逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先经PWM整流电路同时实现整流与变压，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口，PWM整流电路除变流主电路外，还包含若干电感或电抗器，其中变流主电路可以选择的构成方式包括但不限于:包含若干个变流桥臂或集成功率模块，对于包含变流桥臂的情况，每个桥臂由多个全控开关器件串联构成，每个全控开关器件都反并联一个续流二极管，这里的全控开关器件指既能控制开通又能控制关断的电力电子开关器件，类型包括但不限于晶体管、IGBT、MOSFET, IGCT, IEGT, GT0、SET ;对于包含集成功率模块的情况，集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。
8.根据权利要求4所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于包括整流变压部分，整流变压部分分别与逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先用二极管进行不控整流，然后经逆变部分高频逆变，之后采用高频变压器变压，再之后最后高频整流，最后由另一逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
9.根据权利要求1至权利要求8所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于包括信号反馈部分，信号反馈部分分别与主控部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，也可以选择仅与主控部分直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，信号反馈部分采集系统中信号或由控制对象引发的信号，该信号的种类包括但不限于:光信号、电信号、磁信号，采集到的一种或多种反馈信号直接或经滤波等环节后间接发送给主控部分。
10.根据权利要求1至权利要求8所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于具有若干滤波电路，以及系统经端口发出特定参数与特征的电信号，滤波电路的位置包括但不限于:电源输入侧、整流输出侧、逆变输出侧、直流变压输出侧、反馈电路输入侧、端口，滤波电路对系统中电信号传输的各个环节的谐波进行滤除，并兼具稳压作用，系统经端口发出的电信号的参数为:电压幅值在3V至5000V之间或-5000V至-3V之间、电信号为直流或频率在50Hz至IGHz之间，其中，非直流型电信号的类型包括但不限于:方波、三角波、正弦波、锯齿波、积分波、微分波、阶梯波、前述波形的变形、前述多种波形的叠加、前述多种波形的函数运算的结果，电信号参数的选择依据包括但不限于:控制对象的通道中液滴与电极的距离、控制对象的材质、控制对象中液滴或液流的参数、控制对象的电极的特性。
【文档编号】G05B19/042GK104252143SQ201310259981
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】李木 申请人:李木
【专利摘要】本发明涉及一种液滴或液流的分选控制系统。本发明的液滴或液流的分选控制系统由主控部分、整流变压部分、逆变部分、信号反馈部分、端口等组成，其中逆变部分、信号反馈部分、端口分别与主控部分电气连接；整流变压部分、逆变部分、信号反馈部分分别与端口直接或经滤波电路间接电气连接；整流变压部分与逆变部分直接或经滤波电路间接电气连接；整流变压部分和主控部分之间既可电气连接，也可无电气连接。本发明的控制对象包括微流控芯片以及其它可容纳液滴或液流的仪器、设备、装置、芯片或部件。本发明的液滴或液流的分选控制系统通过控制对象中电极上电信号的通断，实现对控制对象内液滴或液流的实时快速控制。
【专利说明】一种液滴或液流的分选控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液滴或液流的分选控制系统。
【背景技术】
[0002]当今，国民经济中的很多领域，如药品研发、医学检测、食品开发、生物催化、化工材料提纯、DNA测序等，都涉及到样品的筛选环节，该环节的效率直接影响整个产品的研发周期与生产周期。随着科技的进步以及时代的发展，很多领域的样品制备、筛选、反应以及相关实验都可以在几平方厘米甚至更小的芯片上实现，这就是被称为“改变世界”的七种技术之一的微流控技术，微流控技术具备将一个生物或化学实验室浓缩为几平方厘米甚至更小的芯片上的能力，是科技领域中世界各国科技工作者青睐的“前沿阵地”。
[0003]当今，在很多研发、生产领域的样品筛选环节仍然采用传统方法，包括使用取液器、取液枪、试剂盒等工具，效率低下且浪费严重，使得试剂、人力、管理等方面相关成本居高不下，很多发达国家使用了机器人控制，使得筛选效率得到一定程度的提高，但高昂的附加成本使其推广遇到瓶颈，并且，样品在筛选过程中的浪费并没有显著降低，筛选效率也还有很大的提闻空间。
[0004]微流控技术在当前主要还处于研发阶段，应用上相对有限，有很多技术难题等待全球的微流控领域研究者逐一解决，还有一些既有的技术方案有待完善与改进。
[0005]本发明的液滴或液流的分选控制系统，在液滴或液流的实验过程中弓I入微控制器或微处理器的智能控制，并借助电场、磁场的作用，实现微小液滴的高速筛选，液滴的体积可以低至皮升级，相对于人工和机器人的筛选方式，它使药品研发、医学检测、生物及化学实验的成本大幅降低，效率显著提高，并兼具便捷性。
[0006]流式细胞仪是一种成熟、高效的针对细胞的分选仪器，其局限性为所控制的目标必须是连续液流内的细胞，如果样本的代谢物没有与细胞“黏合”在一起，那么无法根据样本的代谢物的特质进行筛选与评价；其它如针对病毒、细菌、酶、蛋白等需要以液滴型微反应器进行研究的实验，流式细胞仪都不能胜任，而本发明尤其适合以液滴型微反应器作为筛选对象，液滴的体积可以低至皮升级，是传统筛选试验试剂用量的千万分之一，而筛选速度达到当今世界上最高端机器人操作速度的一千倍以上。
[0007]本发明是一种革命性产品，具有非常好的应用前景与市场预期。
【发明内容】
[0008]本发明涉及一种液滴或液流的分选控制系统及其控制方法。本发明的液滴或液流的分选控制系统由主控部分、整流变压部分、逆变部分、信号反馈部分、端口等组成，具体电气连接方式包括:
1.逆变部分、信号反馈部分、端口分别与主控部分电气连接；
2.整流变压部分、逆变部分、信号反馈部分分别与端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接； 3.整流变压部分与逆变部分直接电气连接或经滤波电路间接电气连接；
4.整流变压部分与主控部分之间，在整流变压部分采用“先经变压器或调压器变压，再经二极管整流”方案时无电气连接，其它方案直接电气连接或经滤波电路间接电气连接。
[0009]本发明涉及的液滴或液流的分选控制系统中，主控部分包含微处理器、微控制器中的一种或多种，其中微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD, FPGA, PLC，主控部分是整个系统的控制中枢，负责系统的信号采集、数据处理、实时分析以及快速决策。
[0010]本发明涉及的液滴或液流的分选控制系统中，逆变部分的电路有两种构成方式，一种包含若干个变流桥臂，另一种包含若干个集成功率模块。
[0011]对于包含变流桥臂的情况:每个桥臂由多个全控开关器件串联构成，每个全控开关器件都反并联一个续流二极管。该全控开关器件指既能控制开通又能控制关断的电力电子开关器件，类型包括但不限于晶体管、IGBT, MOSFET, IGCT, IEGT、GT0、SET。
[0012]对于包含集成功率模块的情况:集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。
[0013]本发明涉及的液滴或液流的分选控制系统的控制对象包括:微流控芯片以及其它可容纳液滴或液流的仪器、设备、装置、芯片或部件。控制对象具有如下特征:
1.具有供液体流动的通道；
2.通道附近有若干个电极。
[0014]对于具备上述特征的控制对象，本发明的液滴或液流的分选控制系统，通过在不同电极上分别接通或断开特定的电信号，进而实现对控制对象通道内液滴或液流的实时控制。
[0015]本发明的液滴或液流的分选控制系统有如下多种可选的控制方案:
1.系统包括整流变压部分，系统整流变压部分分别与逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先经变压器或调压器变压，再用二极管整流，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
[0016]2.系统包括整流变压部分，整流变压部分与分别主控部分、逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先用由二极管或晶闸管构成的电路整流，再使用直流斩波电路变压，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
[0017]3.系统包括整流变压部分，整流变压部分分别与主控部分、逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先经PWM整流电路同时实现整流与变压，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口，PWM整流电路除变流主电路外，还包含若干电感或电抗器，其中变流主电路可以选择的构成方式包括但不限于:包含若干个变流桥臂或集成功率模块，对于包含变流桥臂的情况，每个桥臂由多个全控开关器件串联构成，每个全控开关器件都反并联一个续流二极管，这里的全控开关器件指既能控制开通又能控制关断的电力电子开关器件，类型包括但不限于晶体管、IGBT、M0SFET、IGCT, IEGT、GT0、SET ;对于包含集成功率模块的情况，集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。
[0018]4.系统包括整流变压部分，整流变压部分分别与主控部分、逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先用二极管进行不控整流，然后经逆变部分高频逆变，之后采用高频变压器变压，再之后最后高频整流，最后由另一逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
[0019]本发明的液滴或液流的分选控制系统中，信号反馈部分采集的对象包括但不限于:
1.控制对象中液滴或液流的光信号、电信号、磁信号以及其它类型信号，采集到的电信号直接或经放大滤波等环节后间接发送给主控部分；采集到的光信号转化为电信号再直接或经放大滤波等环节后间接发送给主控部分。
[0020]2.系统中电信号改变的若干节点位置，这些节点位置包括但不限于:整流输入侧、整流输出侧、逆变输入侧、逆变输出侧、直流变压输入侧、直流变压输出侧、反馈电路输入侧，系统可以根据实际情况选择这些节点中的一部分或全部。
[0021]3.电源输入侧。
[0022]本发明的液滴或液流的分选控制系统中，具有若干滤波电路，滤波电路可以选择的位置包括但不限于:电源输入侧、整流输入以及输出侧、逆变输入以及输出侧、直流变压输入以及输出侧、反馈电路输入侧、端口。
[0023]滤波电路对系统中电信号传输的各个环节的电压、电流谐波进行滤除，并兼具稳定电压、电流的作用。
[0024]本发明的液滴或液流的分选控制系统经端口输出的电信号的参数范围如下:电压幅值在3伏特至5千伏特之间或负5千伏特至负3伏特之间、电信号为直流或频率在50赫兹至I千兆赫兹之间。
[0025]本发明的液滴或液流的分选控制系统除可根据需要输出直流电信号，也可输出非直流电信号，非直流电信号的类型包括但不限于:方波、三角波、正弦波、锯齿波、积分波、微分波、阶梯波、前述波形的变形、前述多种波形的叠加、前述多种波形的函数运算的结果。
[0026]本发明的液滴或液流的分选控制系统中，电信号参数的选择依据包括但不限于:
1.控制对象的通道中液滴与电极的距离；
2.控制对象的材质；
3.控制对象中液滴或液流的参数；
4.控制对象的电极的特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例的控制系统结构示意图。
[0028]图2为本发明实施例的主控部分电路原理图。
[0029]图3为本发明实施例的整流变压部分原理图。
[0030]图4为本发明实施例的滤波电路原理图。
[0031]图5为本发明实施例的逆变部分原理图。
【具体实施方式】
[0032]以下实施例属于本发明具体形式中的一种，给出的目的是更详细的描述本发明，而不是限制本发明的范围，也不是限定本发明的应用形式。
[0033]本发明实施例的控制系统结构示意图如图1所示，包括主控部分、整流变压部分、逆变部分、信号反馈部分、滤波电路等。
[0034]本发明实施例的主控部分电路原理图如图2所示，Ul为微控制器，对系统的运行进行精确控制，并对传感器数据进行实时分析并决策;U17是为微控制器提供精准时钟的晶体振荡器；U11是用于存储数据的存储器；主控部分通过Jll、J12、J13、J15、J20、J21、J3UJ32等端口分别与外部功能模块进行信息交换，其中Jll为开关量输入端口，可接收系统发出的各种开关量反馈信息；J12为开关量输出接口，主控部分的开关量控制信息经此端口发出；J13为串行通信接口，可接收系统各个部分发出的反馈信息；J15是微控制器编程接口 ；J21是用于并行通信的数据/地址总线接口 ；J31是SPI通信接口 ；J32是SCI通信接口 ；微控制器精确计算出实时数据，并经J20接口可分别向整流变压部分、逆变部分输出精准的控制信号。
[0035]本发明实施例的整流变压部分原理图如图3所示，选择两电平PWM整流电路的拓扑结构，在整流的同时实现变压，PWM整流电路除包含变流主电路，还包含电感Ls，其变流主电路包含2个变流桥臂，每个桥臂由2个IGBT串联构成，每个IGBT都反并联一个续流二极管。
[0036]本发明实施例的滤波电路原理图如图4所示，采用L型滤波方式，由滤波电容Cd21和滤波电感Ld21构成，可以对电信号在传输过程中夹杂的谐波进行滤除或降低谐波的含量。
[0037]本发明实施例的逆变部分原理图如图5所示，该逆变电路采用两电平的拓扑结构，含有两个结构完全相同的变流桥臂，每个变流桥臂由两组并联有续流二极管的IGBT串联而成，逆变电路直流侧并联有支撑电容C31。
[0038]本实施例的控制方法为:整流变压部分选用PWM整流电路的拓扑结构，在整流的同时实现变压，主控部分经信号反馈部分实时接收整流变压部分、逆变部分以及微流控芯片的状态的信息，并快速决策，分别向整流变压部分、逆变部分以及微流控芯片发出实时控制信号。本实施例向微流控芯片的电极输出的电信号的参数为:电压幅值为300伏特、电信号频率为1kHz，电信号的类型为方波。
[0039]本实施例在微流控实验流程中引入微控制器的智能控制，并借助电场的作用，实现微流控芯片内皮升级微小液滴的高速筛选，相对于人工和机器人的筛选方式，它使药品研发、医学检测、生物及化学实验的成本大幅降低，效率显著提高。
[0040]本发明具有较高的推广价值。
【权利要求】
1.一种液滴或液流的分选控制系统及其控制方法，其特征在于包括主控部分、逆变部分、端口，其中逆变部分分别与主控部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接。
2.根据权利要求1所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于主控部分包含微处理器、微控制器中的一种或多种，其中微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD、FPGA、PLC。
3.根据权利要求2所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于逆变部分的电路可以选择的构成方式包括但不限于:包含若干个变流桥臂或集成功率模块，对于包含变流桥臂的情况，每个桥臂由多个全控开关器件串联构成，每个全控开关器件都反并联一个续流二极管，这里的全控开关器件指既能控制开通又能控制关断的电力电子开关器件，类型包括但不限于晶体管、IGBT, MOSFET, IGCT, IEGT、GT0、SET ;对于包含集成功率模块的情况，集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。
4.根据权利要求3所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于控制对象包括微流控芯片以及其它可容纳液滴或液流的仪器、设备、装置、芯片或部件，控制对象具有如下特征:具有供液体流动的通道；通道附近有若干个电极，通过在不同电极上接通或断开特定的电信号，实现对控制对象内液滴或液流的实时控制。
5.根据权利要求4所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于包括整流变压部分，整流变压部分分别与逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先经变压器或调压器变压，再用二极管整流，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
6.根据权利要求4所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于包括整流变压部分，整流变压部分分别与逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先用由二极管或晶闸管构成的电路整流，再使用直流斩波电路变压，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
7.根据权利要求4所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于包括整流变压部分，整流变压部分分别与逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先经PWM整流电路同时实现整流与变压，最后由逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口，PWM整流电路除变流主电路外，还包含若干电感或电抗器，其中变流主电路可以选择的构成方式包括但不限于:包含若干个变流桥臂或集成功率模块，对于包含变流桥臂的情况，每个桥臂由多个全控开关器件串联构成，每个全控开关器件都反并联一个续流二极管，这里的全控开关器件指既能控制开通又能控制关断的电力电子开关器件，类型包括但不限于晶体管、IGBT、MOSFET, IGCT, IEGT, GT0、SET ;对于包含集成功率模块的情况，集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。
8.根据权利要求4所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于包括整流变压部分，整流变压部分分别与逆变部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，相应的控制方法为:由端口接入的市电先用二极管进行不控整流，然后经逆变部分高频逆变，之后采用高频变压器变压，再之后最后高频整流，最后由另一逆变部分生成特定参数与特征的电信号，通过引线接至端口。
9.根据权利要求1至权利要求8所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于包括信号反馈部分，信号反馈部分分别与主控部分、端口直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，也可以选择仅与主控部分直接电气连接或经滤波电路间接电气连接，信号反馈部分采集系统中信号或由控制对象引发的信号，该信号的种类包括但不限于:光信号、电信号、磁信号，采集到的一种或多种反馈信号直接或经滤波等环节后间接发送给主控部分。
10.根据权利要求1至权利要求8所述的液滴或液流的分选控制系统，其特征在于具有若干滤波电路，以及系统经端口发出特定参数与特征的电信号，滤波电路的位置包括但不限于:电源输入侧、整流输出侧、逆变输出侧、直流变压输出侧、反馈电路输入侧、端口，滤波电路对系统中电信号传输的各个环节的谐波进行滤除，并兼具稳压作用，系统经端口发出的电信号的参数为:电压幅值在3V至5000V之间或-5000V至-3V之间、电信号为直流或频率在50Hz至IGHz之间，其中，非直流型电信号的类型包括但不限于:方波、三角波、正弦波、锯齿波、积分波、微分波、阶梯波、前述波形的变形、前述多种波形的叠加、前述多种波形的函数运算的结果，电信号参数的选择依据包括但不限于:控制对象的通道中液滴与电极的距离、控制对象的材质、控制对象中液滴或液流的参数、控制对象的电极的特性。
【文档编号】G05B19/042GK104252143SQ201310259981
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】李木 申请人:李木
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