WO2013087517A1 - Resonance detector - Google Patents

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WO2013087517A1
WO2013087517A1 PCT/EP2012/074684 EP2012074684W WO2013087517A1 WO 2013087517 A1 WO2013087517 A1 WO 2013087517A1 EP 2012074684 W EP2012074684 W EP 2012074684W WO 2013087517 A1 WO2013087517 A1 WO 2013087517A1
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WO
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resonance detector
gases
objects
inductance
liquids
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/074684
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German (de)
French (fr)
Inventor
Daniil Karnaushenko
Denys Makarov
Larysa BARABAN
Oliver G. Schmidt
Original Assignee
Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V.
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/023—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance where the material is placed in the field of a coil

Definitions

  • the invention relates to the field of electron k and relates to a resonance detector, which can be used for example for the detection of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in a combination thereof, even in the biological field.
  • Direct detection may be accomplished, for example, by utilizing the magnetic susceptibility, the magnetic remanence, the magnetic resistance or the Hall effect of the particles.
  • Suitable devices for this purpose are a Maxwell bridge or a frequency-dependent magnetometer, a SQUID (superconducting quantum interference device) or a silicon Hall sensor.
  • a Maxwell bridge is used to measure lossy inductances.
  • the bridge is similar in construction to the Wheatstone bridge, but it contains impedances and must therefore be powered by AC or AC.
  • the coil-energized circuit when the coil-energized circuit is energized by alternating current at a defined frequency, an alternating electromagnetic field is created by the inductors that interact with objects or particles in a liquid-filled or gas-filled container. This interaction leads to a change in the inductance of the coil due to the eddy currents or the variation of the magnetic susceptibility of the particles.
  • the disadvantage of the known LC circles is that the resonance curve is wide. The full width at half the maximum of the resonance curve achieves a large value and thus leads to a relatively low quality factor (according to the prior art by 10).
  • the quality factor is determined by the ratio of resonance frequency to full width at half the maximum of the resonance curve.
  • a higher quality factor means that the arrangement is more sensitive.
  • a low quality factor limits the sensitivity of the detectors and requires a complex and costly electronic evaluation.
  • Object of the present solution is to provide a resonance detector, which with a high to very high quality factor and thus high to very High sensitivity provides values that serve as proof of quantities, types or constituents of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in combinations thereof.
  • the resonance detector according to the invention for measuring the change in inductance due to the interaction with objects contains at least one inductance X 2 in the form of a coil which is arranged around one or more capillaries, which are magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in a combination thereof, and the inductance X 2 is connected to at least one electrical circuit as a negative resistance element, which in turn contains at least two impedances Xi and X3, an amplifier K and a feedback impedance X, wherein the two impedances Xi and X3 are each capacitors, and these are arranged in such a manner that in each case one end of the impedances Xi and X3 to the ground, the other end of the impedance Xi with the inductance X 2 and the feedback impedance X4, the other end the impedance X 3 with the inductance X 2 and the AC power source in electrically conductive ve rbunden and the impedance X
  • the resonance detector consists of two or more arrangements, each containing a coil X 2 and an electrical circuit.
  • the resonance detector consists of two to 100 arrangements.
  • the feedback impedance X4 is a resistor.
  • the output signal V out is recorded and / or evaluated, wherein advantageously the output signals of a plurality of arrangements are recorded and compared with each other.
  • the coil is arranged around a capillary, which is flowed through by magnetic objects in liquids.
  • the resonance detector is used for the detection of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in combinations thereof.
  • the use takes place in and / or on non-transparent capillaries.
  • the use is for detecting the flow rate of liquids and / or gases.
  • the use is for counting, sorting and separating objects in liquids and / or gases.
  • the use is for the detection of biochemical objects in liquid circuits and in gases.
  • the resonance detector according to the invention consists of an inductance X 2 in the form of a coil which is arranged around one or more capillaries through which flows magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in a combination thereof , Together with the electronic circuit, this arrangement forms the resonance detector according to the invention.
  • the quality factor of this arrangement is increased since the overall resistance in the system is reduced by the inventive manner of the circuit, advantageously to R -> 0 and thus the arrangement according to the invention acts as a negative resistance element.
  • the amplifier which may be an operational amplifier, a logic circuit, a transistor or another amplifying element, the increase in the quality factor is achieved to a very high degree .
  • This arrangement is supplied with an alternating current i n (advantageously harmonic or meandering), which is generated for example by a signal generator.
  • the resonance detector according to the invention contains at least one inductance X 2 and at least two impedances Xi and X3, an amplifier K and a feedback impedance X4.
  • the inductance X 2 which is part of the arrangement according to the invention, is a coil.
  • the two other impedances are each capacitors.
  • the feedback impedance X4 is a resistor.
  • the resonance detector according to the invention is in the general sense a technical device for the detection of objects, in a more specific sense a technical device for detecting amounts, types or constituents of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in combinations thereof.
  • magnetic objects also ferromagnetic or superparamagnetic objects can be detected.
  • Another advantage of the solution according to the invention is the use in containers of liquids, gases or solids or in combinations thereof, which need not be transparent.
  • these resonance detectors can be used for other evidence, such as for the detection of the speed or the number of objects or as a spectrographic detectors for the detection of biochemical species.
  • the speed of flow of the liquid or gas to be tested can be measured and controlled by evaluating the results of the resonance detector and using them as control variables for the external pump system.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a detector according to the invention.
  • a copper wire with a diameter of 100 ⁇ is wound in 70 turns.
  • This coiled copper wire is the coil / inductor X 2 with an inductance of 2.4 ⁇ .
  • Fluorinated polyethylene propylene capillaries with an outer diameter of 0.8 mm and an inner diameter of 0.35 mm are positioned in the glass tube.
  • the circuit consists of two capacitors Xi and X3, each with a capacity of 100 nF, which lead to a resonance frequency of 200 kHz.
  • the circuit element, ie the feedback impedance X is a resistor with a resistance of 1 kQ. Current in is fed into the circuit by an oscillator, and after the amplifier K, the output signal V out is obtained, which is recorded and evaluated by means of a computer.
  • the achieved quality factor is 100,000.
  • the liquid conducted through the capillaries consists of oil with water droplets having a volume of 100 ⁇ l per droplet, the droplets containing superparamagnetic particles having a mean diameter of 2.8 ⁇ m. It could be found according to the invention, a concentration of 10,000 particles per droplet.
  • a copper wire with a diameter of 100 ⁇ in 70 turns wound.
  • This coiled copper wire is the coil / inductor X 2 with an inductance of 2.4 ⁇ .
  • Fluorinated polyethylene propylene capillaries with an outer diameter of 0.8 mm and an inner diameter of 0.35 mm are positioned in the glass tube.
  • the circuit consists of two capacitors Xi and X3, each with a capacitance of 1 0 n F, which lead to a resonant frequency of 2 MHz.
  • the circuit element, the feedback impedance X4 is a resistor with a resistance of 100 ⁇ . Current in is fed into the circuit by an oscillator, and after the amplifier K, the output signal V out is obtained, which is recorded and evaluated by means of a computer.
  • the achieved quality factor is 100,000.
  • the liquid passed through the capillaries consists of oil with water droplets of a volume of 100 ⁇ l per droplet, the droplets containing salt. According to the invention, a concentration of 1 ppm of salt per droplet could be determined.

Abstract

The invention pertains to the field of electronics and relates to a resonance detector, which can be used for example to detect magnetic, metal, and/or ionic objects in liquids, gases, or solids or in a combination thereof, including in the field of biology. The aim of the invention is to specify a resonance detector that provides values with a high to very high quality factor and thus high to very high sensitivity, which values are used as evidence of amounts, types, or components of magnetic, metal, and/or ionic objects in liquids, gases, or solids or in combinations thereof. Said aim is achieved by a resonance detector that contains at least one inductor X2 and at least one electrical circuit, which in turn contains at least two impedances Xi and X3, an amplifier K, and a feedback impedance X4, wherein the inductor X2 is a coil and the two impedances X1 and X3 are each capacitors.

Description

Resonanzdetektor  Weber Bar
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektron i k und betrifft einen Resonanzdetektor, welcher beispielsweise für den Nachweis von magnetischen, metallischen und/oder ionischen Objekten in Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen oder in einer Kombination davon, auch im biologischen Bereich, eingesetzt werden kann. The invention relates to the field of electron k and relates to a resonance detector, which can be used for example for the detection of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in a combination thereof, even in the biological field.
Die genaue Kontrolle von Flüssigkeiten oder Gasen ist für viele Anwendungen von großer Bedeutung, insbesondere auch im biologischen Bereich. Dabei geht es bei der Kontrolle der Flüssigkeiten oder Gase sowohl darum, ob und welche Menge in einer bestimmten Zeiteinheit vorhanden ist, welche Art von Flüssigkeiten oder Gasen vorhanden sind, aber auch ob und welche Bestandteile und gegebenenfalls Verunreinigungen in den Flüssigkeiten oder Gasen vorhanden sind. The precise control of liquids or gases is of great importance for many applications, especially in the biological field. It is in the control of liquids or gases both about whether and what amount is present in a given unit of time, what type of liquids or gases are present, but also whether and which components and possibly impurities in the liquids or gases are present.
Die Detektion oder der Nachweis derartiger Mengen, Arten oder Bestandteile ist dabei aufwändig und erfordert teure und räumlich umfangreiche optische Vorrichtungen, wie Laser, Mikroskope und transparente Behälter (Harel, E.: Lab Chip (2009) 9, 17-23). Eine Lösung zur Verbesserung der Detektion und Verringerung der Kosten i n sbesond ere fü r b iol og i sch e Anwend u ng en wu rd e beispielsweise mit Resonanzdetektoren gefunden (Tamanaha, C. R. et al: Biosensors and Bioelectrics24 (2008) 1 -13). The detection or detection of such amounts, types or constituents is complex and requires expensive and spatially extensive optical devices such as lasers, microscopes and transparent containers (Harel, E .: Lab Chip (2009) 9, 17-23). A solution to improve the detection and reduction of cost in particular, for example, applications using resonant detectors has been found (Tamanaha, CR et al: Biosensors and Bioelectrics24 (2008) 1-13).
Zum Nachweis von magnetischen Partikeln sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit denen die Partikel direkt oder indirekt nachgewiesen werden können. Ein direkter Nachweis kann beispielsweise unter Ausnutzung der magnetischen Suszeptibilitat, der magnetischen Remanenz, dem magnetischen Widerstand oder dem Hall-Effekt der Partikel erfolgen. Als Vorrichtungen dazu eignen sich eine Maxwell-Brücke oder ein frequenzabhängiges Magnetometer, ein SQUID (superconducting quantum interference device) oder ein Silicium-Hall-Sensor.  For the detection of magnetic particles, methods and devices are known with which the particles can be detected directly or indirectly. Direct detection may be accomplished, for example, by utilizing the magnetic susceptibility, the magnetic remanence, the magnetic resistance or the Hall effect of the particles. Suitable devices for this purpose are a Maxwell bridge or a frequency-dependent magnetometer, a SQUID (superconducting quantum interference device) or a silicon Hall sensor.
Eine Maxwell-Brücke dient zum Messen verlustbehafteter Induktivitäten. Die Messbrücke ähnelt im Aufbau der Wheatstoneschen Messbrücke, sie enthält jedoch Impedanzen und muss daher mit Wechselspannung oder Wechselstrom betrieben werden. A Maxwell bridge is used to measure lossy inductances. The bridge is similar in construction to the Wheatstone bridge, but it contains impedances and must therefore be powered by AC or AC.
Wenn beispielsweise der Stromkreis mit Spule durch Wechselstrom mit einer definierten Frequenz angeregt wird, wird ein alternierendes elektromagnetisches Feld durch die Induktivitäten erzeugt, die mit Objekten oder Partikeln in einem flüssigkeitsgefüllten oder gasgefüllten Behälter interagieren. Diese Wechselwirkung führt zu einer Änderung der Induktivität der Spule aufgrund der Wirbelströme oder der Variation der magnetischen Suszeptibilität der Partikel. Der Nachteil der bekannten LC-Kreise ist, dass die Resonanzkurve breit ist. Die vollständige Breite bei der Hälfte des Maximums der Resonanzkurve erreicht einen großen Wert und führt damit zu einem relativ geringen Qualitätsfaktor (nach dem Stand der Technik um 10).  For example, when the coil-energized circuit is energized by alternating current at a defined frequency, an alternating electromagnetic field is created by the inductors that interact with objects or particles in a liquid-filled or gas-filled container. This interaction leads to a change in the inductance of the coil due to the eddy currents or the variation of the magnetic susceptibility of the particles. The disadvantage of the known LC circles is that the resonance curve is wide. The full width at half the maximum of the resonance curve achieves a large value and thus leads to a relatively low quality factor (according to the prior art by 10).
Der Qualitätsfaktor ist bestimmt durch das Verhältnis von Resonanzfrequenz zur vollständigen Breite bei der Hälfte des Maximums der Resonanzkurve. The quality factor is determined by the ratio of resonance frequency to full width at half the maximum of the resonance curve.
Ein höherer Qualitätsfaktor bedeutet, dass die Anordnung empfindlicher ist. Ein geringer Qualitätsfaktor begrenzt die Empfindlichkeit der Detektoren und erfordert eine komplexe und kostenintensive elektronische Auswertung. A higher quality factor means that the arrangement is more sensitive. A low quality factor limits the sensitivity of the detectors and requires a complex and costly electronic evaluation.
Aufgabe der vorliegenden Lösung ist es, einen Resonanzdetektor anzugeben, welcher mit einem hohen bis sehr hohen Qualitätsfaktor und damit hoher bis sehr hoher Empfindlichkeit Werte zur Verfügung stellt, die als Nachweis für Mengen, Arten oder Bestandteile von magnetischen, metallischen und/oder ionischen Objekten in Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen oder in Kombinationen davon dienen. Object of the present solution is to provide a resonance detector, which with a high to very high quality factor and thus high to very High sensitivity provides values that serve as proof of quantities, types or constituents of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in combinations thereof.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. The object is achieved by the invention specified in the claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Resonanzdetektor zur Messung der Änderung der Induktivität aufgrund der Interaktion mit Objekten enthält mindestens eine Induktivität X2 in Form einer Spule, die um eine oder mehrere Kapillare angeordnet ist, die von magnetischen, metallischen und/oder ionischen Objekten in Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen oder in einer Kombination davon durchströmt ist, und die Induktivität X2 mit mindestens einer elektrischen Schaltung als negatives Widerstandselement verbunden ist, die wiederum mindestens zwei Impedanzen Xi und X3, einen Verstärker K und eine Feedback-Impedanz X enthält, wobei die beiden Impedanzen Xi und X3 jeweils Kondensatoren sind, und diese in der Art und Weise angeordnet sind, dass jeweils das eine Ende der Impedanzen Xi und X3 mit der Erdung, das andere Ende der Impedanz Xi mit der Induktivität X2 und der Feedback-Impedanz X4, das andere Ende der Impedanz X3 mit der Induktivität X2 und der Wechselstromquelle in elektrisch leitend verbunden sind und die Impedanz X3 und die Induktivität X2 und die Wechselstromquelle in über den Verstärker K mit der Feedback-Impedanz X4 elektrisch leitend verbunden sind und das Ausgangssignal Vaus nach der Verbindung des Verstärkers K mit der Feedback-Impedanz X4 angeordnet ist (Fig. 1 ). The resonance detector according to the invention for measuring the change in inductance due to the interaction with objects contains at least one inductance X 2 in the form of a coil which is arranged around one or more capillaries, which are magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in a combination thereof, and the inductance X 2 is connected to at least one electrical circuit as a negative resistance element, which in turn contains at least two impedances Xi and X3, an amplifier K and a feedback impedance X, wherein the two impedances Xi and X3 are each capacitors, and these are arranged in such a manner that in each case one end of the impedances Xi and X3 to the ground, the other end of the impedance Xi with the inductance X 2 and the feedback impedance X4, the other end the impedance X 3 with the inductance X 2 and the AC power source in electrically conductive ve rbunden and the impedance X 3 and the inductance X 2 and the AC power source are electrically connected via the amplifier K with the feedback impedance X4 and the output signal V out after the connection of the amplifier K with the feedback impedance X4 is arranged ( FIG. 1 ).
Vorteilhafterweise besteht der Resonanzdetektor aus zwei oder mehr Anordnungen, die je eine Spule X2 und eine elektrische Schaltung enthalten. Advantageously, the resonance detector consists of two or more arrangements, each containing a coil X 2 and an electrical circuit.
Weiterhin vorteilhafterweise besteht der Resonanzdetektor aus zwei bis 100 Anordnungen. Further advantageously, the resonance detector consists of two to 100 arrangements.
Ebenfalls vorteilhafterweise ist die Feedback-Impedanz X4 ein Widerstand. Und auch vorteilhafterweise wird das Ausgangssignal Vaus aufgezeichnet und/oder ausgewertet, wobei noch vorteilhafterweise die Ausgangssignale einer Vielzahl an Anordnungen aufgezeichnet und miteinander verglichen werden. Also advantageously, the feedback impedance X4 is a resistor. And also advantageously, the output signal V out is recorded and / or evaluated, wherein advantageously the output signals of a plurality of arrangements are recorded and compared with each other.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Spule um eine Kapillare angeordnet ist, die von magnetischen Objekten in Flüssigkeiten durchströmt wird. It is also advantageous if the coil is arranged around a capillary, which is flowed through by magnetic objects in liquids.
Erfindungsgemäß wird der Resonanzdetektor zur Detektion von magnetischen, metallischen und/oder ionischen Objekten in Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen oder in Kombinationen davon verwendet. According to the invention, the resonance detector is used for the detection of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in combinations thereof.
Vorteilhafterweise erfolgt die Verwendung in und/oder an nichttransparenten Kapillaren. Advantageously, the use takes place in and / or on non-transparent capillaries.
Weiterhin vorteilhafterweise erfolgt die Verwendung zur Detektion der Flussgeschwindigkeit von Flüssigkeiten und/oder Gasen. Further advantageously, the use is for detecting the flow rate of liquids and / or gases.
Ebenfalls vorteilhafterweise erfolgt die Verwendung zum Zählen, Sortieren und Trennen von Objekten in Flüssigkeiten und/oder Gasen. Also advantageously, the use is for counting, sorting and separating objects in liquids and / or gases.
Und auch vorteilhafterweise erfolgt die Verwendung zur Detektion von biochemischen Objekten in Flüssigkeitskreisläufen und in Gasen. And also advantageously, the use is for the detection of biochemical objects in liquid circuits and in gases.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es erstmals möglich, den Nachweis für Mengen, Arten oder Bestandteile von magnetischen, metallischen und/oder ionischen Objekten in Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen oder in Kombinationen davon mit hoher bis sehr hoher Empfindlichkeit zu führen, da ein hoher bis sehr hoher Qualitätsfaktor erreicht wird. With the solution according to the invention it becomes possible for the first time to guide the detection of quantities, types or constituents of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in combinations thereof with high to very high sensitivity, since a high to very high high quality factor is achieved.
Erreicht wird dies durch den Einsatz mindestens einer Induktivität X2, in Form einer Spule und mindestens einer Schaltung, die zusammen den erfindungsgemäßen Resonanzdetektor als Anordnung bilden. Diese Anordnung kann vorteilhafterweise mehrfach wiederholt eingesetzt werden, wodurch eine Vielzahl an Messergebnissen erreicht und miteinander verglichen werden können. This is achieved by the use of at least one inductance X 2 , in the form of a coil and at least one circuit, which together form the resonance detector according to the invention as an arrangement. This arrangement can advantageously be repeatedly used repeatedly, whereby a variety of measurement results can be achieved and compared with each other.
Bei der vorliegenden Erfindung besteht der erfindungsgemäße Resonanzdetektor aus einer Induktivität X2 in Form einer Spule, die um eine oder mehrere Kapillare angeordnet ist, die von magnetischen, metallischen und/oder ionischen Objekten in Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen oder in einer Kombination davon durchströmt wird. Gemeinsam mit der elektronischen Schaltung bildet diese Anordnung den erfindungsgemäßen Resonanzdetektor. In the present invention, the resonance detector according to the invention consists of an inductance X 2 in the form of a coil which is arranged around one or more capillaries through which flows magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in a combination thereof , Together with the electronic circuit, this arrangement forms the resonance detector according to the invention.
Der Qualitätsfaktor diese Anordnung ist erhöht, da durch die erfindungsgemäße Art und Weise der Schaltung der Gesamtwiderstand im System herabgesetzt wird, vorteilhafterweise auf R -> 0 und somit die erfindungsgemäße Anordnung als ein negatives Widerstandselement wirkt. Aufgrund der speziellen erfindungsgemäßen Schaltung der Impedanzen und des Verstärkers sowohl in Reihenschaltung als auch in Parallelschaltung zusammen mit einem Verstärker, der ein Operationsverstärker, ein Logikkreis, ein Transistor oder ein anderes Verstärkungselement sein kann, wird die Erhöhung des Qualitätsfaktors in hohem bis sehr hohem Maße erreicht. Diese Anordnung wird mit einem Wechselstrom in (vorteilhafterweise harmonisch oder mäanderförmig) gespeist, der beispielsweise von einem Signalgenerator erzeugt wird. The quality factor of this arrangement is increased since the overall resistance in the system is reduced by the inventive manner of the circuit, advantageously to R -> 0 and thus the arrangement according to the invention acts as a negative resistance element. Due to the particular circuit according to the invention of the impedances and of the amplifier both in series and in parallel together with an amplifier, which may be an operational amplifier, a logic circuit, a transistor or another amplifying element, the increase in the quality factor is achieved to a very high degree , This arrangement is supplied with an alternating current i n (advantageously harmonic or meandering), which is generated for example by a signal generator.
Der erfindungsgemäße Resonanzdetektor enthält dabei mindestens eine Induktivität X2 und mindestens zwei Impedanzen Xi und X3, einen Verstärker K und eine Feedback-Impedanz X4. Die Induktivität X2, die Bestandteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, ist eine Spule. Die beiden anderen Impedanzen sind jeweils Kondensatoren. Vorteilhafterweise ist die Feedback-Impedanz X4 ein Widerstand. The resonance detector according to the invention contains at least one inductance X 2 and at least two impedances Xi and X3, an amplifier K and a feedback impedance X4. The inductance X 2 , which is part of the arrangement according to the invention, is a coil. The two other impedances are each capacitors. Advantageously, the feedback impedance X4 is a resistor.
Diese Bauelemente sind erfindungsgemäß in der Art und Weise angeordnet, dass jeweils das eine Ende der Impedanzen Xi und X3 mit der Erdung, das andere Ende der Impedanz Xi mit der Induktivität X2 und der Feedback-Impedanz X4, das andere Ende der Impedanz X3 mit der Induktivität X2 und der Wechselstromquelle in elektrisch leitend verbunden sind und die Impedanz X3 und die Induktivität X2 und die Wechselstromquelle in über den Verstärker K mit der Feedback-Impedanz X4 elektrisch leitend verbunden sind und das Ausgangssignal Vaus nach der Verbindung des Verstärkers K mit der Feedback-Impedanz X4 angeordnet ist (Fig. 1 ). These components are arranged according to the invention in such a manner that in each case one end of the impedances Xi and X3 with the ground, the other end of the impedance Xi with the inductor X 2 and the feedback impedance X4, the other end of the impedance X 3rd with the inductance X 2 and the AC power source are electrically connected and the impedance X 3 and the inductance X 2 and the AC power source in the amplifier K with the feedback impedance X4 are electrically connected and the output signal V out after the connection of the amplifier K with the feedback impedance X4 is arranged (Fig. 1).
Der erfindungsgemäße Resonanzdetektor ist im allgemeinen Sinne ein technisches Gerät zum Nachweis von Objekten, im spezielleren Sinne ein technisches Gerät zum Nachweis für Mengen, Arten oder Bestandteile von magnetischen, metallischen und/oder ionischen Objekten in Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen oder in Kombinationen davon. Als magnetische Objekte können auch ferromagnetische oder superparamagnetische Objekte nachgewiesen werden. The resonance detector according to the invention is in the general sense a technical device for the detection of objects, in a more specific sense a technical device for detecting amounts, types or constituents of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in combinations thereof. As magnetic objects also ferromagnetic or superparamagnetic objects can be detected.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen in einer einfachen und leicht reproduzierbaren Anordnung mit einer relativ geringen Anzahl an Bauelementen für vergleichsweise geringe Kosten. The advantages of the solution according to the invention consist in a simple and easily reproducible arrangement with a relatively small number of components for comparatively low costs.
Aufgrund dieser Bauweise ist die Anwendung einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Resonanzdetektoren gleichzeitig möglich, so dass eine Multikanaldetektion anwendbar ist, die durch einen Oszillator gespeist und durch Mikrokontroller gesteuert und geregelt werden kann.  Due to this design, the use of a plurality of resonance detectors according to the invention is simultaneously possible, so that a multi-channel detection is applicable, which can be fed by an oscillator and controlled and controlled by microcontroller.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist die Anwendung bei Behältern von Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen oder in Kombinationen davon, die nichttransparent sein brauchen.  Another advantage of the solution according to the invention is the use in containers of liquids, gases or solids or in combinations thereof, which need not be transparent.
Ebenso können diese Resonanzdetektoren für andere Nachweise genutzt werden, wie beispielsweise zum Nachweis der Geschwindigkeit oder der Anzahl von Objekten oder auch als spektrografische Detektoren zur Ermittlung von biochemischen Spezies. Zusätzlich kann die Geschwindigkeit des Flusses der zu untersuchenden Flüssigkeit oder des Gases gemessen und kontrolliert werden, indem die Ergebnisse des Resonanzdetektors ausgewertet und für das externe Pumpensystem als Regelgrößen verwendet werden können. Likewise, these resonance detectors can be used for other evidence, such as for the detection of the speed or the number of objects or as a spectrographic detectors for the detection of biochemical species. In addition, the speed of flow of the liquid or gas to be tested can be measured and controlled by evaluating the results of the resonance detector and using them as control variables for the external pump system.
Vorteilhaft ist auch, dass die Materialien der Kapillare keinen Einfluss auf das Messergebnis ausüben. It is also advantageous that the materials of the capillary have no influence on the measurement result.
Mit dem erfindungsgemäßen Resonanzdetektor können schnelle Nachweise von Objekten, sowie deren Größe oder Konzentration ermittelt werden.  With the resonance detector according to the invention, rapid detection of objects as well as their size or concentration can be determined.
Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt The invention will be explained in more detail below with reference to several exemplary embodiments. It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Detektors. Fig. 1 is a schematic representation of a detector according to the invention.
Beispiel 1 example 1
Um ein Glasrohr mit einem Außendurchmesser von 1 mm wird ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 100 μιτι in 70 Windungen gewickelt. Dieser gewundene Kupferdraht ist die Spule/Induktivität X2 mit einer Induktivität von 2.4 μΗ. Fluorierte Polyethylenpropylen-Kapillaren mit einem Außendurchmesser von 0,8 mm und einem inneren Durchmesser von 0,35 mm werden im Glasrohr positioniert. To a glass tube with an outer diameter of 1 mm, a copper wire with a diameter of 100 μιτι is wound in 70 turns. This coiled copper wire is the coil / inductor X 2 with an inductance of 2.4 μΗ. Fluorinated polyethylene propylene capillaries with an outer diameter of 0.8 mm and an inner diameter of 0.35 mm are positioned in the glass tube.
Die Schaltung besteht aus zwei Kondensatoren Xi und X3 mit jeweils einer Kapazität von 100 nF, die zu einer Resonanzfrequenz von 200 kHz führen. Der Verstärker K weist einen Verstärkungsfaktor von K = 2 auf. Das Schaltungselement, d ie Feedback-Impedanz X ist ein Widerstand mit einem Widerstandswert von 1 kQ. Strom in wird durch einen Oszillator in die Schaltung eingespeist und nach dem Verstärker K wird das Ausgangssignal Vaus erhalten, welches mittels eines Computers aufgezeichnet und ausgewertet wird. The circuit consists of two capacitors Xi and X3, each with a capacity of 100 nF, which lead to a resonance frequency of 200 kHz. The amplifier K has a gain factor of K = 2. The circuit element, ie the feedback impedance X is a resistor with a resistance of 1 kQ. Current in is fed into the circuit by an oscillator, and after the amplifier K, the output signal V out is obtained, which is recorded and evaluated by means of a computer.
Der so erreichte Qualitätsfaktor liegt bei 100.000. The achieved quality factor is 100,000.
Die in den Kapillaren hindurchgeleitete Flüssigkeit besteht aus Öl mit Wassertröpfchen mit einem Volumen von 100 nl je Tröpfchen, wobei die Tröpfchen superparamagnetische Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 2,8 μιτι enthalten. Es konnte erfindungsgemäß eine Konzentration von 10.000 Partikeln pro Tröpfchen festgestellt werden. The liquid conducted through the capillaries consists of oil with water droplets having a volume of 100 μl per droplet, the droplets containing superparamagnetic particles having a mean diameter of 2.8 μm. It could be found according to the invention, a concentration of 10,000 particles per droplet.
Beispiel 2 Example 2
Um ein Rohr aus fluoriertem Polyethylenpropylen mit einem Außendurchmesser von 1 mm wird ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 100 μιτι in 70 Windungen gewickelt. Dieser gewundene Kupferdraht ist die Spule/Induktivität X2 mit einer Induktivität von 2.4 μΗ. Fluorierte Polyethylenpropylen-Kapillaren mit einem Außendurchmesser von 0,8 mm und einem inneren Durchmesser von 0,35 mm werden im Glasrohr positioniert. To a tube of fluorinated polyethylene propylene with an outer diameter of 1 mm, a copper wire with a diameter of 100 μιτι in 70 turns wound. This coiled copper wire is the coil / inductor X 2 with an inductance of 2.4 μΗ. Fluorinated polyethylene propylene capillaries with an outer diameter of 0.8 mm and an inner diameter of 0.35 mm are positioned in the glass tube.
Die Schaltung besteht aus zwei Kondensatoren Xi und X3 mit jeweils einer Kapazität vo n 1 0 n F , d i e z u e i n e r Re so n a n zfre q u e n z vo n 2 MHz führen. Der Operationsverstärker K weist einen Verstärkungsfaktor von K = 1 auf. Das Schaltungselement, die Feedback-Impedanz X4 ist ein Widerstand mit einem Widerstandswert von 100 Ω. Strom in wird durch einen Oszillator in die Schaltung eingespeist und nach dem Verstärker K wird das Ausgangssignal Vaus erhalten, welches mittels eines Computers aufgezeichnet und ausgewertet wird. The circuit consists of two capacitors Xi and X3, each with a capacitance of 1 0 n F, which lead to a resonant frequency of 2 MHz. The operational amplifier K has a gain factor of K = 1. The circuit element, the feedback impedance X4 is a resistor with a resistance of 100 Ω. Current in is fed into the circuit by an oscillator, and after the amplifier K, the output signal V out is obtained, which is recorded and evaluated by means of a computer.
Der so erreichte Qualitätsfaktor liegt bei 100.000. The achieved quality factor is 100,000.
Die in den Kapillaren hindurchgeleitete Flüssigkeit besteht aus Öl mit Wassertröpfchen mit einem Volumen von 100 nl je Tröpfchen, wobei die Tröpfchen Salz enthalten. Es konnte erfindungsgemäß eine Konzentration von 1 ppm Salz pro Tröpfchen festgestellt werden. The liquid passed through the capillaries consists of oil with water droplets of a volume of 100 μl per droplet, the droplets containing salt. According to the invention, a concentration of 1 ppm of salt per droplet could be determined.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Xi und X3 Impedanzen, Xi and X3 impedances
X2 Induktivität X 2 inductance
X4 Feedback-Impedanz, in Stromquelle, X 4 feedback impedance, in current source,
Vaus AusgangssignalV out output signal
K Verstärker K amplifier

Claims

Patentansprüche claims
1. Resonanzdetektor zur Messung der Änderung der Induktivität aufgrund der Interaktion mit Objekten, der mindestens eine Induktivität X2 in Form einer Spule enthält, die um eine oder mehrere Kapillare angeordnet ist, die von magnetischen, metallischen und/oder ionischen Objekten in Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen oder in einer Kombination davon durchströmt ist, und die Induktivität X2 mit mindestens einer elektrischen Schaltung als negatives Widerstandselement verbunden ist, die wiederum mindestens zwei Impedanzen Xi und X3, einen Verstärker K und eine Feedback-Impedanz X4 enthält, wobei die beiden Impedanzen X1 und X3 jeweils Kondensatoren sind, und diese in der Art und Weise angeordnet sind, dass jeweils das eine Ende der Impedanzen X1 und X3 mit der Erdung, das andere Ende der Impedanz X1 mit der Induktivität X2 und der Feedback-Impedanz X4, das andere Ende der Impedanz X3 mit der Induktivität X2 und der Wechselstromquelle m elektrisch leitend verbunden sind und die Impedanz X3 und die Induktivität X2 und die Wechselstromquelle m über den Verstärker K mit der Feedback-Impedanz X4 elektrisch leitend verbunden sind und das Ausgangssignal Vaus nach der Verbindung des Verstärkers K mit der Feedback-Impedanz X4 angeordnet ist. Resonance detector for measuring the change in inductance due to the interaction with objects, which contains at least one inductance X 2 in the form of a coil, which is arranged around one or more capillaries of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in a combination thereof, and the inductance X 2 is connected to at least one electrical circuit as a negative resistance element, which in turn contains at least two impedances Xi and X3, an amplifier K and a feedback impedance X4, the two impedances X1 and X3 are each capacitors, and these are arranged in such a manner that in each case the one end of the impedances X1 and X3 with the ground, the other end of the impedance X1 with the inductance X 2 and the feedback impedance X4, the other end of the impedance X 3 with the inductance X 2 and the AC power source m are electrically connected un d the impedance X 3 and the inductance X 2 and the AC power source m are electrically connected via the amplifier K with the feedback impedance X4 and the output signal V out after the connection of the amplifier K with the feedback impedance X4 is arranged.
2. Resonanzdetektor nach Anspruch 1 , bestehend au s zwei od er meh r Anordnungen, die je eine Spule X2 und eine elektrische Schaltung enthalten. 2. Resonance detector according to claim 1, consisting of the two od he meh r arrangements, each containing a coil X 2 and an electrical circuit.
3. Resonanzdetektor n a ch An s p ru ch 2 , beste h e n d a u s zwe i b i s 1 00 Anordnungen. 3. Resonance detector n a ch s p o rt 2, best h a n d a u s two i b i s 1 00 arrangements.
4. Resonanzdetektor nach Anspruch 1 , bei dem die Feedback-Impedanz X4 ein Widerstand ist. 4. Resonance detector according to claim 1, wherein the feedback impedance X4 is a resistor.
5. Resonanzdetektor nach Anspruch 1 , bei dem das Ausgangssignal Vaus aufgezeichnet und/oder ausgewertet wird. 5. Resonance detector according to claim 1, wherein the output signal V out is recorded and / or evaluated.
6. Resonanzdetektor nach Anspruch 5, bei dem die Ausgangssignale einer Vielzahl an Anordnungen aufgezeichnet und miteinander verglichen werden. A resonance detector according to claim 5, wherein the output signals of a plurality of devices are recorded and compared with each other.
7. Verwendung eines Resonanzdetektors nach Anspruch 1 zur Detektion von magnetischen, metallischen und/oder ionischen Objekten in Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen oder in Kombinationen davon. 7. Use of a resonance detector according to claim 1 for the detection of magnetic, metallic and / or ionic objects in liquids, gases or solids or in combinations thereof.
8. Verwendung nach Anspruch 7 in und/oder an nichttransparenten Kapillaren. 8. Use according to claim 7 in and / or non-transparent capillaries.
9. Verwendung nach Anspruch 7 zur Detektion der Flussgeschwindigkeit von Flüssigkeiten und/oder Gasen. 9. Use according to claim 7 for the detection of the flow velocity of liquids and / or gases.
10. Verwendung nach Anspruch 7 zum Zählen, Sortieren und Trennen von Objekten in Flüssigkeiten und/oder Gasen. 10. Use according to claim 7 for counting, sorting and separating objects in liquids and / or gases.
1 1 .Verwendung nach Anspruch 7 zur Detektion von biochemischen Objekten in Flüssigkeitskreisläufen und in Gasen. 1 1 .Verwendung according to claim 7 for the detection of biochemical objects in liquid circuits and in gases.
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