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CN104981721A - 具有利用原子层沉积形成的集成计算元件的流体分析系统 - Google Patents

具有利用原子层沉积形成的集成计算元件的流体分析系统 Download PDF

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CN104981721A
CN104981721A CN201380070609.XA CN201380070609A CN104981721A CN 104981721 A CN104981721 A CN 104981721A CN 201380070609 A CN201380070609 A CN 201380070609A CN 104981721 A CN104981721 A CN 104981721A
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light
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迈克尔·T·佩尔蒂埃
大卫·L·珀金斯
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Halliburton Energy Services Inc
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Abstract

具有利用原子层沉积(ALD)形成的集成计算元件(ICE)或其它光路组件的流体分析系统使得能提高公差和设计灵活性。在一些公开实施方案中，流体分析系统包括光源和ICE。所述流体分析系统还包括将光信号转换为电信号的检测器。所述ICE包括多个光学层，其中所述多个光学层中的至少一个利用ALD形成。相关的方法包括选择具有多个光学层的ICE设计。所述方法还包括利用ALD形成所述ICE的所述多个光学层中的至少一个以使得能预测物质的化学或物理性质。相关的测井柱包括测井工具区段和与所述测井工具区段相关联的流体分析工具。

Description

具有利用原子层沉积形成的集成计算元件的流体分析系统
背景技术
集成计算元件(ICE)已用于进行流体和复杂样品的材料组成的光学分析。ICE可通过提供一系列层来构建，这些层具有被设计以在所需波长下进行建设性或破坏性干涉的厚度和反射率，从而专门针对与光相互作用并提供允许预测化学或材料性质的光学计算操作的目的来提供编码图案。ICE的构建方法类似于光干涉滤波器的构建方法。对于复合波形，通过常规干涉滤光器方式构建的ICE可能需要极大量的层。除了制作复杂外，如此建造的ICE可能无法在严酷环境中最优工作。例如，具有极大量层或各个层相对于薄膜堆叠厚度来说为厚，或具有极窄公差的ICE可使其预测性能受烃开采或抽取用钻探设施的井下环境的温度、冲击和振动条件负面影响。
已尝试设计并制造具有显著减小的层数或层厚的可提供复合光谱特性的简化ICE。然而，许多ICE设计(实现所需化学预测的层和厚度配方)由于现有沉积技术(诸如反应性磁控溅射(RMS))的限制和变数而被废弃。
附图说明
因此，本文公开具有利用原子层沉积(ALD)形成或修改的一个或多个光路组件的流体分析系统。在图中：
图1示出说明性流体分析系统。
图2示出基于ALD的集成计算元件(ICE)的说明性层。
图3示出基于ALD的ICE的目标透射光谱和中间模型透射光谱。
图4示出说明性随钻测井(LWD)环境。
图5示出说明性电缆测井环境。
图6示出管理测井操作的说明性计算机系统。
图7示出说明性ICE制作方法的流程图。
图8示出说明性流体分析系统制作方法的流程图。
图9示出说明性流体分析方法的流程图。
附图示出将详细描述的说明性实施方案。然而，描述和附图不旨在将本发明限制于说明性实施方案，相对地，旨在公开并保护落在所附权利要求范围内的所有修改、等效和替代方案。
命名
将某些术语用于以下描述和权利要求全文以指代特定系统组件。本文不旨在区分名称不同但功能相同的组件。术语“包括(including)”和“包含(comprising)”以开放方式使用，并因此应解释为意指“包括，但不限制于...”。
术语“耦接(couple,couples)”意指非直接或直接的电学、机械或热学连接。因此，如果第一装置耦接至第二装置，该连接可以是直接连接或经由其它装置和连接的非直接连接。相对地，当未加限制时，术语“连接(connected)”应解释为意指直接连接。对于电学连接来说，这个术语意指两个元件经由具有实质零阻抗的电路径附接。
具体实施方式
本文公开具有利用原子层沉积(ALD)形成或修改的一个或多个光路组件的流体分析系统。这些光路组件可包括，但不限制于，集成计算元件(ICE)(有时称为多变量光学元件或MOE)、光源、带通滤波器、流体样品接口、输入侧透镜、输出侧透镜和检测器。如本文所描述，ALD可用于制作或修改某些光路组件部分或层，而不必是整个组件。利用ALD形成的每个层可对应于ICE或其它光路组件的平面(平的)或非平面(弯曲或倾斜的)层。
相比于其它制作选项，ALD的使用改善了流体分析系统的光路组件的制作均一性和公差。此外，ALD的使用可影响光路组件设计标准，诸如层数、层光密度和层厚度。此外，ALD的使用可促进光路组件制造期间的质量控制操作。此外，基于ALD的组件的使用使得能在严酷环境，诸如在石油开采和抽取钻探中所遇到的严酷环境中提高流体分析系统性能。在严酷环境中的改善性能源自ALD可能带来的制作均一性和公差。此外，ALD具有其它沉积技术诸如反应性磁控溅射(RMS)所回避的光路组件的设计标准。在一些实施方案中，可采用RMS制作一些组件层，同时采用ALD修改那些层且/或制作其它层。选择采用RMS或ALD可取决于设计公差(例如，当可利用ALD而非RMS实现设计公差时，可采用ALD)。在实例流体分析应用中，利用ALD形成的ICE可提供物质化学或物理性质的多变量预测。如本文所公开，在流体分析系统中使用利用ALD形成的ICE和/或其它光路组件可改善流体分析系统预测的准确性、类型和/或范围。
图1示出说明性流体分析系统100。在流体分析系统100中，示出各个光路组件，包括ICE 102、样品接口114、带通滤波器106、输入侧透镜108、输出侧透镜110A和110B和检测器112A和112B。更具体来说，ICE 102被安置于光源116与检测器112A和112B之间。可使用更多或更少检测器。此外，流体样品104被安置于光源116与ICE 102之间。流体样品104的位置可利用流体样品接口114来设置，所述接口将流体样品固定于其位置。同时，输入侧透镜108和输出侧透镜110A和110B被构造以聚焦光方向。此外，可将带通滤波器(BPF)106用于ICE 102的输入侧以过滤某些波长的光。虽然图1图示了流体分析系统100的光路组件的合适布局，但应理解其它光路组件布局是可行的。此外，可采用其它光路组件，诸如透镜和/或反射镜。
如本文所公开，可利用ALD制作或修改流体分析系统100的光路组件中的一个或多个。例如，可利用ALD制作或修改ICE 102的至少一部分。此外，可利用ALD制作或修改光源116、BPF 106、透镜108、透镜110A和110B、检测器112A和112B和/或样品接口104中的至少一些。
在操作中，流体分析系统100能够关联流体样品104的某些特性。流体分析系统100的操作原理部分描述于Myrick、Soyemi、Schiza、Parr、Haibach、Greer、Li和Priore，“Application of multivariate opticalcomputing to simple near-infrared point measurements”，Proceedings ofSPIE，第4574卷(2002)。
在操作中，来自光源116的光通过透镜108，其可以是准直透镜。离开透镜108的光具有由光谱表示的特定波长分量分布。带通滤波器106透射波长分量分布的预选择部分的光。来自带通滤波器106的光通过样品104，且随后进入ICE 102。根据一些实施方案，样品104可包括流体，其具有溶于溶剂的多种化学组分。例如，样品104可以是包括溶于水中的石油和天然气的烃混合物。样品104还可包括形成胶状悬浮液的颗粒，包括不同大小的固体材料碎片。
样品104基本上通过不同程度地吸收不同波长分量并让其它波长分量通过来与通过带通滤波器106的光相互作用。因此，从样品104输出的光具有光谱S(λ)，其含有专属于样品104中化学组分的信息。光谱S(λ)可表示为具有多个数值项Si的行向量。每个数值项Si与特定波长λ下的光的光谱密度成比例。因此，项Si全部大于或等于零(0)。此外，光谱S(λ)的详细谱图提供关于样品140的多种化学物质内每种化学组分的浓度的信息。来自样品104的光被ICE 102部分透射以产生在被透镜110A聚焦后供检测器112A测定的光。另一部分的光从ICE 102部分反射并在被透镜110B聚焦后供检测器112B测定。在一些实施方案中，ICE 102可以是干涉滤波器，具有可表达为行向量L(λ)的某些光谱特性。向量L(λ)是数值项Li的数组，使得透射光和反射光的光谱为：
SLT(λ)＝S(λ)·(1/2+L(λ))，(1.1)
SLR(λ)＝S(λ)·(1/2+L(λ))，(1.2)
注意向量L(λ)中的项Li可以小于零，为零或大于零。因此，S(λ)、SLT(λ)和SLR(λ)为光谱密度，而L(λ)为ICE 102的光谱特性。从方程式(1.1)和(1.2)可得到：
SLT(λ)-SLR(λ)＝2·S(λ)·L(λ)，(2)
向量L(λ)可以是从线性多变量问题解决方案获得的回归向量，目标在于样品104中具有浓度κ的特定组分。在这种情况中，得到：
κ = β · Σ λ ( S L T ( λ ) - S L R ( λ ) ) + γ , - - - ( 3 )
其中β是比例常数且γ是校正偏差。β和γ的值取决于流体分析系统100的设计参数而非样品104。因此，参数β和γ可独立于流体分析系统100的现场应用加以测定。在至少一些实施方案中，ICE 102被专门设计以提供满足以上方程式(2)和(3)的L(λ)。通过测定透射光与反射光之间的差光谱，可获得样品104中所选择组分的浓度值。检测器112A和112B可以是提供光谱密度积分值的单区光检测器。即，如果来自检测器112A和112B的信号分别是d1和d2，那么方程式(3)可以针对新校准因子β'重新调整为：
κ＝β·(d1-d2)+γ，(4)
在一些实施方案中，流体分析系统诸如系统100可以实施部分光谱测定，将测定组合以获得所需测定。在这种情况中，可使用多个ICE测试样品104中受关注的多种组分。不论系统100中的ICE数目是多少，每个ICE可包括具有一系列平行层1至K的干涉滤波器，每个层具有预选择折射率和厚度。数字K可以是大于零的任何整数。因此，ICE 102可以具有K层，其中层中的至少一个利用ALD制作或修改。
图2示出基于ALD的ICE(诸如ICE 102)的说明性层206A至206K。层206A至206K中的至少一个利用ALD制作或修改。输入介质204和输出介质208是ICE 102任一侧的外层，且具有各自的折射率。在一些实施方案中，输入层204和输出层208的折射率等于n0。在替代实施方案中，输入层204和输出层208的折射率可以具有不同值。同时，ICE 102的层206A至206K可以具有各自的折射率和厚度。
图2描绘入射光201、反射光202和透射光203。如图所示，入射光201从输入层204进入ICE 102并从左向右传播。反射光202从ICE 102的层过渡反射，并从右向左传播。透射光203穿过ICE 102的整个主体，并从左向右传播至输出介质208中。为了说明简明，示出ICE 102具有层206A至206K，其对应于针对其折射率(相对于其它特性)选择的材料。在各个实施方案中，ICE 102可包括几十个层、几百个层或几千个层。
在ICE 102的每个层过渡处，图2中从左向右传播的入射光根据折射率变化经历反射/透射过程。因此，一部分入射光被反射且一部分被透射。反射和透射光的比例受反射/折射和干涉原理支配。更具体来说，在指定层过渡处入射光的电场可表示为在指定层过渡处反射光的电场可表示为且在指定层过渡处透射光的电场可表示为
反射/折射受菲涅尔定律支配，对于指定层过渡，菲涅尔定律确定反射系数Ri和透射系数Ti：
E i + ( λ ) = T i ( E i - 1 + ( λ ) ) , - - - ( 5.1 )
E 1 - ( λ ) = R i ( E i - 1 + ( λ ) ) , - - - ( 5.2 )
反射系数Ri和透射系数Ti由以下给出：
T i = 2 n i - 1 n i + n i - 1 , - - - ( 6.1 )
R i = n i - 1 - n i n i + n i - 1 , - - - ( 6.2 )
方程式(6.2)中的负值意指反射导致电场发生180度相变。虽然可针对相对表面以某一角度入射的光使用更复杂模型，但方程式(5.1)和(5.2)假定法向入射。在一些实施方案中，流体分析系统100使用包括约45度入射角的方程式(6.1)和(6.2)的版本。方程式(6.1)、(6.2)和其针对不同入射值的概括可参见J.D.Jackson,Classical Electrodynamics,John-Wiley&Sons,Inc.,第二版，New York,1975,第7章，第3部分，第269-282页。基本上来说，方程式(5)和(6)中的所有变量可以是复数。
注意在指定层过渡(i)处的一部分反射光向左朝前一界面(i-1)传播。在层过渡i-1处，后续反射导致那部分反射光向层过渡i逆传播。因此，一部分反射光形成穿过指定层的完整循环并添加成为透射光的一部分。这导致干涉效应。更基本来说，图2中从左向右传播的透射辐射可包括在ICE 102的层过渡之间往返反射P次的部分。反射的次数可变化。例如，值P＝0对应于图2中从左向右无反射透射穿过ICE 102的光。因此，透射光203将根据不同P值的不同传播光路呈现干涉效应。
类似地，图2中从由向左传播的反射光202可包括在任何层过渡处反射M次的部分。M值可包括任何正整数。反射光202将根据不同M值的不同传播光路呈现干涉效应。
反射和折射是通过对应于层206A至206K的折射率的波长相关现象。此外，通过指定层i的场分量的光路为(2πniλ)·Di。因此，不同P值的总光程取决于波长、ICE 102每个层的折射率和厚度。类似地，不同M值的总光程取决于波长、ICE 102每个层的折射率和厚度。因此，导致透射光202LT和反射光202LR的干涉效应也与波长相关。
对于ICE 102的层过渡，每个波长λ需要满足能量守恒。因此，透射光202LT的光谱密度SLT(λ)和反射光202LR的光谱密度SLR(λ)满足：
Sin(λ)＝SLT(λ)+SLR(λ)，(7)
虽然ICE 102可吸收某些波长下的小部分光，但这种吸收可忽略。在一些实施方案中，流体分析系统100操作适于入射光在约45度入射下的反射并透射的ICE 102。流体分析系统100的其它实施方案可操作适于如方程式(6.1)和(6.2)所描述的任何其它入射角诸如0度的ICE 102。不论用于流体分析系统100中的ICE 102的入射角如何，方程式(7)仍可按任何这种构造表达能量守恒。可轻易开发ICE102的光谱透射和反射特性模型以基于涉及的所有层的折射率和厚度估算性能。
图3示出基于ALD的ICE的目标透射光谱312和中间模型透射光谱312-M。图3还示出左波长截止320-L(λL.)和右波长截止320-R(λR)。截止320-L和320-R是限制受关注波长范围应用于流体分析系统100的波长值(参考图1)。在一些实施方案中，希望满足λL≤λ≤λR的所有波长λ的模型光谱312-M大致等于目标光谱312。
如图3所示，模型光谱312-M可某程度不同于目标光谱312。例如，在模型光谱312-M的受关注范围内的一些波长可高于目标光谱312，而在模型光谱312-M的受关注范围内的其它波长可低于目标光谱312。在这些情况中，可采用优化算法改变折射率和厚度设置的参数以找出使模型光谱312-M呈现更接近目标光谱312的值。这些设置界定了具有2K维度的参数空间。
在一些实施方案中，层206A至206K的材料使得能选择6个不同折射率和1000个不同厚度。这导致具有(6*1000)K种可行设计构造的2K参数空间。因此，可使用简化优化过程的优化算法扫描这类参数空间以找出ICE 102的最优构造。
可使用的优化算法的实例为非线性优化算法，诸如Levenberg-Marquardt算法。一些实施方案可使用遗传算法扫描参数空间并识别最佳匹配目标光谱312的ICE 102构造。一些实施方案可搜索ICE设计库以找出最密切匹配目标光谱312的ICE 102设计。一旦找出密切匹配目标412的ICE 102设计，可轻微改变2K空间中的参数以找出甚至更优模型光谱412-M。
在一些实施方案中，当评价ICE 102的最优设计时，可包括层数K。因此，根据一些实施方案，参数空间的维度可以是优化变量。此外，一些实施方案可包括变量K的约束条件。例如，系统100的一些应用可因ICE 102具有少于预定层数而受益。在这些实施方案中，层数越少，ICE 102和系统100的预测能力、精密度、可靠性和寿命越佳。同时，其它应用可因ICE 102具有多于预定层数而受益。不论层数多少，ALD的使用使得能基于ALD公差以及上述其它制作特征选择ICE设计。
其中使用ALD制作或修改ICE 102、BPF 106、透镜108、透镜110A、110B、检测器112A、112B和/或光源116的流体分析系统100可用于随钻测井(LWD)环境或电缆测井环境以实施井下流体分析操作。图4示出说明性随钻测井(LWD)环境。钻探平台2支撑井架4，其具有用于提升和下降钻柱8的游动滑车6。当钻柱8通过转台12下降时，钻柱杆10支撑钻柱8的其余部分。转台12转动钻柱8，从而扭动钻头14。当钻头14转动时，其产生通过各地层18的钻孔16。泵20使钻探流体经由进料管22循环至杆10，在井下通过钻柱8的内部，通过钻头14中的孔眼，经由钻柱8周围的环形件9返回地面，并进入保存坑24。钻探流体将来自钻孔16的钻屑运输至坑24中并协助维持钻孔16的完整性。
钻头14只是开孔LWD总成的一个工件，所述总成包括提供重量和刚性以辅助钻探过程的一个或多个钻铤(厚壁钢管)。这些钻铤中的一些包括内建测井仪器以收集各种钻探参数测定，诸如位置、取向、钻压、钻孔直径等。作为实例，可将测井工具26(诸如井下流体分析工具)整合至钻头14附近的井底总成中。钻柱8还可包括多个其它区段32，其通过适配器33耦接在一起或耦接至钻柱8的其它区段。测井工具26和/或区段32之一可包括如本文所描述的至少一个流体分析系统100。
工具26和/或区段32的测定可储存于内部存储器且/或通信至地面。作为实例，在井底总成中可包括遥测接头28以维持与地面的通信链路。泥浆脉冲遥测是将工具测定传递至地面接收器30并从地面接收命令的一种常用遥测技术，但还可使用其它遥测技术。
在钻探过程的各个时间，可将钻柱8从钻孔16移出，如图5所示。一旦移出钻柱，可利用电缆测井工具34，即由具有用于将电力传输至工具并从工具向地面遥测的导体的电缆42悬吊的感测仪器探头进行测井操作。应注意电缆测井工具34可包括各类地层性质传感器。例如，不限制地，电缆测井工具34可包括通过适配器33接合的一个或多个区段32。测井工具34和/或一个或多个区段32可包括至少一个流体分析系统100。
测井设施44从测井工具34采集测定，且包括用于管理测井操作并储存/处理由测井工具34所收集测定的计算设施45。对于图4和图5的测井环境，可将测定参数以测井曲线，即二维图形的形式记录并显示，所述图形示出根据工具位置或深度的测定参数。除了根据深度进行参数测定外，一些测井工具还提供根据转角的参数测定。
图6示出用于管理测井操作的说明性计算机系统43。计算机系统43可对应于测井设施44的计算设施45或远程计算系统。计算机系统43可包括用于管理测井过程中的测井操作的有线或无线通信接口。如图所示，计算机系统43包含用户工作站51，其包括通用处理系统46。通用处理系统46优选通过呈可移除非瞬时(即，非易失)信息储存介质52形式的图6所示软件配置以管理测井操作，包括涉及至少一个流体分析系统100的流体分析操作。所述软件还可以是通过网络(例如，经由因特网)访问的可下载软件。如图所示，通用处理系统46可耦接至显示装置48和用户输入装置50以使得操作人员能与计算机可读介质52所储存的系统软件交互。通用处理系统46可包括地面处理器和/或井下处理器。在地面或井下实施不同处理操作的决定可基于可用井下处理量、测井工具与地面计算机之间数据传输的带宽和数据速率、待实施数据分析的复杂程度、井下组件的耐久性或其它标准的偏好或限制。在一些实施方案中，在用户工作站51上执行的软件可将具有流体分析选项的测井管理界面呈现给用户。换句话说，本文描述的各测井管理方法可以软件的形式实现，所述软件可被传送到计算机或另一处理系统的信息储存介质上，诸如光盘、磁盘、闪存或其它永久储存装置。或者，这种软件可经由网络或其它信息传输介质被传送到计算机或处理系统。所述软件可以各种形式提供，包括可解释“源代码”形式和可执行“编译”形式。由本文所描述软件实行的各个操作可作为个别功能块(例如“对象”、函数或子程序)写入源代码内。
图7示出图示ICE制作方法500的流程图。如图所示，方法500包括在方框510选择灯光谱和带通滤波器。在方框520，获得光谱特性向量。例如，光谱特性向量可大致等于解决线性多变量问题的回归向量。在方框530，获得目标光谱。目标光谱是从灯光谱、带通滤波器光谱和光谱特性向量获得。在方框540，基于ALD公差选择ICE设计层。所选择的层可基于改变参数空间中层的折射率、厚度和数目直至模型光谱与目标光谱之间的误差小于公差值的优化途经。在一些实施方案中，所述优化途经可以是非线性途经，诸如Levenberg-Marquardt途经或遗传算法。使用ALD制作或修改ICE层使得能选择在ALD公差水平，而非反应性磁控溅射公差(RMS)水平内的ICE设计选项。在一些实施方案中，可采用ALD与RMS的组合(例如，利用RMS制作一些层，同时利用ALD制作其它层)。
图8示出图示流体分析系统制作方法600的流程图。在方法600中，利用ALD形成流体分析系统的各个光路组件。在方框610，选择具有多个光学层的ICE设计。在方框620，利用ALD形成或修改多个光学层中的至少一个。在方框630，利用ALD形成或修改检测器的至少一部分。在方框640，利用ALD形成或修改流体样品接口的至少一部分。在方框650，利用ALD形成或修改带通滤波器的至少一部分。在方框660，利用ALD形成或修改透镜的至少一部分。方法600中提及的各个基于ALD的组件可按例如图1系统100所描述般布置。在方框670，利用ALD形成或修改光源的至少一部分。方法600中提及的各个基于ALD的组件可按例如图1系统100所描述般布置。不同流体分析系统可具有更少或更多基于ALD的组件，且方法600可相应变化。此外，流体分析系统的不同组件可具有仅利用ALD、仅RMS或两者形成的层。
存在各种已知ALD技术，其可用于形成如方法600中的流体分析系统的光路组件。基本上来说，ALD是膜生长技术，其使用了在近真空条件中进行的自限制化学反应对。基材表面用第一反应物以单层覆盖，利用真空净化系统并将第二反应物引入系统中。第二反应物接触基材的单层并反应形成ICE或其它光路组件的完整层。存在许多可用的市售反应物对。可重复所述循环直至实现所需层厚度。例如，层控制机构可数出试剂添加次数。反应时间很快且生长速率可高达40分钟内100埃。ALD已用于生长具有所需光学性质且具有适用于极限应用的硬度性质的膜，例如Al2O3。对于ICE制作，可生长具有交替高和低光折射率的膜。已使用高折射率材料诸如硅和锗，和低折射率材料诸如SiO2和MgO2生长ALD膜。
利用ALD，质量保证、质量控制且产率可以更高且更容易控制。作为实例，ALD的质量控制可涉及计数反应物添加并随后检查性能的直白过程。可通过使用光学仪器实施实时ALD工艺监测以确保层化深度和其它制作标准。此外，ALD是化学反应过程，其导致对基部表面的化学结合。因此，由ALD形成的结合较通过其它沉积工艺诸如磁控溅射或等离子涂覆工艺形成的结合强(较不脆弱)。
如本文所公开，ALD可用于制作具有较薄总厚度的较复杂ICE设计(获得较现有沉积技术快的制作时间和更优性能)。此外，ALD可用于制作功能化ICE。例如，可将终止层设计成具有直接结合至ICE的一个或多个化学反应层。这可使ICE对分析物或分析物群相比以前更具选择性。作为另一实例，可将终止层设计为与用于设计ICE光谱图不同材料的保护涂层。作为另一实例，可将表面图案化以使得能用作介质高度散光(例如，储层流体)环境中的尺寸排阻层。这种图案化可使用可除光刻技术实施。在混合环境中，可涂覆所有表面且可面对面结合基材。ALD的使用还可使得能对流体分析系统的其它光路组件的性能或功能进行改善。
除了ICE 102外，还可通过ALD制作或修改系统100的其它光学组件。例如，可通过ALD制作或通过ALD修改半导体检测器以在表面上直接包括ICE 102。此外，可修改半导体检测器以包括抗反射或光谱带通层结构。作为另一实例，可修改透镜110A和110B以包括抗反射或光谱带通层结构。
图9示出说明性流体分析方法700的流程图。如图所示，方法700包括在方框710发射具有预定光谱的光(例如，利用光源116)。在方框720，发射光被引导通过流体样品(例如，流体样品104)。在方框730，利用基于ALD的ICE(例如ICE 102)过滤通过流体样品的光。如本文所描述，基于ALD的ICE包括多个光学层，其中所述层中的至少一个是利用ALD形成或修改。ALD在ICE的一个或多个光学层的使用可增大流体分析系统预测的准确度、类型和/或范围。在方框740，检测(例如，通过检测器112A或112B)经过滤的光。在方框750，将经检测过滤的光的光谱特征与流体样品的化学或物理性质关联。可例如通过耦接至流体分析系统的检测器的处理器实施方框750的步骤。
在一些实施方案中，方法700可包括其它步骤。例如，方法700还可包括，在过滤步骤之前和/或之后，将光引导通过利用ALD形成或修改的至少一个光路组件。这些光路组件可包括如本文所描述的输入侧透镜、输出侧透镜、带通滤波器、样品接口、光源或检测器。
一旦充分了解以上公开内容，大量变化和修改方案对于本领域技术人员将变得明显。例如，虽然已按照依序方式示出并描述本文所公开方法，但各图示操作中的至少一些可同时或按不同顺序发生，且可能重复。旨在将以下权利要求解释为涵盖所有这些变化、等效和修改方案。

Claims (22)

1.一种流体分析系统，其包括：
光源：
集成计算元件(ICE)；和
检测器，其将光信号转换为电信号，
其中所述ICE包括多个光学层，且其中所述多个光学层中的至少一个利用原子层沉积(ALD)而形成以使得能预测物质的化学或物理性质。
2.根据权利要求1所述的流体分析系统，其中所述ICE包括基于ALD的多个不同类型光学层，且其中所述多个不同类型光学层具有不同折射率。
3.根据权利要求1所述的流体分析系统，其中所述ICE包括利用反应性磁控溅射(RMS)形成的至少一个光学层。
4.根据权利要求1所述的流体分析系统，其中所述ICE包括利用ALD形成或修改的至少一个非平面光学层。
5.根据权利要求1中任一项所述的流体分析系统，其还包括流体样品接口，其中所述流体样品接口包括利用ALD形成或修改的至少一个层。
6.根据权利要求5所述的流体分析系统，其中所述流体样品接口包括利用ALD形成的金刚石层。
7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的流体分析系统，其中所述检测器或所述光源包括利用ALD形成或修改的至少一个层。
8.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的流体分析系统，其还包括带通滤波器元件，其中所述带通滤波器元件包括利用ALD形成或修改的至少一个层。
9.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的流体分析系统，其还包括相对于所述ICE的输入侧透镜，其中所述输入侧透镜包括利用ALD形成或修改的至少一个层。
10.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的流体分析系统，其还包括相对于所述ICE的输出侧透镜，其中所述输出侧透镜包括利用ALD形成或修改的至少一个层。
11.一种制作流体分析系统的方法，其包括：
选择具有多个光学层的集成计算元件(ICE)设计；且
利用原子层沉积(ALD)形成所述ICE的所述多个光学层中的至少一个以使得能预测物质的化学或物理性质。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括利用ALD形成或修改光源或检测器的至少一部分。
13.根据权利要求11所述的方法，其还包括利用ALD形成或修改流体样品接口的至少一部分并将所述流体样品接口布置在所述ICE的输入侧。
14.根据权利要求11所述的方法，其还包括利用ALD形成或修改带通滤波器元件的至少一部分并将所述带通滤波器元件布置在所述ICE的输入侧。
15.根据权利要求11至权利要求14中任一项所述的方法，其还包括利用ALD形成或修改透镜的至少一部分并将所述透镜布置在所述ICE的输入侧或输出侧。
16.根据权利要求11至权利要求14中任一项所述的方法，其还包括利用ALD形成或修改所述ICE的至少一个非平面光学层。
17.根据权利要求11至权利要求14中任一项所述的方法，其还包括利用ALD形成所述ICE的多个不同类型光学层。
18.一种测井柱，其包括：
测井工具区段；和
与所述测井工具区段相关联的流体分析工具，其中所述流体分析工具包括集成计算元件(ICE)，其具有利用原子层沉积(ALD)形成的至少一个光学层以使得能预测物质的化学或物理性质。
19.根据权利要求18所述的测井柱，其中所述流体分析单元包括利用ALD形成或修改的检测器、带通滤波器中的至少一个。
20.一种用于流体分析的方法，其包括：
将具有预定光谱的光引导通过流体样品；
通过多个光学层过滤从所述流体样品输出的光，其中利用原子层沉积(ALD)形成所述多个光学层中的至少一个以根据所述流体样品的化学或物理性质过滤所述光；
检测从所述多个光学层输出的经过滤的光；且
将所述经过滤的光的光谱特征与所述流体样品的所述化学或物理性质关联。
21.根据权利要求20所述的方法，其还包括，在所述过滤前，将光引导通过利用ALD形成或修改的至少一个光路组件。
22.根据权利要求20所述的方法，其还包括，在所述过滤后和在所述检测前，将光引导通过利用ALD形成或修改的至少一个光路组件。
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