[發(fā)明專利]用于檢測顆粒的裝置、系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580044164.7
• 申請日: 2015-08-20
• 公開（公告）號: CN106662519B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安東尼·克林特·克萊頓;霍華德·杰羅姆·沃爾斯;蘭達(dá)爾·J·紐森;保羅·G·赫茲
• 申請（專利權(quán)）人: 研究三角協(xié)會
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N21/51;G01N21/64
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

一顆粒檢測器包括一殼體、一光源、以及一光電材料。該殼體包括一樣本入口和一樣本出口、以及包括一檢測腔。該光源將照射光沿一縱軸直射該檢測腔內(nèi)一樣本流體中的顆粒。該光電材料包圍該檢測腔的至少部分，接收自該顆粒且沿一組多條與該縱軸具有相對角度的測量光光路傳播的測量光。該顆粒檢測器可用于測量散射光和/或熒光發(fā)射光。流體樣本可包括氣溶膠、生物氣溶膠、以及液體。

相關(guān)申請

本申請要求申請?zhí)枮?2/039,512的美國臨時(shí)專利“用于檢測顆粒的裝置、系統(tǒng)和方法”（申請日2014年8月20日），以及申請?zhí)枮?2/039,519的美國臨時(shí)專利“用于流體控制和樣本檢測控制的系統(tǒng)、裝置和方法”（申請日2014年8月20日）的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在本申請中被整體引用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣溶膠或流體中顆粒的光學(xué)檢測，包括光散射和自發(fā)熒光的檢測。

背景技術(shù)

通過檢測流體介質(zhì)的分散顆粒和膠質(zhì)以測量濃度或其他屬性能有效實(shí)現(xiàn)多種用途，例如醫(yī)療診斷、科學(xué)研究、空氣質(zhì)量檢測和威脅檢測。示例包括測量流體中的懸浮顆粒濃度，例如血液中的蛋白質(zhì)、以及建筑室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境的空氣顆粒。

一個(gè)記載的應(yīng)用是測量氣溶膠中空氣顆粒（或顆粒物，PM）的濃度和其他屬性。因大氣中氣溶膠濃度的重要性和其對健康的影響，美國環(huán)境保護(hù)署（US EPA）發(fā)布了粗顆粒物質(zhì)（介于10μιη 至 2.5 μιη之間，可吸入顆粒）和細(xì)顆粒物質(zhì)（粒徑小于2.5 μιη，細(xì)顆粒物）的暴露標(biāo)準(zhǔn)。對制造業(yè)而言，氣溶膠濃度對工人健康和避免制造過程中污染具有同樣的重要性。

一類特別引人注意的氣溶膠是生物氣溶膠。生物氣溶膠包括生物顆粒，例如真菌孢子、細(xì)菌孢子、細(xì)菌、病毒，和生物衍生顆粒（皮膚細(xì)胞、皮屑等）。一些生物氣溶膠可引發(fā)慢性和/或急性健康問題，例如某些黑霉菌株或炭疽桿菌（炭疽致病菌）。生物氣溶膠濃度對醫(yī)院環(huán)境安全、食品清潔生產(chǎn)、制藥和醫(yī)藥設(shè)備制造和空氣質(zhì)量而言十分重要。空氣傳播疾病是公眾尤為關(guān)心的話題。氣霧化生物制劑可被恐怖分子利用以傷害平民和軍隊(duì)。

氣溶膠濃度和生物氣溶膠濃度的測量（檢測）通常通過光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)已可通過多種光散射測法實(shí)現(xiàn)氣溶膠（例如分散于大氣中粒徑小于10 μιη的固體或液體顆粒）的濃度測量。參見海因茲，《氣溶膠科技》，紐約約翰威利國際出版公司（1982）；萊蒂馬基和維勒克，《測量方法》，氣溶膠測量，維勒克和巴龍，紐約范諾斯特蘭萊因霍爾德出版公司，112-129（1993）。最準(zhǔn)確的方法是利用單一顆粒計(jì)數(shù)器，其將一氣溶膠流對準(zhǔn)一檢測腔，檢測腔中可測量長波長（大于650nm）散射光。精密光學(xué)元件用于收集散射光（同時(shí)排出源光）并將散射光聚焦到一光子檢測器。該光子檢測器由可耐光電效應(yīng)（光子轉(zhuǎn)化為電子）的硅或光電陰極材料（例如砷化銦鎵）制成。這些材料集成在探測器內(nèi)，以提供高倍數(shù)光子信號，例如光電倍增管（PMTs）和雪崩光電二極管（APDs）。上述探測器的主動探測區(qū)域小（小于25mm²）且僅限于幾何平面。另外，上述探測器的成本在100美金以上，高靈敏度的光電倍增管的價(jià)格甚至超過1000美金。