[發明專利]用于顆粒物監測器的微加工分級器

在審

• 申請號: 201780069155.2
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN110325838A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: I·帕普羅特尼;D·法希米;O·瑪赫達維保爾
• 申請（專利權）人: 伊利諾伊大學董事會
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;F04B43/04;G01N1/22;G01N15/06;G01N21/17
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳文平

提供微加工顆粒物(PM)監測器和PM監測器內的分級器。垂直或面外分級器的一級通道從外部環境接收包含多種尺寸的顆粒的空氣樣品。然后空氣樣品通過多個微流體通道，其中在微流體通道內施加慣性力以將顆粒按尺寸分離。分級器包含用于尺寸小于閾值尺寸的顆粒的水平空氣出口、和用于尺寸大于閾值尺寸的顆粒的垂直空氣出口。因此，在沉積在PM監測器上之前，降低了空氣樣品中PM的比例。還可以提供虛擬旋風分離器，其包含彎曲部分，所述彎曲部分位于穿過垂直微加工分級器的一級通道的流動通路。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年11月9日提交的美國臨時專利申請第62/419,705號的優先權，該申請的內容以引用方式整體并入本文。

背景技術

空氣傳播的顆粒物(PM)污染物是懸浮在大氣中的小固體顆粒或液滴。PM污染物可以包括例如汽車尾氣、煙草煙霧、煤塵、火山灰或花粉。PM污染物的尺寸可以為幾納米到幾十微米。PM污染物可能對人體有害，因為其尺寸允許其進入呼吸系統甚至血液。因此，開發了PM監測器以檢測PM污染物。

然而，現有的PM監測器的尺寸和配置不適于在不同類型的位置方便和便攜地使用。另外，現有的PM監測器由于在不同類型的位置處的溫度、濕度等的變化，從而通常不能提供PM污染物的可靠精確測量。進一步，現有的PM監測器不適合低成本、小規模生產。

發明內容

本公開的實施方案涉及制造和/或實施微加工分級器，所述微加工分級器用于與測量空氣中的微尺寸顆粒物(PM)的濃度的PM監測器一起使用并組裝在其中。實施方案解決了現有的分級器和PM監測器的缺陷，提供增強的緊湊性和可制造性。

在一個示例實施方案中，提供一種與顆粒物(PM)監測器一起使用的分級器。所述分級器包括：主體，其界定垂直空氣入口，以接收來自主體外部的氣流，所述氣流包含多種尺寸的顆粒；以及，多個微流體通道，其中在微流體通道內施加慣性力以將顆粒按尺寸分離。分級器還包括用于尺寸小于閾值尺寸的顆粒的水平空氣出口、和用于尺寸大于閾值尺寸的顆粒的垂直空氣出口。

在另一個示例實施方案中，提供一種制造垂直微加工分級器的方法。所述方法包括：蝕刻第一晶片和第二晶片，其中所述第一晶片和第二晶片各自包含操作層、固定于所述操作層的埋氧(BOX)層、和固定于埋氧層的器件層的三層堆疊。所述方法還包括：旋轉第一晶片，以使得第一晶片的器件層面對第二晶片的器件層，并使第一晶片的器件層結合于第二晶片的器件層。

所述方法還可以包括：對第一晶片的器件層和第二晶片的器件層施加掩模，并且在掩模周圍蝕刻器件層，其中掩模下的器件層的部分形成收集探針，蝕刻穿過第一晶片的操作層、BOX層和器件層，以形成一級通道的第一部分，并且蝕刻穿過第二晶片的操作層、BOX層和器件層，以形成一級通道的第二部分。第一晶片和第二晶片的各操作層包含第一表面和第二表面，所述第二表面固定于所述BOX層。所述第一晶片的操作層的第一表面上的開口包含的直徑大于所述第二晶片的操作層上通往一級通道的第二部分的開口。

在另一個示例實施方案中，提供了一種用于顆粒物(PM)監測器的泵，其具有微加工設備、如分級器。所述泵具有形成腔室的主體、配置在各腔室中的膜、耦合于各膜的致動器、與腔室流體連通的入口閥、以及與腔室流體連通的出口閥。致動器可操作以使膜在腔室中位移從而產生負壓，所述負壓經由入口閥將空氣吸入腔室、并經由出口閥將空氣排出腔室。

在另一個示例實施方案中，提供了一種用于顆粒物(PM)監測器的虛擬旋風分離器。彎曲部分位于穿過垂直微加工分級器的一級通道(次要流動通路)的流動通路處，并且收集腔室位于所述彎曲部分。次要流動通路中的空氣穿過彎曲部分流動，并且空氣中的大于閾值尺寸的PM進入收集腔室。

附圖說明

圖1示出了根據本公開的方面所述的測量空氣樣品中PM的質量濃度的示例顆粒物(PM)監測器。