BR112020004199A2

BR112020004199A2 - método de teste de encaixe para respirador com sistema de detecção

Info

Publication number: BR112020004199A2
Application number: BR112020004199-8A
Authority: BR
Inventors: Richard C. Webb; Andrew S. Viner; Daniel B. Taylor; Jessica L. T. Hauge; Jennifer L. Kamarainen; Jacob P. Vanderheyden; Silvia G. Guttmann; Kenneth Stanford
Original assignee: 3M Innovative Properties Company
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-09-08
Also published as: WO2019046686A1; CN111093776B; US20200246646A1; EP3675972A4; EP3675973A4; BR112020004185A2; EP3675973A1; WO2019046712A1; CN111093776A; EP3675968A4; EP3675971A1; CN111065440A; EP3675971A4; US20200215364A1; CN111050859A; CN111065442B; US20210001066A1; US11918837B2; WO2019046709A1; EP3675968A1

Abstract

Trata-se de um método de teste de encaixe que inclui fornecer um respirador vestido por um usuário, fornecer um gerador de aerossol com um parâmetro de saída de aerossol conhecido, fornecer um invólucro que é fisicamente apoiado ao redor da cabeça do usuário, em que o gerador de aerossol libera aerossol com o parâmetro de saída de aerossol conhecido que está pelo menos parcialmente contido no invólucro ao redor da cabeça do usuário, fornecer um sensor em comunicação elétrica com um elemento de detecção, em que o sensor é operacionalmente conectado ao respirador e em que o sensor é configurado para monitorar um parâmetro de concentração de partículas dentro do respirador, e fornecer um leitor configurado para se comunicar com o sensor, em que o leitor é configurado para fornecer um parâmetro de encaixe de respirador com base em uma comparação do parâmetro de concentração de partículas ao parâmetro de saída de aerossol conhecido.

Description

“MÉTODO DE TESTE DE ENCAIXE PARA RESPIRADOR COM SISTEMA DE DETECÇÃO” Antecedentes

[001]Sensores de material particulado (PM) são elementos de detecção que são configurados para possibilitar quantificação da concentração de partículas em um ambiente, mais normalmente um ambiente onde as partículas são suspensas em uma fase gasosa. Sensores de PM receberam uma atenção maior durante a última década como resultado da maior consciência do possível impacto de PM sobre a saúde huma- na. Sensores de PM são normalmente usados para possibilitar o monitoramento de PM ambiental, saída de partícula de fuligem de motor a diesel, medições de eficiência de filtro de partículas e teste de encaixe de respirador. A maioria dos sistemas de sensor se encaixa em uma das seguintes categorias: 1) medições com base em massa, que monitoram a massa de partículas depositada ao longo do tempo através do uso de uma balança de massa ou microbalança de cristal quartzo (tipicamente usadas em monito- ramento ambiental), 2) medições de base óptica, em que um sinal óptico é usado para monitorar a concentração de partículas em um corrente de ar (tipicamente usadas em monitoramento ambiental e teste de encaixe de respirador quantitativo) e 3) detecção de condutividade elétrica, em que a deposição de partículas eletricamente condutoras em um par de eletrodos resulta em um sinal elétrico mensurável (tipicamente usada em monitoramento de fuligem de motor a diesel, pois as partículas de fuligem são eletrica- mente condutoras). Sumário da invenção

[002]A presente revelação se refere aos métodos de teste de encaixe para um respirador. Em particular, esta revelação se refere a um gerador de aerossol com um parâmetro de saída de aerossol conhecido; um invólucro que é fisicamente apoiado ao redor da cabeça do usuário, em que o gerador de aerossol fornece o parâmetro de saída de aerossol conhecido conti-

do pelo menos parcialmente no invólucro ao redor da cabeça do usuário; um sensor que compreende um elemento de detecção operacionalmente conectado ao respira- dor, sendo que o sensor é configurado para monitorar um parâmetro de concentração de partículas dentro do respirador; e um leitor configurado para se comunicar com o sensor, sendo que o leitor é configurado para fornecer um parâmetro de encaixe de respirador com base em uma comparação do parâmetro de concentração de partícu- las com o parâmetro de saída de aerossol conhecido.

[003]Em um aspecto, a presente revelação fornece um método de teste de encaixe que compreende: fornecer um respirador vestido por um usuário; fornecer um gerador de aerossol com um parâmetro de saída de aerossol conhecido; fornecer um invólucro que é fisicamente apoiado ao redor da cabeça do usuário, sendo que o ge- rador de aerossol libera aerossol com o parâmetro de saída de aerossol conhecido que está pelo menos parcialmente contido no invólucro ao redor da cabeça do usuá- rio; fornecer um sensor em comunicação elétrica com um elemento de detecção, sen- do que o sensor é operacionalmente conectado ao respirador, e em que o sensor é configurado para monitorar um parâmetro de concentração de partículas dentro do respirador; e fornecer um leitor configurado para se comunicar com o sensor, sendo que o leitor é configurado para fornecer um parâmetro de encaixe de respirador com base em uma comparação do parâmetro de concentração de partículas com o parâ- metro de saída de aerossol conhecido. Em algumas modalidades, o sensor é montado substancialmente em uma superfície exterior do respirador.

[004]Em algumas modalidades, um tamanho do sensor e um peso do sensor são selecionados de modo que o sensor não interfira com um uso do respirador pelo usuário. Em algumas modalidades, um tamanho do sensor e um peso do sensor são selecionados de modo que o sensor não altere o encaixe do respirador em um usuário. Em algumas modalidades, o sensor está em comunicação elétrica com o elemento de detecção e é configurado para detectar uma alteração em uma propriedade elétrica do elemento de detecção. Em algumas modalidades, o elemento de detecção é configura- do para detectar material particulado solúvel em fluido quando uma camada líquida está disposta em um vão entre pelo menos dois eletrodos em pelo menos uma parte da su- perfície do elemento de detecção, sendo que uma partícula ionizável em fluido pode dissolver pelo menos parcialmente e pode ionizar pelo menos parcialmente na camada líquida, o que resulta em uma alteração em uma propriedade elétrica entre pelo menos dois eletrodos do elemento de detecção.

[005]Em algumas modalidades, o sensor é configurado para detectar va- zamento de ar não filtrado no espaço de gás interior formado entre a superfície da face de uma pessoa e a superfície interior do respirador. Em algumas modalida- des, o elemento de detecção está em comunicação removível com o sensor. Em algumas modalidades, o sensor se comunica com o leitor sobre um ou mais consti- tuintes de um gás ou aerossol dentro do espaço de gás interior. Em algumas mo- dalidades, o sensor se comunica com o leitor sobre propriedades físicas com rela- ção a um gás dentro do espaço de gás interior.

[006]Em algumas modalidades, o sensor e o leitor comunicam parâmetros usados para avaliar o desempenho de exercícios físicos pelo usuário. Em algumas modalidades, o sensor e o leitor se comunicam entre si sobre um ou mais constituin- tes de um gás ou aerossol dentro do espaço de gás interior. Em algumas modalida- des, o sensor e o leitor se comunicam entre si sobre as propriedades físicas com rela- ção a um gás dentro do espaço de gás interior.

[007]Em algumas modalidades, o sensor e o leitor comunicam parâmetros usados para avaliar o desempenho de exercícios físicos pelo usuário. Em algumas modalidades, pelo menos um componente da camada líquida é fornecido pela respi- ração humana. Em algumas modalidades, a interação da partícula ionizável em flui- do com o elemento de detecção é pelo menos parcialmente influenciada pela respi- ração humana.

[008]Em algumas modalidades, o elemento de detecção é configurado para ser mecanicamente separável do sensor. Em algumas modalidades, o elemento de detecção é um elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido configurado de modo que o vapor de condensação não condense uniformemente na superfície do elemento. Em algumas modalidades, o elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido é configurado adicionalmente de modo que o vapor condensado, em contato com pelo menos um eletrodo, não forme uma fa- se condensada contínua em pelo menos outro eletrodo. Em algumas modalidades, o leitor é configurado para estar em comunicação sem fio com o sensor. Em algu- mas modalidades, o leitor está no mesmo circuito elétrico que o sensor. Em outro aspecto, há um sistema de teste de encaixe respiratório que compreende qualquer um dos métodos mencionados acima.

[009]O sumário acima não se destina a descrever cada modalidade ou toda implementação da presente descrição. Um entendimento mais completo se tornará evidente e será apreciado se referindo às descrições detalhadas a seguir, e às rei- vindicações tomadas em combinação com os desenhos anexos. Em outras pala- vras, essas e várias outras características e vantagens serão evidentes a partir de uma leitura da descrição detalhada a seguir. Breve descrição dos desenhos

[010]A Figura 1 é um diagrama esquemático de vista superior, frontal e lateral de um elemento de detecção ilustrativo.

[011]A Figura 2 são diagramas esquemáticos de vistas superiores de dois elementos de detecção ilustrativos.

[012]A Figura 3 é uma vista em seção transversal de diagrama esquemático de um elemento de detecção ilustrativo.

[013]A Figura 4A é um diagrama esquemático de vista superior, frontal e la- teral de outro elemento de detecção ilustrativo.

[014]A Figura 4B é um diagrama esquemático de vista superior, frontal e la- teral de outro elemento de detecção ilustrativo.

[015]A Figura 5A é um diagrama de fluxo de um método ilustrativo para produ- zir um elemento de detecção.

[016]A Figura 5B é um diagrama de fluxo de outro método ilustrativo para produzir um elemento de detecção.

[017]A Figura 6 é uma vista em seção transversal de diagrama esquemático do elemento de detecção da Figura 4A que ilustra fluido disposto nas estruturas de par de eletrodos.

[018]A Figura 7 é um diagrama esquemático vista em seção transversal de um elemento de detecção ilustrativo com um elemento de filtragem.

[019]A Figura 8 é uma vista em seção transversal de diagrama esquemático do elemento de detecção da Figura 7 que ilustra fluido disposto nas estruturas de par de eletrodos.

[020]A Figura 9 é um diagrama esquemático de vista superior de outro elemen- to de detecção ilustrativo.

[021]A Figura 10 é um diagrama esquemático de vista superior de outro ele- mento de detecção ilustrativo.

[022]A Figura 11 são gráficos que ilustram a resposta de sensor às diferen- tes concentrações de NaCl em água, os três gráficos superiores ilustram a resis- tência (linhas sólidas) e reatância (linhas tracejadas), como uma função de fre- quência, medidas pelo sensor quando revestido com uma camada líquida da solu- ção indicada. Os três gráficos inferiores ilustram a magnitude de impedância (li- nhas sólidas) e comutação de fase (linhas tracejadas), como uma função de fre- quência, medidas pelo sensor quando revestido com uma camada líquida da solu- ção indicada. Z = magnitude de impedância, Teta = comutação de fase, R = resis- tência e X = reatância.

[023]As Figuras de 12A a 12C são gráficos que ilustram uma comparação entre absorção de água isotérmica e resposta de aerossol de NaCl para diferentes sistemas de modificação e revestimento de superfície aplicados em um sensor de aerossol de sal.

[024]As Figuras de 13A a 13D são gráficos que ilustram uma comparação entre absorção de água isotérmica e resposta de aerossol de NaCl para uma super- fície de siloxano zwitteriônico seguida por diferentes pesos de revestimento de glico- se aplicados a um sensor de aerossol de sal.

[025]As Figuras de 14A a 14C são gráficos que ilustram uma comparação entre absorção de água isotérmica e resposta de aerossol de NaCl para sensores com e sem um elemento de filtro.

[026]A Figura 15 é um diagrama esquemático de um sistema de sensor de res- pirador ilustrativo.

[027]A Figura 16A é um diagrama esquemático de um sistema de sensor de respirador ilustrativo que corresponde a um método útil na presente revelação.

[028]A Figura 16B é um diagrama esquemático de um sistema de sensor de respirador ilustrativo que corresponde a um método útil na presente revelação.

[029]A Figura 17 é um diagrama esquemático de um sistema de sensor de res- pirador ilustrativo que corresponde a um método útil na presente revelação.

[030]A Figura 18 é um diagrama esquemático de um sensor ilustrativo.

[031]A Figura 19 é um diagrama esquemático de um sensor ilustrativo que in- clui um elemento de detecção ilustrativo.

[032]A Figura 20 é um diagrama esquemático de um elemento de detecção ilustrativo com uma camada espaçadora, elemento de filtragem e ponte elétrica adicionados.

[033]A Figura 21 é um diagrama esquemático de um sistema de sensor ilustrativo que usa um elemento de detecção com alguns dos componentes descri-

tos.

[034]A Figura 22 é um diagrama esquemático de um sistema de sensor ilustrativo com uma estrutura de transporte de gás.

[035]A Figura 23 é um diagrama esquemático de uma estrutura interna ilus- trativa de uma estrutura de transporte de gás.

[036]A Figura 24 é um diagrama esquemático de um sensor ilustrativo com uma bateria e porta de carregamento.

[037]A Figura 25 é um diagrama esquemático de um alojamento ilustrativo para um sensor.

[038]A Figura 26 é um diagrama esquemático de um sensor ilustrativo que in- clui um elemento de detecção com uma aba estendida.

[039]A Figura 27 é um diagrama esquemático de um sensor ilustrativo que mostra a inserção e a remoção de um elemento de detecção.

[040]A Figura 28 é um diagrama esquemático de um sensor ilustrativo que in- clui um alojamento com um canal de fluido anular.

[041]A Figura 29 é um diagrama esquemático de um sensor ilustrativo que in- clui um alojamento com elementos separáveis.

[042]A Figura 30 é um diagrama esquemático de um sensor ilustrativo que in- clui uma estrutura de controle de transporte.

[043]As Figuras de 31A a D mostram dados que comparam a detecção de aerossol de cloreto de sódio do sensor atualmente revelado com um fotômetro de chama de sódio quando o sensor é montado no espaço interior de um respirador.

[044]A Figura 32 é um sensor ilustrativo esquemático que inclui pelo menos um elemento de aquecimento.

[045]As Figuras de 33A a D mostram dados que comparam a detecção de aerossol de cloreto de sódio do sensor atualmente revelado com um fotômetro de chama de sódio quando o sensor é montado no exterior de um respirador.

[046]A Figura 34 mostra dados para sinais de sensor quando um usuário conduz exercícios, tais como aqueles prescritos pela Administração de Segurança e Saúde Ocupacional Americana em 30 CFR 1910.134 Anexo A. Descrição detalhada

[047]Na descrição detalhada a seguir, é feita referência aos desenhos em ane- xo que fazem parte desta, e nos quais são mostradas, por meio de ilustrações, várias modalidades específicas. Deve-se compreender que outras modalidades são contem- pladas e podem ser feitas sem que se afaste do escopo ou espírito da presente revela- ção. Portanto, a descrição detalhada a seguir não deve ser considerada em um sentido limitador.

[048]Todos os termos científicos e técnicos usados na presente invenção têm significados comumente usados na técnica, a menos que seja especificado de outro modo. As definições aqui fornecidas são para facilitar o entendimento de determinados termos usados frequentemente na presente invenção, e não pretendem limitar o escopo da presente descrição.

[049]Salvo indicação em contrário, todos os números que expressam ta- manhos, quantidades e propriedades físicas de recursos, usados no relatório des- critivo e nas reivindicações, precisam ser considerados como sendo modificados em todas as ocorrências pelo termo “cerca de”. Consequentemente, salvo indica- ção em contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos no relatório descritivo supracitado e nas reivindicações anexas são aproximações que podem variar de- pendendo das propriedades a serem obtidas pelos versados na técnica, ao utiliza- rem os ensinamentos aqui revelados.

[050]A menção de faixas numéricas com extremos inclui todos os números contidos nessa faixa (por exemplo, de 1 a 5 inclui 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, e 5) e qualquer faixa dentro dessa faixa.

[051]Conforme usado neste relatório descritivo e nas reivindicações em ane-

xo, as formas de “um”, “uma”, “o” e “a” no singular abrangem as modalidades que apresentam referências no plural, exceto onde o conteúdo determinar claramente o contrário.

[052]Conforme usado neste relatório descritivo e nas reivindicações ane- xas, o termo “ou” é genericamente empregado em seu sentido incluindo “e/ou”, ex- ceto onde o conteúdo determinar claramente o contrário.

[053]Como usado aqui, “têm”, “que tem”, “inclui”, “que inclui”, “compreen- de”, “que compreende” ou similares são usados em seu sentido aberto e, em geral, significam “que inclui, porém, sem limitação”. Será compreendido que “consiste essencialmente em”, “consistindo em” e similares são incluídos em “que compre- ende” e similares.

[054]Uma partícula solúvel em fluido é qualquer partícula que possa dissol- ver no fluido. Uma partícula ionizável em fluido é uma que, além de dissolver, tam- bém ioniza até certo ponto. Partículas podem dissolver, porém, não ionizar (tal co- mo a camada higroscópica dos inventores). Em alguns casos, na presente revela- ção, os termos “solúvel em fluido” e “ionizável em fluido” são usados de forma in- tercambiável.

[055]Conforme usado na presente invenção, o termo “gás” inclui materiais que são gasosos em condições ambientes e aerossóis. No entanto, em algumas modalidades, o termo “gás” não inclui materiais que são líquidos em condições am- bientes. O termo “aerossol”, conforme usado na presente invenção, significa um sis- tema de duas fases em condições ambientes, em que uma fase é uma fase contí- nua, tal como um gás (isto é, ar ou um gás propelente) a outra fase é uma fase dis- persa, tal como partículas sólidas, partículas líquidas, partículas líquidas que se alte- ram para partículas sólidas in situ, partículas sólidas que se alteram para partículas líquidas in situ, ou quaisquer combinações das mesmas.

[056]A presente revelação se refere aos métodos de teste de encaixe para um respirador.

Em particular, esta revelação se refere a um método de teste de encaixe que utiliza um sistema de detecção eletrônico configurado para se comuni- car sem fio com um leitor e detectar uma alteração em uma propriedade elétrica (resistência, capacitância, indutância ou outras propriedades de impedância de CA) de um sensor posicionado substancialmente dentro de um espaço de gás interior do respirador ou montado substancialmente em uma superfície exterior do respira- dor.

Um método para teste de encaixe inclui fornecer um respirador; fornecer um sensor que tem um elemento de detecção posicionado de modo removível subs- tancialmente dentro de um espaço de gás interior do respirador ou montado subs- tancialmente em uma superfície exterior do respirador; fornecer um leitor configu- rado para estar em comunicação com o sensor; posicionar o respirador sobre uma boca e um nariz de um usuário enquanto o sensor é posicionado substancialmente dentro de um espaço de gás interior do respirador ou montado substancialmente em uma superfície exterior do respirador; e observar os dados de avaliação de en- caixe de respirador comunicados a partir do sensor até o leitor.

Outro método para teste de encaixe inclui fornecer um respirador; fornecer um sensor que compreen- de um elemento de detecção posicionado de modo removível substancialmente dentro de um espaço de gás interior do respirador ou montado substancialmente em uma superfície exterior do respirador; fornecer um leitor configurado para estar em comunicação com o sensor; posicionar o respirador sobre uma boca e um nariz de um usuário enquanto o sensor é posicionado substancialmente dentro de um espaço de gás interior do respirador ou montado substancialmente em uma super- fície exterior do respirador; e observar dados de avaliação de encaixe de respirador comunicados pelo leitor; e capturar uma imagem da posição de encaixe correta na face do usuário uma vez que o sensor indica que um valor de dados de avaliação de encaixe pré-determinado foi alcançado.

Em algumas modalidades, o elemento de detecção é montado dentro do espaço de gás interior do respirador e o sensor é montado na superfície exterior, de modo que o sensor possa monitorar sem fio um sinal do elemento de detecção com o uso de indutância, acoplamento de campo próximo e semelhantes.

[057]Em algumas modalidades, um método para detectar partículas ionizáveis em fluido em um meio gasoso inclui colocar um meio gasoso em contato com um ele- mento de detecção de material particulado ionizável em fluido; condensar um compo- nente do meio gasoso em pelo menos uma porção do elemento de detecção de materi- al particulado ionizável em fluido; determinar uma propriedade elétrica entre um primeiro par de eletrodos do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido; determinar uma propriedade elétrica entre um segundo par de eletrodos do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido; e determinar um valor com relação à presença de partículas ionizáveis em fluido no meio gasoso pelo menos parcialmente comparando-se o valor da propriedade elétrica do primeiro par de eletrodos com a pro- priedade elétrica do segundo par de eletrodos. Em algumas modalidades, o leitor é con- figurado para estar em comunicação sem fio com o sensor. Em algumas modalidades, o leitor está no mesmo circuito elétrico que o sensor. Um sistema para teste de encaixe de um respirador inclui, um respirador, um sensor que inclui um elemento de detecção e um leitor configurado para estar em comunicação com o sensor. O sensor está posicio- nado de modo removível substancialmente dentro de um espaço de gás interior do res- pirador ou montado substancialmente em uma superfície exterior do respirador. Em al- gumas modalidades, o sistema inclui também um invólucro montável na cabeça e/ou ombros de um usuário. Em algumas modalidades, o sistema inclui, adicionalmente, um gerador de aerossol usado para liberar aerossol com um parâmetro de saída de aeros- sol conhecido que está pelo menos parcialmente contido no invólucro ao redor da cabe- ça do usuário. O elemento de detecção pode ser configurado para permitir compensa- ção de ruído de fundo induzida por fatores ambientais, por exemplo, temperatura, umi- dade e interações de componente gasoso. O elemento de detecção eletrônico pode também ser configurado para ser facilmente ligado em e removido de um sensor para possibilitar a leitura do sinal de elemento de detecção. Em alguns casos, o sensor pode se comunicar com outros componentes no sistema por meio de comunicação sem fio, o que possibilita um sistema de monitoramento de aerossol completamente sem fio, com elementos de sensor descartáveis, que pode ser configurado para ser integrado a um dispositivo de proteção respiratória. O elemento de detecção eletrônica pode possibilitar a detecção elétrica de algumas partículas que são não condutoras no estado de partícu- la sólida, e fornece também um meio de compensação de fundo para alterações ambi- entais. O elemento de detecção eletrônica é configurado para detectar partículas que se dissolvem em componentes condutores em um fluido. Por exemplo, partículas de sal cristalinas, tais como partículas de cloreto de sódio, são eletricamente isoladas no esta- do de partícula sólida, porém, dissolvem em íons de sódio e cloreto condutores em flui- dos polares, tal como água. O elemento de detecção possibilita detecção dessas partí- culas pois a superfície do elemento de detecção é projetada de modo que um filme flui- do se forme na região entre os eletrodos. Quando as partículas de interesse impactam o elemento de detecção, as mesmas se dissolvem no fluido, o que, então, possibilita a detecção. O elemento de detecção pode ser projetado de modo que o filme fluido se forme a partir de gases no ambiente. Como exemplo, o fluido pode ser formado através da condensação de vapor de água a partir da respiração humana. Nesse exemplo, a detecção pode estar dentro ou montada substancialmente no exterior de um respirador para uso no teste de encaixe de respirador. Partículas de sal aerossolizadas que vazam no respirador podem impactar a superfície de elemento de detecção, que tem uma ca- mada fluida formada pelo vapor de água na respiração exalada do usuário, para possi- bilitar a detecção de vazamento do respirador.

[058]A compensação de fundo pode ser fornecida por um segundo par de eletrodos na superfície de elemento de detecção (embora os dois pares de eletro- dos possam compartilhar um único elemento terrestre em comum). Esse segundo par de eletrodos, os eletrodos de referência, pode ter um elemento de filtragem de partícula acima da superfície do par de eletrodos que pode evitar que as partículas de interesse interajam com os eletrodos de referência. No entanto, com a queda de pressão adequada do elemento de filtragem, os mesmos componentes gasosos que interagem com o primeiro par de eletrodos podem ter capacidade para passar pelo filtro e também interagir com o segundo par de eletrodos de referência. A mo- dificação de superfície que cerca os pares de eletrodos pode ser dotada de um pa- drão, de modo que haja uma descontinuidade no fluido entre os pares de eletro- dos. Essa descontinuidade pode evitar a migração de elementos de um par de ele- trodos para outro. Esse conjunto resulta em um par de eletrodos de referência que sentem os efeitos ambientais sentidos pelo primeiro par de eletrodos, porém, uma quantidade menor dos efeitos de partículas. Isso possibilita uma maneira de remo- ver os efeitos ambientais do sinal registrado pelo primeiro par de eletrodos. Em algumas modalidades, o par de eletrodos de referência pode ter o material particu- lado de interesse predisposto na superfície, de modo que o sinal de compensação de fundo inclua a interação ambiental com o PM de interesse. Por exemplo, se o elemento de detecção for configurado para monitorar partículas de cloreto de só- dio, o par de referência pode ser pré-carregado com uma quantidade conhecida de cloreto de sódio, de modo que quando o sinal do primeiro par de eletrodos se cor- relaciona ao sinal do par de referência, pode-se determinar que o primeiro par de eletrodos tem a mesma quantidade de cloreto de sódio que o par de referência. Embora a presente revelação não seja tão limitada, um entendimento dos vários aspectos da revelação será adquirido por intermédio de uma discussão dos exem- plos fornecidos abaixo.

[059]A Figura 1 é um diagrama esquemático de vista superior, frontal e late- ral de um elemento de detecção ilustrativo 10. O elemento de detecção 10 é configu- rado para interagir com um ambiente de interesse. O elemento de detecção 10 inclui um substrato 1 que tem uma superfície eletricamente não condutora 11, pelo menos uma região de alta energia de superfície 3 e uma estrutura de par de eletrodos 2 disposta na superfície eletricamente não condutora 11. A estrutura de par de eletro- dos 2 inclui pelo menos um par de eletrodos A, B que tem um vão 12 entre eles. Pe- lo menos um dos eletrodos A ou B está pelo menos parcialmente dentro da pelo menos uma região de alta energia de superfície 3. O elemento de detecção 10 é configurado para detectar material particulado solúvel em fluido.

[060]Pelo menos alguma parte da região de alta energia de superfície 3 pode ser sobreposta e adjacente à estrutura de par de eletrodos 2 ou ao par de eletrodos A, B, e pode ser configurada para interagir com um ambiente de interes- se, por exemplo, promovendo-se a condensação de moléculas gasosas ou material particulado em um fluido condensado na região de alta energia de superfície 3 e particularmente dentro do vão 12 da estrutura de par de eletrodos 2 ou do par de eletrodos A, B, ou promovendo-se a sensibilidade a um componente de interesse.

[061]Material particulado ionizável em fluido é material particulado que po- de, ou não ser eletricamente condutor na forma de estado sólido, porém, pode io- nizar em componentes eletricamente condutores em um fluido, tal como a água. Dissolução do material particulado solúvel em fluido no fluido pode fornecer uma alteração em uma propriedade elétrica do líquido que pode ser detectada ou senti- da pela estrutura de par de eletrodos 2. Um material particulado solúvel em fluido útil é cloreto de sódio (NaCl).

[062]Os eletrodos A e B no pelo menos um par de eletrodos A, B podem ser coplanares em relação uns aos outros. Os eletrodos A e B no pelo menos um par de eletrodos A, B podem se estender em paralelo ou ser interdigitados, ou ter qualquer outra configuração útil. O vão 12 definido por uma distância entre os ele- trodos A e B no pelo menos um par de eletrodos A, B pode ter um valor de distân- cia lateral GL de qualquer valor útil. Esse valor de distância lateral GL pode estar em uma faixa de 25 a 125 micrômetros. Os eletrodos podem ter qualquer valor de largura lateral útil EL. Esse valor de largura lateral EL pode estar em uma faixa de 25 a 125 micrômetros. Os eletrodos A e B podem ser formados a partir de qualquer material eletricamente condutor e resistente à corrosão ou oxidação, tais como vá- rios metais ou ligas de metal.

[063]A região de alta energia de superfície 3 pode ser dotada de um padrão no substrato 1 ou superfície eletricamente não condutora 11 para fornecer deposição sele- tiva de líquido no substrato 1 ou superfície eletricamente não condutora 11 para entrar em contato com a estrutura de par de eletrodos 2. A região de alta energia de superfície 3 pode ser pelo menos parcial ou completamente cercada ou circunscrita por uma ou mais regiões de baixa energia de superfície 6. A região de alta energia de superfície 3 pode fornecer deposição seletiva de líquido ou água para formar uma camada líquida ou volume líquido dentro do vão 12 da estrutura de par de eletrodos 2 na região de alta energia de superfície 3. Assim, a camada líquida ou volume líquido pode entrar em con- tato com ambos os eletrodos A e B na estrutura de par de eletrodos 2. A região de alta energia de superfície 3 pode definir qualquer formato útil ou área de superfície.

[064]A frase “região de alta energia de superfície” se refere a uma região de superfície que exibe um ângulo de contato com a água progressivo menor que 90 graus, ou menor que 80 graus, ou menor que 60 graus, e/ou preferencialmente me- nor que 45 graus, conforme medido de acordo com ASTM D7334. Nota-se que um volume de água de 20 microlitros, que é uma recomendação geral em ASTM D7334- 08, pode ser muito grande para o teste adequado dependendo da geometria de su- perfície. É necessário que o volume de água seja pequeno o suficiente em relação ao tamanho da região de superfície, de modo que o ângulo de contato progressivo não seja perturbado pelo confinamento da região.

[065]A frase “região de baixa energia de superfície” se refere a uma região com energia de superfície inferior à região de alta energia de superfície, de modo que a região de baixa energia de superfície tenha um ângulo de contato com a água progressivo que seja maior que aquele da região de alta energia de superfí- cie. A região de baixa energia de superfície pode ter um ângulo de contato com a água progressivo que é de 1 a 10 graus, ou de 10 a 20 graus, ou de 20 a 45 graus, e/ou preferencialmente maior que 45 graus, maior que aquele da região de alta energia de superfície.

[066]Por exemplo, a região de alta energia de superfície 3 pode ter um ângulo de contato com a água progressivo de 20 graus, e a região de baixa energia de superfí- cie 6 pode ter um ângulo de contato com a água progressivo de 60 graus. Em outro exemplo, a região de alta energia de superfície 3 pode ter um ângulo de contato com a água progressivo de 70 graus, e a região de baixa energia de superfície 6 pode ter um ângulo de contato com a água progressivo de 100 graus. A diferença nos ângulos de contato com a água progressivos promove confinamento de um fluido condensado nas regiões predefinidas, que pode minimizar interações indesejáveis. O ângulo de contato com a água progressivo pode ser impactado pela natureza hidrofílica da região de su- perfície ou pela natureza higroscópica de materiais na região de superfície que alteram eficazmente o ângulo de contato com a água progressivo.

[067]A região de alta energia de superfície 3 pode ser formada através do tratamento de superfície do substrato 1 ou superfície eletricamente não condutora

11. Esses tratamentos de superfície incluem, por exemplo, plasma, modificação química e semelhantes. Tratamentos de plasma podem incluir tratamento de plas- ma de oxigênio. Tratamento químico inclui deposição ou deposição de vapor de silanos ou siloxanos para formar, por exemplo, uma superfície de siloxano ou uma superfície de siloxano zwitteriônico que define a região de alta energia de superfí- cie 3. Tratamento químico pode incluir também, ou alternativamente pode incluir, deposição de materiais higroscópicos para definir a região de alta energia de su- perfície 3. A região de alta energia de superfície 3 pode ter um teor de íon dissolví-

vel menor que 1E-9 mols/mm2. Por exemplo, uma região de superfície de 1 mm2 com 10 ng de cloreto de sódio tem um teor de íon dissolvível de aproximadamente

3.45E-10 mols/mm2 (1.72E-10 mols/mm2 contribuídos por sódio e 1.72E- 10 mols/mm2 contribuídos por cloreto) devido à potencial dissociação do cloreto de sódio em íons de sódio e cloreto quando a água condensa na região. O teor de íon dissolvível impacta a resistividade de superfície do sensor. No entanto, a resistivi- dade de superfície é também impactada pelo meio ambiente, tal como a umidade relativa, devido às variadas interações da região de alta energia de superfície 3 com o ambiente. Por exemplo, para o caso de uma região de superfície de 1 mm2 com 10 ng de cloreto de sódio, a resistividade de superfície será grande em ambi- entes de baixa umidade nos quais o cloreto de sódio permanece um sólido cristali- no, e a resistividade de superfície será menor em ambientes de alta umidade nos quais o cloreto de sódio absorve umidificação do ar e se dissolve em uma solução líquida. O teor de íon dissolvível é também impactado pela constante de dissocia- ção iônica da espécie na região de alta energia de superfície. Por exemplo, cloreto de sódio tem uma grande constante de dissociação iônica em água, embora a constante de dissociação iônica de um composto, tal como glicose é muito menor. Como resultado, para uma quantidade molar equivalente de glicose carregada em uma superfície, o teor de íon dissolvível da superfície de glicose será significativa- mente menor que aquela de uma superfície com cloreto de sódio.

[068]Materiais higroscópicos incluem materiais que absorvem ou adsorvem água do ambiente circundante, e preferencialmente aqueles que absorvem ou adsor- vem vapor de água do meio gasoso circundante. Por exemplo, o material higroscópico pode ser um sal, um ácido, uma base ou preferencialmente um composto com uma bai- xa constante de dissociação iônica em água, tal como um polímero de absorção de água, um monossacarídeo, um polissacarídeo, um álcool, ou mais preferencialmente um poliol, de modo que a alteração de resistividade de superfície do sensor devido à absorção ou adsorção de água seja minimizada.

[069]O poliol pode ser um poliol polimérico ou um poliol monomérico e pode ser preferencialmente um álcool de açúcar, tal como sorbitol. A camada higroscópica é preferencialmente um composto que aprimora a retenção de água e pode também estar dentro da classe de compostos conhecidos como umectantes. O material hi- groscópico é preferencialmente um material que tem um ponto de deliquescência menor que 100 por cento de umidade relativa, ou menor que 90 por cento de umida- de relativa, ou mais preferencialmente menor que 80 por cento de umidade relativa a 25 graus Celsius e 1 atmosfera de pressão. O ponto de deliquescência é obtido para se referir à umidade relativa na qual o material absorve água o suficiente a partir do meio gasoso circundante de modo que dissolva e forme uma solução líquida. A for- mação da solução líquida pode aprimorar o desempenho do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido fornecendo-se uma solução líquida em que uma partícula pode se dissolver. O material higroscópico e peso de revestimen- to são preferencialmente escolhidos de modo que a mobilidade eletrônica dos íons do material particulado dissolvido de interesse seja minimamente diminuída pelos efeitos do material higroscópico.

[070]O substrato 1 pode ser formado de qualquer material eletricamente não condutor. O substrato 1 pode ser um laminado ou uma construção de material único. O substrato 1 pode ser formado de qualquer material usado como substratos de pla- ca de circuito ou sensor elétrico. O substrato 1 pode ser formado de qualquer resina de vidro ou dielétrica. O material de substrato ilustrativo 1 está comercialmente dis- ponível junto à Advanced Circuits, Colorado, EUA., dentre outras entidades de fabri- cação de placa de circuito impresso.

[071]A Figura 2 são diagramas esquemáticos de vistas superiores de ele- mentos de detecção ilustrativos 10. O elemento de detecção 10 inclui um substrato 1 que compreende uma superfície eletricamente não condutora 11, pelo menos uma região de alta energia de superfície 3, e uma estrutura de par de eletrodos 2 disposta na superfície eletricamente não condutora 11, conforme descrito acima. A estrutura de par de eletrodos 2 inclui pelo menos um par de eletrodos A, B que tem um vão 12 entre eles. Pelo menos um dos eletrodos A ou B está pelo menos parci- almente dentro da pelo menos uma região de alta energia de superfície 3, confor- me descrito acima. O elemento de detecção 10 é configurado para detectar materi- al particulado solúvel em fluido.

[072]A Figura 2 ilustra na esquerda um par de eletrodos interdigitados A, B que tem dois pares opostos de membros interdigitados A2 e B2. O vão 12 entre membros interdigitados A2 e B2 pode ter um valor de distância lateral de qualquer valor útil. Esse valor de distância pode estar em uma faixa de 25 a 125 micrômetros. Os membros interdigitados A2 e B2 podem ter qualquer largura lateral útil. Essa largura lateral pode estar em uma faixa de 25 a 125 micrômetros. Os membros interdigitados A2 e B2 podem ter qualquer comprimento útil, tal como uma faixa de 500 a 10.000 micrômetros. Os membros interdigitados A2 e B2 podem ser formados de qualquer material eletricamente condutor e resistente à corrosão ou oxidação, tal como vários metais ou ligas de metal. O par de eletrodos interdigi- tados A, B é mostrado com quatro membros interdigitados, no entanto, o par de eletrodos interdigitados A, B pode ter qualquer número de membros interdigitados totais, tal como em uma faixa de 2 a 50, ou de 4 a 40.

[073]A Figura 2 ilustra na direita outra modalidade do elemento de detecção 10 em que a estrutura de par de eletrodos 2 define um primeiro eletrodo B que cerca pelo menos parcialmente um segundo eletrodo A e define um vão 12 entre os mesmos.

[074]A Figura 3 é uma vista em seção transversal de diagrama esquemático de um elemento de detecção ilustrativo 10. A Figura 3 fornece uma ilustração de uma estrutura em camadas adequada que pode ser aplicada na superfície eletrica- mente não condutora 11 e estrutura de par de eletrodos 2 para definir a região de alta energia de superfície 3 e aprimorar a resposta de impedância elétrica em um material particulado-alvo solúvel em fluido, tal como um aerossol de sal, por exem- plo. A estrutura de par de eletrodos 2 inclui pelo menos um par de eletrodos A, B que tem um vão 12 entre eles.

[075]Uma camada de tratamento de superfície ilustrativa 120 pode incluir uma camada de silano zwitteriônico ou superfície quimicamente enxertada em uma camada ou superfície de siloxano (em que a superfície de siloxano pode ser for- mada através de um tratamento com oxigênio+plasma de tetrametilsilano, confor- me ilustrado na Figura 5A). Essa camada de tratamento de superfície ilustrativa 120 pode ser denominada uma camada de tratamento de superfície de silano 120. Essa camada de tratamento de superfície ilustrativa 120 pode existir predominan- temente na superfície da superfície eletricamente não condutora 11 entre a estrutu- ra de par de eletrodos 2 ou entre pelo menos um par de eletrodos A, B ou dentro do vão 12. A camada de tratamento de superfície ilustrativa 120 pode definir a re- gião de alta energia de superfície 3.

[076]A Figura 5A é um diagrama de fluxo de um processo para formar a cama- da de tratamento de superfície ilustrativa 120. Esse processo inclui formar eletrodos A, B na superfície eletricamente não condutora 11 na etapa 210. Então, uma camada de mascaramento é aplicada para definir a região de alta energia de superfície na superfí- cie eletricamente não condutora 11 na etapa 220, de modo que pelo menos um eletrodo A ou B esteja pelo menos parcialmente dentro da região de alta energia de superfície definida. A camada de mascaramento pode ser aplicada na superfície eletricamente não condutora 11, de modo que alguma região da superfície eletricamente não conduto- ra 11 seja exposta aos tratamentos subsequentes, e algumas regiões estejam protegi- das dos tratamentos subsequentes. As regiões protegidas dos tratamentos subsequen- tes podem formar regiões de baixa energia de superfície. Uma camada de mascara- mento adequada é qualquer camada que forma um padrão desejado para formar a composição de superfície desejada e pode resistir ao tratamento de plasma nos locais definidos. Por exemplo, uma camada de mascaramento adequada é uma fita comerci- almente disponível sob o nome comercial “Fita de Vinila 3M 491” da 3M, MN, EUA.

[077]O artigo mascarado é colocado em uma câmara de vácuo na etapa

230. A câmara de vácuo pode fornecer um ambiente de vácuo de 100 mTorr ou menos, ou 50 mTorr ou menos. Então, um plasma de oxigênio é aplicado no artigo mascarado na etapa 231. Gás oxigênio (por exemplo, em uma concentração de 500 partes por milhão (ppm)) pode ser introduzido e formado em um plasma em contato fluido com pelo menos alguma parte da superfície de eletrodo durante um período de tempo (por exemplo, sessenta segundos). Em determinadas modalida- des, o plasma pode ser gerado aplicando-se um campo de radiofrequência de 500 W. Então, um silano é depositado ou depositado por vapor no artigo tratado com plasma na etapa 232. Tetrametilsilano (por exemplo, em uma concentração de 150 ppm) pode ser adicionado ao plasma durante um período de tempo (por exemplo, trinta segundos). O fluxo de tetrametilsilano pode ser interrompido, e o plasma de oxigênio continua durante um período de tempo (por exemplo, sessenta segundos). O segundo plasma de oxigênio é aplicado no artigo mascarado na eta- pa 233. Então, o artigo tratado com plasma é removido da câmara de vácuo na etapa 234.

[078]Então, uma solução de silano zwitteriônico é revestida no artigo trata- do na etapa 240. A solução que contém um silano zwitteriônico, por exemplo, a 2% em peso em água, é aplicada em contato de fluido com a superfície de elemento de detecção durante um período de tempo (por exemplo, dez segundos). O artigo revestido é seco com secador na etapa 241 e, então, assado em uma temperatura elevada durante um período de tempo (por exemplo, dez minutos a 110°C). O ele- mento de detecção 10 é, então, enxaguado na etapa 250 com água desionizada e seco na etapa 251.

[079]A camada de tratamento de superfície de silano 120 pode ser formada de compostos que têm a Fórmula (I), conforme descrito na Publicação de Patente Internacional n° WO2016/044082A1 (Riddle, et al.): (R1O)p-Si(Q1)q-W-N+(R2)(R3)-(CH2)m-Zt- (I) sendo que: cada R1 é independentemente um hidrogênio, um grupo metila ou um grupo etila; cada Q1 é independentemente selecionado dentre hidroxila, grupos alquila contendo de 1 a 4 átomos de carbono e grupos alcóxi contendo de 1 a 4 átomos de carbono; cada R2 e R3 é independentemente um grupo orgânico saturado ou insatu- rado, de cadeia linear, ramificada, ou cíclica (que tem, preferencialmente, 20 áto- mos de carbonos ou menos), que pode ser unido em conjunto, opcionalmente, com átomos do grupo W, para formar um anel; W é um grupo de ligação orgânico; Zt- é –SO3-, –CO2-, –OPO32-, –PO32-, –OP(=O)(R)O-, ou uma combinação dos mesmos, em que t é 1 ou 2, e R é um grupo alifático, aromático, ramificado, linear, cíclico, ou heterocíclico (que tem, preferencialmente, 20 átomos de carbo- nos ou menos, mais preferencialmente, R é alifático que tem 20 átomos de carbo- nos ou menos, e ainda mais preferencialmente, R é metila, etila, propila ou butila); p é um número inteiro de 1 a 3; m é um número inteiro de 1 a 11; q é 0 ou 1; e p+q=3.

[080]Exemplos adequados de compostos de silano zwitteriônico de Fórmula (I) são descritos no Documento de Patente US n° 5.936.703 (Miyazaki et al.), que incluem, por exemplo:

(CH3O)3Si-CH2CH2CH2-N+(CH3)2-CH2CH2CH2-SO3-; e CH3CH2O)2Si(CH3)-CH2CH2CH2-N+(CH3)2-CH2CH2CH2-SO3-.

[081]Outros exemplos de compostos de silano zwitteriônico adequados e sua preparação são descritos no Pedido de Patente US n° 13/806.056 (Gustafson et al.), que incluem, por exemplo:

[082]Em algumas modalidades, uma camada de material de sal 140 é apli- cada no elemento de detecção 10 ou camada de tratamento de superfície 120 do elemento de detecção 10. A camada de material de sal 140 pode fornecer um valor de propriedade elétrica de referência do par de eletrodos A, B. Isso pode ser útil quando dois ou mais pares de eletrodos são utilizados com o elemento de detec- ção 10. A camada de material de sal 140 pode estar disposta na região de alta energia de superfície 3.

[083]Em algumas modalidades, uma camada 130 que compreende um ma- terial higroscópico pode ser aplicada no elemento de detecção 10 ou camada de tratamento de superfície 120 do elemento de detecção 10 e, então, ser deixada para secar. Em algumas dessas modalidades, uma camada de material de sal 140 pode estar disposta na ou com a camada de material higroscópico 130 dentro da região de alta energia de superfície 3 do elemento de detecção 10. O material de sal 140 pode se misturar com a camada de material higroscópico 130 para formar uma camada de material higroscópico e de sal combinada 130, 140.

[084]Em algumas modalidades, uma camada de material higroscópico 130 es- tá disposta no elemento de detecção 10 e está em contato com pelo menos uma das camadas 11, 120 e a estrutura de par de eletrodos 2. A Figura 5B é um diagrama de fluxo do processo da Figura 5A descrito acima com a adição da camada de material higroscópico 130. O elemento de detecção 10 com a camada de tratamento de super- fície 120 da Figura 5A é, então, tratado com uma solução de material higroscópico (por exemplo, uma solução de material higroscópico pode ter 0,1% em peso de sorbi- tol em água) na etapa 260 e aquecido até 110 graus Celsius na etapa 261. Essa ca- mada de material higroscópico ilustrativa 130 pode existir predominantemente na su- perfície da superfície eletricamente não condutora 11 entre a estrutura de par de ele- trodos 2 ou entre pelo menos um par de eletrodos A, B ou dentro do vão 12 ou na ca- mada de tratamento de superfície 120. A camada de tratamento de superfície ilustrati- va 130 pode definir a região de alta energia de superfície 3.

[085]Em algumas modalidades, a adição de uma camada de material higros- cópico 130 pode ser usada para modificar as propriedades higroscópicas de uma su- perfície de elemento de detecção 10 à qual é aplicada e pode definir a região de alta energia de superfície 3 no elemento de detecção 10. Quando usados em uma superfí- cie de um elemento de detecção 10 que funciona com base em variações de impe- dância elétrica, alguns materiais higroscópicos têm a propriedade de alterar proprie- dades higroscópicas sem contribuir com íons móveis na solução. Adicionalmente, al- guns materiais higroscópicos têm outra propriedade vantajosa de baixa pressão de vapor. As propriedades higroscópicas de polióis ocorrem devido a sua atividade em água, que é influenciada pela presença de um grande número de grupos hidroxila na molécula. As termodinâmicas de atividade em água de uma variedade de álcoois de açúcar de poliol são descritas por Compernolle, S. e Muller, J.-F., Atmos. Chem. Phys., 14, 12.815 a 12.837 (2014). Por exemplo, sorbitol é mostrado para formar uma mistura de água e sorbitol termodinamicamente estável em umidade relativa maior que 40%. Essa propriedade pode ser vantajosa quando o elemento de detecção 10 a ser modificado funciona com base na ionização de partículas em um líquido. A pre- sença de um material higroscópico, tal como um álcool de açúcar, no elemento de detecção 10 ou na superfície da superfície eletricamente não condutora 11 entre a estrutura de par de eletrodos 2 ou entre pelo menos um par de eletrodos A, B ou den- tro do vão 12 ou na camada de tratamento de superfície 120 pode possibilitar o uso em uma faixa mais ampla de ambientes de umidade.

[086]Em determinadas modalidades, a camada de material higroscópico 130 inclui compostos com uma pluralidade de grupos hidroxila. Por exemplo, a camada de material higroscópico 130 pode ser compreendida por polietilenoglicol disponível junto à Sigma-Aldrich, MO, EUA. Em outros exemplos adequados, a camada de po- liol pode incluir pelo menos um álcool de açúcar. Alguns exemplos de álcoois de açúcar adequados incluem glicerol, eritritol, arabitol, xilitol, ribitol, manitol, sorbitol, galactitol, alitol, iditol, maltitol, isomalitol, lactitol, dulcitol e talito, em que todos estão disponíveis junto à Sigma-Aldrich, MO, EUA. Em outros exemplos adequados, a ca- mada de poliol 130 pode incluir compostos de sacarídeo. Alguns exemplos de saca-

rídeos adequados incluem glicose, frutose, galactose, sacarose, lactose, celulose e amido disponíveis junto à Sigma-Aldrich, MO, EUA.

[087]A espessura da camada de tratamento de superfície 120 ou da camada de tratamento de superfície de silano 120 pode ser qualquer espessura útil. Em diversas modalidades, a camada de tratamento de superfície 120 ou a camada de tratamento de superfície de silano 120 é menor que 50 nanômetros, ou tem de 1 a 50 nanômetros de espessura.

[088]Quando presente, a espessura da camada de material higroscópico 130 pode ser qualquer espessura útil. Em algumas modalidades, a espessura da camada de material higroscópico 130 pode ter de 0,1 a 10 micrômetros de espes- sura. A espessura maior que 10 micrômetros ou menor que 0,1 micrômetros pode também ser útil. A espessura da camada de material higroscópico 130 pode impac- tar na quantidade total de absorção de água, assim como na cinética de absorção. Alterando-se a espessura, que pode ser realizado alterando-se o peso de revesti- mento, a resposta de elemento de detecção pode ser melhorada para um dado ambiente. Exemplos do impacto da espessura de camada higroscópica são ilustra- dos nas Figuras de 13A a 13D.

[089]O elemento de detecção 10 pode omitir uma ou mais das camadas des- critas acima, e as camadas podem ser construídas com uma faixa de combinações de pesos e espessura de revestimento, conforme desejado. Quando usada com um ele- mento de detecção 10 que funciona com base em variações de impedância elétrica, a camada de tratamento de superfície de silano 120 tem a propriedade de alterar as propriedades de superfície sem contribuir com quantidades significativas de íons mó- veis em solução. Em algumas modalidades, a adição de uma camada de material hi- groscópico 130 pode ser usada para modificar as propriedades higroscópicas do ele- mento de detecção 10 e auxiliar na definição da região de alta energia de superfície 3 no elemento de detecção 10. Quando usada com um elemento de detecção 10 que funciona com base nas variações de impedância elétrica, a camada de material hi- groscópico 130 pode ter a propriedade de alterar as propriedades de superfície sem contribuir com quantidades significativas de íons móveis em solução.

[090]A Figura 4A é um diagrama esquemático de vista superior, frontal e la- teral de outro elemento de detecção ilustrativo 10 que tem duas estruturas de par de eletrodos 2, 4, ou dois pares de eletrodos A, B e C, D.

[091]O elemento de detecção 10 é configurado para interagir com um ambien- te de interesse. O elemento de detecção 10 inclui um substrato 1 que inclui uma su- perfície eletricamente não condutora 11, duas regiões de alta energia de superfície 3, e duas estruturas de par de eletrodos 2, 4 dispostas na superfície eletricamente não condutora 11. Cada estrutura de par de eletrodos 2, 4 inclui pelo menos um par de eletrodos A, B e C, D que tem um vão 12AB e 12CD entre os mesmos. Pelo menos uma porção de cada estrutura de par de eletrodos 2, 4 está dentro da região de alta ener- gia de superfície correspondente 3. A região de alta energia de superfície 3 pode ser descontínua, de modo que uma região de baixa energia de superfície 6 separe a regi- ão de alta energia de superfície 3 que corresponde a cada par de eletrodos A, B e C, D, conforme ilustrado. O elemento de detecção 10 é configurado para detectar materi- al particulado solúvel em fluido ou ionizável em fluido. Uma região condutora 5 pode conectar eletricamente a estrutura de par de eletrodos 2, 4 com eletrônica de detec- ção. Essa configuração de eletrodo pode ser denominada, que inclui quatro eletrodos A, B, C, e D, em que dois pares de eletrodos são formados A-B e C-D.

[092]A região de baixa energia de superfície 6 pode ajudar a manter o lí- quido em cada uma das duas regiões de alta energia de superfície 3 separado um do outro. Regiões fora do perímetro das regiões de alta energia de superfície 3 po- dem ter uma energia de superfície menor que a energia de superfície dentro do perímetro das regiões de alta energia de superfície 3. Assim, o vapor líquido ou vapor de água podem condensar e formar seletivamente uma camada líquida ou volume líquido que permanece dentro do perímetro das regiões de alta energia de superfície 3.

[093]Vapor de água pode ser produzido através da respiração humana dentro de um respirador, tal como um respirador de peça facial de filtragem (FFR), ou respirador elastomérico, por exemplo. Esse vapor de água pode condensar na região de alta energia de superfície 3 do elemento de detecção. Em um exemplo, partículas de aerossol de sal, tais como cloreto de sódio, podem entrar em contato com esse vapor de água condensado, de modo que a partícula de sal se dissolva e altere uma propriedade elétrica (por exemplo, impedância) de pelo menos um dos pares de eletrodos A, B e C, D. Os tratamentos de superfície espacialmente sepa- rados possibilitam sinais distintamente separados evitando-se a migração molecu- lar entre as estruturas de par de eletrodos 2 e 4.

[094]Em algumas modalidades, pelo menos uma porção de uma região que cerca pelo menos uma dentre as estruturas de par de eletrodos 2, 4 pode ter um ma- terial particulado ou de sal predisposto na estrutura de par de eletrodos 2 ou 4 ou dentro do vão 12AB ou 12CD entre os mesmos (conforme ilustrado na Figura 3). Por exemplo, o cloreto de sódio pode estar predisposto em uma superfície que cerca uma estrutura de par de eletrodos 2, ou 4 ou dentro do vão 12AB, ou 12CD para gerar uma impedância elétrica com relação à quantidade de cloreto de sódio predisposto. Isso pode ser denominado um eletrodo de referência. O material sólido (cloreto de sódio, por exemplo) pode estar disposto ou fornecido dentro do perímetro de uma região de alta energia de superfície 3 em uma quantidade conhecida. Uma vez que o vapor de água condensa nessa região de alta energia de superfície 3 a quantidade conhecida de material sólido (cloreto de sódio, por exemplo) é dissolvida e pode for- necer uma propriedade elétrica de referência ou eletrodo de referência (estrutura de par de eletrodos 2 ou 4) em que um eletrodo de detecção (eletrodo restante dentre 2 ou 4) pode ser comparado durante teste ou a operação de detecção.

[095]A Figura 4B é um diagrama esquemático de vista superior, frontal e la- teral de outro elemento de detecção ilustrativo 10.

[096]O elemento de detecção 10 é configurado para interagir com um ambi- ente de interesse. O elemento de detecção 10 inclui um substrato 1 que compreende uma superfície eletricamente não condutora 11, duas regiões de alta energia de su- perfície 3, e duas estruturas de par de eletrodos 2, 4 dispostas na superfície eletri- camente não condutora 11. Cada estrutura de par de eletrodos 2, 4 inclui um eletro- do e compartilha um eletrodo comum C e tem um vão 12AC, 12BC entre os mesmos. Pelo menos uma porção de cada estrutura de par de eletrodos 2, 4 está dentro da região de alta energia de superfície correspondente 3. O elemento de detecção 10 é configurado para detectar material particulado solúvel em fluido. Uma região de bai- xa energia de superfície 6 pode separar as duas regiões de alta energia de superfí- cie 3. Uma região condutora 5 pode conectar eletricamente a estrutura de par de eletrodos 2, 4 com eletrônica de detecção. Essa configuração de eletrodo pode ser denominada compreendendo três eletrodos A, B, e C em que dois pares de eletro- dos são formados A-C e B-C e em que o eletrodo C é comum a ambos os pares de eletrodos.

[097]O elemento de detecção pode ser configurado para ser eletricamente acoplado ou desacoplado a um ou mais elementos eletrônicos adicionais por uma proximidade física a um ou mais elementos eletrônicos. Em algumas modalidades, por exemplo, uma região eletricamente condutora 5 pode ser configurada para contato físico com um elemento eletrônico em um conector. Em algumas modalidades, por exemplo, uma região eletricamente condutora 5 pode ser configurada para acoplar eletricamente com outro elemento eletrônico sem contato físico por meio de um cam- po eletromagnético de tempo variável.

[098]A Figura 6 é uma vista em seção transversal de diagrama esquemático do elemento de detecção 10 da Figura 4A que ilustra o fluido 9 disposto nas estrutu-

ras de par de eletrodos 2, 4. O elemento de detecção 10 inclui um substrato 1 que inclui uma superfície eletricamente não condutora 11, duas regiões de alta energia de superfície 3, e duas estruturas de par de eletrodos 2, 4 dispostas na superfície eletricamente não condutora 11. Cada estrutura de par de eletrodos 2, 4 inclui pelo menos um par de eletrodos A, B e C, D que tem um vão 12AB e 12CD entre os mes- mos. Pelo menos uma porção de cada estrutura de par de eletrodos 2, 4 está dentro da região de alta energia de superfície correspondente 3. O elemento de detecção 10 é configurado para detectar material particulado solúvel em fluido. Uma região de baixa energia de superfície 6 pode separar as duas regiões de alta energia de super- fície 3. A configuração das regiões de alta energia de superfície 3 possibilita a con- densação seletiva de água ou vapor líquido nessas regiões de alta energia de super- fície 3 para formar as bolhas líquidas, ou camadas líquidas, ou volumes líquidos 9.

[099]Em modalidades com múltiplos pares de eletrodos A, B, e C, D, as re- giões de diferentes energias de superfície podem ser configuradas de modo que o fluido 9, conforme ilustrado em um exemplo na Figura 6, molhe preferencialmente as regiões de alta energia de superfície 3 que cercam pelo menos um dos pares de eletrodos A, B, ou C, D, porém, o fluido 9 não realize contato de fluido com o outro par de eletrodos A, B, ou C, D. A separação preferencial de contato de fluido com os diferentes pares de eletrodos é mostrada na Figura 6, em que o fluido 9 molha preferencialmente as regiões próximas aos dois pares de eletrodos 2 e 4, porém, não forma uma ponte de fluido entre os pares A, B, e C, D, devido à região de bai- xa energia de superfície 6. Líquido ou água 9 tem uma afinidade menor com a re- gião molhada 6, o que produz múltiplas regiões de fluido distintas 9 que não estão em comunicação de fluido entre si.

[0100]A Figura 7 é uma vista em seção transversal de diagrama esquemá- tico de um elemento de detecção ilustrativo 10 com um elemento de filtragem 7. A Figura 8 é uma vista em seção transversal de diagrama esquemático do elemento de detecção da Figura 7 que ilustra o fluido 9 disposto nas estruturas de par de eletrodos 2, 4.

[0101]O elemento de filtragem 7 pode ser configurado de modo que evite que pelo menos algumas partículas ou um componente do ambiente entre em con- tato com pelo menos um par de eletrodos C, D. Em algumas modalidades, o filtro de partículas 7 pode ser um elemento de filtro não tecido. Em algumas modalida- des, um material separador 8 está disposto na superfície eletricamente não condu- tora 11, de modo que o material 8 cerque pelo menos uma porção de uma estrutu- ra de par de eletrodos 4, e o material de filtro 7 está disposto no material separador 8 de modo que o material de filtro 7 seja configurado para não entrar em contato fisicamente com o par de eletrodos C, D.

[0102]Um exemplo adequado de um material separador 8 é uma espuma adesiva comercialmente disponível sob o nome comercial “Fita de Espuma de Uretano 3M 4056” da 3M Co., MN, EUA., por exemplo. O material separador 8 ou espuma po- de ter um teor iônico menor que 1.000 ppm, de modo que a extração de íons por um fluido condensado seja minimizada. O material separador 8 pode ter também proprie- dades intrínsecas para adicionar ou remover constituintes químicas na camada líqui- da. Por exemplo, o material separador 8 pode ser um dessecante para remover algu- ma parte da água da camada líquida. Como exemplo, essa configuração pode resultar em um par de eletrodos de referência C, D, que podem interagir com compostos ga- sosos no ambiente, os quais têm capacidade para passar pelo material de filtro 7. No entanto, pelo menos algumas partículas são interceptadas pelo material de filtro 7 e evita-se que interajam com o par de eletrodos de referência C, D.

[0103]O elemento de filtragem 7 pode fornecer a única comunicação de fluxo de ar com a estrutura de par de eletrodos 4 ou par de eletrodos C, D e o ambiente circundante, porém, não fornece comunicação de partículas com o eletrodo e o am- biente circundante. Assim, a estrutura de par de eletrodos 4 pode operar como um eletrodo de referência em tempo real que pode remover efeitos ambientais do sinal de detecção da estrutura de par de eletrodos de detecção 2 ou par de eletrodos A, B (não protegidos pelo elemento de filtragem 7), por exemplo. Em outras modalidades, uma quantidade fixa de material sólido de interesse, tal como sal 140 (consultar a Figura 3) ou cloreto de sódio, pode estar disposta na estrutura de par de eletrodos de referência 4 ou par de eletrodos C, D e contida pelo elemento de filtragem 7. Es- sa configuração pode fornecer um par de eletrodos de referência ou estrutura de par de eletrodos 4 ou par de eletrodos C, D que tem um sinal definido para as eletrôni- cas de detecção para comparação com a estrutura ou par de eletrodos de detecção 2 ou par de eletrodos A, B (não protegidos pelo elemento de filtragem 7).

[0104]A Figura 9 é um diagrama esquemático da vista superior de outro ele- mento de detecção ilustrativo 10. O elemento de detecção 10 inclui um substrato 1 que compreende uma superfície eletricamente não condutora 11, duas regiões de alta energia de superfície 3, e duas estruturas de par de eletrodos 2, 4 dispostas na super- fície eletricamente não condutora 11. Cada estrutura de par de eletrodos 2, 4 inclui pelo menos um par de eletrodos A, B e C, D que tem um vão 12AB e 12CD entre os mesmos. Pelo menos uma porção de cada estrutura de par de eletrodos 2, 4 está dentro da região de alta energia de superfície correspondente 3. O elemento de de- tecção 10 é configurado para detectar material particulado solúvel em fluido. Uma re- gião de baixa energia de superfície 6 pode separar as duas regiões de alta energia de superfície 3. Aqui um par de eletrodos A, B está entre o outro par de eletrodos C, D. O par de eletrodos interno C, D é mostrado como linear, paralelo e de coextensão, no entanto, o par de eletrodos interno C, D pode ser interdigitado conforme descrito aci- ma.

[0105]A Figura 10 é um diagrama esquemático da vista superior de outro elemento de detecção ilustrativo 10. O elemento de detecção 10 inclui um substra- to 1 que compreende uma superfície eletricamente não condutora 11, uma região de alta energia de superfície 3 e uma estrutura de par de eletrodos 2 disposta na superfície eletricamente não condutora 11. A estrutura de par de eletrodos 2 inclui pelo menos um par de eletrodos A, B que tem um vão 12 entre eles. Pelo menos uma porção de cada estrutura de par de eletrodos 2 está dentro da região de alta energia de superfície 3. O elemento de detecção 10 é configurado para detectar material particulado solúvel em fluido. Uma região de baixa energia de superfície 6 pode cercar ou circunscrever a região de alta energia de superfície 3. O par de ele- trodos A, B é mostrado como linear, paralelo e de coextensão, no entanto, o par de eletrodos A, B pode ser interdigitado, conforme descrito acima. Uma ou mais perfu- rações, orifícios ou aberturas 15 se estendem pelo substrato 1. As perfurações, orifícios ou aberturas 15 podem fornecer comunicação de fluxo de ar através do elemento de detecção 10 e podem melhorar o contato de partícula com o elemento de detecção 10 ou melhorar a dinâmica de fluido do fluido próximo ao par de ele- trodos A, B.

[0106]Um filme protetor ou forro removível (não mostrado) pode ser aderido de modo removível ao elemento de detecção 10 para fornecer proteção durante transporte e instalação do elemento de detecção 10 e estruturas de par de eletro- dos 2, 4. O elemento de detecção 10 é inserido no sensor, que pode ser aplicado em um respirador ou dispositivo ou elemento protetor pessoal, conforme descrito abaixo.

[0107]Referindo-se agora às Figuras de 19 a 21, em algumas modalidades, uma ponte elétrica 306 está disposta em uma superfície do elemento de detecção 10. A ponte elétrica 306 é configurada para modificar uma trajetória de condução elétrica no circuito elétrico 100. Em uma modalidade exemplificativa, quando o elemento de detec- ção 10 é inserido no plugue 105, a ponte elétrica 306 modifica o circuito de potência do medidor eletrônico 100 de um circuito aberto para um circuito fechado, ou de um circuito de alta resistência para um circuito de baixa resistência, que permite o fluxo de corrente elétrica aumentada, ou apresenta uma tensão ao elemento de circuito. Em outro exem- plo, a ponte elétrica 306 completa o circuito para um regulador de tensão no circuito elétrico 100. Em outro exemplo, a ponte elétrica 306 modifica a entrada em um contro- lador que possibilita um estado de alta potência. Por exemplo, a inserção do elemento de detecção 10 que tem a ponte elétrica 306 pode fazer com que o sensor eletrônico se altere de um estado de baixa potência com um consumo de potência médio X (por exemplo, X < 100 microwatts) para um estado de alta potência Y com um consumo de potência maior que dez vezes A (por exemplo, Y > 10X = 1 miliwatt). Esse recurso pode ser útil como um meio para conservar a potência de bateria, na medida em que configu- ra o circuito para consumir potência apenas quando o elemento de detecção 10 está ligado ao sensor 320. Deve-se entender que o elemento de detecção 10 pode ser pro- duzido para funcionar com qualquer combinação ou omissão de recursos anteriormente descritos, dependendo da aplicação.

[0108]Referindo-se agora à Figura 32, em algumas modalidades, o elemento de detecção 10 pode compreender um ou mais elementos de aquecimento 321a, 322a em comunicação elétrica com um ou mais pares de contatos 321, 322. Os ele- mentos de aquecimento 321a, 322a podem estar no mesmo plano que o um ou mais pares de eletrodos 301a, 302a, ou podem estar em um plano diferente. Por exemplo, o um ou mais elementos de aquecimento 321a, 322a podem estar no lado oposto do elemento de detecção 10. Em algumas modalidades, o um ou mais elementos de aquecimento 321a, 322a podem ser cobertos por uma camada eletricamente isolante de modo que se evite que formem comunicação elétrica com qualquer fluido conden- sado. Por exemplo, os elementos de aquecimento 321a, 322a podem ser configura- dos para aumentar a temperatura da superfície de detecção (não mostrada) de um elemento de detecção 10 de modo a aumentar a pressão de vapor do fluido conden- sado no elemento de detecção 10. Em algumas modalidades, a ponte elétrica 306 pode estar no mesmo plano que o um ou mais elementos de aquecimento.

[0109]A Figura 15 é um diagrama esquemático de um sistema de sensor de respirador ilustrativo 300. O sistema 300 inclui um respirador 310, um sensor 320 que inclui um elemento de detecção (conforme descrito na presente invenção) e um leitor 330 configurado para estar em comunicação sem fio com o sensor 320. O sensor 320 está posicionado substancialmente dentro de um espaço de gás inte- rior do respirador, ou montado substancialmente na superfície exterior do respira- dor 310.

[0110]O sistema de sensor de respirador 300 pode ser configurado para detec- tar a presença de ar não filtrado dentro do espaço de gás interior do respirador 310.

[0111]Conforme descrito acima, o elemento de detecção é configurado pa- ra detectar material particulado solúvel em fluido quando uma camada líquida está disposta em um vão em pelo menos uma parte da superfície do elemento de de- tecção. Partículas ionizáveis em fluido podem se dissolver pelo menos parcialmen- te e podem ionizar pelo menos parcialmente na camada líquida, o que resulta em uma alteração em uma propriedade elétrica entre pelo menos dois dos eletrodos.

[0112]Vapor de água pode ser produzido através da respiração humana dentro do respirador e condensa na região de alta energia de superfície do elemento de detec- ção e forma a camada líquida. Em um exemplo, partículas de aerossol de sal, tais como cloreto de sódio, podem entrar em contato com esse vapor de água condensado, de modo que a partícula de sal se dissolva e altere uma propriedade elétrica (por exemplo, impedância) de pelo menos um dos pares de eletrodos. Essa alteração em propriedade elétrica pode ser detectada pelo sensor 320 e comunicada sem fio para um leitor remo- to 330. O transporte do material particulado ionizável em fluido para o elemento de de- tecção pode ser efetuado através da respiração humana. Em algumas modalidades, o transporte do material particulado ionizável em fluido para o elemento de detecção pode ser conduzido com o uso de um elemento de transporte de gás. Em algumas modalida- des, o elemento de transporte de gás é um ventilador ou bomba.

[0113]O elemento de detecção é um elemento de detecção ionizável em fluido que pode ser configurado de modo que o vapor de condensação não condense unifor- memente na superfície do elemento de detecção, conforme descrito acima. O elemento de detecção ionizável em fluido pode ser configurado adicionalmente de modo que o vapor condensado em contato com pelo menos um eletrodo não forme uma fase con- densada contínua em pelo menos outro eletrodo.

[0114]O respirador 310 pode ser qualquer artigo de respirador protetor pessoal, tal como um respirador de peça facial de filtragem ou respirador elastomé- rico, por exemplo. O sensor 320 pode incluir uma fonte de energia, interface de comunicação, eletrônicos de detecção e antena. A fonte de energia de sensor 320 pode ser uma bateria, uma bateria recarregável ou um coletor de energia.

[0115]O elemento de detecção pode ser configurado para ser substituível e mecanicamente separável do sensor 320. O elemento de detecção pode estar em comunicação removível com o sensor 320. O elemento de detecção pode estar em comunicação sem fio com o sensor 320. O sensor 320 pode ser reutilizável substi- tuindo-se um elemento de detecção usado ou gasto com um elemento de detecção recente ou novo.

[0116]O sensor 320 pode ser fixo, ou aderido, ou conectado a uma superfí- cie interior do respirador 310 ou do dispositivo ou do elemento protetor pessoal. A superfície interior pode definir um espaço de gás interior do respirador uma vez que o respirador 310 ou dispositivo ou elemento protetor pessoal é usado por um usuá- rio. O espaço de gás interior está em comunicação de fluxo de ar com a respiração do usuário que usa o respirador 310 ou dispositivo ou elemento protetor pessoal. Em algumas modalidades, o sensor 320 pode estar posicionado ou preso de modo re- movível dentro do espaço de gás interior. Em algumas modalidades, o sensor 320 pode estar posicionado ou preso de modo removível na superfície interior do respi- rador 310. Em algumas modalidades, o sensor 320 pode estar posicionado ou preso de modo removível a uma superfície exterior do respirador 310. O sensor 320 pode ser fixo, ou aderido, ou conectado a uma superfície interior ou uma superfície exteri- or do respirador 310 através de qualquer sistema de prisão útil, tal como, adesivo, velcro, conector de encaixe por atrito, ou sucção, por exemplo. Por exemplo, o sen- sor 320 pode se prender a uma superfície exterior do respirador através de uma por- ta (não mostrada) no respirador que cria um canal de fluido entre o espaço de gás interior do respirador e o espaço de gás exterior. Por exemplo, o sensor 320 pode ser acoplado a tal porta pressionando-se o sensor 320 na porta, isto é, uma conexão de encaixe por atrito.

[0117]O tamanho e o peso do sensor 320 são selecionados de modo que o sensor não interfira com o uso de um usuário do respirador 310. O tamanho do sen- sor 320 e um peso do sensor 320 são selecionados de modo que o sensor 320 não altere o encaixe do respirador 310 em um usuário. O sensor 320 pode ter um peso em uma faixa de 0,1 a 225 gramas, preferencialmente menor que 10 gramas, ou de 1 a 10 gramas. Um sensor que pesa 225 gramas pode não alterar o encaixe do res- pirador se o respirador estiver suficientemente apertado, porém, pesos menores são preferenciais de modo a reduzir o peso do respirador. O sensor 320 pode ter um vo- lume em uma faixa de 0,1 a 50 cm3, preferencialmente menor que 10 cm3, ou de 1 a 10 cm3.

[0118]Referindo-se agora à Figura 18, o sensor 320 mostrado inclui circuito elétrico 100, que compreende uma pluralidade de contatos elétricos 104, e um elemento de transporte de gás 200. O circuito elétrico 100 é configurado para me- dir pelo menos uma característica elétrica (por exemplo, impedância) entre pelo menos um par de contatos elétricos 104. O sensor 320 é configurado para aceitar um elemento de detecção 10 em um plugue 105 conforme mostrado na Figura 19, em que o plugue contém os contatos elétricos 104. Em algumas modalidades, o elemento de transporte de gás 200 é um ventilador, tal como um ventilador axial ou um ventilador centrífugo (isto é, soprador). Alguns exemplos adequados de ventila- dores são os da série Mighty Mini comercialmente disponíveis junto à Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd, que estão na faixa de tamanho de 9 mm x 9 mm x 3 mm a 30 mm x 30 mm x 3 mm. Em outras modalidades, o elemento de trans- porte de gás 200 é uma bomba, tal como uma bomba piezoelétrica.

[0119]Em algumas modalidades, o elemento de detecção 10 é configurado para ser mecanicamente separável dos outros elementos do sensor 320. Esse re- curso é útil se o elemento de detecção 10 for configurado para ser descartável ou intercambiável. Em algumas modalidades, o leitor 330 compreende um plugue 105 que contém contatos elétricos nos quais o elemento de detecção 10 pode ser inseri- do, em que o encaixe mecânico do elemento de detecção 10 e o plugue 105, que resulta em conexão elétrica entre o elemento de detecção 10 e os contatos elétricos 104, criam uma conexão elétrica entre o elemento de detecção 10 e o circuito elétri- co 100.

[0120]Em algumas modalidades, é vantajoso conter o elemento de detec- ção 10 dentro de uma estrutura de transporte de gás 400, sendo que o transporte de gás é conduzido pelo elemento de transporte de gás 200, conforme mostrado na Figura 22. A estrutura de transporte de gás 400 serve para direcionar uma taxa de fluxo predeterminada de gás de uma maneira controlada para a superfície de detecção 301a e opcionais superfícies de detecção adicionais. Em algumas moda- lidades, um canal de escape 405 está alinhado ao escoamento de escape do ele- mento de transporte de gás 200 de modo que o gás possa escapar para fora da estrutura de transporte de gás 400. Nessa modalidade, o elemento de detecção 10 está disposto a montante do elemento de transporte de gás 200. Ainda mais a montante, um ou mais canais de admissão de gás 401, 402 estão dispostos de modo que o gás possa entrar através dos canais de admissão de gás, ser direcio- nado para a superfície de detecção 301a do elemento de detecção 10 e, então,

escapar através do canal de escape 405. Em algumas modalidades, a superfície de detecção 301a do elemento de detecção 10 está localizada substancialmente perpendicular ao fluxo de gás predeterminado. Essa disposição do um ou mais ca- nais de admissão de gás 401, 402, elemento de detecção 10 e elemento de trans- porte de gás 200 pode resultar em melhoramentos em tempo de resposta de sen- sor e sensibilidade às alterações em concentração de aerossol sobre disposições alternativas, devido à maneira rápida e controlada pela qual essa combinação de elementos move as amostras para a superfície de detecção 301a do elemento de detecção 10. Por exemplo, quando usada como parte de um teste de encaixe de respirador, essa disposição pode resultar em detecção rápida de alterações em encaixe de respirador em casos específicos no tempo durante um teste de encaixe. Isso pode possibilitar identificação mais precisa de ações específicas que resultam em alterações no encaixe de respirador para o usuário.

[0121]Em algumas modalidades, em que o sensor 320 é configurado para de- tectar um aerossol, a estrutura de transporte de gás 400 é construída como um impac- tador de aerossol em que o elemento de detecção 10 serve como a placa de impacta- dor. A natureza de um impactador é aquela em que coletam preferencialmente apenas partículas maiores que um dado tamanho na placa de impactador. Portanto, nesse exemplo, a combinação de elementos 400 e 10 resulta na coleta preferencial de partícu- las maiores que um dado tamanho, tal como 1 mícron de diâmetro ou 2,5 mícrons de diâmetro ou 10 mícrons de diâmetro, no elemento de detecção 10. A Figura 23 mostra um exemplo de uma estrutura interna adequada da estrutura de transporte de gás 400, com um elemento de detecção exemplificativo 10 em um estado inserido. Elemento de transporte de gás 200 não é mostrado nessa Figura para fins de clareza, porém, deve- se assumir que está posicionado conforme descrito anteriormente – dentro da estrutura de transporte de gás 400, entre o canal de escape 405 e o elemento de detecção 10. Na Figura 23, o canal de escape 405 é configurado como um ventilador axial, enquanto na Figura 22, o canal de escape 405 é configurado como um ventilador centrífugo. Em- bora transmitam diferentes propriedades no sistema, entende-se que qualquer configu- ração pode ser adequada.

[0122]Em algumas modalidades, a estrutura de transporte de gás 400 con- tém uma pluralidade de canais de modo a aceitar uma pluralidade de elementos de detecção entre os canais de admissão e os canais de escape. Isso também neces- sita da inclusão de múltiplos plugues 105 nos quais cada elemento pode se inserir. Nessa modalidade, o ar que passa sobre uma tira de sensor passa subsequente- mente sobre uma segunda tira de sensor. Essa abordagem imita o projeto de um impactador em cascata em que subsequentes estágios coletam sucessivamente partículas menores.

[0123]Em algumas modalidades, o circuito elétrico 100 e o elemento de trans- porte de gás 200 são alimentados por uma fonte de energia, tal como uma bateria, 106 que é parte do sensor 320, conforme mostrado na Figura 24. Em algumas moda- lidades, a fonte de energia 106 é uma bateria principal que é configurada para ser substituída. Em algumas modalidades, a fonte de energia 106 é uma bateria recarre- gável. Por exemplo, uma bateria de íon de lítio de 3,7 V com uma capacidade de 40 miliamp-hora pode alimentar um ventilador em 2,5 V e 30 mA, mais o medidor de ele- trônica, durante mais de uma hora de execução contínua é útil na presente revelação. Aqueles versados na técnica reconhecerão que baterias de diferentes tamanhos po- dem ser usadas para aplicações que exigem diferentes tempos de execução ou exi- gências de potência. Baterias menores têm o benefício de menores tamanhos e me- nores massas. Uma bateria recarregável exige um meio para carregar a bateria. Em algumas modalidades, um plugue 107 pode ser configurado para receber um cabo elétrico de carregamento, tal como um cabo micro-USB, para carregar a bateria. Em algumas modalidades, o circuito elétrico 100 pode compreender uma estrutura de car- regamento por indução de modo que a bateria possa ser carregada sem fio. Uma es-

trutura de carregamento por indução reduz o número de aberturas que devem perma- necer acessíveis ao circuito, desse modo se reduz o risco da introdução de contami- nantes ambientais no circuito.

[0124]Em algumas modalidades, o sensor atualmente revelado 320 inclui um alojamento 410 que tem uma abertura configurada para receber o elemento de detec- ção 10; um circuito elétrico 100 operacionalmente conectado ao alojamento 410, em que o circuito elétrico 100 é configurado para detectar pelo menos uma característica de impedância elétrica através de pelo menos um par de eletrodos; pelo menos um ele- mento de transporte de gás 200 em comunicação elétrica com o circuito elétrico 100; e um leitor 330 em comunicação com o circuito elétrico 100, em que o leitor 330 é confi- gurado para comparar informações sobre um volume de gás externo ao alojamento 410 com informações sobre um volume de gás dentro do alojamento 410. Em algumas mo- dalidades, um alojamento 410 é configurado de modo que o circuito elétrico 100 e a estrutura de transporte de gás anteriormente descrita 400 estejam contidos no aloja- mento 410, conforme mostrado na Figura 25. Em algumas modalidades, a estrutura de transporte de gás 400 é mecanicamente separável do alojamento 410. Em algumas modalidades, o elemento de detecção 10 tem um determinado formato 3d, tal como formato 3d retangular, cúbico, cilíndrico, irregular e semelhantes. O alojamento 410 po- de incluir uma abertura para receber o elemento de detecção 10, em que o formato da abertura complementa o formato do elemento de detecção 10. Por exemplo, a abertura pode ter formato retangular. Isso resulta em que, quando o elemento de detecção 10 é inserido na abertura, não há substancialmente nenhuma comunicação de fluido através da abertura na qual o elemento de detecção está inserido entre o gás contido no aloja- mento 410 e o exterior do alojamento 410.

[0125]Em algumas modalidades, o circuito elétrico 100 é afixado ao aloja- mento 410. Por exemplo, em alguns casos, o circuito elétrico 100 é afixado a pelo menos uma parede interior do alojamento 410.

[0126]Em algumas modalidades, é vantajoso para o elemento de detecção 10 compreender uma aba 305, conforme mostrado na Figura 26, que pode ser usada para auxiliar na remoção do elemento de detecção 10 do sensor 320 (consultar as Figuras 27 e 28 para exemplos de remoção e inserção). Em algumas modalidades, o sistema pode incluir um mecanismo ejetor de elemento de detecção para auxiliar na remoção do elemento de detecção 10 do alojamento 410.

[0127]Em algumas modalidades, um ou mais canais de gás 404 podem es- tar dispostos em uma superfície de alojamento 410, conforme mostrado na Figura 28, de modo que o gás possa entrar no canal de gás 404 antes de passar pelos canais de admissão de gás 401, 402. Em algumas modalidades, o alojamento 410 pode ser compreendido por diversas peças, de modo que as peças 411 possam ser removidas para o acesso de componentes internos, conforme mostrado na Fi- gura 29.

[0128]Em algumas modalidades, uma estrutura de controle de transporte 407 está disposta em proximidade com o canal de escape 405, conforme mostrado na Figura 30, de modo que o gás deve passar pela estrutura de controle de transpor- te 407 ao se mover entre o canal de escape 405 e o meio circundante. A estrutura de controle de transporte pode fornecer benefícios controlando-se o fluxo para trás de analitos do meio circundante para o canal de escape 405 e, então, para o aloja- mento de sensor. Em algumas modalidades, a estrutura de controle de transporte 407 é um filtro de partículas. O filtro de partículas pode fornecer benefícios para evi- tar que particulados entrem no sistema através do canal de escape 405. Em algu- mas modalidades, a estrutura de controle de transporte 407 é um filtro de gás. O filtro de gás pode fornecer benefícios de evitar que determinadas moléculas de gás entrem no sistema através do canal de escape 405. Em outra modalidade, a estrutu- ra de controle de gás 407 é uma válvula, de modo que se deixa o gás passar do ca- nal de escape 405 para o meio circundante, porém, é impedido de fluir na outra dire-

ção.

[0129]Em algumas modalidades, o sensor atualmente revelado 320 inclui um elemento de aquecimento e componentes elétricos relacionados de modo a fornecer opcionalmente calor a um ou mais locais no alojamento 410. Por exemplo, o elemen- to de aquecimento pode estar disposto em estreita proximidade com um local ocu- pado pelo elemento de detecção 10 quando o elemento de detecção é inserido no alojamento 410. Por exemplo, o elemento de aquecimento pode ser configurado pa- ra aumentar a temperatura de uma superfície de detecção de um elemento de de- tecção 10 de modo a aumentar a pressão de vapor do fluido condensado no elemen- to de detecção. Por exemplo, o elemento de aquecimento pode promover evapora- ção de água condensada a partir do elemento de detecção de impedância elétrica, ou da superfície de elementos de detecção óptica.

[0130]O sensor 320 compreende elementos que possibilitam a operação práti- ca do sensor 320 sem necessidade de conexão física de elementos que expandiriam o dispositivo além de um determinado tamanho, tal como 20 cm3, que inclui: um circuito de potência, em que a potência pode ser fornecida por um elemento no próprio sensor, tal como uma bateria, ou através de meios sem fio, tal como potência indutiva; um cir- cuito de análise de característica elétrica em comunicação elétrica com contatos elétri- cos 104, e um microcontrolador, ambos em comunicação com um circuito de potência; um elemento de transporte de ar em comunicação elétrica com um circuito de potência; e uma estrutura de transmissão de dados. A estrutura de transmissão de dados pode ser um circuito de comunicações sem fio, tal como radiofrequência, acoplamento de campo próximo, WiFi ou Bluetooth. Em algumas modalidades, a estrutura de transmis- são de dados pode ser uma estrutura de armazenamento de memória de dados. Em algumas modalidades, a estrutura de transmissão de dados pode ser um indicador vi- sual, sonoro ou háptico, tal como um diodo emissor de luz, alarme sonoro ou alarme vibratório.

[0131]Uso do sensor em algumas aplicações pode possibilitar melhoramentos na precisão, exatidão, sensibilidade e tempo de resposta da detecção de gás e/ou partículas de aerossol dentro de um respirador. Exemplos de dados de detecção de aerossol de cloreto de sódio por um sensor do tipo descrito aqui quando montado substancialmente dentro do espaço de gás interior de um respirador em comparação com um fotômetro de chama de sódio são mostrados nas Figuras de 31A a D. Um fotômetro de chama de sódio é um dispositivo usado para medir aerossol que contém sódio executando-se a amostra do aerossol através de uma chama de hidrogênio e medindo-se a emissão óptica. Nesses exemplos, os dados são coletados simultane- amente, com o sensor colocado inteiramente dentro do espaço de respiração do respi- rador, e a amostragem de fotômetro de chama de sódio através de uma porta feita no respirador. Exemplos de dados de detecção de aerossol de cloreto de sódio por um sensor do tipo descrito aqui quando montado em uma superfície externa de um respi- rador em comparação com uma chama de sódio são mostrados nas Figuras de 33A a D. Nesses exemplos, os dados são coletados simultaneamente, com o sensor monta- do na superfície exterior do respirador por meio de conexão com uma porta no respi- rador, e a amostragem de fotômetro de chama de sódio através de uma porta feita no respirador.

[0132]Em algumas modalidades, o sensor 320 pode se comunicar sem fio com um leitor remoto 330. O sensor 320 pode comunicar dados de modo sem fio ao leitor 330 com relação às alterações em uma propriedade elétrica do elemento de detecção. Em algumas modalidades, a comunicação entre o leitor 330 e o sensor 320 ocorre por meio de comunicação eletromagnética, tal como por meio de campo magnético, ou Comunicações de Campo Próximo, ou Baixa Energia de Bluetooth, ou iluminação ópti- ca e detecção, WiFi, Zigbee, ou semelhantes. Em algumas modalidades, o sensor 320 pode se comunicar por meio de uma conexão com fio ao leitor 330, tal como estar no mesmo circuito elétrico que o leitor 330.

[0133]O sensor 320 e o leitor 330 podem se comunicar entre si sobre um ou mais constituintes de um gás ou aerossol dentro do espaço de gás interior. O sensor 320 e o leitor 330 podem se comunicar entre si sobre propriedades físicas com relação a um gás dentro do espaço de gás interior, tal como temperatura, pressão, umidade e semelhantes. O sensor 320 e o leitor 330 podem se comunicar entre si sobre parâmetros usados para avaliar o desempenho de exercícios por um usuário do respirador, tal como vigor de respiração e/ou movimento corporal. Por exemplo, o sensor 320 pode compreender sensores de força, tais como acelerôme- tros, que fornecem sinais com relação ao movimento da cabeça do usuário quando o sensor está montado dentro ou no respirador usado pelo usuário. Por exemplo, o sensor 320 pode compreender sensores que fornecem sinais com relação ao vigor de respiração do usuário, tal como sensores de temperatura, sensores de umida- de, sensor de fluxo de ar, sensores de pressão e semelhantes. Por exemplo, exer- cícios úteis na presente revelação incluem aqueles prescritos pela Administração de Segurança e Saúde Ocupacional Americana em 30 CFR 1910.134 Anexo A. Um exemplo de sinais de sensor desses exercícios é mostrado na Figura 34.

[0134]O leitor 330 pode incluir uma fonte de energia, interface de comuni- cação, eletrônica de controle e antena. O leitor 330 pode se comunicar sem fio com um dispositivo remoto 350 por meio da internet 340, conforme mostrado na Figura

15. O leitor 330 pode se comunicar com a internet 340 por meio de conexão sem fio. O leitor 330 pode se comunicar com a internet 340 por meio de comunicação com fio direta. O dispositivo remoto 350 pode incluir qualquer um dentre memória, armazenamento de dados, software de controle ou pelo menos um processador para receber e utilizar os dados ou informações fornecidas pelo leitor 330 direta- mente ou por meio da internet 340.

[0135]O sistema de sensor de respirador 300 pode ser utilizado para detectar partículas ionizáveis em fluido em um meio gasoso. O método inclui colocar um meio gasoso em contato com um elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido, e condensar um componente do meio gasoso em pelo menos uma porção do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido; e determinar uma propriedade elétrica em um primeiro ponto no tempo entre um par de eletrodos do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido; e determinar uma propriedade elétrica em um segundo ponto no tempo entre um par de eletrodos do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido; e determinar um valor com relação à presença de partículas ionizáveis em fluido no meio gasoso pelo menos parcialmente comparando-se o valor da propriedade elétrica no primeiro ponto no tempo com a propriedade elétrica no segundo ponto no tempo.

[0136]O sistema de sensor de respirador 300 pode ser utilizado para detec- tar partículas ionizáveis em fluido em um meio gasoso. O método inclui colocar um meio gasoso em contato com um elemento de detecção de material particulado ioni- zável em fluido, e condensar um componente do meio gasoso em pelo menos uma porção do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido; e de- terminar uma propriedade elétrica em uma primeira frequência, tal como 1 Hz, entre um par de eletrodos do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido; e determinar uma propriedade elétrica em uma segunda frequência, tal como 100 kHz, entre um par de eletrodos do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido; e determinar um valor com relação à presença de partículas io- nizáveis em fluido no meio gasoso pelo menos parcialmente comparando-se o valor da propriedade elétrica na primeira frequência com a propriedade elétrica na segun- da frequência. A frequência pode incluir CC.

[0137]O sistema de sensor de respirador 300 pode incluir um sistema de com- putação adicional ou dispositivo remoto 350 em que os dados são comunicados entre o sistema de sensor de respirador 300 e o sistema de computação adicional ou dispositi- vo remoto 350. Em algumas modalidades, o sistema de computação adicional é uma arquitetura de computação em nuvem. A comunicação entre o leitor 330 e o sistema de computação adicional ou dispositivo remoto 350 pode ser por meio de uma conexão com fios ou por meio de rede de internet sem fio. O sistema de computação adicional ou dispositivo remoto 350 pode gravar dados transmitidos pelo leitor 330. O sistema de computação adicional ou dispositivo remoto 350 pode processar dados transmitidos pelo leitor 330, e comunicar informações de volta ao leitor 330.

[0138]O sistema de sensor de respirador 300 pode ser utilizado para detec- tar partículas ionizáveis em fluido em um meio gasoso. O método inclui colocar um meio gasoso em contato com um elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido, e condensar um componente do meio gasoso em pelo menos uma porção do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido; e determinar uma propriedade elétrica entre um primeiro par de eletrodos do elemen- to de detecção de material particulado ionizável em fluido; e determinar uma pro- priedade elétrica entre um segundo par de eletrodos do elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido; e determinar um valor com relação à pre- sença de partículas ionizáveis em fluido no meio gasoso pelo menos parcialmente comparando-se o valor da propriedade elétrica do primeiro par de eletrodos com a propriedade elétrica do segundo par de eletrodos.

[0139]O método pode incluir o segundo par de eletrodos utilizados como um eletrodo de referência. O eletrodo de referência pode ser um eletrodo de referência de analito. O eletrodo de referência pode ser isolado de um componente-alvo do meio gasoso. O componente-alvo do meio gasoso pode ser uma partícula ionizável em flui- do, tal como um sal, por exemplo. O sistema de sensor de respirador 300 pode ser utilizado para fornecer retroalimentação em tempo real na qualidade do encaixe de respirador. O sistema de sensor de respirador 300 pode ser utilizado para fornecer um método de teste de encaixe. O método de teste de encaixe inclui fornecer um respira- dor 310, então, fornecer um sensor 320 que inclui um elemento de detecção posicio-

nado de modo removível substancialmente dentro de um espaço de gás interior do respirador, então, fornecer um leitor 330 configurado para estar em comunicação sem fio com o sensor 320; e posicionar o respirador 310 sobre uma boca e um nariz de um usuário enquanto o sensor 320 está posicionado substancialmente dentro de um es- paço de gás interior do respirador; e observar dados de avaliação de encaixe de respi- rador comunicados a partir do leitor 330 com base em informações do sensor 320.

[0140]Em algumas modalidades, o método de teste de encaixe conforme mostrado na Figura 16A inclui as etapas de fornecer um respirador 1000 vestido por um usuário 2000; fornecer um gerador de aerossol 3000 com um parâmetro de saí- da de aerossol conhecido 5000; fornecer um invólucro 4000 que é fisicamente apoi- ado ao redor da cabeça do usuário 2001, em que o gerador de aerossol 3000 libera aerossol com o parâmetro de aerossol conhecido 5000 que está pelo menos parci- almente contido no invólucro 4000 ao redor da cabeça do usuário 2001 e o invólucro 4000 pelo menos parcialmente contém o aerossol 5000 ao redor da cabeça do usuá- rio 2001; fornecer um sensor 6000 que compreende um elemento de detecção ope- racionalmente conectado ao respirador 1000, em que o sensor 6000 é configurado para monitorar um parâmetro de concentração de partículas dentro do respirador 1000; fornecer um leitor configurado para se comunicar com o sensor 6000, sendo que o leitor é configurado para fornecer um parâmetro de encaixe de respirador com base em uma comparação do parâmetro de concentração de partículas com o pa- râmetro de saída de aerossol conhecido 5000. Em algumas modalidades, o invólu- cro usado nesse método é opcional conforme mostrado na Figura 16B.

[0141]Em algumas modalidades, o sensor 6000 é montado substancial- mente em uma superfície exterior do respirador 1000. Em algumas modalidades, um tamanho do sensor 6000 e um peso do sensor 6000 são selecionados de modo que o sensor 6000 não interfira com um uso do respirador pelo usuário 1000. Em algumas modalidades, um tamanho do sensor 6000 e um peso do sensor 6000 são selecionados de modo que o sensor 6000 não altere o encaixe do respirador 1000 em um usuário 2000.

[0142]Em algumas modalidades, o leitor é integralmente conectado ao sensor 6000. Em algumas modalidades, o leitor se comunica com o sensor 6000 com o uso de comunicação eletromagnética, tal como por meio de campo magnéti- co, ou Comunicações de Campo Próximo, ou Baixa Energia de Bluetooth, ou ilumi- nação óptica e detecção, WiFi, Zigbee, ou semelhantes.

[0143]Em algumas modalidades, esse método é um melhoramento pois forne- ce um teste ou avaliação de encaixe de respirador, com base em medições eletrônicas de gás, aerossol ou particulados que vazam em um respirador 1000, na medida em que exigem apenas um local de medição (isto é, dentro do respirador). Métodos existentes desse tipo exigem uma medição do tanto do gás, aerossol ou material particulado den- tro do respirador, quanto do gás, aerossol ou material particulado fora do respirador, para todos os testes ou avaliações de encaixe de respirador. Exigir apenas um único local de medição reduz o custo e a complexidade do teste. A habilidade de realizar uma avaliação de encaixe apenas com medições de gás, aerossol ou particulado dentro do respirador 1000 possibilita o uso de um sistema de teste de encaixe relativamente por- tátil, que inclui um gerador de aerossol com uma saída conhecida. Esses dois elemen- tos combinam para criar um sistema em que a concentração que cerca o respirador durante o teste de encaixe possa ser confiavelmente produzida para estar dentro de uma faixa predefinida. Devido a essa faixa ser predefinida, a mesma não precisa ser medida durante o teste, e a avaliação de encaixe pode ser realizada apenas medindo- se os particulados que vazam no respirador durante o teste, e comparando-se a medi- ção dessas partículas com a faixa predefinida conhecida de concentração de partícula fora do respirador.

[0144]Em outra modalidade, um método de teste de encaixe conforme mos- trado na Figura 17 inclui as etapas de: fornecer um respirador 1000 vestido por um usuário 2000; fornecer um sensor 6000 que compreende um elemento de detecção, em que o sensor 6000 está preso substancialmente dentro do respirador 1000 de mo- do que um peso do sensor 6000 seja substancialmente apoiado pelo respirador 1000, e em que o sensor 6000 é configurado para monitorar um parâmetro de concentração de partículas dentro do respirador 8000; fornecer um sensor 6100 montado substanci- almente em uma superfície exterior do respirador 1000 e configurado para monitorar um parâmetro de concentração de partículas fora do respirador 8100; fornecer um leitor configurado para se comunicar com os sensores 6000 e 6100, em que o leitor é configurado para fornecer um parâmetro de encaixe de respirador com base em uma comparação entre a concentração de partículas dentro do respirador 8000 com o pa- râmetro de concentração de partículas fora do respirador 8100. Em algumas modali- dades, considerando-se também a Figura 16A, esse método utiliza adicionalmente um invólucro 4000 que é fisicamente apoiado ao redor da cabeça do usuário 2001, em que o gerador de aerossol 3000 fornece o parâmetro de aerossol conhecido 5000 pelo menos parcialmente contido no invólucro 4000 ao redor da cabeça do usuário 2001 e o invólucro 4000 pelo menos parcialmente contém o aerossol 5000 ao redor da cabe- ça do usuário 2001.

[0145]Esse método é um melhoramento pois usa um sensor para monitorar os particulados que vazam no respirador que é montado diretamente no respirador. Téc- nicas convencionais exigem a prisão de um tubo longo no respirador, que fornece uma trajetória de fluido a um sensor montado em um local separado do respirador (por exemplo, um tampo de mesa, ou uma presilha). Essa exigência ocorre, pois, os sen- sores usados são muito grandes e pesados para serem montados diretamente em um respirador sem impactar substancialmente o encaixe do respirador. Sensores úteis na presente revelação são pequenos o suficiente (por exemplo, menores que 20 cm3 em volume e, por exemplo, menores que 25 gramas em peso) de modo que possam ser montados diretamente no respirador sem impactar o encaixe do respirador ou causar de outra forma desconforto ao usuário.

[0146]O sistema de sensor de respirador 300 pode ser utilizado para avaliar o encaixe de um respirador 310. O método inclui: 1) Um indivíduo de teste veste um respirador no qual um sensor 320 foi preso dentro do espaço de gás interior do respi- rador ou em uma superfície externa do respirador 310. 2) O indivíduo de teste entra em um volume contido no qual as partículas de sal são injetadas. O volume contido pode ser uma tampa que encaixa sobre a cabeça do indivíduo de teste ou pode ser uma câmara que um indivíduo pisa ou qualquer estrutura que possa conter um indiví- duo de teste e uma atmosfera de aerossol de sal. As partículas de sal podem ser pro- duzidas através de atomização por aspersão de uma solução de água que contém um sal, tal como cloreto de sódio em uma concentração, por exemplo, de 5% em peso. 3) O indivíduo de teste realiza uma variedade de exercícios, tais como aqueles descritos nos métodos de teste de encaixe aceitos pela Administração de Segurança e Saúde Ocupacional Americana em 30 CFR 1910.134 Anexo A. 4) Continuamente ao longo do teste, o sensor 320 pode transmitir dados ao leitor 330 com relação às proprieda- des de resistência, capacitância, ou outras propriedades de impedância de CA do elemento de detecção e eletrodo de referência. 5) Software contido no leitor 330 ou outro dispositivo de computação 350 avalia os dados para avaliar o encaixe do respi- rador no indivíduo de teste.

[0147]Em qualquer um dos métodos anteriormente citados, o parâmetro de saída de aerossol é definido pela concentração de partícula e, por vezes, adicional- mente, o tamanho médio das partículas (por exemplo, um diâmetro mediano de con- tagem entre 0,5 e 2,5 micrômetros e um desvio padrão geométrico menor que 2,5). Em qualquer um dos métodos anteriormente mencionados, em algumas modalida- des, o parâmetro de concentração de partículas é uma medição da massa de partí- culas dissolvidas em um fluido em uma superfície do sensor. Em algumas modalida- des, o parâmetro de concentração de partículas é uma medição de contagem de partícula dentro do respirador com o uso de, por exemplo, um sensor óptico, meca- nismo de contagem de carga e semelhantes.

[0148]Em qualquer um dos métodos anteriormente mencionados, o termo “apoiado ao redor da cabeça do usuário” inclui que o invólucro seja apoiado pela cabeça do usuário e/ou ombros, tal como, por exemplo, por apoios que permitem que o invólucro seja operacionalmente conectado à cabeça do usuário e/ou om- bros. Em algumas modalidades, o parâmetro de encaixe de respirador é uma indi- cação de quanto o respirador se encaixa na face de um usuário. Em algumas mo- dalidades, o parâmetro de encaixe de respirador é definido como uma porcenta- gem de volume de ar que entra em um respirador que é ar filtrado contra ar não filtrado. Por exemplo, em algumas modalidades, o parâmetro de encaixe de respi- rador é definido como a razão de uma concentração de partícula média fora do respirador divida por uma concentração de partícula média dentro do respirador durante um período de tempo. Um parâmetro de encaixe de respirador pode ser definido como uma média, tal como uma média aritmética, uma média geométrica ou uma média harmônica, de múltiplos parâmetros de encaixe de respirador medi- dos durante diferentes períodos de tempo. Por exemplo, pode ser desejável que um parâmetro de encaixe de respirador seja maior que 40, ou maior que 100, ou maior que 500.

[0149]Em qualquer uma das modalidades anteriormente mencionadas, o leitor 330 pode ser uma parte integrada do sensor 320 e do circuito elétrico 100, de modo que qualquer uma das funções de processamento de dados, comparação entre valores, armazenamento de dados, comunicação, alertas, indicação de valores, indicação de avaliação de encaixe de respirador e qualquer outra função útil de um leitor, conforme descrito na presente invenção, possa ser realizada pelo sensor sem a necessidade de comunicação com nenhum outro dispositivo.

[0150]O sistema de sensor de respirador 300 pode ser utilizado com uma ferramenta de visão de computador ou câmera para assegurar uma qualidade con- sistente do encaixe de respirador. O método inclui: 1) O usuário de respirador passa por teste de encaixe de respirador enquanto se mantém em frente a uma câmera. O teste de encaixe é conduzido com o modelo de respirador selecionado equipado com sensor de aerossol sem fio descrito na presente invenção. 2) O sensor mede vazamento de aerossol no respirador em tempo real conforme o trabalhador ajusta o respirador para encaixar em sua face. 3) Uma vez que o vazamento de aerossol medido diminui abaixo do limite aceito que assegura encaixe adequado, o sensor sem fio sinaliza automaticamente a câmera a capturar a imagem do respirador em sua posição de encaixe correta na face do trabalhador. 4) A imagem capturada é analisada e salva para ser usada como referência no futuro sem que o trabalhador vista um respirador, para assegurar a posição de encaixe de respirador consistente na face do trabalhador. A imagem pode ser capturada em qualquer ponto durante o teste, tal como antes do teste começar, para ser subsequentemente ligada ao valor de encaixe determinado pelo sistema de sensor de aerossol sem fio.

[0151]O termo “posição de encaixe” descreve a configuração, posição e ori- entação do respirador na face do usuário. A posição de encaixe inclui a posição da pinça nasal, formato da pinça nasal, posição das tiras, orientação na face. Um sen- sor de imageamento pode incluir um sensor RGB tradicional e pode incluir também uma câmera NIR, sensor de profundidade e semelhantes.

[0152]O trabalhador pode comparar a imagem de “posição de encaixe” com a colocação atual do respirador na face do trabalhador. O ajuste para o encaixe de respirador pode ser feito até que a “posição de encaixe” corresponda ou corres- ponda substancialmente à colocação atual do respirador na face do trabalhador.

[0153]Os objetivos e as vantagens dessa revelação são adicionalmente ilustrados pelos exemplos a seguir, mas as quantidades e materiais específicos dos mesmos mencionados nesses exemplos, bem como outras condições e deta-

lhes, não devem ser interpretados de modo a limitar indevidamente a presente re- velação. Exemplos

[0154]Todas as partes, porcentagens, razões, etc., nos exemplos são em peso, exceto onde especificado em contrário. Os solventes e os outros reagentes usados foram obtidos junto à Sigma-Aldrich Corp, St Louis, Missouri, EUA, exceto onde especificado em contrário. Sensor de aerossol de cloreto de sódio

[0155]Elementos de sensor foram construídos de acordo com o método descrito na Figura 5A e na Figura 5B e avaliados para aplicações de teste de en- caixe de respirador.

[0156]A impedância elétrica de um meio é uma função do número de trans- portadores de carga móveis no meio, a carga unitária dos transportadores, assim como sua oposição ao movimento induzido pelas forças coulômbicas. Como resulta- do, a impedância elétrica de um solvente líquido com um soluto iônico dissolvido é geralmente uma função da concentração do soluto. Um elemento de detecção, tal como aquele descrito acima, pode ser usado para sondar a impedância elétrica de um meio colocando-se os eletrodos em contato com o meio e monitorando-se a re- sistência a um campo elétrico aplicado. Em meios fluidos, tais como a água, o cam- po elétrico é tipicamente um campo alternativo em uma frequência prescrita que po- de fornecer informações de impedância tanto resistiva quanto reativa.

[0157]Como exemplo, a Figura 11 mostra a impedância elétrica, especifica- mente a magnitude de impedância, comutação de fase, resistência e reatância como uma função de frequência, de um elemento de detecção tal como aquele descrito acima quando imerso em soluções de água/cloreto de sódio de diferentes concen- trações. A fileira superior da Figura 11 são gráficos que ilustram a resposta de sen- sor às diferentes concentrações de NaCl em água, a resistência (linhas sólidas) e reatância (linhas tracejadas), como uma função de frequência, medidas pelo sensor quando revestido com uma camada líquida da solução indicada. R = resistência, X = reatância. A fileira inferior da Figura 11 são gráficos que ilustram a resposta de sen- sor às diferentes concentrações de NaCl em água, magnitude de impedância (linhas sólidas) e comutação de fase (linhas tracejadas) correspondentes, como uma função de frequência, medida pelo sensor quando revestido com uma camada líquida da solução indicada. Z = magnitude de impedância, Teta = comutação de fase.

[0158]Os dados de impedância são registrados por um Precision Impedance Analyzer 4294A disponível junto à Agilent, EUA. Uma diminuição significativa na magnitude de impedância e resistência dos meios (plotada em uma escala logarítmi- ca) é vista com um aumento em condutividade, assim como comutações no perfil geral de todas as curvas. Embora esse exemplo seja um caso de um meio líquido e não um aerossol, o mecanismo subjacente da medição forma a base de como os sensores descritos nesse pedido podem ser usados para medir os aerossóis ionizá- veis em solução, conforme descrito abaixo.

[0159]As composições descritas até agora podem ser configuradas para al- terar o desempenho de um elemento de detecção de aerossol ionizável em fluido. Dados exemplificativos que ilustram o princípio são mostrados nas Figuras de 12A a 12C. As Figuras de 12A a 12C são gráficos que ilustram uma comparação entre absorção de água isotérmica e resposta de aerossol de NaCl para diferentes sis- temas de modificação e revestimento de superfície aplicados em um sensor de ae- rossol de sal.

[0160]A definição para o experimento usado para gerar os dados nas Figu- ras de 12A a 12C é como a seguir: um elemento de detecção ionizável em fluido, com um par de eletrodos condutores interdigitados na superfície, é conectado a um analisador de espectro de impedância elétrica. Em t = 0, a gravação de espectro de impedância do sensor começa. Em t = 60 s, o sensor é colocado em uma câmara de teste que circula o ar em 15 litros por minuto, com aproximadamente 95% de umida- de relativa. O elemento de detecção está em contato de fluido com uma porção do fluxo. No momento indicado em cada plotagem (‘aerossol de NaCl ativado’), um ae- rossol que contém aproximadamente 10 µg/l de aerossol de NaCl, com um diâmetro de partícula médio de massa de 2 micrômetros, é introduzido na corrente de fluxo. A corrente de aerossol é gerada atomizando-se uma solução de NaCl/água de aproxi- madamente 5% em peso de NaCl com o uso de um atomizador. A corrente de ae- rossol é, então, removida no momento indicado (‘aerossol de NaCl inativado’).

[0161]Ao longo da duração do experimento, o elemento de detecção está apro- ximadamente em equilíbrio térmico com a corrente de ar, e a temperatura da corrente de ar é constante. A Figura 12A mostra a resposta de um elemento de detecção exem- plificativo sem modificação de superfície para alterar a energia de superfície, a Figura 12B mostra um elemento de detecção com a modificação de plasma + superfície de silano zwitteriônico (descrita na Figura 5A), e a Figura 12C um elemento de detecção com a modificação de plasma + superfície de silano zwitteriônico com uma camada de glicose adicional (conforme descrito na Figura 5B).

[0162]A Figura 12A ilustra o elemento de detecção sem modificação de su- perfície ou a camada de revestimento não mostra nenhuma alteração significativa em impedância elétrica em nenhum ponto durante o experimento.

[0163]Esse elemento de detecção sem nenhuma modificação não tem uma for- te afinidade para formar uma camada fluida na superfície, e, portanto, carece de um forte mecanismo no qual as partículas de aerossol de NaCl podem ionizar no elemento de detecção.

[0164]A Figura 12B ilustra que o elemento de detecção apenas com o trata- mento de plasma + silano zwitteriônico resulta em uma pequena diminuição em im- pedância em resposta ao ar úmido, e uma diminuição adicional ao longo da duração de exposição de aerossol de NaCl. Um pequeno aumento em impedância, uma vez que a corrente de aerossol é removida, é provável devido a uma pequena alteração em umidade introduzida pela corrente de aerossol de NaCl.

[0165]Esse elemento de detecção apenas com o tratamento de plasma + silano zwitteriônico possibilita uma superfície hidrofílica nos eletrodos, que promo- ve alguma quantidade de condensação de fluido, no entanto em equilíbrio térmico, a força condutora para formação de fluido na superfície é menor que aquela do elemento de detecção com a camada de material higroscópico adicional (Figura 12C).

[0166]A Figura 12C ilustra o elemento de detecção com tratamento de plas- ma + superfície de silano zwitteriônico e também a camada de glicose mostra uma resposta muito mais significativa à corrente de ar úmido e, então, à corrente de ae- rossol de NaCl. Isso ocorre devido às alterações de propriedade higroscópica do elemento de detecção introduzidas pela adição da camada de glicose (material hi- groscópico).

[0167]Um exemplo de quanto alterar o peso de revestimento da camada de material higroscópico pode impactar a resposta de elemento de detecção é mos- trado nas Figuras de 13A a 13D, que ilustram os resultados de um experimento similar àquele da Figura 12C, com variações em peso de revestimento de camada higroscópica. As Figuras de 13A a 13D são gráficos que ilustram uma comparação entre absorção de água isotérmica e resposta de aerossol de NaCl para uma su- perfície de siloxano zwitteriônico seguida por diferentes pesos de revestimento de glicose aplicados ao sensor de aerossol de sal.

[0168]As Figuras de 14A a 14C são gráficos que ilustram uma comparação entre absorção de água isotérmica e resposta de aerossol de NaCl para sensores com e sem um elemento de filtro. Um exemplo de como um filtro de partículas pode ser usado para criar um par de eletrodos de referência, conforme descrito na Figu- ra 7 e na Figura 8, é mostrado pelos dados nas Figuras de 14A a 14C.

[0169]Todos os testes são conduzidos com o elemento de detecção na cor- rente de fluxo de um sistema de aerossol de NaCl de umidade controlada. O ae- rossol é gerado atomizando-se uma solução de 5% em peso de NaCl em água com o uso de um atomizador. A umidade de todos os testes está entre 95% de RH e 100% de RH. O elemento de detecção em todos os testes é uma matriz interdigita- da, com larguras de linha/espaço de 5 mil dos dígitos, com ~0,5 cm2 de área. Os gráficos mostram a magnitude de impedância (linhas sólidas) e comutação de fase (linhas tracejadas) ao longo do tempo em cinco diferentes frequências. Os dados de impedância são registrados por um Precision Impedance Analyzer 4294A dis- ponível junto à Agilent, EUA.

[0170]Por exemplo, a Figura 14A mostra a resposta de um elemento de de- tecção, substancialmente similar àquele descrito neste pedido, sem filtro de partícu- las, que é inserido em uma corrente de ar que contém micropartículas e nanopartí- culas de cloreto de sódio aerossolizado.

[0171]A Figura 14B mostra um experimento similar, em que a solução ae- rossolizada não contém cloreto de sódio, de modo que a solução aerossolizada pro- duza apenas vapor de água sem partículas de cloreto de sódio.

[0172]A Figura 14C mostra o resultado do mesmo experimento que na Figura 14A, exceto pelo fato de que o elemento de detecção é configurado com um filtro de partículas conforme descrito anteriormente. As similaridades da resposta mostradas na Figura 14B e na Figura 14C demonstram que o filtro de partículas permite adequada- mente que os componentes de fluido, tal como vapor de água, entrem em contato com o par de eletrodos de referência, porém, evita que o material particulado entre em con- tato com o par de eletrodos de referência.

[0173]Assim, as modalidades de MÉTODO DE TESTE DE ENCAIXE PARA RESPIRADOR COM SISTEMA DE DETECÇÃO são reveladas.

[0174]Todas as referências e publicações citadas aqui são expressamente aqui incorporadas, a título de referência, em sua totalidade, nesta revelação, exceto na medida em que podem contrariar diretamente esta revelação.

Embora modalida- des específicas tenham sido ilustradas e descritas no presente documento, será avaliado pelos versados na técnica que uma variedade de implementações alternati- vas e/ou equivalentes podem ser substituídas por modalidades específicas mostra- das e descritas, sem que se afaste do escopo da presente revelação.

Este pedido tem por objetivo abranger quaisquer adaptações ou variações das modalidades es- pecíficas aqui discutidas.

Portanto, a intenção é que esta revelação seja limitada apenas pelas reivindicações e pelos equivalentes das mesmas.

As modalidades re- veladas são apresentadas para fins ilustrativos e não para limitação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de teste de encaixe CARACTERIZADO por compreender: fornecer um respirador vestido por um usuário; fornecer um gerador de aerossol com um parâmetro de saída de aerossol co- nhecido; fornecer um invólucro que é fisicamente apoiado ao redor da cabeça do usuá- rio, sendo que o gerador de aerossol libera aerossol com o parâmetro de saída de ae- rossol conhecido que está pelo menos parcialmente contido no invólucro ao redor da cabeça do usuário; fornecer um sensor em comunicação elétrica com um elemento de detecção, sendo que o sensor é operacionalmente conectado ao respirador, e em que o sensor é configurado para monitorar um parâmetro de concentração de partículas dentro do res- pirador; e fornecer um leitor configurado para se comunicar com o sensor, sendo que o leitor é configurado para fornecer um parâmetro de encaixe de respirador com base em uma comparação do parâmetro de concentração de partículas com o pa- râmetro de saída de aerossol conhecido.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por o sensor ser montado substancialmente em uma superfície exterior do respirador.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO por um tamanho do sensor e um peso do sensor serem selecionados de modo que o sensor não interfira em um uso do respirador pelo usuário.

4. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por um tamanho do sensor e um peso do sensor serem seleci- onados de modo que o sensor não altere o encaixe do respirador em um usuário.

5. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o sensor estar em comunicação elétrica com o elemento de detecção e ser configurado para detectar uma alteração em uma propriedade elétrica do elemento de detecção.

6. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o elemento de detecção ser configurado para detectar ma- terial particulado solúvel em fluido quando uma camada líquida está disposta em um vão entre pelo menos dois eletrodos em pelo menos uma parte da superfície do elemento de detecção, sendo que uma partícula ionizável em fluido pode dissolver pelo menos parcialmente e pode ionizar pelo menos parcialmente na camada líqui- da, o que resulta em uma alteração em uma propriedade elétrica entre pelo menos dois eletrodos do elemento de detecção.

7. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o sensor ser configurado para detectar vazamento de ar não filtrado no espaço de gás interior.

8. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o elemento de detecção estar em comunicação removível com o sensor.

9. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o sensor se comunicar com o leitor sobre um ou mais constituintes de um gás ou aerossol dentro do espaço de gás interior.

10. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o sensor se comunicar com o leitor sobre propriedades fí- sicas com relação a um gás dentro do espaço de gás interior.

11. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o sensor se comunicar com o leitor sobre parâmetros usa- dos para avaliar o desempenho de exercícios por um usuário do respirador.

12. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o sensor e o leitor se comunicarem entre si sobre um ou mais constituintes de um gás ou aerossol dentro do espaço de gás interior.

13. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o sensor e o leitor se comunicarem entre si sobre proprie- dades físicas com relação a um gás dentro do espaço de gás interior.

14. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o sensor e o leitor comunicarem parâmetros usados para avaliar o desempenho do usuário de exercícios realizados enquanto usava o respi- rador.

15. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO por pelo menos um componente da camada líquida ser fornecido pela respiração humana.

16. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO por a intera- ção da partícula ionizável em fluido com o elemento de detecção ser pelo menos parci- almente influenciada pela respiração humana.

17. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO por o elemento de detecção ser configurado para ser mecani- camente separável do sensor.

18. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO por o ele- mento de detecção ser um elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido configurado de modo que o vapor de condensação não condense uniformemente na superfície do elemento.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO por o elemento de detecção de material particulado ionizável em fluido ser configurado adicionalmente de modo que o vapor condensado, em contato com pelo menos um eletrodo, não forme uma fase condensada contínua em pelo menos outro eletrodo.

20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por o leitor ser configurado para estar em comunicação sem fio com o sensor.

21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 19, CARACTERIZADO por o leitor estar no mesmo circuito elétrico que o sensor.

22. Sistema de teste de encaixe respiratório CARACTERIZADO por com- preender um método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores.