CN109313114A - 具有流量和气泡检测系统的自动功率控制液体颗粒计数器 - Google Patents

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Abstract

本文提供的系统和方法大体上涉及光学液体颗粒计数器中的数据质量的提高和光学颗粒计数器的控制，以实现更长的预期寿命，例如通过避免由电磁辐射和热导致的损坏。该系统和方法包括传感器，其表征流过流动池的流体，从而提高准确性并降低误报的数量。

Description

具有流量和气泡检测系统的自动功率控制液体颗粒计数器
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年5月20日提交的美国临时专利申请No.62/339，694的优先权和权益，其在与本文非不一致的程度下通过引用整体并入本文。
背景技术
本发明属于光学液体颗粒分析器领域。在一种实施方式中，本发明大体上涉及用于提高数据质量和保护光学部件(诸如激光器、光电检测器或光学透镜元件)免受由过热导致的损坏的系统和方法。在一种实施方式中，本发明还大体上涉及用于在颗粒分析器中存在气泡的时段和/或流体不流动或以最佳速率流动的时段期间调整光源强度和数据采集的方法和系统。
大部分微污染工业和清洁制造工业依赖于光学颗粒计数器的使用，诸如在许多美国专利中描述的，包括美国专利No.3,851,169、4,348,111、4,957,363、5,085,500、5,121,988、5,467,188、5,642,193、5,864,399、5,920,388、5,946,092和7,053,783。颗粒计数器也在美国专利No.4,728,190、5,282,151、6,859,277和7,030,980中被描述，这些专利通过引入它们的全部内容并入本文。
光学液体颗粒传感器和计数器可用于各种工业应用，包括半导体、药物和微电子工业。在一些工业环境中，光学液体颗粒传感器和计数器提供了用于连续监测例如在生产受到与微粒污染物有关的严格监管要求的药物产品的过程中使用的液体的组分和纯度的重要工具。在其他工业环境中，光学液体颗粒传感器和计数器提供了用于提供质量控制分析的重要工具。特别有利的是快速识别流体何时被不需要的颗粒污染，以便可以在早期阶段停止处理，从而避免浪费地制造有瑕疵的产品。例如，在半导体和其他净室环境或需要无菌和纯净生产的工业(例如药物)中，用于制造最终产品的材料液体被连续监测以确保足够的纯度以及悬浮在流体中的任何不需要的颗粒在可接受的容忍范围内。
现代液体颗粒计数器的一个问题是损坏液体颗粒计数器的内部部件(诸如检测器阵列或光源)，这是由颗粒计数器的流动室中的气泡和流速的变化导致的，尤其是在利用高功率光源以便检测更小颗粒的系统中。例如，当可能比感兴趣的颗粒大几个数量级的气泡穿过流动室时，它们散射大量的电磁辐射，这些电磁辐射会过载并损坏颗粒计数器的收集和检测系统。另外，如果液体通过颗粒计数器的流动室的流速太低或停止，则光源可能使液体沸腾，其散射强烈的辐射贯穿颗粒观察流动室并进入光学系统，损坏收集和检测系统和/或使光源本身过热并损坏。
通过液体颗粒计数器的流速的变化和气泡还导致数据完整性问题。例如，目前可用的光学液体颗粒计数器不能在气泡和固体颗粒之间区分，因为它们两者都模糊、散射或发射电磁辐射。因此，当气泡穿过液体颗粒计数器的流动室时，它们被错误地计为固体颗粒，人为地提高被分析的系统的报告的污染。此外，液体颗粒计数器针对特定流速或流速范围进行校准。通过系统的流速的变化，无论增加还是减小，都改变了颗粒在它们通过流动室时模糊、散射或发射电磁辐射的方式。因而，非优化的或非正常的流速可能导致颗粒计数器错误地表征颗粒，例如，通过错误计数或错误表征颗粒的大小。
从前述内容可以看出，本领域仍然需要改进的液体颗粒计数器，其降低或消除由于流动室内的气泡或流动问题而对内部部件的损坏。此外，仍然需要具有改进的分辨率和可靠性的液体颗粒计数器，其解决由气泡和由流速的变化导致的错误表征引起的误报。
发明内容
本文提供的系统和方法大体上涉及光学液体颗粒计数器中的数据质量的提高和光学颗粒计数器的控制，以实现更长的预期寿命，例如通过避免由电磁辐射和热导致的损坏。该系统和方法包括传感器，其表征流过流动池的流体，从而提高准确性并降低误报的数量。该系统和方法检测可能损坏颗粒计数器的部件的状况，并通过降低或消除进入颗粒计数器的检测系统或流动池的电磁辐射的量来防止或最小化对系统的潜在损坏。本文还提供了用于在气泡进入液体颗粒计数器的流动室之前降低气泡的量和大小的方法和系统。该系统和方法是通用的，并且可以与各种传感器一起使用以检测气泡或流速，包括位于检测区上游或下游的传感器。在实施方式中，例如，光学颗粒计数器在检测到流速的变化或气泡的存在时改变提供给光源的功率的量。在一种实施方式中，例如，颗粒计数器降低供应到流动室的电磁能量的量，例如，通过反射、折射、漫射或阻挡电磁辐射束进入流动室或者到达收集或检测系统。在实施方式中，标记、忽略或修改在变化的流速或气泡期间记录的数据。
所提供的系统和方法是通用的并且可以在各种液体颗粒计数器中实施，包括例如：散射光学颗粒计数器、发射光学颗粒计数器、模糊光学颗粒计数器以及具有一维或二维光电检测器阵列的颗粒计数器。该系统和方法利用额外的外部传感器，在颗粒计数器的上游或下游，或者包括颗粒计数器内的传感器以检测气泡和/或确定流速。
在一方面，提供一种光学液体颗粒计数器系统，包括：(i)液体颗粒计数器，包括：a)流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束；b)光源，与流动室光连通，用于提供电磁辐射束；以及c)光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；其中光电检测器产生表征检测到的颗粒的数量和/或大小的电信号；(ii)流体监测系统，与流动室流体连通，其检测液体中的气泡、液体的流速状况或者气泡和流速状况两者；以及(iii)处理器，与流体监测系统和光学液体颗粒计数器可操作地通信，其中处理器从流体监测系统接收监测数据并向光学液体颗粒计数器或其部件提供控制信号以减小光源的功率，从而产生以较低功率为特征的电磁辐射束。在一些实施方式中，例如，较低功率参考正常操作功率，例如，将进入流动室的电磁辐射的能量密度降低至少25％，至少33％或可选地至少50％。在一些实施方式中，流速状况指流速的增加或减小，例如，流速的变化大于10％、25％或可选地50％。在实施方式中，流速状况指一种流速类型(例如正常流速、低流速、流动停止或高流速)到另一流速类型的变化。在实施方式中，流速状况可以指流速类型，例如，低流速(相对于颗粒计数器被校准或设计的流速)、高流速、正常流速或流动停止。在一些实施方式中，例如，流速状况是流速的差大于或等于液体颗粒计数器的正常流速的25％、33％或50％。流速状况还可以指停止的流速或基本接近于零的流速。
在一方面，提供一种光学液体颗粒计数器系统，包括：(i)液体颗粒计数器，包括：a)流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束；b)光源，与流动室光连通，用于提供电磁辐射束；以及c)光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；其中光电检测器产生表征检测到的颗粒的数量和/或大小的电信号；(ii)流体监测系统，与流动室流体连通，其检测液体中的气泡、液体的流速状况或者气泡和流速状况两者；以及(iii)处理器，与流体监测系统和光学液体颗粒计数器可操作地通信，其中处理器从流体监测系统接收监测数据并向光学液体颗粒计数器或其部件提供控制信号，导致在检测到流体中的气泡时光源的功率减小或者在其中没有检测到流体的气泡的时段时光源的功率增加。如在此上下文中所使用的，表述“功率的减小”指光源的功率的变化导致光源的更低的功率输出，包括但不限于使光源的功率输出减小到零(即关闭激光器)，而表述“功率的增加”指光源的功率的变化导致光源的更高的功率输出，包括但不限于使光的功率输出从零增加到非零值(即打开激光器)。
在一方面，提供一种光学液体颗粒计数器系统，包括：(i)液体颗粒计数器，包括：a)流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束；b)光源，与流动室光连通，用于提供电磁辐射束；以及c)光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；其中光电检测器产生表征检测到的颗粒的数量和/或大小的电信号；(ii)流体监测系统，与流动室流体连通，其检测液体中的气泡、液体的流速状况或者气泡和流速状况两者；(iii)致动器，用于接合或脱离光学中断器，其能够重定向、再成形或降低来自光源进入流动室的电磁辐射的量；(iv)处理器，与流体监测系统和致动器可操作地通信，其中处理器从流体监测系统接收监测数据并向致动器提供控制信号以接合或脱离光学中断器。
如本文所用，“用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上的光学收集系统”可以指通过流动室传输的电磁辐射、由流动室中的颗粒散射的电磁辐射和/或由流动室中的颗粒发射的电磁辐射。
在一种实施方式中，当处理器分析监测数据并确定液体中气泡的存在、液体的流速状况或者气泡和流速状况两者时，由处理器提供控制信号。在实施方式中，例如，处理器将指示液体中存在气泡的监测数据标记为对应于流动室中的液体的部分，并且控制信号包括定时指令，用于在对应于液体的部分通过电磁辐射束的行程时减小光源的功率或致动光学中断器。在一些实施方式中，处理器或附加处理器从光电检测器接收电信号，并且在光源的功率减小的时段或当光学中断器被接合的时段期间获得的电信号的任何部分被都被排除或忽视，例如对其他数据加权较少，在确定所检测的颗粒数量期间。在一些实施方式中，处理器从流体监测系统接收监测数据，并向光学液体颗粒计数器或其部件提供控制信号，以将光源的功率增加到全操作功率或者使光学中断器脱离，当监测数据指示液体中没有气泡、液体的正常流速状况或两者时。
在实施方式中，在系统启动期间，光学液体颗粒计数器系统将不向光源提供功率，直到处理器从流体监测系统接收到指示液体中没有气泡、液体的正常流速状况或两者的监测数据。在一些实施方式中，例如，全操作功率大于或等于20mW、40mW或可选地100mW并且正常流速小于或等于2000mL/min、1000mL/min或者可选地500mL/min。
在实施方式中，颗粒流过电磁辐射束，从而产生散射或发射的电磁辐射；并且光学收集系统收集至少一部分散射或发射的电磁辐射并将其引导到光电检测器上。在一些实施方式中，颗粒流过电磁辐射束，从而减小电磁辐射通过流动室的传输；并且光学收集系统收集并引导通过流动室传输的电磁辐射。
有利地，本系统和方法可以与宽范围的气泡检测系统一起使用，其包括位于光学液体颗粒计数器的上游和下游或光学液体颗粒计数器的检测区域的气泡检测器。在一些实施方式中，例如，流体监测系统光学地、电学地、声学地、通过压力差、通过密度或其组合来检测气泡。在一些实施方式中，如果气泡的直径大于或等于被检测颗粒的直径，例如，对于金属的检测大于或等于9.8nm或者对于聚合物诸如聚苯乙烯和乳胶大于或等于20nm，则处理器减小光源的功率。在实施方式中，流体监测系统包括超声波气泡检测器、第二光学颗粒计数器、具有相位监测的第二光学颗粒计数器、电容换能器、光学中断器、压力调制传感器、CCD或CMOS相机或其组合。在实施方式中，流体监测系统测量气泡的量、大小、密度、折射率、可压缩性、流体电容、声学特性或其组合。在一些实施方式中，例如，气泡包括空气、N2、O2、CO2、过程气体或其组合。
在一些实施方式中，流体监测系统是具有相位监测的第二光学颗粒计数器，其中颗粒计数器可以检测流动流中的相位调制并且基于折射率将固体颗粒与气泡区分开。具有相位监测的光学颗粒计数器的示例可以在美国专利公开2015/0260628和美国专利No.7,746,469中找到，其两者在与本文非不一致的程度下通过引入整体并入本文。
察觉液体通过流动室的流速的变化有利于降低对液体颗粒计数器的损坏以及避免由于在不同流速下颗粒与光源相互作用的方式的变化而导致的误差或错误计数两者。所提供的系统和方法可以检测流动停止或零流速、相对于最佳流速或流速范围(针对其校准颗粒计数器)的低流速或高流速。高流速是有问题的，例如，在负压系统中，并且高流速可能引起液体空化，从而导致与本文所述的气泡相关联的许多问题。在实施方式中，流速状况是高流速、低流速、正常流速或流动停止。在实施方式中，流速状况对应于正常流速，并且处理器向光学液体颗粒计数器或其部件提供控制信号以增加光源的功率。在实施方式中，流速状况对应于正常流速，并且处理器向致动器提供控制信号以脱离光学中断器。
在一些实施方式中，流体监测系统是差压流量计、传输时间超声波流量计、转子流量计、浮子传感器、多普勒超声波流量计、热质量流量计、电磁流量计、涡轮/桨轮仪表、涡流流量计、流动开关、科里奥利质量流量计、CCD或CMOS相机或其组合。在实施方式中，例如，流速状况对应于增加或减小光学液体颗粒计数器的正常操作流速的50％。
在一些实施方式中，本文提供的系统和方法包括液体调节器，其降低进入液体颗粒计数器的流动室的气泡量。在一些实施方式中，系统和方法还包括液体调节器，其中液体调节器将液体颗粒计数器系统的入口分成与流动室流体连通的样品流和旁路流，并且促进气泡从样品流移除并进入旁路流。在实施方式中，例如，样品流重力地定位在旁路流下方。在一些实施方式中，液体调节器相对于液体调节器之前或之后的液体的速度减小液体调节器内液体的线速度。在一些实施方式中，液体调节器相对于液体调节器外部的液体的速度将液体调节器内的液体的线速度减小至少10％、至少20％或可选地至少30％。在一种实施方式中，液体调节器是T形接头。
在一些情况下，在对应于流速状况或气泡的短暂时段中断电磁辐射束可能是有利的，使得光源保持恒定的操作功率并且不需要额外的时间来重置或重新供电。在一些实施方式中，束未被完全阻挡而是被部分地阻挡以允许一些电磁辐射进入流动室，但是不足以损坏液体颗粒计数器的部件。在一些实施方式中，源继续将提供正常量的电磁辐射提供到流动室中，但是辐射在进入收集或检测系统之前被中断。
在实施方式中，光学中断器是镜子、滤光器、偏振光学开关、快门、束收集器、扩束透镜、散热器或其组合。在实施方式中，光学中断器包括光圈，该光圈具有小于电磁辐射束的横截面的区域。在一些实施方式中，例如，光学中断器将进入流动室的电磁辐射的能量密度降低至少25％、至少33％或可选地至少50％。
在一方面，提供了一种用于防止或最小化对光学液体颗粒计数器的损坏的方法，该方法包括以下步骤：(i)提供一种液体颗粒计数器，该液体颗粒计数器包括：a)流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束；b)光源，与流动室光连通，用于提供电磁辐射束；以及c)光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；其中光电检测器产生表征检测到的颗粒的数量和/或大小的电信号；(ii)检测液体中的气泡、流速状况或者气泡和流速状况两者；(iii)在检测到气泡或流速状况时降低供应给光源的功率，从而减小电磁辐射束的功率，其中电磁辐射束的特征为低功率的电磁辐射束。
在一方面，提供了一种用于防止或最小化对光学液体颗粒计数器的损坏的方法，该方法包括以下步骤：(i)提供液体颗粒计数器，该液体颗粒计数器包括：a)流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束；b)光源，与流动室光连通，用于提供电磁辐射束；以及c)光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；其中光电检测器产生表征检测到的颗粒的数量和/或大小的电信号；(ii)检测液体中的气泡、流速状况或者气泡和流速状况两者；以及(iii)在检测到液体中的气泡、流速状况或者气泡和流速状况两者时，通过防止来自光源的至少一部分电磁辐射进入流动室来中断束。
在一方面，提供一种光学液体颗粒计数器系统，包括：(i)液体颗粒计数器，包括：a)流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束，从而从液体中的颗粒产生散射或发射的电磁辐射；b)光源，与流动室光连通，用于提供电磁辐射束；以及c)光学收集系统，用于从颗粒收集至少一部分散射或发射的电磁辐射并将其引导到光电检测器上；其中光电检测器产生表征检测到的颗粒的数量和/或大小的电信号；以及(ii)气泡检测器，与流动室和光源流体连通，用于检测液体中的气泡。
在一种实施方式中，光学液体颗粒还包括与流体监测系统和光学液体颗粒计数器可操作地通信的处理器，其中处理器从气泡检测器接收监测数据并向光学液体颗粒计数器或其部件提供控制信号以减小光源的功率，从而使光源断电。在一种实施方式中，气泡检测器表征液体中的气泡，例如，通过确定液体中气泡的量、大小、密度、折射率、可压缩性、流体电容、声学特性或其组合。在一些实施方式中，系统还包括与气泡检测器和光学液体颗粒计数器可操作地通信的处理器，其中处理器分析对应于由气泡检测器提供的气泡的信号并表征气泡，并且处理器基于气泡特性调整液体颗粒计数器的输出或操作参数。在实施方式中，气泡检测器位于液体颗粒计数器的上游或下游。
在一方面，本文提供一种光学液体颗粒计数器系统，包括：(i)液体颗粒计数器，包括：a)流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束；b)光源，与流动室光连通，用于提供电磁辐射束；以及c)光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；其中光电检测器产生表征检测到的颗粒的数量和/或大小的电信号；(ii)流速监测系统，与流动室流体连通，其监测液体流速；以及(iii)处理器，与流速监测系统和光电检测器可操作地通信，其中处理器基于液体流速调整液体颗粒计数器的输出或操作参数。
在实施方式中，例如，操作参数是对应于颗粒的电磁辐射的阈值。在一些实施方式中，操作参数是提供给光源的功率，其中功率增加或减小，使得光电检测器产生对应于颗粒的相同电信号，而与流速无关。在实施方式中，输出是由液体颗粒计数器分析的总体积。在一些实施方式中，颗粒流过电磁辐射束，从而产生散射或发射的电磁辐射；并且光学收集系统收集至少一部分散射或发射的电磁辐射并将其引导到光电检测器上。在一些实施方式中，颗粒流过电磁辐射束，从而遮挡至少一部分电磁辐射；并且光学收集系统收集未被遮挡的电磁辐射并将其引导到光电检测器上。在实施方式中，例如，流速状况是高流速、低流速、正常流速或流动停止。
在一方面，例如，本发明提供一种光学液体颗粒计数器系统，包括：(i)液体颗粒计数器，包括：(1)流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束；(2)光源，与流动室光连通，用于提供电磁辐射束；以及(3)光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；其中光电检测器产生表征检测到的颗粒的数量和/或大小的电信号；(ii)流体监测系统，与流动室流体连通；以及(iii)处理器，与流体监测系统可操作地通信，以从流体监测系统接收监测数据；其中处理器分析监测数据以确定对应于正常操作状态或非正常操作状态的光学液体颗粒计数器系统的状态。在一种实施方式中，处理器确定光学液体颗粒计数器系统的状态作为时间的函数，例如，确定光学液体颗粒计数器系统的连续状态。在一种实施方式中，例如，作为时间的函数的状态的变化提供了用于控制光学液体颗粒计数器系统的输入。在一种实施方式中，例如，作为时间的函数的状态的变化提供了来自光电检测器的电信号的输入或分析，以确定液体中的颗粒的数量和/或大小。
在该方面的一种实施方式中，在确定非正常操作状态之后确定正常操作状态时，系统从非正常操作模式转换到正常操作模式。在一种实施方式中，例如，从非正常操作模式到正常操作模式的转换发生在第一时间度量上，诸如等于或大于15秒、大于或等于30秒或者可选地大于或等于60秒的第一时间度量。在实施方式中，第一时间度量选自1至15秒、1至30秒或可选地1至60秒的范围。在一种实施方式中，例如，正常操作模式对应于选自由以下组成的组中的一个或多个标准：液体中没有检测到气泡、没有检测到液体的流动停止、没有检测到流速的变化大于预选值以及没有检测到泄漏。
在一种实施方式中，例如，在确定正常操作状态之后确定非正常操作状态时，系统从正常操作模式转换到非正常操作模式。在一种实施方式中，例如，从正常操作模式到非正常操作模式的转换发生在第二时间度量上，诸如等于或小于2秒、小于或等于10秒或者可选地小于或等于15秒的第二时间度量。在实施方式中，第二时间度量选自1至2秒、1至1秒或可选地1至15秒的范围。在一种实施方式中，例如，非正常操作状态系统对应于选自由以下组成的组中的一个或多个标准：液体中的一个或多个气泡的检测、流动停止的检测以及流速的变化大于预选值的检测。在一种实施方式中，例如，来自流体监测系统的监测数据在缓冲器中提供，其中通过评估缓冲器中的监测数据实现液体中的一个或多个气泡的检测，以识别选自由以下组成的组中的一个或多个状况：一些连续的干元素，干元素的总数和干元素与湿元素的比例。在一种实施方式中，例如，在确定非正常操作状态时，系统将来自光电检测器的液体颗粒计数器数据标记一段时间，至少直到处理器确定光学液体颗粒计数器系统对应于正常操作状态的一个或多个后续状态。在一种实施方式中，例如，在确定非正常操作状态时，系统将光源或辐射束的至少一个属性调制一段时间，至少直到处理器确定光学液体颗粒计数器系统对应于正常操作状态的一个或多个后续状态，诸如光源或辐射束的至少一个属性，其选自由辐射束的功率、强度、能量密度和空间强度分布组成的组。
在一方面，提供一种光学液体颗粒计数器系统，包括：(i)液体颗粒计数器，包括：a)流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束；b)光源，与流动室光连通，用于提供电磁辐射束；以及c)光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；其中光电检测器产生表征检测到的颗粒的数量和/或大小的电信号；(ii)流体监测系统，与流动室流体连通，其检测液体中的气泡、液体的流速状况或者气泡和流速状况两者；以及(iii)处理器，与流体监测系统和光学液体颗粒计数器可操作地通信，其中处理器确定非正常操作状态，并且系统将来自光电检测器的液体颗粒计数器数据标记一段时间，至少直到处理器确定光学液体颗粒计数器系统对应于正常操作状态的一个或多个后续状态。
附图说明
图1提供集成的自动功率控制(APC)流体监测系统和液体颗粒计数器的示意图。
图2提供在正常(不间断)操作期间的集成的基于中断器的流体监测系统和液体颗粒计数器的示意图。
图3提供集成的基于中断器的流体监测系统和液体颗粒计数器的示意图，其中中断器被接合。
图4提供集成的流体监测系统和液体颗粒计数器的示意图，带有液体调节器以减少气泡的发生。
图5示出液体调节器的示例。
图6示出被配置成收集与光源成90°角的散射光的液体颗粒计数器的俯视图。
具体实施方式
通常，本文使用的术语和短语具有其本领域公认的含义，其可以通过参考本领域技术人员已知的标准文本、期刊参考和上下文来找到。提供以下定义以阐明它们在本发明的上下文中的具体使用。
“流体监测系统”指用于测量流体性质的装置或一系列装置，例如检测气泡、测量流速或两者的装置或传感器。在实施方式中，例如，流体监测系统指光学、电子，声学或压力传感器。在一些实施方式中，流体监测系统指超声波气泡检测器、第二光学颗粒计数器、电容换能器、光学中断器、压力调制传感器、CCD或CMOS相机、差压流量计、传输时间超声波流量计、转子流量计/浮子传感器、多普勒超声波流量计、热质量流量计、电磁流量计、涡轮/桨轮计、涡流流量计、流动开关、科里奥利质量流量计或其组合。在实施方式中，流量监测系统位于液体颗粒计数器的上游。流量监测系统可以基于系统的流速而定位在离液体颗粒计数器一定距离处，以允许有足够的时间来处理信号流量监测系统和控制光源(例如降低功率、接合中断器、断电)。
“光学中断器”指抑制电磁辐射的能量密度的装置。在一些实施方式中，光学中断器抑制电磁辐射进入液体颗粒计数器的流动室、收集系统、检测系统或其组合。在一些实施方式中，中断器偏转、吸收、漫射、模糊、重定向或阻挡电磁辐射。在实施方式中，例如，光学中断器是镜子、滤光器、光学掩模、偏振光学开关、快门、束收集器、扩束透镜、散热器、光圈或其组合。
“流速状况”指与移动流体相关联的一个或多个参数，诸如流体移动的速率、移动流体的体积、速率随距离或时间的变化、体积随距离或时间的变化或其组合。在一些实施方式中，流速状况指流动的停止。在一些实施方式中，流速状况指流速的变化，例如，大于10％、25％或可选地50％的流速的变化。在实施方式中，流速状况指一种流速类型(例如正常流速、低流速、流动停止或高流速)到另一流速类型的变化。在一些实施方式中，例如，流速状况是大于或等于液体颗粒计数器的最佳流速的25％、33％或50％的流速的差。在一些实施方式中，流速状况指正常流速、最佳流速或有利于计数颗粒的流速。
“液体调节器”指将流动分成至少两个流的装置，其中气泡更可能进入一个流而不是另一个流。在一种实施方式中，例如，液体调节器是T形接头，其降低液体流过调节器的线速度，并且液体流内的气泡倾向于上升到接合点的顶部并且由于浮力进入向上流动的流中，而向下流动的流不太可能含有气泡。
“流动方向”指当流体流动时平行于大部分流体移动方向的轴线。对于流过直流动池的流体，流动方向平行于大部分流体采取的路径。对于流过弯曲流动池的流体，可以认为流动方向与大部分流体采取的路径相切。
“光连通”指以允许光或电磁辐射在部件之间转移的方式布置的部件。
“光源”指能够将电磁辐射传递到样品的装置或装置部件。术语不限于可见辐射，诸如通过可见光束，而是广义地使用以包括任何电磁辐射。光源可以实现为激光器或激光器阵列，诸如二极管激光器、二极管激光器阵列、二极管激光器泵浦固态激光器、LED、LED阵列、气相激光器、固态激光器或其组合。
术语“电磁辐射”和“光”在本说明书中同义使用，并且指电场和磁场的波。可用于本发明的方法的电磁辐射包括但不限于紫外光、可见光、红外光或这些波长在约100纳米(nm)至约15微米(μm)之间的任何组合。
表述“检测颗粒”广泛地指感测、识别颗粒的存在和/或表征颗粒。在一些实施方式中，检测颗粒指对颗粒计数。在一些实施方式中，检测颗粒指表征和/或测量颗粒的物理特性，诸如直径、横截面尺寸、形状、大小、空气动力学大小或这些的任何组合。
“颗粒”指通常被视为污染物的小物体。颗粒可以是由摩擦作用产生的任何材料，例如当两个表面形成机械接触并且存在机械运动时。颗粒可以由材料的聚集体组成，诸如灰尘、污垢、烟、灰、水、烟灰、金属、矿物质或这些或其他材料或污染物的任何组合。“颗粒”还可以指生物颗粒，例如病毒、孢子和微生物，包括细菌、真菌、古细菌、原生生物、其他单细胞微生物以及特别是大小大约为1-15μm的那些微生物。颗粒可以指吸收或散射光并因此可由光学颗粒计数器检测的任何小物体。如本文所使用，“颗粒”旨在排除载体流体的单个原子或分子，例如水分子、加工化学分子、氧分子、氦原子、氮分子等。本发明的一些实施方式能够检测、确定大小和/或计数颗粒，其包括大小大于10nm、20nm、30nm、50nm、100nm、500nm、1μm或更大，或10μm或更大的材料的聚集体。具体颗粒包括大小选自20nm至50nm、50nm至50μm、大小选自100nm至10μm或大小选自500nm至5μm的颗粒。
术语“光学液体颗粒计数器”和“颗粒计数器”在本文中可互换使用，并且指能够检测悬浮在液体中的颗粒的系统、能够确定悬浮在液体中的颗粒大小的系统、能够对悬浮在液体中的颗粒计数的系统、能够对悬浮在液体中的颗粒分类的系统或这些的任何组合。典型的光学液体颗粒计数器包括若干部件，诸如用于产生电磁辐射束的源、用于将束引导到流体样品流动(例如流过流动池的液体或气体)的区的光学器件。典型的光学液体颗粒计数器还包括光电检测器，诸如二维光学检测器，和用于检测由穿过束的颗粒遮挡、散射或发射的电磁辐射的收集光学器件，以及用于处理和分析由光电检测器产生的电信号的其他电子器件，包括电流到电压的转换器与信号滤波和放大电子器件。光学颗粒计数器还可以包括泵，用于产生用于将液体样品引入到存在电磁束的检测区的流动。
“流体连通”指两个或更多个物体的布置，使得流体可以被输送到、经过、通过或从一个物体到另一物体。例如，在一些实施方式中，如果在两个物体之间直接提供流体流动路径，则两个物体彼此流体连通。在一些实施方式中，如果在两个物体之间间接提供流体流动路径，诸如通过在两个物体之间包括一个或多个其他物体或流动路径，则两个物体彼此流体连通。在一个实施方式中，存在于流体本体中的两个物体不一定彼此流体连通，除非来自第一物体的流体被吸引，经过和/或通过第二物体，诸如沿着流动路径。
“流速”指流经指定点或通过指定区域，诸如通过液体颗粒计数器的检测区域的流体量。在一个实施方式中，流速指质量流速，即流经指定点或通过指定区域的流体质量。在一个实施方式中，流速是体积流速，即流经指定点或通过指定区域的流体体积。
在以下示例中进一步详述本发明，其是以例证的方式提供的，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。
示例1-具有光源功率降低和数据调整的流体监测系统
某些传统的液体颗粒计数器易受由被分析的液体中流速的变化和/或气泡的存在所引起的问题的影响。在某些环境中，例如，来自气泡的光学散射可能与由固体颗粒产生的光学散射无法区分，因而被计为污染物，导致误报计数。此外，在高功率颗粒计数器中，气泡可以折射大量辐射，从而导致束的显著散射或重定向，引起内部部件包括源(例如激光器)本身的损坏。流速的变化可能导致类似的问题，因为低流速易受其中流体样品可能在流动池中经历不希望的相变(例如沸腾)的状况的影响，从而产生气泡，或过热和热破坏颗粒计数器的部件。如果这些大颗粒在流动降低停止时在高辐射场中变得静止，那么被较大颗粒污染的样品液体会通过燃烧流动池内部的观察窗产生流动池损坏。液体颗粒计数器通常也针对特定的流速进行校准，且因此，流速的变化可能影响颗粒计数器准确表征颗粒的能力，例如关于大小。此外，高流速可能导致空化，在负压系统中产生一些空气或气泡以及类似的挑战。
解决这些问题的途径是实施对分析中的液体的监测，例如，测量气泡的存在和/或流速的变化。该信息用于控制颗粒计数器的操作和/或优化颗粒计数数据的分析。在一种实施方式中，液体中气泡的识别和/或流速参数的测量被用作调整操作状况的基础，诸如光源的特性(例如功率、强度、能量密度)，例如，当气泡通过流动室输送或当流速超出可操作参数时。此外，监测流体的气泡和流速的变化使得调整数据分析的途径能够定量地考虑气泡(例如，通过从最终计数中去除那些数据点)和/或流速的变化(例如通过调整检测参数)。在对应于气泡或非最佳流速的操作时段已经过去之后，例如，系统可以快速返回到正常操作状态，以便确保通过颗粒计数器来分析最大程度的液体。
图1中提供了集成的流体监测系统和液体颗粒计数器。包括例如超声波气泡检测器和流量计的流体监测系统100，被配置成分析流过用于使分析中的液体样品穿过的导管150的液体。液体颗粒计数器200设置成与液体导管150流体连通，以便液体流过颗粒计数器的流动室210。光源220，诸如激光器或发光二极管，产生电磁辐射束221，其穿过流动室210，使得束与颗粒相互作用，当它们流过流动室210时。传输的、散射的或发射的电磁辐射由收集系统230收集并引导到检测器系统240上，其产生对应于穿过流动池的颗粒或颗粒的特性的电信号。
图1提供了示出遮挡或消除液体颗粒计数器的示意图。然而，本文描述的概念和实施方式也适用于包括散射光或发射光颗粒计数器的其他类型的颗粒计数器。图6示出了例如散射液体颗粒计数器的配置，其中检测系统与来自光源220的电磁辐射221的路径偏离(例如，90°)。图6提供了液体颗粒计数器的俯视图，并且流动方向与正在观察的平面正交。鉴于这个视角，在流动室210的上游或下游设置的流体监测系统未在图6中示出。
如图1所示，流体监测系统100被设置为与处理器101数据通信，例如，使得流体监测系统100向处理器101提供信号，例如，在检测到气泡和/或通过流动池210的流速的变化，包括流动停止时。在一些实施方式中，处理器101与光源220进行单向或双向数据通信，并且与检测系统240进行单向或双向数据通信(如图1中的虚线所示)。箭头指示流动方向。在一种实施方式中，例如，处理器101被配置为将信号发送到光源220并且被配置为从检测系统240接收信号。
在一种实施方式中，流体监测系统100是流量监测系统，诸如转子流量计，其具有10cm3/min-75cm3/min的流量范围，5cm3/min的低流量指示(流量减小)，5cm3/min的良好的流量指示(可选择滞后)，15℃-50℃的流体温度范围，20psi-60psi的流体压力范围和/或与水和/或半导体加工化学品兼容。在一种实施方式中，流体监测系统100是超声波气泡检测器，其具有1μm的最小气泡检测大小(可选择)，包括流体、空气、TTL高和TTL低和/或50μs的响应时间的检测指示。
在从流体监测系统100接收对应于气泡的检测或流速状况变化的信号(一个或多个)时，处理器101可以开启若干动作以控制操作状况和/或调整数据分析。例如，在检测到气泡或检测到流速的变化的情况下，处理器101可以减小提供给光源220的功率，从而降低提供给流动室210的电磁辐射221的强度、能量密度和/或功率。这种功能可用于降低对液体颗粒计数器200的部件的损坏的风险。在实施方式中，例如，功率降低到安全水平，同时继续向流动池210提供电磁辐射221，例如相对于正常操作≤50％，以便避免电磁辐射的中止和/或重新起动光源220。
在一些实施方式中，在从流体监测系统100接收信号时，处理器101可以将由检测系统240提供的电信号标记为不与固体颗粒相关联，在对应于气泡在流动池210中的状况的时段期间。在一些实施方式中，例如，标记的信号可以被忽略为不与固体颗粒相关联。在一些实施方式中，当从流体监测系统100接收信号时，处理器101增加光源220的功率并正常分析由检测系统240提供的信号，一旦流体监测系统100检测到已不存在气泡。可选地，处理器101可以提供控制信号(一个或多个)以降低光源220功率的功率和/或标记获得的颗粒计数器数据，在流速变化期间。可选地，处理器101可以增加光源220的功率并正常分析由检测系统240提供的信号，一旦流体监测系统100已检测到正常流速。
另外，流体监测系统100可以被配置为向处理器101提供流速数据，以用于调整(诸如优化)来自检测系统240的颗粒检测信号的分析的目的。在一种实施方式中，例如，处理器101选择或调整检测和表征参数，诸如用于检测和表征微粒的强度阈值，以解决流速变化对光学颗粒计数器数据的分析的影响。可替代地，处理器101可以通过增加或减小提供给光源220的功率以及因此提供给流动池的电磁辐射的强度、能量密度和/或功率来解决流速变化对光学颗粒计数器数据的分析的影响。该途径可用于其中阈值强度保持恒定并且经由调制提供给流动池的电磁辐射的强度、能量密度和/或功率来解决流速变化的实施方式。
在一些实施方式中，测量的流速使检测系统240能够直接测量随时间分析的液体量，与假设恒定流动相反，从而提供更准确的每体积颗粒信息。
示例2-具有光源中断和数据调整的流体监测系统
由气泡或流速的变化导致的光学液体颗粒计数器中的安全性和数据完整性问题(例如，对部件的损坏、数据完整性问题)的另一解决方案可以通过中断或以其他方式调制光源，从而在对应于气泡和/或流速的变化的状况时最小化收集和检测系统的退化或损坏来实现。
中断流体监测系统的一种示例在图2和3中描述。然而，本文描述的概念和实施方式也适用于包括散射光或发射光颗粒计数器的其他类型的颗粒计数器，如图6所示。
在一种实施方式中，当流体监测系统100检测到气泡或流速的变化(包括流动停止)时，它向处理器101提供信号(一个或多个)。如图6所示，处理器101与致动器102和/或检测系统240进行单向或双向数据通信。致动器102被配置成在检测到气泡或流速的变化时接合光学中断器103，例如镜子、过滤器、漫射器或光学掩模。图2示出了正常操作期间的系统。图3示出了光学中断器103被接合以防止电磁辐射221中的至少一些进入流动室210，而是将辐射引导到激光束收集器104或以其他方式调制束的强度和/或空间特性的系统。箭头指示流动方向。可用于本发明的该方面的光学中断器包括光学掩模、反射器、透镜、漫射器、过滤器、光圈或快门或其组合。处理器101可以标记或在一些实施方式中忽略由检测系统240提供的电信号，在光学中断器103被接合的时段。在一些实施方式中，光学中断器可以替代地放置在流动室210和收集系统230之间，允许电磁辐射221进入流动室210但不到达检测系统240。有利地，这允许光源220继续正常操作，避免引起重新起动或重新为源220供应功率的问题。一旦流体监测系统100已检测到气泡不再存在和/或流速是正常流速状况，则处理器101可以向致动器102提供信号(一个或多个)以脱离光学中断器103，从而允许光学颗粒计数器返回到正常操作。
另外，如果流速变化但不表现对内部部件的危害，则光学中断器103可以保持脱离，并且流体监测系统100可以向处理器101提供对应于测量的流速的信号。在一些实施方式中，例如，处理器101调整检测和表征参数，例如，用于检测和表征颗粒的强度阈值，从而即使在流速的变化期间也继续准确地监视和收集数据。在一些实施方式中，处理器101还可以增加或减小提供给光源220的功率，从而保持阈值强度恒定，但是通过调整光源的输出来解决气泡的存在或流速的变化。
示例3-流体调节器
除了基于流速的变化和气泡的检测而优化颗粒计数器数据的分析和保护措施之外，在一些实施方式中控制和/或降低可能进入系统的气泡量也是有利的。可以控制进入流动室的气泡，例如，通过在颗粒计数器的上游包括液体调节器，来降低被分析的流体中气泡的数量或大小。在一种实施方式中，例如，液体调节器可以将被分析的液体流分成两个单独的流，其中一个流具有更大的气泡浓度。
图4提供了利用液体调节器的系统的示意图，图5示出了示例性液体调节装置。在图4中，被分析的液体流50在穿过液体调节器110之后被分成两个单独的流，旁路流51和样品流52。液体调节器110减小了流体的线速度，允许气泡由于它们的较低的密度而上升到流的顶部。因而，气泡更可能进入旁路流51，其重力地定位在样品流52上方。在这种配置中，进入样品流的液体在其穿过流体监测系统100和液体颗粒计数器200时将含有较少的气泡。因此，这种配置有利于抑制由气泡的存在引起的问题，诸如误报的发生。
示例4-集成系统
本文提供的集成流体监测的颗粒计数器实现了优于传统系统的某些益处。
损坏：如果流体流动不足以避免样品池内过热或沸腾，则高激光能量密度可能潜在地导致仪器损坏。流动降低或停止的识别可以允许终止、减弱或重定向激光能量，直到重新获得适当的流速。
穿过样品池的测量区的气体气泡将散射光，类似于颗粒。由于光学颗粒计数器测量散射光，它们依赖于介质和颗粒之间的折射率变化以导致光散射。具有与样品介质不同的折射率的气体气泡将以与颗粒相同的方式散射光。如果气体气泡足够大，它会散射并重定向足够的激光能量，以导致对颗粒计数器内部的敏感部件造成损坏。这些部件可以包括激光器本身、样品池部件和光电检测器或其他电子器件。
数据质量：在监测流速和调整操作参数以补偿流量波动的数据时，可以获得额外的优点。在气泡的情况下，识别气泡活动将支持从报告的测量中消除这些数据或支持将数据标记为具有可疑的准确性。这两种功能的好处是提高了数据质量和可靠性。
样品调节：除了气泡检测之外，从由光学颗粒计数器分析的流体流分离气泡的设备的集成提高了数据质量。调节装置可以是例如容器，其允许气泡由于浮力而上升，而样品流动被从容器的底部取出。带有气泡的流动的部分将绕过样品区，并且从而不会影响数据质量。使用渗透膜、管或其他脱气机构的其他设备也可以被使用。图5中提供了一个实施方式的示例。
示例5-流体监测系统切换
在一些实施方式中，流体监测系统向液体颗粒计数器提供控制信号(一个或多个)，以在正常操作和更改的安全状态之间快速切换，其中改变激光器的功率、接合光学中断器，或标记输出数据，或者在一些实施方式中忽略，以便提高数据完整性。这允许实时控制液体颗粒计数器并避免损坏和不准确的数据分析，而当气泡已经过或流速已返回到正常流速状况时自动返回到正常操作。每种开关类型都可以单独启用或禁用。
在一种实施方式中，例如，处理器包括用于在从流体监测系统接收对应于气泡的存在或流速的变化的信号时切换液体颗粒计数器中的状态或标记由光学检测系统提供的数据的逻辑。处理器分析开关“读数”和开关“状态”以确定何时向液体颗粒计数器提供控制信号。读数取决于判断开关输入是否确定为一个明确状况(例如存在气泡或低流速状况)的时间/标准的量。状态取决于判断开关输入是否确定为不良或良好的时间/标准的量。
在一些实施方式中，不良状态是开启光源保护处理的原因，例如，开启光学中断器或降低激光器功率以及对应于不良状态的标记。良好状态将使光源返回到其正常运行时配置。如果在引导后从每个启用的开关确定良好的启动值(例如，没有气泡或正常流动状况，并且在一些实施方式中，两者)，则单元将仅将光源设置为其正常运行时配置。读数时间/标准对于每种开关类型的两种可能性中任一个之间的转换是相同的。从良好到不良状态的转换时间/标准可能与从不良到良好状态的转换不同。读数之间的转换利用最小化错误指示的可能性的时间/标准
除了计时之外，气泡检测器的标准可以包括其他参数：
·与标称系统流速(例如1mSec)相比，以相对高的速率进行湿/干读数
·保持湿/干读数的循环缓冲区(例如100个元素)
·每次加载时处理整个缓冲区：
o如果连续干元素的数量>X则失败
o如果干元素总数量>Y则失败
o如果干/湿的数量>N/M则失败
随着缓冲区大小的增加，存在可以实施的附加“模式”。在一些实施方式中，可以分析更复杂的模式以确定气泡的存在。
示例6-系统控制
光源(激光器)控制器
仪器固件中的激光器控制器可以用于设置所需的激光器功率。例如，它可以轮询激光器模块的其测量的激光器功率、其温度读数并处理任何请求的激光器开/关命令。
激光器控制器还可以请求启用的任何/所有流体检查开关的状态。如果启用的任何/所有开关都已触发(即，不良开关状态)，则激光器自动关闭。在初始化时，激光器控制器等待，直到所有启用的流体监测系统(或流体检查开关)在打开激光器之前具有确定的良好状态。流体监测系统包括但不限于气泡检测器和流量指示器。
激光器控制器的示例模式是自动：当流体检查开关状态从不良到良好时-激光器将自动通电，并且当流体检查开关状态从良好到不良时-激光器将自动断电。
流体监测/流体检查处理
流体检查处理仅与激光器控制器相关联。流体检查功能的主要目的是在出现问题的情况下关闭或中断激光器。例如，可以使用能够独立启用或禁用的三个机电开关来检查流体。三个流体检查开关是气泡、低流动和泄漏。被触发的任何或所有启用的流体开关输入(即，故障指示)将产生流动状态错误并随后减小功率，关闭或中断激光器。激光器将保持这种方式直到故障被清除。
气泡开关处理
利用系统的辅助中断来执行气泡检测。中断以1msec的速率运行，并加载带有干或湿指示的100个元素的循环缓冲区。每次更新还会检查缓冲区的干元素的总数和干连续元素的数量。不同的颗粒检测系统，例如UltraDI-20和Chem-20，具有不同的流速，反映在不同的故障限制中。
在以下情况下发生读数和从良好到不良的状态转换：
模型A总干元素：>30
模型A总连续：>15
模型B总干元素：>14
模型B总连续：>7
当在进行第一次良好的读数之后已经过预定时间段时，发生不良到良好状态转换。
流动开关处理
假设流动开关被针对该安装而合适地校准。读数需要1秒。在进行第一次不良的读数后从良好到不良的状态转换将需要大约2秒。当在进行第一次良好的读数之后已经过预定时间段时，发生不良到良好状态转换。
关于通过引入并入和变型的声明
贯穿本申请的所有参考文献，例如包括已发布或授权的专利或等同物的专利文件；专利申请出版物；和非专利文献文件或其他原始资料；在此通过引用将它们整体并入本文，如同通过引用单独并入，在每个参考文献至少部分地与本申请中的公开内容非不一致的程度上(例如，部分不一致的参考文献通过引用并入，除了参考文献的部分不一致部分)。
本文采用的术语和表述用作描述而非限制的术语，并且不旨在使用这些术语和表述来排除所示和所述特征的任何等同物或其部分，但认识到在所要求保护的本发明的范围内可以进行各种修改。因而，应该理解，尽管已经通过优选实施方式具体地公开了本发明，但是本领域技术人员可以采用本文公开的概念的修改和变化、示例性实施方式和可选特征，并且这些修改和变化被认为是在由所附权利要求限定的本发明的范围内。本文提供的具体实施方式是本发明的有益实施方式的示例，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以使用本说明书中所阐述的装置、装置部件和方法步骤的大量变型来实现本发明。对于本领域技术人员明显的是，方法和可用于本方法的装置可以包括大量可选的组成部分和处理元件和步骤。
当本文公开了一组取代物时，应理解该组的所有个体成员和所有子组被分别公开。当在本文中使用马库什组或其他分组时，该组的所有个体成员以及该组可能的所有组合和子组合都旨在单独地包括在本公开中。
必须注意，如在本文和所附权利要求中所使用的，单数形式“一(a)”，“一个(an)”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。因而，例如，指代“一个池”包括多个这样的池及本领域技术人员已知的其等同物，等等。同样，术语“一”(或“一个”)，“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换使用。还应注意，术语“包含”，“包括”和“具有”可互换使用。“根据权利要求XX-YY中任一项”的表述(其中XX和YY指权利要求号)旨在以替代形式提供多个从属权利要求，并且在一些实施方式中，可与“如权利要求XX-YY中任一项”的表述互换。
无论何时在说明书中给出范围，例如，温度范围、时间范围或组成或浓度范围、所有中间范围和子范围，以及包括在给定范围内的所有单个值都旨在包括在本公开中。应当理解，本文说明书中包括的范围或子范围内的任何子范围或单个值都可以从本文的权利要求中排除。
本说明书中提及的所有专利和出版物指示本发明所属领域的技术人员的技术水平。本文引用的参考文献通过引用将它们整体并入本文以指示其公开或提交日期的最新技术水平，并且如果需要，本文中可以使用该信息以排除现有技术中的具体实施方式。例如，当要求保护物质的组成时，应当理解，在申请人的发明之前本领域已知和可获得的化合物，包括在本文引用的参考文献中提供的能够公开的化合物，不旨在包括在本文所要求保护的物质的组成中。
如本文所使用，“包含”与“包括”、“含有”或“特征在于”同义，并且是包含性的或开放式的，并且不排除另外的、未列举的元件或方法步骤。如本文所使用，“由......组成”排除权利要求元素中未指定的任何元件、步骤或组成部分。如本文所使用，“基本上由......组成”不排除不会实质上影响权利要求的基本和新颖特性的材料或步骤。在本文的每个实例中，术语“包含”、“基本上由......组成”和“由......组成”中的任何一个可以用其他两个术语中的任一个替换。本文说明性地描述的本发明可适当地在缺少本文未具体公开的任何一个或多个元件、一个或多个限制的情况下实践。
本领域普通技术人员将理解，除了那些具体示例之外的原始材料、生物材料、试剂、合成方法、纯化方法、分析方法、测定方法和生物学方法可以在本发明的实践中采用而无需采取过度的实验。任何这种材料和方法的所有本领域已知的功能等同物都旨在包括在本发明中。已采用的术语和表述用作描述而非限制的术语，并且不旨在使用这些术语和表述来排除所示和所述特征的任何等同物或其部分，但认识到在所要求保护的本发明的范围内可以进行各种修改。因而，应该理解，尽管已经通过优选实施方式具体地公开了本发明，但是本领域技术人员可以采用本文公开的概念的修改和变化、示例性实施方式和可选特征，并且这些修改和变化被认为是在由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (62)

1.一种光学液体颗粒计数器系统，包括：
液体颗粒计数器，包括：
流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束，
光源，与所述流动室光连通，用于提供所述电磁辐射束；以及
光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；
其中所述光电检测器产生表征所检测的所述颗粒的数量和/或大小的电信号；
流体监测系统，与所述流动室流体连通，检测所述液体中的气泡、所述液体的流速状况或者气泡和流速状况两者；以及
处理器，与所述流体监测系统和所述光学液体颗粒计数器可操作地通信，其中所述处理器从所述流体监测系统接收监测数据，并向所述光学液体颗粒计数器或其部件提供控制信号以增加或减小所述光源的功率，从而产生由较低的功率表征的所述电磁辐射束。
2.一种光学液体颗粒计数器系统，包括：
液体颗粒计数器，包括：
流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束，
光源，与所述流动室光连通，用于提供所述电磁辐射束；以及
光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；
其中所述光电探测器产生表征所检测的所述颗粒的数量和/或大小的电信号；
流体监测系统，与所述流动室流体连通，用于检测所述液体中的气泡；以及
处理器，与所述流体监测系统和所述光学液体颗粒计数器可操作地通信，其中所述处理器从所述流体监测系统接收监测数据并向所述光学液体颗粒计数器或其部件提供控制信号，导致在检测到所述流体中的气泡时所述光源的功率减小，或者在其中没有检测到所述流体的气泡的时段时，所述光源的功率增加。
3.一种光学液体颗粒计数器系统，包括：
液体颗粒计数器，包括：
流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束，
光源，与所述流动室光连通，用于提供所述电磁辐射束；以及
光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；
其中所述光电探测器产生表征所检测的所述颗粒的数量和/或大小的电信号；
流体监测系统，与所述流动室流体连通，检测所述液体中的气泡、所述液体的流速状况或者气泡和流速状况两者；
致动器，用于接合或脱离光学中断器，能够重定向、再成形或降低来自所述光源的进入所述流动室的电磁辐射的能量密度；以及
处理器，与所述流体监测系统和所述致动器可操作地通信，其中所述处理器从所述流体监测系统接收监测数据并向所述致动器提供控制信号以接合或脱离所述光学中断器。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，当所述处理器分析所述监测数据并确定所述液体中气泡的存在、所述液体的流速状况或者气泡和流速状况两者时，由所述处理器提供控制信号。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述处理器将指示所述液体中存在气泡的所述监测数据标记为对应于所述流动室中的液体的部分，并且所述控制信号包括定时指令，用于在对应于所述液体的所述部分通过所述电磁辐射束的行程时减小光源的功率或致动所述光学中断器。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述处理器或附加处理器从所述光电检测器接收所述电信号，并且在光源的功率减小的时段或当所述光学中断器被接合的时段期间获得的所述电信号的任何部分都被排除或忽视，在确定所检测的所述颗粒数量期间。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述处理器从所述流体监测系统接收监测数据，并向所述光学液体颗粒计数器或其部件提供控制信号，以将所述光源的功率增加到全操作功率或者使所述光学中断器脱离，当所述监测数据指示所述液体中没有气泡、所述液体的正常流速状况或两者时。
8.根据权利要求7所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，在所述系统启动期间，所述光学液体颗粒计数器系统将不向所述光源提供功率，直到所述处理器从所述流体监测系统接收到指示所述液体中没有气泡、所述液体的正常流速状况或两者的所述监测数据。
9.根据权利要求7所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述全操作功率大于或等于20mW，并且所述正常流速小于或等于2000mL/min。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述颗粒流过所述电磁辐射束，从而产生散射或发射的电磁辐射；以及
其中所述光学收集系统收集所述散射或发射的电磁辐射的至少一部分并将其引导到所述光电检测器上。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，颗粒流过所述电磁辐射束，从而减小通过所述流动室的所述电磁辐射的传输；以及
其中所述光学收集系统收集并引导通过所述流动室传输的所述电磁辐射。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述流体监测系统光学地、电学地、声学地、通过压力差、通过密度或其组合来检测气泡。
13.根据权利要求12所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，如果所述气泡的直径大于或等于被检测颗粒的直径，则所述处理器减小所述光源的所述功率。
14.根据权利要求12所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述流体监测系统包括超声波气泡检测器、第二光学颗粒计数器、具有相位监测的第二光学颗粒计数器、电容换能器、光学中断器、压力调制传感器、CCD或CMOS相机或其组合。
15.根据权利要求12所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述流体监测系统测量所述气泡的量、大小、密度、折射率、可压缩性、流体电容、声学特性或其组合。
16.根据权利要求12所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述气泡包括空气、N2、O2、CO2、过程气体或其组合。
17.根据权利要求1-3中任一项所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述流体监测系统检测流速状况。
18.根据权利要求17所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述流速状况是高流速、低流速、正常流速或流动停止。
19.根据权利要求1或2所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述流速状况对应于正常流速，并且所述处理器向所述光学液体颗粒计数器或其部件提供控制信号以增加所述光源的功率。
20.根据权利要求3所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述流速状况对应于正常流速，并且所述处理器向所述致动器提供控制信号以脱离所述光学中断器。
21.根据权利要求17所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述流体监测系统是差压流量计、传输时间超声波流量计、转子流量计/浮子传感器、多普勒超声波流量计、热质量流量计、电磁流量计、涡轮/桨轮仪表、涡流流量计、流动开关、科里奥利质量流量计、CCD或CMOS相机或其组合。
22.根据权利要求17所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述流速状况对应于增加或减小所述光学液体颗粒计数器的正常操作流速的50％。
23.根据权利要求1-3中任一项所述的光学液体颗粒计数器系统，还包括：液体调节器，其中所述液体调节器将进入所述液体颗粒计数器系统的流体分成与所述流动室流体连通的样品流和旁路流，并且促进气泡从所述样品流移除并进入所述旁路流。
24.根据权利要求23所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述样品流重力地位于所述旁路流下方。
25.根据权利要求24所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述液体调节器相对于所述液体调节器之前或之后的所述液体的速度减小所述液体调节器内所述液体的线速度。
26.根据权利要求25所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述液体调节器相对于所述液体调节器外部的所述液体的速度将所述液体调节器内所述液体的线速度减小至少10％。
27.根据权利要求23所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述液体调节器是T形接头。
28.根据权利要求3所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述光学中断器是镜子、滤光器、偏振光学开关、快门、束收集器、扩束透镜、散热器或其组合。
29.根据权利要求3所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述光学中断器包括光圈，所述光圈具有小于电磁辐射束的横截面的区域。
30.根据权利要求3所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述光学中断器将进入所述流动室的电磁辐射的能量密度降低至少25％。
31.一种用于防止或最小化对光学液体颗粒计数器的损坏的方法，所述方法包括以下步骤：
提供液体颗粒计数器，所述液体颗粒计数器包括：
流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束；
光源，与所述流动室光连通，用于提供所述电磁辐射束；以及
光学收集系统，用于收集至少一部分所述电磁辐射并将其引导到光电检测器上；
其中所述光电检测器产生表征所检测的所述颗粒的数量和/或大小的电信号；
检测所述液体中的气泡、流速状况或者气泡和流速状况两者；以及
在检测到所述气泡或所述流速状况时降低供应给光源的功率，从而减小所述电磁辐射束的功率，其中所述电磁辐射束的特征为低功率电磁辐射束。
32.一种用于防止或最小化对光学液体颗粒计数器的损坏的方法，所述方法包括以下步骤：
提供液体颗粒计数器，所述液体颗粒计数器包括：
流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束；
光源，与所述流动室光连通，用于提供所述电磁辐射束；以及
光学收集系统，用于收集至少一部分所述电磁辐射并将其引导到光电检测器上；
其中所述光电检测器产生表征所检测的所述颗粒的数量和/或大小的电信号；
检测所述液体中的气泡、流速状况或者气泡和流速状况两者；以及
在检测到所述液体中的气泡、流速状况或者气泡和流速状况两者时，通过防止来自光源的至少一部分电磁辐射进入流动室来中断束。
33.一种光学液体颗粒计数器系统，包括：
液体颗粒计数器，包括：
流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束，从而从所述液体中的所述颗粒产生散射或发射的电磁辐射；
光源，与所述流动室光连通，用于提供所述电磁辐射束；以及
光学收集系统，用于从所述颗粒收集至少一部分所述散射或发射的电磁辐射并将其引导到光电检测器上；
其中所述光电检测器产生表征所检测的所述颗粒的数量和/或大小的电信号；以及
气泡检测器，与所述流动室和所述光源流体连通，用于检测所述液体中的气泡。
34.根据权利要求33所述的光学液体颗粒计数器系统，包括与所述流体监测系统和所述光学液体颗粒计数器可操作地连通的处理器，其中所述处理器从所述气泡检测器接收监测数据并向所述光学液体颗粒计数器或其部件提供控制信号以减小所述光源的功率，从而使所述光源断电。
35.根据权利要求33所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述气泡检测器表征所述液体中的所述气泡。
36.根据权利要求35所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述气泡检测器表征所述液体中的所述气泡的量、大小、密度、折射率、可压缩性、流体电容、声学特性或其组合。
37.根据权利要求36所述的光学液体颗粒计数器系统，还包括与所述气泡检测器和所述光学液体颗粒计数器可操作地通信的处理器，其中所述处理器分析对应于由所述气泡检测器提供的所述气泡的信号并表征所述气泡，并且所述处理器基于所述气泡特性调整所述液体颗粒计数器的输出或操作参数。
38.根据权利要求37所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述气泡检测器位于所述液体颗粒计数器的上游或下游。
39.一种光学液体颗粒计数器系统，包括：
液体颗粒计数器，包括：
流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束，
光源，与所述流动室光连通，用于提供所述电磁辐射束；以及
光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；
其中所述光电检测器产生表征所检测的所述颗粒的数量和/或大小的电信号；
流速监测系统，与所述流动室流体连通，监测液体流速；以及
处理器，与所述流速监测系统和所述光电检测器可操作地通信，其中所述处理器基于所述液体流速调整所述液体颗粒计数器的输出或操作参数。
40.根据权利要求39所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述操作参数是对应于颗粒的所述电磁辐射的阈值。
41.根据权利要求39所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述操作参数是提供给所述光源的功率，其中所述功率增加或减小，使得所述光电检测器产生对应于颗粒的相同电信号，而与流速无关。
42.根据权利要求39所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述输出是由所述液体颗粒计数器分析的总体积。
43.根据权利要求39所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述颗粒流过所述电磁辐射束，从而产生散射或发射的电磁辐射；以及
其中所述光学收集系统收集所述散射或发射的电磁辐射的至少一部分并将其引导到所述光电检测器上。
44.根据权利要求39所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，颗粒流过所述电磁辐射束，从而遮挡所述电磁辐射的至少一部分；以及
其中所述光学收集系统收集未被遮挡的所述电磁辐射并将其引导到所述光电检测器上。
45.根据权利要求39所述的光学液体颗粒计数器系统，其中，所述流速状况是高流速、低流速、正常流速或流动停止。
46.一种光学液体颗粒计数器系统，包括：
液体颗粒计数器，包括：
流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束，
光源，与所述流动室光连通，用于提供所述电磁辐射束；以及
光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；
其中所述光电检测器产生表征所检测的所述颗粒的数量和/或大小的电信号；
流体监测系统，与所述流动室流体连通；以及
处理器，与所述流体监测系统可操作地通信，以从所述流体监测系统接收监测数据；其中所述处理器分析所述监测数据以确定对应于正常操作状态或非正常操作状态的所述光学液体颗粒计数器系统的状态。
47.根据权利要求46所述的系统，其中，所述处理器确定所述光学液体颗粒计数器系统的状态作为时间的函数。
48.根据权利要求47所述的系统，其中，作为时间的函数的所述状态的变化提供了用于控制所述光学液体颗粒计数器系统的输入。
49.根据权利要求47所述的系统，其中，作为时间的函数的所述状态的变化提供了来自所述光电检测器的所述电信号的输入或分析，以确定所述液体中的颗粒的数量和/或大小。
50.根据权利要求47所述的系统，其中，在确定非正常操作状态之后确定正常操作状态时，所述系统从非正常操作模式转换到正常操作模式。
51.根据权利要求50所述的系统，其中，从所述非正常操作模式到所述正常操作模式的所述转换发生在第一时间度量上。
52.根据权利要求51所述的系统，其中，所述第一时间度量等于或大于30秒。
53.根据权利要求50所述的系统，其中，所述系统的所述正常操作模式对应于选自由以下组成的组中的一个或多个标准：所述液体中没有检测到气泡、没有检测到所述液体的流动停止、并且没有检测到流速的变化大于预选值以及没有检测到泄漏。
54.根据权利要求47所述的系统，其中，在确定正常操作状态之后确定非正常操作状态时，所述系统从正常操作模式转换到非正常操作模式。
55.根据权利要求54所述的系统，其中，从所述正常操作模式到所述非正常操作模式的所述转换发生在第二时间度量上。
56.根据权利要求55所述的系统，其中，所述第二时间度量等于或小于2秒。
57.根据权利要求54所述的系统，其中，所述系统的所述非正常操作状态对应于选自由以下组成的组中的一个或多个标准：所述液体中的一个或多个气泡的检测、流动停止的检测以及流速的变化大于预选值的检测。
58.根据权利要求57所述的系统，其中，来自所述流体监测系统的所述监测数据在缓冲器中提供，其中通过评估缓冲器中的所述监测数据实现所述液体中的一个或多个气泡的检测，以识别选自由以下组成的组中的一个或多个状况：一些连续的干元素，干元素的总数和干元素与湿元素的比例。
59.根据权利要求54所述的系统，其中，在确定所述非正常操作状态时，所述系统将来自所述光电检测器的液体颗粒计数器数据标记一段时间，至少直到所述处理器确定所述光学液体颗粒计数器系统对应于正常操作状态的一个或多个后续状态。
60.根据权利要求54所述的系统，其中，在确定非正常操作状态时，所述系统将光源或辐射束的至少一个属性调制一段时间，至少直到所述处理器确定所述光学液体颗粒计数器系统对应于正常操作状态的一个或多个后续状态。
61.根据权利要求60所述的系统，其中，光源或辐射束的所述至少一个属性选自由所述辐射束的功率、强度、能量密度和空间强度分布组成的组。
62.一种光学液体颗粒计数器系统，包括：
液体颗粒计数器，包括：
流动室，用于使含有颗粒的液体沿着流动方向流过电磁辐射束，
光源，与所述流动室光连通，用于提供所述电磁辐射束；以及
光学收集系统，用于收集至少一部分电磁辐射并将其引导到光电检测器上；
其中所述光电检测器产生表征所检测的所述颗粒的数量和/或大小的电信号；
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