CN110312922B - 粒子表征装置和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于确定粒子特性的装置，其中包含待被分析的粒子的流动路径被生成。光检测系统检测从测量区域接收的已经由粒子散射的光。粒子停留在测量区域中的持续时间被测量以确定有效空气动力学粒子直径，并且所检测到的接收光峰值强度被测量以确定有效光学粒子直径。与粒子的形状和/或密度相关的另外的粒子参数也被获取。除了仅获取粒子大小之外，这种方法还使得使用单级光学分析系统能够获取更多信息。附加信息可以用于更准确地表征粒子。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于表征粒子的方法和装置。
背景技术
众所周知，期望监测污染水平，诸如微粒污染物。例如提供低于一定大小的粒子的粒子浓度水平的各种感测设备是已知的。例如，基于光散射的光学粒子感测方法是已知的。
同样有兴趣知道污染物的粒子大小或者粒子大小分布，例如以标识污染物并且因此标识污染的起因或者源。
各种粒子大小测量技术是已知的。这些技术的目的是测量粒子等效直径，并且这种等效直径存在不同的定义。例如，粒子有效光学直径(dop)是从米氏(Mie)光散射测量技术报告的等效直径。粒子有效空气动力学直径(dae)是具有标准密度的球形粒子的等效直径，该球形粒子以与感兴趣的粒子相同的终端速度沉降。
两种直径之间存在差异，这是由粒子的形状(例如，球形对非球形)和密度(与1g/cm3的标准密度相比)造成的。
除了简单的等效直径之外，还有兴趣获取关于粒子特性的附加信息。例如，对在科学应用场景中测量亚微米粒子形状因数和密度已经做出了很大的努力。通常，两种或更多种等效粒子直径是通过沿气流串联连接的对应的测量技术而测量的。这些笨重的仪器通常需要很大的空间来设立并且它们需要熟练的操作人员。
Eben S.Cross等人于2007年3月5日在Aerosol Science and Technology(气溶胶科学与技术)第41卷第4节第343至359页发表的文章“Laboratory and Ambient ParticleDensity Determinations using Light Scattering in Conjunction with AerosolMass Spectrometry”公开了一种具有光学级的质谱仪，该光学级用于从飞行时间测量确定真空空气动力学直径并且从散射光强度测量确定粒子光学直径。
US 2009/09249公开了一种用于估计大小分离的气溶胶质量浓度的系统。当粒子穿过询问电波束时，它将散射光强度测量和飞行时间测量组合。
仍然需要一种能够获取比简单的直径测量更多的关于粒子的信息但具有低成本和紧凑布置的分析系统。
发明内容
本发明由权利要求定义。
根据按照本发明的一个方面的示例，提供了一种用于确定粒子特性的装置，该装置包括：
流动系统，该流动系统用于生成在入口与出口之间的流动路径，包含待被分析的粒子的加速流沿着该流动路径被提供；
光源，该光源用于将光提供给流动路径，其中光的包络限定测量区域，该测量区域具有大于1cm的长度；
光检测器，该光检测器用于检测从测量区域接收的已经由粒子散射的光；以及
控制器，该控制器用于分析所检测到的接收光，
其中控制器适于：
确定粒子停留在测量区域中的持续时间，并且从而确定有效空气动力学粒子直径；
确定所检测到的接收光峰值强度，并且从而确定有效光学粒子直径；
确定与粒子的形状和/或密度相关的另外的粒子参数。
该装置能够使用单个光学分析系统获取关于检测粒子的多个参数。具体地，获取有效光学和空气动力学直径两者，以及另外的形状或者密度信息。通过利用较长的测量区域，这是可能的，使得粒子渡越时间信息被获取作为针对光强度的附加变量。加速流的使用有助于具有不同的空气动力学直径的粒子的渡越时间(即，粒子驻留在测量区域中的时间)的差异，从而支持粒子大小测量。
测量区域长度可以在1cm与6cm之间。
附加信息可以用于确定粒子类型和组成。
光源优选地是激光。
在基本实现中，控制器可以适于确定另外的粒子参数作为粒子形状参数与粒子密度之间的比率。该比率可以在没有任何另外的测量的情况下直接从两个有效的粒子直径获取。
在另一实现中，控制器适于：
分析所检测到的接收强度随着时间的变化水平，并且从而得出粒子形状参数作为第一另外的粒子参数；以及
确定粒子密度作为第二另外的粒子参数。
峰值强度的变化可能是由散射测量期间非球形粒子的旋转造成的。通过测量信号变化水平，可以获取与粒子形状的均匀性水平相关的度量。
装置可以进一步包括：
第一偏振器，该第一偏振器在光源与测量区域之间；以及
第二偏振器，该第二偏振器在测量区域与光检测器之间，其中第二偏振器具有：第一部分，该第一部分具有与第一偏振器的匹配偏振；以及第二部分，该第二部分具有与第一偏振器的正交偏振。
以这种方式，与还未经历偏振移位的光之比，可以确定光的已经经历偏振移位的部分，并且从而区分米氏散射S矩阵中的散射振幅，这又取决于粒子形状。
例如，控制器可以适于：
通过第二偏振器的第一部分和第二部分来分析所检测到的接收光峰值强度，以得出粒子形状参数作为第一另外的粒子参数；以及
确定粒子密度作为第二另外的粒子参数。
装置可以进一步包括：
外部封壳；
扇，该扇连接至出口；
过滤器布置，该过滤器布置被耦合至另一对入口；以及
导流板布置，该导流板布置用于控制来自过滤器布置的流以及用于控制流动路径。
过滤器布置用于控制流。例如，通过过滤器布置的合适的设计，沿流动路径的流可以被控制以一次将单个粒子引入测量区域中。例如，这涉及稀释通过来自过滤器布置的清洁空气流从入口引入的粒子浓度。
过滤器布置可以包括在流动路径的相对侧的第一过滤器和第二过滤器，并且导流板布置包括对应的第一导流板和第二导流板。
装置可以适于在测量区域内沿着流动路径提供流的均匀加速。
根据本发明的另一方面的示例提供了一种用于获取特性的方法，该方法包括：
在入口与出口之间生成包含粒子的加速流；
控制光源以将光提供给流动路径，其中光的包络限定测量区域，该测量区域具有大于1cm的长度；
检测从测量区域接收的已经由粒子散射的光；
确定粒子停留在测量区域中的持续时间，并且从而确定有效空气动力学粒子直径；
确定峰值检测接收光强度，并且从而确定有效光学粒子直径；以及
确定与粒子的形状和/或密度相关的另外的粒子参数。
这种方法利用延长的强度测量，使得持续时间和强度变得重要，并且这从单个光学分析级提供两次测量。加速流场确保不同空气动力学大小的粒子在测量区域中具有不同的渡越时间。与仅得出粒子直径相比较，这还能够获取更多信息。
方法可以包括：
将另外的粒子参数确定为粒子形状参数与粒子密度之间的比率。
方法还可以包括：
分析所检测到的接收强度随着时间的变化水平，并且从而得出粒子形状参数作为第一另外的粒子参数；以及
确定粒子密度作为第二另外的粒子参数。
方法还可以包括：
使用第一偏振器来提供光的在测量区域之前的偏振；
使用第二偏振器来提供光的在测量区域之后的偏振，该第二偏振器具有：第一部分，该第一部分具有与第一偏振器的匹配偏振；以及第二部分，该第二部分具有与第一偏振器的正交偏振；
通过第二偏振器的第一部分和第二部分来分析所检测到的接收光峰值强度，以得出粒子形状参数作为第一另外的粒子参数；以及
确定粒子密度作为第二另外的粒子参数。
方法可以用于区分不同类型的花粉，例如，在过敏检测设备中。本公开所描述的粒子可以是花粉。不同的颗粒特性可以用于区分不同类型的花粉。
可以朝向测量区域提供经过滤的空气流，从而控制流动路径。这可以被执行以使流动路径集中，从而生成所需的加速流场并且稀释来自入口的流中的粒子数浓度，以确保一次单个粒子穿过测量区域。流沿着流动路径的均匀加速可以例如在测量区域内提供。
本发明可以至少部分地以软件实现。
附图说明
现在将参照附图详细地描述本发明的示例，在附图中：
图1示出了获取除了粒子直径之外的与粒子相关的信息的第一可能方式；
图2示出了获取除了粒子直径之外的与粒子相关的信息的第二可能方式；
图3示出了粒子大小确定装置的第一示例并且示出了与光学系统相关的部件；
图4示出了收集到的光强度信号的一个示例；
图5示出了与流控制相关的装置的部件；
图6示出了装置内的流动路径；
图7示出了测量区域内的速度分布图；
图8示出了粒子密度和因此的粒子空气动力学直径对在加速流场中达到的速度的影响；
图9示出了终端速度对粒子直径；
图10示出了终端速度的敏感度对粒子直径；
图11示出了脉冲宽度对粒子直径；
图12示出了脉冲宽度的敏感度对粒子直径；
图13示出了针对非球形粒子的收集到的信号；
图14示出了针对球形粒子的收集到的信号；
图15示出了使用偏振来使能形状参数的确定的装置；
图16示出了使用图15的装置的针对非球形粒子的收集到的光强度的一个示例；
图17示出了与图3的光学布置相关联的参数并且示出了减小入射角θinc如何可以在维持测量区域的长度L的同时增加辐照度；以及
图18示出了确定粒子特性的方法。
具体实施方式
本发明提供了一种用于确定粒子特性的装置，其中包含待被分析的粒子的流动路径被生成，在该流动路径中，提供加速流。光检测系统检测从测量区域接收的已经由粒子散射的光。粒子停留在测量区域中的持续时间被测量以确定有效空气动力学粒子直径，并且所检测到的接收光峰值强度被测量以确定有效光学粒子直径。与粒子的形状和/或密度相关的另外的粒子参数也被获取。
除了仅仅获取粒子大小之外，这种方法还能够使用单级光学分析系统获取更多信息。附加信息可以用于更准确地表征粒子。
图1和图2示出了用于获取对等效直径测量而言是附加的信息的可能配置的示例。
图1示出了如何可以按照顺序使用多次测量来获取粒子密度测量。
系统包括被提供样品流12的微分迁移率分析仪10。其提供电迁移率直径EMD作为其输出。流传递到光学粒子计数器14，该光学粒子计数器14提供光学直径OD作为其输出。两个输出由提供密度测量D的处理器16处理。
图2示出了如何可以按照顺序使用多次测量来获取形状因数(其是形状偏离完美球形的程度的指示)。
系统包括被提供样品流22的气溶胶粒子质量分析仪20。其提供气溶胶质量AM作为其输出。流传递到扫描迁移率粒度仪24，其提供电迁移率直径EMD作为其输出。两个输出由提供形状因数测量SF的处理器26处理。
扫描迁移率粒度仪基本上执行与微分迁移率分析仪相同的功能，但是它也可以通过改变电场强度来选择具有多个电迁移率值的粒子。
这些方法因此需要复杂的装置以便增强对有效直径的基本测量。
本发明替代地基于单个光学级的使用，该单个光学级具有诸如激光束的宽光源光束，以测量在稳态加速流场中的有效光学粒子直径(基于由光子检测器接收到的脉冲的强度)以及粒子渡越时间和/或终端速度(基于脉冲的宽度)。稳态的意思是流动状态是暂时恒定的，即，流随着时间在沿着流动路径的不同点具有恒定速度(和加速度)。
宽光源光束限定测量区域。具体地，光源光束的包络确定测量区域的长度。这意味着，通过测量区域的渡越时间可以基于对反射光的分析来确定，并且不需要任何附加的定时测量。
因此，针对飞行时间测量不需要单独的组件。仅需要例如由激光二极管和光束整形光学元件生成的入射光束。
预定义关系可以用于将渡越时间和/或终端速度转换为有效空气动力学直径。渡越时间更容易测量，因为其与信号宽度直接相关。有效空气动力学和光学直径然后可以被处理以产生关于粒子的附加信息，诸如，粒子密度、形状因数、类型和组成中的一个或多个。
例如，具有宽度4cm的激光束足够宽以标识由粒子有效空气动力学直径的差异引起的粒子终端速度和飞行时间的差异，并且因此标识粒子密度和组成的差异。更一般而言，测量区域具有大于1cm的长度，例如，在1cm到6cm的范围内的空间长度。长度越大，敏感度越高，因此，在敏感度与传感器大小之间存在平衡。
该附加信息因此可以在不需要多个感测仪器的情况下被获取，并且使便携式传感器能够以快速且有成本效益的方式获取具有合理精度的粒子大小、类型和组成。
本发明将光学感测与流控制组合。
图3示出了光学感测特征。
光学装置包括连接至粒子源的入口30。流动路径被限定至出口32，该出口32连接至用于控制流的负压源33，诸如，扇。
激光二极管34提供照明光束，该照明光束由准直透镜36准直并且然后照亮流动路径的长度。激光信号的包络限定流动路径的长度，该流动路径又限定测量区域。诸如雪崩光电二极管的光子检测器收集通过透镜40聚焦之后的散射光。
例如，光具有顶帽式强度分布。微透镜阵列或者鲍威尔透镜可以用于将高斯激光输出转换为具有均匀强度的入射光。
光子检测器信号被提供给控制器41，该控制器41还控制激光源34和扇33。控制器输出有效光学直径dop、有效空气动力学直径dae和一个或多个另外的参数，诸如形状因数χ和密度ρp或者这些值的比率。它也可以通过使用数据库将粒子特性映射到已知污染物来输出粒子类型的标识。
图4示出了由光子检测器38记录的随着时间的信号的一个示例。脉冲涉及单个粒子的渡越。它具有最大强度Imax和时间t1与t2之间的持续时间Δt。测量区域与在时间t1与t2之间粒子的位置相对应。
光以预定义角度被收集。图4的光强度信号使用模数转换器被转换为数字形式，并且作为时间系列被记录在控制器41内。
由于激光功率和模数转换分辨率以及信噪比的约束，在入射激光与粒子光束之间使用低角度θ，使得激光功率集中于小区域，但是测量区域的足够照明长度是被支持的。这在下面将进一步解释。雪崩光子检测器的使用使得散射光强度测量的敏感度能够增加。
图4中的脉冲的宽度Δt，即，渡越时间，涉及激光束中的粒子的速度，该速度由粒子的空气动力学直径确定，而信号的高度Imax表示从粒子散射的光强度，该光强度与粒子的有效光学直径成比例。
因此，单个光学测量提供关于粒子特性的信息的多个源。具体地，通过分析两个有效直径，可以确定粒子密度、形状因数和粒子类型中的一个或者多个。
图5示出了流控制装置。
它示出了图3的入口30和出口32。入口处于大气压，并且出口连接至扇，诸如离心式扇(与同轴扇相比较，在低流速具有较高的静压)。入口和出口通入封壳42中，并且过滤器44设置在封壳内，具体是在流动通道的相对侧。
过滤器44是对外开放的，使得它们呈现从封壳42的外部到内部的流动路径。因此，离开封壳42的流由通过两个过滤器的流和通过入口30的流来平衡。通过入口30的流速和进入的带粒空气流的稀释率取决于过滤器的特性，例如，大小、厚度、阻力系数等。
导流板46被提供以用于使流动流线成形，以使来自入口的粒子轨迹集中。
空气动力学流控制装置部件的设计的目的在于在测量区域内部生成稳态加速流场。
具有不同的空气动力学直径的粒子在加速流中加速到不同程度。这种性质因此用于执行相对于空气动力学直径的粒子大小测量。使用均匀流场无法实现这个目标，因为所有粒子将在测量区域中沉降成相同的速度分布，并且因此达到相同的渡越时间。
过滤器在测量区域中创建干净的环境，以在光散射测量期间消除由于不需要的粒子的污染。这在系统闲置了很长时间之后的每次启动时特别有用。它们也稀释进入的带粒空气流，以确保在任何时间只有一个粒子存在于测量区域中(即，在激光束路径内)。稀释率可以通过改变过滤材料的流阻(即，材料或者厚度)来调整。
由扇33产生的负压被设置例如低至约-50Pa。
图6示出了流如何被控制。
流具有从入口30到出口32的减小的横截面积，因此沿其轴具有增加的速度。通过过滤器44的空气流50使粒子轨迹集中，并且在发生测量的测量区域52内存在朝向出口32的加速。
图7示出了测量区域52中的流速分布，作为速度对沿流动路径的距离的曲线图。
图8示出了粒子密度(其与有效空气动力学直径相关)对加速度区域52内达到的速度的影响。它针对具有相同的直径10μm的粒子，对于范围从1.0g/cm3到2.0g/cm3的一组不同的粒子密度示出了相对速度对距入口喷嘴的距离，并且使用密度为1.0g/cm3的粒子作为基线参考。
从该曲线图可以看出，相对于基线的速度差异可以在距入口喷嘴的不同距离处被确定(诸如，所示的竖直箭头80)。参考线(v＝0)指示具有密度1g/cm3的粒子的参考，并且因此在所有的距离都被设置为0。
其他曲线图示出了具有密度1.2g/cm3、1.5g/cm3、1.8g/cm3and 2.0g/cm3的粒子相对于基线参考的速度差异。较大的粒子比较小的粒子加速更慢，因此，具有较高密度(即，较大的空气动力学直径)的粒子具有针对最密集粒子的如箭头80所示的更负的值。
在加速流场之后，在测量区域中，流的速度分布改变，使得速度差异变小并且所有粒子都沉降在具有相同的终端速度的流场中。这也示出于图8中。
如上所述，粒子穿过测量区域的总时间(即，图4中的信号的宽度Δt)用于表征粒子的空气动力学直径。为了估计该算法的潜在精度和稳定性，针对以下两种关系执行敏感度分析：(i)终端速度对粒子有效空气动力学直径，和(ii)渡越时间(在测量区域中)对粒子有效空气动力学直径。
针对关系y＝f(x)，敏感度(x)可以被定义为[(dy/y)/(dx/x)](x)。
该敏感度以不同的x值定义y变化的百分比和x变化的百分比的比率。高敏感度意味着，x的变化将导致y的明显变化。因此，通过测量y，可以在来自噪声的较少干扰的情况下获取对x的值的更准确的确定。
以1μm的步长和均匀密度1.5×103kg/m3对具有范围从1μm到100μm的空气动力学直径的粒子执行敏感度分析。测量区域长度是4cm。
图9示出了终端速度v(m/s)对粒子直径(μm)。
图10示出了终端速度的敏感度S(无单位)对粒子直径(μm)。
图11示出了脉冲宽度W(ms)对粒子直径(μm)。
图12示出了脉冲宽度的敏感度S(无单位)对粒子直径(μm)。
在图10中，终端速度与粒子有效空气动力学直径之间的关系粒子的敏感度的范围从0到0.5(绝对值)，其中较大的粒子具有较高的敏感度。同样的结论可以从图12中得出，其中粒子渡越时间与粒子有效空气动力学直径之间的关系的敏感度的范围从0到0.25，其中较大的粒子同样具有较高的敏感度。
敏感度分析表明使用粒子渡越时间来表征粒子空气动力学是可行的并且对于较大粒子而言更敏感(给出更准确和稳定的估计)。
流中的粒子的运动的性质可以是基于由粒子经历的拖曳力来分析的。
拖曳力由以下等式给出：
对于感兴趣的粒子：
对于具有标准密度的粒子：
这两种关系可以组合以产生：
ρp是粒子密度
ρ0是标准密度
η是空气的动态黏度＝1.893x10-5Pa·s
χ是动态形状因数(对于球形为1、对于流线形状<1、对于大多数气溶胶粒子>1)
Vset是沉降速度(粒子相对于载体流的相对速度)
Cc(dp)是滑移修正系数，该滑移修正系数与dp有已知关系并且对于大于1微米的粒子可以近似为1
dop是有效光学直径
dae是有效空气动力学直径
dp是用于通用拖曳方程的通用粒径值。
对于处理记录数据而言有不同的选项。
在最基本的版本中，图4的散射信号的高度和宽度被测量，其中信号的高度与粒子有效光学直径相关，并且信号的宽度(激光束中的粒子的渡越时间)通过图10所示的关系与有效粒子空气动力学直径相关。
在获取有效光学和空气动力学直径之后，针对具体粒子可以得出在等式(4)的根号下面的值。
另外，因为Cc(dae)和Cc(dop)与独立变量d(即，dae和dop)有已知关系并且接近针对微米大小的粒子的一个，所以可以计算密度(ρp)和形状因数(χ)的比率作为单个数字。
这种最基本的方法提供将密度和形状因数组合的一个附加参数。这可以用于提供不同的粒子将具有针对这种参数的不同值的粒子差异化。
在这种基本版本中，测量的变量是有效光学直径(从峰值强度得出)和有效空气动力学直径(从渡越时间得出)。它们是来自系统的输出。
已知变量是ρ0＝1g/cm3、Cc(dop)≈1、Cc(dae)≈1。
计算的附加变量是粒子密度(ρp)与形状因数(χ)的比率。这也作为输出被提供。系统还可以输出粒子数浓度。
更有用的是能够分开粒子密度和形状信息。因此，在更先进的实现中，粒子形状因数可以是通过分析由光子检测器收集到的散射光信号的变化来获取的。
图13和图14用于阐释第一种方法。
图13示出了非球形粒子的收集到的信号。粒子的定向影响在光子检测器的方向上的散射光，并且这体现为，强度水平在信号期间的变化与测量区域的中心区相对应。
图14示出了球形粒子的收集到的信号。粒子的定向不会影响在光子检测器的方向上的散射光强度，因此峰值强度有一段时间的恒定振幅。在每种情况下，出于确定有效光学直径的目的而被记录的峰值强度120是相同的。
形状因数χ然后可以被计算并且因此粒子密度可以与形状因数分开。图13的信号与恒定峰值的偏差可以通过任何合适的统计分析来获取，诸如，与基线水平(被示出为虚线)的峰值偏差或者偏差区。
图15用于阐释第二种方法。
光学系统是通过在测量区之前在激光束的路径中提供第一偏振器150来增强的，并且第二偏振器152在路径中被提供给光子检测器38。
第二偏振器具有带有正交偏振的两个部分152a、152b。在测量区域内的粒子的路径的第一部分154是基于已经穿过第一部分152a的光来检测的，并且粒子的路径的第二部分156是基于已经穿过第二部分152b的光来检测的。在该示例中，第一部分具有与第一偏振器对齐的偏振，并且第二部分具有与第一偏振器正交的偏振。
图16示出了非球形粒子的收集到的光强度的一个示例。
在时间段的第一部分期间，针对已经穿过对齐的偏振器的光测量光强度，其中最大强度被示出为Imax║。在时间段的第二部分期间，针对已经穿过交叉偏振器的光测量光强度，其中最大强度被示出为Imax┴。在这种情况下，可以仅收集已经经历偏振器之间的偏振的光。
对于球形粒子，散射光将维持其沿两个正交方向中的每个正交方向的原始偏振。对于非球形粒子，散射光的一部分将经历偏振的变化，从而产生两个正交方向之间的偏振分量的交叉贡献。
散射场的两个偏振分量取决于S矩阵
对于球形粒子，S3＝S4＝0，使得入射和散射光中的两个偏振分量将不相互作用。对于非球形粒子，S3＝S4≠0，两个偏振分量将不相互作用，即，入射光中的平行分量将有助于散射光中的平行和垂直分量两者。
形状度量可以被定义为：
对于球形粒子，对于非球形粒子，/>
因此，参数P提供粒子的形状的度量，通过该度量，获取形状因数χ的估计，并且因此，粒子密度可以与形状因数分开。
在这种方法中，测量的变量是有效光学直径(基于峰值强度)、有效空气动力学直径(基于渡越时间)和形状因数(χ)(基于强度曲线图的形状)。这些是来自系统的输出。
已知变量再次是ρ0＝1g/cm3、Cc(dop)≈1、Cc(dae)≈1。
计算的变量是粒子密度(ρp)，其也是来自系统的输出，同样具有粒子计数。
与(微米量级的)典型的窄激光束相比较，对有效空气动力学直径的取回以及使用这些方法中的任何一种方法的形状因数需要宽入射光束。
图17的左部示出了与图3的光学布置相关联的参数，尤其是测量区域中的激光束宽度d和路径长度L。入射光束与流动路径之间的角度被示出为θinc。入射光束与光子检测器之间的散射角度被示出为θsca。
图17的右部示出了减小入射角的效果。
对于给定路径长度L和激光功率，可以减小光束宽度d，使得可以增加辐照度，从而给出较高的信噪比。
散射角度θsca也可以被减小以增加到达光子检测器的散射强度，因为存在对大小大于0.5μm的粒子的更多向前的散射。
例如，θinc的优选范围是15°到25°，诸如，20°。θsca的优选范围是20°到40°，诸如，30°。长度L具有厘米量级，诸如，1cm到6cm，诸如，2cm。d的合适的范围是L/3到L/4。
系统将关于下面的关系被校准：
信号高度对有效光学直径关系；
信号宽度对有效空气动力学直径关系；
信号变化对形状因数关系(在被使用时)；以及
参数P对形状因数关系(在被使用时)。
图18示出了一种用于获取粒子特性的方法，该方法包括：
在步骤180中，在入口与出口之间生成包含粒子的加速流；
在步骤182中，控制激光源以将光提供给流动路径的测量区域；
在步骤184中，检测从测量区域接收的已经由粒子散射的光；
在步骤186中，确定粒子停留在测量区域中的持续时间并且从而确定有效空气动力学粒子直径；
在步骤188中，确定所检测到的接收光峰值强度并且从而确定有效光学粒子直径；以及
在步骤190中，确定与粒子的形状和/或密度相关的另外的粒子参数。
如上所述，实施例利用控制器41。控制器可以利用软件和/或硬件以各种方式实现，以执行所需的各种功能。处理器是控制器的一个示例，其采用可以使用软件(例如，微代码)编程以执行所需功能的一个或多个微处理器。然而，控制器可以在采用或者不采用处理器的情况下被实现，并且还可以被实现为用于执行一些功能的专用硬件以及用于执行其他功能的处理器(例如，一个或多个经编程的微处理器和相关联的电路系统)的组合。
能够在本公开的各个实施例中采用的控制器组件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实现中，处理器或者控制器可以与一个或多个存储介质相关联，一个或多个存储介质诸如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM。存储介质可以用一个或多个程序来编码，该一个或多个程序在一个或多个处理器和/或控制器上被执行时执行所需功能。各种存储介质可以固定在处理器或者控制器内，或者可以是可传送的，使得存储在其上的一个或多个程序能够被加载到处理器或控制器中。
本发明利用宽光源照明光束并且使得有效空气动力学直径、有效光学直径和形状因数能够被一次性全部实现。利用这种设计，可以使传感器具有小的占用空间和合理的敏感度(与专业质谱仪系统相比较)。
上面的示例示出具有连续照明的测量区域。一种替代方法是将光束分成两个部分以用两个部分限定包络。测量区域的长度然后还可以增加，以用于空气动力学直径测量的较高敏感度，同时维持形状确定功能。例如，4cm光束可以被分成具有6cm的测量区域长度的2cm激光+2cm空隙+2cm激光包络。
通过对附图、公开内容以及所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明的同时可理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他要素或者步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除复数形式。在相互不同的从属权利要求中记载特定措施这个事实并不说明这些措施的组合不能够被有利地使用。权利要求书中的任何元件符号不应被视为限制了范围。
Claims (11)
1.一种用于确定粒子特性的装置，包括：
入口(30)和出口(32)；
流动系统(33)，所述流动系统(33)用于生成在所述入口(30)与所述出口(32)之间的流动路径，包含待被分析的粒子的加速流沿着所述流动路径被提供；
光源(34)，所述光源(34)用于将光提供给所述流动路径，其中所述光的包络限定测量区域，所述测量区域覆盖大于1cm且不大于6cm的路径长度；
光检测器(38)，所述光检测器(38)用于检测从所述测量区域接收的已经由所述粒子散射的光；以及
控制器(41)，所述控制器(41)用于分析所检测到的接收光，
其中所述控制器适于：
确定粒子停留在所述测量区域中的持续时间，并且从而确定有效空气动力学粒子直径；
确定所检测到的接收光峰值强度，并且从而确定有效光学粒子直径；
分析所检测到的接收强度随着时间的变化水平，并且从而得出粒子形状参数作为第一另外的粒子参数；以及
确定粒子密度作为第二另外的粒子参数。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
第一偏振器(150)，所述第一偏振器(150)在所述光源与所述测量区域之间；以及
第二偏振器(152)，所述第二偏振器(152)在所述测量区域与所述光检测器之间，其中所述第二偏振器具有：第一部分(152a)，所述第一部分(152a)具有与所述第一偏振器的匹配偏振；以及第二部分(152b)，所述第二部分(152b)具有与所述第一偏振器的正交偏振。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述控制器(41)适于：
通过所述第二偏振器的所述第一部分和所述第二部分来分析所检测到的接收光峰值强度，以得出粒子形状参数作为所述第一另外的粒子参数；以及
确定粒子密度作为所述第二另外的粒子参数。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中所述流动系统包括被连接至所述出口的扇，并且其中所述装置进一步包括：
外部封壳(42)；
过滤器布置，所述过滤器布置被耦合至另一对入口；以及
导流板布置，所述导流板布置用于控制来自所述过滤器布置的所述流，以及用于控制所述流动路径。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述过滤器布置包括在所述流动路径的相对侧的第一过滤器和第二过滤器，并且所述导流板布置包括对应的第一导流板和第二导流板。
6.根据前述权利要求1-3和5中的任一项所述的装置，适于在所述测量区域内沿着所述流动路径提供对所述流的均匀加速。
7.一种用于获取粒子特性的方法，包括：
沿着入口与出口之间的流动路径，生成(180)包含粒子的加速流；
控制光源(182)以将光提供给所述流动路径，其中所述光的包络限定测量区域，所述测量区域覆盖大于1cm且不大于6cm的路径长度；
检测从所述测量区域接收的已经由所述粒子散射的光；
确定粒子停留在所述测量区域中的持续时间，并且从而确定有效空气动力学粒子直径；
确定所检测到的接收光峰值强度，并且从而确定有效光学粒子直径；
分析所述检测接收强度随着时间的变化水平，并且从而得出粒子形状参数作为第一另外的粒子参数；以及
确定粒子密度作为第二另外的粒子参数。
8.根据权利要求7所述的方法，包括：
使用第一偏振器来提供所述光的在所述测量区域之前的偏振；
使用第二偏振器来提供所述光的在所述测量区域之后的偏振，所述第二偏振器具有：第一部分，所述第一部分具有与所述第一偏振器的匹配偏振；以及第二部分，所述第二部分具有与所述第一偏振器的正交偏振；
通过所述第二偏振器的所述第一部分和所述第二部分来分析所检测到的接收光峰值强度，以得出粒子形状参数作为第一另外的粒子参数；以及
确定粒子密度作为第二另外的粒子参数。
9.根据权利要求7至8中的任一项所述的方法，包括：朝向所述测量区域提供经过滤的空气流，从而控制所述流动路径。
10.根据权利要求7至8中的任一项所述的方法，包括：在所述测量区域内沿着所述流动路径提供对所述流的均匀加速。
11.一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序包括计算机程序代码部件，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述计算机程序代码部件适于执行根据权利要求7至10中的任一项所述的方法。
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