CN111133290A - 颗粒检测装置和用于检测空气传播颗粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种颗粒检测装置和用于通过分离来检测流体中的颗粒的方法。通道结构布置为将进入的流分离成包括大于第一预定尺寸的颗粒的次要部分的主流和包括大于预定尺寸的颗粒的主要部分的次流。一个或多个检测器布置为检测主流和次流中的颗粒。通道结构还包括扼流限制装置，以使得能够独立于压力条件而实现恒定流动。

Description

颗粒检测装置和用于检测空气传播颗粒的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测空气传播颗粒的颗粒检测装置和方法。本发明还涉及一种用于颗粒检测装置的颗粒检测系统和通道结构。
背景技术
颗粒检测装置广泛用于测量和/或检测流体中的颗粒物或空气传播颗粒。这种装置例如可用于检测空气或其他流体流中的灰尘、污染、污染物等。通常，采用较大的装置来准确地指示空气中的不同部分的颗粒。相对较小或小型化的装置通常利用提供相当差的精度的低成本传感器。结果，该装置例如可能不能检测颗粒和/或准确地区分颗粒的尺寸。需要提高颗粒检测装置的精度，特别是对于较小或小型化的颗粒检测/测量装置或系统。
颗粒检测装置可包括多个微通道，引导空气通过该微通道。空气可通过泵或风扇被吸入到颗粒检测装置中。在微通道内，颗粒可根据其尺寸被分选在不同的通道中。
由于颗粒检测装置的小型化，泵的设计需要是紧凑的。然而，泵通常在颗粒检测装置内部的流动通道的设计中起到限定作用，限制了自由度的总体设计。此外，由泵的操作引起的通道中的压力波动可影响颗粒的检测，从而可能影响装置的精度。
通过传感器检测通道中的颗粒可能需要至少在一定程度上控制微通道中的流动的能力。通常，需要相对精确的控制以获得精确的颗粒检测。泵可能无法对颗粒检测装置的通道内的流动提供适当的控制。此外，可对微通道内的流动提供精确控制的泵可能是昂贵的和/或具有较大的尺寸，使得其例如不适合用于便携式和/或小型化装置。用于低成本颗粒检测装置的更便宜的泵或用于便携式颗粒检测装置的小型泵可能不能提供足够的控制(微)通道内的流动的能力，或者在使用期间可能相当不稳定。
强烈需要一种颗粒检测装置，其较少地依赖于所使用的泵或风扇的规格，并且其可附加地或替代地使用不同类型的泵来操作，例如具有不同特性的泵。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种消除上述缺点中的至少一个的装置和方法。
替代地或附加地，本发明的一个目的是提供一种具有用于检测颗粒的改进精度的小型颗粒检测装置。
替代地或附加地，本发明的一个目的是提供一种颗粒检测装置和用于检测空气传播颗粒的方法，其具有对通过该装置的流的改进的控制。
替代地或附加地，本发明的一个目的是提供一种颗粒检测装置和用于检测空气传播颗粒的方法，其较少依赖于或独立于用于引导流体/气体通过颗粒检测装置的泵或风扇的规格和/或特性。
此外，本发明提供一种颗粒检测装置，其包括通道结构，该通道结构布置为通过分离来检测流体流中的空气传播颗粒。通道结构形成从入口延伸到出口的流体流动通路。流体流动通路包括布置在连接到入口的入口流动通道和连接到出口的出口流动通道之间的多个流动通道。颗粒检测装置可连接到接收装置，接收装置包括泵或风扇，以使得流体流能够通过通道结构的流体流动通路。入口流动通道从入口延伸到第一分离部分，该第一分离部分布置为将入口流动通道分支成至少一个主流动通道和至少一个侧流动通道。第一分离部分布置为将流体流分离成该至少一个主流动通道中的次流和该至少一个侧流动通道中的主流。该至少一个主流动通道中的次流包括大于第一预定尺寸的颗粒的主要部分，并且该至少一个侧流动通道中的主流包括大于第一预定尺寸的颗粒的次要部分。该至少一个主流动通道和至少一个侧流动通道中的至少一个包括一个或多个布置为检测颗粒的检测器。该多个流动通道中的该至少一个包括扼流限制装置，该扼流限制装置布置为在使用中提供扼流，以使得能够独立于压力条件而在流体流动通路中实现恒定的流动。
通道结构中的扼流限制装置/限流器可布置为在颗粒检测装置的通道结构中引起扼流。(气体的)扼流的优点在于，质量流速在下游压力的压力工作范围上相对独立(例如，在布置泵或风扇的情况下)，并且仅微弱地取决于温度和压力，并且因此仅微弱地取决于扼流限制装置的上游侧的气体的密度。质量流速可主要取决于扼流限制装置的横截面面积或液压直径以及扼流限制装置上游的压力。质量流速完全不取决于下游压力。所有其他影响参数是常数，并且仅取决于流动中的材料的成分。
可选地，质量流速在0巴至0.5巴之间的压力工作范围上是基本上独立的，例如当上游压力基本上是大气压(～1巴)时。
扼流限制装置可确定通过颗粒检测装置的流体通路的流动。有利地，扼流限制装置使得能够实现通过颗粒检测装置的通道结构的流体通路的基本恒定的流动。这样，可独立于用于引导流体或气体通过颗粒检测装置的泵或风扇来设计颗粒检测装置和/或其通道结构。此外，这可导致更大的设计自由度，因为颗粒检测装置可与具有不同特性的泵一起使用。可使用各种泵，同时保持所需的精度。可降低检测装置的成本价格。此外，可改进颗粒检测装置的检测精度和鲁棒性。替代地或附加地，由于可采用更小的泵，所以可便于包括颗粒检测装置的测量系统的小型化。
通过在通道结构的一个或多个通道内集成或嵌入的检测器，可在线和现场检测和/或测量颗粒。这对于颗粒检测装置的小型化也是有益的。在一个有利的实例中，颗粒检测装置是小型便携式装置。
通道结构可包括多个通道，携带大量具有不同特性和/或特征的颗粒的流体流过该多个通道。不同类型的颗粒也可由检测器检测/测量。还可设想检测具有基本上不同的尺寸、形式、质量、重量、形状、密度等的颗粒。可采用许多类型的颗粒分类。例如，基本上圆形或球形的颗粒可与基本上细长的颗粒区分开。细长颗粒可表现为具有有效较大直径的球形颗粒。例如，这种信息对于确定颗粒对健康的影响可能是非常重要的。例如，细长颗粒可指示石棉的存在，石棉的存在被证明对健康非常危险。
颗粒可在颗粒检测装置的通道结构的通道内的流体流中自定向。这可通过改变扼流限制装置的液压直径来改变流速而实现。纤维状颗粒与球形颗粒相比可表现不同。通道结构内的分离部分可以这样的方式布置，即细长的或纤维状的颗粒(例如用于石棉的检测)倾向于直接进入分离部分的主流动通道，并且球形颗粒大部分被抽吸到分离部分的侧流动通道中。与例如球形颗粒相比，纤维状颗粒相对于有效表面可具有相对大的质量。细长颗粒可在流动中自我定向，这意味着可减小阻力。因此，其可表现为在流体流中具有更高质量的圆形颗粒。
根据使用该装置的应用，其他颗粒特征也可能是重要的。根据检测器，可检测和/或测量被引导通过通道结构的通道的颗粒的其他性质。检测器还可用于确定通道中的颗粒或流动的速度。
空气可通过泵或风扇被吸入或泵送通过流体通路。由于扼流限制装置可使得基本上恒定的流动通过颗粒检测装置的通道结构的流体通路，使得流动至少在泵或风扇的特定操作范围内基本上与压力条件无关，所以可使用许多类型的泵和风扇。扼流是本领域已知的可压缩流动效应。流体速度可变得阻塞或受限。通过限制以声速通过小直径孔口的最大气流，可产生扼流。例如，对于单一温度和压力条件，作为流速(Q)的函数的液压直径(D)的近似值可由D[mm]≈1.33.10-2√Q[ml/分]给出。其他近似值也是可能的。
应理解，也可使用其他质量转移装置来主动引导空气/气体通过颗粒检测装置。在一个替代实例中，可被动地引导空气通过颗粒检测装置。例如，由于携带颗粒检测装置的人或单元的移动，可将空气自动地吸入到用于空气传播颗粒的检测、测量和/或分析的装置中。
可观察到，对于遇到在侧流动通道和主流动通道中分支的分离部分的颗粒，较小的颗粒倾向于流过通道结构中的侧流动通道，而较大的颗粒倾向于流过通道结构中的主流动通道。这主要是由于较小的颗粒可能更容易弯曲到侧流动通道，并且较大的颗粒可能倾向于笔直前进，这通常也被称为虚拟撞击器。可获得基本上包括具有特定特性或性质的颗粒的不同流动通道。然后，在通道内，可通过一个或多个检测器测量颗粒的存在和/或性质。对于颗粒检测装置，通道结构设计中的许多变化是可能的。
微流体通道或微通道可布置在通道结构中，用于在小型颗粒检测装置内将颗粒分离成两个或更多个部分。
一种虚拟撞击器，其可用于将通道内的流分离成分支的主流动通道和分支的次流动通道。通道可分支成大量的主流动通道和/或次流动通道。虚拟撞击器可包括(微)通道网络，可引导空气通过该(微)通道网络，例如通过使用泵、风扇等。在一个实例中，通道结构形成或包括多个虚拟撞击器。
颗粒检测装置的通道结构或虚拟撞击器可通过微米/纳米制造来制造。通道结构的通道的精确尺寸与通道结构内部的气体的流速相结合决定了颗粒是如何分离的。
颗粒检测装置可用于检测空气传播颗粒的尺寸指示，以检测颗粒物的特定部分，和/或区分颗粒形式(球形、条形/细长形等)、化学性质(通过光波导)。有利地，由于该一个或多个检测器集成和/或嵌入在颗粒检测装置的通道结构内，所以可实时地执行检测。
可选地，在通道结构中布置级联的分离部分或虚拟撞击器。这种级联可布置为获得增加数量的通道，基本上具有不同特性(尺寸、形状等)的颗粒可分离到这些通道中。
可选地，扼流限制装置的尺寸设计为提供5ml/分至500ml/分，更优选地20ml/分至300ml/分范围内的基本上恒定的流动。有利地，通过流动限制装置，例如由于引导空气通过通道结构的流体流动通路的装置(例如泵或风扇)的操作，可获得这种(基本上恒定的)流动，而与压力差无关。颗粒检测装置可具有一定的操作范围，其中该流动可与压力条件无关而保持基本上恒定。入口处的大气压(～1巴绝对压力)和出口处的负压(0-0.5巴绝对压力)之间的压力差可以在0.5巴-1巴的范围内。有利地，此范围足够大，例如以在选择泵或风扇时提供足够的选择自由度。这样，例如可使用更小/更便宜的泵。
通道结构可具有通道网络，该通道网络具有相对小的尺寸，例如在0.1毫米-5毫米的液压直径范围内。在通道结构内，颗粒可按尺寸(和/或形状)分离。
优选地，扼流限制装置布置在出口流动通道中。通道结构的该至少一个主流动通道和该至少一个侧流动通道可与连接到出口的出口流动通道流体连通。
可选地，泵或风扇布置为与出口流动通道流体连接。泵或风扇可构造为通过出口流动通道吸入空气。
可选地，也称为“临界孔口”的扼流限制装置布置在入口流动通道中。
可选地，扼流限制装置是临界孔口。
可选地，通过具有50微米至300微米液压直径的通道收缩部获得扼流限制装置。扼流限制装置可以是通道中相对薄的部分，该部分布置为调节气流，而不管穿过颗粒检测装置的通道结构的入口和出口的压降如何。
可选地，通道结构的所有通道最终在出口流动通道中汇合。然而，也可提供多个连接到出口的出口流动通道(例如，平行布置)。
可选地，扼流限制装置是收缩扩散型喷嘴的喉部。在一个替代实例中，在通道中的阀用作扼流限制装置，以获得扼流。
可选地，颗粒检测装置包括用于调节扼流限制装置的液压直径的装置。当要测量另一颗粒尺寸(或形状)时，可调节扼流限制装置的液压直径。例如，当需要分离的颗粒从5微米变化到2微米时，流速可能需要从50ml/分变化到100ml/分，并且流体限制装置的(液压)直径可从100微米增加到130微米。这样，颗粒检测装置可用于大范围的待分析的颗粒，这可通过改变扼流限制装置的液压直径来实现。
可选地，人工调节扼流限制装置的液压直径，例如通过调节螺钉。
可选地，电致动器布置为调节扼流限制装置的液压直径。电致动器可包括具有压电致动器、电活性聚合物致动器、MEMS开关或热致动器的组中的至少一个。
可选地，通过用包括具有第二液压直径的第二扼流限制装置的另一通道管道代替包括具有第一液压直径的扼流限制装置的通道结构的通道管道，来调节扼流限制装置的液压直径。
可选地，多个限制通道平行布置，每个限制通道包括扼流限制装置，其中，流体需要通过至少一个限制通道以形成流体流动通路。扼流限制装置的液压直径可通过选择流体通过的该多个限制通道中的一个或多个来调节。可选地，通过阀来选择该多个限制通道中的一个或多个。可选地，该多个限制通道中的每个包括扼流限制装置，该扼流限制装置具有与其他限制通道的液压直径不同的液压直径。附加地或替代地，也可设想允许流体通过不包括扼流限制装置的通道，例如以增加平行通道的“有效”液压直径。这样，可调节通道结构的扼流限制装置的“有效”液压直径。
可选地，通道结构包括多个分离部分。
可选地，通道结构包括在第一分离部分下游的至少一个另一分离部分。该另一分离部分布置为将第一分离部分的该至少一个主流动通道或与其连接的通道分支成至少一个另一主流动通道和至少一个另一侧流动通道。该另一分离部分布置为将流体流分离成该至少一个另一主流动通道中的次流和该至少一个另一侧流动通道中的主流。在该至少一个另一主流动通道中的次流包括大于第二预定尺寸的颗粒的主要部分，并且在该至少一个另一侧流动通道中的主流包括大于第二预定尺寸的颗粒的次要部分。该至少一个另一主流动通道或至少一个另一侧流动通道中的至少一个包括一个或多个布置为检测颗粒的检测器。可使用多个不同的检测器，优选地不同类型的检测器，例如以从测量中获得更多信息。在一个实例中，在基本上相同的通道位置使用多个不同的检测器，以增强颗粒的检测。
颗粒检测装置的该一个或多个检测器可通过CMOS技术而制造得紧凑(小型化)，并且可通过印刷电子器件连接。集成硅光学器件打开了在线化学检测的可能性。
可选地，该一个或多个检测器包括由以下传感器组成的组中的至少一个：电容传感器、微机电系统(MEMS)传感器、薄膜体声波谐振器(FBAR)传感器、I形体声波谐振器(IBAR)传感器、表面声波(SAW)传感器，或光学传感器。可使用不同的检测方法，其中，例如将颗粒分离成部分和/或不同类型。颗粒的类型可例如包括石棉、炭黑、二氧化硅等。根据应用，还可能用其他检测方法扩展颗粒检测装置。
颗粒检测装置可布置为提供多个检测和/或测量参数。
也可以采用其他传感器，例如激光器/led传感器，用于检测颗粒。例如，可提供红外(IR)波导传感器以用于颗粒的化学分析。可提供薄膜体声波谐振器传感器或表面声波传感器以用于颗粒的质量评估。
可选地，该一个或多个检测器包括指状电容传感器。叉指型电容传感器可包括两个金属梳状结构，其单独的线路定位在另一梳状结构的两个线路之间，但是不接触。线路之间的距离可在0.5微米和20微米之间的范围内，在两个梳状件之间产生可测量电容。当颗粒在两个梳状件之间移动或固定在梳状件的表面上时，测量电容的变化并将其转化为颗粒的存在。通过改变线路之间的距离或流动通道中的梳状件的位置，可从产生的电容信号中推导出颗粒尺寸、形状和取向。叉指型电容传感器可通过CMOS技术(在硅晶片上蚀刻金属结构)或在非导电衬底上直接印刷金属结构来制造。有利地，这种指状电容传感器可容易地集成在小型颗粒检测装置中，例如包括微流体系统。
可选地，该一个或多个检测器包括多个传感器。
可选地，该一个或多个检测器包括电容传感器和光学传感器的组合。
可选地，该一个或多个检测器是非侵入和/或非接触检测器。使用非接触检测器，可降低在检测器位置处的通道中的堵塞风险。例如，颗粒可通过电容传感器，并且可检测到信号中的脉冲(电容变化)，指示颗粒的通过。
可选地，在检测器位置处采用引导元件，用于将颗粒引向检测器。
可选地，引导元件通过具有流动通道高度的0.1倍至0.7倍的高度的凸起形成。凸起可布置在通道中的检测器的位置处或其附近，例如布置在通道的相对侧，例如以迫使颗粒朝向检测器移动。这可代替使用其他装置，例如电元件或热泳元件。这样，在通道中不需要额外的电连接。这允许更简单的设计，同时增加了装置的鲁棒性。
该凸起例如可形成脊部。替代地或附加地，通道中的狭窄部分可由凸起形成。此狭窄部分可用作流量调节器。在一个实例中，通道结构的扼流限制装置由该一个或多个引导元件形成。这些引导元件可确保通过通道结构的流体流动通路的基本上恒定的流动。
可选地，入口流动通道具有入口流动通道的液压直径的至少10倍的长度。在一个实例中，入口流动通道具有至少5毫米的长度。入口流动通道可例如具有5毫米至20毫米的长度。通常，入口流动通道的液压直径是大约0.1毫米至5毫米。通过这种最小长度，可减小颗粒检测装置外部的流动的影响。
有利地，这可使流动是层流的和/或较少湍流的。可能需要最小长度以在通道内获得基本上层流。也可采用其他装置来获得基本上层流，该装置布置为减少颗粒检测装置外部的流动的影响。入口流动通道的长度可取决于入口流动通道的液压直径和通过颗粒检测装置的流速(参看雷诺数)。
可选地，通道结构具有高度为0.1毫米至1毫米的通道。在一个实例中，通道结构内部的通道可具有不同的高度。
可选地，主流动通道的宽度与虚拟撞击器部分和/或另外的虚拟撞击器部分的侧流动通道的宽度的比例在0.1和1之间。
可选地，颗粒检测装置连接到接收装置，接收装置包括泵或风扇，以使得流体流能够通过通道结构的流体流动通路。
可选地，泵是隔膜泵或隔板泵。隔膜泵/隔板泵可具有低成本价格。通过颗粒检测装置的流体/气体流可通过隔膜泵来获得，其中，由于通过颗粒检测装置的通道结构的设计而实现了恒定流动，所以保持了适当的精度。通道结构包括扼流限制装置，其布置为使得恒定流动能够与压力条件无关而通过颗粒检测装置的通道结构的流体通路。
可选地，通道结构可移除地连接到接收装置。接收装置可布置为适于接收不同(类型)的颗粒检测装置。在一个实例中，接收装置可根据颗粒检测装置的尺寸和/或形状定制。
接收装置可以是包括用于读出由该一个或多个检测器提供的数据的装置的读取装置。有利地，颗粒检测装置是小型低成本一次性/可替换装置，其可在插入到颗粒检测系统的读取装置中时使用，例如电子读取器，其中布置了隔膜泵和扼流限制装置。这样，可获得模块化设计，其中，颗粒检测装置形成可移除/一次性颗粒传感器盒。或者，只有通道结构是可移除的，并且检测器是读取装置的一部分。
颗粒检测系统的读取装置还可包括控制单元，该控制单元包括电子器件，该电子器件布置为操纵泵和/或读出并处理来自颗粒检测装置的该一个或多个检测器的数据。
可选地，通道结构的至少一部分通过增材制造或3D打印来制造。3D打印通道结构或颗粒检测装置允许相对复杂的通道结构设计。
可选地，检测器的至少一部分涂覆有响应涂层，该响应涂层布置为对气体的存在作出反应，以使得能够测量气体的浓度。通过此方式可获得指示气体浓度的附加信息。有利地，颗粒检测装置可布置为检测颗粒和气体的存在。
根据一个方面，本发明提供一种颗粒检测系统，其包括一个或多个颗粒检测装置和读取装置，其中，该一个或多个颗粒检测装置可移除地连接到读取装置。颗粒检测装置可适于与任何类型的泵一起使用，从而提供改进的设计自由度。可不再必须基于所使用的泵来改变通道结构的设计。重新设计通道结构可涉及昂贵的计算流体动力学(CFD)模拟和流体动力学实验。
通过用不同的颗粒检测装置改变颗粒检测系统的颗粒检测装置，可用颗粒检测系统的相同读取装置检测/测量其他类型的颗粒。一个或多个流体连接可布置在颗粒检测装置和读取装置之间。该流体连接可以是气密连接。此外，可为通道结构中的至少一个或多个嵌入或集成检测器布置一个或多个电连接。可替换/一次性部件可延长使用寿命和精度。
根据一个方面，本发明提供了一种用于颗粒检测装置的通道结构。由于通道结构中的扼流限制装置，颗粒检测装置的通道结构的(微)通道的设计可较少地依赖于装置使用的泵，以使得空气能够流过流体流动通路。因此，可显著地减小泵对通过颗粒检测装置检测颗粒的影响。
可选地，将颗粒分成至少2种不同的尺寸，优选地至少4种，更优选地至少6种尺寸。可选地，将颗粒分成范围从0.1微米至50微米，更优选地从0.5微米至20微米的尺寸。优选地，小于1微米、小于2.5微米、小于4微米、小于5微米和小于10微米的部分与人类暴露研究相关。
待测量颗粒可由二氧化硅、炭黑、石棉、颗粒物、细尘等组成。
空气入口可包括过滤器以移除较大颗粒。此外，扼流限制装置还可附加地或替代地布置在入口流动通道中，以调节和保持通过流体流动通路的基本上恒定的流动。
根据一个方面，本发明提供了一种包括颗粒检测装置的盒。颗粒检测装置可以是相对于颗粒检测系统的读取/接收装置可移除、可替换或一次性的盒的形式。颗粒检测系统可包括容纳泵或鼓风机的读取/接收装置，以及形成具有通道的一次性盒的颗粒检测装置。合适的连接接口(例如流体、电等)可布置在颗粒检测系统的颗粒检测装置和读取装置之间。
根据一个方面，本发明提供了一种用于通过分离来检测流体流中的空气传播颗粒的方法，该分离通过使用形成从入口延伸到出口的流体流动通路的通道结构来获得。流体流动通路包括多个布置在连接到入口的入口流动通道和连接到出口的出口流动通道之间的流动通道。通道结构可连接到接收装置，接收装置包括泵或风扇，以使得流体流能够通过通道结构的流体流动通路。该方法包括提供第一分离部分，用于将入口流动通道分支成至少一个主流动通道和至少一个侧流动通道，例如以将流体流分离成至少一个主流动通道中的次流和至少一个侧流动通道中的主流。该至少一个主流动通道中的次流包括大于第一预定尺寸的颗粒的主要部分，并且该至少一个侧流动通道中的主流包括大于第一预定尺寸的颗粒的次要部分。该方法还包括在该至少一个主流动通道和至少一个侧流动通道中的至少一个中设置一个或多个检测器，用于检测颗粒。扼流限制装置布置在该多个流动通道中的至少一个中，用于在使用中提供扼流，以使得能够实现与压力条件无关的恒定流动。
通道结构可根据颗粒的尺寸、重量和/或形状在不同的通道中分离颗粒。通道结构还可布置为使得能够基于颗粒的其他特征/性质进行分离。有利地，通道结构可基本上独立于用于引导流体通过颗粒检测装置的泵或风扇而操作。扼流限制装置使得基本上恒定的流动能够通过颗粒检测装置的通道结构的流体通路。此外，可显著地减小例如由于使用隔板泵而引起的压力波动对通道结构的流体流动通路中的流体流动的影响。
虚拟撞击器可包括一个或多个虚拟撞击器部分，其从通道分支为至少一个主流动通道和至少一个次流动通道。在一个实例中，颗粒检测装置的通道结构是虚拟撞击器。
有利地，隔板泵或其他更便宜和/或更不精确的泵(或风扇)可与颗粒检测装置结合使用。
扼流限制装置的尺寸设置为保持通道结构中的流动基本上恒定。因此，其可用作流量调节器。
通常，风扇产生不能很好地限定的气流，根据该气流难以计算颗粒的量。有利地，通过扼流限制装置，也可使用风扇，因为获得了基本上恒定的流动而与压力条件无关。也可使用隔膜泵，便于颗粒检测装置的小型化。
通道结构的通道，例如入口流动通道，可在分离部分处分支成一个或多个分支(即，另外的通道)。然后这些分支又可在另外的分离部分处分支成一个或多个另外的分支。在一个实例中，通道在分离部分处以多个分支/通道分支。这样，多个分支/通道可从流体流分离，例如以获得多个不同的部分。在一个实例中，获得了二至十个不同的部分。更大的数量也是可能的。在一个实例中，每个分支通道具有布置为检测所述通道内的颗粒的检测器。颗粒可能粘在检测器上，并且可测量累积。替代地或附加地，例如使用额外的检测器，可在颗粒通过时测量颗粒。
在一个实例中，用不同的检测器在通道中的不同位置处检测颗粒。
可选地，扼流限制装置设置在出口流动通道中。
可选地，临界孔口用作扼流限制装置。
可选地，通道收缩部用作扼流限制装置，该收缩部具有50微米至300微米的液压直径。
可选地，扼流限制装置的液压直径是可调节的。
可选地，基于待检测的颗粒选择扼流限制装置的液压直径。
可选地，通道结构的至少一部分通过增材制造或3D打印来制造。
本发明的大多数实施方式的某些构件可制造成多个部件，这些部件设计为用于不同尺寸和形状的模块化组件，并且易于移除，如果必须的话，可在不拆卸整个组件的情况下更换一些构件或构件的部件。在颗粒检测装置之后，该可移除部件可包括例如泵、通道结构的部件、通道结构、一个或多个通道、一个或多个检测器和扼流限制装置。其他部件也可以是可移除的。
颗粒检测装置可实时提供检测和/或测量数据。有利地，不需要滤波和长的检测/测量时间。
颗粒检测装置可在许多领域中使用，例如建筑业、采矿业、卫生业、高科技业(例如洁净室)、机械建筑业、建筑业、林业、个人使用(例如个人监控)等。例如，颗粒检测装置可用作灰尘传感器。其可用于各种类型的职业，其中人们与空气传播颗粒、灰尘和/或污染物接触。颗粒检测装置也可用作个人传感器，用于测量例如城市、车辆、火车、公共汽车等中的某些颗粒的暴露。
颗粒检测装置可适于由使用者携带，例如当在潜在危险或有害环境中操作时，降低某些暴露的风险。
可促进颗粒检测装置的小型化，使得该装置也可用于其他便携式装置，例如智能手机或平板电脑。替代地或附加地，颗粒检测装置可形成芯片实验室(LOC)或作为其一部分。
在本说明书中，类似于大约和基本上的措辞应理解为是指其涉及的给定值的变化在给定定义内是可允许的，该变化可以是给定值的至少5％，优选地至少10％且更优选地至少15％。
应理解，扼流可看作是可压缩流动效应，其中，流体速度或流动变得受限或受阻。当给定压力和温度下的流动流体通过扼流限制装置进入低压环境时，流体速度增加。由于文丘里效应，静态压力以及因此密度在扼流限制装置之外向下游减小。扼流可看作是限制条件，其中当上游压力固定时，质量流动将不随着下游压力环境的进一步减小而增加。在扼流处，质量流速可仅通过在上游和在扼流点处增加密度来增加。请注意，虽然气体速度达到最大值并且变得受阻，但是质量流速不受阻。如果上游压力增加，则质量流速仍然可以增加，因为这增加了进入孔口的气体的密度。
如此构思的本发明易于作出许多修改和变化，所有这些修改和变化都在本发明构思的范围内。
应理解，考虑到该装置而描述的任何方面、特征和选项同样适用于该方法和所描述的通道结构和系统。还将清楚的是，可组合上述方面、特征和选项中的任何一个或多个。
附图说明
本发明将基于附图中所示的实例性实施方式进一步进行阐述。通过非限制性的说明给出实例性实施方式。注意，附图仅是通过非限制性实例给出的本发明的实施方式的示意性表示。
在附图中：
图1示出了颗粒检测装置的一个实施方式的示意图；
图2示出了颗粒检测系统的一个实施方式的示意图；
图3示出了颗粒检测系统的一个实施方式的示意图；
图4示出了扼流限制装置的示意图；
图5示出了叉指型电容传感器的示意图；
图6示出了叉指型电容传感器的剖视图；
图7示出了具有引导元件的通道结构的通道的示意图；以及
图8示出了用于检测流体流中的空气传播颗粒的方法的示意图。
具体实施方式
图1示出了颗粒检测装置1的一个实施方式的示意图。颗粒检测装置1包括通道结构2，其布置为通过分离检测流体流中的颗粒。通道结构2形成从入口6延伸到出口8的流体流动通路4。流体流动通路4包括多个流动通道，该流动通道布置在连接到入口6的入口流动通道10和连接到出口8的出口流动通道12之间。入口流动通道10从入口6延伸到第一分离部分14，该第一分离部分布置为将入口流动通道10分支成至少一个主流动通道16和两个侧流动通道18a、18b。第一分离部分14布置为将流体流分离成该至少一个主流动通道16中的次流和两个侧流动通道18a、18b中的主流。该至少一个主流动通道16中的次流包括大于第一预定尺寸的颗粒的主要部分，并且两个侧流动通道18a、18b中的主流包括大于第一预定尺寸的颗粒的次要部分。主流动通道16和侧流动通道18a、18b包括布置为检测颗粒的检测器20。此外，通道结构2包括扼流限制装置22，其布置为使得能够实现与压力条件无关的恒定流动。
第一分离部分14布置为使得在恒定流动中，大于预定尺寸的颗粒直接通过主流动通道16，并且小于预定尺寸的颗粒在侧流动通道18a、18b中偏转。
颗粒检测装置1的通道结构2中的气流可通过布置临界孔口或通道收缩部来调节。这确保了通过通道结构的流体流动通路的恒定流动(取决于通道结构2的一个或多个通道的直径)。在此实例中，扼流限制装置22布置在通道结构2的出口处，即在通道结构2的出口流动通道12中。然而，扼流限制装置22也可布置在通道结构2中的其他位置处。
可提供泵、鼓风机或风扇，用于在通道结构2中引起流动。通道结构2布置为根据尺寸和/或形状分离颗粒。当使用低成本隔板泵时，扼流限制装置22可有效地防止大的压力波动或流体/气体速度变化。通道结构2中的这种波动对于通过颗粒检测装置1的检测器20检测颗粒是有害的。有利地，通过布置在通道结构2的流体通路4中的扼流限制装置22，流速可保持基本上恒定。有利地，可在通道结构2的生产过程中直接制造扼流限制装置22。因此，可有效地降低制造复杂性和所涉及的成本。此外，可获得对磨损较不敏感的坚固设计。
只要可在颗粒检测装置1的入口6与出口8之间实现压力差，颗粒检测装置1的操作就可变得基本上与泵的操作无关。可选地，如果在入口6和出口8之间例如通过泵或鼓风机实现大于0.5巴的负压，则获得基本上恒定的流动。
颗粒检测装置1可用于监测空气污染或空气质量(例如，颗粒物、细颗粒、二氧化氮、臭氧等)。颗粒检测装置1也可用于检测其他颗粒形状(例如石棉)。空气传播颗粒的实时检测允许诊断空气污染或空气质量的原因。
检测器20可布置为对通过通道的颗粒进行计数。替代地或附加地，检测器20布置为提供关于颗粒的尺寸的信息。也可推导出其他性质/特征，例如形状、化学性质等。
检测器20可以以不同的方式集成到通道16、18a、18b中。在一个实例中，具有所需电子器件的硅晶片附接到通道16、18a、18b，使其成为通道结构2的组成部分。这使得可在通道结构2的不同通道16、18a、18b中一次集成多个检测器20。另外，硅技术使得可使用例如基于叉指型电极、表面声波、薄膜体声波谐振器等的低成本检测器20。而且，硅上集成光波导可用于经由例如红外信号来测量化学组成。
被引导通过不同通道的颗粒可使用检测器20来检测，该检测器可具有在一个通道内的不同位置处进行检测的多个传感器，例如相对于彼此在下游或上游，或者布置在所述通道的相对侧。
优选地，基本上恒定的流速在5ml/分至500ml/分的范围内。在此实例中，对于颗粒检测装置获得50ml/分的基本上恒定的流速。
图2示出了颗粒检测系统100的一个实施方式的示意图。颗粒检测系统100包括颗粒检测装置1和读取/接收装置24。颗粒检测装置1可移除地连接到读取装置24。在此图中未示出颗粒检测装置1的通道结构2。
同样在此实例中，颗粒检测装置1布置为分离和检测通道结构2中的不同通道中的分离颗粒。通道结构2包括一个或多个分离部分和/或虚拟撞击器，通过该分离部分和/或虚拟撞击器主流动通道和次流动通道设置用于根据颗粒的特定性质(例如，尺寸、形状)来分离颗粒。通道结构包括由扼流限制装置形成的第一流量调节器22，用于控制通过通道结构2的流体流动通路4的体积流速。优选地，第一流量调节器22布置在出口流动通道12和/或入口流动通道10处。然而，第一流量调节器22也可布置在通道结构2的其他可能的多个位置处。该一个或多个颗粒检测器可布置为测量在其布置于其中的通道中的流体流中的颗粒的存在、积聚和/或通过。优选地，检测器嵌入或集成在通道中。可选地，通道结构2还包括至少一个第二流量调节器，其由通道中的在至少一个检测器位置处或附近的狭窄部分形成，其中，狭窄部分被提供用于将颗粒引向检测器20。这样，可在通道结构2中获得更好的流量控制，同时另外提高了布置在通道结构2中的该至少一个检测器20的检测精度。
在此实例中，颗粒检测系统1是可拆卸的、可替换的、一次性的和/或可移除的。颗粒检测装置1插入到布置在读取装置24中的槽26中(箭头A)。槽26可布置为接收和保持颗粒检测装置1。例如，颗粒检测装置可从颗粒检测系统100移除和/或由另一颗粒检测系统100代替。例如，在通道结构5内的通道被污染、通道结构2内的通道被堵塞、检测器20或颗粒检测装置1损坏或发生故障等情况下，可能需要更换。在一个替代实例中，仅颗粒检测装置1的一部分可插入到读取装置24中。
颗粒检测装置1可形成颗粒检测系统100的单独部件。读取装置24的槽26可成形为例如紧密地配合在颗粒检测装置1的一部分周围，例如以在颗粒检测装置1的所述部分上施加基本上均匀分布的压力。
读取装置24可包括入口端口28和出口端口30，其布置为当颗粒检测装置1插入到读取装置24中时分别连接到颗粒检测装置1的入口6和出口8。可选地，入口端口28和出口端口30是密封端口，例如包括密封环。
图3示出了颗粒检测系统1的一个实施方式的示意图。颗粒检测装置1包括通道结构2，其构造为通过分离检测流体流中的空气传播颗粒。通道结构包括两个分离部分，其布置为根据颗粒的尺寸和/或重量来分离流动流内的颗粒。分离也可基于其他颗粒特性、特征或性质。为此，通道结构2的设计可适于该目的。例如，可使用计算模型来设计颗粒检测装置1的通道结构2或一个或多个虚拟撞击器。实验验证或设计也是可能的。通过计算模型(例如，计算流体动力学模型或分析模型)，可设计通道结构的通道的形状、取向和尺寸。由于扼流限制装置22使得基本上恒定的流动能够通过通道结构2，所以可便于该设计。有利地，通道结构2可以是3D打印的或注射成型的。
流体流动通路4由通道结构2形成，从入口6延伸到出口8。流体流动通路4包括多个流动通道，其布置在连接到入口6的入口流动通道10和连接到出口8的出口流动通道12之间。入口流动通道10从入口6延伸到第一分离部分14，该第一分离部分布置为将入口流动通道10分支成至少一个主流动通道16和两个侧流动通道18a、18b。通道结构2包括多个分离部分14、32。在此实例中，通道结构2包括在第一分离部分14下游的另一分离部分32。该另一分离部分32布置为将第一分离部分14的该至少一个主流动通道16分支成另一主流动通道34和两个另外的侧流动通道36a、36b。与第一分离部分14类似，该另一分离部分32布置为将流体流分离成另一主流动通道34中的次流和两个另外的侧流动通道36a、36b中的主流。该另一主流动通道34中的次流包括大于第二预定尺寸的颗粒的主要部分，并且两个另外的侧流动通道中的主流包括大于第二预定尺寸的颗粒的次要部分。
主流动通道16、另一主流动通道34、侧流动通道18a、18b、另外的侧流动通道36a、36b各自包括布置为检测颗粒的检测器20。应理解，可布置更大数量的检测器20，例如在通道结构2中的其他位置。使用布置为测量在空气中流动的颗粒而不接触颗粒(例如，在表面上粘附颗粒)的非接触式检测器20，可基本上防止堵塞。优选地，检测器20包括电容电极。检测器20可集成在通道中。有利地，颗粒检测装置的设计可制造得更小。还设想了其他实施方式，其中，检测器包括薄膜体声波谐振器传感器、表面波声波传感器、光波导传感器等中的至少一个。也可采用其他微机电系统检测器或晶片检测器。这样，检测器可制造得小且便宜，有助于颗粒检测装置1的设计的小型化。
检测器20可涂覆有响应涂层，其对气体的存在作出反应，使得能够通过所述检测器20测量气体的浓度。这样，不仅可获得关于例如颗粒或颗粒物造成的空气污染的信息，而且可获得指示空气中的诸如NOx、O3等的气体浓度的信息。
检测器20可包括用于检测颗粒的叉指型电容传感器。颗粒的分离可基于尺寸、形状和/或质量而在通道结构中进行。可将细长颗粒与圆形颗粒分离，这可区分例如灰尘和石棉。通道结构也可构造为基于颗粒的其他形状提供分离。通过改变电容传感器(参见叉指型电容传感器)中的电极之间的距离和/或电极的取向，可改进对由于形状差异而导致的流动流中的行为不同的颗粒的检测。直径小于叉指型电极之间距离的颗粒将比直径大于叉指型电极之间距离的颗粒给出更高的信号，并且其不能在电极之间渗透。此外，与叉指型电极对准的细长颗粒可给出比垂直定位的细长颗粒更高的信号。因此，流动通道中的叉指型电极的取向(例如，平行的或垂直的或成角度的)也可产生关于颗粒的形状和取向的附加信息。
通道结构2包括扼流限制装置22，其布置为使得能够实现与压力条件无关的恒定流动。在此实例中，通过提供扼流限制装置22的临界孔口来提供通道结构2中的恒定流动。临界孔口可形成通道收缩部，其具有与通道的其余部分相比减小的液压直径。
泵40布置在读取装置24中，用于抽吸空气通过通道结构2的通道。无论使用哪个泵40(或风扇)，颗粒检测装置1的通道结构2中的流速都可保持基本上相同。这样，颗粒检测装置1可与包括具有不同特性的泵40的各种读取装置24兼容。
颗粒检测系统100包括颗粒检测装置1和读取装置24，颗粒检测装置1可移除地连接到读取装置1。颗粒检测装置1可适于与任何类型的泵一起使用，从而提供改进的设计自由度。可不再需要基于用于引导空气通过颗粒检测装置1的通道结构2的流体流动通路的泵40来改变颗粒检测装置1的通道结构2的设计。例如，通过用另一颗粒检测装置替换颗粒检测装置1，可用颗粒检测系统100的同一读取装置24检测/测量其他类型的颗粒。
在此实例中，紧挨着布置为在颗粒检测装置1和读取装置24之间提供流体连通的槽，提供电连接部38以使得能够在颗粒检测装置1和读取装置24之间实现电连接。电连接部38以这样的方式布置，使得当颗粒检测装置1从读取装置24移除时，其可断开。通过电连接部38，可将从通道结构中的集成检测器获得的信号传送到读取装置24。在一个替代实例中，信号被无线地传送。组合也是可能的。
有利地，通道结构是微流体通道结构。微流体方法适合于小型检测机构(例如，叉指型电容传感器、薄膜体声波谐振器/表面声波传感器、集成光学红外吸收传感器等)。此外，微流体方法适合于颗粒形状评估(例如石棉)并且使得能够分离成各种颗粒尺寸(参见各部分)。微流体方法允许获得小型颗粒检测装置，其可集成在小的(便携的)装置中，例如其他传感器、移动电话、车辆、衣服、平板电脑等。另外，可替换微流体方法使得能够在颗粒检测系统100的同一读取装置24中使用盒形式的不同的颗粒检测装置。
在一个实例中，扼流限制装置布置为引起通过通道结构的流体流动通路的大约50ml/分的基本上恒定的流速。
读取装置24可包括可选的显示器44，其布置为基于由检测器20提供的数据显示信息。
此液压直径可通过致动器来调节。在一个实例中，通过压电元件、电活性聚合物、微机电系统(MEMS)开关或热致动器来电调节液压直径。
图4示出了扼流限制装置22的示意图(剖视图)。颗粒检测装置1的通道结构2中的扼流限制装置22可构造为在通道结构2或流体流动通路4中引起扼流。扼流限制装置22有效地使得基本上恒定的流动能够通过颗粒检测装置1的通道结构2的流体通路4。扼流限制装置22包括入口部分46和出口部分48，其中，流体或气体可通过入口部分46进入扼流限制装置22，并通过出口部分48离开扼流限制装置22。狭窄部分50布置在扼流限制装置22的入口部分46和出口部分48之间。流动流的方向用箭头F表示。扼流限制装置22的入口部分46具有入口(液压)直径H1。扼流限制装置22的(液压)直径在狭窄部分50处减小到限制(液压)直径H2。然后，(液压)直径再次在出口部分48的方向上增加。出口部分48处的(液压)直径可基本上对应于入口部分46的(液压)直径。然而，这些直径也可以是不同的。狭窄部分50可布置为提供文丘里效应。
应理解，扼流限制装置22可布置为中间件，其在通道结构2的通道的两个部分之间提供流体连接。
由于(气体的)扼流，质量流速可变得在下游压力的压力工作范围(当上游压力例如为大气压时，其通常可在0至0.5巴之间)上是基本独立的。泵或风扇可例如布置在下游(即，连接到出口8)。这样，扼流流动可仅微弱地依赖于温度和压力，因此依赖于扼流限制装置的上游侧的气体的密度。换句话说，质量流速可主要取决于扼流限制装置22的横截面面积或液压直径H2以及扼流限制装置22上游的压力。在由扼流限制装置22获得的压力工作范围内，质量流速可与下游压力基本上无关。在一个实例中，狭窄部分50处的限制(液压)直径H2在50微米至300微米的范围内。附加地或替代地，扼流限制装置22的入口部分46的入口(液压)直径具有在0.1毫米至5毫米范围内的直径。
图5示出了包括叉指型电极56的叉指型电容传感器52的示意图。叉指型电极56提供由多个导线或带58形成的图案。间隙或间隔60布置在导线58之间。在一个实例中，导线之间的间隙60(即，距离)在0.5微米至20微米的范围内。这样，可测量两条导线58之间的可测量电容。附加地替代地，导线58的宽度在0.5微米至20微米的范围内。叉指型电极56连接到叉指型电容传感器52的接合间隙62。可选地，传感器52包括覆盖导线58的至少一部分的薄膜54。应理解，叉指型电容传感器52可以不同的方式布置。其他叉指型电极构造是可能的并且可以采用。
接合间隙62可电连接到测量单元。在一个实例中，将电压以一定频率经由接合间隙62供应到叉指型电极52。然后，可从电容传感器52的感测电容信号测量至少一个电容项。所获得的电容项可用于测量导线58a、58b附近和/或之间的颗粒的指示。测量单元可包括用于检测/测量电容项的装置。
图6示出了叉指型电容传感器52的剖视图。一系列叉指型正电极58a和负电极58b由叉指型电极56的导线58形成。示出了具有不同直径的颗粒P1、P2、P3的检测。颗粒P1具有最大直径，并且颗粒P3具有最小直径。颗粒P1大于间隙60，颗粒P2具有与间隙60相对应的直径，并且颗粒P3小于间隙60。当颗粒P1、P2、P3在两个相邻导线58之间移动，或者固定在导线58的表面上时，测量电容的变化。这可转换成表示颗粒P1、P2、P3存在的信号。通过改变导线之间的距离，或通道结构2的通道中的叉指型电容传感器52的位置，可从产生的电容信号中推导出颗粒尺寸、形状和取向。
应理解，通过改变叉指型电容传感器52中的叉指型电极56之间的距离和/或取向，可改进对通道结构2的通道中的流动流中的由于形状差异而行为不同的颗粒的检测。
在所示实例中，颗粒P3将导致比颗粒P1更高的测量信号。颗粒P1不能渗透到电极58a、58b之间。此外，与叉指型电极56对准的细长颗粒可给出比垂直定位的细长颗粒更高的信号。因此，通道结构2的通道中的叉指型电极56的取向(例如，平行或垂直)也可产生与所检测的颗粒的形状和取向相关的附加信息。
在所示实例中，颗粒P1、P2和P3具有圆形形状，然而，颗粒P1、P2和P3也可具有其他形状(例如细长的)。
通过电容接近传感器52的检测或测量是基于导线58a、58b之间的电容变化。这种电容变化可取决于电极之间的距离、电极表面积、和/或导线58a、58b之间的介质的介电常数。电容传感器可感应出场力线，该场力线可受电容传感器52的传感器导线58a、58b附近的颗粒影响。电容(或阻抗)传感器可提供用于测量气体中的颗粒的高鲁棒性，同时能够执行无接触的检测。
电容传感器52可布置为通过考虑颗粒的典型性质来检测颗粒。这样，电容传感器52可进行调整以检测或测量某些颗粒。
应理解，也可使用其他阻抗传感器来代替电容传感器。
图7示出了包括引导元件64的通道结构2的通道的示意图(剖视图)。以有利的方式，引导元件64可在检测器位置处使用，用于将流体流中的颗粒引向检测器，例如以改进通过该颗粒检测装置1进行的颗粒检测。引导元件64形成凸起64。通道结构2的通道具有高度D1。在一个实例中，凸起64具有在通道直径D1的0.1倍至0.7倍范围内的高度D2。这样，通过凸起，可在通道结构2的通道中获得具有狭窄直径D2的部分。凸起64可布置在通道中的检测器20的位置处或附近，例如在通道的相对侧，以迫使颗粒朝向检测器20运动。
图8示出了通过使用颗粒检测装置1来检测流体流中的空气传播颗粒的方法的示意图。通过使用形成从入口6延伸到出口8的流体流动通路4的通道结构2来获得颗粒的分离。流体流动通路4包括多个流动通道，这些流动通道布置在连接到入口6的入口流动通道10和连接到出口8的出口流动通道12之间。在第一步骤1000中，在通道结构2中分离流动流，以通过分离部分14获得主流和次流。在第二步骤2000中，通过检测器检测主流和次流中的颗粒。在第三步骤3000中，通过扼流限制装置独立于压力条件而在通道结构2中保持基本上恒定的流动。
该方法可包括提供第一分离部分14，用于将入口流动通道分支成至少一个主流动通道和至少一个侧流动通道，例如以将流体流分离成在该至少一个主流动通道中的次流和该至少一个侧流动通道中的主流。该至少一个主流动通道中的次流包括大于第一预定尺寸的颗粒的主要部分，并且该至少一个侧流动通道中的主流包括大于第一预定尺寸的颗粒的次要部分。该方法可包括在该至少一个主流动通道或至少一个侧流动通道中的至少一个中提供一个或多个检测器，用于检测颗粒。扼流限制装置布置在通道结构中，以使得能够实现与压力条件无关的恒定流动。
该方法使得能够使用用材料板制造的通道结构分离气体中的颗粒，其中，气体通过容纳在板外部的泵而被抽吸或引导通过通道。气流可通过扼流限制装置进行调节，该扼流限制装置形成在通道结构中制造的临界孔口。扼流限制装置可布置在入口流动通道和/或出口流动通道中。颗粒由嵌入通道中的检测器检测，并且通过板外部的电子器件完成处理。
通道结构可通过3D打印、蚀刻或注射成型而用塑料或玻璃制造。也可使用其他合适的材料和制造技术。
颗粒检测装置可以是芯片实验室(LOC)或微型全分析系统装置的一部分，该微型全分析系统装置将一个或多个实验室功能集成在单个集成电路、芯片或系统上。芯片实验室装置可具有紧凑的尺寸，使得能够进一步小型化。
具有集成电子器件的微流体有利地用于检测空气传播颗粒。该颗粒检测装置可提供便宜的小型便携式装置，允许测量人对颗粒物和/或空气污染的个人暴露，并且优选地还具有提供与空气中所检测颗粒的成分、性质、特征和/或其他特性相关的一些信息的能力。
应注意，颗粒检测装置可相对容易地制造(例如，采用3D打印或注射成型)，并且甚至与实施本发明相关联的成本也不是非常高。在不脱离本发明构思的范围的情况下，可以多种方式修改和适应上述发明。实际上，所采用的材料，只要其与特定用途以及可能的形状和尺寸兼容，根据要求就可以是任意的。所有细节可进一步用其他技术上等效的元件来代替。
此外，本发明的所有细节可用其他技术上等效的元件代替，并且所使用的材料以及各种部件的形状和尺寸可根据需要而变化。
在本文中，参考本发明的实施方式的具体实例描述本发明。然而，显然，在不脱离本发明的本质的情况下，可在其中进行各种修改、变化、替换和改变。为了清楚和简明描述的目的，在本文中将特征描述为相同或单独实施方式的一部分，然而，具有这些单独实施方式中描述的所有或一些特征的组合的替代实施方式也被设想和理解为落入由权利要求书概述的本发明的框架内。因此，说明书、附图和实例应被认为是说明性的而不是限制性的。本发明旨在包括落入所附权利要求的精神和范围内的所有替换、修改和变化。此外，所描述的许多元件是功能实体，其可实现为离散的或分布式的部件，或者以任何合适的组合和位置与其他部件相结合。
在权利要求中，位于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除存在除了权利要求中列出的那些特征或步骤之外的其他特征或步骤。此外，词语“一”和“一个”不应被解释为限于“仅一个”，而是用于表示“至少一个”，并且不排除多个。在相互不同的权利要求中引用某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。

Claims (15)

1.一种颗粒检测装置，包括通道结构，所述通道结构布置为通过分离来检测流体流中的空气传播颗粒，其中，所述通道结构形成从入口延伸到出口的流体流动通路，所述流体流动通路包括多个流动通道，所述多个流动通道布置在连接到所述入口的入口流动通道和连接到所述出口的出口流动通道之间；
其中，所述颗粒检测装置能连接到接收装置，所述接收装置包括泵或风扇，以用于使流体流能够通过所述通道结构的所述流体流动通路；
其中，所述入口流动通道从所述入口延伸到第一分离部分，所述第一分离部分布置为将所述入口流动通道分支成至少一个主流动通道和至少一个侧流动通道，其中，所述第一分离部分布置为将所述流体流分离成所述至少一个主流动通道中的次流和所述至少一个侧流动通道中的主流，所述至少一个主流动通道中的次流包括大于第一预定尺寸的颗粒的主要部分，并且所述至少一个侧流动通道中的主流包括大于所述第一预定尺寸的颗粒的次要部分；
其中，所述至少一个主流动通道和所述至少一个侧流动通道中的至少一个包括布置为检测颗粒的一个或多个检测器；并且
其中，所述多个流动通道中的至少一个包括扼流限制装置，所述扼流限制装置布置为在使用中提供扼流，以使得能够独立于压力条件而在所述流体流动通路中实现恒定流动。
2.根据权利要求1所述的颗粒检测装置，其中，所述扼流限制装置布置在所述出口流动通道中。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒检测装置，其中，所述扼流限制装置通过具有50微米至300微米的液压直径的通道收缩部而获得。
4.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒检测装置，所述颗粒检测装置还包括用于调节所述扼流限制装置的液压直径的装置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒检测装置，其中，所述通道结构包括位于所述第一分离部分下游的至少一个另一分离部分，其中，所述另一分离部分布置为将所述第一分离部分的所述至少一个主流动通道或与其连接的通道分支成至少一个另一主流动通道和至少一个另一侧流动通道，其中，所述另一分离部分布置为将所述流体流分离成所述至少一个另一主流动通道中的次流和所述至少一个另一侧流动通道中的主流，所述至少一个另一主流动通道中的次流包括大于第二预定尺寸的颗粒的主要部分，并且所述至少一个另一侧流动通道中的主流包括大于所述第二预定尺寸的颗粒的次要部分，其中，所述至少一个另一主流动通道和所述至少一个另一侧流动通道中的至少一个包括布置为检测颗粒的一个或多个检测器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒检测装置，其中，所述一个或多个检测器包括叉指型电容传感器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒检测装置，其中，在检测器位置处采用引导元件，以用于将颗粒引向所述检测器。
8.根据权利要求7所述的颗粒检测装置，其中，所述引导元件通过高度为流动通道高度的0.1倍至0.7倍的凸起形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒检测装置，其中，所述颗粒检测装置连接到接收装置，所述接收装置包括泵或风扇，以用于使得流体流能够通过所述通道结构的所述流体流动通路。
10.根据权利要求9所述的颗粒检测装置，其中，所述通道结构能移除地连接到所述接收装置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒检测装置，其中，所述通道结构的至少一部分通过增材制造或3D打印来制造。
12.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒检测装置，其中，所述一个或多个检测器的至少一部分涂覆有响应涂层，所述响应涂层布置为对气体的存在作出反应，以使得能够测量气体的浓度。
13.一种颗粒检测系统，包括一个或多个根据前述权利要求中任一项所述的颗粒检测装置并包括读取装置，其中，一个或多个所述颗粒检测装置能移除地连接到所述读取装置。
14.一种用于通过分离来检测流体流中的空气传播颗粒的方法，该分离通过使用通道结构来获得，所述通道结构形成从入口延伸到出口的流体流动通路，所述流体流动通路包括布置在连接到所述入口的入口流动通道与连接到所述出口的出口流动通道之间的多个流动通道，其中，所述通道结构能连接到接收装置，所述接收装置包括泵或风扇，以使得流体流能够通过所述通道结构的所述流体流动通路；所述方法包括：
提供第一分离部分，以用于将所述入口流动通道分支成至少一个主流动通道和至少一个侧流动通道，例如以将所述流体流分离成所述至少一个主流动通道中的次流和所述至少一个侧流动通道中的主流，所述至少一个主流动通道中的次流包括大于第一预定尺寸的颗粒的主要部分，并且所述至少一个侧流动通道中的主流包括大于所述第一预定尺寸的颗粒的次要部分；
在所述至少一个主流动通道和所述至少一个侧流动通道中的至少一个中设置一个或多个检测器，以用于检测颗粒；以及
在所述多个流动通道中的至少一个中设置扼流限制装置，所述扼流限制装置布置为在使用中提供扼流，以使得能够独立于压力条件而实现恒定流动。
15.根据权利要求14中任一项所述的方法，其中，基于待检测的颗粒来选择所述扼流限制装置的液压直径。
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