CN111433587A - 生物气溶胶颗粒检测器 - Google Patents

生物气溶胶颗粒检测器 Download PDF

Info

Publication number
CN111433587A
CN111433587A CN201980005611.6A CN201980005611A CN111433587A CN 111433587 A CN111433587 A CN 111433587A CN 201980005611 A CN201980005611 A CN 201980005611A CN 111433587 A CN111433587 A CN 111433587A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
air flow
detector
particle
fluorescence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980005611.6A
Other languages
English (en)
Inventor
艾瑞克·萨斯奇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cbrn International Ltd
Original Assignee
Cbrn International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cbrn International Ltd filed Critical Cbrn International Ltd
Publication of CN111433587A publication Critical patent/CN111433587A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1434—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers using an analyser being characterised by its optical arrangement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
    • G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1404—Fluid conditioning in flow cytometers, e.g. flow cells; Supply; Control of flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1456—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
    • G01N15/1459—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6486—Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
    • G01N15/01—
    • G01N15/075—
    • G01N15/1409—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke
    • G01N2015/019—

Abstract

一种颗粒检测器(10)，包括限定腔室(14)的外壳(12)，和空气流喷射器(16)，其在腔室中产生带有夹带的颗粒(20)的空气流。光源(22)产生与空气流相交并宽于空气流的光束(24)。光检测组件(40)检测由空气流中的颗粒对光束的散射而产生的光。数字转换器(38)产生散射数字值的序列，每个数字值都表示每第一单位持续时间检测到的光。另外，加和组件(39)产生加和的散射数字值(41)的序列，每个加和的散射数字值都等于顺序的一组n个数字值的总和，并且相继的加和的数字值偏移一个第一单位持续时间，并且与最邻近的重叠n‑1个第一单位持续时间。最后，检测组件(42)处理加和的散射数字值以检测颗粒。

Description

生物气溶胶颗粒检测器
技术领域
本发明涉及基于发光二极管的生物荧光颗粒检测器。
背景技术
在许多情况下，需要确定周围空气中的生物气溶胶水平。许多人类、动植物病原体(诸如病毒和细菌)通过附着到原本良性的气溶胶颗粒上或经过有目的的气溶胶生命周期阶段(诸如孢子)而从一个宿主传播到另一宿主。这些生物气溶胶在药物生产设施和任何类型的洁净室中特别不利。
监测生物气溶胶的方法数量有限。法国Saint-Cyr-l'école的Proengin公司销售一种产品，该产品使采样空气流通过氢火焰。该公司的文献表明，由生物气溶胶氧化产生的光谱特征能够用于检测许多不同类型的病原生物。然而，很可能许多碳质材料会表现出非常相似的特征，并且这种方法可能很容易错误地将有机气雾剂错误地归类为生物学性质，因此除非在特定应用中才有很大用途。
第二种方法已经成为尤其是美国国防部的相当多的研究和开发的主题，它是基于紫外线荧光的。在这种方法中，利用了生物化学物质在紫外线照射下发出荧光的广泛特性。荧光化学物质在活生物体中无处不在，并且可以是诸如芳香族氨基酸、NADH和黄素之类的化合物。在这些装置中，使空气流穿过紫外线束(光束通常垂直于粒子束放置)。然后，从任何气溶胶颗粒发出的荧光被光学收集，并由光电探测器逐个颗粒或以整体集成模式转换为相应的电子信号。在这两种情况下，都会产生与局部生物气溶胶浓度成比例的电子信号。
与火焰光度法相比，这种方法具有优势，因为它可能会减少来自大气有机碎片的假阳性，没有消耗品，并且不需要高度易燃的氢气。另外，荧光强度的差异可能有助于区分一些无关紧要的天然或人造有机气溶胶颗粒。逐颗粒方法是优选的，因为它允许更详细地检查气溶胶成分，但是单个生物气溶胶颗粒发出的荧光强度非常小，通常只有颗粒散射的光强度的1/1000或更小。因此，需要高效的收集和光电转换方法。
优选的检测装置是光电倍增管(PMT)和雪崩光电二极管。PMT具有很高的增益，但可能有些笨拙和易碎，而固态器件(如雪崩光电二极管)可能很小，但增益较小，并且可能无法在较高温度下工作。哪种方法更合适取决于应用。
乍一看，似乎希望设计激发光学器件和空气流喷射器，以使每个颗粒的荧光特征最大化。这是气溶胶颗粒筛分装置中最常用的方法。迫使颗粒穿过孔径，并使其穿过来自激光二极管的聚焦光束。这产生了大光子脉冲，该光子脉冲被检测器转换成等效的电子脉冲。然后将这些脉冲相加，并根据已知空气流量计算采样浓度。这种模拟方法的一个缺点在于，在不停止采样过程和测量背景计数的情况下，没有办法知道有多少计数与颗粒迁移真正相关，其与背景噪声脉冲(诸如在检测器内部产生的)相反。对于操作员而言，这将是额外的工作，并且会在没有执行采样的情况下强制运行一段时间。
在最大化检测到的颗粒的荧光特征和均匀检测空气流中相当大比例的颗粒之间可能还会有权衡。例如，可以使来自固态激光器的图像光斑大小非常小，并且使局部光强度非常高，从而使穿过焦点的颗粒被强烈地激发。然而，将包含1至10微米的颗粒的空气流聚焦到相应的小横截面上是极其困难的。在典型实施例中，或者是空气流中只有一小部分颗粒穿过激光束的焦点，而测量装置采样的许多颗粒却在未被检测到的情况下穿过，或者是这些颗粒被迫穿过如此小的孔径，所以存在随着时间的推移堵塞孔径的危险。另外，围绕激光束传播轴的径向强度分布通常是高斯分布，并且在离焦点不同距离处穿过的颗粒会遇到不同程度的UV激发，这使得很难定量估计整个气溶胶样本的粒度分布。
基本上，在文献中报道或在市场上出售的所有生物气溶胶检测器都使用镜面光学元件来收集信号荧光并将其聚焦到光电检测器上。这部分是由于缺乏低成本的紫外线波长的反射光学元件，以及部分是由于本领域技术人员偏爱使用金属反射光学元件，因为在第一方面，它们对工作波长不敏感。而且，所使用的曲面镜面聚焦在光束和空气流的交点上，由此使所产生的微弱荧光信号的反射最大化。然而，这可能在系统制造和维护中产生大量费用，因为反射光学元件可能非常昂贵并且很难在不损坏反射表面的情况下清洁。
发明内容
结合旨在是例证性和说明性的而非限制范围的系统、工具和方法来描述和说明以下实施例及其各个方面。在各种实施例中，已经减少或消除了一个或多个上述问题，而其它实施例针对其它改进。
在第一单独方面，本发明可以采取生物气溶胶检测器的形式，其具有限定腔室的外壳。空气流喷射组件将来自外壳外部的空气流喷射到腔室内，并且紫外光源产生与空气流相交的光束。另外，第一光具组具有：第一准直透镜，其与光束成一定角度放置；第一波长范围带通滤光器与第一准直透镜成直线放置；第一聚焦透镜，其与第一准直透镜同轴并聚焦通过长波带通滤光器传输的光；以及第一光检测器，其被定位成接收和检测来自第一聚焦透镜的光。此外，第二光具组具有：第二准直透镜，其与第一准直透镜同轴，处于光束的相对侧；第二波长范围带通滤光器，其与第一准直透镜成直线放置，并用作反射第一波长范围的光的反射镜和用作仅使第二波长范围的光通过的波长敏感窗口；第二聚焦透镜，其与第二准直透镜同轴放置，并聚焦由第二波长范围带通滤光器传输的光；以及第二光检测器，其被定位成接收和检测来自第二聚焦透镜的光。利用这种构造，从第二波长范围带通滤光器反射的光被第二准直透镜聚焦，并且被第一准直透镜接收，由此增加被第一光检测器接收的第一波长范围的光。
在第二单独方面，本发明可以采取颗粒检测器的形式，该颗粒检测器具有限定腔室的外壳和空气流喷射组件，空气流喷射组件在腔室内产生具有横向范围的空气流，该空气流在整个范围上具有基本恒定的空气速度。而且，光源产生与空气流相交的光束，并且光束的尺寸和形状被确定为使得光束的横向范围在恒定速度的空气流范围内具有基本均匀的强度。另外，光检测组件被配置和定位成检测由空气流中的颗粒发射的来自光束的光量，并且颗粒检测组件响应于来自光检测组件的输入来检测空气流中的颗粒。最后，响应于光检测组件，颗粒尺寸估计组件基于由光检测组件从颗粒检测到的光量来估计每个检测到的颗粒的尺寸。
在第三单独方面，本发明可以采取生物气溶胶检测器的形式，该生物气溶胶检测器具有限定腔室的外壳并且具有空气流喷射组件，空气流喷射组件将来自外壳外部的空气流喷射到腔室内。紫外光源具有紫外光发光二极管和透镜序列，该透镜序列使来自紫外光发光二极管的光准直并聚焦，由此产生与空气流相交的光束，以便存在空气流和光束的交点。而且，荧光检测光具组被定位成接收来自空气流和光束的交点的光，并且包括透镜的序列和插置在该序列中的长波带通滤光器。荧光检测器被定位成接收和检测来自荧光检测光具组的光。另外，散射检测光具组被定位成接收来自空气流和光束的交点的光，并且包括透镜的序列和插置在该序列中的短波带通滤光器。散射光检测器被定位成接收和检测来自散射检测光具组的光。最后，外壳的多个部分是可移除的，以允许接近腔室的内表面，该内表面包括暴露于从空气流中逸出的颗粒的透镜表面，以进行清洁。
在第四单独方面，本发明可以采取生物气溶胶检测器的形式，该生物气溶胶检测器包括限定腔室的外壳和空气流喷射组件，空气流喷射组件在腔室中产生带有夹带的颗粒的空气流，夹带的颗粒在横向范围内具有平均速度。此外，光源产生与空气流相交的光束，并且光检测组件被配置和定位成检测由空气流中的颗粒对来自光束的光的散射而产生的光。而且，数字转换器响应于光检测组件而产生代表光检测值的第一数字值的序列。最后，数据处理器响应于第一数字值的序列反复地计算背景噪声水平，该数据处理器通过检测到噪声水平已经升高到阈值之上的状况而响应于高密度小颗粒的状况，其中，由于空气流中未被检测到且数量多到足以提高噪声水平的小颗粒而导致噪声水平升高，由此影响了对颗粒进行检测。
在第五单独方面，本发明可以采取生物气溶胶检测器的形式，该生物气溶胶检测器包括限定腔室的外壳和空气流喷射组件，空气流喷射组件在腔室中产生带有夹带的颗粒的空气流，夹带的颗粒在横向范围内具有平均速度。此外，光源产生与空气流的横向范围相交并且具有等于或大于空气流的横向范围的最小横向范围的光束，并且光子检测组件包括光具组和光子检测器，并且被配置和定位成响应于来自从光源发出并由空气流中的颗粒散射的光的光子相遇而产生输出脉冲。数字转换器响应于光子检测器，用以产生第一数字值的序列，每个第一数字值都表示每单位持续时间来自光子检测组件的输出脉冲的检测值。最后，光子检测器连续高状态传感器也响应于光子检测组件，并适于检测连续的高输出状态，由此表示光子的泛滥正防止光子检测器在光子相遇之间转换成低状态。
在第六单独方面，本发明可以采取颗粒检测器的形式，包括：外壳，其限定腔室；空气流喷射组件，其在腔室中产生具有横向范围的空气流；以及光源，其产生与空气流相交的光束。此外，光检测组件被配置和定位成检测空气流中的颗粒对来自光束的光的散射，并且数字转换器响应于光检测组件，用以产生第一数字值的序列，每个第一数字值都表示每单位持续时间检测到的光。最后，数据处理组件响应于数字值的序列而计算背景噪声估计值，并且通过分析背景噪声估计值随时间的变化来确定高于背景噪声升高阈值的背景噪声的升高是否已经在比时间段阈值更长的时间段内发生，反复地确定光检测组件的内表面是否已由于粘附颗粒而弱化。
在第七单独方面，本发明可以采取检测生物气溶胶的方法的形式，包括检测颗粒并估计每个检测到颗粒的颗粒尺寸并确定每个检测到的颗粒的荧光强度。比较每个检测到的颗粒的颗粒尺寸和荧光强度，以得到每个颗粒的归一化的荧光强度，并将一个时间段上的归一化的荧光强度与最大阈值进行比较，从而检测高荧光度的人造物质。
在第八单独方面，本发明可以采取生物气溶胶检测器的形式，该生物气溶胶检测器包括：外壳，其限定腔室；空气流喷射组件，其在腔室中产生带有夹带的颗粒的空气流，夹带的颗粒在横向范围内具有平均速度；以及紫外光源，其产生与空气流相交的光束。同样地，散射光检测组件被配置和定位成检测由空气流中的颗粒对来自光束的光的散射而产生的光，并且包括：第一透镜，其具有面向腔室的表面；和荧光检测组件，其包括长波长滤光器，并检测较长波长的光，该较长波长的光表示已经由来自空气流中的颗粒的生物荧光产生的光；和第二透镜，其具有面向腔室的表面。最后，散射光检测组件能够作为单个单元被移除，由此允许容易地接近第一透镜，从而允许清洁透镜。
在第九单独方面，本发明可以采取颗粒检测器的形式，该颗粒检测器包括限定腔室的外壳和空气流喷射组件，空气流喷射组件在腔室中产生带有夹带的颗粒的空气流，夹带的颗粒在横向范围内具有平均速度。光源产生与空气流的横向范围相交并具有等于或大于空气流的横向范围的最小横向范围的光束，并且被配置和定位成检测由空气流中的颗粒对来自光束的光的散射而产生的光。同样地，数字转换器响应于光检测组件，用以产生散射数字值的序列，每个数字值都代表每第一单位持续时间检测到的光。另外，加和组件产生加和的散射数字值的序列，每个加和的散射数字值都等于顺序的一组n个数字值的总和，并且相继的加和的数字值偏移一个第一单位持续时间，并且与最邻近的加和的数字值重叠n-1个第一单位持续时间。最后，颗粒检测组件处理加和的散射数字值以检测颗粒。
在第十单独方面，本发明可以采取检测颗粒的方法的形式，该方法使用颗粒传感器，该颗粒传感器包括限定腔室的外壳和空气流喷射组件，空气流喷射组件在腔室中产生带有夹带的颗粒的空气流，夹带的颗粒在横向范围内具有平均速度。而且，光源产生与空气流的横向范围相交并具有等于或大于空气流的横向范围的最小横向范围的光束。光检测组件被配置和定位成检测由空气流中的颗粒对来自光束的光的散射而产生的光，并且数字转换器响应于光检测组件，用以产生散射数字值的序列，每个数字值都表示每第一单位持续时间检测到的光。在该方法中，对顺序的多组散射数字值进行加和，由此产生加和的散射数字值的序列，每个加和的散射数字值都等于顺序的一组n个数字值的总和，并且相继的加和的数字值偏移一个第一单位持续时间，并且与最邻近的加和的数字值重叠n-1个第一单位持续时间。最后，处理加和的散射数字值以检测颗粒。
在第十一单独方面，本发明可以采取生物气溶胶检测器的形式，该生物气溶胶检测器包括限定腔室的外壳和将来自外壳外部的空气流喷射到腔室内的空气流喷射组件。同样地，紫外光源产生与空气流相交的光束。荧光检测光具组具有：光具组，其包括长通滤光器；光检测器，其被定位成接收和检测来自光具组的光；以及数字转换器，其适于产生荧光数字值的序列，每个数字值都表示由光检测器接收的光的固定持续时间。类似地，光散射检测光具组具有：光具组，其具有短通滤光器；光检测器，其被定位成接收和检测来自光具组的光；以及数字转换器，其适于产生散射光数字值的序列，每个数字值都表示由光检测器接收的光的固定持续时间。数据处理组件执行颗粒检测例程，其中对散射光数字值的序列进行处理以检测颗粒并在每次检测到颗粒时都产生颗粒信息集合，包括颗粒检测时间段和检测到的颗粒尺寸，并且检查与颗粒检测时间段对应的荧光数字值，以确定每个检测到的颗粒信息集合的荧光强度。
除了上述例证性方面和实施例之外，通过参考附图并通过研究以下详细描述，其它方面和实施例将变得明显。
附图说明
在参考的附图中例示出示例性实施例。意图在于本文公开的实施例和附图应被认为是例示说明性的，而非限制性对
图1是根据本发明的生物气溶胶检测器的截面图。
图2是相对于图1的截面图成90度角所截取的图1的生物气溶胶检测器的截面图。
图3是描述从图1的系统收集的数据的处理的框图。
图4是在图1的截面图的中心发生的、光束与采样空气流的交点的详图。
图5是沿图4的线5-5示出的图4中所示的交点的详图。
图6A是将采样颗粒从喷嘴壁移开的采样空气喷射喷嘴的横截面图。
图6B是相对于图6A的空气喷射喷嘴具有较小的轮廓的第二采样空气喷射喷嘴的横截面图，其中仍使样本颗粒从喷嘴壁移开。
图7是用于每350微秒时间段的散射光子计数的典型累积分布函数的图。
图8是为了清洁而部分拆开的图1的检测器的视图。
具体实施方式
结合旨在是例证性和说明性的而非限制范围的系统、工具和方法来描述和说明以下实施例及其各个方面。在各种实施例中，已经减少或消除了一个或多个上述问题，而其它实施例涉及其它改进。
优选实施例系统概述
参考图1，在生物气溶胶检测器10(也可以称为“颗粒检测器”)的优选实施例中，外壳12限定腔室14。空气喷嘴组件16和离心空气泵18(可以统称为“空气流喷射组件”)产生具有恒定流速的空气流20。而且，光源光具组22(可以简称为“光源”)产生与空气流20成90度角的紫外光(UV)荧光激励的光束24，使得光束24和空气流20正交地相交，而在腔室14的几何中心处产生空气流20的圆柱状照明段。
现在参考图2，进一步详细论述的荧光光子检测光具组30和散射光子检测光具组40(可以单独或统称为“光检测组件”)被放置在优选地关于空气流20和光束24的中心线限定的平面成90度定位的公共中心线上。荧光检测光具组30经过长通滤波以允许检测由荧光有机物质发出的光，该光将相对于作为光源光具组22(图1)的特征的波段偏移到更长的波长，而散射检测光具组40经短通滤波以检测来自颗粒的散射，其强度应比荧光信号强约3个数量级，或更大。检测光具组30和40分别以荧光光子计数倍增管(PMT)32和散射PMT 42结束。
作为参考图3的非限制性示例，穿过光束24的颗粒的穿越时间为350微秒。为了获得颗粒穿过光束行进的可靠特征，重叠的350微秒的散射传送仓计数41和荧光传送仓计数43分别是从由计数器38和36(也可以称为“数字转换器”)分别从PMT 32和PMT 42收集的50微秒间隔的光子计数(也可以称为“数字值”)的迭代加和。虽然下面的讨论以计数器38和36收集的50微秒的计数继续，但是在替代的优选实施例中使用通常在25微秒至60微秒之间的其它初始计数。重叠的350微秒的时间段将被称为“传送仓时间段”，并且在这些时间段上加和的光子计数将被称为“传送仓计数”或“加和的数字值”。传送仓时间段每隔50微秒递增，因此它们与最相邻的传送仓时间段重叠300微秒。由于颗粒横穿光束需要350微秒，因此总会有其对于光束的每个颗粒横穿来说偏移都小于25微秒的传送仓时间段(计数为41)。使用在大约50毫秒内收集的散射传送仓计数41的阵列执行颗粒检测42和颗粒尺寸估计。对于检测到的每个颗粒44，对应于颗粒尺寸范围的尺寸仓50都增加1，由此保持颗粒检测次数保持在该尺寸范围内。然后选择相应的荧光传送仓计数(框46)并且与净散射传送仓的数值进行比例比较(框48)，也将所得比率(荧光的归一化值)分配给尺寸仓50，以保持荧光与散射比率的连续计数。
为了表征影响人类或动物健康的气溶胶，传送仓的数量通常可以是一到八个，四个传送仓通常足以进行详细检查，而无需过多的计算能力或在各个传送仓计数中产生令人反感的统计噪声。当检测到潜在的危险情况时，会响起警报54。每30秒，评估一次最终数据结果52，并将其提供54给用户查看，包括：
·每个尺寸仓范围内的空气流中的气溶胶颗粒浓度
·每个尺寸仓中具有生物学性质的气溶胶颗粒的百分比
·每个颗粒尺寸仓的标度荧光强度
·背景荧光和散射水平
光束和空气流
参考图1，UV光束24由长寿命的高功率UV LED 58(例如由日本德岛市Nichia公司制造的NCSU033b，标称工作波长为365nm，具有1mm x1mm的发射面，在该区域上，光非常均匀地发射)产生。在优选的实施例中，LED 58在面积大于0.5mm2的面上均匀地发射光。该光被光源光具组22聚焦，使得LED的发射面被成像到与光子检测部的中心线和空气流20的中心线两者一致的平面上。空气流20的横截面上的UV光强度的设计目标(参见图4、图20；图5、图24)在于光强度变化25％或更小。例如，用固态激光二极管很难做到这一点，因为光源很小，发射图案可能是各向异性的，并且通常在其横截面上强度不均匀。在优选实施例中，光具组22在与空气流20的相交处投射光束24，使得其被放大1.5倍。在另一优选实施例中，该比率为2倍。通常，该比率的范围可以是从1.0倍至2.5倍。在优选实施例中，光束24的横截面是正方形的，并且在其与空气流20的交点处具有大于0.75mm×0.75mm的尺寸。在优选实施例中，空气流20的横截面是圆形的，并且直径大于0.5mm且小于2mm。在优选实施例中，空气流20中夹带的颗粒需要80微秒至800微秒以上才能传送过光束24。
没有被颗粒偏转的光穿过腔室14进入光收集器59，以最小化到达检测器的杂散光。光收集器59可以结合有光纤链路310和光电检测器300，或用于监测UV LED 58的输出的任何替代方法，该方法不干扰光收集器59的激发过程或功能。光电检测器300能够用于检测LED故障，或提供参考信号，以按比例校正激发光强度随时间的任何衰减。
图4和5示出了光束24与采样空气流20的交点的细节图，该交点发生在图1的截面图的中心处。应注意，喷嘴16的圆形侧壁63没有关于光束24和空气流20的横截面按比例绘制。因而，喷嘴的位置可能不与光束24和空气流20的横截面接近。相反，图4和图5的比例是为了实现强调聚焦的光束24具有优选笔直、平行的边缘(空气流20与其在此相交)并且具有与空气流20相等或更大的最小高度和宽度，空气流20通常具有圆柱形对称浓度分布。因此，如果聚焦的LED图像为1.5mm2(1mm2发射区域的1.5倍放大率)，则颗粒束直径不得超过1.5毫米。因而，当满足这种标准时，空气流20中的每个颗粒都行进相同的距离跨过光束24，并且由于空气流的速度在其横向尺寸上非常均匀，因此在光束24中花费相同的停留时间。由于光束24在其横向范围内同样明亮，所以每个颗粒在通过光束24时都受到相同量的光照射。同样重要的特征是，交点处的空气流和光束的横截面要比正在检查的颗粒的横截面大得多，优选地为100倍或更大，使空气流进口孔被堵塞的可能性非常低。也可以通过使用各种上游过滤器或筛网来防止堵塞，这些上游过滤器或筛网从采样空气中去除较大的颗粒和漂浮的碎屑。
可以使用如图1和图2中所示的传统的会聚喷嘴组件16来形成空气流20。这种方法的缺点在于，气溶胶颗粒可能会撞击并粘附在喷嘴的会聚部分上。然而，这通常是自限性的，从而在该表面上形成单层的气溶胶碎片。更加令人关注的问题是，随着接近喷嘴壁，空气流20的轴向速度可能会过快地降低，从而导致喷嘴出口处的颗粒的速度范围过大。
这可以通过使空气流20产生离心力来抵消，该离心力使在期望的尺寸范围内的夹带的颗粒移动离开喷嘴壁。为了在空气流20中获得更恒定的空气速度并使颗粒从喷嘴壁移开，参见图6A，优选的空气喷嘴组件16包括：环形进气口51，其向检测器10外部的周围空气敞开；以及圆形挡板结构53，其将采样空气重新引导穿过S形径向向内引导的路径，从而使其在朝着喷嘴喉部56时加速，在喷嘴喉部56处，采样空气被变窄的通道56进一步加速。使用离心空气泵18(图1)通过腔室14抽入空气，由此通过喷嘴组件16抽入空气。空气流20从喷嘴组件16形成，在喷嘴出口直径的约80％上为标称平坦的速度曲线，并且夹带的颗粒从喷嘴的内壁移开。通过使喷嘴相对较短，可以引起这种颗粒行为，从而防止出现完全展开的流动曲线。由S形径向向内的空气流产生的离心力会导致夹带的气溶胶颗粒(最初靠近外部喷嘴壁)朝着气流的中心移动并远离壁移开。这导致较少的颗粒在进入询问腔室14之前通过壁粘附而损失，并且确保了夹带的颗粒位于采样空气流的更居中的横截面中，在该横截面中速度的值更恒定。一种设计标准在于，在投影到由激发和检测光轴限定的平面上的气溶胶流的最大外径所限定的区域内，空气速度(以及因此颗粒速度)与平均值的偏差不得超过20％。
空气流20的雷诺数保持在层流或过渡范围内，以最小化腔室14中的湍流。在一个优选实施例中，采样空气流为1.2升/分钟，环形空气进口50的宽度为1毫米，外径为7.4毫米，喷嘴出口直径202为1.5毫米(参见图6A)。在第二优选实施例中，空气流量可以在0.25至3升/分钟的范围内。为了使颗粒束在离开喷嘴组件16之后的径向膨胀最小化，在任何优选实施方式中，空气流20都进入具有最小流动直径203的收集喷嘴201(图2)，该最小流动直径与喷嘴组件16的出口直径202(图6A)基本相同。
在某些情况下，可能没有足够的物理空间来容纳喷嘴组件16'的S形气溶胶偏转结构，或者喷嘴外部可能会阻塞太多的信号光。防止气溶胶接触喷嘴内壁的另一优选实施例在图6B中示出。在这种方法中，锥形通道51'从圆柱形进口段65的外部延伸到径向对称的内部容积57'。内部容积57'通过同轴膨胀段61'和圆柱形延伸管55'与询问腔室14连通。圆柱形对称锥形通道51'与内部容积57'的相交导致在内部容积57'的排出面上形成唇缘53'。
当采样空气径向向内地流过锥形通道51'时，进入和靠近唇缘53'通过的那些流线会强烈弯曲，并在所述流体流中的夹带的气溶胶颗粒上施加离心力。这种离心力促使所述颗粒移离膨胀段61'的壁和圆柱形延伸管55'。相应地，当空气流进入内部喷嘴63'时，在喷嘴内壁56'附近有一个环形的流动区域，在尺寸为大约1微米或更大的可吸入气溶胶颗粒中，该环形的流动区域显著减小。
可选地，可以添加第二管状采样空气进口49'，第二管状采样空气进口49'从容积57'的与膨胀段61'相对的端部同轴地穿透到圆柱形的内部容积57'。尽管该第二空气进口对颗粒与喷嘴内壁的接触的影响可忽略不计，但在稳定离开内部容积57'的空气流和夹带的大颗粒方面是有效的。在没有这种次进口流的情况下，较大的颗粒可能倾向于冲击内部容积57'的壁。
锥形通道51'可以具有0.5至0.75mm的宽度；锥形通道相对于进口段65'的轴线的角度可以在5至30度的范围内，并且唇缘53'的曲率半径应小于0.5mm。唇缘直径应为2mm，膨胀角小于5度，延长管直径为2.5mm，喷嘴出口直径应为1.5mm。如果采用第二空气进口，则直径可以有用地在0.5mm至2mm的范围内，并且通过次空气进口49'的空气流的百分比可以在5％至25％的范围内。在一个实施例中，取决于离心空气泵的设置，离开喷嘴6B的空气流可以具有大约1500厘米/秒的平均速度和仅100微秒的滞留时间。在第二实施例中，平均离开空气流速度可以是430厘米/秒。该速度在1.5mm2的光束24中产生了350微秒的夹带颗粒滞留时间。
与其它气溶胶偏转结构一样，期望以层流或过渡流操作并避免湍流，因为湍流将促进气溶胶颗粒向进口喷嘴壁的传输。
散射和荧光光路
如图2中所示，光具组30始于荧光光具组的收集透镜82，光具组40始于散射光具组的收集透镜92。透镜82和92两者都在空气流20和光束24的交点处具有与透镜的焦距一致的物点。
收集的光以标称准直的状态从每个收集透镜82和92出射，也就是说，光线平行于透镜中心线。这种准直光线适合于使用由多层膜组成的二向色滤光器进行波长过滤，该多层膜能够被构造成使短波长的光或长波长的光通过(分别为短通滤光器和长通滤光器)。因而，来自透镜82的光遇到长通二向色滤光器84，并且来自透镜92的光遇到短通二向色滤光器94。两个滤光器都垂直于各自的透镜轴对准。长通滤光器84使由荧光有机物质的荧光产生的光通过，这种光产生比照亮生物物质的光更长的波长的光。较短波长的光被滤光器84反射。以类似方式，处于光源光具组22发射的波长的光穿过短通滤光器94，并且较长波长的光被反射。
来自滤光器84和94的反射光分别被透镜82和92聚焦到腔室14的中心，从该点分别穿过透镜92或82(除非反射了光的颗粒直接进入中心，在这种情况下，颗粒部分地遮挡该光)。以这种方式，从短通滤光器94反射的荧光然后被重定向到荧光检测光具组30，并且从长通滤光器84反射的光被重定向到散射检测光具组40，在两种情况下，都添加到检测到的信号。
穿过滤光器84和94的光分别由透镜86和96聚焦到光子计数倍增管(PMT)32或42的检测表面，在此对光子进行计数并存储在一系列连续的采样时间仓中。
在优选实施例中，为了使某些像差最小化并降低制造成本，透镜82、86、92和96具有相同的设计。这些透镜优选地是平凸的，其中凸轮廓是非球面的，以使光捕捉最大化。此外，这些透镜的折射率对于散射和荧光基本相同，并且表面进行了抗反射涂层处理，以使菲涅耳反射最小化。此外，抗反射涂层非常耐用，可以保护下面的玻璃，由此使透镜易于清洁。
为了使折射率变化的影响最小化，如果散射和荧光通道(30和40)的光谱通带有实质性的分离，则优选对光捕捉透镜82和92使用下述的焦距，该焦距是激发通道通带和荧光通道通带之间的中间波长的特征。但是，对于将光信号传输到对应的光电检测器32或42的第二透镜86和96，推荐每个相应的通道通带中的中间波长。根据散射和荧光通道(30和40)的通带，使用了许多低自发荧光的光学玻璃中的一种。在一种变体中，这种玻璃是熔融石英。
从框39和37开始，由计算机执行图3中所示的动作，在一个实施例中，为连接至图1和图2中所示的检测器10的多个部分的专用计算机的形式，例如膝上型计算机，其通过USB电缆连接，并具有显示器或听觉警告系统或者两者(更宽泛地是“人类可感知的通知装置”)以通知用户警报情况(下面说明)，以及键盘以用于用户输入。在可替代的优选实施例中，计算机是微处理器/微控制器的形式，具有：相关联的随机存取存储器和静态存储器(用于存储计算机指令)，存储器被集成到图1和2中所示的检测器10的多个部分中；以及显示器和用户数据输入装置。
数据处理与检测
传送仓计数的计算
如概述中所述，采样计数器36和38传递PMT在收集时间内接收到的光子数的值(也可以称为“第一数字值”)，收集时间通常为颗粒传送仓时间的1/3或更小。在优选实施例中，这些值被传送到微处理器(未示出)以进行进一步处理，如图3所示并在下面所述。在可替代的优选实施例中，膝上型计算机或平板计算机通过USB电缆或其它装置连接到检测器10，并且具有安装的程序以执行以下描述的处理。在使用微处理器的实施例中，显示器和键盘(未示出)可以连接到微处理器，以允许人类用户输入选择并被告知警报状况和其它数据。
如前所述，在一个优选实施例中，一个颗粒需要350微秒穿过光束24。如果使用连续的350微秒的时间间隔进行检测，则在时间间隔之间平均分配在其传送时间中的颗粒在最坏的情况下将在任何一个时间间隔中都将以实际计数强度的一半出现。颗粒到达时间和光子发射都遵循泊松统计：为了在确定每个颗粒的光输出方面获得最大的准确性，期望任何单个颗粒发射的大多数光子都驻留在单个传送时间仓中。为了避免这些问题，优选的传送仓时间段应为实际颗粒传送时间的约75％或更多，并且计数器36和38应累计不超过传送仓时间段的1/2的同时时间段的计数。在非限制性示例中，在计数器36和38的采样时间段为50微秒的情况下，采样时间段和时间偏移是传送仓时间段的1/7。
超过实际颗粒传送时间的任何传送仓时间段都将捕获在传送期间中发射的所有光子，但是过大的传送仓时间段可能会在采样的颗粒浓度高时开始影响装置区分时间上紧密间隔的颗粒的能力。准确确定背景噪声水平也变得更加困难。为此，除已知的采样颗粒浓度较低时之外，大于实际颗粒传送时间约2倍的传送仓时间段不适用。
传送仓计数累积方法
在优选实施例中，形成50微秒的样本，并将每个样本都顺序地添加到七个不同的传送仓加和位置39(统称为“加和组件”)中的每一个，从而形成7个不同的重叠的350微秒的采样间隔总和的一部分。表1示出了在18个采样时间段的跨度(即，实耗时间为900微秒)上的这种过程。应注意，前6个传送仓计数为短计数并且不可用。如果传送仓数据阵列表示的总实耗时间显著大于传送时间，则这些数据点的丢失不是实质性问题。
Figure BDA0002482473700000141
Figure BDA0002482473700000151
在这种方法中，加和位置39(图3)最初被设置为零。然后，在下一个350微秒上，来自散射通道计数器38的值按顺序存储在第一7个连续的存储位置中。在另一50微秒之后，将计数器38的值添加到7个连续的存储位置；但是第一存储位置相对于初始步骤已增加了一个位置。因而：
1.第一50微秒散射计数进入加和位置1、2、3、4、5、6和7
2.将第二50微秒散射计数添加到加和位置2、3、4、5、6、7和8
3.将第三50微秒散射计数添加到加和位置3、4、5、6、7、8和9
4.进一步迭代。
这能够通过计数器38和36两者容易地实现。在优选实施例中，仅散射通道值用于检测颗粒，因为散射光子计数率通常比荧光光子计数率高几个数量级，因此从颗粒散射的光子在本底噪声上比由荧光产生的光子更容易区分。与颗粒穿过光束的时间段最匹配的每个传送仓都将在传送仓计数上显示局部最大值，那些特定的散射和荧光传送仓提供供表征采样气溶胶环境所必需的散射和荧光信息。使用这些传送时间仓阵列中包含的信息，能够从PMT 32和42记录的荧光光子和散射光子特征中确定许多有用因素，其中最重要的是在逐个颗粒基础上的净散射和荧光光子计数。能够使用各种峰值查找算法来搜索和识别这些局部最大值，并且能够使用标准统计测试来确保它们不是归因于背景噪声的随机峰值。
在优选实施例中，荧光和散射传送仓累积的过程是自动化的，并且被实现为直接存储器访问(DMA)程序。这样节省处理器时间，然后可以将其用于分析较长的传送仓计数阵列。而且，由于该过程是固件实施的，因此能够更改固件，从而在开发和使用上具有更大的灵活性。
确定平均噪声和标准偏差的算法
本发明的显著优点在于实时计算系统背景噪声的能力。假设每个接收到的电子脉冲代表颗粒传送的常规模拟脉冲方法从根本上存在缺陷，因为许多接收到的计数可能归因于系统噪声。在这种模拟系统中确定背景计数的唯一方法是停止采样并凭经验确定背景计数率。这不令人满意，因为在此停滞时间内可能发生重要事件。这里，对两个通道都执行背景噪声计算，而使用散射通道传送仓计数41执行峰值(颗粒穿越)检测。背景噪声计数率很重要，因为能够从总计数率中减去它们以确定可归因于每个颗粒的散射和荧光传送特征的净光子计数。同样，它们也是设置颗粒检测阈值的因素。
使用统计方法以高效地完成此任务。通过散射PMT 42和荧光PMT 32以及归因于颗粒传送的计数而记录归因于背景噪声源的采样计数。尽管颗粒传送产生短时间的光子计数爆发，但噪声计数却以低得多的平均速率记录，并随时间随机分布。泊松统计可以很好地表征背景计数。在较高的背景噪声水平下，均值附近的计数分布趋向于高斯分布。如图7所示，如果根据传送仓计数绘制了传送仓数据的累积分布，则存在典型的S形曲线，这是泊松或高斯过程的典型特征，其中平稳段76高于对应于传送仓计数范围的平均值，在该平均值之上，背景噪声事件很少发生。在较高值的传送仓计数中，由于高度散射或荧光颗粒通过激发光束的传播而导致的累积分布中存在次平稳段78。在噪声背景已经达到其单独的累积平稳段76之后，该特征在累积仓统计图的右侧进一步发生。也就是说，如图7所示，在累积分布中有两个平稳段76和78。
因此，要实时确定平均背景计数率，则确定曲线上累积分布值是噪声背景平稳值的一半的点。根据定义，这是平均背景计数率。相同的背景协议用于计算荧光通道中的背景水平。一旦确定了平均值，就可以直接估算背景计数的标准偏差。这又为散射通道提供了一个标准以检测颗粒传送，同时避免了由背景噪声的自然变化引起的误报。实际上，即使两个平稳段没有很好地分开，平均背景和标准偏差的计算也不会受到实质性影响。
在优选实施例中，将颗粒检测阈值设置为高于散射通道的平均背景噪声水平的4个标准偏差。由于所有颗粒都会散射光，因此对应于峰值检测的散射通道传送仓数据点会识别所有颗粒的通过，包括生物和非生物的颗粒。通过从与峰值检测相对应的传送仓数据点的已测量总传送仓颗粒计数中减去荧光和散射通道的平均背景计数，可以确定所有颗粒传送的净计数。
分类和处理检测
在优选实施例中，基于电磁散射理论估计颗粒尺寸。当暴露于准直的紫外光下时，微米级颗粒散射的光强度大约与粒度的平方成比例。因此，颗粒尺寸大约与当颗粒穿过激发光束时产生的净散射光子的平方根成正比。在替代实施例中，执行散射的光子计数与颗粒尺寸的实际经验测试以校准颗粒尺寸估计。有了颗粒尺寸信息(“颗粒信息集合”的一部分)，就能够将颗粒分类为一组尺寸仓50。
检查与每个颗粒散射事件在时间上相对应的荧光计数，如果确定这些计数与荧光通道背景噪声相比在统计学上具有显著性，则从总传送计数中减去在整个传送时间段期间的荧光通道背景计数，该信息还针对每个尺寸类别存储为该颗粒的净荧光计数。
在优选实施例中，将每个尺寸仓中颗粒的净荧光计数按比例归一化为相应的净散射计数。即，将生物气溶胶颗粒的净荧光计数除以净散射计数。以这种方式，相对于散射强度测量荧光发射强度。首先，这种方法消除了对激发强度的依赖，因为两种类型的光子发射对颗粒尺寸的依赖性大致相同。对于1-10微米的临界可吸入颗粒尺寸范围，通过将该范围分成四个或更多个尺寸仓50而获得稳健结果。在优选实施例中，这些尺寸仓被定义为下列范围：1至2微米；2至4微米；4至7微米；以及7至10微米。然而，可能调节尺寸仓的数量和大小范围以适合不同的应用。
如果不执行此归一化，则荧光仓将过于偏重于来自大颗粒的计数。例如，考虑以下情况：上述第二仓尺寸范围包含两个球形颗粒，一个直径为2微米的颗粒和一个直径为4微米的颗粒，并且两个颗粒的单位面积荧光发射率为1计数/平方微米。然后，该仓中两个颗粒的累积荧光计数可被计算为20π计数。然后，偶然的观察者可能基于3微米的平均粒度来计算该仓的每单位面积荧光发射率约为2.22计数/平方微米，而每平方微米的荧光发射率仅为1计数，从而得出估算值是实际值的2.22倍，并且该值严重错误地表征了该仓的生物学特性。
通过使用本文所述的方法，用户可以访问开发周围环境的气溶胶背景的详细资料所需的信息，包括：
·所有气溶胶颗粒的数量和大小
·本质上为生物的气溶胶颗粒的百分比及其尺寸
·每个生物气溶胶颗粒尺寸仓的按比例缩放的荧光强度
·背景荧光和散射水平
在优选实施例中，荧光和散射颗粒浓度以及荧光强度的滚动平均值在每个尺寸仓的平均时间段10到60秒内保持，作为警报标准的基线或参考。在优选实施例中，如果生物气溶胶水平的一个平均时间段的长度上的变化大于滚动平均值四个标准偏差，则输入警报状态。如果生物气溶胶水平超过设定的高值，诸如每升空气中有1000个颗粒，或者仓的荧光强度超过指定水平，则也将输入警报状态。
可替代地，如果突然出现具有极高的比例荧光强度(荧光信号与散射信号之比)的气溶胶成分，则可能表明存在良性人造试剂(诸如纸张增白剂)或天然荧光团(诸如多环芳烃)。例如，如果一个或多个尺寸仓中的比例荧光强度超过了良性荧光检测阈值，则该状态可被忽略，或者将警报下调到较低的危险水平，该良性荧光检测阈值被设置为从这种参考的良性荧光气溶胶物质预期的信号的0.8，或者在可替代实施例中为0.5。在替代实施例中，相对于能够从威胁性荧光气溶胶物质预期的最高比例荧光强度设置良性荧光检测阈值，例如这种水平的两倍。在另一优选实施例中，良性荧光检测阈值被设置在最高预期威胁性比例荧光强度和最低预期良性比例荧光强度之间的一点处，例如这些水平之间的中间点。不仅能够监测生物气溶胶浓度，而且能够监测生物气溶胶荧光强度的能力允许用更细微的方法来处理可疑生物气溶胶背景中的变化。
在另一优选实施例中，当检测到引起警报的生物气溶胶浓度突然急剧增大时，可以将滚动平均值冻结在预警值并持续一段预先选择的时间段，诸如2至10分钟，以防止这种情况异常地影响滚动平均基线。
与仅使用统计上显著的荧光信号事件的计数来报告生物气溶胶颗粒的存在并且在检测到的颗粒束穿越期间不存储实际的荧光通道信号强度水平的生物气溶胶检测器相比，上述方法产生了很大的优势。在上述方法中，荧光强度可以产生有关正在检查的颗粒类型的信息。同样地，在没有将颗粒分配到尺寸范围的系统中，关于包含最大数量的生物气溶胶颗粒的粒度范围的有用信息会丢失。
噪声处理
在优选实施例中，每个通道中的标称背景信号(“背景信号”也可以称为“噪声”、“背景噪声”或“背景水平”)水平，并且也跟踪它们的标准偏差。这些变量以三种不同的方式使用。首先，它们提供了对表面污染的持续测量，并与参考基线噪声水平的警告阈值进行比较，同时评估了警报标准，以警告何时应清洁内表面以将背景噪声降低至可持续水平。在多个实施例中，该测试评估超过一个小时的时间段(诸如一天、一周或一个月)内的噪声水平，因为表面污染趋于缓慢累积，并且通常是恒定且不变的存在。基线噪声水平可以在装置10的首次运行时间段期间、在首次投入使用时或在最近一次清洁内表面之后形成，并且在多个实施例中，通过将该基线乘以常数来形成阈值(该阈值可以也称为“背景噪声升高阈值”)。在多个实施例中执行对影响噪声水平的任何其它因素的校正，诸如平均温度。其次，如果采样空气中的气溶胶颗粒低于系统的尺寸分辨率极限，则背景水平可能会突然升高。也就是说，大量小样本颗粒的突然出现可产生很高的背景水平。因此，背景计数的快速增加可表明已经遇到了高密度的小颗粒，并且该信息可以传输给用户。这允许以定性或比例方式检测小于系统尺寸分辨率极限的颗粒的存在。不受任何特定大小分辨率限制的影响，如果推断的荧光或散射通道背景噪声在一个平均时间段内增加两倍或两倍以上，或者增加了在统计上不太可能的量，诸如在多个实施例中为三或四个标准偏差，推测这是由于小颗粒浓度的显著增加所致，并且通过显示器或声音通知人员。在替代的优选实施例中，通过初始背景噪声和环境状况的绝对水平来校准用于通知人员的测试，所述初始背景噪声和环境状况由其它系统感测并传达给装置10，或者由人员输入。
在散射通道PMT处检测光子泛滥
参考图3，在散射通道PMT 42的输出处，每个光子相遇都显示为脉冲，然后由计数器38记录。但是，如果第二个光子相遇在来自第一个光子相遇的脉冲变回零之前就开始了，则两个脉冲显示为一个，并且计数器38仅检测到一个光子相遇并计数。如果恒定的光子流正在通过散射PMT 32相遇，这将在其输出端产生DC信号，并且计数器38将仅在光子流中存在间隙时记录检测。为了避免被这种情况所误导，将DC检测器88与计数器38并联放置。当检测到连续的DC高态信号时，将故障警报警告传递给用户。
易于清洁
参考图8，在这里描述的检测器10中，每个光学通道30和40都可作为单独的密封组件安装，该密封组件可作为单个单元被从包含颗粒和光束形成组件的中心模块中移除(图1至图3)。尽管未示出，但是在一个实施例中，使用所示的螺栓孔将每个通道都借助于螺栓连接到外壳的其余部分上。透镜82和92的平面是最可能受结垢影响的表面，通过以这种方式组织光学系统的物理结构，可以轻松清洁两个关键的光捕捉透镜面中的每一个，且将划痕和残留表面碎屑的风险降到最低，类似于清洁相机的前镜头面。对于装置可能暴露于多尘无机气溶胶(诸如粘土和沙子)的应用，这是一个非常关键的问题。即使采取了预防措施以最小化灰尘在光捕捉光学面上的积聚，通常也会有一些气溶胶到达这些表面，诸如在启动或关闭采样空气流时，空气流可能会暂时紊乱。
工业实用性
本发明在颗粒检测器和分析器的制造领域中具有工业实用性。
尽管上面已经讨论了许多示例性方面和实施例，但是本领域技术人员应认识到其某些修改、置换、添加和子组合。因此，旨在将以下所附权利要求和此后引入的权利要求解释为包括在其真实精神和范围内的所有这样的修改、置换、添加和子组合。

Claims (65)

1.一种生物气溶胶检测器，包括：
a.外壳，其限定腔室；
b.空气流喷射组件，其将来自所述外壳的外部的空气流喷射到所述腔室内；
c.紫外光源，其产生与所述空气流相交的光束；
d.第一光具组，其具有：
i.第一准直透镜，其与所述光束成一定角度放置；
ii.第一波长范围带通滤光器，其与所述第一准直透镜成直线放置；
iii.第一聚焦透镜，其与所述第一准直透镜同轴并聚焦通过所述长波带通滤光器传输的光；以及
iv.第一光检测器，其被定位成接收和检测来自所述第一聚焦透镜的光；
e.第二光具组，其具有：
i.第二准直透镜，其与所述第一准直透镜同轴，处于所述光束的相对侧；
ii.第二波长范围带通滤光器，其与所述第一准直透镜成直线放置，并用作反射第一波长范围的光的反射镜和用作仅使第二波长范围的光通过的波长敏感窗口；
iii.第二聚焦透镜，其与所述第二准直透镜同轴放置，并聚焦通过所述第二波长范围带通滤光器传输的光；以及
iv.第二光检测器，其被定位成接收和检测来自所述第二聚焦透镜的光；并且
f.其中，从所述第二波长范围带通滤光器反射的光被所述第二准直透镜聚焦，并且被所述第一准直透镜接收，由此增加被所述第一光检测器接收的第一波长范围的光。
2.根据权利要求1所述的生物气溶胶检测器，其中，所述第一波长范围的光是对应于颗粒荧光的长波长的光，使得所述第一波长范围带通滤光器是长波带通滤光器，并且所述第二波长范围的光是对应于由所述空气流中的颗粒散射的光的短波长的光，使得所述第二波长范围带通滤光器是短波长带通滤光器。
3.根据权利要求1所述的生物气溶胶检测器，其中，所述长波带通滤光器起到较短波长的光的反射镜的作用，并且从所述长波带通滤光器反射的光由所述第二准直透镜聚焦，并且被所述第一准直透镜接受，由此增加被所述第二光检测器接收的较短波长的光。
4.根据权利要求1所述的生物气溶胶检测器，其中，所述第一波长范围的光是对应于由所述空气流中的颗粒散射的光的短波长的光，使得所述第二波长范围带通滤光器是长波长带通滤光器，并且所述第二波长范围的光是对应于颗粒荧光的长波长的光，使得所述第二波长范围带通滤光器是长波带通滤光器。
5.根据权利要求1所述的生物气溶胶检测器，其中，所述第一光检测器和所述第二光检测器都是光电倍增管。
6.根据权利要求1所述的生物气溶胶检测器，其中，所述第二波长范围带通滤光器是二向色滤光器。
7.根据权利要求1所述的生物气溶胶检测器，其中，所述光源包括紫外光发光二极管，以及聚焦并准直来自所述发光二极管的光的第三光具组。
8.根据权利要求7所述的生物气溶胶检测器，其中，所述发光二极管在具有大于0.5mm2的面积的面上均匀发光。
9.根据权利要求1所述的生物气溶胶检测器，其中，所述第一准直透镜与所述光束成直角放置。
10.一种颗粒检测器，包括：
a.外壳，其限定腔室；
b.空气流喷射组件，其在所述腔室内产生具有横向范围的空气流，所述空气流在整个所述范围上具有基本恒定的空气速度；
c.光源，其产生与所述空气流相交的光束，并且所述光束的尺寸和形状被确定为使得所述光束的横向范围在所述恒定速度的空气流范围上具有基本均匀的强度；
d.光检测组件，其被配置和定位成检测由所述空气流中的颗粒发射的来自所述光束的光量；
e.颗粒检测组件，其响应于来自所述光检测组件的输入来检测所述空气流中的颗粒；以及
f.颗粒尺寸估计组件，其响应于所述光检测组件，基于由所述光检测组件从所述颗粒检测到的光量来估计每个检测到的颗粒的尺寸。
11.根据权利要求10所述的颗粒检测器，其中：
a.所述光源是紫外光源；
b.并且所述光检测组件是散射光检测组件，所述散射光检测组件包括短通滤光器，并且检测较短波长的光；并且
c.还包括荧光检测组件，所述荧光检测组件包括长波长滤光器，并且检测较长波长的光，所述较长波长的光已经由来自所述空气流中的所述颗粒的生物荧光产生。
12.根据权利要求10所述的颗粒检测器，其中，所述空气流的所述横向范围是所述空气流的最大范围的80％，并且在所述横向范围内，所述空气速度的相互变化小于20％。
13.根据权利要求10所述的颗粒检测器，其中，所述颗粒尺寸估计组件将每个颗粒都分配到从一组预定的尺寸仓中选择的尺寸仓，每个尺寸仓都表示不同范围的颗粒尺寸。
14.根据权利要求10所述的颗粒检测器，其中，所述光束在所述空气流的所述横向范围上的强度变化不超过25％。
15.根据权利要求10所述的颗粒检测器，其中，所述光源产生紫外光束，并且所述光检测组件是适于检测由所述空气流中的颗粒散射的光的第一光检测组件，所述散射的光具有与所述光束相同的波长，并且所述颗粒检测器还包括适于检测由所述空气流中的颗粒的荧光产生的光的第二光检测组件，所述由荧光产生的光具有比由所述颗粒散射的光更长的波长。
16.根据权利要求10所述的颗粒检测器，其中，所述光束的横截面是正方形的，并且在其与所述空气流的交点处大于0.75mm×0.75mm。
17.根据权利要求10所述的颗粒检测器，其中，所述空气流的横截面是圆形的，具有大于0.5mm并小于2mm的直径。
18.根据权利要求10所述的颗粒检测器，其中，所述空气流中夹带的颗粒花费超过80微秒并小于800微秒传送经过所述光束。
19.根据权利要求10所述的颗粒检测器，其中，所述空气流喷射组件包括位于所述腔室的第一侧的喷嘴组件，所述喷嘴组件包括：空气进口，其从所述颗粒检测器的外部朝向周围空气开口，并且与喷嘴端部流体连通，所述喷嘴端部与所述腔室流体连通；和风扇，其处于所述腔室的与所述腔室的所述第一侧相对的第二侧，所述风扇将空气抽出所述腔室，由此使空气通过所述喷嘴组件被抽入所述腔室内。
20.根据权利要求19所述的颗粒检测器，其中，所述喷嘴组件包括圆形挡板结构，其重新引导采样的空气穿过S形径向向内引导的路径，致使所述采样的空气在朝着所述喷嘴端部行进时加速。
21.根据权利要求10所述的颗粒检测器，其中，所述空气流被竖直地定向并被向下引导。
22.一种生物气溶胶检测器，包括：
a.外壳，其限定腔室；
b.空气流喷射组件，其将来自所述外壳的外部的空气流喷射到所述腔室内；
c.紫外光源，其具有紫外光发光二极管和透镜序列，所述透镜序列使来自所述紫外光发光二极管的光准直并聚焦，由此产生与所述空气流相交的光束，使得存在空气流和光束的交点；
d.荧光检测光具组，其被定位成接收来自所述空气流和光束的交点的光，并且包括透镜的序列和插置在所述序列中的长波带通滤光器；
e.荧光检测器，其被定位成接收和检测来自所述荧光检测光具组的光；
f.散射检测光具组，其被定位成接收来自所述空气流和光束的交点的光，并且包括透镜的序列和插置在所述序列中的短波带通滤光器；
g.散射光检测器，其被定位成接收和检测来自所述散射检测光具组的光；并且
h.其中所述外壳的多个部分是可移除的，以允许接近所述腔室的内表面，所述内表面包括暴露于从所述空气流中逸出的颗粒的透镜表面，以进行清洁。
23.根据权利要求22所述的生物气溶胶检测器，其中，所述外壳包括用于所述荧光检测光具组和所述荧光检测器的第一翼以及用于所述散射检测光具组和所述散射光检测器的第二翼，并且所述第一翼和所述第二翼是可移除的，以允许接近所述腔室。
24.一种颗粒检测器，包括：
a.外壳，其限定腔室；
b.空气流喷射组件，其在所述腔室中产生带有夹带的颗粒的空气流，所述夹带的颗粒在横向范围内具有平均速度；
c.光源，其产生与所述空气流的横向范围相交并具有等于或大于所述空气流的横向范围的最小横向范围的光束；
d.光检测组件，其被配置和定位成检测由所述空气流中的颗粒对来自所述光束的光的散射产生的光；
e.数字转换器，其响应于所述光检测组件，用以产生散射数字值的序列，每个数字值都代表每第一单位持续时间检测到的光；
f.加和组件，其产生加和的散射数字值的序列，每个所述加和的散射数字值都等于顺序的一组n个所述数字值的总和，并且相继的加和的数字值偏移一个所述第一单位持续时间，并且与最邻近的加和的数字值重叠n-1个所述第一单位持续时间；以及
g.颗粒检测组件，其处理所述加和的散射数字值以检测颗粒。
25.根据权利要求24所述的颗粒检测器，其中，每个加和的数字值都表示等于穿过所述光束的夹带的颗粒的平均行进时间的持续时间。
26.根据权利要求24所述的颗粒检测器，其中，所述颗粒检测器还是生物荧光检测器，并且：
a.所述光源是紫外光源；
b.所述光检测组件是散射光检测组件，所述散射光检测组件包括短通滤光器，并且检测较短波长的光；并且
c.还包括荧光检测组件，所述荧光检测组件包括长波长滤光器，并且检测较长波长的光，所述较长波长的光表示已经由来自所述空气流中的所述颗粒的荧光产生的光；和
d.数字转换器，其响应于所述光检测组件，用以产生荧光数字值的序列，每个荧光数字值都代表每第一单位持续时间检测到的光。
27.根据权利要求26所述的颗粒检测器，其中，所述加和组件也产生加和的荧光数字值的序列，每个加和的荧光数字值都等于顺序的一组n个所述荧光数字值的总和，并且相继的加和的荧光数字值偏移一个所述第一单位持续时间，并且与最邻近的加和的荧光数字值重叠n-1个所述第一单位持续时间。
28.根据权利要求24所述的颗粒检测器，其中，所述处理所述加和的散射数字值包括通过分析所述加和的散射数字值而确定检测阈值并且将每个所述加和的散射数字值与所述阈值比较。
29.根据权利要求28所述的颗粒检测器，其中，所述分析包括分析所述加和的散射数字值的累积分布函数。
30.根据权利要求29所述的颗粒检测器，其中，所述处理包括检测所述加和的散射数字值的所述累积分布函数中的第一平稳段。
31.根据权利要求28所述的颗粒检测器，其中，所述阈值被设置成具有小于最大指定比率的颗粒假阳性检测比率。
32.根据权利要求24所述的颗粒检测器，其中，所述光检测组件包括光电倍增管，并且所述散射数字值每个都表示每所述第一单位持续时间的光子计数。
33.一种检测颗粒的方法，包括：
a.提供颗粒传感器，其包括：
i.外壳，其限定腔室；
ii.空气流喷射组件，其在所述腔室中产生带有夹带的颗粒的空气流，所述夹带的颗粒在横向范围内具有平均速度；
iii.光源，其产生与所述空气流的横向范围相交并具有等于或大于所述空气流的横向范围的最小横向范围的光束；
iv.光检测组件，其被配置和定位成检测由所述空气流中的颗粒对来自所述光束的光的散射而产生的光；
v.数字转换器，其响应于所述光检测组件，用以产生散射数字值的序列，每个数字值都代表每第一单位持续时间检测到的光；
b.对顺序的多组散射数字值进行加和，由此产生加和的散射数字值的序列，每个所述加和的散射数字值都等于顺序的一组n个所述数字值的总和，并且相继的加和的数字值偏移一个所述第一单位持续时间，并且与最邻近的加和的数字值重叠n-1个所述第一单位持续时间；以及
c.处理所述加和的散射数字值以检测颗粒。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，每个加和的数字值都表示等于穿过所述光束的夹带的颗粒的平均行进时间的持续时间。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述方法还是一种评估生物荧光的方法，并且：
a.所述光源是紫外光源；
b.所述光检测组件是散射光检测组件，所述散射光检测组件包括短通滤光器，并且检测较短波长的光；
c.还包括荧光检测组件，所述荧光检测组件包括长波长滤光器，并且检测较长波长的光，所述较长波长的光表示已经由所述空气流中的所述颗粒的荧光产生的光；和
d.数字转换器，其响应于所述光检测组件，用以产生荧光数字值的序列，每个荧光数字值都代表每所述第一单位持续时间检测到的光。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述加和组件也产生加和的荧光数字值的序列，每个加和的荧光数字值都等于顺序的一组n个所述荧光数字值的总和，并且相继的加和的荧光数字值偏移一个所述第一单位持续时间，并且与最邻近的加和的荧光数字值重叠n-1个所述第一单位持续时间。
37.根据权利要求33所述的方法，其中，所述处理所述加和的散射数字值包括通过分析所述加和的散射数字值而确定检测阈值并且将每个所述加和的散射数字值与所述阈值比较。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述分析包括分析所述加和的散射数字值的累积分布函数。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述处理包括检测所述加和的散射数字值的所述累积分布函数中的第一平稳段。
40.根据权利要求35所述的方法，其中，所述阈值被设置成具有小于最大指定比率的颗粒假阳性检测比率。
41.一种生物气溶胶检测器，包括：
a.外壳，其限定腔室；
b.空气流喷射组件，其将来自所述外壳的外部的空气流喷射到所述腔室内；
c.紫外光源，其产生与所述空气流相交的光束；
d.荧光检测光具组，其具有：
i.光具组，其具有长通滤光器；
ii.光检测器，其被定位成接收和检测来自所述光具组的光；以及
iii.数字转换器，其适于产生荧光数字值的序列，每个荧光数字值都表示由所述光检测器接收的光的固定持续时间；
e.光散射检测光具组，其具有：
i.光具组，其具有短通滤光器；
ii.光检测器，其被定位成接收和检测来自所述光具组的光；以及
iii.数字转换器，其适于产生散射光数字值的序列，每个散射光数字值都表示由所述光检测器接收的光的固定持续时间；
f.数据处理组件，其执行颗粒检测例程，其中：
i.对所述散射光数字值的序列进行处理以检测颗粒并在每次检测到颗粒时产生颗粒信息集合，其包括颗粒检测时间段和检测到的颗粒尺寸；
ii.检查与所述颗粒检测时间段对应的所述荧光数字值，以确定每个检测到的颗粒信息集合的荧光强度。
42.根据权利要求41所述的生物气溶胶检测器，其中，将顺序的多组所述散射光数字值进行加和以产生加和的散射光数字值，并且将顺序的多组荧光数字值进行加和以产生加和的荧光数字值。
43.根据权利要求42所述的生物气溶胶检测器，其中，通过从每个颗粒检测时间段的所述加和的散射数字值和所述加和的荧光数字值中减去平均的散射背景噪声值和平均的荧光背景噪声值，确定每个颗粒的净散射数字值和净荧光数字值。
44.根据权利要求41所述的生物气溶胶检测器，其中，比较来自每个所述颗粒检测时间段的所述净散射数字值和所述净荧光数字值，以找到在每个所述颗粒检测时间段期间的荧光发射的比例强度。
45.根据权利要求所述的生物气溶胶检测器，其中，每个所述颗粒检测值都根据所述净散射数字值的平方根的值分类成至少两个颗粒尺寸类别之一，所述平方根值转换为颗粒尺寸。
46.一种生物气溶胶检测器，包括：
a.外壳，其限定腔室；
b.空气流喷射组件，其在所述腔室中产生带有夹带的颗粒的空气流，所述夹带的颗粒在横向范围内具有平均速度；
c.光源，其产生与所述空气流相交的光束；
d.光检测组件，其被配置和定位成检测由所述空气流中的颗粒对来自所述光束的光的散射而产生的光；
e.数字转换器，其响应于所述光检测组件而产生代表光检测值的第一数字值的序列；
f.数据处理器，其响应于所述第一数字值的序列反复地计算背景噪声水平，并且通过检测到所述噪声水平已经升高到阈值之上的状况，响应于高密度小颗粒的状况，其中，由于在所述空气流中未被检测到且数量多到足以提高所述噪声水平的小颗粒而导致所述噪声水平升高，由此影响了对所述颗粒进行检测。
47.根据权利要求46所述的生物气溶胶检测器，其中：
a.所述光源是紫外光源；
b.所述光检测组件是散射光检测组件，所述散射光检测组件包括短通滤光器，并且检测较短波长的光；并且
c.还包括荧光检测组件，所述荧光检测组件包括长波长滤光器，并且检测较长波长的光，所述较长波长的光表示已经由来自所述空气流中的所述颗粒的生物荧光产生的光。
48.根据权利要求47所述的生物气溶胶检测器，其中，对于其中检测到高密度小颗粒的状况的时间段执行荧光返回和散射返回的比较。
49.根据权利要求46所述的生物气溶胶检测器，其中，所述检测器还包括人类可感知的通知装置，并且所述装置在检测到高密度小颗粒的状况时发出人类可感知的通知。
50.根据权利要求46所述的生物气溶胶检测器，其中，所述背景噪声水平通过基于加和的数字值的序列而响应于所述第一数字值的序列，每个加和的数字值都是一组第一数字值的总和。
51.一种生物气溶胶检测器，包括：
a.外壳，其限定腔室；
b.空气流喷射组件，其在所述腔室中产生带有夹带的颗粒的空气流，所述夹带的颗粒在横向范围内具有平均速度；
c.光源，其产生与所述空气流的横向范围相交并具有等于或大于所述空气流的横向范围的最小横向范围的光束；
d.光子检测组件，其包括光具组和光子检测器，并且被配置和定位成响应于来自从所述光源发出并由所述空气流中的颗粒散射的光的光子相遇而产生输出脉冲；
e.数字转换器，其响应于所述光子检测器，用以产生第一数字值的序列，每个第一数字值都表示每第一单位持续时间来自所述光子检测组件的输出脉冲的检测值；
f.光子检测器连续高状态传感器，其也响应于所述光子检测组件，并且适于检测连续的高输出状态，由此表示光子的泛滥正防止所述光子检测器在光子相遇之间转换成低状态。
52.根据权利要求51所述的生物气溶胶检测器，其中，所述数字转换器通过检测上升边缘来检测输出脉冲。
53.根据权利要求51所述的生物气溶胶检测器，其中，所述数字转换器通过检测下降边缘来检测输出脉冲。
54.根据权利要求51所述的生物气溶胶检测器，其中：
a.所述光源是紫外光源；
b.所述光检测组件是散射光检测组件，所述散射光检测组件包括短通滤光器，并且检测较短波长的光；并且
c.还包括荧光检测组件，所述荧光检测组件包括长波长滤光器，并且检测较长波长的光，所述较长波长的光表示已经由来自所述空气流中的所述颗粒的生物荧光产生的光。
55.一种颗粒检测器，包括：
a.外壳，其限定腔室；
b.空气流喷射组件，其在所述腔室中产生具有横向范围的空气流；
c.光源，其产生与所述空气流相交的光束；
d.光检测组件，其被配置和定位成检测由所述空气流中的颗粒对来自所述光束的光的散射；
e.数字转换器，其响应于所述光检测组件，用以产生第一数字值的序列，每个第一数字值都表示每单位持续时间检测到的光；
f.数据处理组件，其响应于所述数字值的序列来计算背景噪声估计值，并通过分析所述背景噪声估计值随时间的变化从而确定高于背景噪声升高阈值的背景噪声的升高是否已经在比时间段阈值更长的时间段内发生，反复地确定所述光检测组件的内表面是否已由于粘附颗粒而弱化。
56.根据权利要求55所述的颗粒检测器，其中：
a.所述光源是紫外光源；并且
b.其中，所述光检测组件是散射光检测组件，所述散射光检测组件包括短通滤光器，并且检测较短波长的光；并且
c.还包括荧光检测组件，所述荧光检测组件包括长波长滤光器，并且检测较长波长的光，所述较长波长的光表示已经由来自所述空气流中的所述颗粒的生物荧光产生的光。
57.根据权利要求55所述的颗粒检测器，其中，针对大于一小时的时间段评估所述背景噪声水平，以确定是否存在内表面的高于阈值量的弱化。
58.根据权利要求55所述的颗粒检测器，其中，所述背景噪声水平通过基于加和的数字值的序列而响应于所述第一数字值的序列，每个加和的数字值都是一组第一数字值的加和。
59.一种检测生物气溶胶的方法，包括：
a.检测颗粒并估计每个检测的颗粒的颗粒尺寸；
b.确定每个检测的颗粒的荧光强度；
c.比较每个检测的颗粒的颗粒尺寸和荧光强度以得到每个颗粒的归一化的荧光强度；
d.将一定时间段上的归一化的荧光强度与最大阈值进行比较，从而检测高荧光度的人造物质。
60.根据权利要求59所述的方法，其中，当检测到高荧光度的人造物质时，人类可感知的通知装置发出建议。
61.根据权利要求59所述的方法，其中，所述阈值是参考预期来自有机颗粒的相对于颗粒尺寸的最高荧光返回水平来设定的。
62.根据权利要求59所述的方法，其中，所述颗粒检测是通过用紫外光照射穿过腔室的空气流中的颗粒并检测和数字化所产生的光信号来进行的，且所述荧光强度确定是通过长通滤光、检测和数字化所产生的光信号来进行的，并且所述比较步骤在数字计算机中以数字方式执行。
63.一种生物气溶胶检测器，包括：
a.外壳，其限定腔室；
b.空气流喷射组件，其在所述腔室中产生带有夹带的颗粒的空气流，所述夹带的颗粒在横向范围内具有平均速度；
c.紫外光源，其产生与所述空气流相交的光束；
d.散射光检测组件，其被配置和定位成检测由所述空气流中的颗粒对来自所述光束的光的散射而产生的光，并且包括具有面对所述腔室的表面的第一透镜；
e.荧光检测组件，其包括长波长滤光器，并且检测较长波长的光，所述较长波长的光表示已经由来自所述空气流中的所述颗粒的生物荧光产生的光，并且包括具有面对所述腔室的表面的第二透镜；以及
f.其中所述散射光检测组件能够作为单个单元被移除，由此允许易于接近所述第一透镜，以允许清洁所述透镜。
64.根据权利要求63所述的生物气溶胶检测器，其中，所述荧光检测组件能够作为单个单元被移除，由此允许易于接近所述第二透镜，以允许清洁所述透镜。
65.根据权利要求63所述的生物气溶胶检测器，其中，所述散射光检测组件通过螺栓固定在所述外壳上，并且能够通过松开螺栓而被移除。
CN201980005611.6A 2018-01-23 2019-01-22 生物气溶胶颗粒检测器 Pending CN111433587A (zh)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862620980P 2018-01-23 2018-01-23
US62/620,980 2018-01-23
US15/946,560 2018-04-05
US15/946,560 US10267723B1 (en) 2018-01-23 2018-04-05 Bioaerosol particle detector
US15/946,588 US10444137B2 (en) 2018-01-23 2018-04-05 Bioaerosol detector having safeguards
US15/946,588 2018-04-05
US15/946,579 US10274410B1 (en) 2018-01-23 2018-04-05 Bioaerosol particle detector
US15/946,579 2018-04-05
PCT/US2019/014596 WO2019147590A1 (en) 2018-01-23 2019-01-22 Bioaerosol particle detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111433587A true CN111433587A (zh) 2020-07-17

Family

ID=66174787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980005611.6A Pending CN111433587A (zh) 2018-01-23 2019-01-22 生物气溶胶颗粒检测器

Country Status (3)

Country Link
US (5) US10267723B1 (zh)
CN (1) CN111433587A (zh)
WO (1) WO2019147590A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112945837A (zh) * 2021-02-02 2021-06-11 云南安防科技有限公司 生物气溶胶实时监测装置
WO2023029733A1 (zh) * 2021-08-31 2023-03-09 北京航空航天大学 一种光学颗粒计数器
WO2023029740A1 (zh) * 2021-08-31 2023-03-09 北京航空航天大学 一种宽温纳米颗粒计数器

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10267723B1 (en) 2018-01-23 2019-04-23 Cbrn International, Ltd. Bioaerosol particle detector
DE102018221700A1 (de) * 2018-12-13 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Detektion von Partikeln oder Aerosol in einem strömenden Fluid, Computerprogramm sowie elektrisches Speichermedium
CN110132802B (zh) * 2019-05-07 2024-01-12 张家港谱析传感科技有限公司 一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法
US11268891B2 (en) * 2020-06-17 2022-03-08 Kidde Technologies, Inc. Fire extinguishing agent concentration measuring system and method
US11733144B2 (en) 2020-12-14 2023-08-22 Caterpillar Inc. Convertible housing assembly for a particle sensor
WO2022261646A1 (en) * 2021-06-08 2022-12-15 Regents Of The University Of Minnesota Method and apparatus for particle detection
FR3128994B1 (fr) * 2021-11-08 2024-03-15 Inst De Radioprotection Et De Surete Nucleaire Module d’observation et dispositif associe de detection de la presence d’au moins une particule d’un aerosol

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4428669A (en) * 1980-06-06 1984-01-31 Institut Nationale De La Sante Et De La Recherche Medicale Method and device for measuring the deformability of living cells, notably of red blood corpusles
EP0289200A2 (en) * 1987-04-27 1988-11-02 Fritz K. Preikschat Apparatus and method for particle analysis
US4830494A (en) * 1986-07-10 1989-05-16 Kowa Company Ltd. Method and apparatus for measuring particles in a fluid
US5030843A (en) * 1989-02-13 1991-07-09 Kowa Company Ltd. Apparatus for measuring particles in liquid having a laminar flow condition
CN1401788A (zh) * 2002-09-06 2003-03-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 紫外激光生物粒子计数器
US20100108910A1 (en) * 2005-07-15 2010-05-06 Michael Morrell Pathogen and particle detector system and method
US20140285802A1 (en) * 2012-11-06 2014-09-25 Rion Co., Ltd. Light scattering particle counter
US20150276589A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-01 Redshift Systems Corporation Motion modulation fluidic analyzer system
CN105143850A (zh) * 2013-03-15 2015-12-09 艾瑞思国际股份有限公司 用于血液样品中的粒子分析的自聚焦系统和方法
US20170241893A1 (en) * 2016-02-19 2017-08-24 Research Triangle Institute Devices, systems and methods for detecting particles
CN110049795A (zh) * 2016-12-09 2019-07-23 特鲁德尔医学国际公司 智能雾化器

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4542295A (en) * 1983-09-29 1985-09-17 Mattson David R Spectrometer with selectable area detector
US4798465B2 (en) * 1986-04-14 1994-08-30 Particle Measuring Syst Particle size detection device having high sensitivity in high molecular scattering environment
US5606170A (en) 1995-02-03 1997-02-25 Research International, Inc. Multifunctional sensor system
JP3204486B2 (ja) 1995-06-19 2001-09-04 日本電信電話株式会社 光ハイブリッド回路
JPH09273987A (ja) 1996-04-03 1997-10-21 Fuji Electric Co Ltd 液体中の微粒子の粒径、個数濃度または濁度の測定方法およびその測定装置
US7414720B2 (en) * 2001-07-27 2008-08-19 Herbert Wachtel Measuring particle size distribution in pharmaceutical aerosols
CA2474036C (en) 2001-11-07 2012-09-25 S3I, Llc System and method for detecting and classifying biological particles
US6967338B1 (en) 2002-11-25 2005-11-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Micro UV particle detector
US20060237665A1 (en) * 2003-03-10 2006-10-26 Barney William S Bioaerosol discrimination
JP4598766B2 (ja) 2003-04-29 2010-12-15 エス３アイ， エル エル シィ 生物学的微粒子及び非生物学的微粒子を検出し且つ分類するためのマルチスペクトル光学方法及びシステム
GB0313604D0 (en) * 2003-06-12 2003-07-16 Britannia Pharmaceuticals Ltd Delivery device for powdered medicament
GB2419406B (en) 2003-06-26 2007-04-18 Secr Defence Improvements to fluid borne particle analysers
US7591980B2 (en) * 2004-03-01 2009-09-22 Mesosystems Technology, Inc. Biological alarm
US10620105B2 (en) 2004-03-06 2020-04-14 Michael Trainer Methods and apparatus for determining characteristics of particles from scattered light
US10386283B2 (en) * 2004-03-06 2019-08-20 Michael Trainer Methods and apparatus for determining particle characteristics by utilizing force on particles
CN100595564C (zh) * 2004-07-30 2010-03-24 百维吉伦特系统有限公司 病原体和粒子检测器系统和方法
EP1859239B1 (en) 2005-02-08 2017-09-06 Northrop Grumman Systems Corporation System and methods for use in detecting harmful aerosol particles
US8520205B2 (en) 2005-02-09 2013-08-27 Flir Systems, Inc. Method and system for detecting, classifying and identifying particles
US7375348B1 (en) 2005-03-07 2008-05-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Micro UV detector
US8243272B2 (en) * 2005-09-19 2012-08-14 Jmar Llc Systems and methods for detecting normal levels of bacteria in water using a multiple angle light scattering (MALS) instrument
WO2008105893A2 (en) 2006-06-27 2008-09-04 Biovigilant Systems, Inc. Pathogen detection by simultaneous size/fluorescence measurement
JP2011506977A (ja) 2007-12-13 2011-03-03 バイオビジラント システムズ，インコーポレイテッド サイズ／蛍光同時測定による病原体検出
US7619734B2 (en) * 2008-03-03 2009-11-17 Agilent Technologies, Inc. Methods and systems for computing a size distribution of small particles
US20100261212A1 (en) * 2009-01-09 2010-10-14 Chinmay Prakash Soman Kinetics of molecular recognition mediated nanoparticle self-assembly
JP5304456B2 (ja) 2009-06-10 2013-10-02 ソニー株式会社 微小粒子測定装置
US8189178B2 (en) * 2009-06-22 2012-05-29 Foster-Miller, Inc. Method for multi-spectral detection of aerosols
JP2012073070A (ja) * 2010-09-28 2012-04-12 Fuji Electric Co Ltd 微粒子計測装置
US9541475B2 (en) 2010-10-29 2017-01-10 The University Of British Columbia Methods and apparatus for detecting particles entrained in fluids
US20120225475A1 (en) 2010-11-16 2012-09-06 1087 Systems, Inc. Cytometry system with quantum cascade laser source, acoustic detector, and micro-fluidic cell handling system configured for inspection of individual cells
FR2970334A1 (fr) * 2011-01-07 2012-07-13 Horiba Abx Sas Dispositif d'inspection d'un fluide biologique
EP2705349A4 (en) 2011-05-05 2015-01-28 Emd Millipore Corp APPARATUS AND METHOD FOR INCREASING FLOW CYTOMETRY COLLECTION YIELD BASED ON CAPILLARIES
WO2013116760A1 (en) 2012-02-03 2013-08-08 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Optical analysis of emissions from stimulated liquids
GB2499256A (en) 2012-02-13 2013-08-14 Thorn Security Fire detector sensing photo-luminescent emissions from illuminated particles
US8964177B2 (en) * 2012-04-27 2015-02-24 Wyatt Technology Corporation Method and apparatus to illuminate sample and containing vessel in a light scattering detector
EP2662684B1 (en) * 2012-05-12 2016-02-24 Université de Genève Measurement device and method for detection of airborne particles
EP2717035B1 (de) * 2012-10-02 2016-12-07 Palas GmbH Partikel-und Lasermesstechnik Verfahren und Vorrichtung zum Untersuchen kleiner Partikel in Gas
WO2016129061A1 (ja) * 2015-02-10 2016-08-18 コニカミノルタ株式会社 生体物質定量方法、病理診断支援システム及びプログラム
US9500591B1 (en) 2015-04-03 2016-11-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Plastic particle detector for detection of biological aerosol and other fluorescent materials
JP2017051149A (ja) 2015-09-10 2017-03-16 アズビル株式会社 液中生物粒子の検出装置、及び液中生物粒子の検出方法
KR101623787B1 (ko) 2015-11-06 2016-05-24 국방과학연구소 휴대용 생물입자 실시간 검출장치
CN105466822B (zh) 2016-02-06 2018-03-06 无锡迈通科学仪器有限公司 气溶胶实时监测仪
EP3430376A1 (en) 2016-03-17 2019-01-23 BD Biosciences Cell sorting using a high throughput fluorescence flow cytometer
US10267723B1 (en) 2018-01-23 2019-04-23 Cbrn International, Ltd. Bioaerosol particle detector

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4428669A (en) * 1980-06-06 1984-01-31 Institut Nationale De La Sante Et De La Recherche Medicale Method and device for measuring the deformability of living cells, notably of red blood corpusles
US4830494A (en) * 1986-07-10 1989-05-16 Kowa Company Ltd. Method and apparatus for measuring particles in a fluid
EP0289200A2 (en) * 1987-04-27 1988-11-02 Fritz K. Preikschat Apparatus and method for particle analysis
US5030843A (en) * 1989-02-13 1991-07-09 Kowa Company Ltd. Apparatus for measuring particles in liquid having a laminar flow condition
CN1401788A (zh) * 2002-09-06 2003-03-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 紫外激光生物粒子计数器
US20100108910A1 (en) * 2005-07-15 2010-05-06 Michael Morrell Pathogen and particle detector system and method
US20140285802A1 (en) * 2012-11-06 2014-09-25 Rion Co., Ltd. Light scattering particle counter
CN105143850A (zh) * 2013-03-15 2015-12-09 艾瑞思国际股份有限公司 用于血液样品中的粒子分析的自聚焦系统和方法
US20150276589A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-01 Redshift Systems Corporation Motion modulation fluidic analyzer system
US20170241893A1 (en) * 2016-02-19 2017-08-24 Research Triangle Institute Devices, systems and methods for detecting particles
CN110049795A (zh) * 2016-12-09 2019-07-23 特鲁德尔医学国际公司 智能雾化器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱伊杰: "光学法测量液雾颗粒尺寸", 浙江大学学报(工学版), no. 06 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112945837A (zh) * 2021-02-02 2021-06-11 云南安防科技有限公司 生物气溶胶实时监测装置
WO2023029733A1 (zh) * 2021-08-31 2023-03-09 北京航空航天大学 一种光学颗粒计数器
WO2023029740A1 (zh) * 2021-08-31 2023-03-09 北京航空航天大学 一种宽温纳米颗粒计数器

Also Published As

Publication number Publication date
US10274410B1 (en) 2019-04-30
US10794815B2 (en) 2020-10-06
US11340153B2 (en) 2022-05-24
US20190226973A1 (en) 2019-07-25
WO2019147590A1 (en) 2019-08-01
US20210033520A1 (en) 2021-02-04
US10444137B2 (en) 2019-10-15
US10267723B1 (en) 2019-04-23
US20190226974A1 (en) 2019-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11340153B2 (en) Particle detector
JP4351676B2 (ja) 空中浮遊病原体検出システム
JP4871868B2 (ja) 病原体および微粒子検出システム及び検出方法
US8427642B2 (en) Two-dimensional optical imaging methods and systems for particle detection
JP5112312B2 (ja) 病原体及び微粒子検出システム並びに検出法
US8717550B2 (en) Method and device for detecting biological material
US7932490B2 (en) Size segregated aerosol mass concentration measurement device
AU2002367966B2 (en) System and method for detecting and classifying biological particles
KR101623787B1 (ko) 휴대용 생물입자 실시간 검출장치
US7499167B2 (en) Aerosol trigger device and methods of detecting particulates of interest using an aerosol trigger device
US20230117469A1 (en) Particulate detection, counting, and identification
TW201407150A (zh) 病原體及顆粒之偵測系統及方法
US20220373477A1 (en) Apparatus for detecting fine dust and microorganisms
TWI424154B (zh) 病原體及顆粒之偵測系統及方法
Lynch et al. Biological agent warning sensor (BAWS): laser-induced fluorescence as the joint biological point detection system trigger

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination