CN114729868A - 先进的用于干涉测量颗粒检测和具有小大小尺寸的颗粒的检测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及颗粒的干涉测量检测和具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测。提供了表现出增强的对准和稳定性的、用于颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的系统和方法。提供了包括用于经由光学方法减轻可以使颗粒检测的灵敏度和可靠性退化的内部刺激和外部刺激以及操作条件的改变的影响的补偿手段的系统和方法，包括基于干涉测量的、用于具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的技术和/或系统。

Description

先进的用于干涉测量颗粒检测和具有小大小尺寸的颗粒的检 测的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2019年11月22日提交的第62/939,232号美国临时专利申请的权益和优先权，该美国临时专利申请据此通过引用并入。

背景技术

要求洁净室条件的技术和行业的进步已经导致对越来越小的颗粒的检测和表征的需要。例如，微电子代工厂追求对大小小于20nm并且在一些情况下大小小于10nm的颗粒的检测，因为这些尺寸的颗粒可能影响越来越灵敏的制造工艺和产品。类似地，对用于药物和生物材料的制造的无菌加工条件的需要要求对可存活颗粒和不可存活颗粒的准确表征以解决与健康和人类安全相关的合规标准。

通常，这些行业依靠用于检测和表征小颗粒的光学颗粒计数器。检测较小的颗粒的能力要求用于光学颗粒计数的新方法，诸如采用增加的激光功率、较短的激发波长和诸如冷凝核计数的更复杂的技术的系统，这进而可以大幅地增加能够检测纳米级颗粒的装置的成本和总体复杂度。这些新方法还会要求更频繁的校准和维护以提供必要的可靠性和再现性。

各种光学颗粒计数器是本领域已知的，例如，在第7,916,293号美国专利中提供了散射光光学颗粒计数器以及在第7,746,469号、第9.983,113号、第10,416,069号美国专利、公布号为2019/0277745和US 20170176312的美国专利以及PCT国际公布WO 2019/082186中提供了透射/消光颗粒计数器，包括利用结构化的束和/或干涉测量法(interferometry)的那些。这些参考文献中的每个的全部内容据此并入并且具体地以例示对于检测和表征小颗粒有用的颗粒计数器系统部件和配置。

从上文可以看出，在本领域中需要提供具有小大小尺寸的颗粒的增强光学感测的系统和方法。

发明内容

本发明涉及颗粒的干涉测量(interferometric)检测和具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测。提供了表现出增强的对准和稳定性的、用于颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的系统和方法。提供了包括用于经由光学方法减轻可以使颗粒检测的灵敏度和可靠性退化的内部刺激和外部刺激以及操作条件的改变的影响的补偿手段的系统和方法，包括基于干涉测量的、用于具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的技术和/或系统。在实施方案中，例如，系统和方法设置有主动部件和/或被动部件，诸如增强光学颗粒检测系统或方法——包括干涉测量颗粒检测系统或方法和/或用于具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的系统——的操作容限的控制器、隔离器和/或补偿器。本系统例如对于减轻用于测量具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学颗粒计数器和/或干涉测量颗粒计数器(诸如涉及结构化的束或外差干涉测量检测)的关于操作状态或操作条件的各方面(诸如内部或外部振动源、声波、热能等)或周围条件和/或操作条件(诸如温度、压力等)的改变的性能退化是有用的。

在一个方面，一种颗粒检测系统包括：流动室(flow cell，流动池)，用于使含有颗粒的流体流动；光源，用于生成一个或多个电磁辐射束，诸如一个或多个相干电磁辐射束；束整形光学系统，用于使所述一个或多个电磁辐射束传递通过所述流动室，从而生成由所述颗粒散射的电磁辐射；至少一个光学检测器阵列，用于从所述流动室接收电磁辐射，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为允许所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的至少一个大小尺寸以及可选地具有所有大小尺寸的颗粒的光学检测；以及其中所述系统被配置为使得温度、压力、振动的程度(extent of vibrations，振动的范围)以及声波的程度(extent of acoustic waves，声波的范围)中的至少一个或这些的任何组合各自被独立地维持在选择的容限内，以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比，诸如通过颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于10nm的大小尺寸的颗粒的光学检测。

在一些实施方案中，所述系统和方法用于检测小于或等于100nm的颗粒并且采用基于散射的方法或系统、基于荧光的方法或系统、基于消光的方法或系统、基于干涉测量的方法或系统、基于凝结核计数(CNC)的方法或系统、和/或这些的任何组合。

在一个实施方案中，所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为通过使相干电磁辐射的结构化的探测束传递通过所述流动室来提供所述颗粒的结构化的束干涉测量检测。在一个实施方案中，所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为通过收集离轴散射光并且将所述离轴散射光散射光与参考束组合以产生干涉测量信号来提供所述颗粒的外差干涉测量检测。在一个实施方案中，所述光源和光学检测器阵列被配置为提供包括公共路径或差分路径干涉测量方法的对颗粒的单次或多次束干涉测量检测。在一个实施方案中，所述光源和光学检测器阵列被配置为提供颗粒的结构化的暗束干涉测量检测，诸如以具有衰减强度的区域(诸如强度的中心线减小)的空间强度分布为特征的结构化的暗束。在一个实施方案中，所述光源和光学检测器阵列被配置为提供颗粒的高斯或非高斯束干涉测量检测，例如通过检测透射通过所述流动室的电磁辐射和由颗粒散射的电磁辐射二者，这在一些示例中提供了自校正干涉测量几何结构，提供了对可能改变束路径长度的热效应较不敏感的益处。

在一个实施方案中，所述光学检测器阵列被定位成与所述流动室光学连通，以用于接收透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射，例如，其中由所述颗粒散射的电磁辐射包括前向散射电磁辐射。在一个实施方案中，透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射经受相长和/或相消光学干涉，例如，从而生成一个或多个衍射图案。在一个实施方案中，以相对于所述入射束的光轴的零度的5度内的散射角、可选地对于一些应用以相对于所述入射束的光轴的零度的1度内的散射角、可选地对于一些应用以相对于所述入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角、以及可选地对于一些应用以相对于所述入射束的光轴的零度的0.1度内的散射角设置所述光学检测器阵列。在一个实施方案中，所述光学检测器阵列被设置为与所述流动室光学连通，以用于检测所述颗粒和由所述颗粒散射的电磁辐射与照明波前的相互作用。在一个实施方案中，所述光学检测器阵列被设置为允许差分检测。

本发明的系统和方法提供关于内部刺激或外部刺激以及周围条件和/或操作条件的改变具有改善的容限的对具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的干涉测量检测和/或光学检测。在一个实施方案中，当遭受以下条件中的一个或多个时，所述系统提供所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测，而没有内部颗粒计数过程的显著性能退化：以小于1℃/小时的速率的多达5℃的温度(T)的改变；多达300毫巴的压力(P)的改变；多达10mm的束路径长度的改变；多达2mm的束聚焦位置的改变；多达20％的束功率的改变；多达200微米/秒的振动水平I；多达+/-5度的束角度的改变；直到＜2％(RMS)的激光器噪声的条件；直到＜1.3的激光器的M²的改变；直到＜100MHz的激光器的线宽的改变；直到＜50％的RH的改变；以及控制电子(线路功率)稳定性和噪声。

某些实施方案的系统和方法包括控制器部件，所述控制器部件能够在操作期间维持足以提供流体流中的颗粒的准确干涉测量检测和/或流体流中的具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的对准和稳定性。在一个实施方案中，所述系统还包括可操作地耦合到所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的控制器，所述控制器用于响应于周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合而补偿系统参数的改变。在一个实施方案中，所述周围条件、内部刺激或外部刺激选自由温度的改变、压力的改变、振动、声波或这些的任何组合组成的组。

在一个实施方案中，所述控制器是束对准系统，用于监测一个或多个束的位置并且主动地控制所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的定位和/或对准，以便在所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测期间维持高信噪比。在一个实施方案中，所述束对准系统允许对热膨胀光学漂移的补偿。在一个实施方案中，所述束对准系统允许低频振动补偿。在一个实施方案中，所述束对准系统以250Hz或更大的频率提供所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的定位和/或对准的实时控制以在5微弧度或更小微弧度内。

在一个实施方案中，所述束对准系统是闭环系统，所述闭环系统能够生成/接收输入和输出，以用于在颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测期间主动地维持对准和/或稳定性。在一个实施方案中，一个或多个光电传感器是正交光电传感器(例如，定位在所述系统的折叠反射镜后面)并且致动器系统包括一个或多个压电驱动的纳米定位器。在一个实施方案中，所述光电传感器向闭环系统提供输入并且所述致动器系统提供输出以在操作期间维持和稳定光学对准。

在一个实施方案中，所述控制器是一个隔离器或多个隔离器，用于将所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列与操作环境的周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合的改变隔离。在一个实施方案中，所述隔离器是能够至少部分地防止振动从外部操作环境到所述系统的传输的阻尼部件。在一个实施方案中，所述隔离器是能够至少部分地防止源自所述系统本身内的(诸如由流体通过所述流动室的输送、由泵或其他振动生成部件引起的)振动的传输的阻尼部件。在一个实施方案中，所述阻尼部件被设计成将具有60Hz以及以上的基本频率的振动的传输减少到小于初始幅度的1％。在一个实施方案中，所述阻尼部件包括阻尼弹簧机构、至少两个质量阻尼器或这些的任何组合。

在一个实施方案中，所述控制器是能够控制所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的温度的主动冷却部件。在一个实施方案中，所述主动冷却部件经由导热链路(conductive heat link)与所述流动室、光源、束整形光学系统、光具座(optical bench)、光学检测器阵列或这些的任何组合热连通。在一个实施方案中，所述主动冷却部件包括热电冷却器。在一个实施方案中，所述热电冷却器被设置为不与所述系统的外壳体热连通。在一个实施方案中，所述热电冷却器被设置为与热交换结构热连通以移除来自所述热电冷却器的热量并且将热量注入到所述系统外部的环境中。在一个实施方案中，所述热交换结构是翅片式热交换器。在一个实施方案中，用干燥气体吹扫所述热电冷却器以防止受冷却侧的湿气凝结。在一个实施方案中，用干燥气体吹扫所述热电冷却器以流过热侧热交换器以增强热消散。

在一个实施方案中，所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合被配置为提供用于响应于周围条件、内部刺激和或外部刺激而补偿所述系统参数的改变的被动隔离。在一个实施方案中，所述被动隔离由以下特征中的一个或多个提供：一个或多个振动隔离器的引入；透镜中的一个或多个胶粘剂层的引入；一个或多个热固性或热塑性机械约束件的引入；光源和部件的减小的大小和/或质量；具有大于或等于150Hz的自然频率的透镜支架的引入；与光源和部件机械地隔离的流动室的引入；热膨胀系数匹配的材料；以及低热膨胀系数光学部件。

在一个实施方案中，所述光源提供相干入射束，诸如高斯入射束。本发明的系统和方法也非常适合于结构化的束干涉测量检测，包括暗束干涉测量检测。在一个实施方案中，所述光源包括用于生成所述一个或多个电磁辐射束的一个或多个整形和/或组合光学元件。在一个实施方案中，所述一个或多个整形和/或组合光学元件是衍射元件、偏振元件、强度调制元件、相位调制元件或这些的任何组合。在一个实施方案中，所述一个或多个电磁辐射束包括结构化的、非高斯束。在一个实施方案中，所述一个或多个电磁辐射束包括暗束。在一个实施方案中，所述一个或多个电磁辐射束包括以一个或多个线奇点(linesingularity)为特征的束。在一个实施方案中，所述一个或多个电磁辐射束包括变形束(anamorphic beam)。在一个实施方案中，所述一个或多个电磁辐射束包括处于顶帽(tophat)形态的变形束。

所述系统和方法与大范围的检测器和检测器配置兼容。在一个实施方案中，例如以在零度的20度内的散射角设置前视轴上检测器对。在本系统和方法中可以使用差分检测以提供噪声的显著降低。

本发明的系统和方法提供了流动流体中的颗粒的干涉测量检测和/或流动流体中的具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测，包括对流体流中的单个颗粒进行检测、计数和确定大小。在一个实施方案中，所述流体是液体或气体。在一个实施方案中，所述系统用于检测液体化学品中的颗粒。在一个实施方案中，所述系统用于检测超纯水中的颗粒。在一个实施方案中，所述系统用于检测高压力气体中的颗粒。在一个实施方案中，所述系统用于检测空气中的颗粒。在一个实施方案中，所述系统用于检测表面上的颗粒。

在一个方面，一种用于检测流体中的颗粒的方法包括：提供含有颗粒的所述流体的流；使用光源生成一个或多个电磁辐射束，诸如一个或多个相干电磁辐射束；使用束整形光学系统使所述一个或多个电磁辐射束传递通过流动室，从而生成由所述颗粒散射的电磁辐射；以及使用与所述流动室光学连通的至少一个光学检测器阵列将来自所述流动室的电磁辐射引导到光学检测器阵列上，从而允许所述颗粒的干涉测量检测和/或具有至少一个以及优选地具有所有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测；其中所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合被配置和/或被控制以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比。在一些实施方案中，例如，所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合被配置为使得一个或多个颗粒检测系统参数被独立地维持以便在所述颗粒的检测期间，诸如在所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测期间，维持高信噪比和/或避免显著的性能退化，其中这样的颗粒检测系统参数可以包括以下中的一个或多个：光束路径、光源位置和/或对准、束整形系统位置和/或对准、流动室位置和/或对准、束收集系统位置和/或对准、检测器位置和/或对准、或这些的任何组合。

在所述方法的一个实施方案中，所述光学检测器阵列被定位成与所述流动室光学连通，以用于接收透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射，例如，其中由所述颗粒散射的电磁辐射包括前向散射的电磁辐射。在所述方法的一个实施方案中，透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射经受相长和/或相消光学干涉。在所述方法的一个实施方案中，以相对于所述入射束的光轴的零度的5度内的散射角、可选地对于一些应用以相对于所述入射束的光轴的零度的1度内的散射角、可选地对于一些应用以相对于所述入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角、以及可选地对于一些应用以相对于所述入射束的光轴的零度的0.1度内的散射角设置所述光学检测器阵列。在所述方法的一个实施方案中，所述光学检测器阵列被设置为与所述流动室光学连通，以用于检测所述颗粒和由所述颗粒散射的电磁辐射与照明波前的相互作用。在一个实施方案中，所述阵列检测器被配置用于差分检测。

在一个方面，一种颗粒检测系统包括：流动室，用于使含有颗粒的流体流动；光源，用于生成一个或多个电磁辐射束，诸如包括结构化的、非高斯束的一个或多个相干电磁辐射束；束整形光学系统，用于使所述一个或多个电磁辐射束通过所述流动室，从而生成由所述颗粒散射的电磁辐射；至少一个光学检测器阵列，用于从所述流动室接收电磁辐射，其中以相对于入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角设置所述光学检测器阵列；其中所述光源被定位成与所述流动室光学连通，以用于接收透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射，束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为允许结构化的束干涉测量检测；并且其中所述系统被配置为使得温度、压力、振动的程度和声波的程度中的至少一个或这些的任何组合各自被独立地维持在选择的容限内，以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比；其中所述系统还包括控制器，所述控制器可操作地连接到诸如光具座，所述光具座包括所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合；所述控制器用于响应于周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合而补偿所述系统参数的改变；其中所述控制可选地是以下中的一个或多个：(i)束对准系统，诸如所述系统的定位的正交光电传感器和一个或多个压电驱动的纳米定位器，用于监测所述一个或多个电磁辐射束的位置并且主动地控制所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的定位和/或对准，以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比；(ii)一个隔离器或多个隔离器，诸如能够至少部分地防止振动从外部操作环境到所述系统的传输或至少部分地防止源自所述系统本身内的振动的传输的阻尼部件，用于将所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列与操作环境的周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合的改变隔离，和/或(iii)主动冷却部件，诸如热电冷却器，其能够控制所述系统的元件(诸如所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合)的温度；以及可选地，其中所述控制器被配置用于闭环反馈控制。

在一个实施方案中，一种用于检测流体中的颗粒的方法包括：(i)提供含有颗粒的所述流体的流；(ii)使用光源生成一个或多个电磁辐射束，所述一个或多个电磁辐射束包括结构化的、非高斯束；(iii)使用束整形光学系统使所述一个或多个电磁辐射束传递通过所述流动室，从而生成由所述颗粒散射的电磁辐射；以及(iv)将来自所述流动室的电磁辐射引导到光学检测器阵列上，其中以相对于入射的一个或多个电磁辐射束的光轴的零度的0.5度内的散射角设置所述光学检测器阵列并且所述光学检测器阵列被定位成与所述流动室光学连通，以用于接收透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射，从而允许所述颗粒的结构化的束干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测；其中所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合被配置和/或被控制以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比；其中所述方法还包括提供控制器，所述控制器可操作地连接到诸如光具座，所述光具座包括所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合；所述控制器用于响应于周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合而补偿所述系统参数的改变；其中所述控制可选地是以下中的一个或多个：(i)束对准系统，诸如所述系统的定位的正交光电传感器和一个或多个压电驱动的纳米定位器，用于监测所述一个或多个电磁辐射束的位置并且主动地控制所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的定位和/或对准，以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比；(ii)一个隔离器或多个隔离器，诸如能够至少部分地防止振动从外部操作环境到所述系统的传输或至少部分地防止源自所述系统本身内的振动的传输的阻尼部件，用于将所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列与操作环境的周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合的改变隔离，和/或(iii)主动冷却部件，诸如热电冷却器，其能够控制所述系统的元件(诸如所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合)的温度；以及可选地，其中所述控制器被配置用于闭环反馈控制。

在不希望受任何特定理论束缚的情况下，本文可以存在与本文所公开的系统、装置和方法有关的基本原理的信任或理解。应认识到，无论任何机械的解释或假设的最终正确性如何，本发明的实施方案仍然可以是操作的并且有用的。

附图说明

图1A和图1B提供了具有光具座的振动隔离的用于流体流中的颗粒的干涉测量检测的系统的示意图。图1A示出了单通光学几何结构并且图1B示出了双通光学几何结构。

图1C提供了光学颗粒计数器的用于提供系统部件的振动隔离的壳体部件的示意图，所述系统部件包括光具座和由光具座支撑的部件。

图2提供了示例振动隔离器的传输率与频率的图表。

图3A和图3B提供了示出了使用正交光电传感器和压电驱动的快速转向反射镜(FSM)的、用于光学对准的闭环控制的实施对准控制系统的示意图。

图3C提供了示出了示例强度图案的示意图，该示例强度图案例示了处于稳定、对准配置中的系统。

图3D提供了示出了示例强度图案的示意图，该示例强度图案例示了处于不稳定、不对准配置中的系统。

图4提供了阐述了用于使用四检测器信号作为输入和快速转向反射镜(FSM)来提供光学对准的闭环反馈控制以提供受控的光学对准的步骤序列和标准的流程图。

图5提供了在感兴趣的范围(例如，光具座的长度和宽度)内温度改变与长度改变的曲线图。

图6提供了具有温度控制系统的用于检测流体流中的颗粒的系统的示意图。

图7提供了例示了用于液体颗粒计数器系统的用于振动隔离和冷却的示例方法的示意图。

图8提供了液体颗粒计数器系统的透视图的示意图，示出了用于提供振动隔离和温度控制的元件。

图9A提供了与图8的液体颗粒计数器系统互补的液体颗粒计数器系统的透视图的示意图。

图9B提供了例示了振动隔离器的部件以及振动隔离器如何耦合到光具座的液体颗粒计数器系统的放大图的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，阐述了本发明的装置、装置部件和方法的许多具体细节，以提供对本发明的精确性质的透彻解释。然而，对本领域技术人员来说，将明显的是可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。

一般而言，本文使用的术语和短语具有其在本领域公认的含义，其可以通过参考本领域技术人员已知的标准文本、期刊参考文献和上下文找到。提供以下定义以阐明它们在本发明的上下文中的具体用途。

“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(例如当两个表面发生机械接触并且存在机械运动时)产生的任何材料。颗粒可以由材料(诸如灰尘、污垢、烟雾、灰烬、水、烟灰、金属、氧化物、陶瓷、矿物质或这些或其他材料或污染物的任何组合)的聚集体组成。“颗粒”也可以指生物颗粒，例如病毒、孢子和微生物，所述微生物包括细菌、真菌、古生菌、原生生物和其他单细胞微生物。在一些实施方案中，例如，生物颗粒的特征在于大小尺寸(例如，有效直径)在0.1-15μm的范围内、可选地对于一些应用在0.5-5μm的范围内。

颗粒可以指吸收、发射或散射光并且因此通过光学颗粒计数器可检测到的小物体。如本文所使用的，“颗粒”意在不包括载体流体或样品介质(例如，水、空气、工艺液体化学品、工艺气体等)的单个原子或分子。在一些实施方案中，颗粒可能最初存在于表面(诸如微加工设施中的工具表面或药物制造设施中的生产表面)上，从表面被释放，并且随后在流体中被分析。一些系统和方法能够检测包括具有大于5nm、10nm、20nm、30nm、50nm、100nm、500nm、1μm或更大、或10μm或更大的大小尺寸并且可选地具有全部大小尺寸(诸如平均或有效直径、平均或有效长度和/或平均或有效宽度)的材料的聚集物的颗粒。本发明的一些实施方案能够检测具有选自10nm至150μm的范围、可选地对于一些应用具有选自10nm至-10μm的范围、可选地对于一些应用具有选自10nm至-1μm的范围、以及可选地对于一些应用具有选自10nm至-0.5μm的范围以及可选地对于一些应用具有选自10nm至-250nm的范围的大小尺寸并且可选地具有全部大小尺寸(诸如平均或有效直径、平均或有效长度和/或平均或有效宽度)的颗粒。

表达“检测颗粒”广义上指感测颗粒、识别颗粒的存在、对颗粒进行计数和/或表征颗粒，诸如关于大小尺寸(诸如平均或有效直径、平均或有效长度和/或平均或有效宽度)表征颗粒。在一些实施方案中，检测颗粒指对颗粒进行计数。在一些实施方案中，检测颗粒指对与大小特性或大小特性范围(例如，大小箱(bin))对应的颗粒进行计数，诸如对与平均或有效直径、平均或有效长度和/或平均或有效宽度的一个或多个范围对应的颗粒进行计数。在一些实施方案中，检测颗粒指表征和/或测量颗粒的物理特性，诸如，横截面尺寸、平均或有效直径、平均或有效长度、平均或有效宽度形状、大小、空气动力学大小或这些的任何组合。在一些实施方案中，在流动的流体中进行颗粒检测，所述流体是诸如具有在0.05CFM到10CFM的范围内、可选地对于一些应用在0.1CFM到5CFM的范围内、以及可选地对于一些应用在0.5CFM到2CFM的范围内选择的体积流动速率的气体。在一些实施方案中，在流动的流体中进行颗粒检测，所述流体是诸如具有在1到1000mL/min的范围内选择的体积流动速率的液体。

“光学颗粒计数器”或“颗粒计数器”可互换地使用并且指使用光学分析和/或检测来例如通过分析流体流和/或流体样品中的颗粒来检测颗粒、对颗粒进行计数和/或表征颗粒的颗粒检测系统。光学颗粒计数器包括液体颗粒计数器和气溶胶颗粒计数器，例如，包括能够检测流体流(诸如液体或气体流)中的单个(多个)颗粒以及能够例如基于大小标准或大小标准的范围(诸如平均或有效直径、平均或有效长度和/或平均或有效宽度的范围)(例如，一个或多个大小箱)表征每体积被分析的流体的颗粒数目的系统。

在一些实施方案中，光学颗粒计数器(例如，经由激光器或发光二极管)将电磁辐射束提供到相互作用区域(诸如流动室的分析区域)中，在该区域中该束与流体流中的颗粒相互作用。照明可能涉及对提供到相互作用区域的入射束聚焦、滤波和/或整形(例如，伸长)。颗粒的检测和/或表征可以通过检测和分析从相互作用区域散射、发射和/或透射的电磁辐射来实现。检测可能涉及将由颗粒散射、吸收、遮蔽和/或发射的电磁辐射聚焦、过滤和/或整形到一个或多个光电检测器(诸如光学检测器阵列)上。用于光学颗粒计数器的各种检测器是本领域已知的，包括例如，单个检测元件(例如，光电二极管、光电倍增管等)、光学检测器阵列(例如，光电二极管阵列、CMOS检测器、有源像素传感器(APS)、电荷耦合装置(CCD)、金属氧化物半导体(MOS)检测器等)、摄像机，并且各种检测器可以使用本领域已知的各种检测器定向来实施。光学颗粒计数器可以包含差分检测，包括分束差分检测。光学颗粒计数器可以包括凝结颗粒计数器、凝结核计数器等。当在凝结颗粒计数器的上下文中使用时，光学颗粒计数器部分指用于表征已经经历上游成核和/或生长的颗粒的检测系统(例如，电磁辐射源、光学器件、滤波器、光学收集、检测器、处理器等)。

在一个实施方案中，例如，光学颗粒计数器包括用于生成电磁辐射束的源、用于将束引导和聚焦到流体样品正在流动(例如，液体或气体流经流动室)的区域中的束转向和/或整形光学器件。典型的光学颗粒计数器包括与流动室光学连通的光电检测器(诸如光学检测器阵列)以及用于对由传递通过入射束的颗粒散射、透射和/或发射的电磁辐射进行收集、整形和/或成像的收集光学器件。颗粒计数器还可以包括用于读出、信号处理和/或分析由光电检测器产生的电信号的电子设备和/或处理器(例如，由固件和/或软件实施的)，包括电流-电压转换器、脉冲高度分析器、信号滤波电子设备、放大电子设备等。光学颗粒计数器还可以包括一个或多个流体致动系统，诸如泵、风扇、鼓风机等，以用于生成用于输送含有颗粒的流体样品通过流动室的分析区域的流体流，例如，用于生成由体积流动速率表征的测量结果。在一些实施方案中，光学颗粒计数器包括流体致动系统，以用于生成选择的流动速率，诸如在0.05CFM至10CFM的范围内、可选地对于一些应用在0.1CFM至5CFM的范围内以及可选地对于一些应用在0.5CFM至2CFM的范围内选择的流动速率。在一些光学颗粒计数器中，为包括一种或多种液体的样品生成的流动速率包括在1到1000mL/min的范围内选择的流动速率。

表达“颗粒的干涉测量检测”指使用至少一个光学干涉部件来对一个或多个颗粒进行检测、计数和/或表征的系统和方法。在一些实施方案中，叠加或以其他方式组合电磁辐射的相干束以导致光学干涉，以用于对与该电磁辐射的至少一部分相互作用的颗粒进行感测、计数和/或确定所述颗粒的大小特性描述。“结构化的束干涉测量检测”指如下干涉测量系统和方法，其中使具有非高斯强度分布的电磁辐射的结构化的探测束传递通过含有颗粒的流动室并且使用光学检测器阵列检测来自所述流动室的光(例如透射光、散射光(例如，前向散射光)等)以对颗粒进行感测、计数和/或表征。“外差干涉测量检测”指如下干涉测量系统和方法，其中使相干电磁辐射的探测束传递通过流动室，使所述探测束与单独的参考束组合并且使用光学检测器阵列检测组合的探测束和参考束以对颗粒进行检测、计数和/或表征。在一些实施方案中，颗粒计数器被配置为通过收集离轴散射光并且将所述离轴散射光散射光与参考束组合以产生干涉测量信号来提供所述颗粒的外差干涉测量检测。

以提供统计上显著的数据的方式对清洁和超清洁流体中的小颗粒(例如，有效直径小于100nm)进行检测和计数要求高信噪比(S/N)。高S/N比允许在本底噪声(noisefloor)以上清楚地检测纳米颗粒。如本文所使用的，“统计上显著的数据”指每单位时间检测到足够多的颗粒以能够准确地评估流体中的污染水平。在一些实施方案中，高S/N不一定与确定大小准确度直接相关。例如，在一些光学颗粒计数器中，束腰(beam waist)占据流动室通道的一小部分，并且因此，此方法监测总流量的一个子集，使得颗粒有可能传递通过束的、辐照度小于中心的边缘。如果50nm的颗粒传递通过束的外边缘，它可能与10nm的颗粒传递通过束的中心类似地生成信号。因此，有可能形成一些具有高S/N并且能够检测2nm的颗粒而不具有良好的确定大小准确度的光学颗粒计数器。在本光学颗粒计数器和方法中的一些中，目标将是能够对足够多的颗粒进行计数，以在最短的时间段内提供对超高纯度流体中的污染水平的定量、统计上合理的评估。例如，当监测最先进的超纯水系统时，当前最先进的颗粒计数器可能要求多达40分钟来对足够多的颗粒进行计数以提供统计上适当的浓度(可接受的相对标准偏差)测量结果。通过经由本系统和方法改进并且维持高S/N，测量此最小统计上可接受的颗粒计数所需的时间间隔可以减小了10倍或更多。这提供了价值，因为它允许用户更快地识别与过程控制极限的偏差。

表达“高信噪比”指光学颗粒检测系统的、足以准确地并且灵敏地检测流体流中的颗粒的信噪比，所述颗粒包括以小物理尺寸(例如，小于或等于200nm的有效直径、可选地对于一些实施方案小于或等于100nm的有效直径以及可选地对于一些实施方案小于或等于50nm的有效直径)为特征的颗粒。在一个实施方案中，“高信噪比”指高到足以感测以小物理尺寸为特征的颗粒(诸如具有低至20nm的有效直径的颗粒、可选地对于一些应用具有低至10nm的直径的颗粒以及可选地对于一些应用具有低至1nm的直径的颗粒)的信噪比。在一个实施方案中，“高信噪比”指高到足以以小于或等于50计数/L的误检测率对颗粒进行准确地检测和计数的信噪比，例如，用于检测具有在1-1000nm的范围内的选择的有效直径的颗粒。在一个实施方案中，“高信噪比”指高到足以在比在常规光学颗粒计数器中小至少10倍的时间帧(timeframe，时间范围)内提供最小的统计上可接受的颗粒计数的信噪比。

表达“颗粒计数过程的显著性能退化”指颗粒检测系统对流动流体中的颗粒进行检测和计数的能力的退化。在一些实施方案中，颗粒计数过程的显著性能退化指最小大小通道中的检测阈值电压的大于或等于20％的偏移。在一些实施方案中，颗粒计数过程的显著性能退化指错误计数率的增加大于或等于50计数/L。在一些实施方案中，颗粒计数过程的显著性能退化指提供最小统计上可接受的颗粒计数所需的时间的5倍或更大的增加，可选地对于一些实施方案，10倍或更大的增加。在一些实施方案中，颗粒计数过程的显著性能退化——例如由于管理不善的噪声源——指导致最小颗粒的可检测性差的、S/N的退化。例如，退化的S/N可以使从50nm的颗粒检测到的信号看起来像来自20nm的颗粒的信号并且可以使20nm的颗粒信号与噪声难以区分，从而导致可检测性较低和每单位时间计数的颗粒较少和/或由于噪声水平升高而出现错误计数。

表达“差分检测”指使用来自前视、轴上检测器对的差分信号的技术和系统，所述检测器对例如成相对于入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角，可选地对于一些应用成相对于入射束的光轴的零度的0.1度内的散射角，以及可选地成在零度处或附近的散射角。可以使用最少两个像素来生成差分信号(例如，一个上部(或顶部)和一个下部(或底部))，从而形成用于差分检测的单个像素对。替代地，多个像素可以被采用以用于差分检测器(诸如包括一个或多个像素对的分段差分检测器)的每个有源检测器区域(例如，顶部有源区域和底部有源区域)，从而使用多个像素对，例如，其中每个像素对中的一个像素对应于顶部有源检测器区域并且每个像素对中的另一个像素对应于底部有源区域。像素对的数目的范围可以是例如从1到500个像素以及，并且可选地对于一些应用从50-100个像素。在一些实施方案中，差分信号是通过将来自与分段检测器阵列的不同有源区域(诸如顶部半部和底部半部)对应的像素对的信号差分相加生成的。在本系统和方法中可以使用差分检测以提供噪声的降低并且因此提供提高的信噪比。在一些实施方案中，例如，差分检测被用于检测透射通过所述流动室的入射电磁辐射和通过流动室中的流体流中的一个或多个颗粒前向散射的电磁辐射的组合。在一些实施方案中，例如，入射光的分布具有在差分检测器的第一和第二有源检测区域(例如，上部半部和下部半部)之间平衡的功率分布，例如，使得第一和第二有源检测区域以在10％内、可选地对于一些应用在5％内以及可选地对于一些应用在1％内的入射辐射功率为特征。差分检测包括具有闭环控制的技术和系统，所述闭环控制例如基于当不存在颗粒时(即，在不存在从颗粒散射时)对差分信号的噪声幅度的评估。在一些实施方案中，使用转向反射镜来调整检测器上的入射束位置以降低或最小化差分信号的噪声水平，这可能在束功率在第一和第二有源检测器元件(例如，检测器的上部元件和下部元件)之间均匀分配时出现。闭环控制也可以通过使检测器位置平移和使检测器旋转以对准束和检测器轴来实现，以便降低或最小化差分信号的噪声水平。

“结构化的束”指具有非高斯空间强度分布的电磁辐射的相干束(例如，激光)。结构化的束包括以衰减区域为特征的束(诸如暗束、具有暗线奇点的线焦点的束)、以两个或更多个离散强度波瓣为特征的束等。在一个实施方案中，结构化的束对应于横模，诸如TEM01。结构化的束包括聚焦的、合成的、激光束。结构化的束和暗束可以通过本领域已知的技术生成，包括使用光学掩模、激光腔的修改、组合多个束、空间和/或偏振滤波器以及诸如干涉测量或偏振修改方案中的其他操作。

“结构化的束检测”指如下系统和方法，其中使具有非高斯强度分布的电磁辐射的结构化的束传递通过含有颗粒的流动室并且使用光学检测器阵列检测来自所述流动室的光(例如，透射光、散射光(例如前向散射光等))以对颗粒进行感测、计数和/或表征。

“暗束检测”指如下系统和方法，其中使电磁辐射的暗束传递通过含有颗粒的流动室并且使用光学检测器阵列检测所述暗束以对颗粒进行感测、计数和/或表征，所述暗束例如具有空间强度分布，所述空间强度分布具有衰减的强度(诸如强度中的中心线降低)的区域。

“束传播轴”指平行于电磁辐射束的行进方向的轴。

“光学连通”指以允许光在部件之间传送的方式布置的部件。光学连通包括：其中两个元件直接光学连通的配置，其中光直接在元件之间行进；以及其中两个元件间接光学连通的配置，其中光经由一个或多个附加的光学元件(诸如一个或多个透镜、反射镜、窗口、分束器、光纤、相位掩模、波片、束组合器、光学滤波器等或这些的任何组合)在元件之间行进。

“光轴”指电磁辐射传播通过系统所沿的方向。

“光学检测器阵列”指能够跨检测器的有源区域在两个维度上在空间上解析输入信号(例如，电磁辐射)的光学检测器。光学检测器阵列能够生成图像，例如与检测器的有源区域上的强度图案对应的图像。在一个实施方案中，光学检测器阵列包括单独的检测器元件的阵列，所述检测器元件在本文中也称为像素；例如：二维光电检测器阵列、电荷耦合装置(CCD)检测器、互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器、金属氧化物半导体(MOS)检测器、有源像素传感器、微通道板检测器或二维光电二极管阵列。

“光源”指用于生成电磁辐射和/或将电磁辐射递送到样品的装置或装置部件。该术语不限于可见辐射，诸如通过可见光束，而是在广义上使用以包括任何电磁辐射，包括可见辐射、紫外线辐射和/或红外线辐射。光源可以被体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、二极管激光泵浦固态激光器、LED、LED阵列、气相激光器、固态激光器，举几个例子。在一些实施方案中，光源用于生成一个或多个电磁辐射束，诸如一个或多个相干电磁辐射束，例如，以在光学颗粒计数器中生成探测束。在一个实施方案中，光源可以包括一个或多个部件，诸如束整形系统、相位掩模、束组合器、偏振控制器、波片，或用于生成结构化的束(诸如暗束)的其他部件，以用于在光学颗粒计数器中提供探测束。

在一些实施方案中，束整形光学系统被设置为与光源光学连通以接收来自光源的电磁辐射，其中束整形光学系统被配置为向流动室提供一个或多个电磁辐射束，例如，具有选择的强度、方向特性和/或空间特性的一个或多个束。用于某些实施方案的束整形光学系统可以包括用于聚焦、扩展、转向、引导和/或组合从光源接收的光的一个或多个光学元件。用于某些实施方案的束整形光学系统可以包括一个或多个透镜、反射器、滤波器、扩展器、偏振控制器、束组合器、波片、棱镜、相位掩模、孔径、调制器、致动器或这些的任何组合。用于某些实施方案的束整形光学系统被定位和被配置为向流动室提供聚焦的电磁辐射束。用于某些实施方案的束整形光学系统被配置为向流动室提供高纵横比束，诸如以选自10:1到200:1的范围的纵横比为特征的束。

术语“电磁辐射”和“光”在本说明书中被同义地使用并且指电场和磁场的波。对于本发明的方法有用的电磁辐射包括但不限于紫外光、可见光、红外光、或具有在大约100纳米到大约15微米之间的波长的这些光的任何组合。

“高纵横比”束指光束，诸如包括具有选自10:1到200:1的范围的纵横比的结构化的束或暗束的激光束。

“具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测”指能够检测具有小于或等于100纳米的至少一个大小尺寸并且可选地全部大小尺寸(诸如有效或平均直径、有效或平均长度、有效或平均宽度等)的颗粒的系统和方法。在一些实施方案中，“具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测”指能够对流体中的具有小于或等于100nm的至少一个大小尺寸并且可选地全部大小尺寸的颗粒的颗粒进行计数的系统和方法，例如，作为时间、流量体积等的函数。在一些实施方案中，“具有小于或等于100nm的至少一个大小尺寸并且可选地全部大小尺寸的颗粒的颗粒的光学检测”指能够基于大小属性、有效或平均直径、有效或平均长度、有效或平均宽度等表征流体流中的颗粒的系统和方法，所述表征是例如通过将颗粒分类为对应于大小范围(或大小箱)，例如，对应于等于或小于100nm、等于或小于90nm、等于或小于80nm、等于或小于70nm、等于或小于60nm、等于或小于50nm、等于或小于40nm、等于或小于30nm、等于或小于20nm、等于或小于10nm、等于或小于5nm、1nm-10nm、10nm-20nm、20nm-30nm、30nm-40nm、40nm-50nm、50nm-60nm、60nm-70nm、70nm-80nm、80nm-90nm、90nm-100nm或这些范围的任何组合的大小范围。在一些实施方案中，“具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测”指除了检测等于或小于100nm的颗粒之外还能够检测具有大于100nm的至少一个大小尺寸并且可选地全部大小尺寸(诸如诸如有效或平均直径、有效或平均长度、有效或平均宽度等)的颗粒的系统和方法。用于检测小于或等于100nm的颗粒的示例方法和系统包括但不限于基于光散射的方法和系统、基于荧光的方法和系统、基于光学消光的方法和系统、基于干涉测量的方法和系统、基于凝结核计数的方法和系统以及这些的任何组合。

本系统和方法集成了主动部件和/或被动部件，以用于防止、减轻和/或补偿内部刺激或外部刺激和/或操作条件的改变的效果，这些效果可能不利地影响使用干涉测量手段的颗粒检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测。本系统和方法的特征包括在颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测期间增强颗粒检测系统的光学对准和/或稳定性的控制器、补偿器和/或隔离器。在一些实施方案中，颗粒检测系统具有“在盒内的颗粒计数器盒”几何结构，其允许振动、声学和/或热控制，诸如以在颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测期间最小化光学对准的改变。在一个实施方案中，例如，“光具座”或其部件通过壳体与外部环境输入物理隔离、声学隔离和/或热隔离。在一个实施方案中，例如，干涉测量颗粒检测系统包含例如通过主动补偿外部或内部振动源来提供振动稳定性的隔离器，诸如丝网隔离器。

在一个实施方案中，例如，颗粒检测系统包括一个或多个被动部件或主动部件，所述一个或多个被动部件或主动部件与减小振动相反诸如通过包含以下特征或方面中的一个或多个来提高振动耐受性：(i)使用环氧树脂来集成透镜和其他光学部件，(ii)减小大小/质量，(ii)保持透镜支架在>150Hz的自然频率处或附近，(iii)实施用于设计光学支架和安装光学器件的技术，(iv)使用与壳体热隔离和振动隔离的光学器件/激光器，和/或(v)使用与光学器件机械隔离的流动室。

可以通过以下非限制性示例进一步理解本发明。

示例1：具有振动隔离的干涉测量检测

光学系统的性能退化的重要源之一是从环境强加的或光学系统固有的振动。这些输入可以是周期性的或随机的，其中二者都具有频率和幅度内容。冷却风扇、主动机构和一般工业环境对振动源有贡献并且可能具有频率内容。更具体地，工业环境倾向于在大约60Hz下具有输入的第一谱峰，其中在高次谐波下幅度减小。最常见的是，具有此第一谱峰导致光学系统的性能退化，例如，对于光学颗粒计数。性能退化的症状可能是来自平面内和由于平面外运动导致的散焦二者的图像模糊。如果部件支架的自然频率落在谐波之一上，由于光学部件的位移导致的瞄准线丢失可能是振动激发发生的主要性能影响。

在某些实施方案中，例如，在颗粒检测系统中使用方法和部件以防止由于内部振动和环境振动导致的性能的损失。一些实施方案的系统的设计基于将光学系统与外部环境隔离。例如，“在盒内的盒”设计将光学组件安装在隔离器上，所述隔离器防止频率内容是60Hz的第一基本模式或在60Hz以上的第一基本模式的外部环境振动源的传输。在光学组件内一些或所有支架被设计成具有远在大多数振动源的基本模式以上的自然频率。

光学组件的性能退化的另一个源是由于振动输入或热效应导致的光学部件在它们的支架内的运动。在一些实施方案中，为了减少这些效应的影响，用胶粘剂将一些或所有光学器件约束在支架中以防止可能由振动源或热效应引起的任何粘着滑动运动。此外，使用风扇控制温度是与光学组件隔离以有效地消除该振动源。

振动输入的次要源是外部激发从外部源到光学组件的耦合。这些源可以是由于测试室(text cell，测试池)中的流体流、电力电缆或从外部环境传递到光学组件所需的任何连接导致的。为了隔离这些源，在外部安全壳(containment)和光学组件之间安装柔性链路(link)。柔性链路充当隔离器，因为它们的传输振动的能力被降低或消除。因此，这些隔离的链路不可以导致光学系统的性能退化。

振动级别可以与系统性能有关以基于颗粒测量系统的灵敏度设立一般极限。例如，随着感兴趣的特征大小减小，强加在测量工具上的可允许的振动水平也减小。

将这与一般环境振动输入(来自所有外部源)对比，将颗粒测量系统与外部源隔离的需要变得明显。

图1A提供了一种用于对流体流中的颗粒进行干涉测量检测的系统的示意图，该系统具有光具座的振动隔离。如图1A中所示出的，颗粒检测系统(200)包括流动室(210)，用于输送包括颗粒(被示意性地描绘为流动室(210)内的圆圈)的流体流(150)，诸如具有颗粒的气体或液体流。光源(220)，诸如激光源，生成电磁辐射，该电磁辐射被提供给束转向和/或整形系统(221)以用于生成被提供给流动室(210)的探测束(222)，诸如结构化的束，诸如暗束。来自包括探测束传递通过流动室(210)的端口的流动室210的光以及从流动室(210)散射(例如前向散射)或发射的光被提供给轴上光学检测器阵列(240)，诸如包括一个或多个像素对的分段1D或2D光学检测器(240A和240B)，所述轴上光学检测器阵列与处理器(101)进行操作通信以向处理器(101)(诸如固件或软件实施的处理器)提供输出信号。光学检测器阵列(240)和/或处理器(101)可以提供差分检测，例如在其中单独的分段检测器区域各自被定位在结构化的束(诸如暗束)的不同强度波瓣之上的配置中。可选地，在流动室210和检测器240之间设置收集和/或整形光学器件(223)，以提供对来自流动室210的光的收集、整形和/或滤波。

设置了一个或多个振动隔离器(205)，以主动地或被动地将光源(220)、束转向和整形系统(221)、流动室(210)、光学检测器阵列(240)、收集和/或整形光学器件(223)和/或这些部件的任何组合与内部或外部振动源隔离。振动隔离器(205)的集成也可以在使用外差干涉测量检测和或具有等于或小于100nm的尺寸的颗粒的光学检测的颗粒检测系统的上下文中使用。

处理器(101)接收并且分析来自光学检测器阵列(240)的输出信号，例如经由生成并且分析来自分段1D或2D光学检测器(240A和240B)的信号的差分信号组合(例如，差分相加、相减等)以诸如通过计数和/或大小表征来提供颗粒的检测，例如作为被分析的样品体积和/或时间的函数。在一些实施方案中，例如，以相对于入射束的光轴的零度的5度内的散射角设置、以及可选地以相对于入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角设置以及可选地以相对于入射束的光轴的零度的0.1度内的散射角设置光学检测器阵列(240)。

图1A中还示出了相对于探测束(222)的束传播轴和光学检测器阵列(240)的检测器轴离轴定位的可选的侧散射光电检测器(268)和侧散射收集光学器件(267)。侧散射收集光学器件(267)，诸如一个或多个透镜和/或反射镜，被定位为接收由于流动室(210)中的颗粒和探测束的相互作用产生的离轴散射光。侧散射收集光学器件(267)将收集的散射光的至少一部分引导并且可选地成像到操作通信的侧散射光电检测器(268)上，以向处理器(101)提供输出信号以用于分析以检测和/或表征颗粒。可选地，设置了一个或多个振动隔离器(205)以主动地或被动地将散射收集光学器件(267)、侧散射光电检测器(268)和/或这些的任何组合与内部或外部振动源隔离。

图1B提供了一种替代的用于对流体流中的颗粒进行干涉测量检测的系统的示意图，该系统具有光具座的振动隔离，其中光学几何结构被设置为提供双通光学几何结构。如图1B中所示出的，系统(200)包括一个或多个振动隔离器(205)，所述一个或多个振动隔离器被设置为主动地或被动地将光源(220)、束转向和整形系统(221)、流动室(210)、分束器(265)、反射镜(275)、光学检测器阵列(240)或这些的任何组合与内部或外部振动源隔离。如图1B中所示出的，设置了分束器(265)和反射镜(275)，以提供双通光学几何结构。在图1B中所示出的实施方案中，束转向和整形系统(221)允许提供给流动室(210)的高纵横比束并且光学检测器阵列(240)被配置为成对检测器阵列。所描绘的光学几何结构允许束的相长干涉和相消干涉，这有助于灵敏度。双通光学几何结构和差分检测的使用也有助于灵敏度。高纵横比束的使用增加了可以检测到颗粒的样品体积，这增加了每单位时间可以被监测的样品的量。

可选地，束转向和整形系统(221)允许高纵横比束，诸如以选自10:1到200:1的范围的纵横比为特征的束，所述高纵横比束被提供给流动室(210)，并且光学检测器阵列(240)被配置为成对检测器阵列，包括成对检测器阵列(240A和240B，从它们在检测器(240)内的位置向外扩展，并且为了清楚起见被单独地示意性地例示在颗粒检测示意图以下紧挨着对应于颗粒检测事件的示例信号)。光学检测器阵列(240)可以被配置为提供差分检测，可选地其中成对检测器阵列(240A和240B)被定位在结构化的束(诸如暗束)的强度波瓣之上。例如，在一些实施方案中，以相对于入射束的光轴的零度的5度内的散射角设置，以及可选地以相对于入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。

图1B还示出了光学检测器阵列(240)的代表性信号，示出了作为颗粒传递通过流动室中的束的时间(或通过束的颗粒轨迹)的函数的来自单独的成对检测器阵列(240A和240B)的信号，其中实线是来自检测器阵列240A的信号并且虚线是来自检测器阵列240B的信号。如图1B中所示出的，来自单独的成对检测器阵列(240A和240B)的信号各自以最小值和最大值为特征并且相对于彼此倒转。来自单独的成对检测器阵列(240A和240B)的信号可以被组合，例如经由差分加法、减法、乘法等，以提供可以被分析以提供关于颗粒的大小、光学属性(例如，折射率)和组成的准确信息的信号，诸如差分信号。

图1C提供了光学颗粒计数器的、用于提供系统部件的振动隔离的壳体部件的示意图，所述系统部件包括光具座和由光具座支撑的部件。如图1C中所示出的，壳体(250)围住光具座(255)和由光具座支撑的系统部件，诸如光源、束转向和整形系统、流动室、收集和/或整形光学器件、光学检测器、分束器、相位掩模、光学对准系统、致动器、压电控制器、温度控制器等或这些部件的任何组合(注意：出于清楚目的，光学部件未示出在图1B中)。振动隔离器(260)，诸如阻尼器和/或补偿器，被设置为与光具座(255)操作通信，使得来自外部源的振动的传输被最小化或被避免，例如，以便维持高信噪比和避免光学颗粒计数器的性能的退化。

在一个实施方案中，例如，一种用来将内部测量仪器与外部环境隔离的方法是将“光具座”安装在隔离器上，所述隔离器中的一些是商业上可得的。隔离器的一般设计是阻尼弹簧机构，所述阻尼弹簧机构被设计成仅传输在其自然频率以下的振动输入。在隔离器自然频率以上的振动输入被阻尼或减少。幅度减少的量取决于隔离器的设计。例如，商业隔离器是可得的，当被恰当地实施到设计中时，所述商业隔离器可以将传输的振动减少多达其原始幅度的90％。图2提供了示例隔离器的传输率与频率的图表。如图2中所示出的，在大约8Hz(隔离器的自然频率)以下振动输入将横跨隔离器传输。在此示例中，传输是大约1并且增加至多达隔离器的自然频率(注意峰在大约8Hz处)。然后传输的振动能量的幅度随频率减小。如图2中所示出的，在60Hz(第一并且通常最大的输入频率)处小于1％。

示例2：激光束漂移校正

激光束瞄准线可能随时间漂移，这进而可能不利地影响依赖于稳定指向方向的干涉测量颗粒检测系统的性能。

为了解决来自激光束漂移和其他源的不对准，可以使用给出用于位置误差校正的反馈的传感器和压电驱动的快速转向反射镜(FSM)将激光束转向子系统包含到系统中。常用的传感器是四象限检测器(quad-cell detector)。通过比较有源像素上的信号电平，可以计算传感器上的位置(或位置的误差)。该误差可以被去卷积成坐标位置误差。第二FSM可以在从第一FSM移位某一距离处被使用并且与类似的位置传感器耦合以提供角度误差校正。传感器提供位置误差信号，所述位置误差信号然后被用来产生快速转向反射镜的位置的改变。FSM的位置改变校正激光束的位移和角度误差。

图3A和图3B提供了示出了用于光学对准的闭环控制的实施对准控制子系统的示意图。例如，包括正交光电传感器的光电检测器可以被配置为提供一个提供输入的信号，并且压电驱动的快速转向反射镜(FSM)可以被设置为提供用于光学对准的闭环控制的输出。

图3A提供了例示了用于对准控制系统的光束路径的示意图，所述对准控制系统包括光源、第一快速转向反射镜(FSM)、第一分束器、第一四象限检测器、第二快速转向反射镜(FSM)、第二分束器和第二四象限检测器。如图3A中所示出的，来自激光源的输出作为入射束被提供给第一快速转向反射镜。该束的第二部分被引导到第一分束器，该第一分束器允许该束的一部分继续，并且将该束的一部分分裂到四象限检测器。继续通过分束器的该束的该部分入射到第二快速转向反射镜(FSM)上。反射的束被引导到第二分束器，该第二分束器将该束分裂为两部分。该束的一个部分被输出到所述系统中的后续光学器件。离开第二分束器的该束的另一部分被引导到第二四象限光学检测器并且被检测。

图3B提供了为与图3A中所示出的对准控制系统类似的对准控制系统添加电信号路径的示意图。如图3A中所示出的，来自第一和第二四象限光学检测器的信号被单独地提供给ADC/DAC控制器、误差校正器和FSM控制器部件。这些部件被配置为独立地处理和分析来自第一和第二四象限检测器的信号并且生成控制信号以致动第一和第二快速转向反射镜，从而提供对总体光学对准的反馈控制。图3B中还示出了光束路径。图3C提供了示出了示例强度图案的示意图，该示例强度图案例示了处于稳定、对准配置中的系统。图3D提供了示出了示例强度图案的示意图，该示例强度图案例示了处于不稳定、不对准配置中的系统。因此，通过监测强度图案正交检测器，可以检测和监测光学对准的改变。这样的检测到的改变可以进一步用作用于光学对准的闭环控制的输入的基础。

图4提供了阐述了用于使用四检测器信号作为输入和快速转向反射镜(FSM)来提供光学对准的闭环反馈控制以提供受控的光学对准的步骤序列和标准的流程图。左面板示出了第一快速转向反射镜(FSM)的信号分析和控制过程并且右面板示出了第二快速转向反射镜(FSM)的信号分析和控制过程。如图4中所示出的，束位置数据从四象限检测器提供并且被分析以识别和或表征束位置误差的发生。如果识别了束位置误差，向快速转向反射镜提供信号以在需要时生成位置校正。重复图4中所示出的序列以提供光学对准的连续监测和校正。

在一个实施方案中，例如，如果在光路中使用反射镜，反射镜涂层可以被设计成传递少量入射在其上的光。此透射束可能撞击四检测器的中心。如果束偏离其标称指向方向，则检测器的每个象限上的照明的量将改变。检测器照明的改变可以构成误差信号，该误差信号用来触发精细校正马达等以恢复每个象限上的原始光分布并且从而恢复预期的束方向。

替代地，仅部分地是反射的的束采样窗口可以被放置在束中并且反射光可以被引导到四检测器上。如果四检测器上的光的分布发生改变，可以生成信号以恢复初级束在其目标上的放置。一种方式可能是倾斜束中的另一个窗口以横向平移透射束并且恢复其预期放置。

示例3：具有温度控制的干涉测量检测

干涉测量颗粒检测系统的热稳定性约束可以基本上由光学性能要求驱动。存在热不稳定性的、可以影响光学系统的功能的多个方面。温度稳定性的关键参数是热梯度和温度改变的总体量值。影响系统性能的热源包括来自光学元件和电子器件的热消散以及来自环境的外部热量输入。两个源都可以导致颗粒检测系统内部的可以使性能退化的温度改变。如示例1中所描述的，仪器的灵敏度给出在不影响性能的情况下可以被允许的温度改变的水平的指示。

总体温度偏移(temperature excursion)根据长度尺度(length scale)、温度差和材料的热膨胀系数改变板的长度。下面示出了等式：

d＝a LΔT

其中：

d＝长度的总体改变

a＝材料的热膨胀系数

L＝部分的长度

ΔT＝温度改变。

图5提供了在感兴趣的范围(例如，光具座的长度和宽度)内温度改变与长度改变的曲线图。如图6中所示出的，对于标称光学容限(+/-0.025mm)，可允许的温度改变是大约3℃。通常，这是许多常见的光学部件之间的间距和对准的最大可允许容限水平。光学系统的某些部段的位置容限是大约+/-0.013mm，从而进一步限制了最佳性能温度包络(temperature envelope)。

在干涉测量颗粒检测系统中使用风扇——这是进行温度控制的一般方法——可以导致所述系统内部的空气中的振动和对流梯度。压力和温度梯度改变空气的折射率并且使光学性能退化。特别是，这些温度梯度本质上是湍流的并且因此不具有可以通过数据操纵消除的恒定效应。

为了提供热控制，某些实施方案的干涉测量颗粒检测系统的实施方案包含定位在所述系统的外壳体上的主动冷却部件(例如，热电冷却器(TEC)等)。这些冷却机构配备有热交换结构和机构(例如，翅片式热交换器、气体吹扫装置(gas purge)等)，所述热交换结构和机构移除来自冷却机构的废热并且将其注入外部环境中。冷却机构通过导热链路或热管连接到所述系统的内部部件。此方法产生与外部环境分离的微环境并且已经减轻了任何内部热源的效应。因此，系统性能比利用内部冷却风扇的常规的冷却系统更稳定。

图6提供了具有温度控制系统的用于对流体流中的颗粒进行干涉测量检测的系统的示意图。如图6中所示出的，珀耳帖冷却器被设置为：(i)经由热链路与热源、散热器(heatsink)和温度传感器进行热连通；以及(ii)经由电连接与控制电子器件和温度传感器进行电子连通。示意图示出了用于控制与热源(诸如光学颗粒计数器的光学部件、电气部件和/或机械部件)相关的温度的热连接和电连接。图6中所示出的温度控制器可以被设置为模块化部件，所述模块化部件被单独地热耦合到与光学颗粒计数器的单独的热量产生部件对应的热源，所述热量产生部件是诸如光学部件(例如，激光器、反射镜、流动室、检测器、透镜等)，电子部件(例如，处理器、控制器、致动器等)或机械部件(例如，风扇、泵等)。珀耳帖冷却器和/或热链路(thermal link)的数目取决于热源的数目和珀耳帖冷却器的冷却能力。

在没有对颗粒计数器内的关键部件的热控制的情况下，所述系统可能不恰当地起作用。例如，在温度改变在3℃(摄氏度)以上的情况下，光学器件可可以变得不对准。一些部件，诸如激光器，要求主动冷却以移除在运行期间生成的热量。虽然深冷器(chiller)或液体热交换器对冷却激光器是有效的，但是它们引入可能对超灵敏测量具有有害影响的振动/噪声的可能性，以及增加整个系统的占用空间(footprint)，这是不期望的。

热电冷却器(TEC)模块(也被称为珀耳帖冷却器)为高灵敏颗粒计数器提供了一种替代的热管理策略。此技术由夹在导热板之间的电子密度不同的两种半导体材料组成。施加到TEC的电压在所述板之间产生温度差，以实现冷却。当直接接触颗粒计数器组件的内壁或外壁和/或单独的部件(包括激光器和检测器)放置时，TEC可以管理所述系统的温度。

使用TEC进行热控制的优点包括：紧凑的大小以及深冷系统所需的冷却剂和空间的消除；实现TEC装置的长使用寿命的、不具有移动部分的简化设计。

示例4：具有振动隔离和主动温度控制的液相颗粒计数器

此示例提供了一种具有振动隔离和主动温度控制的、用于对液体流(诸如超纯水和/或其他工艺液体流)中的具有小于或等于100nm、可选地小于或等于50nm以及可选地小于或等于20nm的大小尺寸的颗粒进行检测的液相颗粒计数器系统。所述系统包括用于传递具有颗粒的流体流的流动室。来自光源，诸如激光源，的探测束由束整形光学器件(例如，通过聚焦、伸长等)整形并且被引导到含有流体流的流动室上，其中探测束和流体流中的颗粒的相互作用生成散射电磁辐射。来自流动室的散射电磁辐射的一部分被收集并且被引导到光电检测器(诸如检测器阵列)上，所述光电检测器生成与对来自流动室的散射光的检测对应的输出信号。对输出信号的分析——例如经由处理器，诸如固件和/或软件实施的处理器——被用来对颗粒检测事件的发生进行检测和计数并且根据大小特性(诸如有效或平均直径)或对应于一大小范围(例如，小于特定大小或在一大小范围内)的颗粒分类表征检测到的颗粒，例如，经由脉冲分析方法，诸如脉冲高度分析、脉冲面积分析等。通过监测来自流动室的散射光获得检测到的颗粒的计数，例如，作为时间和/或被分析的流体的体积的函数。

图7提供了例示了一种用于液体颗粒计数器系统(500)的振动隔离和冷却的示例方法的示意图。如图7中所例示的，所述系统的与主要振动源(510)对应的部件(诸如风扇、泵、流体致动器等)被直接地或间接地安装到系统(500)的壳体(520)。包括科学装备(诸如光源、束整形光学器件、滤波器、衰减器、孔径、流动室、窗口、用于散射光的收集光学器件、光学检测器、束转向和控制元件等中的一个或多个)的光具座(530)经由一个或多个振动隔离器(540)与壳体(520)至少部分地隔离以在壳体(520)和光具座(530)之间提供具有降低的或最小化的传输率的振动隔离。图7中还示出了冷却模块(550)，所述冷却模块可操作地连接到壳体(520)，以主动地和/或被动控制系统(500)的温度，包括控制光具座(530)和其部件的温度，例如，以最小化在使用期间的温度改变。

图8提供了液体颗粒计数器系统(500)的透视视图的示意图，示出了用于提供振动隔离和温度控制的元件。内部冷却风扇(560)与光具座(530)隔离并且安装到壳体(520)，诸如壳体主体(520a)和/或壳体盖(520b)，并且因此，在结构上与光具座(530)分离。用安装到壳体(520)(诸如盖(520b)和/或壳体主体(520a)(在此实施方案中被示出为安装到盖)的单独的冷却模块(550)实现从壳体的内部的热量移除。在一个实施方案中，例如，来自冷却模块(550)的空气流不直接冲向、指向和/或瞄准光具座。如图8中所示出的，设置振动隔离器(540)以减少和/或最小化振动从壳体(520)到光具座(530)的元件的传输。

在一个实施方案中，冷却模块(550)包括主动珀耳帖热电冷却器，所述主动珀耳帖热电冷却器可操作地耦合到壳体(520)，例如，经由绝缘垫片。在一些实施方案中，在壳体的外部，来自所述系统的废热通过与传热介质接触而消散，例如使用风扇、罗茨鼓风机(rootsblower)、压缩空气、中央清扫真空系统(house vacuum)和/或液体传送介质。在一些实施方案中，在壳体的内部，内部风扇有助于传热介质在壳体的内部的分配以进行传热。

图9A提供了与图8的液体颗粒计数器系统互补的液体颗粒计数器系统(500)的透视视图的示意图，例示了如下一种配置，其中光具座(530)经由振动隔离器(540)与壳体(520)振动隔离，所述振动隔离器减少和/或最小化振动从壳体(520)到光具座(530)的元件的传输。

图9B提供了液体颗粒计数器系统(500)的放大视图的示意图，例示了振动隔离器(540)的部件以及振动隔离器(540)如何耦合到光具座(530)。如图9B中所示出的，设置可调整的硬件(575)(诸如托架和螺钉/螺栓组件)以通过压缩非线性振动材料隔离层来调节振动隔离，以最小化壳体(520)的振动到光具座(530)的传输率。在一个实施方案中，设置具有不同属性的一个或多个振动隔离材料或层以使光具座支撑件(535)与壳体(520)与振动源隔离。

如图9B中所示出的，设置了包括软材料层(诸如弹性体层)的底座(580)，其中光具座(530)直接地或间接地放置在阻尼系统的底座(580)上，例如，经由光具座支撑件(535)。在一些实施方案中，在光具座支撑件(535)和耦合部件(595)之间设置包括软材料层(诸如弹性体层)的附加的阻尼元件(590)。例如，耦合部件(595)可以被配置为在光具座支撑件(535)的任一侧上底座(580)和附加的阻尼元件(590)机械地耦合在一起，诸如由两个相对的弹性体层提供。此布置允许结构性光具座支撑件(535)抵靠包括底座(580)和附加的阻尼元件(590)的至少两个振动层自由地振动。在一些实施方案中，通过例如使用可调整的硬件(575)和耦合部件(595)使振动隔离层变形来调整两个隔离层(诸如底座(580)和附加的阻尼元件(590))的振动隔离属性。这是通过耦合部件(595)(例如包括夹具)和改变动态压缩模量的调整螺钉/螺栓可调整的硬件(575)的相对紧度实现的。用于隔离层(诸如底座(580)和附加的阻尼元件(590))的材料的选择中的重要参数包括激发频率与所述系统的自然频率之比、动态剪切比和传输率。

实施方案——通过以下实施方案进一步阐述和示例了本发明：

实施方案1：一种颗粒检测系统，包括：

流动室，用于使含有颗粒的流体流动；

光源，用于生成一个或多个电磁辐射束；

束整形光学系统，用于使所述一个或多个电磁辐射束传递通过所述流动室，从而生成由所述颗粒散射的电磁辐射；

至少一个光学检测器阵列，用于从所述流动室接收电磁辐射，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为允许所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测；以及

其中所述系统被配置为使得温度、压力、振动的程度以及声波的程度中的至少一个或这些的任何组合各自被独立地维持在选择的容限内，以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比。

实施方案2：根据实施方案1所述的系统，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为通过使相干电磁辐射的结构化的探测束传递通过所述流动室来提供所述颗粒的结构化的束干涉测量检测。

实施方案3：根据实施方案1所述的系统，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为通过收集离轴散射光并且将所述离轴散射光散射光与参考束组合以产生干涉测量信号来提供所述颗粒的外差干涉测量检测。

实施方案4：根据实施方案1所述的系统，其中所述光源和光学检测器阵列被配置为提供所述颗粒的单次或多次束干涉测量检测。

实施方案5：根据实施方案1所述的系统，其中所述光源和光学检测器阵列被配置为提供所述颗粒的结构化的暗束干涉测量检测。

实施方案6：根据实施方案1-5中任一个所述的系统，其中所述光学检测器阵列被定位成与所述流动室光学连通，以用于接收透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射。

实施方案7：根据实施方案6所述的系统，其中由所述颗粒散射的所述电磁辐射包括前向散射电磁辐射。

实施方案8：根据实施方案6-7中任一个所述的系统，其中透射通过所述流动室的所述入射电磁辐射和由所述颗粒散射的所述电磁辐射经受相长和/或相消光学干涉。

实施方案9：根据实施方案1-8中任一个所述的系统，其中以相对于入射束的光轴的零度的5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。

实施方案10：根据实施方案1-9中任一个所述的系统，其中以相对于入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。

实施方案11：根据实施方案1-10中任一个所述的系统，其中所述光学检测器阵列被设置为与所述流动室光学连通，以用于检测所述颗粒和由所述颗粒散射的电磁辐射与照明波前的相互作用。

实施方案12：根据实施方案1-11中任一个所述的系统，其中当遭受以下条件中的一个或多个时，所述系统提供所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测，而没有内部颗粒计数过程的显著性能退化：

a.以小于1℃/小时的速率的多达5℃的T的改变；

b.多达300毫巴的P的改变；

c.多达10mm的束路径长度的改变；

d.多达2mm的束聚焦位置的改变；

e.多达20％的束功率的改变；

f.多达200微米/秒的振动水平I；

g.多达+/-5度的束角度的改变；

h.直到＜2％(RMS)的激光器噪声的条件；

i.直到＜1.3的激光器的M²的改变；

j.直到＜100MHz的激光器的线宽的改变；

k.直到＜50％的RH的改变；

l.控制电子(线路功率)稳定性和噪声；以及

m.这些的任何组合。

实施方案13：根据实施方案1-12中任一个所述的系统，其中所述系统还包括控制器，所述控制器可操作地耦合到所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合，所述控制器用于响应于周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合而补偿所述系统参数的改变。

实施方案14：根据实施方案13所述的系统，其中所述周围条件、内部刺激或外部刺激选自由温度的改变、压力的改变、振动、声波或这些的任何组合组成的组。

实施方案15：根据实施方案13-14中任一个所述的系统，其中所述控制器是束对准系统，用于监测所述一个或多个电磁辐射束的位置并且主动地控制所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的定位和/或对准以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比。

实施方案16：根据实施方案15所述的系统，其中所述束对准系统允许用于热膨胀光学漂移的补偿。

实施方案17：根据实施方案15-16中任一个所述的系统，其中所述束对准系统允许低频率振动补偿。

实施方案18：根据实施方案15-17中任一个所述的系统，其中所述束对准系统以250Hz或更大的频率提供所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的定位和/或对准的实时控制以在5微弧度或更小微弧度内。

实施方案19：根据实施方案15-18中任一个所述的系统，其中所述束对准系统是闭环系统。

实施方案20：根据实施方案15-19中任一个所述的系统，其中所述束对准系统包括一个或多个光电传感器以及一致动器系统。

实施方案21：根据实施方案20所述的系统，其中所述一个或多个光电传感器是所述系统的定位的正交光电传感器并且所述致动器系统包括一个或多个压电驱动的纳米定位器。

实施方案22：根据实施方案20-21中任一个所述的系统，其中所述光电传感器向闭环系统提供输入并且所述致动器系统向所述闭环系统提供输出。

实施方案23：根据实施方案13-22中任一个所述的系统，其中所述控制器是一个隔离器或多个隔离器，用于将所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列与操作环境的周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合的改变隔离。

实施方案24：根据实施方案23所述的系统，其中所述隔离器是能够至少部分地防止振动从外部操作环境到所述系统的传输的阻尼部件。

实施方案25：根据实施方案23-24中任一个所述的系统，其中所述隔离器是能够至少部分地防止源自所述系统本身内的振动的传输的阻尼部件。

实施方案26：根据实施方案24-25中任一个所述的系统，其中所述阻尼部件被设计成将具有60Hz以及以上的基本频率的振动的传输减少到小于1％。

实施方案27：根据实施方案24-26中任一个所述的系统，其中所述阻尼部件包括阻尼弹簧机构、至少两个质量阻尼器或这些的任何组合。

实施方案28：根据实施方案13所述的系统，其中所述控制器是能够控制所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的温度的主动冷却部件。

实施方案29：根据实施方案28所述的系统，其中所述主动冷却部件经由导热链路与所述流动室、光源、束整形光学系统、光具座、光学检测器阵列或这些的任何组合热连通。

实施方案30：根据实施方案28-29中任一个所述的系统，其中所述主动冷却部件包括热电冷却器。

实施方案31：根据实施方案30所述的系统，其中所述热电冷却器被设置为不与所述系统的外壳体热连通。

实施方案32：根据实施方案30-31中任一个所述的系统，其中所述热电冷却器被设置为与热交换结构热连通以移除来自所述热电冷却器的热量并且将热量注入到所述系统外部的环境中。

实施方案33：根据实施方案32所述的系统，其中所述热交换结构是翅片式热交换器。

实施方案34：根据实施方案30-33中任一个所述的系统，其中用干燥气体吹扫所述热电冷却器以防止受冷却侧的湿气凝结。

实施方案35：根据实施方案30-34中任一个所述的系统，其中用干燥气体吹扫所述热电冷却器以流过热侧热交换器以增强热消散。

实施方案36：根据实施方案1-35中任一个所述的系统，其中所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合被配置为提供用于响应于周围条件、内部刺激或外部刺激而补偿所述系统参数的改变的被动隔离。

实施方案37：根据实施方案36所述的系统，其中所述被动隔离由以下特征中的一个或多个提供：

a.一个或多个振动隔离器的引入；

b.透镜中的一个或多个胶粘剂层的引入；

c.一个或多个热固性或热塑性机械约束件的引入；

d.光源和部件的减小的大小和/或质量；

e.具有大于或等于150Hz的自然频率的透镜支架的引入；

f.与光源和部件机械地隔离的流动室的引入；

g.热膨胀系数匹配的材料；以及

h.低热膨胀系数光学部件。

实施方案38：根据实施方案1-37中任一个所述的系统，其中所述光源提供相干入射束。

实施方案39：根据实施方案1-38中任一个所述的系统，其中所述光源提供高斯入射束。

实施方案40：根据实施方案1-39中任一个所述的系统，其中所述光源包括用于生成所述一个或多个电磁辐射束的一个或多个整形和/或组合光学元件。

实施方案41：根据实施方案40所述的系统，其中所述一个或多个整形和/或组合光学元件是衍射元件、偏振元件、强度调制元件、相位调制元件或这些的任何组合。

实施方案42：根据实施方案1-41中任一个所述的系统，其中所述一个或多个电磁辐射束包括结构化的、非高斯束。

实施方案43：根据实施方案42所述的系统，其中所述一个或多个电磁辐射束包括暗束。

实施方案44：根据实施方案42-43中任一个所述的系统，其中所述一个或多个电磁辐射束包括以一个或多个线奇点为特征的束。

实施方案45：根据实施方案42-43中任一个所述的系统，其中所述一个或多个电磁辐射束包括变形束。

实施方案46：根据实施方案42-45中任一个所述的系统，其中所述一个或多个电磁辐射束包括处于顶帽形态的变形束。

实施方案47：根据实施方案1-46中任一个所述的系统，其中所述光学检测器阵列包括多个分段线性检测器或2D检测器阵列。

实施方案48：根据实施方案1-47中任一个所述的系统，其中所述至少一个光学检测器阵列允许差分检测。

实施方案49：根据实施方案1-48中任一个所述的系统，其中所述流体是液体或气体。

实施方案50：根据实施方案1-49中任一个所述的系统，其中所述系统用于检测液体化学品中的颗粒。

实施方案51：根据实施方案1-50中任一个所述的系统，其中所述系统用于检测超纯水中的颗粒。

实施方案52：根据实施方案1-49中任一个所述的系统，其中所述系统用于检测高压力气体中的颗粒。

实施方案53：根据实施方案1-49中任一个所述的系统，其中所述系统用于检测表面上的颗粒。

实施方案54：一种用于检测流体中的颗粒的方法，所述方法包括：

提供含有颗粒的所述流体的流；

使用光源生成一个或多个电磁辐射束；

使用束整形光学系统使所述一个或多个电磁辐射束传递通过所述流动室，从而生成由所述颗粒散射的电磁辐射；以及

将来自所述流动室的电磁辐射引导到光学检测器阵列上，从而允许所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测；

其中所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合被配置和/或被控制以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比。

实施方案53：根据实施方案54所述的方法，其中所述光学检测器阵列被定位成与所述流动室光学连通，以用于接收透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射。

实施方案54：根据实施方案55所述的方法，其中由所述颗粒散射的所述电磁辐射包括前向散射电磁辐射。

实施方案55：根据实施方案55-56中任一个所述的方法，其中透射通过所述流动室的所述入射电磁辐射和由所述颗粒散射的所述电磁辐射经受相长和/或相消光学干涉。

实施方案56：根据实施方案54-57中任一个所述的方法，其中以相对于入射束的光轴的零度的5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。

实施方案57：根据实施方案54-58中任一个所述的方法，其中以相对于入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。

实施方案58：根据实施方案54-59中任一个所述的方法，其中所述光学检测器阵列被设置为与所述流动室光学连通，以用于检测所述颗粒和由所述颗粒散射的电磁辐射与照明波前的相互作用。

实施方案59：根据实施方案54-60中任一个所述的方法，其中当遭受以下条件中的一个或多个时，所述方法提供所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测，而没有内部颗粒计数过程的显著性能退化：

a.以小于1℃/小时的速率的多达5℃的T的改变；

b.多达300毫巴的P的改变；

c.多达10mm的束路径长度的改变；

d.多达2mm的束聚焦位置的改变；

e.多达20％的束功率的改变；

f.多达200微米/秒的振动水平I；

g.多达+/-5度的束角度的改变；

h.直到＜2％(RMS)的激光器噪声的条件；

i.直到＜1.3的激光器的M²的改变；

j.直到＜100MHz的激光器的线宽的改变；

k.直到＜50％的RH的改变；

l.控制电子(线路功率)稳定性和噪声；以及

m.这些的任何组合。

关于通过引用并入和变化的声明

本申请全文中的所有参考文献——例如包括已发布或授权的专利或等同物、专利申请公布的专利文献以及非专利文献文档或其他原始资料——的全部内容在下述这样的条件下据此通过引用并入本文，如同单独地通过引用并入：每个参考文献不与本申请中的公开内容至少部分地不一致(例如，部分地不一致的参考文献除了该参考文献的部分地不一致的部分外通过引用并入)。

以下专利和专利申请涉及使用结构化的束的干涉测量颗粒检测并且通过引用整体并入：US7,746,469；US20170176312；WO2019/082186；以及62/838,835。

本文已经采用的术语和表达被用作描述性的术语而不是限制性的术语，并且不意在使用这样的术语和表达来排除所示出的和所描述的特征或其部分的任何等同物，但是应认识到，在所要求保护的本发明的范围内能够进行各种修改。因此，应理解，尽管通过优选实施方案、示例性实施方案和可选特征具体公开了本发明，但是本领域技术人员可以采取本文所公开的构思的修改和变化，并且这样的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。本文所提供的具体实施方案是本发明的有用实施方案的示例，并且本领域技术人员明了的是，可以使用本说明书中所阐述的装置、装置部件、方法步骤的大量变化来执行本发明。如对于本领域技术人员来说明显的，对于本方法有用的方法和装置可以包括大量的可选的组成和处理要素以及步骤。

如本文以及所附权利要求中所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数的提及物，除非上下文另有清楚指示。因此，例如，对“一个室(a cell，一个池)”的提及包括多个这样的室以及本领域技术人员已知的其等同物。此外，术语“一个(a)”(或“一个(an)”)、“一个或多个”和“至少一个”可以在本文中可互换地使用。还应注意，术语“包括(comprising)”、“包含(including)”和“具有(having)”可以可互换地使用。表达“根据权利要求XX-YY中任一项”(其中XX和YY指权利要求序号)意在以择一形式提供多个从属权利要求，并且在一些实施方案中与表达“如权利要求XX-YY中任一项”可互换。

当本文公开一组取代物时，应理解，该组和所有子组的所有个体成员均被单独地公开。当本文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的所有可能的组合和子组合都意在被单独地包括在本公开内容中。

除非另有说明，否则本文所描述或所示例的每一个装置、系统、配方、部件的组合或方法都可以被用来实践本发明。

每当在说明书中给出一范围，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含在给出的范围中的所个体值都意在被包括在本公开内容中。应理解，包含在本文的说明书中的范围或子范围内的任何子范围或个体值都可以被从本文的权利要求中排除。

说明书中所提到的所有专利和公布表明本发明所属领域的技术人员的技术水平。本文所引用的参考文献的全部内容通过引用并入本文，以表明自其公布日期或申请日起的现有技术状态，并且意在：如果需要，可以在本文中采用此信息以排除现有技术中的具体实施方案。例如，当要求保护物质的组成时，应理解，先于本申请人的发明的本领域已知和可得的化合物，包括在本文所引用的参考文献中针对其提供了能够实现的公开内容的化合物，并不意在被包括在本文的物质权利要求的组成中。

如本文所使用的，“包括(comprising)”与“包含(including)”、“含有(containing)”或“其特征在于(characterized by)”同义，并且是包含性的或开放性的并且不排除附加的未列出的要素或方法步骤。如本文所使用的，“由……组成”排除权利要求要素中未指定的任何要素、步骤或成分。如本文所使用的，“基本上由……组成”不排除不实质上影响权利要求的基本和新颖特性的材料或步骤。在本文的每种情况下，术语“包括(comprising)”、“基本上由……组成”和“由……组成”中的任何一个可以用另外两个术语中的任一个来代替。可以在不存在本文未具体公开的任何一个或多个元件、任何一个或多个限制的情况下实践本文适当地例示性地描述的本发明。

本领域普通技术人员将理解，除了具体地示例的那些以外，其他起始材料、生物材料、试剂、合成方法、纯化方法、分析方法、测定方法和生物方法都能够在实施本发明时使用，而无需诉诸于过度的实验。任何这样的材料和方法的所有本领域已知的功能等同物都意在被包括在本发明中。已经采用的术语和表达被用作描述性的术语而不是限制性的术语，并且不意在使用这样的术语和表达来排除所示出的和所描述的特征或其部分的任何等同物，而是应认识到，在所要求保护的本发明的范围内可以进行各种修改。因此，应理解，尽管已经通过优选实施方案和可选特征具体公开了本发明，但是本领域技术人员可以采取本文所公开的构思的修改和变化，并且这样的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 (61)

1.一种颗粒检测系统，包括：

流动室，用于使含有颗粒的流体流动；

光源，用于生成一个或多个电磁辐射束；

束整形光学系统，用于使所述一个或多个电磁辐射束传递通过所述流动室，从而生成由所述颗粒散射的电磁辐射；

至少一个光学检测器阵列，用于从所述流动室接收电磁辐射，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为允许所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测；以及

其中所述系统被配置为使得温度、压力、振动的程度以及声波的程度中的至少一个或这些的任何组合各自被独立地维持在选择的容限内，以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为通过使相干电磁辐射的结构化的探测束传递通过所述流动室来提供所述颗粒的结构化的束干涉测量检测。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为通过收集离轴散射光并且将所述离轴散射光散射光与参考束组合以产生干涉测量信号来提供所述颗粒的外差干涉测量检测。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源和光学检测器阵列被配置为提供所述颗粒的单次或多次束干涉测量检测。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源和光学检测器阵列被配置为提供所述颗粒的结构化的暗束干涉测量检测。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中所述光学检测器阵列被定位成与所述流动室光学连通，以用于接收透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射。

7.根据权利要求6所述的系统，其中由所述颗粒散射的所述电磁辐射包括前向散射电磁辐射。

8.根据权利要求6-7中任一项所述的系统，其中透射通过所述流动室的所述入射电磁辐射和由所述颗粒散射的所述电磁辐射经受相长和/或相消光学干涉。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中以相对于入射束的光轴的零度的5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其中以相对于入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的系统，其中所述光学检测器阵列被设置为与所述流动室光学连通，以用于检测所述颗粒和由所述颗粒散射的电磁辐射与照明波前的相互作用。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的系统，其中当遭受以下条件中的一个或多个时，所述系统提供所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测，而没有内部颗粒计数过程的显著性能退化：

i.以小于1℃/小时的速率的多达5℃的T的改变；

ii.多达300毫巴的P的改变；

iii.多达10mm的束路径长度的改变；

iv.多达2mm的束聚焦位置的改变；

v.多达20％的束功率的改变；

vi.多达200微米/秒的振动水平I；

vii.多达+/-5度的束角度的改变；

viii.直到＜2％(RMS)的激光器噪声的条件；

ix.直到＜1.3的激光器的M²的改变；

x.直到＜100MHz的激光器的线宽的改变；

xi.直到＜50％的RH的改变；

xii.控制电子(线路功率)稳定性和噪声；以及

xiii.这些的任何组合。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的系统，其中所述系统还包括控制器，所述控制器可操作地耦合到所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合，所述控制器用于响应于周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合而补偿所述系统参数的改变。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述周围条件、内部刺激或外部刺激选自由温度的改变、压力的改变、振动、声波或这些的任何组合组成的组。

15.根据权利要求13-14中任一项所述的系统，其中所述控制器是束对准系统，用于监测所述一个或多个电磁辐射束的位置并且主动地控制所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的定位和/或对准以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述束对准系统允许用于热膨胀光学漂移的补偿。

17.根据权利要求15-16中任一项所述的系统，其中所述束对准系统允许低频率振动补偿。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的系统，其中所述束对准系统以250Hz或更大的频率提供所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的定位和/或对准的实时控制以在5微弧度或更小微弧度内。

19.根据权利要求15-18中任一项所述的系统，其中所述束对准系统是闭环系统。

20.根据权利要求15-19中任一项所述的系统，其中所述束对准系统包括一个或多个光电传感器以及一致动器系统。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述一个或多个光电传感器是所述系统的定位的正交光电传感器并且所述致动器系统包括一个或多个压电驱动的纳米定位器。

22.根据权利要求20-21中任一项所述的系统，其中所述光电传感器向闭环系统提供输入并且所述致动器系统向所述闭环系统提供输出。

23.根据权利要求13-22中任一项所述的系统，其中所述控制器是一个隔离器或多个隔离器，用于将所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列与操作环境的周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合的改变隔离。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述隔离器是能够至少部分地防止振动从外部操作环境到所述系统的传输的阻尼部件。

25.根据权利要求23-24中任一项所述的系统，其中所述隔离器是能够至少部分地防止源自所述系统本身内的振动的传输的阻尼部件。

26.根据权利要求24-25中任一项所述的系统，其中所述阻尼部件被设计成将具有60Hz以及以上的基本频率的振动的传输减少到小于1％。

27.根据权利要求24-26中任一项所述的系统，其中所述阻尼部件包括阻尼弹簧机构、至少两个质量阻尼器或这些的任何组合。

28.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器是能够控制所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的温度的主动冷却部件。

29.根据权利要求28所述的系统，其中所述主动冷却部件经由导热链路与所述流动室、光源、束整形光学系统、光具座、光学检测器阵列或这些的任何组合热连通。

30.根据权利要求28-29中任一项所述的系统，其中所述主动冷却部件包括热电冷却器。

31.根据权利要求30所述的系统，其中所述热电冷却器被设置为不与所述系统的外壳体热连通。

32.根据权利要求30-31中任一项所述的系统，其中所述热电冷却器被设置为与热交换结构热连通以移除来自所述热电冷却器的热量并且将热量注入到所述系统外部的环境中。

33.根据权利要求32所述的系统，其中所述热交换结构是翅片式热交换器。

34.根据权利要求30-33中任一项所述的系统，其中用干燥气体吹扫所述热电冷却器以防止受冷却侧的湿气凝结。

35.根据权利要求30-34中任一项所述的系统，其中用干燥气体吹扫所述热电冷却器以流过热侧热交换器以增强热消散。

36.根据权利要求1-35中任一项所述的系统，其中所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合被配置为提供用于响应于周围条件、内部刺激或外部刺激而补偿所述系统参数的改变的被动隔离。

37.根据权利要求36所述的系统，其中所述被动隔离由以下特征中的一个或多个提供：

i.一个或多个振动隔离器的引入；

ii.透镜中的一个或多个胶粘剂层的引入；

iii.一个或多个热固性或热塑性机械约束件的引入；

iv.光源和部件的减小的大小和/或质量；

v.具有大于或等于150Hz的自然频率的透镜支架的引入；

vi.与光源和部件机械地隔离的流动室的引入；

vii.热膨胀系数匹配的材料；以及

viii.低热膨胀系数光学部件。

38.根据权利要求1-37中任一项所述的系统，其中所述光源提供相干入射束。

39.根据权利要求1-38中任一项所述的系统，其中所述光源提供高斯入射束。

40.根据权利要求1-39中任一项所述的系统，其中所述光源包括用于生成所述一个或多个电磁辐射束的一个或多个整形和/或组合光学元件。

41.根据权利要求40所述的系统，其中所述一个或多个整形和/或组合光学元件是衍射元件、偏振元件、强度调制元件、相位调制元件或这些的任何组合。

42.根据权利要求1-41中任一项所述的系统，其中所述一个或多个电磁辐射束包括结构化的、非高斯束。

43.根据权利要求42所述的系统，其中所述一个或多个电磁辐射束包括暗束。

44.根据权利要求42-43中任一项所述的系统，其中所述一个或多个电磁辐射束包括以一个或多个线奇点为特征的束。

45.根据权利要求42-43中任一项所述的系统，其中所述一个或多个电磁辐射束包括变形束。

46.根据权利要求42-45中任一项所述的系统，其中所述一个或多个电磁辐射束包括处于顶帽形态的变形束。

47.根据权利要求1-46中任一项所述的系统，其中所述光学检测器阵列包括多个分段线性检测器或2D检测器阵列。

48.根据权利要求1-47中任一项所述的系统，其中所述至少一个光学检测器阵列允许差分检测。

49.根据权利要求1-48中任一项所述的系统，其中所述流体是液体或气体。

50.根据权利要求1-49中任一项所述的系统，其中所述系统用于检测液体化学品中的颗粒。

51.根据权利要求1-50中任一项所述的系统，其中所述系统用于检测超纯水中的颗粒。

52.根据权利要求1-49中任一项所述的系统，其中所述系统用于检测高压力气体中的颗粒。

53.根据权利要求1-49中任一项所述的系统，其中所述系统用于检测表面上的颗粒。

54.一种用于检测流体中的颗粒的方法，所述方法包括：

提供含有颗粒的所述流体的流；

使用光源生成一个或多个电磁辐射束；

使用束整形光学系统使所述一个或多个电磁辐射束传递通过所述流动室，从而生成由所述颗粒散射的电磁辐射；以及

将来自所述流动室的电磁辐射引导到光学检测器阵列上，从而允许所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测；

其中所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合被配置和/或被控制以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比。

55.根据权利要求54所述的方法，其中所述光学检测器阵列被定位成与所述流动室光学连通，以用于接收透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射。

56.根据权利要求55所述的方法，其中由所述颗粒散射的所述电磁辐射包括前向散射电磁辐射。

57.根据权利要求55-56中任一项所述的方法，其中透射通过所述流动室的所述入射电磁辐射和由所述颗粒散射的所述电磁辐射经受相长和/或相消光学干涉。

58.根据权利要求54-57中任一项所述的方法，其中以相对于入射束的光轴的零度的5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。

59.根据权利要求54-58中任一项所述的方法，其中以相对于入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。

60.根据权利要求54-59中任一项所述的方法，其中所述光学检测器阵列被设置为与所述流动室光学连通，以用于检测所述颗粒和由所述颗粒散射的电磁辐射与照明波前的相互作用。

61.根据权利要求54-60中任一项所述的方法，其中当遭受以下条件中的一个或多个时，所述方法提供所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测，而没有内部颗粒计数过程的显著性能退化：

i.以小于1℃/小时的速率的多达5℃的T的改变；

ii.多达300毫巴的P的改变；

iii.多达10mm的束路径长度的改变；

iv.多达2mm的束聚焦位置的改变；

v.多达20％的束功率的改变；

vi.多达200微米/秒的振动水平I；

vii.多达+/-5度的束角度的改变；

viii.直到＜2％(RMS)的激光器噪声的条件；

ix.直到＜1.3的激光器的M²的改变；

x.直到＜100MHz的激光器的线宽的改变；

xi.直到＜50％的RH的改变；

xii.控制电子(线路功率)稳定性和噪声；以及

xiii.这些的任何组合。

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