DE102013015016A1

DE102013015016A1 - Verfahren zur Partikeldetektion in einem partikelhaltigen Fluid und korrespondierende Partikeldetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013015016A1
Application number: DE102013015016.7A
Authority: DE
Inventors: Simon Brugger; Zinaida Vasileuskaya-Schulz; Mike Muhl; Robert Rieger; Martin Strnad; Britta Brunnenkan; Markus Schwär
Original assignee: Testo SE and Co KGaA
Current assignee: Testo SE and Co KGaA
Priority date: 2013-09-07
Filing date: 2013-09-07
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Bei einer Partikeldetektionsvorrichtung (1) mit einer Detektoreinheit (4), welche einen Partikel (6) in einem fluidführenden Messkanal (5) überwacht, wird vorgeschlagen, aus dem Ausgangssignal (9) der Detektoreinheit (4) ein erstes zeitabhängiges Messignal (11) und ein zweites zeitabhängiges Messsignal (12) bereitzustellen, für die Messsignale (11, 12) ein Korrelogramm (14) zu berechnen und einen Zähler (17) zu inkrementieren, wenn das Korrelogramm (14) einen vorgegebenen Schwellwert (15) übersteigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Partikeldetektion in einem partikelhaltigen Fluid, wobei das Fluid an einer wenigstens ein Messfenster aufweisende Detektoreinheit vorbeigeführt wird, wobei ein zeitabhängiges Ausgangssignal der Detektoreinheit aufgenommen wird und wobei ein Zähler inkrementiert wird, wenn ein Partikel in dem partikelhaltigen Fluid detektiert wird.
Die Erfindung betrifft weiter eine Partikeldetektionsvorrichtung mit einer wenigstens ein Messfenster aufweisenden Detektoreinheit und einem an der Detektoreinheit vor dem wenigstens einen Messfenster angeordneten, ein partikelhaltiges Fluid führenden Messkanal.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise aus der Zytometrie bekannt, wobei das Messfenster als strukturierte Maske ausgeführt ist und die Detektoreinheit ein optisches Signal aufzeichnet, zu dem eine Korrelation mit einer Maskenfunktion der Maske berechnet wird. Auf diese Weise kann bei bekannter Fließgeschwindigkeit der Partikel vor dem Messfenster auf die Anzahl der vorbeiströmenden Partikel geschlossen werden. Es ist auch bekannt, eine Korrelation des gemessenen Signals mit der Maskenfunktion eine Korrelation des gemessenen Signals mit einer Modulationsfunktion detektierten Lichtstrahls zu berechnen. In jedem Fall ist es bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen erforderlich, eine Korrelation des gemessenen oder detektierten Signals mit einer bekannten Funktion, beispielsweise einer Maskenfunktion oder einer Modulationsfunktion, zu berechnen.
Das Detektieren fluoreszenter Partikel in einem Zytometer kann bei starker HintergrundFluoreszenz schwierig sein. In Zytometern der bekannten Bauart löst man dieses Problem durch die Verwendung eines Hüllstroms, der das Beobachtungsvolumen verkleinert und der so das Verhältnis von PartikelFluoreszenz zu HintergrundFluoreszenz vergrößert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren hierzu bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Partikeldetektion die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass aus dem zeitabhängigen Ausgangssignal ein erstes zeitabhängiges Messsignal und ein zweites zeitabhängiges Messsignal bereitgestellt werden, dass aus dem ersten zeitabhängigen Messsignal und dem zweiten zeitabhängigen Messsignal ein Korrelogramm erstellt wird und dass der Zähler inkrementiert wird, wenn das erstellte Korrelogramm zumindest an einem Punkt einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Unter einem Korrelogramm wird hierbei eine Funktion verstanden, welche den Wert einer Korrelationsfunktion zu unterschiedlichen Zeitverschiebungen beschreibt. Es kann beispielsweise eingerichtet sein, dass der Schwellwert dann als überschritten gewertet wird, wenn das Korrelogramm an wenigstens einem Punkt seines Definitionsbereichs den Schwellwert überschreitet. Die erfindungsgemäße Erstellung eines Korrelogramms ermöglicht es, Übereinstimmungen in den zwei zeitabhängigen Messsignalen aufzufinden, ohne dass die Fließgeschwindigkeit der Partikel, welche diese übereinstimmenden Signalbestandteile erzeugen, oder eine Maskenfunktion des Messfensters oder eine Modulationsfunktion bekannt sein muss.
Unter einem Fluid werden Substanzen mit endlicher Viskosität verstanden. Beispiele für Fluide sind Gase und Flüssigkeiten und Gemische davon. Bevorzugte Anwendungsbeispiele der Erfindung sind, wenn das Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas ist. Im Folgenden kann daher für bevorzugte Anwendungsbeispiele der Begriff „Fluid” durch „Flüssigkeit” oder durch „Gas” ersetzt werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an der Detektoreinheit ein erstes Messfenster und ein zum ersten Messfenster in einer Fließrichtung des Fluids beabstandetes zweites Messfenster von einem gemeinsamen Detektor überwacht werden, wobei das erste zeitabhängige Messsignal und das zweite zeitabhängige Messsignal als Kopien des aufgenommenen zeitabhängigen Ausgangssignal bereitgestellt werden. Von Vorteil ist dabei, dass das Verfahren mit einem einzigen Detektor ausführbar ist, wobei das Korrelogramm eine Autokorrelation beschreibt. Ein an dem ersten Messfenster und etwas später an dem zweiten Messfenster vorbeiströmedes Partikel erzeugt in dem Ausgangssignal zwei zeitversetzte Signalausschläge, die durch eine Autokorrelation in dem Korrelogramm als Peak ersichtlich sind. Besonders günstig ist es dabei, wenn das erste zeitabhängige Signal und das zweite zeitabhängige Signal als gegeneinander zeitversetzte Kopien des aufgenommenen zeitabhängigen Ausgangssignals bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann die Übereinstimmung, die sich zwangsläufig bei einer Zeitverschiebung von 0 in der Autokorrelation ergibt, ausgeblendet werden.
Bevorzugt wird das Fluid in einem Messkanal geführt. Das Messfenster kann hierbei so an dem Messkanal positioniert sein, dass ein Messbereich des Messkanals überwachbar ist. Sind zwei oder mehr Messfenster ausgebildet, so kann jedes Messfenster zur Überwachung eines zugeordneten Messbereichs des Messkanals angeordnet sein.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an der Detektoreinheit ein erstes Messfenster von einem ersten Detektor der Detektoreinheit und ein zum ersten Messfenster in einer Fließrichtung des Fluids beabstandetes zweites Messfenster von einem zweiten Detektor der Detektoreinheit überwacht wird, wobei das zeitabhängige Ausgangssignal eine dem ersten Detektor zugeordnete erste Komponente und eine dem zweiten Detektor zugeordnete zweite Komponente hat. Von Vorteil ist dabei, dass die von einem vorbeiströmenden Partikel an dem ersten Messfenster und dem zweiten Messfenster jeweils erzeugten Signale jeweils getrennt voneinander unabhängig erfassbar sind, so dass keine systembedingten Autokorrelationen auftreten, die ausgeblendet werden müssten.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein erster Detektor der Detektoreinheit nach einem ersten physikalischen Messprinzip und ein zweiter Detektor nach einem zweiten, von dem ersten physikalischen Messprinzip verschiedenen physikalischen Messprinzip arbeitet, wobei das Ausgangssignal eine erste Komponente, die von dem ersten Detektor erzeugt wird, und eine zweite Komponente, die von dem zweiten Detektor erzeugt wird, hat. Von Vorteil ist dabei, dass eine Überwachung eines einzelnen Messfensters ermöglicht ist, um ein Vorbeiströmen eines Partikels zu erkennen. Denn das vorbeiströmende Partikel hinterlässt in den beiden Komponenten jeweils eine Signatur, die unabhängig voneinander erzeugt ist. Somit kann der Vorbeigang eines Partikels vom Hintergrund einfach getrennt werden. Die beiden Detektoren können jedoch auch an voneinander beabstandeten Messfenstern angeordnet sein.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Ausgangssignal wenigstens zwei Komponenten hat, wobei das erste zeitabhängige Messsignal aus der ersten Komponente und das zweite zeitabhängige Messsignal aus der zweiten Komponente bereitgestellt wird. Von Vorteil ist dabei, dass voneinander unabhängige Messsignale bereitstellbar sind, für welche Kreuzkorrelationen zur Erstellung des Korrelogramms berechenbar sind.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Detektoreinheit nach einem optischen Messprinzip arbeitet. Von Vorteil ist dabei, dass eine Detektion von Partikeln in dem Fluid mit einfach handhabbaren Mitteln erreichbar ist. Das optische Messprinzip kann beispielsweise eine Durchlicht-, Streulicht- und/oder Fluoreszenzlicht-Messung sein.
Eine besonders gute Vergleichbarkeit der zeitabhängigen Messsignale kann erreicht werden, wenn die Detektoreinheit zwei Detektoren hat, die nach einem übereinstimmenden physikalischen Messprinzip arbeiten.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein, beispielsweise der bereits erwähnte, Definitionsbereich des erstellten Korrelogramms zumindest eine Zeitverschiebung enthält, die durch eine Fließgeschwindigkeit des partikelhaltigen Fluid und/oder einen Abstand in Fließrichtung des Fluids von wenigstens zwei Messfenstern voneinander gegeben ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Bereich von Zeitverschiebungen, in welchem eine Korrelation bei einem Vorbeiströmen eines Partikels an den wenigstens zwei Messfenstern erwartbar ist, durch das erstellte Korrelogramm überwachbar ist. Die erfindungsgemäße Verwendung eines Korrelogramms hat gegenüber der bisher üblichen Berechnung einer einzigen Korrelationsfunktion jedoch den Vorteil, dass auch Korrelationen, die sich für vorbeiströmende Partikel mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ergeben, erfassbar sind. Unterschiedliche Geschwindigkeiten können sich beispielsweise bei Verzicht auf einen Hüllstrom aus dem Geschwindigkeitsprofil der vorbeiströmenden Flüssigkeit ergeben.
Insbesondere bei der Berechnung von Autokorrelationen, bei welcher zwei Kopien eines einzigen Ausgangssignals zur Erstellung des Korrelogramms verwendet werden, ist es vorteilhaft, wenn ein, insbesondere der bereits erwähnte, Definitionsbereich des erstellten Korrelogramms eine Zeitverschiebung von Null nicht enthält. Somit hat der Definitionsbereich beispielsweise nur Werte für Zeitverschiebungen echt größer Null. Bevorzugt ist eine minimale Zeitverschiebung so groß gewählt, dass der Beitrag einer Autokorrelation einer natürlichen Rauschquelle im Korrelogramm unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts bleibt. Denn andernfalls könnte ein hoher Wert im Korrelogramm, der sich daraus ergibt, dass die Identität der zeitlich unverschobenen Messsignale festgestellt wird, irrtümlich als Vorbeigang eines Partikels gewertet wird.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste zeitabhängige Messsignal und das zweite zeitabhängige Messsignal aus einem Zeitfenster des Ausgangssignals bereitgestellt werden. Während bei der Berechnung einer festen Korrelationsfunktion gemäß dem Stand der Technik eine kontinuierliche Verarbeitung des Ausgangssignals möglich ist, wird durch das beschriebene Ausschneiden eines Zeitfensters aus dem Ausgangssignal die Berechnung eines Korrelogramms, das heißt die Berechnung von Korrelationsfunktionen zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Zeitverschiebungen ermöglicht. Das Korrelogramm kann somit für das ausgeschnittene Ausgangssignal für unterschiedliche Zeitverschiebungen aus dem Definitionsbereich des Korrelogramms berechnet werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann hierbei vorgesehen sein, dass das Verfahren erneut mit einem um eine vorgegebene Zeitdifferenz verschobenen Zeitfenster ausgeführt wird. Somit ist ein zyklisches Ausführen des Verfahrens ermöglicht.
Besonders günstig ist es dabei, wenn eine Zeitdifferenz, beispielsweise die bereits erwähnte Zeitdifferenz, nach welcher das Verfahren wiederholt ausgeführt wird, kleiner ist als eine Zeitspanne, die durch eine Fließgeschwindigkeit des partikelhaltigen Fluids, beispielsweise die bereits erwähnte Fließgeschwindigkeit, und einen Abstand in Fließrichtung von wenigstens zwei Messfenstern voneinander, beispielweise durch den Abstand des ersten Messfensters zu dem zweiten Messfenster, gegeben ist. Von Vorteil ist dabei, dass Lücken in der Überwachung des Ausgangssignals vermeidbar sind, sodass unbemerkte Passagen von Partikeln praktisch ausschließbar sind.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Zeitdifferenz, nach welcher das Verfahren wiederholt ausgeführt wird, beispielsweise die bereits erwähnte Zeitdifferenz, größer ist als eine Zeitspanne, die durch eine Fließgeschwindigkeit des partikelhaltigen Fluids, beispielsweise die bereits erwähnte Fließgeschwindigkeit, und eine Abmessung in Fließrichtung eines Messfensters, beispielweise des eingangs erwähnten Messfensters oder des ersten Messfensters oder des zweiten Messfensters, gegeben ist. Von Vorteil ist dabei, dass Doppelzählungen von Partikeln vermeidbarer sind. Es ist somit vermeidbar, dass ein erfasstes Partikel bei einer wiederholten Ausführung erneut gezählt wird.
Allgemein kann gesagt werden, dass durch Erstellung des Korrelogramms in einer automatisierten Berechnung der Vorbeigang eines Partikels an dem wenigstens einen Messfenster, beispielsweise an dem gemeinsam genutzten Messfenster oder dem ersten und zweiten Messfenster, von Hintergrundsignalen, welche das Ausgangssignal beeinflussen, trennbar ist.
Zur Lösung der genannten Aufgabe ist bei einer Partikeldetektionsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass Signalbereitstellungsmittel zur automatischen Bereitstellung eines ersten zeitabhängigen Messsignals und eines zweiten zeitabhängigen Messsignals aus einem zeitabhängigen Ausgangssignal der Detektoreinheit ausgebildet sind, das Korrelogramm-Erstellungsmittel zur automatischen Erstellung eines Korrelogramms aus dem ersten zeitabhängigen Messsignal und dem zweiten zeitabhängigen Messsignal ausgebildet sind und das Inkrementiermittel zur automatischen Inkrementierung eines Zählers, wenn das erstellte Korrelogramm zumindest an einem Punkt einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, ausgebildet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine Partikeldetektionsvorrichtung bereitstellbar ist, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren automatisiert ausführbar ist.
Durch die Erstellung von Korrelogrammen ermöglicht es die Erfindung, auch Partikel zu detektieren, deren Fließgeschwindigkeit von der voreingestellten oder mittleren Fließgeschwindigkeit des Fluids abweicht, beispielsweise durch ein Geschwindigkeitsprofil. Somit ist es bei der erfindungsgemäßen Partikeldetektionsvorrichtung nicht mehr erforderlich, dass ein Hüllstrom verwendet werden muss, um ein Abweichen von der mittleren Fließgeschwindigkeit auszuschließen. Dies vereinfacht den konstruktiven Aufbau der Partikeldetektionsvorrichtung erheblich.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Detektoreinheit ein erstes und ein zweites Messfenster hat, mit welchem zueinander beabstandete Messbereiche des Messkanals erfassbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein Vorbeiströmen des Partikels an dem ersten Messfenster und an dem zweiten Messfenster jeweils getrennt voneinander Signaturen im Ausgangssignal hinterlässt, die mittels Korrelogramm detektierbar sind. Das erste und das zweite Messfenster können hierbei durch einen gemeinsamen Detektor überwachbar sein, wobei in der beschriebenen Weise Autokorrelationen zur Erstellung des Korrelogramms berechnet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Detektoreinheit einen ersten Detektor und einen zweiten Detektor hat, wobei eine erste Komponente des zeitabhängigen Ausgangssignals von dem ersten Detektor und eine zweite Komponente des zeitabhängigen Ausgangssignals von dem zweiten Detektor erzeugt ist. Von Vorteil ist dabei, dass zwei Messfenster getrennt voneinander überwachbar sind. In diesem Fall kann das Korrelogramm-Erstellungsmittel zur Berechnung von Kreuzkorrelationen der aus den Komponenten des Ausgangssignals bereitgestellten Messsignale eingerichtet sein.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein erstes Messfenster, beispielsweise das bereits erwähnte erste Messfenster, und ein zweites Messfenster, beispielsweise das bereits erwähnte zweite Messfenster, von einem Detektor gemeinsam überwachbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass nur ein Detektor erforderlich ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Detektoreinheit einen ersten, einem ersten Messfester, beispielsweise dem bereits erwähnten ersten Messfenster, zugeordneten Detektor und einem zweiten Detektor aufweist. Besonders günstig ist es, wenn der zweite Detektor einem zweiten Messfenster, beispielsweise dem bereits erwähnten zweiten Messfenster, zugeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass voneinander unabhängige Komponenten des Ausgangssignals erzeugbar sind. Die beiden Detektoren können auch zur gemeinsamen Überwachung des ersten Messfensters angeordnet sein, beispielsweise wenn die Detektoren mit unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien arbeiten. Der Beitrag von Rauschquellen lässt sich durch Verwendung von zwei Detektoren, auch mit demselben Messprinzip, und der Berechnung von Kreuzkorrelationen gegenüber der Verwendung eines einzigen Detektors mit Berechnung einer Autokorrelation unterdrücken.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Signalbereitstellungsmittel zur Bearbeitung eines zweikomponentigen Ausgangssignals der Detektoreinheit ausgebildet sind. Besonders günstig ist es dabei, wenn das zweikomponentige Ausgangssignal von einem ersten Detektor und einem zweiten Detektor erzeugt sind. Von Vorteil ist dabei, dass die bereitgestellten Messsignale voneinander unabhängig sind, so dass Signaturen, die durch den Vorbeigang eines Partikels in den Messsignalen erzeugt sind, mittels Kreuzkorrelation im Korrelogramm detektierbar sind.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Korrelogramm-Erstellungsmittel zur Berechnung einer Kreuzkorrelation des ersten zeitabhängigen Messsignals mit dem zweiten zeitabhängigen Messsignal ausgebildet sind. Von Vorteil ist dabei, dass das Korrelogramm mit geringem rechentechnischem Aufwand erstellbar ist. Von Vorteil ist weiter, dass der Definitionsbereich des erstellten Korrelogramms einfach durch einen Zeitverschiebungsparameter der Kreuz- oder Autokorrelation beschreibbar ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Detektor und der zweite Detektor nach einem übereinstimmenden Messprinzip arbeiten. Beispielsweise kann dies ein optisches Messprinzip sein. Von Vorteil ist dabei, dass messtechnisch einfache Verhältnisse einrichtbar sind.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Detektor und der zweite Detektor nach voneinander verschiedenen Messprinzipien arbeiten. Bevorzugt arbeiten die Detektoren nach optischen Messprinzipien. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der erste Detektor nach einem Fluoreszenzlicht-Messverfahren arbeitet und dass der zweite Detektor nach einem Streulicht-Messverfahren arbeitet.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein erstes, beispielsweise das bereits erwähnte erste, Messfenster identisch zu einem zweiten, beispielsweise dem bereits erwähnten zweiten, Messfenster ausgestaltet ist. Von Vorteil ist dabei, dass das erste Messsignal und das zweite Messsignal, die den jeweiligen Messfenstern zugeordnet sind, direkt miteinander vergleichbar sind.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Abmessung eines ersten, beispielsweise des bereits erwähnten ersten, Messfensters und/oder eines zweiten, beispielsweise des bereits erwähnten zweiten, Messfensters jeweils so gewählt ist/sind, dass eine durch eine Fließgeschwindigkeit des Fluids gegebene Verweildauer vor dem ersten Messfenster und/oder dem zweiten Messfenster kleiner als 10 ms, insbesondere kleiner als 500 μs, ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Wiederholungsrate des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführbar ist, wobei Doppelzählungen von Partikeln vermeidbar sind.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Partikeldetektion, bei welcher eine erfindungsgemäße Partikeldetektionsvorrichtung mit zwei separaten Detektoren einer Detektoreinrichtung verwendet wird,
2 eine Prinzipdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens zur Partikeldetektion, bei dem zwei zueinander beabstandete Messfenster mit einem gemeinsamen Detektor überwacht werden, wobei ein Korrelogramm von Autokorrelationen berechnet wird und
3 eine Prinzipdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens zur Partikeldetektion, bei dem zwei unterschiedliche oder gleichartige Detektoren einen Messbereich gemeinsam überwachen, wobei ein Korrelogramm von Kreuzkorrelationen berechnet wird.
1 zeigt in einem Ablaufdiagramm schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Partikeldetektion. Bei diesem Verfahren wird eine erfindungsgemäße, im Ganzen mit 1 bezeichnete Partikeldetektionsvorrichtung verwendet, die im oberen Drittel von 1 schematische dargestellt ist.
Die Partikeldetektionsvorrichtung 1 hat ein erstes Messfenster 2 und ein zweites Messfenster 3, hinter denen eine Detektoreinheit 4 angeordnet ist.
Die Partikeldetektionsvorrichtung 1 hat weiter einen Messkanal 5, der vor den Messfenstern 2, 3 angeordnet ist. Der Messkanal 5 führt ein Fluid, welches Partikel 6 enthält und somit partikelhaltig ist, an den Messfenstern 2, 3 vorbei.
Mit dem ersten Messfenster 2 ist somit ein erster Messbereich 7 des Messkanals 5 überwachbar, während mit dem zweiten Messfenster 3 ein zweiter Messbereich 8 des Messkanals 5 überwachbar ist.
Im Ausführungsbeispiel ist die Detektoreinrichtung 4 zur Durchführung einer Fluoreszenzlicht-Messung eingerichtet. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Detektoreinheit 4 zur Durchlicht- und/oder Streulicht-Messung eingerichtet sein.
Das zeitabhängige Ausgangssignal 9 der Detektoreinheit wird einem Signalbereitstellungsmittel 10 zugeführt, welches aus dem zeitabhängigen Ausgangssignal 9 ein erstes zeitabhängiges Messsignal 11 und ein zweites zeitabhängiges Messsignal 12 in noch genauer zu beschreibender Weise bereitstellt.
Die zeitabhängigen Messsignale 11, 12 werden anschließend Korrelogramm-Erstellungsmitteln 13 zugeführt.
In den Korrelogramm-Erstellungsmitteln 13 wird ein Korrelogramm 14 erstellt, in dem eine Kreuzkorrelation aus dem ersten zeitabhängigen Messsignal 11 und dem zweiten zeitabhängigen Messsignal 12 für eine Vielzahl von Zeitverschiebungen automatisch berechnet wird. Somit können die Korrelogramm-Erstellungsmittel 13 in an sich bekannter Weise beispielsweise nicht weiter dargestellte Integrationsmittel, mit denen die erforderlichen Integrationen berechenbar sind, aufweisen.
Die Korrelogramm-Erstellungsmittel 13 prüfen, ob das erstellte Korrelogramm 14 zumindest an einem Punkt einen vorgegebenen Schwellwert 15 übersteigt. Ist dies der Fall, so werden Inkrementiermittel 16 aktiviert, mit welchen ein Zähler 17 inkrementiert wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gem. 1 hat die Detektoreinheit 4 einen ersten Detektor 18 und einen zweiten Detektor 19.
Der erste Detektor 18 überwacht das erste Messfenster 2 und somit den ersten Messbereich 7 des Messkanals 5.
Der zweite Detektor 19 überwacht das zweite Messfenster 3 und somit den zweiten Messbereich 8 des Messkanals 5.
Beide Detektoren 18, 19 arbeiten nach demselben physikalischen Messprinzip einer Fluoreszenzlicht-Messung. Bei weiteren Ausführbeispielen arbeiten die Detektoren 18, 19 mit unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien.
Das Ausgangssignal 9 der Detektoreinheit 4 in 1 ist aus einer ersten Komponente 20 und einer zweiten Komponente 21 zusammengesetzt, wobei die erste Komponente 20 von dem ersten Detektor 18 und die zweite Komponente 21 von dem zweiten Detektor 19 stammt.
Die Signalbereitstellungsmittel 10 stellen aus der ersten Komponente 20 das erste zeitabhängige Messsignal 11 und aus der zweiten Komponente 21 das zweite zeitabhängige Messsignal 12 bereit.
Die Signalbereitstellungsmittel 10 sind somit zur Verarbeitung eines zweikomponentigen, zeitabhängigen Ausgangsignals 9 der Detektoreinheit 4 ausgebildet.
1 zeigt im mittleren Drittel das erste zeitabhängige Messsignal 11 als Funktion F₁, zu welcher ein zeitlicher Mittelwert <F₁> gehört. In dem Diagramm des ersten zeitabhängigen Messsignals 11 ist deutlich ein Spitzenwert zum Zeitpunkt t1 erkennbar, zu welcher ein Partikel 6 den ersten Messbereich 7 passiert hat.
Zur Erläuterung der Erfindung sei angenommen, dass das Partikel 6 den zweiten Messbereich 8 zu einer Zeit t2 durchquert. Dies führt zu einem Ausschlag in dem zweiten zeitabhängigen Messsignal 12, welches in einem Diagramm als Funktion F₂ mit einem zeitlichen Mittelwert <F₂> im mittleren Drittel von 1 dargestellt ist. Deutlich ist dort der Ausschlag zum Zeitpunkt t2 erkennbar.
Die Ausschläge in den Messsignalen 11 bzw. 12 zu den jeweiligen Zeitpunkten t1 bzw. t2 bilden somit eine Signatur des Vorbeigangs des Partikels 6 an dem jeweiligen Messfenster 2 bzw. 3.
Die Diagramme der zeitabhängigen Messsignale 11, 12 sind in 1 im mittleren Drittel der Zeichnung dargestellt.
Im unteren Drittel der 1 ist das aus den zeitabhängigen Messsignalen 11, 12 berechnete Korrelogramm 14 dargestellt.
Das Korrelogramm 14 enthält zu den Zeitverschiebungen τ jeweils den Wert der Kreuzkorrelation der um die Zeitverschiebung τ gegeneinander verschobenen Messsignale 11, 12 gibt.
Bei einer Zeitverschiebung τ, durch welche die Zeitpunkte t1 und t2 miteinander in Deckung gebracht werden, ergibt sich eine starke Korrelation, da in diesem Fall die Ausschläge durch den Partikeldurchgang des Partikels 6 durch die Messbereiche 7, 8 zur Deckung gebracht sind.
Zu den übrigen Zeitverschiebungen ergibt sich nur ein geringer Wert der Korrelationsfunktion, da die zeitlichen Messsignale 11, 12 jenseits des Durchgangs des Partikels 6 durch den jeweiligen Messbereich 7, 8 im Wesentlichen durch Hintergrundfluoreszenz willkürlich und zufällig beeinflusst sind. In diesem Fall liegt keine Korrelation zwischen den Messsignalen 11, 12 vor.
Zu dem Wert der Zeitverschiebung τ, bei welcher die Zeitpunkte t1 und t2 zur Deckung gebracht sind, übersteigt das Korrelogramm somit den Schwellwert 15. Für die übrigen, von dieser Zeitverschiebung weit entfernten Zeitverschiebungen bleibt das Korrelogramm dagegen unter dem Schwellwert 15.
Das Überschreiten des Schwellwerts 15 zeigt somit an, dass ein Ereignis sowohl im ersten Messbereich 7 als auch im zweiten Messbereich 8 stattgefunden hat, wobei die Ereignisse miteinander korrelierbar sind. Es muss sich daher um einen Durchgang eines Partikels 6 durch diese Messbereiche 7, 8 handeln.
Das Inkrementiermittel 16 wird daher angesteuert und inkrementiert somit den Zähler 17, der die durchgehenden Partikel 6 durch den Messkanal 5 zählt.
Das erste Messfenster 2 ist identisch zu dem zweiten Messfenster 3 ausgebildet. Die Abmessung der Messfenster 2, 3 in Fließrichtung 22 des Fluids ist so gewählt, dass die Verweildauer der mitströmenden Partikel 6 vor den jeweiligen Messfenstern 2, 3 jeweils kleiner als eine ms, beispielsweise 200 μs, ist.
Die bereits erwähnten Signalbereitstellungsmittel 10 stellen das erste zeitabhängige Messsignal 11 und zweite zeitabhängige Messsignal 12 jeweils aus einem Zeitfenster des zeitabhängigen Ausgangssignals bereit.
Die Diagramme im mittleren Drittel der 1 zeigen dieses Zeitfenster.
Das Zeitfenster ist hierbei so gewählt, dass ein Durchgang der Partikel 6 durch die Messbereiche 7 und 8 erfassbar ist.
Nach Berechnung des Korrelogramms 14 oder parallel zu der Berechnung des Korrelogramms 14 wird das beschriebene Verfahren erneut ausgeführt, wobei das erwähnte Zeitfenster um eine Zeitdifferenz verschoben im Ausgangssignal 9 ist. Diese Zeitdifferenz ist so gewählt, dass keine unüberwachten Lücken zwischen den Zeitfenstern im Ausgangssignal 9 bleiben und dass eine Doppelzählung von Partikeln 6 vermieden ist.
2 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren in einer stark vereinfachten Prinzipdarstellung.
Konstruktiv und/oder funktionell zu dem Ausführungsbeispiel gem. 1 gleichartige oder ähnliche Bestandteile und Funktionseinheiten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu 1 gelten daher zu 2 entsprechend.
Das Ausführungsbeispiel gem. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gem. 1 dadurch, dass die Detektoreinheit 4 nur einen einzigen Detektor 18 aufweist, welcher die Messfenster 2 und 3 und somit die Messbereiche 7 und 8 simultan überwacht.
Die Detektoreinheit 4 erzeugt somit ein einkomponentiges Ausgangssignal 9, aus welchem in den Signalbereitstellungsmitteln 10 in noch genauer zu beschreibender Weise ein erstes zeitabhängiges Messsignal 11 und ein zweites zeitabhängiges Messsignal 12 bereitgestellt werden.
Der Detektor 18 arbeitet bei dem Ausführungsbeispiel gem. 2 ebenfalls nach einem optischen Messverfahren.
Ein Partikel 6, das den ersten Messbereich 7 und anschließend den zweiten Messbereich 8 durchquert, erzeugt im Ausgangssignal 9 zu einem Zeitpunkt t1 einen ersten Ausschlag und zu einem zweiten Zeitpunkt t2 einen zweiten Ausschlag. Das mittlere Diagramm in 2 zeigt beispielhaft das zeitabhängige Ausgangssignal 9. Die Ausschläge sind Signaturen des Vorbeigangs des Partikels 6 an den Messfenstern 2 und 3.
Die Signalbereitstellungsmittel 10 erstellen aus diesem zeitabhängigen Ausgangssignal 9 für ein Zeitfenster zwei Kopien des Ausgangssignals 9 als erstes zeitabhängiges Messsignal 11 und als zweites zeitabhängiges Messsignal 12. Für diese zeitabhängigen Messsignale 11, 12 wird wieder eine Korrelationsfunktion für variierende Zeitverschiebungen berechnet. Im Ergebnis wird somit eine Autokorrelation des Ausgangssignals 9 mit sich selbst berechnet.
Somit liegt wieder ein Korrelogramm 14 vor, welches von dem Korrelogramm-Erstellungsmittel 13 berechnet wurde.
Das Korrelogramm 14 zeigt eine Übereinstimung der zeitabhängigen Messsignale 11, 12 bei einer Zeitverschiebung an, welche die Zeitpunkte t1 und t2 miteinander in Deckung bringt.
Diese Übereinstimmung bewirkt, dass das Korrelogramm 14 zu dieser Zeitverschiebung τ den vorgegebenen Schwellwert 15 überschreitet.
Sind die Zeitachsen der zeitabhängigen Messsignale 11, 12 in 1 oder 2 auf eine Echtzeit bezogen, so entspricht die Zeitverschiebung τ, bei der das Korrelogramm einen Ausschlag aufweist, der Laufzeit des vom ersten Messbereich 7 zum zweiten Messbereich 8.
Je länger das Zeitfenster, für welches die zeitabhängigen Messsignale 11, 12 bereitgestellt werden, gewählt wird, desto größer ist dieser Ausschlag im Verhältnis zu den sonstigen Funktionswerten des Korrelogramms 14. Diese sonstigen Funktionswerte ergeben sich aus dem zufälligen Einfluss der Hintergund-Fluoreszenz und streuen bei richtiger Normierung bzw. Darstellung um den Funktionswert Null.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 werden zwei der Detektoren 18, 19 zur Überwachung eines gemeinsamen Messbereichs 7 verwendet. Hierzu werden die Detektoren 18, 19 an einem gemeinsamen Messfenster 2 angeordnet, wobei der erste Detektor 18 nach einem anderen physikalischen Messprinzip arbeitet als der zweite Detektor 19. Beispielsweise kann der erste Detektor 18 ein Fluoreszenzlicht-Detektor sein, während der zweite Detektor 19 ein Streulicht-Detektor ist. Bei weiteren Ausführungsbeispielen arbeiten die Detektoren 18, 19 mit demselben physikalischen Messprinzip.
Im Übrigen ist das erfindungsgemäße Verfahren in 3 analog zu dem Ausführungsbeispiel gem. 1.
Das Ausgangssignal 9 hat eine erste Komponente 20 von ersten Detektor 18 und eine zweite Komponente 21 von zweiten Detektor 19.
Da unterschiedliche Messverfahren zum Einsatz kommen, korrelieren die beiden Messsignale 11, 12 nicht, wenn keine Partikel 6 im Messbereich 7 vorhanden sind. Beim Durchgang eines Partikels 6 durch den Messbereich 7 wird dagegen ein Ausschlag im Korrelogramm 14 zur Zeitverschiebung τ = 0 erzeugt, da der Partikel in beiden Detektoren 18, 19 zur gleichen Zeit detektiert wird. Bei der Verwendung zweier gleichartiger Detektoren 18, 19 wird zumindest der Teil des Rauschens unterdrückt, der detektorspezifisch ist, z. B. thermisches Rauschen der Detektoren 18, 19.
Auch in diesen Fällen führt der Ausschlag zu einem Überschreiten des Schwellwerts 15 im Korrelogramm 14, wodurch der Zähler 17 inkrementiert wird. Im Unterschied zur Autokorrelation gemäß 2 werden hier Kreuzkorrelationen der Messsignale 11, 12 der Detektoren 18, 19 berechnet. Hierbei wird bei Durchgang eines Partikels 6 im Korrelogramm 14 ein Peak am Punkt Null erzeugt. Dieser Peak wird nicht durch Rauschquellen ausgelöst, da separate Detektoren 18, 19 verwendet werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die erfindungsgemäße Erstellung eines Korrelogramms 14 eine ausreichende Unterdrückung des zufälligen Hintergrunds ermöglicht, wodurch ein Durchgang von Partikeln 6 detektierbar ist, ohne dass der Messkanal 5 durch Hüllströme oder mikrofluide Techniken reduziert werden muss.
Bei der Detektionsvorrichtung 1 mit einer Detektoreinheit 4, welche einen Partikel 6 in einem fluidführenden Messkanal 5 überwacht, wird vorgeschlagen, aus dem Ausgangssignal 9 der Detektoreinheit 4 ein erstes zeitabhängiges Messignal 11 und ein zweites zeitabhängiges Messsignal 12 bereitzustellen, für die Messsignale 11, 12 ein Korrelogramm 14 zu berechnen und einen Zähler 17 zu inkrementieren, wenn das Korrelogramm 14 an zumindest einem Punkt einen vorgegebenen Schwellwert 15 übersteigt.

Claims

Verfahren zur Partikeldetektion in einem partikelhaltigen Fluid, wobei das Fluid an einer wenigstens ein Messfenster (2, 3) aufweisenden Detektoreinheit (4) vorbeigeführt wird, wobei ein zeitabhängiges Ausgangssignal (9) der Detektoreinheit (4) aufgenommen wird und wobei ein Zähler (17) inkrementiert wird, wenn ein Partikel (6) in dem partikelhaltigen Fluid detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitabhängigen Ausgangssignal (9) ein erstes zeitabhängiges Messsignal (11) und ein zweites zeitabhängiges Messsignal (12) bereitgestellt werden, dass aus dem ersten zeitabhängigen Messsignal (11) und dem zweiten zeitabhängigen Messsignal (12) ein Korrelogramm (14) erstellt wird und dass der Zähler (17) inkrementiert wird, wenn das erstellte Korrelogramm (14) zumindest an einem Punkt einen vorgegebenen Schwellwert (15) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Detektoreinheit (4) ein erstes Messfenster (2) und ein zum ersten Messfenster (2) in einer Fließrichtung des Fluids beabstandetes zweites Messfenster (3) von einem gemeinsamen Detektor (18, 19) überwacht werden, wobei das erste zeitabhängige Messsignal (11) und das zweite zeitabhängige Messsignal (12) als vorzugsweise gegeneinander zeitversetzte Kopien des aufgenommenen zeitabhängigen Ausgangssignals (9) bereitgestellt werden, und/oder dass an der Detektoreinheit (4) ein erstes Messfenster (2) von einem ersten Detektor (18) der Detektoreinheit (4) und ein zum ersten Messfenster (2) in einer Fließrichtung des Fluids beabstandetes zweites Messfenster (3) von einem zweiten Detektor (19) der Detektoreinheit (4) überwacht wird, wobei das zeitabhängige Ausgangssignal (9) eine dem ersten Detektor (18) zugeordnete erste Komponente (20) und eine dem zweiten Detektor (19) zugeordnete zweite Komponente (21) hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Detektor (18) der Detektoreinheit (4) nach einem ersten physikalischen Messprinzip und ein zweiter Detektor (19) der Detektoreinheit (4) nach einem zweiten, von dem ersten physikalischen Messprinzip verschiedenen physikalischen Messprinzip arbeitet, wobei das zeitabhängige Ausgangssignal (9) eine erste Komponente (20), die von dem ersten Detektor (18) erzeugt wird, und eine zweite Komponente (21), die von dem zweiten Detektor (19) erzeugt wird, hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitabhängige Ausgangssignal (9) wenigstens zwei Komponenten (20, 21) hat, wobei das erste zeitabhängige Messsignal (11) aus der ersten Komponente (20) und das zweite zeitabhängige Messsignal (12) aus der zweiten Komponente (21) bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (4) nach einem optischen Messprinzip arbeitet und/oder dass die Detektoreinheit (4) zwei Detektoren (18, 19) hat, die nach einem übereinstimmenden physikalischen Messprinzip arbeiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Definitionsbereich des erstellten Korrelogramms (14) zumindest eine Zeitverschiebung enthält, die durch eine Fließgeschwindigkeit des partikelhaltigen Fluids und einen Abstand in Fließrichtung des Fluids von wenigstens zwei Messfenstern (2, 3) voneinander gegeben ist, und/oder dass der oder ein Definitionsbereich des erstellten Korrelogramms (14) eine Zeitverschiebung von Null nicht enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste zeitabhängige Messsignal (11) und das zweite zeitabhängige Messsignal (12) aus einem Zeitfenster des zeitabhängigen Ausgangssignals (9) bereitgestellt werden und/oder dass das Verfahren erneut mit einem um eine vorgegebene Zeitdifferenz verschobenen Zeitfenster ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Zeitdifferenz, nach welcher das Verfahren wiederholt ausgeführt wird, kleiner ist als eine Zeitspanne, die durch die oder eine Fließgeschwindigkeit des partikelhaltigen Fluids und einen Abstand in Fließrichtung von wenigstens zwei Messfenstern (2, 3) voneinander gegeben ist, und/oder dass die oder eine Zeitdifferenz, nach welcher das Verfahren wiederholt ausgeführt wird, größer ist als eine Zeitspanne, die durch die oder eine Fließgeschwindigkeit des partikelhaltigen Fluids und eine Abmessung in Fließrichtung eines Messfensters (2, 3) gegeben ist.
Partikeldetektionsvorrichtung (1), mit einer wenigstens ein Messfenster (2, 3) aufweisenden Detektoreinheit (4) und einem an der Detektoreinheit (4) vor dem wenigstens einen Messfenster (2, 3) angeordneten, ein partikelhaltiges Fluid führenden Messkanal (5), dadurch gekennzeichnet, dass Signalbereitstellungsmittel (10) zur automatischen Bereitstellung eines ersten zeitabhängigen Messsignals (11) und eines zweiten zeitabhängigen Messsignals (12) aus einem zeitabhängigen Ausgangssignal (9) der Detektoreinheit (4) ausgebildet sind, dass ein Korrelogramm-Erstellungsmittel (13) zur automatischen Erstellung eines Korrelogramms (14) aus dem ersten zeitabhängigen Messsignal (11) und dem zweiten zeitabhängigen Messsignal (12) ausgebildet sind und dass Inkrementiermittel (16) zur automatischen Inkrementierung eines Zählers (17), wenn das erstellte Korrelogramm (14) zumindest an einem Punkt einen vorgegebenen Schwellwert (15) übersteigt, ausgebildet sind.
Partikeldetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (4) ein erstes Messfenster (2) und eine zweites Messfenster (3) hat, mit welchen zueinander beanstandete Messbereiche (7, 8) des Messkanals (5) erfassbar sind, und/oder dass die Detektoreinheit (4) einen ersten Detektor (18) und einen zweiten Detektor (19) hat, wobei eine erste Komponente (20) des zeitabhängigen Ausgangssignals (9) von dem ersten Detektor (18) und eine zweite Komponente (21) des zeitabhängigen Ausgangssignals (9) von dem zweiten Detektor (19) erzeugt ist.
Partikeldetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder ein erstes Messfenster (2) und das zweite oder ein zweites Messfenster (3) von einem Detektor (18, 19) gemeinsam überwachbar sind, und/oder dass die Detektoreinheit (4) einen ersten, dem oder einem ersten Messfenster (2) zugeordneten Detektor (18) und einen zweiten, vorzugsweise dem oder einem zweiten Messfenster (3) zugeordneten Detektor (19) aufweist.
Partikeldetektionsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalbereitstellungsmittel (10) zur Verarbeitung eines zweikomponentigen, vorzugsweise von einem ersten Detektor (18) und einem zweiten Detektor (19) erzeugten, zeitabhängigen Ausgangssignals (9) der Detektoreinheit (4) ausgebildet sind.
Partikeldetektionsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelogramm-Erstellungsmittel (13) zur Berechnung einer Kreuzkorrelation des ersten zeitabhängigen Messsignals (11) mit dem zweiten zeitabhängigen Messsignals (12) ausgebildet sind.
Partikeldetektionsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (18) und der zweite Detektor (19) nach einem übereinstimmenden, vorzugsweise optischen, Messprinzip arbeiten oder dass der erste Detektor (18) und der zweite Detektor (19) nach voneinander verschiedenen, vorzugsweise optischen, Messprinzipien arbeiten.
Partikeldetektionsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder ein erstes Messfenster (2) identisch zu dem oder einem zweiten Messfenster (3) ausgestaltet ist und/oder dass eine Abmessung des oder eines ersten Messfensters (2) und/oder des oder eines zweiten Messfensters (3) jeweils so gewählt ist/sind, dass eine durch eine Fließgeschwindigkeit des Fluids gegebene Verweildauer vor dem ersten Messfenster (2) und/oder dem zweiten Messfenster (3) kleiner als 10 ms ist.