ES2848204T3

ES2848204T3 - Monitorización de exposición a aerosoles

Info

Publication number: ES2848204T3
Application number: ES12791892T
Authority: ES
Inventors: Charles Rodes; J Newsome
Original assignee: Research Triangle Institute
Current assignee: Research Triangle Institute
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: US9709541B2; EP2771664A2; WO2013063426A3; WO2013063426A2; US20140347663A1; EP2771664B1; US20160258916A1; US9304117B2

Abstract

Un monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500), que comprende: un impactador (108); una cámara de muestras (172), que se comunica con el impactador (108) y define una trayectoria de flujo de fluido laminar a lo largo de un primer eje (174, 176); un filtro de recopilación (112), que se comunica con la cámara de muestras (172) y que se puede extraer del monitor de exposición a aerosoles; una bomba (116) que se comunica con el filtro de recopilación (112); una fuente de luz (164), configurada para generar un haz de luz que tiene un volumen de detección cilíndrico (212), en donde el volumen de detección (212) está en la cámara de muestras (172); un detector de luz (204); y un primer orificio (742), que define una primera trayectoria óptica desde la fuente de luz hasta el volumen de detección (212) en la cámara de muestras a lo largo de un segundo eje; caracterizado por un segundo orificio (746), que define una segunda trayectoria óptica desde el volumen de detección (212) en la cámara de muestras hasta el detector de luz a lo largo de un tercer eje, en donde el primer eje, el segundo eje y el tercer eje forman ángulos entre sí, y en donde la trayectoria de flujo de fluido atraviesa el volumen de detección a lo largo del primer eje y el haz de luz se propaga a lo largo del segundo eje que está inclinado con respecto al primer eje.

Description

DESCRIPCIÓN

Monitorización de exposición a aerosoles

Campo técnico

La presente invención se refiere a monitores de exposición a aerosoles de ámbito personal y a sus usos, incluidos los monitores de exposición a aerosoles que son portátiles y los monitores de exposición a aerosoles de ámbito personal que puede llevar puesto el usuario como resultado de un diseño de carga inherentemente reducida, para la monitorización simultánea de la exposición personal aplicando análisis de filtros integrados y en tiempo real.

Antecedentes

Se utilizan un sensor de exposición a aerosoles y un muestreador para muestrear el aerosol que hay en los alrededores del monitor de exposición a aerosoles para poder analizar las partículas de aerosol de la zona de respiración mediante cualquier número de técnicas diferentes. El monitor de exposición a aerosoles puede diseñarse para uso en interiores, al aire libre o personal. Un monitor de exposición personal suele estar diseñado para que lo lleve puesto una persona y muestrear el aerosol en la zona de respiración de dicha persona.

El muestreo de aerosoles se puede realizar durante un período de tiempo específico (período de integración). El monitor de exposición a aerosoles se puede configurar para dimensionar aerodinámicamente y, después, recopilar partículas durante el período de integración, después del cual se analizan las partículas recopiladas. Como ejemplo, el monitor de exposición a aerosoles puede incluir una entrada de muestras que conduce a una carcasa que contiene un sustrato. El sustrato, por ejemplo, un filtro, está configurado para permitir la acumulación de partículas de un intervalo de tamaños deseado. Al finalizar el período de integración, el sustrato puede extraerse y someterse a uno o más tipos de análisis destructivos o no destructivos. Este tipo de monitor de exposición a aerosoles es útil para permitir la obtención de datos de exposición crónica o de largo plazo, pero está limitado por el hecho de que no puede realizar ningún tipo de función de medición, detección o percepción en tiempo real durante el período de integración. Es decir, este tipo de monitor de exposición a aerosoles simplemente recopila una población total de uno o más tipos de partículas durante el período de integración, después del cual se deben realizar uno o más análisis distintos para obtener datos que se puedan integrar o promediar durante el período de integración. Este tipo de monitor de exposición a aerosoles puede ser pasivo o activo. Un monitor pasivo se basa en el flujo de aerosol natural que aplica convección en lugar de difusión para dimensionar y recopilar el aerosol. Un monitor pasivo puede ser un dispositivo de carga reducida (en cuanto a tamaño, peso y silencio), con poca o ninguna necesidad de energía, pero no las recopila aerodinámicamente y recopila tan pocas partículas que las técnicas analíticas, como el análisis gravimétrico de masas, son extremadamente limitadas o imposibles.

Por otro lado, un monitor activo incluye algún tipo de dispositivo de movimiento de fluido (normalmente, una bomba) para imponer positivamente un flujo de aerosol en el calibrador del monitor activo. Un monitor activo puede permitir la recopilación rigurosa de partículas y también facilita la inclusión de un impactador de aerosoles en el monitor activo y, por lo tanto, permite el dimensionamiento aerodinámico de las partículas que se muestrean. No obstante, un monitor activo requiere más energía que un monitor pasivo debido a la necesidad de hacer operar la bomba. En el caso de un monitor de exposición personal, las pilas se utilizan para suministrar energía y, así, la energía adicional requerida para la bomba limita la duración del período de muestreo de aerosoles. Así mismo, un monitor activo suele ser oneroso debido a la inclusión de la bomba, la fontanería asociada, posiblemente un impactador de aerosoles y, en aplicaciones personales, un conjunto de pilas. Además de ser más grande y pesado que un monitor pasivo, el monitor activo ha sido convencionalmente ruidoso debido a la operación de la bomba. En el caso de los monitores de exposición personales, la mayor carga que normalmente presenta un monitor activo, plantea un problema significativo de cumplimiento de uso previsto. En particular, es posible que se requiera que la persona que deba monitorizarse lleve puesto el monitor activo durante intervalos de tiempo prescritos y durante ciertas actividades (que pueden incluir ejercicio u otras actividades que supongan un alto nivel de movimiento y esfuerzo personal) durante el transcurso del período de muestreo. Así, la obtención de datos válidos del monitor de exposición personal requiere que la persona "cumpla con el uso previsto". Cuanto mayor sea la carga impuesta por el monitor activo, menos probable será que la persona cumpla con el uso previsto. Como ejemplo, los análisis recientes de monitores personales han demostrado que la mayoría de los alumnos de primaria no se sienten cómodos con los sistemas sensores que pesan más de 300 gramos y añaden más de 5 decibelios al entorno.

Se puede configurar otro tipo de monitor de exposición a aerosoles para obtener datos de los aerosoles que se muestrean en tiempo real durante un período de muestreo prescrito. Un ejemplo es un nefelómetro, que normalmente mide las partículas en una corriente de fluido iluminándolas y detectando la luz resultante que se dispersa de las partículas. A diferencia de un turbidímetro, que mide los efectos de las altas concentraciones de partículas, un nefelómetro está diseñado para medir concentraciones de partículas tanto bajas como altas. Un nefelómetro mide la concentración de partículas en tiempo real y, por lo tanto, sería útil en el contexto de un monitor de exposición personal para obtener los datos máximos de exposición. Para que sea cómodo de llevar y utilizar, el nefelómetro debe ser lo más pequeño y compacto posible. El nefelómetro también debe ser muy sensible a todo el intervalo de concentraciones de partículas con las que se pueda encontrar el usuario.

El documento US 4.942.297 B describe un analizador de aerosoles por IR en tiempo real que tiene un impactador para separar la muestra de aerosol en una fracción que incluye partículas gruesas y otra fracción que incluye partículas finas y ultrafinas. La fracción de la muestra que incluye las partículas gruesas se envía a través de una vía hacia un colector de partículas gruesas. La fracción de la muestra que incluye las partículas ultrafinas y finas se divide y se envía a través de dos vías, en donde las partículas ultrafinas se separan de las partículas finas en la cámara del impactador. La inercia de las partículas finas es suficiente para hacer que impacten y se adhieran a los lados del elemento de reflexión, mientras que las partículas ultrafinas siguen el flujo de aire alrededor del elemento de reflexión y salen del impactador a través de una vía que va hacia una segunda cámara de filtro. En cuanto a la detección de partículas ultrafinas y gruesas, el colector de filtro extrae del impactador, por medio de una bomba, la fracción de tamaño fino/ultrafino y la envía hasta el segundo filtro. Así, se proporciona un primer eje a lo largo del cual se desplazan las partículas ultrafinas y gruesas. Además, la luz infrarroja se envía alternativamente a través de los colectores y el impactador. La luz se desplaza directamente a través del colector a lo largo de una vía, y cuando los espejos se giran aún más, la luz se refleja a través del colector a lo largo de una vía que también es el primer eje de la trayectoria de flujo de las partículas. Se propone detectar la absorción de la luz que se desplaza a través de la celda de flujo.

El documento WO 99/41588 A1 describe, en general, un sensor de aerosoles que puede ser un fotómetro que, al mismo tiempo, es una celda de flujo.

El documento US 5.932.818 A describe un método de detección de muestras de vapor, en el que la muestra de vapor contiene vapor y aire ambiental y partículas de fondo naturales circundantes utilizando un medio para detectar y monitorizar las partículas de aerosol.

El documento "Aerosol Measurement: The Use of Optical Light Scattering for the Determination of Particulate Size Distribution, and Particulate Mass, Including the Semi-Volatile Fraction", Grimm y Eatough, J. of the Air & Waste Management Association, 1096-2247, 2009, proporciona un aparato para la medición de aerosoles en el que se mide la luz dispersada por el aerosol. El aerosol se introduce a través de una boquilla en una cámara, en un primer lateral de esta. Los lados opuestos de la cámara proporcionan un espejo esférico opuesto a la electrónica del receptor, de modo que la luz que se dispersa en diferentes ángulos se recopila en el detector. En otro par de lados opuestos de la cámara se proporcionan una fuente de luz láser y una trampa de luz para absorber la luz no dispersada.

En vista de lo anterior, existe la necesidad constante de disponer de monitores de exposición a aerosoles que presenten una carga extremadamente reducida y, por lo tanto, sean útiles como dispositivos personales que los usuarios puedan llevar puestos fácilmente. También sería útil proporcionar un monitor de exposición a aerosoles capaz de obtener, simultáneamente, datos de exposición tanto crónica como aguda. También existe la necesidad de disponer de monitores activos de exposición a aerosoles capaces de operar sin hacer un ruido excesivo.

Compendio

La invención se define en las reivindicaciones 1 y 8, respectivamente.

Las realizaciones particulares se exponen en las reivindicaciones dependientes.

Según una implementación, un monitor de exposición a aerosoles incluye un impactador para dimensionar el aerosol; una cámara de muestras, que se comunica con el impactador y que define una trayectoria de flujo de fluido a lo largo de un primer eje; un filtro de recopilación, que se comunica con la cámara de muestras y que se puede extraer del monitor de exposición a aerosoles; una bomba que se comunica con el filtro de recopilación; una fuente de luz; un detector de luz; un primer orificio, que define una primera vía óptica desde la fuente de luz hasta la cámara de muestras, a lo largo de un segundo eje; y un segundo orificio, que define una segunda vía óptica desde la cámara de muestras hasta el detector de luz, a lo largo de un tercer eje, en donde el primer eje, el segundo eje y el tercer eje están en ángulo entre sí.

El filtro de recopilación puede estar contenido en o formar parte de un cartucho que facilita la instalación y extracción del filtro de recopilación y evita la contaminación del material del filtro. En algunas implementaciones, el primer eje, el segundo eje y el tercer eje son mutuamente ortogonales entre sí.

Preferiblemente, el monitor de exposición a aerosoles comprende una entrada de muestras, que comprende una abertura de entrada configurada de tal manera que la entrada de muestras establece una trayectoria de flujo de entrada que gira noventa grados desde la abertura de entrada hasta el impactador.

Preferiblemente, el impactador del monitor de exposición a aerosoles comprende una pluralidad de fases de impactador, teniendo cada fase sucesiva del impactador un punto de corte más pequeño que las otras fases de impactador.

Preferiblemente, la cámara de muestras del monitor de exposición a aerosoles tiene una longitud entre el impactador y el filtro de recopilación, que varía de 20 mm a 22 mm, y una dimensión en sección transversal que varía de 9 mm a 14,5 mm.

Preferiblemente, la bomba del monitor de exposición a aerosoles está configurada para proporcionar un caudal que varía de 0,30 a 0,60 litros por minuto.

Preferiblemente, el detector de luz del monitor de exposición a aerosoles comprende un área de detección rectilínea que se comunica con el segundo orificio.

Para información ilustrativa: un dispositivo de procesamiento de gases incluye una carcasa; una entrada de muestras que define una trayectoria de flujo de gas hacia la carcasa; una bomba dispuesta en la carcasa y que incluye una entrada de bomba y una salida de bomba; y un amortiguador acústico, dispuesto en el interior de la carcasa. El amortiguador acústico incluye una cámara de entrada interpuesta entre la entrada de muestras y la entrada de bomba, una cámara de salida que se comunica con la salida de la bomba, y una membrana elastomérica interpuesta entre y que aísla hidráulicamente la cámara de entrada y la cámara de salida.

En algunas implementaciones, el dispositivo de procesamiento de gases es o incluye un monitor de exposición a aerosoles, que puede incluir, por ejemplo, un filtro de recopilación de partículas y/o un nefelómetro.

Un método para monitorizar el aerosol incluye: dimensionar las partículas del aerosol haciendo fluir el aerosol a través de un impactador; recopilar las partículas dimensionadas haciendo fluir el aerosol a través de una cámara de muestras, a lo largo de un primer eje y a través de un filtro de recopilación, en donde las partículas dimensionadas se recopilan en el filtro de recopilación, y en donde el aerosol fluye a través del impactador, la cámara de muestras y el filtro de recopilación comprenden la operación de una bomba que se comunica con un lado de salida del filtro de recopilación; irradiar las partículas dimensionadas que fluyen a través de la cámara de muestras dirigiendo una luz de irradiación hacia la cámara de muestras, a lo largo de un segundo eje inclinado con respecto al primer eje, en donde la luz dispersada se propaga desde las partículas irradiadas; y dirigir la luz dispersada hacia un detector de luz a lo largo de un tercer eje inclinado con respecto al primer eje y al segundo eje para detectar un potencial de dispersión total de las partículas dimensionadas.

Para información ilustrativa: un método de monitorización de aerosoles incluye: hacer operar una bomba para establecer un flujo de aerosol en una carcasa y un filtro de recopilación dispuesto en la carcasa, en donde las partículas de aerosol de un intervalo de tamaños deseado se recopilan en el filtro de recopilación y el gas del aerosol fluye a través del filtro de recopilación; hacer fluir el gas desde un lado de salida del filtro de recopilación, a través de una cámara de entrada, y hacia una entrada de la bomba; y hacer fluir el gas desde una salida de la bomba, a través de una cámara de salida, y a través de un puerto de escape abierto hacia una región fuera de la cámara de salida, en donde la cámara de salida es adyacente a la cámara de entrada y una membrana elastomérica se interpone entre y aísla hidráulicamente la cámara de entrada y la cámara de salida, en donde el gas que fluye a través de la cámara de entrada contacta con un primer lado de la membrana elastomérica, y el gas que fluye a través de la cámara de salida contacta simultáneamente con un segundo lado de la membrana elastomérica, y se reduce el ruido asociado con los respectivos flujos del gas a través de la cámara de entrada y la cámara de salida.

Otros dispositivos, aparatos, sistemas, métodos, características y ventajas de la invención serán, o llegarán a ser evidentes para un experto en la técnica tras examinar las siguientes figuras y la descripción detallada. Se prevé que todos estos adicionales, métodos, características y ventajas adicionales se incluirán en la presente descripción, estarán dentro del alcance de la invención y estarán protegidos por las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La invención se puede entender mejor haciendo referencia a las siguientes figuras. Los componentes de las figuras no están necesariamente a escala, haciéndose hincapié mejor en ilustrar los principios de la invención. En las figuras, los mismos números de referencia designan partes correspondientes en las diferentes vistas.

La figura 1 es una vista esquemática de un ejemplo de un monitor de exposición a aerosoles según una implementación de la presente divulgación.

La figura 2 es una vista esquemática de un ejemplo de un nefelómetro según una implementación de la presente divulgación.

La figura 3 es una vista esquemática de un ejemplo de un monitor de exposición a aerosoles según otra implementación de la presente divulgación.

La figura 4 es un diagrama esquemático (o de bloques funcional) que ilustra varias funciones de procesamiento de señales que pueden ser implementadas por el monitor de exposición a aerosoles ilustrado en cualquiera de las figuras 1 -3.

La figura 5 es una vista en perspectiva de un ejemplo de un monitor de exposición a aerosoles según otra implementación de la presente divulgación, con una parte de su carcasa eliminada.

La figura 6 es una vista superior de un conjunto que incluye un dispositivo de recopilación de aerosoles y un nefelómetro, que puede incluirse con el monitor de exposición a aerosoles ilustrado en la figura 5.

La figura 7 es una vista en perspectiva del conjunto con una parte recortada a lo largo de la línea A-A de la figura 6.

La figura 8 es una vista en alzado del conjunto con la misma parte recortada que en la figura 7.

La figura 9 es una vista despiezada de un amortiguador acústico, que puede incluirse con el monitor de exposición a aerosoles ilustrado en la figura 5.

La figura 10 es una vista en perspectiva del amortiguador acústico ilustrado en la figura 9.

La figura 11 es un diagrama del nivel de sonido medido (dBA) del monitor de exposición a aerosoles ilustrado en las figuras 5-10 en función de la longitud (cm) de un tubo de escape del amortiguador acústico ilustrado en la figura 9, para un caudal de 0,5 litros/minuto.

La figura 12 es un diagrama funcional que ilustra ejemplos de procesos para calcular el índice de ventilación y la dosis potencial.

La figura 13 son diagramas de los datos en bruto del acelerómetro (en unidades g) triaxiales (valores "x", "y" y "z") a lo largo del tiempo (en segundos) obtenidos a partir de un monitor de exposición a aerosoles provisto de un acelerómetro que lleva puesto una persona mientras (A) está sentada frente a un ordenador, (B) camina a 3 km/h (2 mph) en una cinta de correr y (C) practica ciclismo de interior a 70 RPM.

La figura 14 es un ejemplo de una captura de pantalla generada por un software configurado para proporcionar una interfaz con el monitor de exposición a aerosoles.

Descripción detallada

Como se emplea en esta memoria, el término "aerosol" se refiere, en general, a un conjunto de partículas líquidas o sólidas suspendidas en un medio gaseoso el tiempo suficiente para ser observadas y medidas. El tamaño de las partículas de aerosol varía normalmente de aproximadamente 0,001 gm a aproximadamente 100 gm. Véase Kulkami et al., Aerosol Measurement, 3a ed., John Wiley & Sons, Inc. (2011), pág. 821). El término "fluido gaseoso" se refiere, en general, a un gas (o fluido gaseoso o fluido en fase gaseosa). Un gas puede contener o no gotas de líquido o vapor, y puede contener o no partículas de aerosol (o partículas o material particulado). Un ejemplo de un gas es, aunque no se limita a, el aire ambiente. Por tanto, puede considerarse que un aerosol comprende partículas y un gas que arrastra o transporta las partículas. Un "gas" también puede hacer referencia a un aerosol que se ha filtrado para eliminar partículas del aerosol. Es decir, se puede hacer fluir un aerosol a través de un filtro diseñado para eliminar partículas de un cierto intervalo de tamaños de la fase gaseosa del aerosol. Como resultado, el gas que fluye desde el lado de salida del filtro puede estar sustancialmente libre de partículas, o al menos sustancialmente libre de partículas del intervalo de tamaños que se pretende bloquear con el filtro. A los efectos de la presente descripción, el componente del aerosol prefiltrado que se deja pasar a través de un filtro se denominará "gas". Adicionalmente, el término "fluido" se utiliza en el presente documento de manera intercambiable por el término "gas" a menos que el contexto indique lo contrario.

La figura 1 es una vista esquemática de un ejemplo de un monitor de exposición a aerosoles (o aparato de monitorización o dispositivo de monitorización). 100 según una implementación de la presente descripción. El monitor de exposición a aerosoles 100 incluye, en general, una entrada de muestras de aerosol 104, un impactador de muestras de aerosol (o conjunto impactador) 108, un filtro de recopilación de muestras de aerosol (o conjunto de filtro) 112 y una bomba 116. Todos los componentes anteriores pueden estar contenidos en una carcasa o caja apropiada (no mostrado). La entrada de muestras 104 está abierta al entorno ambiental, externo al monitor de exposición a aerosoles 100. La entrada de muestras 104 puede configurarse de modo que la trayectoria de flujo del aerosol 120 que pasa por la entrada de la muestra 104 gire en ángulo (p. ej., noventa grados) antes de fluir hacia el impactador 108. El diseño en ángulo recto hace que el aerosol se desplace suavemente, a través de un régimen de flujo laminar, desde la parte delantera de la zona de respiración de una persona que lleva puesto el dispositivo hacia el impactador 108 con pérdidas internas mínimas. La figura 1 representa esquemáticamente el orden de sucesión de los componentes, estando cada componente en comunicación de fluidos con el componente anterior. El monitor de exposición a aerosoles 100 está configurado estructuralmente para establecer (o definir) una trayectoria de flujo de fluido (o trayectoria de flujo de "gas") que generalmente discurre desde la entrada de muestras 104, a través del impactador 108, a través del filtro de recopilación 112 y hacia la bomba 116.

El impactador 108, a menudo denominado "impactador de aerosoles", "impactador de partículas" o "impactador inercial", puede presentar cualquier configuración adecuada para dimensionar aerodinámicamente las partículas del flujo de aerosol de muestra, por lo que las partículas de un intervalo de tamaños de aerosol deseado se recopilan en el filtro de recopilación 112. El impactador 108 puede ser un impactador multifase, configurado para efectuar el dimensionamiento en fases sucesivas, lo que puede proporcionar una mayor tolerancia a una concentración de partículas elevada al minimizar el rebote de las partículas. En la implementación ilustrada, el impactador 108 es un impactador de dos fases y, por lo tanto, incluye una primera fase de impactador 124 seguida de una segunda fase de impactador 128. El impactador 108 puede configurarse para minimizar el impacto no deseable del rebote de partículas entre las fases 124, 128 sobre el filtro de recopilación 112 posterior. La entrada de muestras 104 y el impactador 108 pueden configurarse como un conjunto o módulo que se puede extraer del monitor de exposición a aerosoles 100 para permitir la selección de diferentes puntos de corte, por ejemplo PM2,5 (materia particulada con tamaño de 2,5 micrómetros y menos), PM¹⁰(materia particulada con tamaño de 10 micrómetros y menos), etc. La entrada de muestras 104 (o una fase inicial del impactador 108) puede incluir una entrada de cribado grueso (no mostrada) para evitar la entrada de partículas grandes, insectos y otra materia no deseada. En un ejemplo de un conjunto impactador de dos fases configurado para PM^2.5, el impactador 108 incluye una entrada para grosor de 10 gm, seguida de una primera fase del impactador con un punto de corte de 4,0 gm 124, seguida de una segunda fase del impactador de 2,5 gm 128. En un ejemplo de un conjunto impactador de dos fases configurado para PM¹⁰, el impactador 108 incluye una entrada para grosor de 20 gm, seguida de una primera fase del impactador con un punto de corte de 12 gm 124, seguida de una segunda fase del impactador de 10 gm 128. En algunas implementaciones, las fases del impactador 124, 128 están configurados para una precisión de punto de corte de /-0,5 gm.

El filtro de recopilación 112 puede ser cualquier filtro adecuado que sirva como sustrato para recopilar partículas del intervalo de tamaños deseado, y que presente una baja caída de presión de los caudales contemplados para el monitor de exposición a aerosoles 100. En algunas implementaciones, la porosidad nominal del filtro de recopilación 112 oscila de 2,0 a 3,0 micrómetros (gm). En un ejemplo específico, la porosidad nominal del filtro de recopilación 112 es de 3 gm. En algunas implementaciones, la composición del filtro de recopilación 112 es PTFE (politetrafluoroetileno) aunque se entenderá que pueden ser adecuados otros materiales que no presenten contaminación de base. La caída de presión a través (a través del espesor) del filtro de recopilación 112 debe ser lo suficientemente baja para evitar sobrepasar la capacidad de la bomba 116 y minimizar el consumo de energía de la pila. En algunas implementaciones, el filtro de recopilación 112 está configurado de tal manera que presenta una caída de presión nominalmente menor de aproximadamente 5 cm de agua (o de menos de aproximadamente 2 pulgadas de H²O) a un caudal de 0,5 litros/minuto (y temperatura ambiente normal). En algunas implementaciones, el filtro de recopilación 112 está configurado de tal manera que presenta una caída de presión nominalmente inferior a aproximadamente 2,5 cm de agua (o aproximadamente 1 pulgada de H²O o menos) a un caudal de 0,5 litros/minuto (y temperatura ambiente normal). En un ejemplo, el filtro de recopilación 112 es un filtro Pall Gelman TEFLO® disponible en el mercado, de 3 gm de porosidad y de 25 mm de diámetro externo. En algunas implementaciones, el filtro de recopilación 112 se puede extraer del monitor de exposición a aerosoles 100. Con este propósito, el filtro de recopilación 112 puede proporcionarse en forma de un conjunto de filtro que incluye un elemento filtrante (es decir, el material real de filtrado) sujeto en un cartucho de filtro. El filtro de recopilación 112 se puede extraer abriendo la carcasa del monitor de exposición a aerosoles 100 y manipulando el cartucho de filtro empleando una herramienta si es necesario o se desea, como un par de pinzas.

La bomba 116 puede ser cualquier bomba pequeña o microbomba adecuada para una operación con caudal reducido y que no genere una cantidad excesiva de pulsos. La bomba 116 puede configurarse para operar a un caudal reducido que permita que el filtro de recopilación 112 recopile partículas durante un período de tiempo significativo, como un día, una semana o más. El caudal reducido también ayuda a evitar el flujo turbulento a lo largo de la trayectoria de flujo del aerosol que atraviesa el monitor de exposición a aerosoles 100, minimizar la velocidad del fluido observada en la superficie corriente atrás del filtro de recopilación 112 y, por lo tanto, ayudar a prevenir pérdidas internas significativas y que el filtro de recopilación 112 se sobrecargue al recopilar partículas durante un muestreo prolongado. La bomba 116 también puede configurarse para operar de forma continua durante el período de muestreo deseado, o para operar cíclicamente con el fin de reducir el consumo de energía de la pila y permitir así un período de muestreo prolongado. En algunas implementaciones, la bomba 116 se puede configurar para operar a un caudal que oscila de 0,30 a 0,60 lpm (litros por minuto). En una implementación específica, la bomba 116 opera a un caudal de 0,5 lpm. En un ejemplo, la bomba 116 es una bomba de paletas rotativas. La bomba 116, en general, puede incluir componentes de bomba (o de movimiento de fluido) accionados por un motor. El motor puede estar en comunicación de señales con un sistema de circuitos (no mostrado), configurado para controlar la operación de la bomba 116. La bomba 116 puede vaciarse hacia el interior del monitor de exposición a aerosoles 100 o por una salida proporcionada por la carcasa del monitor de exposición a aerosoles 100.

La provisión de la bomba 116 hace que el monitor de exposición a aerosoles 100 sea un dispositivo activo que requiere más energía eléctrica de la necesaria para operar el sistema de circuitos y otros componentes activos que se proporcionen con el monitor de exposición a aerosoles 100. No obstante, la bomba 116 establece activamente un flujo de fluido controlado a través del monitor de exposición a aerosoles 100, facilitando así el uso del impactador 108 corriente atrás del filtro de recopilación 112. El caudal reducido y la operación cíclica opcional de la bomba 116 minimizan la energía adicional consumida por el monitor de exposición a aerosoles 100. El monitor de exposición a aerosoles 100 puede incluir un adaptador de CA para permitir que la energía de línea se suministre desde una toma eléctrica u otra fuente de alimentación externa, y/o puede incluir un bus de serie universal (USB) u otra conexión apropiada para permitir que la energía sea suministrada desde un dispositivo informático, y/o puede incluir una interfaz configurada para recibir pilas de diseño estándar. En algunas implementaciones, la bomba 116 y el sistema de circuitos asociado utilizan solo una pequeña cantidad de pilas, por ejemplo, tres pilas de tamaño AA y, opcionalmente, una pila de botón para energía de reserva. En algunas implementaciones, el monitor de exposición a aerosoles 100 puede configurarse para conectarse opcionalmente a un conjunto de pilas externo para prolongar la duración del período de muestreo.

Durante la operación, el usuario puede activar manualmente el monitor de exposición a aerosoles 100 pulsando el botón ON. Opcionalmente, el monitor de exposición a aerosoles 100 puede incluir un sistema de circuitos de temporización configurado para activar el monitor de exposición a aerosoles 100 automáticamente según un horario predeterminado. Opcionalmente, el monitor de exposición a aerosoles 100 puede incluir un transceptor inalámbrico para hacer que el monitor de exposición a aerosoles 100 se pueda activar de forma remota. En todos los casos, la activación/desactivación del monitor de exposición a aerosoles 100 arranca/detiene la bomba 116. La bomba 116 establece un flujo de aerosol desde el entorno ambiental hacia el monitor de exposición a aerosoles 100 a través de la entrada de muestras 104 y a través del monitor de exposición a aerosoles 100 a lo largo de la trayectoria de flujo descrita anteriormente. El impactador dimensiona las partículas del aerosol 108, y las partículas restantes se acumulan en el filtro de recopilación 112. El período de operación, es decir, la duración del muestreo de aerosoles y la recopilación consiguiente de partículas, puede ser de cualquier duración especificada como, por ejemplo, un día, una semana o más. Una vez que se completa el muestreo, el monitor de exposición a aerosoles 100 se puede desactivar manual o automáticamente. A continuación, el filtro de recopilación 112 se puede extraer del monitor de exposición a aerosoles 100 y someterse a cualquier análisis destructivo o no destructivo deseado de las partículas recopiladas conocido por los expertos en la técnica o desarrollado posteriormente, como un análisis gravimétrico, análisis de especiación, análisis químico, análisis espectroscópico o de espectrometría, análisis cristalográfico, etc. El análisis (o los diversos análisis) puede suponer cualquier determinación cualitativa o cuantitativa de interés como, por ejemplo, la concentración de partículas a lo largo del tiempo, el nivel personal de exposición a las partículas, caracterización de partículas (p. ej., distribución de tamaño, morfología, composición, toxicidad, identificación de partículas), etc. El filtro de recopilación 112 extraído puede sustituirse por un nuevo filtro de recopilación 112 y, a partir de entonces, el monitor de exposición a aerosoles 100 puede volver a utilizarse en operaciones de muestreo posteriores. Los filtros de recopilación 112 utilizados en esta implementación pueden alojarse en un cartucho para minimizar la contaminación por manipulación. Opcionalmente, las superficies individuales del impactador de las respectivas fases del impactador 124, 128 pueden eliminarse para permitir el análisis del tamaño de las partículas capturadas por las superficies del impactador.

En la implementación descrita hasta ahora, el monitor de exposición a aerosoles 100 puede caracterizarse por ser o incluir un dispositivo de recopilación de aerosoles (o un dispositivo de recopilación y dimensionamiento de aerosoles, o un dispositivo de recopilación de partículas) 150. El dispositivo de recopilación de aerosoles 150 puede incluir la entrada de muestras 104, el impactador 108, el filtro de recopilación 112 y la bomba 116, como se describió con anterioridad. En otra implementación, el monitor de exposición a aerosoles 100 también puede incluir un nefelómetro 160 que está integrado en el dispositivo de recopilación de aerosoles 150 para medir las concentraciones del aerosol dimensionado por el impactador 108. El nefelómetro 160 se ilustra esquemáticamente en las figuras 1 y 2. El nefelómetro 160 incluye una fuente de luz 164, una trampa de luz 168, y un detector de luz 204. Para facilitar la integración del nefelómetro 160 en el dispositivo de recopilación de aerosoles 150 y para proporcionar un volumen de muestra para el nefelómetro 160, en el ejemplo ilustrado, el monitor de exposición a aerosoles 100 incluye una cámara de muestras 172 interpuesto entre el impactador 108 y el filtro de recopilación 112. Por consiguiente, el aerosol que sale del impactador 108 (o la última fase del impactador) fluye a través de la cámara de muestras 172 y hacia el filtro de recopilación 112 a lo largo de un primer eje, representado en general por las flechas 174, 176 de la figura 1. En lo que la cámara de muestras 172 forma parte de la trayectoria de flujo de fluido a través del dispositivo de recopilación de aerosoles 100 y también de la trayectoria óptica a través del nefelómetro 160, la cámara de muestras 172 puede caracterizarse por ser un componente de uno o ambos, el dispositivo de recopilación de aerosoles 150 y el nefelómetro 160.

La fuente de luz 164 puede ser cualquier dispositivo para generar un haz de luz de irradiación 182 que se propaga a una longitud de onda (o longitud de onda máxima) adecuada para nefelometría. Como ejemplos, la fuente de luz 164 puede ser un diodo emisor de luz (LED) o un diodo láser (LD). En algunas implementaciones, la fuente de luz 164 emite luz de irradiación 182 a una longitud de onda de 300 a 800 nm. En una implementación específica, la fuente de luz 164 emite luz de irradiación 182 a una longitud de onda de 785 nm. Durante la operación, el haz de luz de irradiación 182 se propaga hacia la cámara de muestras 172 a lo largo de un segundo eje que está en ángulo con el primer eje, a lo largo del cual fluye el aerosol. En algunas implementaciones, el segundo eje es ortogonal al primer eje. La trampa de luz 168 se ubica a lo largo del segundo eje, en el lado de la cámara de muestras 172 opuesto a la fuente de luz 164 (es decir, en el eje con la fuente de luz 164). Por consiguiente, cualquier parte 184 de la luz de irradiación que se propague a través de la cámara de muestras 172 sin dispersarse por el aerosol entrará en la trampa de luz 168. La trampa de luz 168, por ejemplo, puede ser una cámara definida por superficies opacas o antirreflectantes, y/o puede incluir geometrías o estructuras configuradas para atrapar la luz, como apreciarán los expertos en la técnica. Por ende, la parte no dispersada 184 de la luz de irradiación que atraviesa la cámara de muestras 172 es absorbida por la trampa de luz 168 y no se refleja en la cámara de muestras 172, minimizando así la posibilidad de que la luz no dispersada 184 interfiera en la medición de la luz dispersada y, por lo tanto, mejora la sensibilidad y los límites de detección del nefelómetro 160. Las aberturas (no mostradas) a lo largo de la trayectoria óptica también pueden situarse y dimensionarse con el fin de minimizar las interferencias con la medición deseada. Para minimizar el ruido en la señal de detección, la fuente de luz 164 puede ser pulsada para que el nivel de señal cero del detector de luz 204 pueda medirse y contabilizarse con frecuencia. Opcionalmente, el nefelómetro 160 puede incluir un detector de luz adicional (no mostrado) situado para monitorizar la intensidad de la luz de irradiación 182 desde la fuente de luz 164 o la luz no dispersada 184 desde la cámara de muestras 172 y, así, evaluar el rendimiento de la fuente de luz 164.

La figura 2 es una vista esquemática del nefelómetro 160 desde la perspectiva de la parte superior de la cámara de muestras 172, es decir, con el primer eje a lo largo del cual fluye el fluido dirigido hacia la lámina de extracción. La luz 208 dispersada por el aerosol en la cámara de muestras 172 se transmite al detector de luz 204 en un ángulo (p. ej., noventa grados) con respecto al haz de luz de irradiación 182, es decir, a lo largo de un tercer eje que está en ángulo con respecto al segundo eje y al primer eje. Debido a la compacidad del nefelómetro 160, en implementaciones normales, no se requieren superficies o componentes reflectantes en el lateral de la cámara de muestras 172 opuesto al detector de luz 204, pero pueden incluirse si se desea. En algunas implementaciones, para aumentar la sensibilidad, la luz de irradiación 182 está colimada, pero no necesariamente enfocada, y se extiende a través de toda la trayectoria de flujo de la cámara de muestras. Como resultado, la luz de irradiación 182 crea un volumen de detección de partículas generalmente cilindrico y expandido 212 dentro de la cámara de muestras 172, a diferencia de una línea o un punto generado por un haz de láser enfocado de forma convencional. En una implementación habitual, la sección transversal del volumen de detección de partículas generalmente cilíndrico 212 tiene forma ovalada o elíptica, es decir, el volumen de detección de partículas 212 tiene la forma de un cilindro elíptico. Esta configuración, a su vez, produce una amplia fuente bidimensional (rectilínea o rectangular) de luz dispersada 208 en la cámara de muestras 172, que será capturada por el detector de luz 204. El haz expandido también puede reducir el límite de detección (LOD) del nefelómetro 160 y hacer que el nefelómetro 160 sea menos sensible a las vibraciones. En algunas implementaciones, el volumen de detección generalmente cilíndrico 212 tiene una longitud que oscila de 8,0 a 12,0 mm y un diámetro (o eje principal en el caso de una sección transversal elíptica) que oscila de 0,5 a 2,0 mm. Como se ilustra en la figura 2, la luz dispersada 208 puede ser recopilada por ópticas 216 (p. ej., una o más lentes con el diseño apropiado) antes de transmitirse al detector de luz 204.

El detector de luz 204 puede ser cualquier detector apropiado para recopilar luz en aplicaciones de nefelometría. Como ejemplos, el detector de luz 204 puede ser un fotodiodo, un fotodiodo de avalancha u otro tipo de detector de luz compacto. El detector de luz 204 puede configurarse para aprovechar el haz de luz dispersada de forma rectangular 208 emitido desde la cámara de muestras 172 disponiendo de un área de detección lo más amplia posible en el espacio disponible. Por consiguiente, en algunas implementaciones, el detector de luz 204 incluye un área de detección activa con forma rectilínea (p. ej., con forma rectangular). Esta configuración permite una captura más completa de la luz dispersada 208 minimizando al mismo tiempo el espacio necesario para las ópticas. En un ejemplo, el tamaño del área de detección es de 2 mm por 3 mm. Un ejemplo no limitante de un detector de luz adecuado 204 es un preamplificador de fotodiodo mejorado azul/verde disponible en el modelo n.° ODA-6WB-500M de Opto Diode Corp., Newbury Park, California.

Durante la operación, el nefelómetro 160 se puede operar simultáneamente con el dispositivo de recopilación de aerosoles 150, por lo que los datos nefelométricos (p. ej., potencial de dispersión total) se recopilan en tiempo real e in situ mientras las partículas se dimensionan y recopilan con el filtro de recopilación 112. La combinación del nefelómetro 160 y el dispositivo de recopilación de aerosoles 150 permite recopilar simultáneamente datos de exposición aguda y crónica. Es decir, el nefelómetro 160 mide las respuestas agudas (p. ej., niveles mínimos o máximos de exposición) en tiempo real mientras el dispositivo de recopilación de aerosoles 150 permite la obtención de datos crónicos (a largo plazo) que se pueden integrar o promediar durante el período total de muestreo (p. ej., día, semana, etc.). Al permitir la recopilación del aerosol total a lo largo del tiempo como parte integral del banco óptico del nefelómetro 160, el monitor de exposición a aerosoles 100 es capaz de recopilar datos de exposición aguda y crónica sin perder nada del aerosol que se muestrea, es decir, no hay pérdidas internas de las muestras. Este enfoque proporciona una calibración basada en gravimetría contra la cual normalizar la integración matemática paralela del archivo de datos simultáneo en tiempo real. Los datos del detector de luz 204 pueden registrarse en una memoria del dispositivo de exposición a aerosoles 100 y, después, descargarse en un dispositivo informático para su análisis. En algunas implementaciones, el nefelómetro 160 tiene un intervalo dinámico de 2 a 10.000 gg/m3 y una resolución de 1 gg/m3, es decir, es capaz de detectar un cambio en la concentración de 1 gg/m3.

También se observará que los datos gravimétricos obtenidos del filtro de recopilación 112 se pueden utilizar como una calibración de referencia precisa para el nefelómetro 160. Es decir, la concentración de datos integrados en tiempo real, por definición, debe ser igual a la calibración del filtro gravimétrico.

La figura 3 es una vista esquemática de un ejemplo de un monitor de exposición a aerosoles (o aparato de monitorización o dispositivo de monitorización) 300 según otra implementación de la presente descripción. El monitor de exposición a aerosoles 300 incluye, en general, un dispositivo de recopilación de aerosoles, una bomba (como, por ejemplo, la bomba 116 descrito anteriormente e ilustrada en la figura 1), y un amortiguador acústico (o dispositivo amortiguador de pulsaciones del flujo de gas y ruido) 304. En algunas implementaciones, el dispositivo de recopilación de aerosoles incluye una entrada de muestras y un filtro de recopilación (p. ej., la entrada de muestras 104 y filtro de recopilación 112 descritos anteriormente e ilustrados en la figura 1). En algunas implementaciones, el dispositivo de recopilación de aerosoles puede corresponder al dispositivo de recopilación de aerosoles 150 descrito anteriormente e ilustrado en la figura 1. El monitor de exposición a aerosoles 300 también puede incluir un nefelómetro, que puede corresponder al nefelómetro 160 descrito anteriormente e ilustrado en las figuras 1 y 2 y que, por lo tanto, se puede integrar en el dispositivo de recopilación de aerosoles de la manera descrita anteriormente e ilustrada en las figuras 1 y 2.

El amortiguador acústico 304 puede incluir una cámara de entrada 306, una cámara de salida 308 y una membrana elastomérica (o deformable) 310 interpuesta entre y aislando hidráulicamente la cámara de entrada 306 y la cámara de salida 308. La cámara de entrada 306 está en comunicación de fluidos con el dispositivo de recopilación de aerosoles 150, como con el lado de salida del filtro de recopilación 112. Para ello, la cámara de entrada 306 puede incluir un primer puerto 314 que podría, por ejemplo, estar configurado como un conector que se acopla a un conducto de fluido adecuado 316 (p. ej., un tubo). La cámara de entrada 306 también está en comunicación de fluidos con una entrada 318 de la bomba 116, pudiendo conseguirse a través de un conducto 320 conectado a un segundo puerto 322 de la cámara de entrada 306. La cámara de salida 308 está en comunicación de fluidos con una salida 326 de la bomba 116, pudiendo conseguirse a través de un conducto 328 conectado a un tercer puerto 330 de la cámara de salida 308. La cámara de salida 308 también está en comunicación de fluidos con un cuarto puerto (puerto de escape) 334. El cuarto puerto 334 puede estar abierto al interior del monitor de exposición a aerosoles 300, o puede estar conectado a un conducto (tubo de escape 336) y filtrarse si existe la preocupación de que las emisiones de la bomba puedan contaminar el nefelómetro o los sistemas de recopilación del filtro. Este tubo de escape 336 puede abrirse hacia el interior del monitor de exposición a aerosoles 300 o puede comunicarse con una abertura que conduce al exterior del monitor de exposición a aerosoles 300. Así, el amortiguador acústico 304 establece (o define) una trayectoria de flujo de entrada a través de la cámara de entrada 306 dirigida hacia la bomba 116, y una trayectoria de flujo de salida (o escape) a través de la cámara de salida 308, dirigida hacia fuera de la bomba 116.

La membrana elastomérica 310 sirve como límite entre la cámara de entrada 306 y la cámara de salida 308 y, por lo tanto, está expuesta al fluido que fluye a través de la cámara de entrada 306 y el fluido que fluye a través de la cámara de salida 308. Con este propósito, la membrana elastomérica 310 puede configurarse como una estructura plana o una lámina. La membrana elastomérica 310 puede tener cualquier forma adecuada, tal como una forma rectilínea u otra forma poligonal, o una forma circular u otra forma redondeada. La forma de la membrana elastomérica 310 puede ser igual o similar a la de la cámara de entrada 306 y la cámara de salida 308. El tamaño de la membrana elastomérica.

310 puede depender del tamaño de la cámara de entrada 306 y de la cámara de salida 308, ya que la membrana elastomérica 310 debe ser lo suficientemente grande para servir como un límite completo entre la cámara de entrada 306 y la cámara de salida 308. En un ejemplo, la membrana elastomérica 310 es un cuadrado que tiene lados de 2,5 cm (una pulgada) y un espesor de 0,02 cm (0,010 pulgadas). En otros ejemplos, el área de la membrana elastomérica 310 puede oscilar entre los 5,0 y 15,0 cm y el espesor puede oscilar entre los 0,125 y 0,5 mm.

La membrana elastomérica 310 está expuesta a las pulsaciones de presión y vibraciones acústicas generadas por el flujo de gas tanto en la cámara de entrada 306 como en la cámara de salida 308. Se ha descubierto que la membrana elastomérica 310 es muy eficaz para amortiguar estas pulsaciones y vibraciones y minimizar la carga del sistema provocada por el nivel de ruido de la bomba. Sin desear la vinculación con ninguna teoría en particular en el momento actual, se cree que la eficacia de la amortiguación puede atribuirse a la flexibilidad de la membrana elastomérica 310 y a su interposición entre los respectivos flujos de gas en la cámara de entrada 306 y la cámara de salida 308, por lo que la presión y las ondas acústicas que se propagan hacia un lado de la membrana elastomérica 310 pueden anular parcial o totalmente la presión y las ondas acústicas que se propagan hacia el lado opuesto de la membrana elastomérica 310. En un ejemplo no limitante, una composición de la membrana elastomérica 310 que se ha descubierto que presenta una amortiguación eficaz es el caucho de silicona. No obstante, se entenderá que también pueden ser adecuadas otras composiciones para funcionar como membrana elastomérica 310 en el amortiguador acústico descrito por la presente 304.

Como también se ilustra en la figura 3, el amortiguador acústico 304 puede incluir un filtro de fluido 342, que abarca el área de flujo de la sección transversal de la cámara de entrada 306, para evitar que las partículas de la corriente de gas entren en la bomba 116. Alternativa o adicionalmente, el amortiguador acústico 304 puede incluir otro filtro de fluido 344, que abarca el área de flujo de la sección transversal de la cámara de salida 308, para evitar que cualquier partícula de la corriente de gas descargada desde la bomba 116 contamine el interior del monitor de exposición a aerosoles 300. El filtro de fluido 342, 344 debe tener una composición que no limite indebidamente el flujo de gas. En un ejemplo, el filtro de fluido 342, 344 es una espuma polimérica de celda abierta, como una espuma de poliuretano de celda abierta (PUF). En un ejemplo, el área de la sección transversal del filtro de fluido 342, 344 que se encuentra el gas que fluye es de 3,5 cm (1,4 pulgadas) de largo y 0,6 cm (0,25 pulgadas) de altura. Sin desear la vinculación con ninguna teoría en particular en el momento actual, se propone que la provisión de uno o más filtros de fluido 342, 344, como se describe e ilustra en el presente documento, puede desempeñar un papel importante en la atenuación de ruido que consigue el amortiguador acústico 304.

Como se ilustra con más detalle en la figura 3, el amortiguador acústico 304 puede utilizarse como carcasa o caja para contener uno o más sensores, configurados para medir una o más propiedades del gas que fluye a través del monitor de exposición a aerosoles 300. Normalmente, estas propiedades se miden con mayor precisión corriente atrás de la bomba 116 y, por lo tanto, los sensores pueden ubicarse de manera que queden expuestos al gas que fluye a través de la cámara de entrada 306. En el ejemplo ilustrado, un sensor de temperatura 348 y un sensor de humedad relativa (HR) 350 están ubicados en el interior de o en la cámara de entrada 306. El sensor de temperatura 348 y sensor de HR 350 pueden colocarse en comunicación de señales con la electrónica del monitor de exposición a aerosoles 300 a través de cualquier medio adecuado. Por ejemplo, el sensor de temperatura 348 y el sensor de HR 350 se puede proporcionar en forma de chips u otras estructuras que se montan en una placa de circuito impreso (PCB) del monitor de exposición a aerosoles 300. En este caso, el sensor de temperatura 348 y el sensor de HR 350 pueden sobresalir a través de los recortes formados en el lateral del amortiguador acústico 304 orientado hacia la PCB. Pueden proporcionarse sellos apropiados en las interfaces entre el sensor de temperatura 348 y el sensor de HR 350 y sus respectivos recortes para evitar la pérdida de fluido del amortiguador acústico 304. En implementaciones alternativas, el sensor de temperatura 348 y el sensor de HR 350 pueden situarse en línea con la trayectoria de flujo de fluido, en ubicaciones por fuera del dispositivo de amortiguación de ruido 304.

Los datos del sensor de temperatura 348 y del sensor de RF 350 pueden registrarse en una memoria del monitor de exposición a aerosoles 300 y se utilizan (ya sea durante la operación o después de descargar los datos en un dispositivo informático) para corregir los datos de nefelometría generados por el detector de luz 204, es decir, para compensar la temperatura y la HR. La electrónica de procesamiento del monitor de exposición a aerosoles 300 puede utilizar estos datos en tiempo real para controlar o regular la bomba 116 y, de esta manera, controlar o regular el caudal a través del monitor de exposición a aerosoles 300. Estos datos también se pueden utilizar como datos de control de calidad (QC) para indicar las condiciones operativas que se produjeron durante el período de muestreo.

Como también se ilustra en la figura 3, el monitor de exposición a aerosoles 300 puede incluir uno o más sensores de presión. En el ejemplo específico, un primer sensor de presión diferencial 354 se utiliza para monitorizar el caudal de gas a través del monitor de exposición a aerosoles 300 durante la operación de la bomba 116. Con este propósito, los respectivos puertos 356, 358 del primer sensor de presión diferencial 354 pueden colocarse en comunicación de fluidos con los lados de entrada y salida de un orificio 362 ubicado corriente adelante del filtro de recopilación 112. Los datos de presión diferencial producidos por el flujo de gas a través de este orificio 362 se pueden utilizar en tiempo real como un medio para controlar el caudal durante la operación de la bomba 116, y estos datos de presión diferencial también pueden registrarse en la memoria para descargarlos posteriormente como datos QC en un dispositivo informático, para así indicar las condiciones de operación que se produjeron durante el período de muestreo. Así mismo, un segundo sensor de presión diferencial 364 se utiliza para controlar el estado de la entrada de muestras 104 y del filtro de recopilación 112, es decir, para determinar si la entrada de muestras 104 se bloqueó u obstruyó durante la operación y el índice de acumulación de aerosoles en el filtro de recopilación 112 y, de esta manera, identificar períodos cortos de carga significativamente alta. Con este propósito, un puerto 366 del segundo sensor de presión diferencial 364 puede colocarse en comunicación de fluidos con la trayectoria de flujo de fluido en un punto corriente adelante del filtro de recopilación 112, mientras otro puerto 368 se abre al interior del monitor de exposición a aerosoles 300 para medir la presión ambiental. Los datos de presión del segundo sensor de presión diferencial 364 se pueden utilizar en tiempo real para indicar una condición de alarma y/o para finalizar automáticamente el proceso de muestreo si la caída de presión es demasiado grande para mantener un control adecuado del caudal. Los datos de presión del segundo sensor de presión diferencial 364 también se pueden registrar en la memoria para descargarlos posteriormente como datos QC en un dispositivo informático, para así indicar las condiciones de operación que se produjeron durante el período de muestreo.

Como también se ilustra en la figura 3, el monitor de exposición a aerosoles 300 puede incluir uno o más acelerómetros para monitorizar el movimiento del monitor de exposición a aerosoles 300 a lo largo de una o más direcciones (ejes). En el ejemplo ilustrado, se proporciona un solo acelerómetro triaxial 380 configurado para medir la aceleración en tres direcciones. El acelerómetro 380 puede proporcionarse en forma de un chip microfabricado o basado en MEMS que se monta en la PCB del monitor de exposición a aerosoles 300. Un ejemplo de acelerómetro adecuado 380 es un acelerómetro Okidata 8953. Los datos producidos por el acelerómetro 380 pueden registrarse en la memoria para descargarlos posteriormente como datos QC en un dispositivo informático. En implementaciones donde el monitor de exposición a aerosoles 300 se utiliza como dispositivo de monitorización de exposición de ámbito personal, los datos del acelerómetro se pueden utilizar para proporcionar una indicación del cumplimiento de uso previsto (protocolo), es decir, para verificar que el usuario llevaba puesto el monitor de exposición a aerosoles 300 durante los períodos de tiempo requeridos durante el período de muestreo. Los datos del acelerómetro también se pueden utilizar para determinar las actividades en las que participó el usuario durante el período de muestreo (p. ej., gasto de energía personal asociado a sentarse, caminar, ejercicio físico, etc.), y estos datos pueden correlacionarse con los datos de exposición registrados por el detector de luz 204 durante el mismo período de muestreo. En implementaciones donde el monitor de exposición a aerosoles 300 se utiliza como dispositivo estacionario en un entorno interior o exterior, el acelerómetro 380 se puede utilizar como medida de QC o de seguridad para determinar si el monitor de exposición a aerosoles 300 se movió accidentalmente o sin autorización.

En otras implementaciones, la figura 3 representa, de manera más general, un dispositivo de procesamiento de gas 300 de cualquier tipo, cuya operación supone un flujo de gas activo a través del dispositivo de procesamiento de gas y que puede beneficiarse de la funcionalidad de amortiguación de pulsos y/o ruido del amortiguador acústico 304. El dispositivo de procesamiento de gas incluye, en general, una carcasa (no mostrada), una entrada de muestras, que proporciona la comunicación de flujo hacia la carcasa, y una bomba y el amortiguador acústico 304 dispuestos en la carcasa. El dispositivo de procesamiento de gas puede incluir un sistema de circuitos de fluido (o tuberías) y uno o más tipos de instrumentos, detectores, sensores y similares, que se comuniquen con la trayectoria de flujo de gas a través de la carcasa. Además de un monitor de exposición a aerosoles, un dispositivo de recopilación de aerosoles, un nefelómetro, como el descrito por el ejemplo anterior, u otros ejemplos del dispositivo de procesamiento de gases pueden ser (o formar parte de) cualquier otro tipo de instrumento que obtenga datos de los aerosoles, o un dispositivo de introducción de muestras gaseosas que envíe la muestra a un instrumento o recipiente de reacción corriente adelante o a un instrumento de espectrometría (p. ej., cromatógrafo de gases), a un instrumento espectroscópico (p. ej., un instrumento de espectroscopía Raman), etc.

La figura 4 es un diagrama esquemático (o de bloques funcionales) 400 que ilustra varias funciones de procesamiento de señales que pueden ser implementadas por el monitor de exposición a aerosoles 300 (o 100). Los expertos en la técnica apreciarán que varias funciones (módulos, circuitos, etc.) ilustradas en la figura 4 se pueden implementar mediante hardware (o firmware), software, o ambos. Así mismo, se apreciará que muchas de las funciones ilustradas en la figura 4 pueden implementarse mediante un sistema de circuitos provisto en una PCB contenida en la carcasa del monitor de exposición a aerosoles 300. En la figura 4, un controlador electrónico 402 representa uno o más microcontroladores, microprocesadores, circuitos integrados para aplicaciones específicas (ASIC), procesadores de señales digitales (DSP) o similares; un reloj de tiempo real; interfaces de entrada/salida (E/S) del sensor; convertidores de analógico a digital (ADC), convertidores de digital a analógico (DAC); una memoria programable; una memoria de registro de datos; y ajustes de parámetros seleccionables. En algunas implementaciones, el controlador electrónico 402 incluye una memoria integrada de 16 MB y un procesador de 8 MHz.

El controlador electrónico 402 puede comunicarse con un módulo de control de energía 406, que también puede comunicarse con una pila de reloj en tiempo real 408 y un conjunto de pilas del sistema 410. El controlador electrónico 402 también puede comunicarse con una o más interfaces de usuario como, por ejemplo, indicadores LED 414, una pequeña pantalla de visualización 416, como una pantalla de cristal líquido (LCD), y botones 418. El controlador electrónico 402 también puede comunicarse opcionalmente con un transceptor inalámbrico 420. El controlador electrónico 402 también se puede comunicar con una interfaz de comunicación de datos 424, como una interfaz de bus de serie universal (USB), que puede estar conectada a un dispositivo informático 426 para descargar y cargar datos. Por ejemplo, el software ejecutado por el dispositivo informático 426 se puede utilizar para procesar y mostrar los datos recibidos desde el monitor de exposición a aerosoles 300 (o 100) después de una operación de muestreo y/o para ajustar parámetros operativos antes de una operación de muestreo. Opcionalmente, el dispositivo informático 426 también puede comunicarse con un convertidor de potencia 430 (p. ej., interfaz USB) para proporcionar energía al módulo de control de energía 406. Como otra opción, un adaptador de energía de CA 432 puede comunicarse con el convertidor de energía 430 para proporcionar energía de línea desde una fuente de alimentación externa. El controlador electrónico 402 también puede comunicarse con una o más salidas de datos como, por ejemplo, alarmas sonoras y/o visuales 436, un motor de bomba 438 para controlar la bomba 116 y la fuente de luz 164 para controlar el ciclo ON/OFF. El controlador electrónico 402 también se puede comunicar con una o más entradas de datos para recibir datos desde ellas, y el módulo de control de energía 406 puede comunicarse con una o más entradas de datos para proporcionar energía si es necesario para su operación. Entre los ejemplos de tales entradas de datos se pueden incluir, pero sin limitación, el primer sensor de presión diferencial 354, el segundo sensor de presión diferencial 364, el sensor de temperatura 348, el sensor de HR 350, la comprobación del voltaje de la pila 442, el detector de luz 204, el acelerómetro 380 y un receptor GPS opcional 444. Se puede ver que el controlador electrónico 402 puede recopilar y almacenar varios tipos de datos de QC y hacer que estén disponibles para su descarga en el dispositivo informático 426, permitiendo así una sólida validación posterior a la recopilación.

El monitor de exposición a aerosoles 300 (o 100) puede configurarse para su uso como monitor de interior, monitor de exterior, monitor en un vehículo o monitor personal. Como monitor de interior o exterior, el monitor de exposición a aerosoles 300 puede colocarse en cualquier lugar fijo donde se desee muestrear los aerosoles de alrededor. Como se ha indicado anteriormente, el monitor de exposición a aerosoles 300 se puede conectar a una toma eléctrica o a cualquier otra fuente de alimentación externa. Como monitor de exterior, el monitor de exposición a aerosoles 300 puede colocarse en un recipiente apropiado, o su carcasa se puede modificar, según sea necesario para soportar las condiciones del entorno exterior. Como monitor personal, el monitor de exposición a aerosoles 300 puede configurarse para que el usuario lo pueda usar fácilmente de una manera discreta para garantizar que el usuario cumpla con el uso previsto del monitor de exposición a aerosoles 300 durante los períodos de operación prescritos. Por ejemplo, el monitor de exposición a aerosoles 300 puede tener un tamaño que permita al usuario llevarlo cómodamente en el bolsillo o en un pequeño soporte o bolsa que el usuario lleve puesto cómodamente. En un ejemplo específico, las dimensiones máximas del monitor de exposición a aerosoles 300 son: 6,8 cm de largo (2,7 pulgadas), 4 cm (1,6 pulgadas) de profundidad y 12,7 cm (5,0 pulgadas) de altura. Cuando se utiliza como monitor personal, el monitor de exposición a aerosoles 300 utilizará normalmente una pequeña cantidad de pilas, como se indicó con anterioridad. La carga que supone para el usuario llevar puesto el monitor de exposición a aerosoles 300 también puede reducirse minimizando su peso. En algunos ejemplos, el monitor de exposición a aerosoles 300 pesa menos de 300 gramos. En otros ejemplos, el monitor de exposición a aerosoles 300 pesa menos de 240 gramos. En otros ejemplos, el monitor de exposición a aerosoles 300 pesa menos de 220 gramos. Se puede conseguir un peso reducido, por ejemplo, empleando un material liviano pero robusto, como plástico moldeado por inyección, para la carcasa y tantos otros componentes estructurales como sea posible. Los diversos componentes alojados en el monitor de exposición a aerosoles 300 pueden disponerse para equilibrar su peso, mejorando así la comodidad que supone llevar puesto el monitor de exposición a aerosoles 300 y promover el cumplimiento de uso previsto por parte del usuario.

Las figuras 5-10 ilustran un ejemplo de un monitor de exposición a aerosoles. 500 según otra implementación. El monitor de exposición a aerosoles 500 puede incluir muchas características iguales o similares a las descritas anteriormente e ilustradas en las figuras 1-4 y, por consiguiente, los números de referencia similares designan características similares en las figuras 5-10. Específicamente, la figura 5 es una vista en perspectiva del monitor de exposición a aerosoles 500 con una parte de su carcasa 504 eliminada. La figura 6 es una vista superior de un conjunto de muestreo de aerosoles 508 que incluye el dispositivo de recopilación de aerosoles y el nefelómetro. La figura 7 es una vista en perspectiva del conjunto de muestreo 508 con una parte recortada a lo largo de la línea A-A de la figura 6. La figura 8 es una vista en alzado del conjunto de muestreo 508 con la misma porción recortada que en la figura 7. La figura 9 es una vista despiezada del amortiguador acústico 304. La figura 10 es una vista en perspectiva del amortiguador acústico 304.

Haciendo referencia a la figura 5, la carcasa 504 puede estar configurada para abrirse de la manera que se muestra y, así, poder extraer el filtro de recopilación 112, sustituir las pilas u otros componentes, limpiar su interior, etc. La carcasa 504 puede proporcionar características de seguridad (no mostradas) para evitar que el usuario o personal no autorizado la pueda abrir. La sección eliminada (no mostrada) de la carcasa 504 puede configurarse para montar un juego de pilas. Una pila de botón 512, que se muestra en la figura 5, se puede incluir para proporcionar energía de reserva. Como se señaló anteriormente, el monitor de exposición a aerosoles 500 puede configurarse para una operación continua o cíclica de ON/OFF. En un ejemplo en el que se emplean tres pilas AA, el monitor de exposición a aerosoles 500 es capaz de operar durante 40 horas en modo continuo y 168 horas en modo de ciclo ON/OFF. El monitor de exposición 500 puede incluir varias interfaces de usuario según sea necesario o se desee, como botones de control, un teclado, una pantalla, indicadores LED, una alarma de alto nivel, etc.

El monitor de exposición a aerosoles 500 puede incluir una PCB principal 516, que proporciona todos o la mayoría de los componentes electrónicos, y también puede incluir una o más PCB adicionales 518, 520 según sea necesario. En la figura 5, el acelerómetro 380 ha sido ubicado al azar. La figura 5 también muestra el conjunto del dispositivo de recopilación de aerosoles y el nefelómetro, incluida la entrada de muestras 104 ubicada fuera de la carcasa 504. Un puerto 524 que se comunica con el orificio de flujo 362 (figura 7) debajo del filtro de recopilación extraíble 112 está conectado a través de un tubo (no se muestra) al primer puerto 314 de la cámara de entrada 306 (figura 9) del amortiguador acústico 304. El segundo puerto 322 (figura 9) de la cámara de entrada 306 está conectado a través de un tubo (no mostrado) al puerto de entrada 318 de la bomba 116. El puerto de salida 326 de la bomba 116 está conectado a través de un tubo (no mostrado) al tercer puerto 330 de la cámara de salida 308 (figura 9) del amortiguador acústico 304. El cuarto puerto 334 de la cámara de salida 308 está conectado al tubo de escape 336 (figura 10) del amortiguador acústico 304. En el presente ejemplo, el tubo de escape 336 se abre hacia el interior de la carcasa 504. Otro puerto 528 (figura 5), que se comunica con el lado de salida del orificio de flujo 362 (figura 7), está conectado a través de un tubo (no mostrado) a un puerto 358 del primer sensor de presión diferencial 354. En un punto justo por debajo del filtro de recopilación extraíble 112, otro puerto 532 (figura 5), que se comunica con el lado de entrada del orificio de flujo 362, está conectado a través de un tubo (no mostrado) a otro puerto 356 del primer sensor de presión diferencial 354. Este puerto 532 también está conectado a un puerto 366 del segundo sensor de presión diferencial 364. Otro puerto (no mostrado) del segundo sensor de presión diferencial 364 está abierto para comunicarse con el interior de la carcasa 504.

En algunas implementaciones, el tubo utilizado para interconectar los sensores de presión diferencial 354, 364 a los diversos puertos descritos anteriormente es un tubo de tamaño capilar. En un ejemplo no limitante, el diámetro interno de los tubos es de 0,02 cm (0,010 pulgadas) o más. Se produce un flujo de fluido bidireccional muy pequeño en los tubos a medida que cambia la presión y a medida que las presiones en los puertos respectivos de los sensores de presión diferencial 354, 364 cambian. Debido a los pequeños y limitantes diámetros internos de los tubos, estos cambios de presión son amortiguados neumáticamente por los tubos y por el volumen interno de los puertos correspondientes de los sensores de presión diferencial 354, 364. Por esta configuración, los tubos de pequeño diámetro actúan como resistencias y los puertos correspondientes de los sensores de presión diferencial 354, 364 actúan como condensadores, suavizando en gran medida los picos de presión y, por lo tanto, suavizando la señal electrónica producida por los sensores de presión diferencial 354, 364. Se ha descubierto que esta amortiguación neumática de la presión en los tubos es más eficaz para obtener una lectura promedio uniforme del sensor que la amortiguación electrónica de la señal por medio de redes convencionales de filtros resistivos/capacitivos.

En cuanto a las figuras 6-8, el conjunto de muestreo 508 incluye una tapa 536, que define la entrada de muestras 104 y rodea el impactador 108. La tapa 536 define una o más aberturas de entrada (no mostradas) orientadas para recibir aerosoles desde una dirección lateral. En este ejemplo, solo se utiliza una abertura de entrada. La abertura de entrada puede incluir una rejilla (no mostrada). El aerosol que fluye hacia la abertura de entrada se gira noventa grados en una cámara impelente de entrada 704 definida por la tapa 536 y, después, fluye a través de una rejilla de entrada gruesa 708, que separa las partículas que son más grandes que un tamaño grueso seleccionado, como se describió anteriormente en la presente descripción. En este ejemplo, el impactador 108 incluye una primera fase de impactador y una segunda fase de impactador, que incluyen, respectivamente, una primera placa impactadora 712 y una segunda placa impactadora 716. Cada una de las placas impactadoras 712, 716 puede tener aceite retenido dentro de un material sinterizado y poroso o recubriendo sus superficies para minimizar el rebote de partículas. En un ejemplo no limitante, el aceite es un aceite de silicona.

Durante la operación, la bomba 116 atrae el aerosol ambiental hacia la abertura de la entrada de muestras 104 y a través del impactador 108. El aerosol que atraviesa la rejilla de entrada gruesa 708 fluye hacia uno o más conductos 720 desplazados radialmente del eje central del impactador 108. Las partículas demasiado grandes para cambiar el momento no alcanzan los conductos radialmente desplazados 720 y, en consecuencia, se eliminan de la corriente de aerosol. El aerosol restante fluye a través de los conductos radialmente desplazados 720 hasta la primera fase del impactador. Luego, el aerosol se ve obligado a cambiar de dirección (p. ej., dar un giro) y, en régimen laminar para minimizar las pérdidas superficiales, fluye a través de la primera placa impactadora 712 hacia un conducto central 724. Las partículas más grandes que el punto de corte de la primera fase del impactador no pueden permanecer atrapadas en la corriente de aerosol y, en cambio, impactan en la primera placa impactadora 712. El aerosol restante fluye a través del conducto central 724 hasta la segunda fase del impactador. A continuación, el aerosol se ve obligado a cambiar de dirección una vez más y fluye a través de la segunda placa impactadora 716 hacia uno o más conductos radialmente desplazados 728. Las partículas más grandes que el punto de corte de la segunda fase del impactador no pueden permanecer en la corriente de aerosol y, en cambio, impactan en la segunda placa impactadora 716. Después, el aerosol restante fluye a través de los conductos radialmente desplazados 728, a través de la cámara de muestras 172 y sobre el filtro de recopilación 112. En un ejemplo, el filtro de recopilación 112 tiene un área expuesta de material de filtro orientada hacia la cámara de muestras 172, y el diámetro del área expuesta oscila de 6 a 20 mm. El gas (aerosol filtrado) se atrae a través del orificio de flujo 362 debajo del filtro de recopilación 112 y fluye hacia el amortiguador acústico 304 y los sensores de presión diferencial 354, 364, como se describió anteriormente.

El conjunto de muestreo 508 también incluye una carcasa de nefelómetro 604 que rodea la fuente de luz 164, la trampa de luz 168, el detector de luz 204, las ópticas 216 y varias aberturas. El conjunto de muestreo 508 incluye una PCB 518, 520 en la que están montados la fuente de luz 164 y el detector de luz 204, respectivamente. El sistema de circuitos de la PCB 518, 520 se comunica con la PCB principal 516 a través de un cable plano 540 (figura 5). Una parte de la carcasa del nefelómetro 604 rodea un primer orificio 742 que define la trayectoria de la luz de irradiación desde la fuente de luz 164. Otra parte de la carcasa del nefelómetro 604 rodea un segundo orificio ortogonal 746 que define la trayectoria de la luz dispersada dirigida hacia el detector de luz 204.

La cámara de muestras 172 tiene la forma y el tamaño necesarios para que la cámara de muestras 172 no presente o no presente sustancialmente flujo turbulento (o, dicho de otra manera, el flujo de aerosoles es total o sustancialmente laminar desde el lado de salida del impactador 108, a través de la cámara de muestras 172 y hasta el orificio de flujo 362). Para el intervalo de caudales contemplados (p. ej., 0,5 litros/min) y dependiendo de otras condiciones de operación, esto puede corresponder al número de Reynolds que caracteriza que el flujo de aerosol se mantiene por debajo de 1000 o por debajo de 250. En la presente implementación, para mantener el flujo laminar, la cámara de muestras 172 es relativamente grande. En algunas implementaciones, la cámara de muestras 172 tiene una longitud total desde el impactador 108 hasta el filtro de recopilación 112 que oscila de 20 a 22 mm y una dimensión de la sección transversal que oscila de 9 a 14,4 mm. La dimensión de la sección transversal depende de la forma de la sección transversal, por ejemplo, un diámetro interno en el caso de una sección transversal circular, un eje principal en el caso de una sección transversal elíptica, etc. En un ejemplo, la cámara de muestras 172 tiene una longitud total de 20,98 mm y diámetros internos que oscilan de los 13,50 mm a los 10,00 mm. En el ejemplo ilustrado, la cámara de muestras 172 tiene una sección ahusada superior 752 y una sección inferior 754. La sección inferior 754 puede tener un diámetro interno constante; por ejemplo, la sección inferior 754 puede ser cilíndrica. En un ejemplo, la sección ahusada superior 752 tiene una longitud de 4,38 mm, un diámetro interno superior de 13,50 mm, un diámetro interno inferior de 10,00 mm y un ahusamiento entre los diámetros internos superior e inferior. En este ejemplo, la sección inferior 754 tiene una longitud de 16,60 mm y un diámetro interno de 10,00 mm. Además, la cámara de muestras 172 no tiene por qué presentar, en general, ni bordes ni esquinas. Se evitan cambios bruscos de geometría para evitar turbulencias localizadas. El flujo laminar minimiza la caída de presión a través del filtro de recopilación 112, minimiza la posibilidad de que el filtro de recopilación 112 se sobrecargue, minimiza las pérdidas internas de aerosol y minimiza la energía de las pilas requerida para hacer funcionar la bomba 116 y, por lo tanto, permite que la bomba 116 funcione durante períodos prolongados, p. ej., una semana o más. Adicionalmente, el flujo laminar y el gran volumen de detección proporcionado por la cámara de muestras 172 mejora la sensibilidad y precisión de los datos nefelométricos recopilados.

Como se muestra mejor en la figura 7, el filtro de recopilación 112 incluye un elemento filtrante 762 sujeto en un portafiltros (o cartucho) 764. El portafiltros 764 está diseñado para poder extraerse del conjunto para facilitar el análisis de las partículas capturadas por el elemento filtrante 762.

Haciendo referencia a las figuras 9 y 10, el amortiguador acústico 304 incluye una carcasa que comprende dos partes de carcasa (o mitades de carcasa) 904, 906. La primera parte de la carcasa 904 incluye el primer puerto 314 y el segundo puerto 322, y la segunda parte de la carcasa 906 incluye el tercer puerto 330 y el cuarto puerto 334. En la forma ensamblada, la membrana elastomérica 310 está intercalada entre las dos partes de la carcasa 904, 906 mediante cualquier medio de inmovilización adecuado. En este ejemplo, cuatro clips de retención 910 inmovilizan el conjunto. Pueden proporcionarse sellos, como juntas, para sellar las interfaces entre la membrana elastomérica 310 y las partes de la carcasa 904, 906. En la forma ensamblada, la primera parte de la carcasa 904 y la membrana elastomérica 310 forman cooperativamente la cámara de entrada 306, y la segunda parte de la carcasa 906 y la membrana elastomérica 310 forman cooperativamente la cámara de salida 308. Una o ambas partes de la carcasa 904, 906 pueden incluir un filtro de fluido 914, aunque solo una de ellas es visible en la figura 9. En la presente implementación, cada parte de la carcasa 904, 906 incluye un hueco orientado en diagonal 922 y un conjunto de clavijas 924 para situar y sujetar el filtro de fluido correspondiente 914. También en la implementación actual, el primer puerto 314 y el segundo puerto 322 están orientados ortogonales entre sí, y el tercer puerto 330 y el cuarto puerto 334 están igualmente orientados ortogonales entre sí, estando cerca el primer puerto 314 del cuarto puerto 334 y el segundo puerto 322 del tercer puerto 330. Por consiguiente, el flujo de fluido que atraviesa la cámara de entrada 306 cambia de dirección en el filtro de fluido 914, y el flujo de fluido que atraviesa la cámara de salida 308 también cambia de dirección en el filtro de fluido 914.

También en la implementación actual, la primera parte de la carcasa 904 está orientada hacia la PCB principal 516 (figura 5). La primera parte de la carcasa 904 incluye dos recortes (o aberturas) 932, 934. El sensor de temperatura 348 y el sensor de HR 350 están colocados sobre la PCB principal 516 con los respectivos recortes 932, 934, por lo que el sensor de temperatura 348 y el sensor de HR 350 pueden sobresalir hacia la cámara de entrada 306 o al menos quedar expuestos al fluido que fluye a través de esta, corriente atrás de la bomba 116. Se pueden proporcionar sellos (no mostrados) en la interfaz entre el sensor de temperatura 348 y sensor de HR 350 y los recortes 932, 934 para minimizar la pérdida de fluido de la cámara de entrada 306. Se observará que la segunda parte de la carcasa 906 también puede incluir, nominalmente, los mismos recortes con el fin de reducir los costes de fabricación. Estos recortes (si están presentes) pueden estar bloqueados por tapones, cubiertos con cinta o sellados de otra manera para evitar la pérdida de fluido desde la cámara de salida 308.

En algunas implementaciones, el tubo de escape 336 tiene una longitud que oscila de 1 a 15 cm y un diámetro interno que oscila de 1 a 3 mm. Las dimensiones del tubo de escape 336 pueden influir en la eficacia de amortiguación del ruido proporcionada por el amortiguador acústico 304, como se comenta a continuación.

En una evaluación del monitor de exposición a aerosoles 500 ilustrado en las figuras 5-10, se descubrió que el nivel de sonido total a un metro de distancia del monitor de exposición a aerosoles 500 durante la operación de la bomba 116, a un caudal de 0,5 litros/minuto, era de 38 dBA (decibelios, ponderación A), que no es mucho más alto (menos de 3 dBA más alto) que el nivel de sonido de fondo habitual contemplado para un usuario. Por lo tanto, el monitor de exposición a aerosoles 500 puede caracterizarse por ser muy silencioso en operación, hecho que se espera que fomente el cumplimiento de uso previsto por parte del usuario. La figura 11 es un gráfico del nivel de sonido medido (dBA) del monitor de exposición a aerosoles 500 en función de la longitud (cm) del tubo de escape 336 del amortiguador acústico 304, para un caudal de 0,5 litros/minuto. Como comparación, también se muestra un punto de datos del nivel de sonido cuando el monitor de exposición a aerosoles 500 opera sin el amortiguador acústico 304. La figura 11 demuestra una reducción significativa del nivel de sonido cuando se emplea el amortiguador acústico 304, pudiendo conseguirse un nivel de ruido de solo 1 dBA o menos por encima del ruido ambiental. Como se señaló anteriormente en la presente descripción, se ha descubierto que los niños no se sienten cómodos con los sistemas de sensores que añaden más de 5 decibelios al medio ambiente. En comparación, se puede ver que el monitor de exposición a aerosoles 500, cuando está provisto del amortiguador acústico 304, puede ser operado a un nivel de ruido muy por debajo (por un factor de dos o más) del nivel de ruido que los niños consideran inaceptable. La figura 11 también demuestra que la amortiguación del ruido se puede optimizar mediante la selección de una longitud adecuada para el tubo de escape 336.

En algunas implementaciones, el monitor de exposición a aerosoles 500 (o 300) está configurado para utilizar los datos del acelerómetro para calcular (o estimar o predecir) el índice ventilación (m3/min o litros/min) del usuario durante el período de muestreo. Una fuerte correlación (p. ej., R2=0,90) entre los datos del acelerómetro y el índice de ventilación. En algunas implementaciones, el monitor de exposición a aerosoles 500 está configurado para utilizar los datos del acelerómetro para calcular (o estimar o predecir) la dosis potencial (pg/min/kg, donde kg es la unidad de peso corporal del usuario) a la que estuvo expuesto el usuario durante el período de muestreo. En algunas implementaciones, el monitor de exposición a aerosoles 500 está configurado para utilizar los datos del nefelómetro (pg/m3) junto con los datos del acelerómetro para realizar estos cálculos. La figura 12 es un diagrama funcional que ilustra ejemplos de procesos para calcular el índice de ventilación y la dosis potencial. Estos cálculos se pueden realizar, por ejemplo, de acuerdo con un algoritmo ejecutado por el hardware y/o software del monitor de exposición a aerosoles 500.

La figura 13 son diagramas de los datos en bruto del acelerómetro (en unidades g) triaxiales (valores "x", "y" y "z") a lo largo del tiempo (en segundos) obtenidos a partir de un monitor de exposición a aerosoles provisto de un acelerómetro que lleva puesto una persona mientras (A) está sentada frente a un ordenador, (B) camina a 3 km/h (2 mph) en una cinta de correr y (C) practica ciclismo de interior a 70 RPM. Los datos se recopilaron a un índice de 20 Hz durante períodos de cinco segundos (un total de cien intervalos de 0,05 s). Como se infiere a partir de los diagramas de las actividades más enérgicas (B y C), los datos del acelerómetro presentan patrones distintivos que, cuando se combinan con la resolución de la señal (aproximadamente 0,02 g) del acelerómetro, pueden utilizarse para identificar los tipos específicos de actividad que realiza la persona mientras lleva puesto el monitor de exposición a aerosoles, y el monitor de exposición a aerosoles se utiliza para obtener los datos relacionados con la exposición a partículas. Como se ha indicado anteriormente, la obtención, almacenamiento y procesamiento opcional, tanto de los datos del acelerómetro como de los datos de exposición, pueden realizarse con el monitor de exposición a aerosoles. Puede verse que los datos del acelerómetro se obtienen de forma transparente para la persona que lleva puesto el monitor de exposición a aerosoles y, por tanto, no es necesario que la persona mantenga registros de tiempo-actividad.

La figura 14 es un ejemplo de una captura de pantalla generada por un software configurado para proporcionar una interfaz con el monitor de exposición a aerosoles, normalmente entre períodos de muestreo (p. ej., si es el caso de un monitor de exposición personal, cuando el usuario no lleva puesto el monitor de exposición a aerosoles durante un período de muestreo). Por ejemplo, el software puede residir en y ser ejecutado por un dispositivo informático. Después de completar un período de muestreo, el monitor de exposición a aerosoles puede comunicarse con el dispositivo informático, por ejemplo, a través de una interfaz USB, y todos los datos obtenidos por el monitor de exposición a aerosoles se pueden cargar en el dispositivo informático para que los utilice el software. Tal y como se muestra en la figura 14, el software puede configurarse para combinar los datos de concentración en tiempo real con las estimaciones en tiempo real del índice de ventilación, para así generar niveles de dosis potenciales en pg/min/kg. Como también se muestra, pueden presentarse simultáneamente otros tipos de datos obtenidos a partir del monitor de exposición a aerosoles, tales como, por ejemplo, temperatura, humedad relativa, indicación del cumplimiento del uso previsto (p. ej., se lleva puesto, no se lleva puesto), el peso corporal del usuario, etc. Como también se muestra, además de la pestaña "Nefelómetro", se pueden incluir otras pestañas que proporcionen pantallas con otro tipo de datos, como una pestaña "Acelerómetro", en la que se pueden presentar datos similares a los que se muestran en la figura 13, y una pestaña "Presión/Flujo", en la que se pueden presentar los datos obtenidos por los sensores de presión integrados (como los descritos anteriormente), sensores de flujo de masas o volumétrico, u otros similares.

En general, los términos como "comunicar" y "en comunicación ... con" (p. ej., un primer componente "se comunica con" o "está en comunicación con" un segundo componente) se utilizan en el presente documento para indicar una relación estructural, funcional, mecánica, eléctrica, de señales, óptica, magnética, electromagnética, iónica o fluídica entre dos o más componentes o elementos. Así, el hecho de que se diga que un componente se comunica con un segundo componente no pretende excluir la posibilidad de que pueda haber componentes adicionales entre, y/o asociados o acoplados operativamente al primer y segundo componentes.

Se entenderá que pueden cambiarse diversos aspectos o detalles de la invención sin abandonar el alcance de la invención. Además, la descripción anterior solo tiene fines ilustrativos y no fines de limitación, definiéndose la invención en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500), que comprende:

un impactador (108);

una cámara de muestras (172), que se comunica con el impactador (108) y define una trayectoria de flujo de fluido laminar a lo largo de un primer eje (174, 176);

un filtro de recopilación (112), que se comunica con la cámara de muestras (172) y que se puede extraer del monitor de exposición a aerosoles;

una bomba (116) que se comunica con el filtro de recopilación (112);

una fuente de luz (164), configurada para generar un haz de luz que tiene un volumen de detección cilíndrico (212), en donde el volumen de detección (212) está en la cámara de muestras (172);

un detector de luz (204); y

un primer orificio (742), que define una primera trayectoria óptica desde la fuente de luz hasta el volumen de detección (212) en la cámara de muestras a lo largo de un segundo eje;

caracterizado por

un segundo orificio (746), que define una segunda trayectoria óptica desde el volumen de detección (212) en la cámara de muestras hasta el detector de luz a lo largo de un tercer eje,

en donde el primer eje, el segundo eje y el tercer eje forman ángulos entre sí, y

en donde la trayectoria de flujo de fluido atraviesa el volumen de detección a lo largo del primer eje y el haz de luz se propaga a lo largo del segundo eje que está inclinado con respecto al primer eje.

2. El monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500) de la reivindicación 1, en donde

el volumen de detección cilíndrico (212) tiene una longitud que oscila de 8,0 a 12,0 mm y un diámetro que oscila de 0,5 a 2,0 mm; y/o

en donde el volumen de detección cilíndrico (212) es un cilindro elíptico.

3. El monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500) de la reivindicación 1 o 2, que comprende una trampa de luz (118) dispuesta en un lado de la cámara de muestras opuesto al primer orificio.

4. El monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500) de la reivindicación 1,2 o 3, que comprende un acelerómetro (380) configurado para detectar el movimiento del monitor de exposición a aerosoles a lo largo de uno o más ejes.

5. El monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500) de la reivindicación 1,2, 3 o 4, que comprende al menos uno de: un sensor de presión diferencial (354), configurado para detectar una caída de presión a través de un orificio (362) entre el filtro de recopilación (112) y la bomba (116);

un sensor de presión diferencial (364), configurado para detectar una caída de presión entre un lado de entrada del impactador (108) y un lado de salida del filtro de recopilación (112);

ambos de los anteriores.

6. El monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos uno de:

un sistema de circuitos (400), configurado para recopilar los datos de control de calidad durante la operación del monitor de exposición a aerosoles;

un sistema de circuitos (400), configurado para recopilar los datos de control de calidad durante la operación del monitor de exposición a aerosoles, en donde los datos de control de calidad se seleccionan del grupo que consiste en un caudal de fluido a través del filtro de recopilación (112), una caída de presión a través del filtro de recopilación (112), una caída de presión desde un lado de entrada del impactador (108) hasta un lado de salida del filtro de recopilación (112), una temperatura del fluido que fluye a través del monitor de exposición a aerosoles, una humedad relativa del fluido que fluye a través del monitor de exposición a aerosoles, los datos producidos por un acelerómetro (380) del monitor de exposición a aerosoles, que definen el cumplimiento de uso previsto, un nivel de voltaje de una pila del monitor de exposición a aerosoles, los datos GPS que pertenecen a una ubicación del monitor de exposición a aerosoles, y una combinación de dos o más de los anteriores;

un sistema de circuitos (400), configurado para regular la bomba (116) en función de un parámetro seleccionado del grupo que consiste en un caudal de fluido a través del filtro de recopilación (112), una caída de presión a través de un orificio tras el filtro de recopilación (112), una caída de presión desde un lado de entrada del impactador (108) hasta un lado de salida del filtro de recopilación (112), una temperatura del fluido que fluye a través del monitor de exposición a aerosoles, una humedad relativa del fluido que fluye a través del monitor de exposición a aerosoles, y una combinación de dos o más de los anteriores.

7. El monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos uno de:

un amortiguador acústico (304) que se comunica con la bomba (116);

un amortiguador acústico (304) que se comunica con la bomba (116), en donde la bomba comprende una entrada de bomba (318) y una salida de bomba (326), y el amortiguador acústico comprende una cámara de entrada (306), una cámara de salida (308) y una membrana elastomérica (310) interpuesta entre y que aísla hidráulicamente la cámara de entrada y la cámara de salida, en donde la cámara de entrada está interpuesta entre el filtro de recopilación (112) y la entrada de la bomba (318), y la cámara de salida se comunica con la salida de la bomba (326).

8. Un método para monitorizar aerosoles, comprendiendo el método:

dimensionar las partículas del aerosol haciendo fluir el aerosol a través de un impactador (108);

recopilar las partículas dimensionadas haciendo fluir el aerosol a través de una cámara de muestras (172), a lo largo de un primer eje (174, 176) y a través de un filtro de recopilación (112), en donde las partículas dimensionadas se recopilan en el filtro de recopilación, y en donde el aerosol fluye a través del impactador (108), comprendiendo la cámara de muestras (172) y el filtro de recopilación (112) la operación de una bomba (116) que se comunica con un lado de salida del filtro de recopilación;

irradiar las partículas dimensionadas que fluyen a través de la cámara de muestras dirigiendo una luz de irradiación (182) hacia la cámara de muestras (172), a lo largo de un segundo eje inclinado con respecto al primer eje (174, 176), en donde la luz dispersada (208) se propaga desde las partículas irradiadas; y

dirigir la luz dispersada (208) hacia un detector de luz (204) a lo largo de un tercer eje inclinado con respecto al primer eje y al segundo eje para detectar un potencial de dispersión total de las partículas dimensionadas,

en donde el flujo de aerosol que sale del impactador (108), atraviesa la cámara de muestras (172) y llega al filtro de recopilación (112) es laminar.

9. El método de la reivindicación 8, que comprende, además, al menos uno de los siguientes:

en donde el aerosol fluye a través del filtro de recopilación (112) a una caída de presión total del sistema a través del filtro de recopilación de 2 pulgadas de H²O o menos;

en donde el aerosol fluye a través del filtro de recopilación (112) a un caudal que oscila de 0,30 a 0,60 litros/min.

10. El método de la reivindicación 8 o 9, en donde dirigir la luz de irradiación hacia la cámara de muestras (172) comprende establecer un volumen de detección cilíndrico (212) de luz en la cámara de muestras,

en donde, en particular, el volumen de detección cilíndrico (212) tiene una longitud que oscila de 8,0 a 12,0 mm y una dimensión de sección transversal que oscila de 0,5 a 2,0 mm; y/o

en donde, en particular, el volumen de detección cilíndrico (212) tiene una sección transversal elíptica y la dimensión de la sección transversal es un eje principal.

11. El método de la reivindicación 8, 9 o 10, en donde dirigir la luz dispersada (208) hacia el detector de luz (204) comprende dirigir la luz dispersada desde la cámara de muestras (172) como un haz que tiene una sección transversal rectilínea.

12. El método de la reivindicación 8, 9, 10 u 11, que comprende obtener los datos de concentración de partículas del detector de luz (204) y someter el filtro de recopilación (212) a un análisis de partículas.

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 12, que comprende operar un monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500) para dimensionar las partículas, recopilar las partículas dimensionadas, irradiar las partículas dimensionadas y dirigir la luz dispersada (208), mientras un usuario lleva puesto el monitor de exposición a aerosoles.

14. El método de la reivindicación 13, que comprende obtener los datos de acelerómetro correspondientes al movimiento del usuario mientras lleva puesto el monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500) para proporcionar una indicación de la actividad del usuario mientras lleva puesto el monitor de exposición a aerosoles cerca de una zona de respiración del usuario.

15. El método de la reivindicación 14, que comprende calcular un índice de ventilación (m3/min) del usuario mientras lleva puesto el monitor de exposición a aerosoles (100, 300, 500) en función de los datos del acelerómetro, calcular una dosis potencial (pg/min/kg) del usuario mientras lleva puesto el monitor de exposición a aerosoles, en función de los datos del acelerómetro y de los datos de concentración de partículas obtenidos a partir del detector de luz (204), o calcular tanto el índice de ventilación como la dosis potencial.