JP2004045419A

JP2004045419A - 粒子感知システムおよび関連する方法

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Publication number: JP2004045419A
Application number: JP2003322178A
Authority: JP
Inventors: Thomas Bates; トーマス　ベイツ
Original assignee: Particle Measuring Systems Inc
Current assignee: Particle Measuring Systems Inc
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2004-02-12
Also published as: DE60005518D1; JP2003505671A; WO2001006333A3; EP1196832A2; EP1271126A3; JP3559782B2; DE60005518T2; WO2001006333A2; EP1271126A2; EP1196832B1; US6167107A

Abstract

【課題】　従来技術の上述した問題点を低減または除去する粒子センサおよび空気フローシステムを提供すること。
【解決手段】　本発明は、周囲の大気中の粒子センサ（１０６）のための体積流量を制御する方法を提供し、この方法は、周囲の空気を粒子センサに引き込むステップと、粒子センサを通る空気フローの流量を決定するステップとを包含し、この方法は、大気圧を決定するステップと、空気フローの流量および大気圧の関数として、体積流量を決定するステップとを特徴とする。
【選択図】　図３

Description

　（発明の分野）
　本発明は、粒子を感知するシステムおよび方法、そして、より詳細には、正確な体積空気フローを粒子センサに提供する空気フローシステムを有するシステムに関する。　

　（発明の背景）
　従来技術のエアロゾル光学の粒子カウンタは、通常、制限箇所の前後の圧力降下をモニタリングする質量フローセンサまたは圧力センサを利用し、粒子カウンタの内部の流量を確定する。これらのデバイスは小さく、安価で容易に入手できるので、産業界で広く使用されている。

　例として、従来技術では、米国特許第５，５１５，１６４号に記載されるような遠心ブロワを使用した粒子センサおよび関連する空気フローシステムがよく知られている。’１６４特許の図１は、この範疇の代表的な従来技術の粒子センサ１０および空気フローシステム１２を示す。粒子センサ１０は、感知キャビティ１０Ａを有し、空気フローシステム１２は、ブロワキャビティ１２Ａを有する。空気フローシステム１２は、感知キャビティ１０Ａから空気を吸引し、その結果、空間１６からの微粒子含有空気１４が、ホース１８と空気フロー管２０とを通って感知キャビティ１０Ａの中へ吸引される。空気フロー管２０は、空間１６からの微粒子含有空気１４が感知キャビティ１０Ａの中の細い単軸フロー２２に押し込まれるように、単一の軸に沿って先細りになっている。

　フロー２２の中の微粒子は、公知の技術によって検出される。具体的には、レーザ２４は、フロー２２を直角に照明するレーザービーム２６を発生し、フロー２２の中の微粒子に関数的に依存する散乱エネルギ２６Ａを生成する。検出器２８は、散乱エネルギ２６Ａを検出し、検出器２８からの検出信号は、粒子計数電子回路３０によって分析され、フローの中の粒子の数を定量化する（説明の目的のために、検出器２８はビーム２６と同じ平面上で散乱エネルギ２６Ａを集めることが示されるが、実際は検出器２８は通常、ビーム２６とフロー２２との両方に直角に散乱２６Ａを観察する）。

　空気フローシステム１２は、モーター３４により駆動される遠心ブロワ３２を含む。遠心ブロワ３２は、感知キャビティ１０Ａの中から、フロー２２と同一直線上の中心３２Ａを直接通って空気を吸引する。ブロワ３２からの排気１４Ａは、主に、フィルタ３６を通る排気１４Ｂとしてブロワキャビティ１２Ａを出る。例外として、ブロワ３２を通る流量を評価するために、排気１４Ｃとして示される排気１４Ａの一部が管３８によって捕捉され、フローセンサ４０に導かれる。ブロワコントローラ４２は、信号線４４を介して、流量を示す電気信号をセンサ４０から受け取り、その流量に応じてプリセットされた速度でブロワ３２を駆動するために、信号線４６を介してモーター３４にコマンドを与える。ブロワコントローラ４２は、このようにして、流量センサ４０およびモーター３４を介して、ブロワ３２のフィードバック制御において動作する。

　粒子感知の分野において、空間１６の中の周囲の環境からサンプリングされた状態の正確な体積流量（すなわち、立方フィート毎分、または「ＣＦＭ」）についての微粒子数を決定することが望ましい。例として、この分野で公知の「クリーンルーム」における粒子センサは、汚染レベルが空気の質量に対してでなく、空気の体積に対して測定されることを前提とする。なぜなら、空気の所与の体積の質量は、高度の変化のみによっても２０％を超えて変動し得るからである。気象の前線が、３％までのさらなる体積あたりの質量の差の原因となる。

　従って、図１の粒子センサおよび空気フローシステム１０、１２の１つの問題点は、実際の体積流量が、通常、「海面レベル」である所与の圧力について較正され、その結果、他の場所における粒子の計数が正確な体積流量を反映しないことである。この誤差を補償するために手動調節がなされ得る。ただし、変化している環境（例えば、高度および気圧計の圧力）条件にわたって精度を保証するためには、連続的な手動調節が必要である。

　図１の空気フローシステム１２の他の問題点は、遠心ブロワ３２の物理的な動作のために、遠心ブロワ３２がフロー２２と同軸に配置されていることである。字義通り、遠心ファンは、ファンの中心を通って空気を吸引する。従って、空気フローシステム１２は、フロー２２の軸に沿って細長い形状を有し、例えば携帯型の粒子感知用途で望まれるような空気フローシステム１２のコンパクト性を妨げている。従って、コンパクト性を改善するために、空気フロー管２０は通常、最適な性能のために望まれるよりも短くされる。

　図１の空気フローシステム１２のさらに他の問題点は、遠心ブロワ３２が対処できる感知キャビティ１０Ａとブロワキャビティ１２Ａとの間の圧力差の量が限られており、このため粒子感知の能力が特定の環境に制限されることである。このように、特定の圧力差内での動作に制限されることにより、ブロワ３２の後に存在し得る、汚染を低減するための濾過の量も制限される。より詳細には、フィルタ３６は、一般に、高性能な汚染フィルタではあり得ない。なぜなら、そのようなフィルタは、さらなる圧力差を引き起こし得るからである。従来技術の空気フローシステム１２は、従って、通常、粗いフィルタ３６を利用し、これは、感知キャビティ１０Ａまたは空間１４への汚染の可能性を増加する。

　従って、本発明の目的の１つは、従来技術の上述した問題点を低減または除去する粒子センサおよび空気フローシステムを提供することである。本発明のさらに他の目的は、粒子センサの場所に関わらず、絶対体積流量に対して粒子を感知する方法を提供することである。本発明のなお他の目的は、内部の汚染が低減され、かつ、測定下の環境への外部の汚染が低減されたコンパクトな粒子感知システムを提供することである。これらの、および他の目的は、以下の説明において明らかになる。

　本発明は、周囲の大気中の粒子センサ（１０６）のための体積流量を制御する方法を提供し、この方法は、
　周囲の空気を粒子センサに引き込むステップと、
　粒子センサを通る空気フローの流量を決定するステップと
　を包含し、この方法は、
　大気圧を決定するステップと、
　空気フローの流量および大気圧の関数として、体積流量を決定するステップと
　を特徴とする。

　１つの実施形態において、上記大気圧を決定するステップは、上記粒子センサの中の絶対圧力を決定するステップと、上記周囲の大気圧を決定するステップとを包含することをさらに特徴とする。

　１つの実施形態において、上記体積流量を決定するステップは、体積流量を関係：
　Ｑ＝ｋ・［（Ｐ_ＡＰＳＯ・Ｐ_ＤＰＳ）^１／２÷Ｐ_ＡＰＳＥ］
　のＱとして決定するステップを包含することをさらに特徴とし、ここで、
　ｋは実験的に決定される定数であり、
　Ｐ_ＡＰＳＯは上記粒子センサの中の絶対圧力であり、
　Ｐ_ＤＰＳは流量に比例する圧力差であり、
　Ｐ_ＡＰＳＥは周囲の大気圧である。

　１つの実施形態において、上記体積流量を決定するステップは、Ｑの評価に以下の関係：
　Ｑ＝ｋ・［（２・ΔＰ）／ρ］^１／２
　を利用する工程を包含することをさらに特徴とし、ここで、
　ΔＰは制限箇所の前後における上記粒子センサの中の圧力差であり、
　ρはＰＭ／ＲＴ（ｋｇ／ｍ^３）であり、
　Ｐは圧力（ｋＰａ）であり、
　Ｍは、空気の分子質量（２８．９７ｋｇ／ｋｍｏｌ）であり、
　Ｒは一般気体定数（８．３１４ｋＪ／ｋｍｏｌ・Ｋ）であり、
　Ｔは、温度（°Ｋ）である。

　１つの実施形態において、上記空気の流量を決定するステップは、上記粒子センサの中の制限箇所の前後の圧力差を決定するステップを包含する。

　別の局面において、本発明は、周囲の空気を粒子センサの中のフロー（１３８）に引き込むブロワ（１２８、３００）と、
　フローを照明し、フローの中の個々の粒子を示す放射（１４０）を生成するレーザ（１３４）と、
　放射を検出する検出器（１４２）と、
　フローの中の微粒子を決定する粒子感知電子回路（１４４）と
　を備えた粒子センサを提供し、この粒子センサは、
　ブロワが、再生ブロワ（１２８）を含むこと
　を特徴とする。

　１つの実施形態は、複数の圧力センサ（１２０、１２２、１２４）、および上記ブロワの速度を、圧力センサからの信号に従って調整するためのブロワ速度コントローラ（１３６）をさらに備え、上記フローは、予め選択された体積流量を有することをさらに特徴とする。

　１つの実施形態において、上記予め選択された体積流量は、１ＣＦＭであることを特徴とする。

　１つの実施形態において、上記圧力センサは、上記粒子センサを通る流量を決定する第１の圧力センサ（１２０）と、このセンサを取り巻く周囲の大気（１０１）の圧力を決定する第３の圧力センサ（１２４）とを特徴とする。

　１つの実施形態において、上記ブロワから排気される空気を濾過する高効率排気フィルタ（１５２）をさらに特徴とする。

　１つの実施形態において、上記センサは、上記レーザが上記フローと交差する領域と、上記再生ブロワとの間に、空気フロー経路（１４６、１４８）を含み、この空気フロー経路は、領域とブロワとの間に少なくとも１つの屈曲部を有することをさらに特徴とする。

　１つの実施形態において、上記粒子センサは、流体の伝達のために上記粒子センサの取り込み口（１０２）と接続されたエアロゾルマニフォールド（１０４）をさらに備え、上記再生ブロワは、マニフォールドから、上記予め選択された体積流量で空気を吸引し、エアロゾルマニフォールドは、周囲の大気（１０１）の空気を予め選択された体積流量よりも大きい第２のＣＦＭ流量でサンプリングすることを特徴とする。

　１つの実施形態において、上記予め選択された体積流量は１ＣＦＭであり、上記第２のＣＦＭ速度は３ＣＦＭである。

　１つの実施形態において、上記粒子センサは、空気を上記エアロゾルマニフォールドに上記第２のＣＦＭ速度で吸引し、上記粒子センサからの上記予め選択された体積流量の排気（１０１Ｂ）を捕捉するために接続された大流量マニフォールドポンプ（１１６）をさらに特徴とする。

　別の局面において、本発明は、
　粒子センサ（１０６）と、
　取り込み口マニフォールド１０４から、粒子センサ中のフロー（１３８）を通して、周囲の大気（１０１）を引き込むブロワ（１２８、３００）と、
　複数の圧力センサ（１２０、１２２、１２４）と、
　圧力センサからの信号に従って、ブロワの速度を調整し、粒子センサにおいて第一の体積流量を達成するための、ブロワ速度コントローラ（１２６）と、
　粒子センサと流体連絡して接続されて、周囲の大気を、第一の体積流量において、粒子センサに届けるための、エアロゾルマニフォールド（１０４）と、
　を備える粒子感知システム（１００）を提供し、この粒子感知システムは、
　マニフォールドに接続され、上記ブロワからの排気（１０１Ｂ）を捕捉し、空気フローからの空気をマニフォールドポンプへ返すように接続された、大流量マニフォールドポンプ（１１６）と
　を特徴とする。　

　１つの実施形態は、上記ブロワから排気された空気を濾過する高効率排気フィルタ（１５２）をさらに特徴とし、この排気フィルタは、上記マニフォールドからの排気と閉ループに流体連絡している。

　別の局面において、本発明は、周囲の空気（１１０）を粒子センサの中のフロー（１３８）に引き込むポンプ（１２８、３００）と、
　フローを照明し、フローの中の粒子を示す放射（１４０）を生成するレーザ（１３４）と、
　放射を検出する検出器（１４２）と、
　検出器と連絡して、フローの中の微粒子を決定する粒子感知電子回路（１４４）と
　を備えた粒子センサを提供し、センサは、ポンプがターボ分子ポンプ（３００）を含むことをさらに特徴とする。

　（発明の要旨）
　以下の特許は、本発明にとって有用な、粒子センサおよび空気フローシステムに関する背景情報を提供する。すなわち、米国特許第５，４６７，１８９号、米国特許第５，５１５，１６４号、米国特許第５，６００，４３８号、米国特許第４，５７１，０７９号、米国特許第４，９８４，８８９号、米国特許第４，５９４，７１５号、および米国特許第５，８２５，４８７号である。

　１つの局面では、本発明は、周囲の大気における粒子カウンタのための体積流量を制御する方法を提供する。その方法は、周囲の空気を粒子カウンタの中に引き込むステップと、粒子カウンタを通る空気フローの流量を決定するステップと、大気圧を決定するステップと、体積流量を空気フローの流量と大気圧との関数として決定するステップとを包含する。

　好適には、大気圧を決定するステップは、（ａ）粒子カウンタの中の絶対圧力を決定するステップと、（ｂ）周囲大気圧を決定するステップとを包含する。

　他の局面では、空気フローの流量を決定するステップは、粒子カウンタ内の制限箇所の前後の圧力差を決定するステップを包含してもよい。

　他の局面の発明は、粒子センサを含む。そのセンサは、感知キャビティと、周囲の空気を感知キャビティ内のフローの中に引き込む再生ブロワとを含む。レーザがフローを照明し、フローの中の粒子を示すレーザ放射を生成する。検出器は、レーザ放射を検出する。粒子感知電子回路は、フローの中の微粒子を評価し、決定する。

　他の局面では、粒子センサは複数の圧力センサと、ブロワ速度電圧コントローラとを含む。コントローラは、フローが予め選択された体積流量を有するように、圧力センサからの信号に従ってブロワの速度を調節する。好適な局面では、その予め選択された体積流量は、１ＣＦＭである。

　他の局面では、３つの圧力センサは、粒子センサを通る流量を決定する第１の圧力センサと、粒子センサの中の絶対圧力を決定する第２の圧力センサと、センサを取り巻く周囲の大気圧を決定する第３の圧力センサとを含む。

　なお他の局面では、センサは、ブロワから排気された空気を濾過する高効率排気フィルタを含む。

　さらに他の局面では、センサは、感知キャビティと再生ブロワとの間の空気フロー経路を含む。この局面では、空気フロー経路は、感知キャビティとブロワとの間の少なくとも１つの屈曲部を含む。

　１つの局面では、センサは、流体の伝達のために粒子センサの取り込み口に接続されたエアロゾルマニフォールドを含む。再生ブロワは、マニフォールドから予め選択された体積流量で空気を吸引し、エアロゾルマニフォールドは、周囲の大気の空気をその予め選択された体積流量よりも大きい第２のＣＦＭ速度でサンプリングする。１つの実施例では、予め選択された体積流量は、１ＣＦＭであり、第２のＣＦＭは３ＣＦＭである。

　他の局面では、センサは、大流量マニフォールドポンプを含む。ポンプは、空気を第２のＣＦＭ流量でエアロゾルマニフォールドの中に吸引し、粒子カウンタからのその予め選択された体積流量の排気を捕捉する。

　本発明は、さらに、粒子感知システムを提供する。そのシステムは、粒子カウンタと、周囲の空気を空気フロー管を介してシステム中のフローに引き込む再生ブロワと、複数の圧力センサとを含む。そのシステムはまた、圧力センサからの信号に従ってブロワの速度を調節するブロワ速度電圧コントローラを含む。これにより、感知キャビティの中に第１の体積流量が達成される。エアロゾルマニフォールドは、流体が伝達するように粒子センサｃｏに接続し、これにより、周囲の空気を第１の体積流量で感知キャビティに届ける。大流量マニフォールドポンプは、再生ブロワおよびマニフォールドからの排気を捕捉し、これにより、マニフォールドが周囲の大気の空気を第１の体積流量よりも大きい第２の体積流量でマニフォールドの中に吸引する。マニフォールドは、マニフォールドへの複数の取り込み口に対応する複数の位置でのサンプリングを可能にする。

　システムはまた、好適には、ブロワから排気された空気を濾過する高効率排気フィルタを含む。

　なお他の局面では、本発明は、感知キャビティを含む粒子センサを提供する。ターボ分子ポンプが、周囲の空気を感知キャビティの中のフローに引き込む。レーザがフローを照明し、フローの中の粒子を示すレーザ放射を発生する。検出器がレーザ放射を検出し、粒子感知電子回路がフロー中の微粒子を決定する。

　本発明は、次に、好適な実施形態に関連してさらに説明される。種々の追加、除去および改変が、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によってなされ得ることが明らかになる。

　本発明のより完全な理解は、図面を参照することによって得ることができる。

　本発明によれば、従来技術の上述した問題点を低減または除去する粒子センサおよび空気フローシステムが提供される。本発明によればさらに、粒子センサの場所に関わらず、絶対体積流量に対して粒子を感知する方法が提供される。本発明によればなおさらに、内部の汚染が低減され、かつ、測定下の環境への外部の汚染が低減されたコンパクトな粒子感知システムが提供される。

　（詳細な説明）
　図２は、本発明に従って構成された粒子感知システム１００を示す。周囲空気１０１は、エアロゾルマニフォールド１０４の一部である数個の取り込み口１０２のうちの１つを介して、システム１００によって捕捉される（すなわち、「サンプリング」される）。図２Ａに示されるように、マニフォールド１０４は、中空のピボットアーム１０４Ａを有する。ピボットアーム１０４Ａは、マニフォールド１０４の中で回転（１０５）し、１つの取り込み口１０２に接続する。取り込み口１０２は、今度は、管１０８を介して粒子センサ１０６に接続する。取り込み口１０２、ピボットアーム１０４Ａおよび管１０８は、従って、周囲空気１０１と粒子センサ１０６との間の流体伝達の経路を生成する。粒子センサ１０６は、空気１０１の中の絶対体積流量に対する微粒子を測定する。

　この好適な実施形態において、空気１０１は、動作中、システム１００のサンプリング取り込み口１０２に３ＣＦＭの流量で入る。ピボットアーム１０４Ａおよび管１０８の中の体積流量比によって、空気１０１Ａは、粒子センサ１０６に、１ＣＦＭの体積流量（絶対）で入る。このような制御は、以下の説明によって達成される。

　マニフォールド１０４の中に吸引され、ピボットアーム１０４Ａと管１０８によって集められない空気は、排気１０７により示されるように、大流量マニフォールド排気１１４の中に排気される。同様に、粒子センサ１０６からの排気１０１Ｂは、マニフォールドコネクタ１１０と配管１１２とを通過し、大流量マニフォールド排気１１４の中に入る。大流量マニフォールドポンプ１１６は、マニフォールド排気１１４を介してシステム１００から排気１０１Ｂ、１０７を吸引する。各取り込み口１０２に入る空気１０１と、ピボットアーム１０４Ａを通ってセンサ１０６に入る空気１０１Ａとの３：１の比により、センサ１０６の中の連続したフローが保たれ、隣の取り込み口１０２との間の混合を制限する。より詳細には、マニフォールドポンプ１１６は、マニフォールドサンプリング取り込み口１０２から来るそれぞれ３ＣＦＭの排気１０７とともに、再生ブロワ１２８（図３）から１ＣＦＭの排気１０１Ｂを吸引する。もしも、例えばマニフォールド１０４が１２個の取り込み口１０２を有する場合、吸引される全体の流量は１２×３ＣＦＭプラス１ＣＦＭ、すなわち、合計３７ＣＦＭである。従って、マニフォールドポンプ１１６は、しばしば、「大流量」マニフォールドポンプと呼ばれる。

　以下により詳細に説明するように、図２は、粒子センサ１０６が、制限箇所の前後の圧力差を測定する空気フローセンサ１２０と、粒子カウンタ１０６の内部の大気圧を測定する絶対内部センサ１２２と、周囲の空気１０１の絶対圧力を測定する絶対圧力センサ１２４と、図３の再生ブロワ１２８の回転速度を変化させるブロワ速度電圧コントローラ１２６とを含むことを例示的に示す。センサ１２０、１２２および１２４は、全体としてコントローラ１２６に使用され、粒子センサ１０６の中の再生ブロワ１２８の速度を調整し、正確な体積流量を保証する。

　図３は、粒子センサ１０６および関連する空気フロー機構のさらなる詳細を示す。その空気フロー機構は、空気を粒子センサ１０６の中に、または粒子センサ１０６から吸引する再生ブロワ１２８を含む。図３は、さらに、正確な体積流量を保証するためにセンサ１０６によって使用されるセンサ１２０、１２２および１２４の位置を示す。再生ブロワ１２８は、流体の伝達のために管１０８（図２）に接続された取り込みオリフィス１３０を介して、空気１０１Ａを粒子センサ１０６の中へ吸引し、次いで、空気１０１Ａのフロー１３８の中の微粒子を評価する感知キャビティ１３２の中へ吸引する。粒子センサ１０６は、好適には、フロー１３８を生成するために、図１の空気フロー管２０のような空気フロー管２０’を含む。この分野で公知のように、レーザ１３４は、フロー１３８を照明するレーザービーム１３６を発生し、その結果、フロー１３８の粒子を示す散乱エネルギ１４０が検出器１４２により検出される。粒子感知電子回路１４４は、検出器１４２からの信号を信号線１４５を介して評価し、選択された体積流量、例えば、１ＣＦＭについてのこれらの微粒子を定量化する。

　再生ブロワ１２８は、さらに、感知キャビティ１３２から接続管１４６を介して、および空気フローセンサ１２０および内部大気センサ１２２を介して、空気１０１Ａ’を吸引する。空気フローセンサ１２０は、図４に関連して説明する制限箇所の前後の空気１０１Ａ’の空気フローを測定し、内部大気センサ１２２は、センサ１０６の中の圧力を測定する。ブロワ１２８は、接続管１４８を介して空気１０１Ａ’を吸引し、接続管１５０、高効率排気フィルタ１５２、配管１１２およびマニフォールドコネクタ１１０を介して空気１０１Ｂを排気する。粒子センサ１０６からの排気の唯一の出口は、排気１０１Ｂを浄化し、図２のシステム１００の中の汚染を低減するフィルタ１５２を通る。

　外部周囲圧力センサ１２４は、システム１００に入る周囲の空気１０１の絶対圧力を提供する。ブロワ速度電圧コントローラ１２６は、センサ１２０、１２２および１２４からの信号を信号線１５４を介して受け取り、信号線１３１を介して、再生ブロワ１２８のＤＣ電圧、従って速度を調整し、粒子センサ１０６に入る空気１０１Ａの体積流量を制御する。

　図４は、センサ１０６の中の正確な体積流量を達成するための、センサ１０６内の圧力感知の原理を説明する。サンプル管１４６内の空気１０１Ａ’の流量（分子／秒）は、空気フローセンサ１２０によって制限オリフィス１６０の前後で測定される。圧力センサ１２２は、サンプル管１４６の中の空気密度を測定する。所望の体積フローにおける粒子の数を達成するために、体積フローは、それぞれ空気フローセンサ１２０および圧力センサ１２２により提供されたそのままの流量および大気圧によって決定される。圧力センサ１２２は、システム１００の他の場所に位置し得る。ただし、局所的にセンサ１０６の中であれば、圧力センサ１２２によってより正確な体積流量が決定され得る。

　より詳細には、可変速度の再生ブロワ１２８（図３）は、センサ１０６の中の空気移動デバイスとして使用される。差分空気フロー圧力センサ１２０は、オリフィス１６０を通る空気フローによって引き起こされるオリフィス１６０の前後の差分の圧力降下を測定するために、制限オリフィス１６０と前後に並んで使用される。圧力センサ１２２は、制限オリフィス１６０のすぐ上流の絶対気圧を測定するために使用される。絶対圧力センサ１２４は、周囲の空気１０１の絶対気圧を測定するために使用される。ブロワコントローラ１２６は、圧力センサ１２０、１２２および１２４によって提供される情報を解釈し、信号線１３１上に、再生ブロワ１２８の速度を制御する出力信号を導出する。システム１００は、このようにして、ブロワ１２８の閉ループフィードバック制御を提供する。

　図２のシステム１００は、好適には、周囲の環境（すなわち、空気１０１の発生源）からサンプリングされた状態の正確に１ＣＦＭの体積流量を提供する。システム１００は、海面レベルから１０，０００フィートまでの範囲の高度で使用されることを意図する。システム１００はまた、好適には、圧力センサ１２４を除いてシステム１００の全ての部品を、周囲の環境に対して約６０インチ水柱の真空にさらすエアロゾルマニフォールド１０４と関連して用いられるように設計される。センサ１２０によって発生された圧力差信号ΔＰは、粒子センサ１０６を通る流量に比例する。しかしながら、ベルヌイの式は、実際の体積流量を導出するためには、センサ１２０における空気密度が既知であることを要求する。圧力センサ１２２は、この空気密度を測定するために使用される。

　圧力センサ１２２の上流のフローにおける圧力降下は、この位置における空気密度を空気１０１の周囲の環境における密度とはわずかに異なったものにする。エアロゾルマニフォールド１０４に接続された場合、この空気密度は周囲における密度とはかなり異なる。従って、圧力比（圧力センサ１２２からの圧力を圧力センサ１２４からの圧力で割った値）は、周囲の環境から吸引された１ＣＦＭの体積流量に対応する、空気フローセンサ１２０において要求される体積流量を維持するために、解釈される。

　システム１００は、このようにして、現在の周囲の環境条件において、場所の高度に起因して変動する空気密度、および環境条件に起因する局所的な気圧変化を補償した状態の正確に１ＣＦＭの体積流量を生成する。

　以下の式は、体積流量を決定する際に有用である。
理想気体の法則
　ρ＝ＰＭ／ＲＴ
　ここで、ρ＝密度（ｋｇ／ｍ^３）
　　　　　Ｐ＝圧力（ｋＰａ）
　　　　　Ｍ＝空気の分子質量（２８．９７ｋｇ／ｋｍｏｌ）
　　　　　Ｒ＝一般気体定数（８．３１４ｋＪ／ｋｍｏｌ・Ｋ）
　　　　　Ｔ＝温度（°Ｋ）
ベルヌイの式
　Ｑ＝ｋ・［（２・ΔＰ）／ρ］^１／２
　ここで、Ｑ＝体積フロー
　　　　　ｋ＝実験的に決定される定数
　　　　　ΔＰ＝圧力差
　　　　　ρ＝密度
センサ１０６の中の体積フローＱについての単純化された式
　Ｑ＝ｋ・［（Ｐ_ＡＰＳＯ・Ｐ_ＤＰＳ）^１／２÷Ｐ_ＡＰＳＥ］
　ここで、Ｑ＝周囲の体積フロー
　　　　　ｋ＝実験的に決定される定数
　　　　　Ｐ_ＡＰＳＯ＝圧力センサ１２４の圧力
　　　　　Ｐ_ＤＰＳ＝空気フローセンサ１２０の圧力差
　　　　　Ｐ_ＡＰＳＥ＝圧力センサ１２２の圧力
　図２に関して、粒子センサ１０６は、マニフォールド１０４、配管１０８、１１２、大流量マニフォールドポンプ１１６およびマニフォールド排気１１４を使用しなくても、または、それらと接続しなくても動作し得ることに注意するべきである。しかしながら、これらに接続された場合、マニフォールド１０４の中の圧力は、周囲よりも低いことが好ましく、約６０インチ水柱である。従って、これが圧力センサ１２４の目的である。従来技術は、Ｈ_２Ｏ柱の６０インチの圧力におけるマニフォールド１０４を有する閉ループの中の動作に関連する利点を提供しない。マニフォールド１０４なしでは、センサ１２２、１２４によって定義される圧力は、ほぼ同じである。

　図５は、本発明に従って構成される一体型（ｏｎｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ）携帯型粒子センサ２００の斜視図である。図２のように、再生ブロワ２０２が、センサ２００への空気フローの押し込みおよび引き出しを提供する。内部電子回路（例えば、図３の電子回路１４４と同様）および粒子カウンタ２０８（図２のカウンタ１０６と同様）は、取り込み開口２０４に入る周囲の空気のフロー中の微粒子を決定し、カラーＬＣＤディスプレイ２０６は、センサ２００のユーザに結果を表示する。内部動作、圧力感知およびセンサ２００の中の空気フローは、図２〜４に関して上述したのと同様に動作する。

　図６は、センサ２００の代替的な斜視図を示し、さらに、パワーブロワ２０２、モーターコントローラ（例えば、図３のモーターコントローラ１２６と同様）およびセンサ２０２の中の電力を必要とする他の部品に使用される取り外し可能なバッテリーパック２０９を示す。バッテリーパック２０９は、バッテリーベイ２１０にスライドして選択的に付け外しされる。

　図２〜３、５〜６は、本発明に従って構成される粒子センサのコンパクト性を示す。再生ブロワは、センサの中の都合のよい配置を提供し、取り込み管およびブロワへの配管の非直線の構成は、さらなるコンパクト性を提供する。一方、図１の従来技術は、空気フロー管と遠心ブロワとの間の共通の空気フローの軸に沿って同一直線に並べることを必要とし、最適な空気フロー管を短縮することなくしては、結果として得られる粒子センサのコンパクト性を低減する。一方、本発明のシステムは、感知キャビティの中へ取り込み管を伸ばすことを可能にするので望ましい。再生ファンはまた、遠心ファンに比較して、そのようなファンを通る同一量の空気体積を引き込むために、より少ない毎分回転数しか必要としないので、使用中により静かである。

　図７は、再生ブロワ１２８とコントローラ１２６との代わりに、ターボ分子ポンプ３００とターボポンプコントローラ３０２とがそれぞれ使用されていることを除いて図３の粒子センサ１０６と同様である、代替的な粒子センサ１０６’を示す。上述した説明と同じ機能は同じ参照番号を有する。ターボポンプは、特に真空排気量の分野において、他のポンプよりも利点を有する。ターボポンプは、より高い真空を吸引することができ、他の従来のポンプよりも高い空気フローを生成することができる。以下の特許は、ターボポンプ動作の有用な背景情報を提供する。すなわち、米国特許第３，８３２，０８４号、米国特許第３，９６９，０４２号、米国特許第４，９２９，１５１号、米国特許第４，８９３，９８５号、米国特許第４，７６４，０３４号、米国特許第４，７３４，０１８号、米国特許第３，７５３，６２３号、米国特許第３，９４７，１９３号、米国特許第５，４５１，１４７号、および米国特許第４，１８０，３７０号である。

　本発明は、このように、上記の説明から明らかな目的の中でもとりわけ、上述した目的を達成する。本発明の範囲から逸脱することなく上述した方法およびシステムに特定の変更が可能であるので、上記の説明に含まれるかまたは添付の図面に示される全てのことは、例示的であり、限定的な意味ではないと解釈されることが意図される。例えば、当業者は、本発明とともに、ＡＭＥＴＥＫ^ＲのＲｏｔｒｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｍｏｔｏｒ　ＤｉｖｉｓｉｏｎのＭＩＮＩＳＰＩＲＡＬ^ＴＭ再生ブロワ（例えば、ＭＤＣ部品番号ＳＥ１２Ｖ２１−０３７４３３）等のいくつかの再生ブロワが使用可能であることを理解するべきである。

　添付の特許請求の範囲は、本明細書中で説明した本発明の全ての包括的および具体的な特徴と、それらの範囲内に入ると文言上言われ得る全ての表現とをカバーするべきであることもまた理解されるべきである。

空気フローシステムを含む従来技術の粒子感知システムを示す図である。本発明に従って構成される粒子感知システムであって、粒子センサと、空気フロー機構と、離れた外部サンプリングマニフォールドとを含む、粒子感知システムの図である。図２のマニフォールドの一部の上面部分図である。図１の粒子センサと空気フロー機構とのさらなる詳細を示す図である。図１のシステムで使用される圧力感知技術を示す図である。本発明に従って構成される１つの粒子センサの斜視図である。本発明に従って構成される１つの粒子センサの斜視図である。本発明の代替的な粒子感知システムおよび空気フロー機構の中でのターボ分子ポンプの利用を模式的に示す図である。

Claims

周囲の空気を前記粒子センサの中のフロー（１３８）に引き込むブロワ（１２８、３００）と、
　該フローを照明し、該フローの中の粒子を示す放射（１４０）を生成するレーザ（１３４）と、
　該放射を検出する検出器（１４２）と、
　該フローの中の微粒子を決定する粒子感知電子回路（１４４）と
　を備えた粒子センサであって、該粒子センサは、該ブロワが、再生ブロワ（１２８）を含むことを特徴とする、粒子センサ。
複数の圧力センサと、
　該圧力センサと前記再生ブロワとの間に接続され、該再生ブロワの動作を制御する制御電子回路と
　をさらに備えた、請求項１に記載の粒子センサ。