KR102190346B1 - 입자 검출 시스템 및 관련 방법 - Google Patents
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Abstract
입자 검출기, 예컨대 연기 검출기가 기술된다. 일 형태에서, 검출기는 방사선의 단일 빔을 방출하는 방사선원 및 검출 챔버를 포함한다. 검출기는 또한 공통 관심 영역으로부터 방사선을 수신하도록 배치되는 방사선 수신 시스템 및 촬영 시스템을 포함한다. 입자 검출기의 출력을 분석하는 방법 및 시스템이 또한 개시되어 있다.
Description
본 발명은 입자 검출 시스템 및 방법, 및 입자 검출 시스템 내의 입자 검출 이벤트의 분석에 관한 것이다. 바람직한 실시예들은 흡인 연기 검출 시스템에 관한 것이다.
흡인 연기 검출(aspirated smoke detection; ASD) 시스템은 가장 흔하게는 귀중한 시스템과 하부구조; 및 생명을 보호하기 위해 고감도 입자 검출을 필요로 하는 상황에서 널리 사용된다. ASD 시스템은 통상적으로는 모니터링되는 장소로부터 입자 검출 시스템으로 공기 샘플을 운반하는 공기 샘플링 시스템에 결합되는 입자 검출기를 포함한다. 이러한 흡인 연기 검출 시스템은 소정의 공학적 과제를 제시하는 고감도와 고신뢰성이라는 이중의 요건을 갖는다.
고감도 검출은, 입자 검출 시스템이 수명에 걸쳐 먼지와 부스러기에 의해 오염되지 않은 상태 및 정확하게 교정된 상태로 남아있는 것을 요구한다. 아울러, 시스템은 화재의 존재를 나타내지 않는 입자 및 방해(nuisance)에 의해 야기된 허위 경보를 방지하는 소정의 메커니즘을 갖는 것이 바람직하다. 연기 입자들만이 남아있는 샘플 공기로부터 먼지를 제거하도록 시도하는 필터의 사용에 의해, 어느 정도 두 목적을 달성할 수 있다. 그러나, 이는, 먼지 입자들 및 연기 입자들이 중복되는 크기 분포를 가짐에 따라, 반드시 수월한 작업은 아니다. 또한, 시간의 경과에 따라, 필터는 막히게 되고, 여과 특성은 변경될 수 있다. 이는 유지관리 일정의 일부로서 필터를 교환할 필요성으로 이어진다. 게다가, 입자들이 입자 검출 시스템의 검출 챔버 내에 안착됨에 따라 시간의 경과에 따른 챔버의 오염은 또한 시스템 성능을 저하시키며 신뢰성에 영향을 미친다. 특히, 챔버의 오염은 검출 챔버 내의 배경 방사선의 증가를 야기하는데, 이는 발생되는 임의의 검출 신호에 소음을 실제적으로 추가하며, 극단적인 경우에 배경 방사선 레벨을 경보 임계 레벨로 증가시킬 수 있다.
따라서, 장기간에 걸쳐 검출 정확도, 고감도, 및 무고장 작동을 유지할 수 있도록, 사용되는 실제 상황을 더 잘 처리할 수 있는 입자 검출 시스템에 대한 필요성이 특히 흡인 연기 검출 시스템의 분야에 있다.
본 명세서 내의 임의의 종래 기술에 대한 참조는, 이러한 종래 기술이 호주 또는 임의의 다른 관할 구역에서 일반 상식의 일부를 형성하거나, 또는 이러한 종래 기술이 당업자에 의해 관련된 것으로 확인되고 이해되며 간주될 것으로 합리적으로 예상될 수 있다는 인정이나 임의의 형태의 암시로 받아들여지지 않으며 받아들여져서는 안 된다.
일 양태에서, 바람직하게는 연기 검출기인 입자 검출기에 있어서, 분석용 샘플 유동을 수용하기 위한 검출 챔버; 주지의 편광 특성을 갖는 방사선의 빔을 방출하도록 구성되는 방사선원으로, 상기 빔은 챔버의 적어도 일부에 걸쳐 전파되며 관심 영역에서 샘플 유동을 횡단하도록 배치되는, 방사선원; 샘플 유동 내에 연행되는(entrained) 입자들과의 상호작용에 의해 빔으로부터 산란되는 방사선을 수신하도록 구성되고, 빔의 전파 방향 및 주지의 편광에 대해 복수의 산란각들 및 복수의 편광각들로 방사선을 수신하며, 수신 방사선을 나타내는 적어도 하나의 출력 신호를 발생시키도록 추가로 구성되는 방사선 수신 시스템; 샘플 유동 내에 연행되는 입자들의 존재를 판단하기 위해 수신 방사선을 나타내는 적어도 하나의 출력 신호를 분석하도록 구성되는 제어기를 포함하는 입자 검출기를 개시한다.
가장 바람직하게는, 방사선원은 빔을 집속하는 광학 시스템을 포함한다. 바람직하게는, 빔은 관심 영역을 향해 수렴되도록 집속된다.
바람직하게는, 방사선 수신 시스템은 각각의 산란각으로 방사선을 수신하도록 각각 구성되는 복수의 방사선 수신 센서들을 포함한다. 각각의 센서는 바람직하게는 빔의 편광각에 대해 주지의 편광각으로 방사선을 수신하도록 배치된다. 바람직하게는, 방사선 수신 시스템은 빔에 대한 제1 편광각으로 방사선을 수신하도록 구성되는 복수의 제1 방사선 수신 센서들을 포함하고, 상기 복수의 제1 방사선 센서들은 각각의 산란각으로 수신하도록 각각 배치된다. 가장 바람직하게는, 방사선 수신 시스템은 (제1 편광각과 상이한) 빔에 대한 제2 편광각으로 방사선을 수신하도록 구성되는 복수의 제2 방사선 수신 센서들을 포함하고, 상기 복수의 제2 방사선 센서들은 각각의 산란각으로 방사선을 수신하도록 각각 배치된다.
바람직하게는, 복수의 제1 및 제2 방사선 센서들은, 각각의 복수의 제1 및 제2 방사선 센서들 중 적어도 하나의 센서가 각각의 동일한 산란각으로 방사선을 수신하도록 배치되도록, 배치된다.
각각의 방사선 센서는 바람직하게는 각각의 수신 방사선 레벨을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 검출기는 센서들의 적어도 부분집합으로부터의 출력 신호들을 시간적으로 상호관련시키도록 구성될 수 있다. 시간적으로 상호관련된 출력 신호들은 바람직하게는 빔과 관심 입자 사이의 상호작용을 식별하는 데에 사용될 수 있다. 가장 바람직하게는, 시간적으로 상호관련된 출력 신호들은 입자 크기 또는 색상과 같은 입자 특성을 판단하는 데에 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 샘플 유속; 빔 단면; 형상; 또는 방사선 감지 시스템을 구성하는 센서들 중 하나 또는 모두에 대한 정렬; 중 하나 이상이 선택되거나 제어되고, 그에 따라 샘플 유동 내의 미리 결정된 농도의 입자들에 대해, 평균적으로, 방사선 감지 시스템의 센서에 의해 직접 수신될 수 있는 방식으로 방사선을 산란시키는 빔과 샘플 내에 연행되는 입자들 사이의 상호작용은 실질적으로 중복되지 않는다. 이런 방식으로, 개별 입자들이 검출될 수 있다.
샘플 유속은 공기가 시스템을 통해 인입되는 속도를 제어함으로써(예컨대, 팬 속도를 제어함으로써) 제어될 수 있다. 대안적으로 또는 결합하여, 검출 챔버로 이어지는 하위-유로를 통한 유속은 (예컨대, 이 유로 내의 팬을 제어하거나 유로 임피던스를 변경함으로써, 말하자면 밸브 등을 개방하거나 폐쇄함으로써) 제어된다. 그렇게 검출되는 각각의 관심 입자에 대해, 입자 크기 또는 총 밝기가 판단될 수 있다. 다수의 입자 검출 이벤트들에 대한 입자 크기 또는 총 밝기와 관련된 데이터가 저장될 수 있다. 저장된 입자 크기 또는 총 겉보기 입자 밝기 데이터는 바람직하게는 샘플 유동 내의 입자 크기 또는 총 겉보기 입자 밝기 분포를 판단하는 데에 사용된다. 판단된 입자 크기 또는 총 겉보기 입자 밝기 분포는 검출되는 입자들이 관심 입자들(예컨대, 연기 입자들) 또는 방해 입자들(예컨대, 먼지) 또는 이들의 혼합물을 나타내는지 판단하는 데에 사용될 수 있다. 관심 입자들이 판단되었다고 판단되는 경우, 예컨대 경보 상태의 변경이나 경보 또는 입자 검출 신호의 전송과 같은 행동이 취해질 수 있다. 바람직하게는, 이는 입자 크기 분포를 입자 방출 이벤트 유형에 대응하는 입자 크기 분포 시그니처와 비교함으로써 수행된다. 시간의 경과에 따라, 입자 크기 분포의 시간적 변화가 또한 모니터링되어, 입자 방출 이벤트 유형에 대응하는 해당 시간 가변 입자 크기 분포 시그니처와 비교될 수 있다. 입자 크기 분포 시그니처들(정적 또는 가변)은 상이한 이벤트들에 대해 경험적으로 판단될 수 있다.
제2 양태에서, 바람직하게는 연기 검출기인 입자 검출기에 있어서, 분석용 샘플 유동을 수용하기 위한 검출 챔버; 방사선의 빔을 방출하도록 구성되는 방사선원으로, 상기 빔은 챔버의 적어도 일부에 걸쳐 전파되며 관심 영역에서 샘플 유동을 횡단하도록 배치되는, 방사선원; 관심 영역의 영상들을 캡처하도록 구성되는 촬영 시스템; 캡처 영상들에 포함되는 산란 방사선에 기초하여 관심 영역에서 빔과 상호작용하는 샘플 유동 내에 연행되는 입자들의 존재를 판단하기 위해 영상들을 분석하도록 구성되는 제어기를 포함하는 입자 검출기를 제공한다.
바람직한 형태에서, 방사선원은, 임의의 입자들이 샘플 유동 내에 연행됨 없이, 빔의 영상이 촬영 시스템에 의해 캡처될 수 있기에 충분한 정도로, 검출 챔버 내의 공기로부터 산란되기에 충분히 짧은 파장을 갖는 방사선의 빔을 방출한다. 바람직하게는, 빔은 전자기 스펙트럼의 V 또는 UV 영역에 있다.
가장 바람직하게는, 방사선원은 빔을 집속하는 광학 시스템을 포함한다. 바람직하게는, 빔은 관심 영역을 향해 수렴되도록 집속된다.
제어기는 캡처 영상들에 배경 취소를 수행하도록 구성될 수 있다. 배경 취소는 바람직하게는 빔을 포함하지 않는 영상의 적어도 하나의 영역으로부터 판단된 대표적인 수신 배경 방사선 레벨에 기초하여 빔을 포함하는 영상의 영역(분석 영역; integration region) 내의 수신 방사선 레벨을 교정하는 것을 수반한다. 가장 바람직하게는, 배경 취소는 관심 영역 내의 수신 방사선 레벨로부터, 분석 영역 외부의 적어도 하나의 영역으로부터 판단되는 배경 방사선 레벨을 감산하는 것을 수반한다. 이는 분석 영역 내의 각각의 픽셀의 수신 방사선 레벨로부터 배경 방사선 레벨을 감산하는 것 또는 등가의 계산을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 배경 취소는 대응하는 불연속으로 한정된 배경 취소 영역들을 이용하여 분석 영역을 따라 불연속 방식으로 수행될 수 있다.
입자의 존재를 판단하기 위해 영상들을 분석하는 것은, 분석 영역의 영상 내의 수신 방사선 강도의 최고점(peak)을 식별하는 것을 포함한다. 최고점이 (예컨대, 최대 수신 강도, 최고점에서의 총 수신 에너지, 또는 다른 적절한 척도에 기초한) 임계 레벨을 초과할 때, 입자는 빔과 상호작용한 것으로 판단되어 검출될 수 있다. (예컨대, 최대 수신 강도, 최고점에서의 총 수신 에너지, 또는 다른 적절한 척도에 기초한) 최고 높이가 또한 입자 크기를 유추하는 데에 사용될 수 있지만, 이 또한 광흡수 또는 편광 산란 특성과 같은 다른 입자 특성에 의해 영향을 받을 것이다.
다른 양태에서, 본 발명의 제1 및 제2 양태 모두에 따른 연기 검출기를 제공한다. 가장 바람직하게는, 검출기는 방사선의 단일 빔을 방출하는 방사선원 및 검출 챔버를 포함한다. 방사선 수신 시스템 및 촬영 시스템은 바람직하게는 공통 관심 영역으로부터 방사선을 수신하도록 배치된다. 본 발명의 이러한 양태의 실시예는 전술한 본 발명의 제1 또는 제2 양태의 바람직한 또는 선택적인 특징들 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제어기는 촬영 시스템 및 방사선 수신 시스템의 출력을 상호관련시킨다.
또 다른 양태에서, 바람직하게는 연기 검출기인 입자 검출기에 있어서, 분석용 샘플 유동을 수용하기 위한 검출 챔버; 방사선의 빔을 방출하도록 구성되는 방사선원으로, 상기 빔은 챔버의 적어도 일부에 걸쳐 전파되며 관심 영역에서 샘플 유동을 횡단하도록 배치되는, 방사선원; 샘플 유동 내에 연행되는 입자들과의 상호작용에 의해 빔으로부터 산란되는 방사선을 수신하며, 수신 방사선을 나타내는 적어도 하나의 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 방사선 수신 시스템으로, 관심 영역의 영상들을 캡처하도록 구성되는 촬영 시스템, 및 적어도 하나의 다른 방사선 수신기를 포함하는 방사선 수신 시스템; 샘플 유동 내에 연행되는 입자들의 존재를 판단하기 위해 수신 방사선을 나타내는 적어도 하나의 출력 신호를 분석하도록 구성되는 제어기를 포함하는, 입자 검출기를 제공한다.
바람직하게는, 방사선 수신 시스템은 빔의 전파 방향 및 주지의 편광에 대해 복수의 산란각들 및 복수의 편광각들로 방사선을 수신하도록 구성된다. 바람직하게는, 방사선 수신 시스템은 각각의 산란각으로 방사선을 수신하도록 각각 구성되는 복수의 방사선 수신 센서들을 포함한다. 각각의 센서는 바람직하게는 빔의 편광각에 대해 주지의 편광각으로 방사선을 수신하도록 배치된다.
가장 바람직하게는, 방사선원은 빔을 집속하는 광학 시스템을 포함한다. 바람직하게는, 빔은 관심 영역을 향해 수렴되도록 집속된다.
또 다른 양태에서, 입자 검출기에 의해 검출되는 입자들의 소스를 판단하는 방법에 있어서, 입자들의 스트림과 충돌하도록 주지의 편광의 광을 방출하는 단계; 상기 스트림 내의 입자들에 의해 방출광으로부터 산란되는 광을 수신하는 단계로, 상기 광은 복수의 주지의 산란각들 및 편광들로 수신되는, 단계; 산란광이 복수의 입자들로부터 수신되는 시간에 걸쳐 단일 입자들로부터 수신되는 산란광에 기초하여 적어도 하나의 단일 입자 산란 파라미터를 결정하는 단계; 단일 입자 산란 파라미터 및 복수의 산란각들 및/또는 편광들로 수신되는 광을 입자의 복수의 주지의 유형들에 대한 일련의 대표 데이터와 비교하는 단계; 및 상기 비교에 기초하여 상기 주지의 유형들 중 적어도 하나의 유형의 입자들이 입자들의 스트림 내에 존재한다고 판단하는 단계; 존재하는 것으로 판단되는 입자들의 유형 또는 유형들을 이용하여 입자들의 주어진 소스로부터 입자들의 스트림 내에 존재하는 입자들의 레벨을 판단하는 단계를 포함하는, 방법을 제공한다.
입자들의 각각의 주지의 유형은 바람직하게는 입자 크기 범위; 상기 입자를 형성하는 물질과 같은 특성들 중 적어도 하나에 따라 집단화되는 입자들을 나타낸다.
상기 비교에 기초하여 상기 주지의 유형들 중 적어도 하나의 유형의 입자들이 입자들의 스트림 내에 존재한다고 판단하는 단계는, 스트림 내의 입자들이 적어도 하나의 주지의 유형으로 이루어진 비율을 판단하는 단계를 포함한다. 가장 바람직하게는, 방법은 입자들의 복수의 주지의 유형들의 관점에서 스트림 내의 입자들의 비례 조성(proportional composition)을 판단하는 단계를 포함한다.
존재하는 것으로 판단되는 입자들의 유형 또는 유형들을 이용하여 입자들의 주어진 소스로부터 입자들의 스트림 내에 존재하는 입자들의 레벨을 판단하는 단계는 입자들의 총 레벨과 비교하여 상대 레벨을 판단하는 단계를 포함한다. 단계는 주어진 소스에 기인하는 입자들의 레벨을 판단하기 위해 주어진 소스에 대응하는 가중치들의 집합에 따라 판단 비례 조성을 가중하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 적어도 하나의 주어진 소스에 기인하는 입자들의 레벨을 표시하는 단계를 포함할 수 있다. 주어진 소스에 기인하는 입자들의 레벨의 표시는 다른 주어진 소스들 또는 총 입자 레벨과 비교될 수 있는 방식으로 표시될 수 있다. 방법은 또한 주어진 소스에 기인하는 입자의 판단 레벨을 처리하는 단계, 및 레벨이 하나 이상의 미리 정의된 기준을 충족시키는 경우, 통지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 입자에 대한 총 겉보기 입자 밝기는 상기 복수의 산란각들 및 또는 편광들로 수신되는 광의 레벨과 무관하게 판단된다. 가장 바람직하게는, 총 겉보기 입자 밝기는 입자 검출 챔버의 영상 캡처 수단의 출력으로부터 판단된다. 또한 바람직하게는, 상기 복수의 산란각들 및 또는 편광들로 수신되는 광은 복수의 대응하는 포토다이오드들에서 수신된다. 입자에 대한 총 겉보기 입자 밝기는 바람직하게는 영상 캡처 수단에 의해 입자로부터 수신되는 산란광의 총량에 기초한다.
일부 실시예들에서, 단일 입자 산란 파라미터는 시간에 걸쳐 이루어진 단일 입자 산란 측정들의 중심 경향의 척도이다. 복수의 단일 입자 산란 파라미터들이 입자들에 대해 생성될 수 있되, 단일 입자 산란 파라미터들은 예컨대 크기 범위, 흡수 등의 상이한 산란 특성들을 갖는 입자들을 갖는 입자들에 대응하는 상이한 범위들에 속한다.
방법은 방법의 복수의 후속 단계들의 성능을 위해 적어도 하나의 원격 데이터 처리 시스템으로, 복수의 산란각들 및/또는 편광들로 수신되는 광을 나타내는 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 적어도 하나의 원격 데이터 처리 서버로 단일 입자 산란 파라미터를 판단하기 위한 데이터를 전송하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 연기 검출 챔버 내의 복수의 센서들에 의해 수신되는 산란광에 기초하여, 공기 샘플 내의, 입자들의 적어도 하나의 주어진 소스에 의해 생성되는, 입자상 물질의 존재를 판단하는 방법에 있어서,
단일 입자 산란 파라미터 및 복수의 산란각들 및/또는 편광들로 복수의 센서들에 의해 수신되는 산란광을 입자의 복수의 주지의 유형들에 대한 대표 데이터와 비교하는 단계; 및 상기 비교에 기초하여 상기 주지의 유형들 중 적어도 하나의 유형의 입자들이 입자들의 스트림 내에 존재한다고 판단하는 단계; 존재하는 것으로 판단되는 입자들의 유형 또는 유형들을 이용하여 입자들의 주어진 소스로부터 입자들의 스트림 내에 존재하는 입자들의 레벨을 판단하는 단계를 포함하는, 방법을 제공한다.
하나의 바람직한 형태에서, 방법은 과열 와이어 또는 와이어들에 의해 생성되는 입자상 물질의 존재를 판단한다.
다른 바람직한 형태에서, 방법은, 디젤 엔진에 의해 생성되며 배기 배출 시에 대기로 통기되는 입자상 물질의 존재를 판단한다.
바람직하게는, 상기 방법은 주어진 소스에 의해 생성되는 입자들의 레벨을 판단하였다. 레벨은 바람직하게는 검출되는 입자들의 총 레벨에 대해 판단된다.
상기 방법은 바람직하게는 본 발명의 앞서 언급된 양태의 실시예를 이용하여 수행된다.
또 다른 양태에서, 입자 검출 시스템의 출력을 분석하기 위한 시스템에 있어서, 입자 검출 시스템에 의해 수신되는 산란광을 나타내며 입자 검출 시스템에 의한 분석 하에 입자들의 존재를 나타내는 적어도 산란 데이터를 수신하도록 구성되는 데이터 처리 시스템으로; 상기 수신 데이터; 입자의 복수의 주지의 유형들의 데이터; 및 입자들의 적어도 하나의 주어진 소스에 의해 야기된 입자상 물질의 조성을 나타내는 데이터를 처리하며; 입자 검출 시스템에 의해 상기 소스로부터 검출되는 입자들의 레벨을 나타내는 출력을 발생시키도록 구성되는 데이터 처리 시스템을 포함하는, 시스템을 제공한다.
데이터 처리 시스템은 복수의 산란각들 및/또는 편광들로 수신되는 광을 나타내는 데이터, 및 단일 입자 산란 파라미터를 판단하기 위한 산란광 데이터를 수신할 수 있다. 복수의 산란각들 및/또는 편광들로 수신되는 광을 나타내는 상기 데이터는 바람직하게는 단일 입자 산란 파라미터(들)를 판단하기 위한 데이터와는 상이한 수광 성분들로부터 유래된다.
데이터 처리 시스템은 바람직하게는 본 발명의 전술한 양태들 중 임의의 하나에 따른 방법의 일부를 형성하는 데이터 처리 단계들을 수행하도록 순응된다.
바람직한 형태에서, 데이터 처리 시스템은 입자 검출 시스템으로부터 멀리 위치한다. 데이터 처리 시스템은 복수의 입자 검출 시스템들에 연결되어, 각각의 시스템들의 출력의 분석을 가능하게 할 수 있다.
다른 양태에서, 입자 검출기 내의 방사선원의 빔 강도를 변조하는 방법을 제공한다. 방법은 제1 지속기간의 제1 개수의 제1 펄스들을 발생시키기 위해 빔 강도를 변조하는 단계를 포함한다. 제1 펄스들은 상대적 빔 강도를 갖는다. 방법은 제2 지속기간의 제2 개수의 제2 펄스들을 발생시키기 위해 빔 강도를 변조하는 단계를 포함한다. 제2 펄스들은 제1 펄스들보다 더 낮은 빔 강도를 갖는다. 바람직하게는 빔은 펄스들 사이에서 턴오프된다.
방법은 선택적으로 제3 지속기간의 제3 개수의 제3 펄스들을 발생시키기 위해 빔 강도를 변조하는 단계를 포함할 수 있다. 제3 펄스들은 제2 펄스들보다 더 낮은 빔 강도를 갖는다. 다른 유형의 펄스들 및 상이한 레벨들이 또한 추가될 수 있다.
바람직한 형태에서, 단위 시간에, 제1 개수의 제1 펄스들은 제2 개수의 제2 펄스들보다 더 작다. 제3 펄스들이 사용되는 경우, 제3 펄스들은 제2 펄스들보다 덜 빈번할 수 있다. 제1 및 제2 펄스들(및 또한 제3 펄스들)은 서로 점재되거나, 동일한 유형의 다수의 펄스들의 블록들로 집단화 배치될 수 있다.
이러한 변조 스킴은 본 발명의 제1 내지 제3 양태 중 임의의 하나의 양태의 실시예들에서 사용될 수 있다.
다른 양태에서, 지지 구조에 방사선원을 장착하기 위한 메커니즘을 제공한다. 메커니즘은 지지 구조에 대한 위치에 방사선원을 유지하기 위해 배치되는 적어도 하나의 부재를 포함하되, 상기 부재는 지지 구조에 대해 방사선원의 배향을 제어하기 위해 선택적으로 변형 가능하다. 상기 부재는 바람직하게는 지지 구조에 대해 방사선원의 배향을 제어하기 위해 열의 적용에 의해 변형 가능하다. 바람직하게는, 메커니즘은 부재를 선택적으로 가열하기 위해 부재와 연관되는 히터를 추가로 포함한다.
일 양태에서, 방사선원은 상기 열변형 가능한 부재들 중 하나 이상에 의해 지지 구조에 간접적으로 또는 직접적으로 결합되는 캐리어에 장착된다. 캐리어는 방사선원과 열접촉할 수 있고, 방사선원에 의해 발생된 열을 소산시키는 히트 싱크로 작동할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명의 제5 양상의 실시예에 따른 지지 구조에 방사선원을 장착하기 위한 메커니즘을 포함하는 입자 검출기를 위한 빔 조향 시스템을 제공한다. 빔 조향 시스템은 방사선 에미터에 의해 방출되는 빔이 충돌하는 방사선 센서, 및 방사선 센서에 의해 수신되는 방사선의 레벨을 분석하며, 수신되는 방사선의 레벨에 응하여, 빔을 조향하기 위해 하나 이상의 부재의 가열을 제어하도록 배치되는 제어기를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 빔은 방사선 센서에서 수신되는 실질적으로 일정한 방사선 레벨을 유지하도록 조향된다.
다른 양태에서, 바람직하게는 연기 검출기인 입자 검출기에 있어서, 분석용 샘플 유동을 수용하기 위한 검출 챔버; 방사선의 빔을 방출하도록 구성되는 방사선원으로, 상기 빔은 챔버의 적어도 일부에 걸쳐 전파되며 관심 영역에서 샘플 유동을 횡단하도록 배치되는, 방사선원; 샘플 유동 내에 연행되는 입자들과의 상호작용에 의해 빔으로부터 산란되는 방사선을 수신하며, 수신 방사선을 나타내는 적어도 하나의 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 방사선 수신 시스템으로, 관심 영역의 영상들을 캡처하도록 구성되는 촬영 시스템, 및 적어도 하나의 다른 방사선 수신기를 포함하는 방사선 수신 시스템; 샘플 유동 내에 연행되는 입자들의 존재를 판단하기 위해 수신 방사선을 나타내는 적어도 하나의 출력 신호를 분석하도록 구성되는 제어기를 포함하는, 입자 검출기를 제공한다.
바람직하게는, 방사선 수신 시스템은 빔의 전파 방향 및 주지의 편광에 대해 복수의 산란각들 및 복수의 편광각들로 방사선을 수신하도록 구성된다. 바람직하게는, 방사선 수신 시스템은 각각의 산란각으로 방사선을 수신하도록 각각 구성되는 복수의 방사선 수신 센서들을 포함한다. 각각의 센서는 바람직하게는 빔의 편광각에 대해 주지의 편광각으로 방사선을 수신하도록 배치된다.
가장 바람직하게는, 방사선원은 빔을 집속하는 광학 시스템을 포함한다. 바람직하게는, 빔은 관심 영역을 향해 수렴되도록 집속된다.
일 양태에서, 입자 검출기에 있어서, 검출기의 검출 챔버로 들어가는 샘플 유동의 유속을 제어하는 수단을 구비한 입자 검출기를 제공한다. 유동을 제어하는 수단은 가변 속도 팬과 같은 유속 제한 또는 가변 유속 공기 이동 장치를 포함할 수 있다. 유동을 제어하는 수단은 바람직하게는 관심 영역에 걸쳐 샘플 유동 내에 연행되는 입자들의 전이 시간(transit time)을 증가시키기 위해 검출 챔버 내의 샘플 유동을 실질적으로 정지시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 유동을 제어하는 수단은 관심 영역에 걸쳐 샘플 유동 내에 연행되는 입자들의 전이 시간을 증가시키기 위해 검출 챔버 내의 유동을 변경하기 위해 역전되도록 배치될 수 있는 가역 팬일 수 있다. 입자 검출기는 가장 바람직하게는 본원에 설명된 임의의 유형의 입자 검출기이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 문맥상 달리 요구되는 경우를 제외하고, "포함한다(comprise)"라는 용어 및 "포함하는", "포함하다", "포함되는"과 같은 이 용어의 변형들은 추가적인 첨가물, 구성요소, 정수, 또는 단계를 배제하려는 의도가 아니다.
본 발명의 추가적인 양태들, 및 이전 문단들에 설명된 양태들의 추가적인 실시예들은 첨부 도면을 참조하여 예로서 주어지는 후술하는 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연기 검출 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에서 사용되는 검출 챔버의 구성요소들의 개략도를 도시한다. 도 2a는 방사선원의 E 편광 평면에서 얻어진 챔버의 단면도를 도시하는 반면, 도 2b는 M 편광 평면에서 얻어진 챔버의 단면도를 도시한다.
도 3은 연기 입자들이 존재하지 않는, 본 발명의 실시예에 따른 입자 검출기의 촬영 시스템에 의해 캡처되는 영상의 개략도이다.
도 4는 연기 검출기의 교정을 유지하기 위해 본 발명의 일부 실시예들에서 사용되는 분석 영역 및 배경 취소 영역들을 도시한다.
도 5는 입자가 빔의 중심을 통과할 때 촬영 시스템의 작동을 도시하며; 캡처 영상 내의 빔을 따른 수신된 산란 방사선 강도의 그래프를 도시한다.
도 6은 입자가 중심을 벗어나 빔을 통과하는 경우에 대한, 도 5와 유사한 도면 및 그래프를 도시한다.
도 7a는 큰 입자가 빔의 중심을 통과하는 상황 및 연관된 강도 그래프를 도시한다.
도 7b는 입자가 중심을 벗어나 빔을 통과하는 것을 제외하고, 도 7a와 유사한 그래프를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예의 각각의 E 및 M 평면에서 방사선 센서들의 배치를 개략적으로 도시하며, 시간의 경과에 따른 복수의 입자 검출 이벤트들에 대한 센서 출력들의 그래프를 도시한다.
도 9는 일어나는 입자 검출 이벤트의 유형을 식별하는 데에 사용될 수 있는 총 겉보기 입자 밝기 막대그래프를 도시한다.
도 10은 일부 실시예들에서 사용되는 입자 유형 분석 공정의 데이터 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 11은 일부 실시예들에서 사용 가능한 그래픽 사용자 인터페이스 요소를 도시한다.
도 12는 일 실시예에서 연기 분석 기능을 제공하기 위한 시스템 구조를 도시한다.
도 13은 빔을 조향하기 위한 메커니즘을 도시하는, 본 발명의 일부 실시예들에서 방사선원을 장착하기 위해 사용되는 장착 메커니즘의 단면도이다.
도 14는 분석 전에 샘플 유동을 가열하는 데에 사용되는 히터를 포함하는 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 15는 샘플 유동을 가열하기 전후의 상이한 크기의 입자들의 합계의 막대그래프를 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연기 검출 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에서 사용되는 검출 챔버의 구성요소들의 개략도를 도시한다. 도 2a는 방사선원의 E 편광 평면에서 얻어진 챔버의 단면도를 도시하는 반면, 도 2b는 M 편광 평면에서 얻어진 챔버의 단면도를 도시한다.
도 3은 연기 입자들이 존재하지 않는, 본 발명의 실시예에 따른 입자 검출기의 촬영 시스템에 의해 캡처되는 영상의 개략도이다.
도 4는 연기 검출기의 교정을 유지하기 위해 본 발명의 일부 실시예들에서 사용되는 분석 영역 및 배경 취소 영역들을 도시한다.
도 5는 입자가 빔의 중심을 통과할 때 촬영 시스템의 작동을 도시하며; 캡처 영상 내의 빔을 따른 수신된 산란 방사선 강도의 그래프를 도시한다.
도 6은 입자가 중심을 벗어나 빔을 통과하는 경우에 대한, 도 5와 유사한 도면 및 그래프를 도시한다.
도 7a는 큰 입자가 빔의 중심을 통과하는 상황 및 연관된 강도 그래프를 도시한다.
도 7b는 입자가 중심을 벗어나 빔을 통과하는 것을 제외하고, 도 7a와 유사한 그래프를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예의 각각의 E 및 M 평면에서 방사선 센서들의 배치를 개략적으로 도시하며, 시간의 경과에 따른 복수의 입자 검출 이벤트들에 대한 센서 출력들의 그래프를 도시한다.
도 9는 일어나는 입자 검출 이벤트의 유형을 식별하는 데에 사용될 수 있는 총 겉보기 입자 밝기 막대그래프를 도시한다.
도 10은 일부 실시예들에서 사용되는 입자 유형 분석 공정의 데이터 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 11은 일부 실시예들에서 사용 가능한 그래픽 사용자 인터페이스 요소를 도시한다.
도 12는 일 실시예에서 연기 분석 기능을 제공하기 위한 시스템 구조를 도시한다.
도 13은 빔을 조향하기 위한 메커니즘을 도시하는, 본 발명의 일부 실시예들에서 방사선원을 장착하기 위해 사용되는 장착 메커니즘의 단면도이다.
도 14는 분석 전에 샘플 유동을 가열하는 데에 사용되는 히터를 포함하는 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 15는 샘플 유동을 가열하기 전후의 상이한 크기의 입자들의 합계의 막대그래프를 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡인 연기 검출 시스템(100) 형태의 입자 검출 시스템을 도시한다. 연기 검출 시스템(100)은 연기 검출기(102) 형태의 입자 검출기 및 공기 샘플링 네트워크(104)를 포함한다. 공기 샘플링 네트워크(104)는 4개의 샘플링 파이프들(106A, 106B, 106C, 106D)을 포함한다. 각각의 샘플링 파이프(106A, 106B, 106C, 106D)는 복수의 샘플 유입구들 또는 샘플링 지점들(108)을 포함한다. 샘플링 파이프들(106A, 106B, 106C, 106D)은 연기 검출기(102)의 각각의 유입구들(110A, 110B, 110C, 110D)에 결합된다. 유입구들은 각각의 샘플링 파이프들(106A, 106B, 106C, 106D)로부터 인입된 샘플들이 함께 혼합되는 플레넘(112)으로 이어진다. 각각의 유입구(110A, 110B, 110C, 110D)는 각각의 파이프 내의 샘플 공기의 유속을 판단하기 위한 각각의 유동 센서(114A, 114B, 114C, 114D)를 포함할 수 있다. 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이, 샘플 유속을 모니터링하는 것은 검출기 및 샘플링 네트워크(104)의 작동 상태를 판단하는 데에 사용되거나, 시스템 내의 다른 구성요소들의 작동 파라미터들을 설정하기 위해 사용될 수 있다. 어떤 샘플링 파이프를 통해 입자들이 수신되었는지 판단하는 것을 돕기 위해, 각각의 유입구(110A, 110B, 110C, 110D)에는 샘플들이 각각의 개별 샘플링 파이프(106A, 106B, 106C, 106D)로부터 인입되는지 제어하기 위해 개방되거나 폐쇄될 수 있는 버터플라이 밸브와 같은 밸브(116A, 116B, 116C, 116D)가 추가로 부착될 수 있다. 검출기(102)는 연기 검출 시스템(1000)을 통해 공기를 인입하는 데에 사용되는 공기 이동 장치 또는 흡인기(118)를 포함한다. 흡인기(118)는 공기를 배기구(120)로부터 주위환경으로 지향시킨다. 배기구는 추가적인 유동 센서(122)를 포함할 수 있다.
사용 중, 공기는 샘플링 구멍들(108)을 통해 연기 검출 시스템(100) 내로 인입되며, 샘플링 파이프들(106A, 106B, 106C, 106D)을 따라 플레넘(112) 내로 인입된다. 플레넘에는 각각의 샘플링 파이프들(106A, 106B, 106C, 106D)로부터의 샘플 공기의 혼합을 야기하는 혼합 구조물들(미도시)이 부착될 수 있다. 그러나, 모든 샘플 공기가 분석을 위해 입자 검출 챔버(150)로 전달되는 대신, 총 공기 샘플 중 서브샘플만이 분석된다. 대부분의 샘플 유동은 배기구(120)를 통해 시스템 밖으로 전달된다. 분석용 공기 샘플은 이하에 설명되는 바와 같이 검출 챔버를 통해 서브샘플링 경로(124)를 따른다.
서브샘플링 경로(124)는 플레넘(112) 내에 유입구(128)를 갖는 서브샘플링 튜브(126)로 시작된다. 샘플링 파이프들(106A, 106B, 106C, 106D)(또는 각각의 밸브들(116A, 116B, 116C, 116D)이 개방되어 있는 이들의 부분집합)로부터의 혼합 공기 샘플들을 포함하는 샘플 공기의 일부는 유입구(128)로 들어가며 서브샘플링 튜브(126)를 따라 진행된다. 서브샘플은 샘플 유동으로부터 보푸라기, 부스러기, 및 큰 먼지 입자들과 같은 큰 입자들을 여과하는 제1 필터(130)를 통과한다. 필터(130)는 하나 이상의 메시 필터 및/또는 굵은 폼 필터를 포함할 수 있다. 필터(130)는 본 출원인 명의의 국제특허공개 WO 2007/095675 및 국제특허공개 WO 2011/106850에 기재된 유형의 '연기 감쇠기'로 설정될 수 있다. 이러한 필터를 사용하는 이점은, 필터 막힘의 경우에도, 연기 입자들 또는 다른 관심 입자들이 여전히 검출을 위해 검출 챔버에 도달할 것이므로, 시스템이 절대적으로 안전하다는 것이다.
필터(130)를 통과한 후에, 샘플 유동의 일부는 추가 여과 없이 파이프(132) 내에서 계속 검출 챔버(50)를 향하지만, 제2 부분은 경로(134)로 진행되며 미세 필터(136)에 의해 추가로 여과된다. 미세 필터는, 샘플 유동으로부터 실질적으로 모든 입자들을 제거하며 토출구에서 실질적으로 청정 공기를 생성하는 HEPA 필터 또는 다른 필터 유형일 수 있다. 청정 공기는, 입자상 물질에 의한 광학 표면들의 오염을 방지하기 위해, 청정 공기로 입자 검출기(102)의 검출 챔버의 소정의 영역들을 가압하는 데에 사용되는 청정 공기 주입 시스템(138)으로 들어간다. 파이프(132)로 전달되는 유동의 일부는 다시 분할된다. 이 샘플의 제1 부분은 경로(140)로 들어가고, 파이프(132) 내의 샘플 공기의 제2 부분은 우회 경로(142)를 통해 진행된다. 우회 경로(142) 내의 샘플 공기는 연기 검출기(102)의 챔버를 완전히 우회한다.
경로(140) 내의 샘플 유동의 일부는 검출 챔버(150)의 유입구(144)에서 적절한 샘플 유속을 설정하기 위해 유동 제어 구조, 예컨대 미로형 또는 굴곡형 경로를 통과한다. 검출 챔버(150)는 이하에 설명하는 유형의 광학 입자 검출 챔버이다. 본 발명의 바람직한 형태에서, 검출 챔버(150)는 방사선원(154)에 의해 방출되는 방사선의 빔(152)으로부터 산란되는 방사선을 측정함으로써 입자들을 검출한다. 이 경우 복수의 센서들(156)을 포함하는 방사선 수신 시스템은 산란 방사선을 검출하도록 협력한다. 본 발명의 바람직한 형태에서, 방사선 수신 시스템은: 예컨대 광학 시스템 및 연관된 영상 캡처 센서를 포함하는 촬영 시스템; 빔(152)의 편광의 평면에 대해; 하나 이상의 편광 평면에서 복수의 상이한 산란각들(θ)로 산란 방사선을 캡처하도록 배치되는 다수의 방사선 수신 센서들의 장치 중 하나 또는 모두를 포함한다.
검출 챔버의 추가적인 상세들이 이하에 설명될 것이다.
유입구(144)는 또한 검출 챔버(150) 내로의 샘플 공기의 유속이 모니터링될 수 있게 하는 유동 센서(158)를 구비한다. 공기는 팬(160)에 의해 서브샘플링 경로(124)를 통해 인입된다. 서브샘플링 경로(124) 내로 인입되는 샘플 공기는 유입구(128)의 하류에 있는 위치에서 토출구(162)로부터 인출되며, 흡인기(118) 내로 인입된다.
도 2a 및 도 2b는 입자 검출기(102)의 검출 챔버(150)의 2개의 수직 단면도들을 도시한다. 예고로서, 방사선원(54)은 바람직하게는 방사선의 편광빔(152)을 출력하는 레이저 또는 다른 유형의 방사선원이다. 본 문헌에 걸쳐, 편광은 E 평면 또는 M 평면으로 설명될 것이다. E 평면은 빔의 전기장 벡터를 포함하는 평면으로 정의되고, M 평면은 빔(152)의 자기장 벡터를 포함하는 평면으로 정의된다. 후술하는 설명에서, 예시적인 실시예들은 빔의 편광의 E 및 M 평면들과 일치하는 수직 평면들에서 산란 방사선을 측정하는 것으로 기재된다. 그러나, 반드시 그러할 필요는 없다. 산란 방사선의 측정이 이루어지는 평면들은 90도 이외의 각도만큼 서로로부터 오프셋될 수 있다. 게다가, 이들이 빔 편광의 E 또는 M 평면 중 어느 하나와 직접 정렬될 필요는 없다. 게다가, 산란 방사선은 3개 이상의 평면들에서 측정될 수 있다.
챔버(150)를 통해 E 평면 단면을 도시하는 도 2a로 돌아가면, 빔(152)은 방사선원(154)으로부터 방출되고, 검출 챔버(150) 내의 배경 방사선을 최소화하며 표유(stray), 사입사(off-axis) 방사선을 차단하는 역할을 하는 일련의 하나 이상의 공간 필터 또는 배플(202)을 통과한다. 빔(152)은, 유입구(144)를 통해 검출 챔버(150)로 들어가며 토출구(208)를 통해 챔버를 빠져나가는 샘플 유동과 대략적으로 일치하는 초점 위치(focal point)(204)에 수렴되도록, 집속된다. 바람직한 실시예에서, 빔은 가장 좁은 위치(204)에서 약 30 ㎛이다. 이후, 빔(152)은 검출 챔버(150)의 원단을 향해 분기된다. 이 예에서, 빔은 추가적인 공간 필터(210)를 통과하고, 챔버(150)의 중앙부로의 표유 반사를 최소화하는 데에 사용되며 또한 빔 강도 및/또는 정렬이 이하에 설명되는 방식으로 정확하게 모니터링될 수 있게 하는 방사선 흡수 구조에 충돌한다. 빔의 초점 위치 또는 웨이스트(waist)(204)는 또한 촬영 시스템(미도시)의 촬영 광학기기들(212)의 초점 위치와 정렬된다.
챔버(150)는, 이 경우 3개의 포토다이오드들(214, 216, 218)의 어레이를 포함하는 복수의 제1 방사선 센서들을 포함한다. 각각의 포토다이오드(214, 216, 218)는, 각각의 시계가 빔(152)과 샘플 유동(206) 사이의 교차점, '관심 영역'으로 알려진 면적과 일치하도록, 배치된다. 각각의 포토다이오드(214, 216, 218)는 빔(152)의 전파 방향에 대해 상이한 산란각(θ)으로 설정된다. 포토다이오드(218)는 빔의 전파 방향으로부터 20°의 전방 산란각으로 설정되고, 포토다이오드(216)는 또한 빔의 전파 방향으로부터 70°의 전방 산란각으로 설정되며, 포토다이오드(214)는 빔(152)의 전파 방향으로부터 150°의 후방 산란각으로 설정된다. 산란각들은 경험적으로 선택될 수 있으며, 소정의 입자 유형들의 검출을 강화하거나 다른 입자 유형들의 검출을 억제하도록 선택될 수도 있다. 예컨대, 사용되는 산란각들은 먼지 거부, 즉 먼지의 존재에 대한 감도를 최소화하도록 선택될 수 있다.
도 2b는 M 평면에서 검출 챔버(150)의 단면을 도시한다. 챔버의 전체 구조의 배치는 도 28과 동일하므로 추가로 설명되지 않을 것이다. 그러나, 이 도면에서 더 잘 알 수 있는 바와 같이, 챔버(150)는 빔이 검출 챔버(150)의 중앙부로 다시 반사되지 않도록 챔버의 일 측을 향해 빔을 반사하는 반사체(222)를 포함하는 방사선 흡수 구조(220)를 포함한다. 포토다이오드 또는 다른 유형의 방사선 센서일 수 있는 센서(224)는 이하에 더 상세히 설명되는 방식으로 빔 강도 및 빔 정렬을 판단하기 위해 반사체(222)로부터 반사를 모니터링한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 반사체(222)는, 충돌하는 대부분의 방사선을 흡수하지만 흡수되지 않은 방사선의 제어된 반사를 제공하는 연마된 흑유리 또는 유사 구조로 이루어진다. 이는 포토다이오드(224)가 포화되지 않으면서 빔을 볼 수 있게 한다. 바람직한 형태에서, 약 1%의 빔 파워가 센서(224)에서 수신된다. 대안적으로, 반사체(222)는 방사선을 흡수하도록 설계되지 않을 수 있고, 센서(224)는 포화를 방지하는 필터를 구비할 수 있다.
촬영 시스템(240)이 검출 챔버(150)의 중심을 향해 위치한다. 촬영 시스템은, 이 경우 복수의 렌즈들 및 영상 캡처 센서(244)를 포함하는 광학 시스템(242)을 포함한다. 영상 캡처 센서(244)는 임의의 유형일 수 있지만, 바람직한 실시예는 CMOS 또는 CCD 영상 캡처 칩이다. 광학 시스템(242)은, 횡단 입자들로부터 산란되는 방사선과 빔의 영상들이 후술하는 방식으로 영상 센서(244)에 의해 캡처되도록, 센서(244)의 촬영면 상으로 빔(152)과 샘플 유동(206) 사이의 교차점에서 관심 영역의 영상을 집속하도록 배치된다. M 평면은 또한 복수의 제2 방사선 센서들(246, 248, 250)을 포함한다. E 평면과 같이, M 평면 센서들(246, 248, 250)은 빔(152)의 전파 방향에 대해 상이한 산란각들로 설정된다. 센서(250)는 20°의 전방 산란각으로 설정되고, 센서(248)는 70°의 전방 산란각으로 설정되며, 센서(246)는 150°의 후방 산란각으로 설정된다. 각각의 센서(246, 28, 250)는 그 시계가 관심 영역을 포함하도록 배치된다.
바람직한 실시예에서, M 평면의 전방 산란 포토다이오드(250) 및 E 평면의 전방 산란 포토다이오드(218)의 쌍을 대신하여 하나의 전방 산란 포토다이오드만을 사용할 수 있다. 이는, 비교적 작은 전방 산란각들에서, 말하자면 약 30도에서, 산란이 편광에 따라 크게 좌우되지 않기 때문이다. 단일 전방 산란 포토다이오드가 사용되는 경우, 이는 심지어 E 및 M 평면 사이의 도중에서도 임의의 편리한 편광각으로 설정될 수 있다.
방사선원(154)은 레이저 다이오드와 같은 방사선 에미터(252), 및 초점이 검출 챔버(150) 내의 적절한 위치에 있는 수렴 빔(152)을 발생시키기 위해 서로에 대해 배치되는 집속 광학기기들(254)을 포함한다. 본 실시예에서, 에미터는 예컨대 약 445 나노미터 이하의 파장에서, V 또는 UV 범위의 비교적 짧은 파장의 방사선을 방출한다. 빔(152)은 관심 영역에서 "웨이스트"를 갖도록 지점(204)을 향해 집속된다. 가장 바람직하게는, 웨이스트는 약 30 마이크로미터의 폭을 갖는다.
설명되는 장치는 유리하게는 더 큰 신뢰성으로 작은 입자들의 검출을 가능하게 한다. 아울러, 이는 검출의 신뢰성을 개선하기 위해 입자 검출을 위한 다수의 메커니즘들 및 다수의 검출 양상들(예컨대, 하나 이상의 방사선 수신기 및 촬영 시스템으로부터의 검출)을 상호 관련하는 능력을 제공한다. 가장 간단한 레벨에서, 단독으로 개별 센서들(214~218, 246~250)을 고려할 때, 이는 관심 영역을 통과하는 동일한 입자를 검출할 기회를 6번 제공한다. 개별 센서들과 함께 또는 그 대신에 촬영 시스템(240)을 사용하면, 검출 챔버(150)에 유효한 다른 검출 메커니즘이 제공된다. 게다가, 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 이러한 개별 검출 메커니즘들은 검출 신뢰성을 개선하거나, 샘플 유동 내의 입자들의 성질에 관한 추가 정보를 검출하거나, 더 낮은 농도에서 입자들을 검출하기 위해 결합될 수 있다. (단일 센서 시스템과 비교할 때) 추가 정보는 어떤 이벤트가 입자들을 방출하게 하였는지 판단하는 데에 도움이 될 수 있으므로, 연기 검출 시스템으로부터 허위 경보의 감소를 가능하게 할 수 있다.
이제 촬영 시스템(240)으로 돌아가면, 도 3은 영상 센서(244)로 캡처될 수 있는 영상(300)을 도시한다. 영상(300)은 입자들, 즉 먼지, 연기, 또는 다른 관심 입자들이 검출 챔버 내에 존재하지 않는 상황에서 캡처된다. 검출 챔버가 공기만을 수용하는 이러한 상황에서도, 빔으로부터의 산란이 영상(300) 내에 캡처된다. 짧은 파장 때문에, 빔(302)은 챔버(150) 내의 공기 중 산소 또는 질소 분자들로부터 산란되며, 바람직하게는 초점(204) 가까이에 웨이스트 부분을 포함하는 빔 형상의 밴드를 확인할 수 있다. 유리하게는, 임의의 입자들의 존재 없이 직접 빔(152)을 촬영하는 능력은, 입자들이 샘플 유동 내에 존재하지 않거나 샘플 유동이 정지되는 임의의 시점에, 시계 내의 교정을 수행하는 능력을 본 발명의 본 실시예에 따른 시스템에 제공한다.
도 4는 검출 챔버(150)로 배경 방사선 취소를 수행하기 위한 메커니즘을 도시한다. 배경 취소는 유리하게는 검출 챔버 내의 배경 방사선의 증가된 레벨을 보상하기 위해 수행된다. 배경 방사선의 증가된 레벨은, 검출 챔버의 내부의 벽 및 다른 광학면이 샘플 유동의 입자들로 오염되고, 그 결과 검출 챔버 내의 사입사 방사선을 반사하기 시작함에 따라, 발생한다. 임의의 이러한 표유 배경 방사선의 효과의 최소화는 검출 감도를 개선하는 데에 매우 유리하다. 촬영 시스템(240)을 위한 배경 취소를 수행하기 위해, 영상(300)은 그 안에 3개의 영역들을 한정하였다. 이 영역들은 빔(152)을 수용하는 I로 표시된 중앙 분석 영역, 및 분석 영역(I)의 양 측에 위치하는 배경 영역들(B1, B2)이다. 스케일링 인자가 배경 영역들 내의 (예컨대, 영상 내의 픽셀 값에 기초한) 평균 방사선 레벨로부터 계산되며, 관심 영역에서 검출되는 방사선 레벨을 스케일링하기 위해 사용된다. 스케일링 인자(S)는 하기 방정식에 따라 계산된다:
여기서, S는 스케일링 인자, I는 분석 영역 내의 평균 강도, B1 및 B2는 각각 배경 영역 내의 평균 강도이다. 합산 기간은 임의의 원하는 길이로 설정될 수 있다(예컨대, 스케일링 인자가 검출 챔버 내의 배경 레벨들의 전환을 고려하여 재계산될 수 있도록, 100 이상 또는 이하의 영상 프레임들).
배경 레벨이 영상에 걸쳐서, 즉 빔의 길이를 따라 균일할 것으로 예상되지 않는 경우, 배경 취소 과정은 빔의 길이를 따라 빔 세그먼트들을 포함하는 영상의 부분들에 수행되어, 영상(300)에 걸쳐서 불연속 배경 취소를 수행할 수 있다. 극단적인 경우, 취소는 단일 행의 픽셀들에 수행될 수 있다.
배경 취소를 수행하며 챔버 내의 공기로부터 기준 산란 레벨을 획득하는 능력은, 고정 영점을 가지며 또한 시스템 이득을 검출하는 고유의 능력을 갖는 촬영 시스템(240)을 이용한 입자 검출을 제공하여, 고정 기준선(fixed base line)으로 지칭될 수 있는 정확한 입자 검출을 가능하게 한다. 당해 기술분야에서, 이러한 이점들은 본 유형의 시스템이 '무연(smokeless)' 교정을 수행할 수 있게 한다. 즉, 당해 기술분야의 검출기의 교정은 기술자가 교정의 수행을 위해 연기를 복제할 필요 없이 수행될 수 있다.
또한, 촬영 센서(244)의 각각의 픽셀이 저소음을 갖지만 영상 센서(244)를 구성하는 전체 픽셀 어레이가 매우 많은 수의 픽셀들을 구비하고, 이는 촬영 시스템(240)을 이용한 전체 검출 시스템이 저소음을 가지며, 빔으로부터 다량의 산란 방사선을 캡처한다는 것을 의미한다는 점에서, 촬영 센서(244)의 사용은 포토다이오드와 같은 종래의 방사선 센서를 이용한 검출에 비해 고유의 이점을 갖는다는 것을 주목할 만하다. 촬영 시스템(240)의 넓은 시계는 또한 임의의 순간에 빔을 통과할 수 있는 개별 입자들 사이의 공간적 구별을 가능하게 한다. 그러나, 고감도를 획득하기 위해서는, 검출 챔버(150)를 통한 샘플 유동이 낮은 것이 바람직함을 주목해야 한다. 예컨대, 유속은 바람직하게는 검출 챔버를 통과하는 입자에 대해 1 m/s 미만이며, 챔버를 통과하는 공기의 체적은 낮다. (예컨대, 미터당 약 0.0025%의 레벨에서 빔 강도의 소멸을 야기하게 하는) 낮은 입자 농도에서, 임의의 시점에, 샘플 유동 내에 연행되는 단일 입자만이 빔을 횡단할 것으로 예상되고, 이는 개별 입자들로부터의 산란 방사선이 해상될 수 있다는 것을 의미한다. 물론, 임의의 시점에 빔 내의 순간적인 개수의 입자들은 사실상 통계적이므로, 중복 검출 이벤트들이 일어날 것이다. 게다가, 더 높은 입자 농도에서는, 개별 입자들로부터의 산란을 해상하는 능력이 손실될 것이다. 그러나, 이러한 더 높은 농도 레벨들에서는, 검출의 확실성이 더 크고, 다른 검출 양상들이 더 효과적으로 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 챔버(150)로 들어가는 샘플 유속을 능동적으로 제어할 수 있는 것이 유리할 수도 있다. 이는 (예컨대, 팬(118)의 속도를 제어함으로써) 공기가 시스템을 통해 인입되는 속도를 조절함으로써 이행될 수 있다. 대안적으로 또는 결합하여, 유입구(144)를 통해 챔버(150)로 들어가는 유속은, 예컨대 팬(160)의 속도를 제어함으로써 또는 유로 임피던스를 변경함으로써, 말하자면 밸브 등을 개방하거나 폐쇄함으로써 제어된다. 특히 바람직한 실시예들에서, 챔버를 통한 유동은, 예컨대 팬(160)을 정지시키거나 심지어 역전시킴으로써 현저히 감소될 수 있다. 이는 검출 챔버(150)의 관심 영역 내의 입자들의 체류 시간을 증가시키는 역할을 한다. 이는 적은 산란광을 발생시키는 매우 작은 입자들을 검출하도록 시도한다는 점에서 특히 유리할 수 있다.
도 5는 수신 방사선 강도 대 빔을 따른 위치의 그래프와 함께, 검출 챔버(150)의 촬영 시스템(244)으로부터의 뷰(view)를 나타내는 영상(500)을 도시한다. 도 5에서, 입자들은 경로(502)를 따라 촬영 시스템(244)의 시계를 통해 위에서 아래로 이동한다. 입자가 경로(502) 상에서 빔(152)을 통과함에 따라, 방사선은 빔으로부터 산란되며 이미지 감지 시스템(240)의 영상 센서(244)에 캡처된다. 이러한 입자 검출 이벤트는 입자가 빔(152)과 상호작용하는 빔을 따른 위치에 대응하는 장소에서 공간적 강도 분포 내에 최고점(504)을 야기할 것이다. 이 예에서, 빔을 따른 측정 방사선의 공간적 강도는, 빔의 길이를 따라 이격되는 복수의 공간적 영역들에 대한 캡처 영상으로 픽셀 값들을 합산함으로써 측정된다. 예컨대, 영역(508) 내의 모든 픽셀 값들이 합산되어 그래프(506)에 강도 값(I508)을 생성한다. 마찬가지로, 영역(510) 내의 픽셀 값들이 합산되어 강도 값(I510)을 생성한다. 이는 그래프(506)를 형성하기 위해 빔의 길이를 따라 각각의 영상에 걸쳐 반복된다. 그러므로, 효과적으로, 그래프(506)는 빔을 따른 위치에 의해 집단화되는 픽셀들의 영역들에 대한 합산 강도들의 막대그래프이다. 영역들은 관심 영역(I)을 따라 및 이에 걸쳐 수직으로 및 수평으로 연장되는, 관심 영역 또는 영역들을 횡단하는 단일 행의 픽셀들일 수 있다. 그래프(506)로부터 알 수 있는 바와 같이, 입자들이 빔(152)을 횡단하는 공간적 위치에서, 최고점이 그래프(506)에 나타난다.
도 6은 도 5의 뷰(500)에 상응하는 뷰(600) 및 수신된 산란 방사선 강도의 대응하는 공간적 그래프(604)를 도시한다. 이 도면에서, 입자들은, 빔(152)의 초점(204)과 일치하지 않지만 위치(604)에서 추가로 빔을 따르는 경로를 따른다. 따라서, 강도 그래프의 최고점(606)은 나타낸 바와 같이 위치축의 중심으로부터 대응하여 전환된다. 이는 입자 검출기 내의 산란 방사선을 측정하기 위해 촬영 시스템(240)을 사용하는 이점을 강조한다. 즉, 입자들이 모두 동일한 경로를 따르지 않기 때문에 입자들을 구별하는 것이 가능할 수 있다. 중요하게는, 이는 촬영 시스템(240)을 이용하여 시간적으로 중복된 방식으로 빔을 횡단하는 다수의 입자들의 공간적 해상을 허용한다.
도 7a 및 도 7b는 큰 입자가 촬영 시스템(240)의 시계 내에서 빔을 통과하는 상황에 일어나는 일을 도시하되, 먼저 도 7a에서는 입자가 빔(152)의 초점(204)과 일치하며, 다음으로, 도 7b에서는 입자가 빔을 따른 중심을 벗어난다. 도 5 및 도 6과 같이, 빔(152)을 통과하는 입자는 빔(152)의 횡단 위치에 대응하는 공간적 위치에서 강도 그래프(702)에 최고점(700)을 생성한다. 그러나, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 더 작은 입자에 의해 야기된 최고점(504, 506)과 비교할 때, 더 많은 방사선이 더 큰 입자에 의해 산란되기 때문에, 최고점(700)이 더 크다. 따라서, 강도 산란 그래프의 최고점 높이를 이용하여 입자 크기 구별을 달성할 수 있다.
각각의 산란 강도 그래프들(506, 602, 702)에는, 임계값(708)이 나타나 있다. 본 발명의 실시예들에서, 임계값(708)보다 더 큰 강도 최고점이 식별될 때, 입자 검출 이벤트가 일어난 것으로 여겨진다. 앞서 주목한 바와 같이, 낮은 입자 농도에서 입자들의 비교적 느린 유동 및 개별 입자들을 공간적으로 해상하는 능력은, 개별 입자 검출 이벤트들이 축적되고 측정될 수 있다는 것을 의미한다.
최고 강도를 사용하거나 각각의 최고점 아래에서 적분함으로써, 입자 크기를 나타내는 값이 각각의 최고점으로부터 유래될 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이, 입자 크기들 또는 관찰 밝기의 막대그래프가 시간의 경과에 따라 생성될 수 있다. 이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 이러한 데이터는 입자들이 샘플 유동 내에 존재하도록 야기한 이벤트의 유형을 식별하는 데에 사용될 수 있다. 도 9의 그래프에서, 세로축은 특정한 크기 빈 내의 입자가 합계된 횟수를 나타낸다. 크기 빈들은 가로축을 따라 설정된다.
도 9의 입자 밝기 막대그래프는, 각각의 빈의 파라미터들 내의 입자들에 대해, %/m 단위의 산란 계수들을 제공한다. 이 예에서, 80 빈들이 사용된다. 비닝 과정(binning process)은, 미가공 영상장치(raw imager) 그레이 레벨로 측정되는, 촬영 시스템으로부터 유래된 영상 내의 총 겉보기 입자 밝기를 사용한다. 입자 검출 임계값은, 예컨대 영상장치 내의 소음 레벨 제한에 기초하여, 선택된 그레이 레벨로 설정된다. 영상이 임계 레벨을 초과하는 밝기를 갖는 최고점을 보유하는 경우, 검출되는 각각의 입자의 총 그레이 레벨 값(G)은 최고점 내의 픽셀 그레이 값들을 합산함으로써 측정된다. 이러한 그레이 레벨 값(G)은 dBG로 변환되며, 다음과 같은 넘버를 결정하기 위해 가장 가까운 정수로 반올림된다:
제로 빈은 개별 입자에 기인할 수 없는 나머지 대량 산란을 위해 사용된다.
이제 도 8로 돌아가면, 각각 도 2a 및 도 2b의 E 및 M 산란 평면 검출 시스템들이 더 개략적인 방식으로 도시되어 있다. E 평면에서, 포토다이오드들(214, 216, 218)의 출력은 시스템 제어기(219)로 제공되며, 각각 그래프들(I, II, III)에 도시되어 있다. M 평면에서, 포토다이오드들(246, 248, 250)의 출력은 시스템 제어기(219)로 제공되며, 각각 그래프들(IV, V, VI)에 도시되어 있다. 각각의 그래프들(I~VI)에는, 각각의 편광 평면 및 각각의 산란각에서의 산란 강도(S) 대 시간이 도시되어 있다. 그래프들에 도시된 시간은, 시간(T1, T2, T3)에 3개의 잠재적인 입자 검출 이벤트들을 포함한다. 이는 각각의 그래프들(I~ VI)에서 3번의 시간(T1, T2, T3)에 최고점들을 정렬시킴으로써 제어기에 의해 추정될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 시간(T1)에서의 이벤트는 그래프들(I, III, IV, V, VI)에서 비교적 작은 최고점을 생성하지만, 그래프(II)에서는 거의 평탄하다. 마찬가지로, 시간(T2, T3)에 정렬되는 최고점들의 그래프들은 상이한 산란각들 및 상이한 편광각들에서 상이한 크기를 갖는다.
각각의 산란 이벤트에 대해 상이한 편광 평면들에서 상이한 각도로 측정 산란의 레벨을 비교함으로써, 시스템 제어기(219)는 검출되는 각각의 입자에 대해 입자 크기를 판단할 수 있다. 다시, 앞서 주목한 바와 같이, 입자 검출기의 관심 영역을 통한 샘플 유동의 비교적 낮은 속도 및 관심 영역의 작은 크기로 인해, 적어도 낮은 입자 농도에서, 빔을 통과하는 개별 입자들을 검출하는 것이 가능하다. 각각의 그래프(I~VI)에는 임계값(T)이 표시되어 있고, 이를 초과하면, 입자 검출 이벤트가 일어난 것으로 간주된다. 그래프(II)에서는, 시간(T1, T2)에서의 최고점이 임계값을 초과하지 않는다는 것을 주목한다. 그러나, 다른 산란각들 또는 편광각들에서 임계값(T)을 초과하지 않기 때문에, 입자 검출 이벤트는 여전히 제어기(219)에 의해 검출되고 식별될 수 있다. 입자가 검출되었는지 판단하기 위해 직선형 강도 임계값(T)을 사용하는 것에 대한 대안으로, 대신에, 예컨대 펄스 내의 총 산란 에너지를 적분하여 이를 미리 결정된 값과 비교함으로써, 다른 검출 방법들을 사용할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 입자 검출기는 화재의 존재를 판단하는 데에 사용되는 흡인 연기 검출기이다. 이상적으로는, 연기 검출 시스템은 매우 초기 단계에 화재를 검출할 수 있다. 도 9에 도시된 유형의 막대그래프를 이용하면, 막대그래프에 의해 나타낸 입자 크기 분포에 기초하여 화재가 실제로 일어났는지 또는 일어나려 하는지 더 확실하게 식별하는 것이 가능하다. 소정의 화재 유형들은 측정 막대그래프에 부합될 수 있는 특징적인 입자 크기 분포를 갖는 입자들을 생성한다. 게다가, 일부 실시예들에서, 특정 유형의 화재 또는 화재 전개의 특성을 나타내는 입자 크기 분포 내의 진행의 패턴을 식별하기 위해 시간의 경과에 따라 측정 막대그래프의 변화 및 전개를 추적하는 것이 가능하다. 이러한 메커니즘들은 검출 중인 입자들이 화재 또는 방해 입자들을 나타내는지 및 무시될 수 있는지 여부를 더 확실하게 판단하는 데에 사용될 수 있다.
입자 농도가 더 높은 레벨로 증가하면, 임계값(T) 초과의 강도 레벨에서 개별 이벤트들을 해상하는 능력이 손실되는데, 이는 다수의 검출 이벤트들이 시간에 있어서 중복되기 때문이다. 여기서, 센서들 중 하나, 전부, 또는 부분집합의 출력은 본질적으로 항상 임계값 초과일 것이다. 이는 신호 처리가 더 관행적인 방사선 산란 입자 검출기의 신호 처리와 유사하게 될 수 있게 한다. 종래의 방사선 산란 연기 검출기들에서, 임계 방사선 산란 레벨이 설정되며, 측정된 산란 방사선의 단기 평균 레벨이 미리 결정된 시간 동안 임계값을 초과할 때, 연기가 검출된 것으로 여겨진다. 몇몇 임계값들이 상이한 경보 레벨들에 대해 설정될 수 있다. 따라서, 본원에 설명된 시스템의 일부 실시예들에서, 공기 샘플 내의 입자들의 농도가 높아져서 제어기가 센서(들) 출력(또는 센서들의 출력들의 조합) 내의 입자 검출 이벤트들을 신뢰할 만하게 시간적으로 구별할 수 없으면, 단기 센서 판독(또는 센서들의 출력들의 조합)은 경보 이벤트들 또는 경보 레벨들을 판단하기 위해 임계값 또는 임계값들의 집합과 비교될 수 있다.
상기의 설명에 의해 이해되는 바와 같이, 바람직한 형태에서, 상기 양태들 및 실시예들에 따른 입자 검출기는 입자 특성들의 다수의 측정들의 판단을 가능하게 한다. 특히, 바람직한 실시예들은 영상장치에 의해 측정된 바와 같은 (총 산란 에너지에 기초한) 적어도 하나의 단일 입자 산란 파라미터, 및 포토다이오드들에 의해 측정되는, 다양한 각도들 및 편광들에서의 산란 강도의 추가 측정들을 제공한다. 이러한 일련의 측정들은, 종래의 검출기에 비해 새로운 기능, 예컨대 샘플 내에 존재하는 입자들의 유형에 관한 정보를 제공하며 이 정보에 기초하여 통지를 발행하는 데에 사용될 수 있다. 더욱이, 이는 입자들의 소스를 유추하는 데에 사용될 수 있다. 예컨대, 액체 연료 화재로부터의 검은 연기는 셀룰로오스 화재로부터의 옅은 연기와 구별될 수 있다. 적용 환경 및 있을 법한 방해 물질들에 따라, 상이한 경보 또는 통지 임계값들 및 지연들이 각각의 구별 가능한 연기 유형에 적절할 수 있다.
따라서, 또 다른 양태에서, 본 발명은, 입자 검출기에 의해 검출되는 입자들의 소스를 판단하는 방법에 있어서, 입자들의 스트림과 충돌하도록 주지의 편광의 광을 방출하는 단계; 상기 스트림 내의 입자들에 의해 방출광으로부터 산란되는 광을 수신하는 단계로, 상기 광은 복수의 주지의 산란각들 및 편광들로 수신되는, 단계; 산란광이 복수의 입자들로부터 수신되는 시간에 걸쳐 적어도 하나의 단일 입자 산란 파라미터를 결정하는 단계; 단일 입자 산란 파라미터 및 복수의 산란각들 및/또는 편광들로 수신되는 광을 입자의 복수의 주지의 유형들에 대한 일련의 대표 데이터와 비교하는 단계; 및 상기 비교에 기초하여 상기 주지의 유형들 중 적어도 하나의 유형의 입자들이 입자들의 스트림 내에 존재한다고 판단하는 단계; 존재하는 것으로 판단되는 입자들의 유형 또는 유형들을 이용하여 입자들의 주어진 소스로부터 입자들의 스트림 내에 존재하는 입자들의 레벨을 판단하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
이제 데이터 분석으로 돌아가면, 바람직한 실시예들은 후술하는 기능들 중 적어도 하나를 제공한다:
- 검출기에 의해 분석되는 샘플 내에 존재하는 입자들의 유형들의 범주화. 입자들의 유형의 범주화는 넓은 범위 또는 파라미터들, 예컨대 입자 크기 범위, 특정 색상; 상기 입자를 형성하는 재료에 따라 집단화된 주지의 입자 유형들을 나타낼 수 있다. 범주화 과정은 스트림 내의 입자들이 특히 관심 대상인 하나 이상의 유형으로 이루어진 비율을 판단하는 것을 포함할 수 있다. 이는 또한 입자의 복수의 주지의 유형들에 따라 입자들의 분율 조성을 판단하는 것을 수반할 수 있다.
- 적어도 하나의 각각의 응용에 대해 생성되는 위협 및/또는 방해 데이터베이스와 입자 유형들의 상호관련. 위협 및/또는 방해 데이터베이스는 예컨대 주어진 소스에 기인하는 입자들의 레벨을 판단하는 데에 사용되는 각각의 위협 또는 방해 입자 소스에 대해 가중치들의 집합을 나타낼 수 있다. 그러므로, 이 과정은 입자들의 주어진 소스에 기인하는, 분석 하의 샘플 내에 존재하는 입자들의 레벨을 판단하는 것을 포함할 수 있다.
- 위협 데이터베이스에 의해 판단되는, 상호관련 및 취해야 하는 대응 행동 중 적어도 하나의 보고. 이는 적어도 하나의 주어진 소스(예컨대, 특정한 위협 또는 방해)에 기인하는 입자들의 레벨을 표시하는 것을 수반할 수 있다. 주어진 소스에 기인하는 입자들의 레벨의 표시는 다른 주어진 소스들 또는 총 입자 레벨과 쉽게 비교될 수 있는 방식으로 표시될 수 있다. 보고는 또한 레벨이 하나 이상의 미리 정의된 기준을 충족시키는 경우 자동 통지를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 이 과정은 다른 유형의 연기 또는 기체 검출 시에 경보 또는 경고 신호를 발행하는 것과 유사할 수 있다. 결과의 보고는 지속적으로 또는 트리거 경보 레벨에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 보고는 다른 시스템으로 트리거 신호를 전송하는 것을 포함하되, 이 시스템은 신호에 따라 작동하며, 경보 유발, 메시지 전송, 필터 또는 배기 팬 등의 활성화와 같은, 상태를 개선하기 위한 관련 시스템의 활성화와 같은, 특정한 행동을 취한다.
도 10은 본원에 설명된 유형들의 입자 검출 시스템의 출력을 분석하는 일 실시예의 데이터 흐름을 개략적으로 나타낸다. 본 예에서, 입자 검출 시스템은 도 2a 및 도 2b에 설명된 유형의 입자 검출 챔버를 구비하지만, 이는 E 및 M 평면에서 약간 상이한 산란각들을 갖고, M 평면의 전방 산란 포토다이오드(250) 및 E 평면의 전방 산란 포토다이오드(218)의 쌍을 대신하여 단일 전방 산란 포토다이오드만을 사용하도록 수정된 것이다. 단일 전방 산란 포토다이오드는 30도의 산란각으로 광을 수신하기 위해 E 및 M 평면 사이의 대략 중간 정도의 편광각으로 설정된다. 이러한 포토다이오드의 출력은 전방 랜덤 측정으로 지칭된다. 측면 산란 포토다이오드가 각각의 E 및 M 평면에서 사용되며 약 90도의 산란각으로 설정된다. 이러한 포토다이오드들의 출력들은 각각 측면 E 및 측면 M 측정으로 지칭된다. 후방 산란 포토다이오드가 각각의 E 및 M 평면에서 사용되며 약 150도의 산란각으로 설정된다.
본 예에서, 미가공 산란 출력(1300)이 검출 챔버에 의해 입자 범주 해결 모듈(1302)에 제공된다. 입자 범주 해결 모듈(1302)의 출력은 적어도 하나의 주지된 유형의 입자들이 샘플 내에 존재하는지 나타낸다. 이 예에서, 이는 입자의 적어도 하나의 유형 또는 등급의 총 입자 하중에 대한 분율 기여도를 식별하는 하나 이상의 샘플 분율을 출력하는 형태를 취한다. 이후, 이러한 출력은 (바람직하게는 병렬로) 하나 이상의 위협 또는 방해 계산 모듈(1304, 1306, 1308)에 의해 분석될 수 있다. 위협 또는 방해 계산 모듈들은 입자들의 주어진 소스로부터 분석 하의 샘플 내에 존재하는 입자들의 레벨을 판단한다. 각각의 위협 또는 방해 계산 모듈(1304~1308)은 관심 위협 또는 방해에 의해 야기되는 차폐 레벨(1312)을 발생시키기 위해 특정한 위협 또는 방해 가중치들의 집합(1310)을 입자 분율 기여도에 적용한다. 이러한 출력은, 예컨대 미리 정의된 임계 또는 지연 값들의 집합(1316)에 기초하여 위협-특정 또는 방해-특정 경고 로직을 적용하도록 구성되는 경보 상태 기계(1314)에 제공될 수 있다.
이후, 시스템 출력들(1318)은 위협 차폐 데이터(1312) 및/또는 경보 상태 기계(1314)의 출력에 기초하여 만들어질 수 있다.
예컨대, 출력들은: 위협-특정 또는 방해-특정 차폐 레벨, 위협-특정 또는 방해-특정 차폐 레벨에 기초한 경고 상태 중 임의의 하나 이상을 나타내는 그래픽 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.
이러한 데이터는 대응하는 총 차폐 데이터 및 기저의 시스템 경보 상태 데이터와 함께 또는 교대로 제공될 수 있다. 예컨대, 특정한 위협(예컨대, 과열 와이어에 의해 발생되는 입자들)에 의해 야기되는 분율 차폐 및 총 차폐의 시각적 표시는, 사용자에 대한 특정 관심 위협(이 예에서는 과열 와이어(들))이 입자 방출의 원인일 가능성을 시스템의 사용자가 더 쉽게 인지할 수 있도록, 함께 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 특정한 방해(예컨대, 디젤 동력 엔진에 의해 발생되는 입자들)에 의해 야기되는 분율 차폐 및 총 차폐의 시각적 표시는, 검출 중인 입자들이 위협이 아닌 방해 소스에 의해 야기될 가능성을 시스템의 사용자가 더 쉽게 인지할 수 있도록, 함께 이루어질 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 위협 또는 방해 계산 모듈들(1304, 1306, 1308)은 미리 정의된 기준이 충족될 때 경고 메시지들을 발행할 수 있다. 이러한 메시지들은 예컨대 지정된 사용자들 또는 사용자 그룹들에 대한 이메일 또는 SMS 메시지들일 수 있다.
후술하는 설명은 앞서 논의된 모듈들의 기능의 추가 상세를 제공한다. 검출 챔버(1300)로부터의 미가공 데이터는 주기적으로, 말하자면 초당 대략 한 번 입자 범주 해결기(1302)에 제공된다. 수신되는 주요 데이터는:
- 연기 차폐값;
- 상이한 산란각들 및/또는 편광들로 수신되는 산란광의 비율에 기초하여 검출 챔버 제어 시스템에 의해 계산되는 연기 유형 인자;
- 상이한 산란각들 및/또는 편광들로 분석 챔버의 포토다이오드 쌍들에서 수신되는 산란광의 비율인 복수의 산란 비율들. 대부분의 실시예들에서, 산란비율들은 입자들과 방출광 사이의 시간적으로 해상된 상호작용들보다는 빔으로부터의 대용량 산란에 관련된다. 본 예시적인 실시예들에서, 사용되는 비율들은: 측면 E 대 측면 M(SESM), 후방 E 대 후방 M(BEBM), 전방 랜덤 대 측면 E(FRSE), 측면 E 대 후방 E(SEBE)이다.
- 입자 밝기 막대그래프(80 요소 어레이)
- 검출기 고장을 포함한다.
예시적인 예의 4개의 비율들은, 전방 산란(~30도), 측면 산란(~90도), 및 후방 산란(~150도)으로 E 평면, M 평면, 및 랜덤(혼합) 편광 위치들(즉, E 또는 M 평면이 아님)에 배향되는 5개의 포토다이오드들로부터 유래된다.
입자 밝기 막대그래프는, 각각의 빈의 파라미터들 내의 입자들에 대해, %/m 단위의 산란 계수들을 제공한다. 이 예에서, 80 빈들이 사용된다. 그리고, 막대그래프는 전술한 방식으로 검출 챔버의 촬영 시스템의 출력에 기초하여 생성된다. 입자로부터 산란되며 촬영 시스템에 의해 수신되는 수신광의 총량은 입자의 크기에 따라 크게 좌우될 것이지만, 흡수 및 편광 산란 특성들과 같은 입자들의 다른 산란 특성들에 의해서도 영향을 받을 것이다. 그러므로, 일부 경우에, 입자 밝기 막대그래프는 또한 복수의 입자들에 대한 입자 크기 추정들의 막대그래프로 사용될 수 있다.
본 예에서 비닝 과정은, 미가공 영상장치 그레이 레벨로 측정되는, 촬영 시스템으로부터 유래된 영상 내의 총 겉보기 입자 밝기를 사용한다. 입자 검출 임계값은, 예컨대 영상장치 내의 소음 레벨 제한에 기초하여, 선택된 그레이 레벨로 설정된다. 영상이 임계 레벨을 초과하는 밝기를 갖는 최고점을 보유하는 경우, 검출되는 각각의 입자의 총 그레이 레벨 값(G)은 최고점 내의 픽셀 그레이 값들을 합산함으로써 측정된다. 이러한 그레이 레벨 값(G)은 dBG로 변환되며, 빈 번호를 결정하기 위해 가장 가까운 정수로 반올림된다. 따라서,
제로 빈은 개별 입자에 기인할 수 없는 나머지 대량 산란을 위해 사용된다. 개념적으로, 이러한 제로 빈은, 레벨이 배경 레벨을 지나 상승하는 경우 매우 작은 입자들로부터의 추가 산란 기여도 또는 (다른 입자상 물질이 존재하지 않을 때) 산란 공기 또는 기체 분자들에 기인할 수 있다.
입자 범주 해결기(1302)는 이러한 미가공 데이터를 수신하며, 입자 범주들(연기 범주 분율들)의 집합에 기인할 수 있는 분율 산란을 계산한다.
본 예에서, 7개의 범주들이 존재한다:
- 먼지(모든 먼지 유형들)
- 과열(전기 절연 예연소)
- 열분해(셀룰로오스 예연소)
- 화염(적정 온도에서의 셀룰로오스 화염 또는 연기 발생)
- 그을음(검은 연기, 큰 입자들, 통상적으로 타오르는 액체 연료 또는 플라스틱)
- 미세 그을음(검은 연기, 디젤 배기와 같은 작은 입자들)
- 나노(매우 작은 입자들 및 큰 기체 분자들, 예컨대 냉매들)
나노 범주는 입자 밝기 막대그래프의 제로 빈으로부터 직접 유래된다. 다른 6개의 범주들은 연립 방정식들의 집합의 해를 계산함으로써 획득된다.
초기 방정식 풀이 후에, 결과는 나노 성분을 포함하도록 재정규화된다. 일부 실시예에서, 결과는 다른 먼지 레벨 추정 메커니즘을 이용하여 별도로 유래된 조정 먼지 비율로 다시 재정규화될 수 있지만, 이는 선호되지 않는다.
본 실시예에서, 입자 범주 해결 모듈(1302)의 방정식 해결 성분은 6개의 입력 변수들, 6개의 방정식들을 처리하며, 6개의 미지수들을 해결한다. 미가공 입력들은 5개의 산란 측정들(즉, 이 예에서는 각각의 5개의 포토다이오드에 대해 하나씩), 및 영상장치 출력 막대그래프로부터 유래된 하나의 단일 입자 산란 파라미터이다.
시스템이 선형이고, 단지 산란 비율들만이 입력 데이터로 수신되기 때문에, 산란 측정들 중 하나에는 1의 값이 임의로 배정된다. 그럼에도, 5차(rank 5) 방정식들의 집합으로서 문제를 개작하는 것이 가능할 것이다.
5개의 산란 측정들은, SM의 값으로 정규화되는, 다음과 같은 비율들로부터 계산된다.
SM = 1.0
SE = SESM · SM
BE = SE / SEBE
BM = BE / BEBM
FR = FRSE · SE
단일 입자 산란 파라미터는 입자 밝기 막대그래프로부터 결정된다. 이 예에서, 단일 입자 산란 파라미터는 막대그래프의 입자 밝기 측정들의 중심화 경향의 척도이다. 복수의 단일 입자 산란 파라미터들이 막대그래프의 상이한 영역들(예컨대, 인접한 빈들의 밴드들)에 대해 생성될 수 있다. 상이한 영역들은 유사한 산란 특성들을 갖는 입자들을 나타내는 것으로 볼 수 있다. 그러나, 본 예에서는, 하나의 단일 입자 산란 파라미터만이 결정된다. 본 예에서 사용되는 단일 입자 산란 파라미터는 제로 빈을 포함하지 않는, 단일 입자 산란 파라미터의 무게 중심으로서 계산된다.
여기서, b는 빈 넘버이며, Hb는 대응하는 밝기 막대그래프 빈의 합계이다.
입력 파라미터들이 설정되면, 연립 방정식들의 집합의 해가 밝혀질 수 있다. 6개의 입출력 파라미터들은 열벡터들(Y, X)에 의해 표현될 수 있다.
여기서, 각각의 입자 유형(먼지; 과열; 열분해; 화염; 그을음; 미세 그을음)의 상대 수량은 X0…X5이다.
"이상적인" 연기 유형들을 나타내는 (벡터(Y)와 유사한) 값들의 여섯 집합들은 행렬(A)을 형성하기 위해 기저 벡터들(B0…B5)로 사용된다.
이후, 미가공 관찰값들을 연기 범주들에 관련시키는 방정식들은 다음과 같이 작성될 수 있다:
연립 방정식들의 이러한 표준 집합은 많은 방식으로, 예컨대 단순 역행렬 기법을 이용하여 해결될 수 있다.
이는 간단함의 이점이 있고, A-1이 계산되면 매우 빠르다. 기저 벡터들이 일정하기 때문에, 역행렬은 한번만 계산하면 된다.
예시적인 형태에서, 기저 벡터들을 위한 값들은 다음과 같을 수 있다:
먼지에 대해, B0 = {1, 0.865, 0.302, 0.281, 1.815, 53.0}
과열 절연에 대해, B1 = {1, 0.895, 0.464, 0.239, 5.048, 45.0}
열분해에 대해, B2 = {1, 1.195, 1.045, 0.578, 4.314, 49.5}
화염에 대해, B3 = {1, 0.556, 0.192, 0.148, 0.959, 41.0}
그을음에 대해, B4 = {1, 0.178, 0.242, 0.251, 0.313, 43.0}
미세 그을음에 대해, B5 = {1, 0.316, 0.418, 0.388, 0.727, 34.0}
앞서 제시한 바와 같이, 각각의 라인은 A의 하나의 열벡터를 나타낸다는 것을 주목한다.
dbG 단위의 강도들이 특정한 레이저 파워 및 파장, 사용되는 광학기기 및 영상장치 칩에 따라 좌우됨은 물론이다. 기저 벡터들 내의 산란 비율들 역시 구현-종속적이지만, 상기에 설정된 기저 벡터들은 하기 형상을 갖는 검출 챔버에서 사용될 수 있다:
다른 구현예들을 위한 기저 벡터들은 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 경험적으로 결정될 수 있다.
이 단계로부터의 출력은 분석된 샘플 내에 존재하는 각각의 입자 유형의 분율을 나타내는 벡터(X)이되, 분율들의 총합이 1에 더해진다. 그러나, 이러한 6 가변 해는 "나노" 입자 범주를 포함하지 않는다. 이후, 이는 스케일링 및 재정규화에 의해 해에 제7 요소로서 추가된다.
일반적으로 말하면, 이는, 총 산란에 대한 "나노" 범주의 기여도를 계산한 후, 비례적으로 벡터(X)의 값을 축소시킴으로써 이행된다. 이는 해가 "나노" 범주의 기여도 및 X로부터의 스케일링 값을 포함하는 7 가변 해로 확장될 수 있게 한다. 바람직한 실시예에서, 이는 다음과 같이 수행된다:
Hi는 i번째 빈 내의 막대그래프 합계이고, WT는 각각의 빈에 대한 총 차폐 가중치이며, 아래의 표로부터의 불연속 선형 보간에 의해 획득된다:
본 과정의 이러한 단계의 출력은 "나노" 입자들, 5 연기 유형들, 및 먼지를 포함하는 각각의 7 기여도들의 분율들을 포함하는 7 요소 벡터(F)이다. 따라서, F는 입자들의 복수의 주지의 유형들의 관점에서 샘플 내의 입자들의 비례 조성을 효과적으로 반영하되, 벡터 내의 임의의 하나의 요소가 입자 유형들 중 주어진 하나의 유형에 의해 기여되는 샘플의 비율을 반영한다.
다음 단계에서, 위협 또는 방해 계산들(1304, 1306, 1308)이 입자들의 주어진 소스로부터 발생된 샘플 내에 존재하는 입자들의 레벨을 판단하기 위해 수행될 수 있다.
위협을 예로 든다. 주어진 시나리오를 위한 위협 레벨을 생성하기 위해, 사전 계산된 연기 유형 분율들을 미리 결정된 관심 위협에 대응하는 위협 가중 인자들(TWn)과 곱한다(위협 가중 인자라는 용어는 단지 설명의 목적으로 선택된 것으로, 가중 인자들(TWn)은, 직접 위협이 아니지만 예컨대 방해라는 이유로 또는 어떤 다른 이유로 유용하게 식별될 수 있는 입자 소스들에 대한 보고 또는 검출을 강화하는 데에 마찬가지로 사용될 수 있다는 것을 주목해야 한다). 예컨대, 디젤 배기의 존재를 나타내는 사전-경보 또는 통지를 원하는 경우, 위협 가중 인자들(1310)은 미세 그을음 범주에 대부분의 가중치를 두며 그을음에 더 작은 가중치를 두는데, 이는 특정한 차량에 따라 양 범주가 존재할 수 있기 때문이다.
하나의 입자 유형만이 관심 대상인 많은 경우에, 위협 가중 인자들은 하나의 관심 범주에 대해 1.0, 나머지에 대해 0일 것이다. 일부 실시예들에서, 음의 가중치를 사용하는 것이 가능하다. 예컨대, 액체 연료 화재 사전-경보는 그을음에 1.5의 가중치 및 미세 그을음에 -0.5의 가중치를 사용할 수 있다. 이러한 유형의 위협 가중 인자들은 그을음 입자들에 대한 반응성을 증가시키며, 주위환경에 존재할 수도 있는 디젤 연기에 대한 반응을 감소시킬 것이다.
바람직한 실시예들에서, 경보 상태 기계 내의 임계값이 전체 감도에 대해 사용되어야 하기 때문에, 가중치들은 일반적으로 단위원(unity)을 초과하지 않아야 한다.
이러한 가중치들은 총 차폐와 곱할 때 다음과 같은 위협 차폐를 산출한다:
조금 더 구체적인 예들을 제공하기 위해, 소정의 원인들로부터 입자들의 검출 또는 식별을 강화하는 데에 사용될 수 있는 예시적인 위협 가중 인자들이 아래의 표에 설정되어 있다.
경험적 시험에서 밝혀진 하기의 내용을 표에 각주로 달았다:
1) 디젤 엔진 배기는 그을음과 미세 그을음 범주 사이에 걸쳐있다.
2) 액체 연료 화재는 미세 그을음보다 그을음을 훨씬 더 많이 생성하는 경향이 있고, 따라서 나타낸 값들은 더 큰 검은 입자들에 대한 감도를 유지하는 한편 디젤 엔진 배기에 대한 반응을 감소시켜야 한다.
3) 일반 화재 경고는 디젤 엔진 배기가 존재할 수 있는 환경에서 검은 연기에 대한 감소된 반응의 도움을 받을 수 있다. 이는 연기 검출 과정에서 방해 입자들의 소스의 영향을 최소화하기 위해 본 방법을 사용한 예이다.
4) 실험실 조건 하에서, 전기 아크가 매우 작은 입자들을 발생시키는 것이 관찰되었다.
상이한 계산들을 위해 상기 위협 가중 인자들을 개량하거나 맞추기 위해, 또는 새로운 관심 범주들을 추가하기 위해, 추가적인 경험적 시험이 사용될 수 있다.
방법의 다음 단계는 시스템 출력을 발생시키고/발생시키거나 보고하기 위해 위협 차폐 값들을 사용하는 것을 수반한다. 이러한 과정은 경보 상태 기계(1314)를 이용하여 수행된다. 가장 간단한 형태에서, 이는 당업자에게 공지된 바와 같이, 간단한 임계값 및 지연에 기초하여 경보 상태 기계를 사용하는 형태를 취할 수 있다. 이러한 시스템들에서, 위협 차폐가 지연 기간이 넘게 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우, 통지가 발행된다. 표 1은 6개의 예시적인 위협 또는 방해 소스들에 대한 예시적인 경보 임계값 및 지연을 포함한다.
일부 실시예들에서, 본 분석 방법은 입자 검출 경보를 발행하기 위한 주요 분석으로 사용되지 않기 때문에, 위협 차폐가 임계값 미만으로 감소할 때 경보가 자동으로 제거될 수 있지만, 급격한 변동이 일어나는 동일한 위협에 대한 다수의 경고들을 방지하기 위해, 반복 경고들 사이의 지연을 실시할 수 있다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 상기 입자 검출 분석에 기초하여 후속 행동들이 취해질 수 있도록 출력을 발생시키는 것이 필요할 것이다.
출력들은 다른 시스템 또는 시스템 구성요소에 의해 자동 행동이 취해질 수 있도록 다른 시스템 또는 시스템 구성요소에 직접 만들어질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 출력들은 사용자가 시스템 출력에 기초하여 결정을 내릴 수 있도록, 인간 판독 가능 형태, 예컨대 GUI 또는 다른 사용자 인터페이스의 일부로 만들어질 수 있다. 이들의 예가 이제 주어질 것이다.
바람직한 실시예에서, 선택된 위협 또는 방해 소스의 그래픽 표현을 제공하는 그래픽 사용자 인터페이스가 제공된다.
도 11은 시간의 경과에 따른 총 검출 차폐(1402) 및 시간의 경과에 따른 먼지에 의해 야기된 차폐(1404) 및 시간의 경과에 따른 디젤 연기에 의해 야기된 차폐(1406)를 나타내는 그래프(1400)를 도시한 사용자 인터페이스의 예시적인 부분을 도시한다. 그래프는 또한 먼지 경고 임계값(1408) 및 디젤 배출 경고 임계값(1410)을 도시한다. 이러한 유형의 인터페이스를 사용하면, 총 차폐의 검출된 증가가 디젤 연기의 증가에 의해 야기되고 있지만, 먼지 레벨이 낮다는 것을 사용자가 이해하기가 비교적 쉽다.
알 수 있는 바와 같이, 시간(T0)에, 디젤 입자상 레벨은 임계값(1410)을 초과하고, 미리 결정된 지연 기간의 만료 후의 시간(T1)에, 높은 레벨의 디젤 배출을 통지하기 위해, 경고가 적절한 시스템 사용자에게 발행된다. 경고는 임의의 주지의 유형일 수 있고, 경고 임계값을 초과할 때 임의의 가시 또는 가청 표지일 수 있다. 바람직한 형태들에서, 시스템은 예컨대 문자 메시지, 이메일, 또는 다른 메커니즘을 통해 지정 사용자에게 전자 통신을 전송한다.
사용자는 디젤 배기 소스(예컨대, 디젤 발전기의 시동 또는 모니터링되는 영역에서 작동하는 차량)의 식별과 같은 적절한 행동을 취하기 위해 이 정보를 사용할 수 있고, 적절하거나 필요한 경우, 디젤 배기의 배출을 정지시키기 위한 조치를 취한다. 말하자면 공중 입자들을 분산시키는 배기 팬 시스템의 활성화와 같은 다른 관련 행동들이 취해질 수도 있다.
도 12는 이러한 분석을 수행하기 위해 원격 서버를 사용하는 하나의 예시적인 시스템을 도시하는 시스템도이다. 본 실시예에서, 입자 유형에 관한 정보를 추출하기 위해 필요한 분석을 수행하기 위한 소프트웨어는 외부 데이터 처리 시스템, 예컨대 원격 서버(1202) 등에서 실행될 수 있다. 실질적으로 도 10과 관련하여 설명된 바와 같은 방법을 이용하여, 서버 시스템(1202)은 그 중에서도 입자 검출 시스템에 의해 수신되는 산란광을 나타내는 산란 데이터를 수신하며, 입자 검출 시스템에 의해 하나 이상의 소스로부터 검출되는 입자들의 레벨을 나타내는 출력을 발생시킨다. 서버(1202)는 네트워크(1206)를 통해 복수의 검출 시스템들(100.1~100.n)에 연결될 수 있다. 이러한 시스템들은 도 1에 도시된 유형일 수 있으며, 전술한 방식으로 입자들의 샘플들을 분석하기 위한 각각의 검출 챔버(150.1~150.n)를 포함할 수 있다. 시스템(100)의 검출기(102)는 임의의 유형의 네트워크(1206), 예컨대 유선 또는 무선 네트워크 또는 이들의 조합을 통해 분석 서버(1202)에 연결된다. 연결은 인터넷 또는 사설망 및/또는 공용망의 임의의 조합을 통해 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 연결은 TCP 연결이다.
이러한 연결을 사용하여, 검출 시스템(1206.1)은 도 11과 관련하여 논의된 미가공 챔버 데이터(1300)를 서버(1206)에 제공한다. 다음으로, 서버는 출력 데이트(1318)를 발생시키며, 네트워크를 통해 결정된 목적지로 이를 전송한다. 예컨대, 표시될 출력은 대응하는 입자 검출 시스템(1202.1)과 연관된 제어 시스템으로 전송될 수 있다. 제어 시스템(1304)은 바람직하게는 제어 시스템이 권한(commission)을 구성하고/구성하거나 검출 시스템(1202.1)(또는 이러한 시스템들의 네트워크)을 유지할 수 있도록 구성되는 소프트웨어를 실행하는 컴퓨팅 시스템이다. 예컨대, 원격 제어 시스템은 Xtralis의 "VSC" 시스템 관리 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터 시스템일 수 있다. 제어 시스템(1204)은 제어 시스템이 사용자에게 분석 출력을 전달하는 사용자 인터페이스를 생성할 수 있도록 서버(1206)로부터 출력을 수신한다. 바람직한 형태에서, 제어 시스템(1204)은 도 11과 관련하여 설명된 바와 같은 요소를 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스를 생성한다.
유리하게는, 기저의 입자 검출 시스템으로부터 분석 서버(1202) 및 제어 시스템(1204)에 의해 본 실시예에서 수행되는 연기 분석 및 보고를 분리하는 시스템 구조는, 분석 및 통지 시스템이 보통의 검출 경보들 및 사전-경보들과 실질적으로 무관하게 작동할 수 있게 한다. 이런 방식으로, 보호되는 현장에 설치된 기저의 검출 시스템의 표준-승인이 최소한으로 영향을 받고(또는 전혀 영향을 받지 않고), 검출기의 임의의 주요 기능에 영향을 미칠 위험이 최소화된다. 게다가, 이는, 각각의 검출기에 최신 소프트웨어 또는 분석 알고리즘을 강요할 필요 없이, 다수의 검출기들에 의해 사용하기 위한 새로운 또는 개선된 분석 알고리즘을 업로드하는 능력을 촉진한다.
이해되는 바와 같이, 전술한 분석 기능을 구현하는 데이터 처리 시스템의 일부 또는 전부가 (다른 기능과의 상호작용을 최소화하도록) 주요 검출 제어 시스템에 의해 또는 전용 하드웨어 상에서 검출기(1202.1) 내에 수행될 수 있다. 대안적으로, 분석 기능을 수행하는 데이터 처리 시스템은 검출기에 적합한 별도의 하드웨어 모듈에 의해 제공될 수 있다. 이는 유리하게는 적절한 입자 검출 시스템과 부적절한 데이터 처리 시스템을 보유하는 사전 설치 시스템에 기능이 재장착될 수 있게 한다.
추가적인 실시예에서, 분석 서버(1202)의 기능을 제공하는 데이터 처리 시스템은 제어 시스템(1204)과 결합될 수 있다. 이러한 예에서, 현장에서 또는 다수의 현장들에 걸쳐서 복수의 검출기들을 제어하는 중앙 모니터링 시설은 복수의 연결된 입자 검출 시스템들에 대해 입자 유형 및 위협 분석을 수행할 수 있다. 이는 유리하게는 검출된 화재 또는 다른 이벤트들에 대한 협조 반응을 가능하게 한다.
앞서 주목한 바와 같이, 입자 검출기 및 방법의 일부 실시예들에서, 빔(152)은, 빔 내의 웨이스트의 집속 영상이 신뢰할 만하게 캡처될 수 있도록, 촬영 시스템(240)의 광학 시스템(242)의 초점과 정렬되도록 의도된 웨이스트(204)에 수렴된다. 그러므로, 이 초점 위치에 대해 빔을 정확하게 위치시키고 정렬시키는 것이 필요하다. 도 13은 이러한 목적을 위해 또는 더 일반적으로 광학 시스템에서 빔을 조향하기 위해 사용될 수 있는 빔 장착 및 조향 메커니즘(1000)을 도시한다. 도 13은 입자 검출기(102)의 방사선원(154)의 장착 장치(1000)의 단면도를 도시한다. 이 경우 회로 보드 기판(1002)에 장착되는 레이저 다이오드(252)인 방사선원(154)으로 시작한다. 회로 보드 기판(1002)은 장착판(1004)에 장착되며, 함께 방사선원에 기계적 지지를 제공하는 캐리어 역할을 한다. 장착판은 또한 열이 레이저 다이오드(252)로부터 소산되게 하는 (바람직하게는 알루미늄 또는 다른 금속) 구조를 제공한다. 장착판(1004)은, 빔(152)이 장착판(1004)을 통해 전파될 수 있도록 레이저 다이오드(252)와 정렬되어 형성되는 개구(1006)를 구비한다. 빔(152)을 집속하는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 광학 시스템(254)이 장착판(1004)에 또한 장착된다. 장착판(1004)은, 검출 챔버(150)의 하우징(1010) 또는 섀시(1010)와 연결되거나 일체로 형성되는 지지 구조(1008)에 연결된다. 지지 구조(1008)는 또한 빔(152)이 지지 구조(1008)를 지나 전파될 수 있도록 형성되는 구멍 또는 절개부(1012)를 구비한다. 장착판(1004)은 각각 나사들(118~120)에 의해 지지 구조(1008)에 유지되는 지지 기둥들(1014~1016)의 형태인 하나의 또는 바람직하게는 복수의 부재들을 통해 지지 구조(1008)에 장착된다. 지지 기둥들 중 적어도 하나(1014 또는 1016)는, 지지 기둥과 연관되며 이를 가열하기 위해 배치되는 히터를 구비한다. 이 예에서, 기둥들은 중공이며, 내부에 형성되는 공극(1022, 1024)을 갖는다. 공극들(1022, 1024)은 저항기(1026, 1028)의 형태인 히터를 수용하되, 저항기는 PCB(1002)에 전기적으로 연결되며, 지지 부재(1004)를 통해 그 안으로 돌출된다. 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 히터(1026 또는 1028)를 활성화함으로써, 기둥들(1014 또는 1016)의 열팽창이 빔을 조향하는 데에 사용될 수 있도록, 지지 기둥들은 플라스틱 또는 나일론 재료(또는 열의 적용에 의해 변형될 수 있는, 예컨대 팽창될 수 있는 다른 재료)로 이루어진다. 이해될 수 있는 바와 같이, 2개의 기둥들(1014 또는 1016)을 차등 가열함으로써, 빔의 초점이 광학 시스템(242)의 초점과 실질적으로 일치하도록 빔을 조향할 수 있다.
빔(152)의 초점 위치의 전후 이동은, 장착판(1014)이 광학 시스템(224)의 초점 위치로부터 멀리 밀려서 빔(152)의 초점을 이동시키도록 모든 지지 기둥들(1014, 1016)을 가열함으로써, 추가로 달성될 수 있다. 빔 조향 메커니즘(1000)에 대한 피드백은 빔이 챔버 내의 관심 영역을 횡단한 후에 수신 방사선 레벨을 측정함으로써 수행된다.
방사선원(252)의 방사선 출력 레벨은, 예컨대 방사선원(154) 자체에 내장된 포토다이오드에 의해 장착 장치의 방사선원(154) 단부에서 국부적으로 모니터링될 수 있다. 챔버의 타 단에서의 수신 방사선 레벨은 방사선 센서(224)의 사용에 의해 모니터링된다. 방사선 센서(224)에 도달하는 방사선의 레벨은 빔의 정렬 각도에 따라 변화될 것이므로, 빔(152)의 정렬의 정확도를 판단하는 데에 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 방사선 센서(224)를 포화시킬 가능성이 높으므로, 빔은 방사선 센서(224) 상에 직접 비춰지지 않는다. 이를 방지하기 위해, 빔(152)은 먼저 반사체(222) 상으로 지향된다. 반사체(222)는 입사 방사선의 상당부를 흡수하며, 나머지 방사선을 센서(224) 상으로 반사하므로, 센서는 포화 없이 빔 정렬을 나타낼 수 있다. 바람직한 형태에서, 반사체(222)는 약 1%의 입사 방사선을 반사하며 나머지를 흡수하는 광택성 흑색 재료로 이루어진다.
이해되는 바와 같이, 히터들(1026, 1028)의 활성화를 제어함으로써, 빔(152) 위치는 방사선 센서(224)에서 일정한 방사선 레벨을 유지하도록 제어되어, 빔의 초점 위치(204)의 위치를 제어할 수 있다.
일부 실시예들에서, 특정한 빔 변조 기법이 방사선 에미터(252)의 수명을 최대화하기 위해 사용될 수 있고, 이는 UV 또는 V 방사선 에미터가 사용될 때 특히 유용할 수 있다. 일 형태에서, 에미터는 미리 결정된 작동 수명을 기대할 수 있도록 에미터(252)의 듀티 사이클을 설정하기 위해 미리 결정된 패턴으로 온/오프 변조될 수 있다. 낮은 듀티 사이클을 나타내는 규칙적이며 균등한 온-오프 변조를 적용하는 대신, 본 발명자는, 에미터 수명을 연장하며 특히 작은 입자들에 대해 용인 가능한 검출 성능을 제공하는 특정한 변조 패턴이 선택될 수 있다고 판단하였다.
이와 관련하여, 일부 실시예들은 제1 지속기간의 제1 개수의 제1 펄스들을 구비한 변조 스킴을 사용한다. 제1 펄스들은 비교적 높은 전력 레벨에 있다. 변조 패턴은 또한 제2 지속기간의 제2 개수의 제2 펄스들을 포함한다. 제2 펄스들은 더 낮은 제2 전력 레벨에 있다. 일 구현예에서, 더 빈번한 저전력 펄스보다 더 적은 고전력 펄스들이 만들어지도록, 제1 개수의 펄스들은 제2 개수의 펄스들보다 더 작다. 제1 및 제2 펄스들은 서로 점재될 수 있거나, 동일한 유형의 다수의 펄스들의 블록들로 집단화 배치될 수 있다.
아래의 표는 이러한 변조 스킴의 일례를 제공한다.
이러한 스킴은 3%의 총 듀티 사이클을 제공한다.
유리하게는, 제1 기간의 고전력 펄스들은 저농도의 작은 입자들의 검출을 가능하게 하기에 충분한 방사선을 제공하고, 이는 초기 단계에 소정의 유형의 화재를 검출하는 데에 중요할 수 있다. 제2 펄스들은 여전히 더 큰 입자들의 검출을 가능하게 하기에 충분한 방사선을 제공한다.
다른 실시예들에서, 변조 스킴은 제1 지속기간의 제1 개수의 제1 펄스들을 사용할 수 있다. 제1 펄스들은 비교적 높은 전력 레벨에 있다. 변조 패턴은 또한 제2 지속기간의 제2 개수의 제2 펄스들을 포함한다. 제2 펄스들은 더 낮은 제2 전력 레벨에 있다. 변조 패턴은 또한 제3 지속기간의 제3 개수의 제3 펄스들을 포함한다. 제3 펄스들은 한층 더 낮은 제3 전력 레벨에 있다. 감소된 전력 펄스들은, 광 에미터에 대한 구동을 낮추거나, 펄스 지속기간 내에 더 높은 주파수에서 에미터를 스위치-온/오프함으로써(펄스폭 변조), 또는 이 둘의 조합에 의해 달성될 수 있다.
가장 바람직한 형태에서, 고전력 펄스들은 저전력 펄스들에 비해 개수 및 전체 지속기간이 더 적다. 제1, 제2, 및 후속 펄스들은 서로 점재되거나, 동일한 유형의 다수의 펄스들의 블록들로 집단화 배치될 수 있다.
아래의 표는 이러한 변조 스킴의 일례를 제공한다.
이러한 스킴은 3.5%의 총 듀티 사이클을 제공한다. 유리하게는, 제1 기간의 고전력 펄스들은 저농도의 작은 입자들의 검출을 가능하게 하기에 충분한 광을 제공하고, 이는 초기 단계에 소정의 유형의 화재를 검출하는 데에 중요할 수 있다. 제2 펄스들은 전자 광 센서의 포화를 야기함 없이 크기가 더 큰 입자들의 검출을 가능하게 하기에 충분한 광 강도를 제공하는 한편, 이들의 연장된 지속기간은 또한 일반적으로 더 작은 입자들보다 덜 빈번하게 존재하는 더 큰 입자들의 검출 확률을 개선한다. 후속 저전력 펄스들은 한층 더 큰 입자들의 검출을 가능하게 하며, 덜 빈번하게 일어난다.
이해되는 바와 같이, 이러한 변조 패턴은 입자 검출 감도와 에미터 수명 사이의 선택된 균형을 획득하기 위해 본원에 설명된 것 이외의 레벨들로 변경될 수 있다.
또 다른 양태에서, 열의 적용에 의해 분석되는 샘플 유동 내에 연행되는 입자들의 적어도 하나의 광산란 특성을 변경하는 입자 검출기를 제공한다. 일 실시예에서, 입자 검출기는 샘플 유동을 가열하도록 구성되는 가열 소자를 유로 내에 포함한다.
일부 실시예들에서, 가열은 입자들에 의해 흡착 또는 흡수되거나 입자들에 달리 결합되는 물을 제거하기에 충분한 속도로 수행되어, 분석 전에 입자들의 광학 특성들을 변경할 수 있다.
다른 실시예들에서, 가열은 비연소 입자들을 연소시키기에 충분한 속도로 수행되어, 분석 전에 입자들의 광학 특성들을 변경할 수 있다.
가열 소자는 바람직하게는 전원에 연결되는 저항 소자이다. 가장 바람직하게는, 가열 소자는 샘플 유동의 선택적 가열을 가능하게 하기 위해 선택적으로 활성화될 수 있다. 가열 소자의 활성화는 연속적으로, 간헐적으로, 또는 미리 결정된 입자 검출 이벤트에 응하여 수행될 수 있다. 미리 결정된 입자 검출 이벤트는 앞서 논의된 바와 같이 미리 결정된 입자 크기 분포를 갖거나 미리 결정된 레벨에 있는 입자들의 검출일 수 있다.
또 다른 양태에서, 입자 검출 시스템의 방법에 있어서, (a) 모니터링되는 영역으로부터 샘플 유동을 수신하는 단계; (b) 샘플 유동 내에 연행되는 적어도 몇몇 입자들의 광학 특성들을 변경하기 위해 샘플 유동을 가열하는 단계; (c) 입자들을 검출하기 위해 샘플 유동을 분석하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
단계(b)는 주기적 또는 랜덤 방식으로 간헐적으로 수행될 수 있다.
단계(b)는 미리 결정된 이벤트의 발생에 응하여 수행될 수 있다. 따라서, 방법은, 미리 결정된 이벤트의 발생을 판단하여 단계(b)를 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
미리 결정된 이벤트는: 미리 결정된 크기 분포를 갖는 입자들의 검출; 미리 결정된 농도에서의 입자들의 검출; 미리 결정된 지속기간 동안의 입자들의 검출 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다.
방법은: (d) 샘플 유동의 가열을 중단하는 단계; (e) 샘플 유동을 분석하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
방법은 샘플 유동 내에 연행되는 입자들의 특성을 판단하기 위해 단계(c)와 단계(e)의 분석의 결과를 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 특성은: 입자들의 입자 크기 분포; 입자들의 유형; 입자들의 방출의 원인 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 14는 도 2a 및 도 2b와 실질적으로 동일한 검출 챔버(150)의 개략도를 도시한다. 그러나, 본 실시예에서, 샘플 유입구(144)는 히터 소자(1100)를 포함한다. 히터 소자(1100)는 저항 히터이며, 샘플 유동이 검출 챔버(150)를 향해 유입구(144)를 따라 이동할 때 샘플 유동에 노출된다. 히터 소자(144)는 필요 시 샘플 유동을 가열하기 위해 시스템 제어기에 의해 선택적으로 활성화될 수 있다. 사용 중, 히터는 샘플 유동 내에 연행되는 입자들의 유형의 판단을 돕기 위해 활성화된다.
도 15는 다양한 입자 크기 빈들 내에서 검출되는 입자들의 개수를 나타내는 입자 크기 분포 막대그래프를 도시한다. 막대그래프는 2개의 크기 분포들을 나타내되, 백색 분포(1200)는 히터(1100)의 활성화 없이 검출되는 입자 크기 분포를 도시하며, 음영 분포(1202)는 히터(1100)의 활성화와 함께 검출되는 입자 크기 분포를 도시한다. 히터가 비활성일 때(백색 분포), 막대그래프는 다수의 큰 크기의 입자들을 갖는다. 이는 다음과 같은 여러 조건들을 나타낼 수 있다:
1. 검출되는 입자들은, 검출되는 바와 같이 특징적인 입자 크기 분포를 생성하는, 소정의 물질 또는 물질의 연소에 의해 야기된다.
2. 2개의 입자 유형들의 혼합 또는 입자들의 원인이 존재한다는 것을 나타내는 입자 크기들의 2모드(bi-modal) 분포가 검출되었다.
3. 검출되는 몇몇 입자들은 물이 결합되어 있어서, 추가된 물 때문에 크기가 과대평가되었다.
4. 샘플 유동은 샘플 유동 내에 큰 비연소 입자들을 포함한다.
히터가 활성화될 때, 크기 분포가 말하자면 음영 입자 크기 분포를 갖도록 변경되는 경우, 이는 3번째 또는 4번째 조건이 입자 크기 분포를 야기하고 있음을 암시한다. 예컨대, 제1 레벨로 샘플 유동을 가열하는 것은 입자들로부터 물을 제거할 것이며, 입자들은 정상(즉, 탈수) 크기로 검출된다. 이는 작은 입자들의 개수가 증가하게 하며 큰 입자 합계가 감소하게 할 수 있고, 그에 따라 상당수의 비교적 큰 입자들의 검출의 원인을 나타낸다. 이러한 실시예는 물방울이 흔한 습한 환경에서 특히 유용할 수 있다.
다른 한편으로, 샘플 유동을 높은 온도(즉, 몇몇 비연소 입자들이 연소되는 레벨)로 가열하는 경우, 검출되는 작은 입자들의 개수가 상승할 수 있다. 이는 샘플 유동이 연소 과정에서 분해되는 큰 비연소 입자들을 포함한다는 것을 나타낸다. 이러한 변화는 검출되는 입자들의 속성 또는 입자들을 야기한 이벤트에 관한 중요한 징후를 제공할 수 있다.
연기 검출 시나리오에서, 연기를 야기하는 화재가 시간의 경과에 따라 전개되고 입자 크기 분포가 시간의 경과에 따라 변화될 수도 있다. 히터를 활성화 및 비활성화하거나 히터를 상이한 가열 레벨로 설정하는 과정을 반복함으로써, 입자 크기 분포의 전개를 더 신뢰할 만하게 검출할 수 있다.
본 명세서에 개시되고 정의된 발명은 본문 또는 도면에 언급되거나 이로부터 명확해지는 개별 특징들 중 2개 이상의 특징들의 모든 대안적인 조합들로 확대됨은 물론이다. 모든 이러한 상이한 조합들은 본 발명의 다양한 대안적인 양태들을 구성한다.
Claims (60)
- 공기 샘플 내에 연행되는(entrained) 공중 입자들의 존재를 검출하도록 구성되는 입자 검출기로서,
분석용 공기 샘플을 포함하는 샘플 유동을 수용하기 위한 검출 챔버;
주지의 편광 특성들을 갖는 방사선의 빔을 방출하도록 구성되는 방사선원으로, 상기 빔은 상기 챔버의 적어도 일부에 걸쳐 전파되며 관심 영역에서 상기 샘플 유동을 횡단하도록 배치되는, 방사선원;
상기 샘플 유동 내에 연행되는 입자들과의 상호작용에 의해 상기 빔으로부터 산란되는 방사선을 수신하고, 수신 방사선을 나타내는 적어도 하나의 출력 신호를 발생시키도록 구성되는, 배치된 방사선 수신기들로서, 상기 배치된 방사선 수신기들은 관심 영역 및 상기 빔에 대해 배치된 복수의 수신기들을 포함하여, 상기 배치된 방사선 수신기들이 상기 빔의 전파 방향 및 주지의 편광에 대해 복수의 산란각들 및 복수의 편광각들로 방사선을 수신하도록 구성되는, 상기 배치된 방사선 수신기들;
복수의 픽셀들을 갖고, 상기 빔 밖으로 산란되는 방사선을 수신함으로써 상기 관심 영역의 영상들을 캡처하도록 구성되는, 영상 센서; 및
상기 샘플 유동 내에 연행되는 공중 입자들의 존재를 판단하기 위해 캡처된 영상들에 포함되는 산란 방사선에 기초하여 상기 관심 영역에서 상기 빔과 상호작용하는 상기 샘플 유동 내에 연행되는 공중 입자들의 존재를 판단하기 위해 상기 영상들을 분석하고, 상기 수신 방사선을 나타내는 상기 방사선 수신기로부터의 상기 적어도 하나의 출력 신호를 분석하도록 구성되는, 제어기를 포함하는, 입자 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 배치된 방사선 수신기들은 각각의 산란각으로 방사선을 수신하도록 각각 구성되는 복수의 방사선 수신 센서들을 포함하는, 입자 검출기. - 제2항에 있어서,
각각의 방사선 수신 센서는 상기 빔의 편광각에 대한 주지의 편광각으로 방사선을 수신하도록 배치되는, 입자 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 배치된 방사선 수신기들은 상기 빔에 대한 제1 편광각으로 방사선을 수신하도록 구성되는 복수의 제1 방사선 수신 센서들을 포함하고, 상기 복수의 제1 방사선 수신 센서들은 각각의 산란각으로 수신하도록 각각 배치되는, 입자 검출기. - 제4항에 있어서,
상기 배치된 방사선 수신기들은 상기 제1 편광각과 상이한, 상기 빔에 대한 제2 편광각에서 방사선을 수신하도록 구성되는 복수의 제2 방사선 수신 센서들을 더 포함하고, 상기 복수의 제2 방사선 수신 센서들은 각각의 산란각으로 방사선을 수신하도록 각각 배치되는, 입자 검출기. - 제5항에 있어서,
상기 복수의 제1 및 제2 방사선 수신 센서들은, 각각의 상기 복수의 제1 및 제2 방사선 수신 센서들 중 적어도 하나의 센서가 각각의 동일한 산란각으로 방사선을 수신하도록 배치되도록, 배치되는, 입자 검출기. - 제2항에 있어서,
상기 검출기는 상기 센서들의 적어도 부분집합으로부터의 출력 신호들을 시간적으로 상호관련시키도록 구성되는, 입자 검출기. - 제7항에 있어서,
상기 시간적으로 상호관련된 출력 신호들은 상기 빔과 관심 입자 사이의 상호작용을 식별하는 데에 사용되는, 입자 검출기. - 제7항에 있어서,
상기 시간적으로 상호관련된 출력 신호들은 입자 특성을 판단하는 데에 사용되는, 입자 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 방사선원은, 임의의 입자들이 샘플 유동 내에 연행됨 없이, 상기 빔의 영상이 상기 영상 센서에 의해 캡처될 수 있기에 충분한 정도로, 상기 검출 챔버 내의 공기로부터 산란되기에 충분히 짧은 파장을 갖는 방사선의 빔을 방출하는, 입자 검출기. - 제10항에 있어서,
상기 빔은 전자기 스펙트럼의 V 또는 UV 영역에 있는, 입자 검출기. - 제10항에 있어서,
상기 제어기는 캡처 영상들에 배경 취소를 수행하도록 구성되는, 입자 검출기. - 제12항에 있어서,
상기 배경 취소는 상기 빔을 포함하지 않는 상기 영상의 적어도 하나의 영역으로부터 판단된 대표적인 수신 배경 방사선 레벨에 기초하여 상기 빔을 포함하는 상기 영상의 분석 영역 내의 수신 방사선 레벨들을 교정하는 것을 수반하는, 입자 검출기. - 제13항에 있어서,
상기 배경 취소는 대응하는 불연속으로 한정된 배경 취소 영역들을 이용하여 상기 분석 영역을 따라 불연속 방식으로 수행되는, 입자 검출기. - 제13항에 있어서,
상기 제어기는 상기 분석 영역의 영상 내의 수신 방사선 강도의 최고점을 식별함으로써 입자의 존재를 판단하기 위해 영상들을 분석하도록 구성되는, 입자 검출기. - 제15항에 있어서,
상기 최고점이 임계 레벨을 초과하는 경우, 입자는 상기 빔과 상호작용한 것으로 판단되어 검출될 수 있는, 입자 검출기. - 제16항에 있어서,
상기 임계 레벨은: 최대 수신 강도; 또는 상기 최고점에서의 총 수신 에너지와 같은 상기 최고점의 특성들 중 임의의 하나를 나타내는, 입자 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 검출기는 방사선의 단일 빔을 방출하는 방사선원 및 검출 챔버를 포함하고, 상기 배치된 방사선 수신기들 및 상기 영상 센서는 공통 관심 영역으로부터 방사선을 수신하도록 배치되는, 입자 검출기. - 제18항에 있어서,
상기 제어기는 상기 영상 센서 및 상기 배치된 방사선 수신기들의 출력을 상호관련시키는, 입자 검출기. - 분석용 공기 샘플을 포함하는 샘플 유동을 수용하기 위한 검출 챔버;
방사선의 빔을 방출하도록 구성되는 방사선원으로, 상기 빔은 상기 챔버의 적어도 일부에 걸쳐 전파되며 관심 영역에서 상기 샘플 유동을 횡단하도록 배치되는, 방사선원;
상기 샘플 유동 내에 연행되는 입자들과의 상호작용에 의해 상기 빔으로부터 산란되는 방사선을 수신하며, 수신 방사선을 나타내는 적어도 하나의 출력 신호를 발생시키도록 구성되는, 배치된 방사선 수신기들로서, 상기 배치된 방사선 수신기들은 영상 센서 및 적어도 하나의 다른 방사선 수신기를 포함하고, 상기 영상 센서는 복수의 픽셀들을 갖고, 상기 빔 밖으로 산란되는 방사선을 수신함으로써 상기 관심 영역의 영상들을 캡처하도록 구성되는, 상기 배치된 방사선 수신기들;
상기 샘플 유동 내에 연행되는 공중 입자들의 존재를 판단하기 위해 상기 수신 방사선을 나타내는 적어도 하나의 출력 신호를 분석하도록 구성되는 제어기를 포함하는, 입자 검출기. - 제20항에 있어서,
상기 배치된 방사선 수신기들은 상기 빔의 전파 방향 및 주지의 편광에 대해 복수의 산란각들 및 복수의 편광각들로 방사선을 수신하도록 구성되는, 입자 검출기. - 제21항에 있어서,
상기 배치된 방사선 수신기들은 각각의 산란각으로 방사선을 수신하도록 각각 구성되는 복수의 방사선 수신 센서들을 포함하는, 입자 검출기. - 제20항에 있어서,
상기 방사선원은 상기 빔을 집속하는 광학 시스템을 포함하는, 입자 검출기. - 제20항에 있어서,
상기 빔은 상기 관심 영역을 향해 수렴되도록 집속되는, 입자 검출기. - 제20항에 있어서,
샘플 유속; 빔 단면; 빔 형상; 또는 방사선 감지 시스템을 포함하는 센서들에 대한 빔 정렬 중 하나 이상이 선택되거나 제어되고, 그에 따라 상기 샘플 유동 내의 미리 결정된 농도의 입자들에 대해, 평균적으로, 상기 방사선 감지 시스템의 센서에 의해 직접 수신될 수 있는 방식으로 방사선을 산란시키는 상기 빔과 상기 샘플 내에 연행되는 입자들 사이의 상호작용은 시간에 있어서 중복되지 않는, 입자 검출기. - 제20항에 있어서,
상기 검출기는, 검출되는 각각의 관심 입자에 대해, 입자 크기 또는 총 밝기를 판단하도록 구성되는, 입자 검출기. - 제20항에 있어서,
상기 입자 검출기는 연기 검출기인, 입자 검출기. - 삭제
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