KR102406782B1 - 유동 및 버블 검출 시스템을 가지는 자동 전력 제어 액체 입자 계수기 - Google Patents

유동 및 버블 검출 시스템을 가지는 자동 전력 제어 액체 입자 계수기 Download PDF

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매트 소프만
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Abstract

본 발명은 일례로 전자기 방사 및 가열로 유발되는 손상을 방지함으로써 일반적으로 광학 액체 입자 계수기들에서 데이터 품질 및 광학 입차 계수기의 제어를 향상하여 보다 긴 수명을 달성하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 시스템 및 방법은 플로우셀을 통해 흐르는 유체를 특징화하는 센서들을 포함하여, 오감지 수를 감소시키고 정확도를 향상시킨다.

Description

유동 및 버블 검출 시스템을 가지는 자동 전력 제어 액체 입자 계수기{AUTOMATIC POWER CONTROL LIQUID PARTICLE COUNTER WITH FLOW AND BUBBLE DETECTION SYSTEMS}
본 발명은 2016년 5월 20일 출원된, 미국 가출원(US Provisional Application) 제 62/339694호에 대한 우선권의 이점을 주장하며, 이들 모두는 본 명세서의 개시 내용과 모순되지 않은 정도까지 그 전체가 본 명세서의 참고문헌으로 인용될 수 있다.
본 발명은 광학 액상 입자 분석기 분야에 대한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명은 일반적으로 과열로 인한 손상으로부터 레이저, 광검출기 또는 광학 렌즈 부품과 같은 광학 부품들을 보호하고 데이터 품질을 향상시키는 시스템 및 방법에 대한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명은 또한 일반적으로 입자 분석기 내에 버블이 있는 기간 동안 및/또는 유체가 흐르지 않거나 적합한 속도로 흐르지 않는 기간 동안에 광원 세기 및 데이터 획득을 조절하는 방법 및 시스템에 대한 것이다.
미세 오염 산업과 청정(clean) 제조 산업의 많은 부분은 광학 입자 계수기(optical particle counters)의 사용과 관련되어 있고, 이러한 것들은, 미국특허 3851169호, 4348111호, 4957363호, 5085500호, 5121988호, 5467188호, 5642193호, 5864399호, 5920388호, 5946092호 및 7053783호를 포함한 다수의 미국 특허에서 기재되어있다. 입자 계수기는 또한, 그 전체가 참고문헌으로 인용된, 미국 특허 4728190호, 5282151호, 6859277호 및 7030980호에 기재되어 있다.
광학 액체 입자 센서 및 계수기는 반도체, 약학 및 미세전자 산업을 포함하는 다양한 산업분야에 활용된다. 일부 산업적 배경에서, 광학 액체 입자 센서 및 계수기는 일례로 미립자 오염물과 관련된 엄격한 규제 요건에 해당되는 의약품 생산과 같은 작업에서 활용되는 순수 액체 및 조성물을 지속적으로 모니터링하기 위한 중요한 도구가 된다. 기타 다른 산업적 환경에서, 광학 액체 입자 센서 및 계수기는 품질 제어 분석을 제공하는 중요한 도구가 된다. 특히 유체가 불필요한 입자로 오염된 경우 신속히 확인하여 프로세스를 초기 단계에 중지할 수 있고, 이에 따라 불량품 제조로 인한 낭비를 방지한다. 예를 들어, 반도체 및 기타 클린룸 환경 또는 살균 및 청정 생산이 요구되는 산업들 (예: 의약산업)에서, 최종 생산품을 제조하는데 활용되는 액체 물질들은 적합한 순도를 보장하고 유체 내 부유하는 불필요한 임의의 입자들이 허용 오차 범위 내에 있는지가 지속적으로 모니터된다.
현대적 액체 입자 계수기의 과제는 유동 챔버 내의 유속 변화 또는 버블로 유발되는 검출이기 어레이 또는 광원과 같은 액체 입자 계수기의 내부 구성요소들에 가해지는 손상이고, 특히 보다 소형 입자를 검출하기 위한 고전력 광원을 활용하는 시스템에서 발생한다. 예를 들어, 대상 입자들 보다 크기가 큰 버블들이 유동 챔버를 통과할 때 입자 계수기의 수집 및 검출 시스템에 과부하 및 손상을 줄 수 있는 많은 양의 전자기 방사선을 분산시킨다. 또한, 입자 계수기의 유동 챔버를 통과하는 액체의 유속이 너무 낮거나 멈춰지면, 광원은 유동 챔버를 향하는 입자 또는 광학 시스템에 강한 방사선을 산란시키는 액체를 가열할 수 있고, 수집 및 검출 시스템을 손상 및/또는 광원 자체를 과열 및 손상하게 된다.
액상 입자 계수기를 통한 유속 및 버블은 또한 데이터 무결성 문제를 유발한다. 예를 들어, 현재 사용되는 광학 액상 입자 계수기들은 버블 및 고체입자 두 가지 모두 전자기 방사선을 은폐, 산란 또는 발산하므로 두 가지를 구별할 수 없다. 따라서, 거품이 액상 입자 계수기의 유동 챔버를 통과하는 경우 고체 입자로 잘못 계수하게 되어, 분석되는 시스템의 오염 결과를 인위적으로 상승시킨다. 또한, 액상 입자 계수기는 특정 유속 또는 유속 범위에 범위가 보정되어 있다. 시스템 통과 중의 증가 또는 감소하는 유속 변화는 입자가 유동 챔버를 통과하는 동안 전자기 방사선을 흐리게 하거나, 산란하거나 발산하는 방식을 바꾼다. 따라서, 최적화되지 않거나 비정상적인 유속은 입자 계수기가 입자의 크기를 오산하거나 오인하는 것과 같이 입자 특성화 오류를 유발한다.
전술한 바와 같이 해당 분야에는 유동 챔버 내의 유동 문제 또는 버블로 인한 내부 구성요소에 일어나는 손상을 감소 또는 제거하는 개선된 액체 입자 계수기에 대한 필요성이 있다. 나아가, 버블에 의해 유발되는 오감지 및 유속 변화로 유발되는 특성화오류 를 파악하는 개선된 정확도 및 신뢰도를 갖는 액체 입자 계수기에 대한 필요성이 있다.
도1은 통합된 자동 전력 제어 (APC, Automatic Power Control) 유체 모니터링 시스템 및 액체 입자 계수기의 개략도를 제공한다.
도2는 정상 (차단없이) 작동 중인 통합된 인터럽터-기반 유체 모니터링 시스템 및 액체 입자 계수기의 개략도를 제공한다.
도3은 인터럽터가 연결된 통합된 인터럽터-기반 유체 모니터링 시스템 및 액체 입자 계수기의 개략도를 제공한다.
도4는 버블 발생을 감소시키는 액체 조절기를 갖는 통합된 인터럽터-기반 유체 모니터링 시스템 및 액체 입자 계수기의 개략도를 제공한다.
도5는 액체 조절기의 예시를 도시한다.
도6는 광원으로부터 90도의 각도에서 산란된 광을 수집하도록 구성된 액체 입자 계수기의 평면도를 도시한다.
본 발명은 일례로 전자기 방사 및 가열로 유발되는 손상을 방지함으로써 일반적으로 광학 액체 입자 계수기들에서 데이터 품질 및 광학 입차 계수기의 제어를 향상하여 보다 긴 수명을 달성하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 시스템 및 방법은 흐름 셀을 통해 흐르는 유체를 특징화하는 센서들을 포함하여, 오감지 수치를 감소시키고 정확도를 향상시킨다. 상기 시스템 및 방법은 입자 계수기의 구성요소들에 손상을 줄 수 있는 조건들을 검출하고, 입자 계수기의 플로우셀 또는 검출 시스템에 진입하는 전자기 방사선의 양을 감소 또는 제거하여 시스템에 대한 잠재적 손상을 방지 또는 최소화 한다. 추가적으로 본원에 따르면 액체 입자 계수기의 유동 챔버에 진입하기 전에 버블의 수량 및 크기를 감소시키기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 상기 시스템 및 방법은 다기능적이고 검출 영역의 상류 또는 하류에 배치된 센서들을 포함하는 버블 또는 유속을 검출하는 다양한 센서들과 함께 사용될 수 있다. 실시예들에 있어서, 유속의 변화 또는 버블의 유무를 검출하면 광학 입자 계수기는 광원에 제공되는 전력 세기를 변경한다. 일 실시예에서, 입자 계수기는 일례로 유동 챔버로 진입하거나 수집 또는 검출 시스템에 도달하는 것으로부터 전자기 방사선을 반사, 굴절, 확산 또는 차단함으로써 유동 챔버로 공급되는 전자기 에너지양을 감소시킨다. 실시예들에서, 유속 변화 또는 버블의 기간 동안 기록된 데이터는 플래그가 지정 되거나, 무시되거나 변형된다.
제공되는 시스템 및 방법은 다기능을 갖고 다양한 액체 입자 계수기들에서 실현될 수 있는데, 예를 들면 산란 광학 입자 계수기, 발산 광학 입자 계수기, 은폐 광학 입자 계수기, 및 일차원 또는 이차원 광검출기 어레이를 갖는 입자 계수기가 포함된다. 일 양태에서, (i) a) 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 플로우 챔버; b) 전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원; 및 c) 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템을 포함하는 액체 입자 계수기; (ii) 상기 액체 내의 버블, 상기 액체의 유속 상태, 또는 버블 및 유속 상태 두 가지를 검출하는 상기 유동 챔버와 유체 통신 상태에 있는 유체 모니터링 시스템; 및 (iii) 상기 유체 모니터링 시스템 및 상기 광학 액체 입자 계수기와 작동적 통신상태에 있는 프로세서이되, 여기서 상기 프로세서는 상기 유체 모니터링 시스템으로부터 모니터링 데이터를 수신하고 상기 광원의 전력을 증가 또는 감소하도록 상기 광학 액체 입자 계수기 또는 그 구성요소에 제어 신호를 제공함으로써, 전자기 방사선의 상기 빔이 낮은 전력의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 프로세서;를 포함하는 광학 액체 입자 계수기 시스템이 제공된다. 일부 실시예에서, 예를 들어 저전력은 정상 작동 전력과 관련하여 유동 챔버로 진입하는 전자기 방사선의 유량을 적어도 25%, 적어도 33%, 또는 선택적으로 50% 감소시킨다. 실시예에서, 유속 상태는 유속의 종류 (예: 정상 유속, 저유속, 유속 멈춤 또는 고유속)가 다른 유속 상태로 변하는 것을 의미한다. 실시예에서, 유속 상태는 정상 유속, 저유속 (입자 계수기가 보정 또는 설계되는 유속 대비), 고유속, 정상 유속, 또는 유속 멈춤과 같은 유속의 종류를 의미한다. 일부 실시예에서, 예를 들면 유속 상태는 유속 차이가 액체 입자 계수기의 정상 유속의 25%, 33% 또는50% 이상이다. 유속 상태는 멈춰진 유속 또는 실질적으로 0 인 유속을 또한 의미한다.
일 양태에서, (i) a) 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 플로우 챔버; b) 전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원; 및 c) 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템을 포함하는 액체 입자 계수기; (ii) 상기 액체 내의 버블, 상기 액체의 유속 상태, 또는 버블 및 유속 상태 두 가지를 검출하는 상기 유동 챔버와 유체 통신 상태에 있는 유체 모니터링 시스템; 및 (iii) 상기 유체 모니터링 시스템 및 상기 광학 액체 입자 계수기와 작동적 통신상태에 있는 프로세서이되, 여기서 상기 프로세서는 상기 유체 모니터링 시스템으로부터 모니터링 데이터를 수신하고 상기 광학 액체 입자 계수기 또는 그 구성요소에 제어 신호를 제공함으로써, 상기 유체에서 버블이 검출되지 않은 기간에 광원의 전력을 증가시키거나 상기 유체에서 버블이 검출되면 상기 광원의 전력을 감소시키도록 하는 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 프로세서;를 포함하는 광학 액체 입자 계수기 시스템이 제공된다. 상기 문맥 상에서, "전력 감소"는 광원의 더 낮은 전력 출력을 초래하는 광원의 전력 변화를 의미하고 광원의 전력 출력을 영 (zero)으로 감소시키는 것 (즉, 레이저 끄기)을 포함하지만 이에 한정되지 않고, "전력 증가"는 광원의 더 높은 전력 출력을 초래하는 광원의 전력 변화를 의미하고 광원의 전력 출력을 영 (zero)에서 영이 아닌 범위로 증가시키는 것 (즉, 레이저 켜기)을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
일 양태에서, (i) a) 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 플로우 챔버; b) 전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원; 및 c) 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템을 포함하는 액체 입자 계수기; (ii) 상기 액체 내의 버블, 상기 액체의 유속 상태, 또는 버블 및 유속 상태 두 가지를 검출하는 상기 유동 챔버와 유체 통신 상태에 있는 유체 모니터링 시스템; (iii) 상기 흐름 챔버에 유입되는 상기 광원으로부터 전자기 방사선의 유량 방향전환, 재성형, 또는 감소시킬 수 있는 광학 인터럽터를 연결 또는 분리하기 위한 액추에이터; 및 (iv) 상기 유체 모니터링 시스템 및 상기 액추에이터와 작동적 통신상태에 있는 프로세서이되, 여기서 상기 프로세서는 상기 유체 모니터링 시스템으로부터 모니터링 데이터를 수신하고 상기 광학 인터럽터를 연결 또는 분리하도록 상기 액추에이터에 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 프로세서;를 포함하는 광학 액체 입자 계수기 시스템이 제공된다.
본원에서 "광검출기에 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템"은 유동 챔버를 통해 전송되는 전자기 방사선, 유동 챔버 내에서 입자에 의해 산란되는 전자기 방사선, 및/또는 유동 챔버 내에서 입자에 의해 발산되는 전자기 방사선을 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서가 상기 모니터링 데이터를 분석하고 상기 액체 내 버블의 존재, 상기 액체의 유속 상태, 또는 버블 및 유량 조건 두 가지 모두를 판단하면, 제어 신호가 상기 프로세서에 의해 제공된다. 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 액체 내 버블의 존재를 표시하는 상기 모니터링 데이터가 상기 유동 챔버 내의 액체의 일부에 해당하는 것으로 플래그를 지정하고, 상기 제어 신호는 광원의 전력을 감소시키거나 또는 상기 액체의 상기 부분이 전자기 방사선의 상기 빔을 통해 통과하는 것에 해당되는 때에 상기 광학 인터럽터를 작동시키는 시점에 대한 명령들을 포함한다. 실시예에서, 상기 프로세서 또는 추가적 프로세서가 상기 광검출기로부터 상기 전기 신호를 수신하고, 광원의 전력이 감소된 기간 또는 상기 광학 인터럽터가 연결된 기간 동안 얻어진 전기 신호의 임의의 부분은 상기 입자들의 수량을 판단하는 동안, 예를 들어, 검출된 입자의 수를 결정하는 동안 다른 데이터에 대하여 덜 가중되는 것과 같이, 제외 혹은 축소된다. 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 유체 모니터링 시스템으로부터 모니터링 데이터를 수신하고, 상기 모니터링 데이터가 상기 액체 내 버블의 부재, 상기 액체의 정상 유속 조건, 또는 두 가지 모두를 나타낼 때, 상기 광원의 전력을 최대 작동 전력까지 증가시키거나 상기 광학 인터럽터를 분리하기 위하여 제어 신호를 상기 광학 액체 입자 계수기 또는 이의 구성요소에 제공한다.
일부 실시예에서, 상기 시스템이 켜지는 동안, 상기 광학 액체 입자 계수기 시스템은 상기 프로세서가 상기 유체 모니터링 시스템으로부터 상기 액체 내 버블의 부재, 상기 액체의 정상 유속 조건, 또는 두 가지 모두를 나타내는 상기 모니터링 데이터를 수신할 때 까지 상기 광원에 전력을 제공하지 않는다. 일부 실시예에서, 상기 최대 작동 전력은 20 mW, 40 mW, 또는 선택적으로 100 mW 이상이고, 상기 정상 유속은 2000 mL/min 1000 mL/min, 또는 선택적으로 500 mL/min이하이다.
실시예에서, 상기 입자는 방사선의 상기 빔을 통해 흐르고, 이에 따라 산란 또는 발산된 전자기 방사선을 생성하고; 및 상기 광학 수집 시스템은 산란 또는 발산된 전자기 방사선의 적어도 일부분을 상기 광검출기에 수집 및 제공한다. 일부 실시예에서, 입자들이 전자기 방사선의 상기 빔을 통해 흐르고, 이에 따라 상기 유동 챔버를 통한 상기 전자기 방사선의 전달을 감소시키고; 및 상기 광학 수집 시스템은 상기 유동 챔버를 통해 전달되는 상기 전자기 방사선을 수집 및 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 시스템 및 방법은 광학 액체 입자 계수기의 상류 및 하류, 또는 광학 액체 입자 계수기의 검출 영역에 배치되는 버블 검출기들을 포함하는 광범위한 버블 검출 시스템과 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 유체 모니터링 시스템은 버블들을 광학적, 전자적, 음향적, 압력 차이에 의해, 밀도에 의해, 또는 이들의 조합에 의해 검출한다. 일부 실시예에서, 예를 들면, 금속 검출의 경우 9.8 nm이상 또는 폴리스티렌 및 라텍스와 같은 중합체의 경우 20 nm인 검출된 입자들의 직경 이상의 직경을 상기 버블이 갖는 경우 상기 프로세서는 상기 광원의 상기 전력을 감소시킨다. 실시예에서, 상기 유체 모니터링 시스템은 초음파 버블 검출기, 제2 광학 입자 계수기, 상태 모니터링이 되는 제2 광학 입자 계수기, 정전용량형 변환소자(capacitive transducer), 광학 인터럽터, 압력 변조 센서, CCD 또는 CMOS 카메라 또는 이들의 조합을 갖는 제2 광학 입자 계수기를 포함한다. 실시예에서, 상기 유체 모니터링 시스템은 상기 버블들의 수량, 크기, 밀도, 굴절률, 압축성, 유체 커패시턴스, 음향 속성 또는 이들의 조합을 측정한다. 일부 실시예에서, 상기 버블들은 공기, N2, O2, CO2, 프로세스 가스 또는 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 유체 모니터링 시스템은 유동 스트림에서 상태 변화를 검출하고 굴절률을 기반으로 버블과 고체 입자를 구별할 수 있는 상태 모니터링이 되는 제2 광학 입자 계수기이다.
광학 입자 계수기의 예시는 미국 특허 출원 2015/0260628 호 및 미국 특허 7,746,469호에 기재되어 있고, 두 문헌 모두 본원과 일관성 있는 정도까지 그 전체가 참고문헌으로 본원에 인용되어 있다.
유동 챔버를 통한 액체의 유속 변화를 확인하는 것은 액체 입자 계수기에 대한 손상을 감소시키고 상이한 유속들로 입자가 광원과 작용하는 방식의 변화로 인한 오류 및 계수 오류를 방지하는데 유리하다. 제공되는 시스템 및 방법은 유속 멈춤 또는 유속 0 또는 적합한 유속에 대한 저유속 또는 고유속, 또는 입자 계수기가 보정되는 유속 범위를 검출할 수 있다. 고유속은 예를 들어 음압 시스템에서 문제가 되고, 고유속은 액체의 캐비테이션 (cavitation)을 초래하여 본원에 기술된 버블과 관련된 다수의 문제를 초래한다. 실시예에서, 상기 유속 상태는 고 유속, 저 유속, 일반 유속 또는 유속 멈춤이다. 실시예에서, 상기 유속 상태는 정상 유속에 해당하고 상기 프로세서는 상기 광원의 전력을 증가시키기 위해 상기 광학 액체 입자 계수기 또는 이의 구성요소에 제어 신호를 제공한다. 실시예에서, 상기 유속 상태는 정상 유속에 해당하고 상기 프로세서는 상기 인터럽터와 분리하도록 상기 액추에이터에 제어 신호를 제공한다.
일부 실시예에서, 상기 유체 모니터링 시스템은 차압 유량계, 전달시간 초음파 유량계, 로타미터/ 플로트센서(float sensor), 도플러 (Doppler) 초음파 유량계, 열 질량 유량계, 전자기 유량계, 터빈/패들 휠 미터, 와류식 유량계, 플로우 스위치, 코리올리 (Coriolis) 질량 유량계, CCD 또는 CMOS 카메라, 또는 이들의 조합이다. 실시예에서, 예를 들어 상기 유속 상태는 상기 광학 액체 입자 계수기의 정상 작동 유속의 50%만큼 증가 또는 감소한다.
본원에 제공되는 시스템 및 방법은, 일부 실시예에서, 액체 입자 계수기의 유동 챔버에 진입하는 버블의 수량을 감소시키는 액체 조절기를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 시스템 및 방법은 액체 조절기를 추가적으로 포함하되, 여기서 상기 액체 조절기는 상기 액체 입자 계수기 시스템에 진입하는 유체를 상기 유동 챔버와 유체 통신상태에 있는 샘플링 스트림 및 우회 스트림으로 분리하고 상기 샘플링 스트림으로부터 의 버블을 제거하여 상기 우회 스트림으로 보낸다. 실시예에서, 상기 샘플링 스트림은 상기 우회 스트림의 중력상으로 하부에 위치한다. 일부 실시예에서, 상기 액체 조절기는 상기 액체 조절기 전후의 상기 액체의 속도에 대해 상기 액체 조절기 내의 상기 액체의 직선 속도를 감소시킨다. 일부 실시예에서, 상기 액체 조절기는 상기 액체 조절기 외부의 상기 액체의 속도에 대해 상기 액체 조절기 내의 상기 액체의 직선 속도를 적어도 10%, 적어도 20%, 또는 선택적으로 30% 감소시킨다. 일 실시예에서, 상기 액체 조절기는 T자- 연결부이다.
일부 경우에서, 광원이 일정한 작동 전력을 유지하고 재시작 또는 전원켜기에 추가적 시간이 필요없도록 유속 상태 또는 버블에 해당하는 짧은 기간 동안 전자기 방사의 빔을 차단하는 것은 바람직할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 빔은 완전히 차단되지 않지만 부분적으로 차단되어 일부 전자기 방사선이 유동 챔버에 진입하지만, 액체 입자 계수기의 구성요소들을 손상할 만큼은 아니다. 일부 실시예에서, 광원은 유동 챔버 내로 정상 분량의 전자기 방사선을 지속적으로 제공하지만, 방사선은 수집 또는 검출 시스템들에 진입하기 전에 방해를 받는다.
실시예에서, 상기 광학 인터럽터는 거울, 광학 필터, 편향 광학 스위치, 셔터(shutter), 빔 덤프 (beam dump), 빔 확장 렌즈, 가열 싱크 (heat sink) 또는 이들의 조합이다. 실시예에서, 상기 광학 인터럽터는 전자기 방사선의 빔의 단면보다 작은 면적을 갖는 개구부를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 광학 인터럽터는 상기 유동 챔버에 진입하는 전자기 방사선의 유량을 적어도 25%, 적어도 33%, 또는 선택적으로 적어도 50% 감소시킨다.
일 양태에서, 광학 액체 입자 계수기에 대한 손상을 방지 또는 최소화하는 방법이되, 상기 방법은 하기의 단계들을 포함하는 방법: (i) 액체 입자 계수기를 제공하는 단계이되, 상기 액체 입자 계수기는 a) 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 플로우 챔버; b)전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원; 및 c) 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템을 포함하는 액체 입자 계수기; (ii) 상기 액체 내의 버블, 유속 상태, 또는 버블 및 유속 상태 두 가지를 검출하는 단계; 및 (iii) 전자기 방사선의 상기 빔의 전력을 감소시키도록 상기 버블 또는 상기 유속 상태를 검출하면 광원에 공급되는 전력을 감소시키는 단계이되, 여기서 전자기 방사선의 상기 빔은 저전력 전자기 방사선 빔인 것을 특징으로 하는 단계를 포함하는 방법이다.
일 양태에서, 광학 액체 입자 계수기에 대한 손상을 방지 또는 최소화하는 방법이되, 상기 방법은 하기의 단계들을 포함하는 방법: (i) 액체 입자 계수기를 제공하는 단계이되, 상기 액체 입자 계수기는 a) 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 플로우 챔버; b)전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원; 및 c) 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템을 포함하는 액체 입자 계수기; (ii) 상기 액체 내의 버블, 유속 상태, 또는 버블 및 유속 상태 두 가지를 검출하는 단계; 및 (iii) 버블, 유속 상태, 또는 버블 및 유속 상태 두 가지를 검출하면 광원으로부터의 전자기 방사선의 적어도 일부가 유동 챔버에 진입하는 것을 방지하여 빔을 차단하는 단계를 포함하는 방법이다
일 양태에서, (i) a) 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 플로우 챔버; b) 전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원; 및 c) 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템을 포함하는 액체 입자 계수기; (ii) 상기 유동 챔버 및 상기 액체 내 버블들을 검출하기 위한 상기 광원과 유체 통신상태에 있는 버블 감지기;를 포함하는 광학 액체 입자 계수기 시스템이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 광학 액체 입자 계수기 시스템은 상기 유체 모니터링 시스템 및 상기 광학 액체 입자 계수기와 작동 통신상태에 있는 프로세서를 포함하되, 여기서 상기 프로세서는 상기 버블 검출기로부터 모니터링 데이터를 수신하고 상기 광학 액체 입자 계수기 또는 이의 구성요소로 상기 광원의 전력을 감소하도록 제어 신호를 제공하여, 상기 광원의 전원을 끄게 한다. 일 실시예에서, 상기 버블 검출기는 상기 액체 내의 상기 버블들의 예를 들어 수량, 크기, 밀도, 굴절률, 압축성, 유체 커패시턴스, 음향 속성 또는 이들의 조합을 특성화한다. 일부 실시예에서, 상기 시스템은 상기 버블 검출기 및 상기 광학 액체 입자 계수기와 동작 통신 상태에 있는 프로세서를 추가적으로 포함하고, 상기 프로세서는 상기 버블 검출기에 의해 제공된 상기 버블에 해당하는 신호를 분석하고 상기 버블을 특성화하고 상기 프로세서는 상기 버블 특성화를 기반으로 상기 액체 입자 계수기의 작동 파라미터 또는 출력값을 조절한다. 실시예에서, 상기 버블 검출기는 상기 액체 입자 계수기의 상류 또는 하류에 위치한다.
일 양태에서, (i) a) 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 플로우 챔버; b) 전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원; 및 c) 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템을 포함하는 액체 입자 계수기; (ii) 액체 유속을 모니터하는 상기 유동 챔버와 유체 통신 상태에 있는 유체 모니터링 시스템; 및 (iii) 상기 유체 모니터링 시스템 및 상기 광검출기와 작동적 통신상태에 있는 프로세서이되, 여기서 상기 프로세서는 상기 유속을 기반으로 작동 파라미터 또는 액체 입자 계수기의 출력값을 조절 것을 특징으로 하는 프로세서;를 포함하는 광학 액체 입자 계수기 시스템이 제공된다.
실시예에서, 상기 작동 파라미터는 입자에 해당하는 상기 전자기 방사선의 임계값이다. 일부 실시예에서, 상기 작동 파라미터는 상기 광원에 제공되는 전력이고, 여기서 상기 전력은 유속에 영향을 받지 않고 상기 광검출기가 입자에 해당하는 동일한 전기 신호를 생성하도록 증가 또는 감소한다. 실시예에서, 상기 출력은 상기 액체 입자 계수기에 의해 분석된 총 부피이다. 일부 실시예에서, 상기 입자들이 전자기 방사선의 상기 빔을 통해 흐르고, 이에 따라 산란 또는 발산된 전자기 방사선을 생성하는 것을 특징으로 하고; 및 상기 광학 수집 시스템은 상기 광검출기 상에 산란 또는 발산된 전자기 방사선의 적어도 일부를 상기 광검출기로 수집 및 제공한다. 일부 실시예에서, 입자들이 전자기 방사선의 상기 빔을 통해 흐르고, 이에 따라 상기 전자기 방사선의 적어도 일 부분을 은폐하는 것을 특징으로 하고; 및 상기 광학 수집 시스템은 상기 광검출기 상에 은폐되지 않은 상기 전자기 방사선을 수집 및 제공한다. 실시예에서, 상기 유속 상태는 고 유속, 저 유속, 일반 유속 또는 유속 멈춤이다.
일 양태에서, 본 발명은 예를 들어 (i) (1) 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 플로우 챔버; (2) 전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원; 및 (3) 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템을 포함하는 액체 입자 계수기; (ii) 상기 유동 챔버와 유체 통신 상태에 있는 유체 모니터링 시스템; 및 (iii) 상기 유체 모니터링 시스템으로부터 모니터링 데이터를 수신하도록 상기 유체 모니터링 시스템과 작동적 통신상태에 있는 프로세서이되, 여기서 상기 프로세서는 상기 모니터링 데이터를 분석하여 정상 작동 상태 또는 비정상 작동 상태에 해당하는 상기 광학 액체 입자 계수기 시스템을 판단하는 것을 특징으로 하는 프로세서;를 포함하는 광학 액체 입자 계수기 시스템을 제공한다. 일 실시예에서, 상기 프로세서는 예를 들면 광학 액체 입자 계수기 시스템의 성공적 상태 판단과 같은, 시간의 함수로서 상기 광학 액체 입자 계수기 시스템의 상태들을 판단한다. 일 실시예에서, 시간에 대한 함수로서 상기 상태들의 변화들은 상기 광학 액체 입자 계수기 시스템을 제어하는데 입력값을 제공한다. 일 실시예에서, 시간에 대한 함수로서 상기 상태들의 변화들은 상기 광학 상기 액체 내 입자의 수량 및/또는 크기를 판단하기 위해 상기 광검출기로부터 상기 전기 신호들의 분석 또는 입력값을 제공한다.
본 양태에 따른 일 실시예에서, 비정상 작동 상태 판단 이후에 정상 작동 상태라는 상기 판단이 이루어지면, 상기 시스템은 비정상 작동 모드로부터 정상 작동 모드로 전환한다. 일 실시예에서, 상기 비정상 작동 모드로부터 상기 정상 작동 모드로의 상기 전환은 제1시간단위에 발생하는데, 예를 들면, 제1시간단위는 15초 이상, 30초 이상, 선택적으로 60초 이상이다. 실시예에서, 상기 제1시간단위는 1 내지 15초, 1 내지 30초, 또는 선택적으로 1 내지 60초의 범위에서 선택된다. 일 실시예에서, 상기 시스템의 상기 정상 작동 모드는 상기 액체 내 버블 비검출, 상기 액체의 유동 중단 비검출, 및 기설정된 값보다 큰 유속 변화 비검출 및 유출 비검출을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 기준에 해당한다.
일 실시예에서, 예를 들면 정상 작동 상태 판단 이후 상기 비정상 작동 상태로 판단 되면, 상기 시스템은 정상 작동 모드에서 비정상 작동 모드로 전환한다. 일 실시예에서, 상기 정상 작동 모드로부터 상기 비정상 작동 모드로의 상기 전환은 제2시간단위에 발생하는데, 예를 들면, 제1시간단위는 2초 이하, 5초 이하, 10초 이하, 선택적으로 15초 이하이다. 실시예에서, 상기 제2시간단위는 1 내지 2초, 1 내지 10초, 또는 선택적으로 1 내지 15초의 범위에서 선택된다. 일 실시예에서, 예를 들면 상기 시스템의 상기 비 정상 작동 모드는 상기 액체 내 버블 검출, 상기 액체의 유동 중단 검출, 및 기설정된 값보다 큰 유속 변화 검출을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 기준에 해당한다. 일 실시예에서, 상기 유체 모니터링 시스템들로부터의 상기 모니터링 데이터는 버퍼에 제공되는 것을 특징으로 하고, 상기 액체 내의 하나 이상의 버블들의 검출은 버퍼의 상기 모니터링 데이터가 인접 건조 요소의 수량, 건조 요소의 총 수량 및 습윤 요소에 대한 건조 요소의 비율을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상의 상태들인 것을 확인하기 위해 평가함으로써 달성된다. 일 실시예에서, 예를 들면 상기 비정상 작동 상태로 판단하면, 상기 시스템은 적어도 상기 프로세서가 상기 광학 액체 입자 계수기 시스템이 정상 작동 상태에 해당하는 하나 이상의 다음 상태들을 판단할 때 까지 기간 동안 상기 광검출기로부터의 액체 입자 계수기 데이터를 플래그 지정한다. 일 실시예에서, 예를 들면 상기 비정상 작동 상태로 판단하면, 상기 시스템은 적어도 상기 프로세서가 상기 광학 액체 입자 계수기 시스템이 정상 작동 상태에 해당하는 하나 이상의 다음 상태들을 판단할 때 까지 기간 동안 방사선 또는 광원의 하나 이상의 속성들을 변조하는데, 광원 또는 방사선 빔의 적어도 하나 이상의 상기 속성들은 방사선의 상기 빔의 전력, 강도, 유량, 공간적 강도 분포로 이루어진 군에서 선택된다.
일 양태에서, (i) a) 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 플로우 챔버; b) 전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원; 및 c) 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템을 포함하는 액체 입자 계수기; (ii) 상기 액체 내의 버블, 상기 액체의 유속 상태, 또는 버블 및 유속 상태 두 가지를 검출하는 상기 유동 챔버와 유체 통신 상태에 있는 유체 모니터링 시스템; 및 (iii) 상기 유체 모니터링 시스템 및 상기 광학 액체 입자 계수기와 작동적 통신상태에 있는 프로세서이되, 여기서 상기 프로세서는 비정상 작동 상태를 판단하고, 적어도 상기 프로세서가 상기 광학 액체 입자 계수기 시스템이 정상 작동 상태에 해당하는 하나 이상의 다음 상태들을 판단할 때 까지 기간 동안 상기 광검출기로부터의 액체 입자 계수기 데이터를 플래그 지정하는 것을 특징으로 하는 프로세서;를 포함하는 광학 액체 입자 계수기 시스템이 제공된다.
일반적으로 본 명세서에서 사용되는 용어 및 문구는 당업자에게 공개된 표준 텍스트, 저널 참조 및 컨텍스트의 참조를 통해 발견할 수 있는 해당업계에서 인정된 의미를 갖는다. 후술되는 정의는 본 발명의 문맥상 특정 용도를 명확히 하기 위해 제공된다.
"유체 모니터링 시스템 (fluid monitoring system)"은 유체 속성들을 측정하기 위한 장치 또는 일련의 장치들을 의미라고, 예를 들어 버블을 검출하거나 유속을 측정하거나 또는 두 가지 모두 수행하는 장치 들 또는 센서들이다. 실시예에서, 유체 모니터링 시스템은 예를 들어 광학, 전자, 음향 또는 압력 센서를 의미한다. 일부 실시예에서, 유체 모니터링 시스템은 초음파 버블 검출기, 제2 광학 입자 계수기, 정전용량형 변환소자(capacitive transducer), 광학 인터럽터, 압력 변조 센서, CCD 또는 CMOS 카메라, 차압 유량계, 전달시간 초음파 유량계, 로타미터/ 플로트센서(float sensor), 도플러 (Doppler) 초음파 유량계, 열 질량 유량계, 전자기 유량계, 터빈/패들 휠 미터, 와류식 유량계, 플로우 스위치, 코리올리 (Coriolis) 질량 유량계, 또는 이들의 조합을 의미한다. 일부 실시예에서, 유체 모니터링 시스템은 액체 입자 계수기의 상류에 배치된다. 유체 모니터링 시스템은 시스템의 유속에 따라 액체 입자 계수기에서 거리를 두고 배치되어, 신호 유체 모니터링 시스템의 처리에 충분한 시간을 주고 광원을 제어 (예: 전력 감소, 인터럽터 연결, 전력 차단)할 수 있게 한다.
"광학 인터럽터(optical interrupter)"는 전자기 방사선의 유량을 억제하는 장치를 의미한다. 일부 실시예에서, 광학 인터럽터는 전자기 방사선이 액체 입자 계수기의 유동 챔버, 수집 시스템, 검출 시스템 또는 이들의 조합으로 유입되는 것을 억제한다. 일부 실시예에서, 인터럽터는 전자기 방사선을 편향, 흡수, 확산, 은폐, 방향전환 또는 차단한다. 실시예들에서, 광학 인터럽터는 예를 들어 거울, 광학 필터, 광학 마스크, 편향 광학 스위치, 셔터(shutter), 빔 덤프 (beam dump), 빔 확장 렌즈, 가열 싱크 (heat sink), 개구부(aperture), 또는 이들의 조합이다.
"유속 조건(flow rate condition)"은 유체 이동 속도, 이동 유체의 부피, 거리 또는 시간에 대한 유속 변화, 거리 또는 시간에 대한 부피 변화, 또는 이들의 조합과 같은 이동 유체와 연계된 하나 이상의 파라미터들을 의미한다. 일부 실시예에서, 유속 조건은 유동이 멈추는 것을 의미한다. 일부 실시예에서, 유속 조건은 예를 들어 10%, 25% 또는 선택적으로 50%의 유속 변화를 의미한다. 실시예에서, 유속 조건은 유속의 유형이 (예: 정상 유속, 저 유속, 유속 멈춤 또는 고 유속)이 유속의 다른 유형으로 변하는 것을 의미한다. 일부 실시예에서, 예를 들어 유속 조건은 액체 입자 계수기의 적합한 유속에 비해 유속이 25%, 33% 또는 50% 이상 차이 난다. 일부 실시예에서, 유속 조건은 정상 유속, 적합한 유속 또는 입자 계수에 유리한 유속을 의미한다.
"액체 조절기(liquid conditioner)"는 유동을 적어도 두 개의 스트림으로 분리하는 장치를 의미하고, 버블은 하나의 스트림에 기타 스트림 보다 진입할 가능성이 크다. 일 실시예에서, 예를 들어 액체 조절기는 조절기를 통해 흐르는 액체의 직선 속도를 감소시키는T자- 연결부이고, 액체 내의 버블은 연결부의 상부로 상승하는 경향을 갖고 부력으로 상부 유동 스트림으로 진입하고, 반면 하부 유동 스트림은 버블을 포함할 가능성이 더 적다.
"유동 방향(flow direction)"은 유체가 흐를 때 유체의 벌크(bulk)가 이동하는 방향과 나란한 축을 의미한다. 직선 플로우셀을 통과하는 유체 유동에 있어서, 유동 방향은 유체의 벌크가 선택하는 경로와 평행할 수 있다. 곡선 플로우셀을 통과하는 유체 유동에 있어서, 유동 방향은 유체의 벌크가 선택하는 경로의 접선방향으로 사료될 수 있다.
"광학적 연통(Optical communication)"은 구성요소들 사이에서 광 또는 전자기 방사선이 전달되도록 허용하는 방식으로 배치된 구성요소를 의미한다.
"광원(Optical source)"는 샘플로 전자기 방사선을 전달 가능한 장치 또는 장치 구성요소를 의미한다. 해당 용어는, 가시광선과 같은, 가시적인 광선에 제한되지 않고, 다만 어떠한 전기적 방사선을 포함하는 넓은 의미에서 사용될 수 있다. 광원은, 예를 들어 다이오드 레이저, 다이오드 레이저 배열, 다이오드 레이저, 다이오드 레이저 펌핑 고체상 레이저, LED, LED 배열, 기체상 레이저, 고체상 레이저 또는 그 이들의 조합과 같은 레이저 또는 레이저 배열로서 실시될 수 있다.
"전자기 방사선(electromagnetic radiation)" 및 "광(light)"은 본 발명의 설명에서 동의어로 사용되고 전기 및 자기장의 파동을 의미한다. 본 발명의 방법을 위해 유용한 전자기 방사선은, 자외선, 가시광선, 자외선, 또는 약 100나노미터 내지 약 15 미크론 사이의 파장을 갖는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
"입자 검출(detecting a particle)"이라는 표현은 넓게 입자의 존재 및/또는 특징을 센싱, 식별하는 것을 의미한다. 일부 실시예에서, 입자 검출은 입자 계수를 의미할 수 있다. 일부 실시예에서, 입자 검출은 지름, 단면 치수, 형상, 크기, 공기역학적 크기, 또는 이들 임의의 조합과 같은 입자의 물리적 특성을 특징화 및/또는 측정하는 것을 나타낼 수 있다.
"입자(Particles)"는 오염물질로 종종 간주되는 작은 물체를 의미한다. 입자는, 예를 들어 두 면이 기계적인 접촉이 발생하여 기계적으로 움직이는 것과 같은, 마찰의 작용에 의해 생성된 모든 재료일 수 있다. 입자는, 예를 들어 먼지, 흙, 연기, 재, 물, 그을음, 금속, 미네랄, 또는 이들 또는 다른 물질 또는 오염물질의 임의의 조합과 같은, 물질의 집합체의 구성일 수 있다. "입자"는 또한, 예를 들어 바이러스, 포자 및 박테리아, 곰팡이, 고생물, 원생생물, 다른 단세포 미생물 및 특히 이러한 1 내지 15μm의 크기를 갖는 미생물을 포함하는 미생물과 같은, 생물학적 입자를 나타낼 수 있다. 입자는 빛을 흡수하거나 또는 산란하는 작은 물체를 나타낼 수 있고 따라서 광학 입자 계수기에 검출될 수 있다. 본 발명에서 쓰였듯이, "입자"는 이송 유체의 개별적인, 예를 들어 물분자, 공정 화학 분자, 산소분자, 헬륨원자, 질소 분자 등의, 원자 또는 분자를 의도적으로 배제할 수 있다. 본 발명의 일부 실시 예에는 10nm, 20nm, 30nm, 50nm, 100nm, 500nm, 1μm 또는 그 이상, 또는 10μm 또는 그 이상 보다 큰 크기를 갖는 물질의 집합체를 포함하는 입자를 검출, 크기결정, 및 또는 계수할 수 있다. 특정 입자는 20nm 내지 50nm, 50nm 내지 50μm, 100nm 내지 10μm, 또는 500nm 내지 5μm 로부터 선택되는 크기를 갖는 입자를 포함할 수 있다.
"광학 입자 계수기(optical particle counter) 및 입자 계수기(particle counter)"는 본 발명에서 상호교환되어 사용가능하고 유체에서 부유된 입자의 검출이 가능한 시스템, 유체에서 부유된 입자의 크기를 결정할 수 있는 시스템, 유체에서 부유된 입자를 계수할 수 있는 시스템, 유체에서 부유된 입자의 분류가 가능한 시스템, 또는 전술한 것들의 임의의 조합을 의미한다. 전형적인 액상 또는 에어로졸 광학 입자 계수기는, 전자기 방사선의 빔을 생성하기 위한 소스, 예를 들어 액체 또는 가스 유동이 통과하는 플로우셀과 같이 유체 샘플이 유동하는 지역으로 빔을 지향하기 위한 광학적요소와 같은 다수의 구성요소를 포함할 수 있다. 전형적은 광학 입자 계수기는 또한 이차원 광학 검출기와 같은 광검출기, 및 빔을 통과하는 입자에 의해 산란되거나 또는 방출된 전자기 방사선을 검출하기 위한 광학 수집장치, 및 전류-전압 컨버터와 신호 필터링 및 증폭 전자 장치를 포함하는 광검출기에 의해 생성된 전자 신호의 처리 및 분석을 위한 다른 전자 장치를 포함할 수 있다. 광학 입자 계수기는 또한 전자기 빔이 존재하는 검출 영역으로 유체 샘플을 주입하기 위한 흐름을 생성하기 위한 펌프를 포함할 수 있다.
"유체 연통(Fluid communication)"은 유체가 하나의 물체를 지나치고, 통과하거나 또는 그로부터 다른 물체로 전달되도록 둘 또는 그 이상의 물체의 배열하는 것을 의미한다. 예를 들어, 일부 실시예에서 두 개의 물질간 직접적으로 유동 유체 경로가 제공되는 경우 두 물질은 상호간 유체 연통상태에 있다. 일부 실시예에서, 두 물질은 하나 또는 그 이상의 다른 물질 또는 두 물질 사이의 유동 경로를 포함한 것과 같은, 두 물질 간 간접적인 유체 유동 경로가 제공되는 경우 두 물질은 상호간 유체 연통상태에 있다. 일 실시 예에서, 유체의 바디(body)에 존재하는 두 물체는 제1 물체로부터 유체가 유동 경로를 따르는 것처럼 제2 물체를 지나치고 및/또는 통과하기 위해 끌리지(drawn) 않는다면 상호가 반드시 유체 연통하지 않을 수 있다.
"유속(Flow rate)"은 특정 지점 또는, 흡입공을 지나치거나 또는 입자 충돌기의 유체 출구와 같은, 특정된 면적을 통과하는 유체 유동의 양을 의미한다. 일 실시예에서 유속은 질량 유속, 즉, 특정 지점을 지나치거나 또는 특정 면적을 통과하는 유체 유동의 질량을 의미할 수 있다. 일 실시예에서 유속은 체적 유량, 즉, 특정 지점을 지나치거나 또는 특정 면적을 통과하는 유체 유량의 체적일 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에서 더 상술되며, 이는 도시된 예로써 제공되며 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 1> 광원 전력 감소 및 데이터 조절이 되는 유체 모니터링 시스템
기존의 액체 입자 계수기 중 일부는 분석되는 액체 내의 유속 변화 및/또는 버블 존재로 유발되는 문제들이 있을 수 있다. 일부 상황에서, 예를 들어 버블에서의 광 산란은 고체 입자로 유발되는 광 산란과 구별이 안될 수 있어서, 오감지 카운팅을 초래하는 오염물로 계수된다. 나아가, 고전력 입자 계수기에서, 버블은 다량의 방사선을 굴절할 수 있어서, 현저한 산란 또는 빔의 방향전환을 야기하여 소스 (예: 레이저) 자체를 포함하는 내부 구성요소에 손상을 초래한다. 유속의 변화도 유사한 문제점을 유발할 수 있는데, 유체 샘플이 원치 않는 상태 변화 (예: 보일링(boiling))를 플로우셀에서 겪을 수 있어, 버블을 생성하거나 입자 계수기의 구성요소를 과열 및 열적 손상하는 조건에 저 유속이 영향을 받기 쉽다. 대형 입자에 의해 오염된 샘플링 액체는 이러한 대형 입자가 유동이 감소하여 멈추고 고 방사선 환경에서 정지하게 되면 플로우셀 내의 관찰윈도우를 태워 플로우셀 손상을 초래할 수 있다. 액체 입자 계수기는 또한 특정 유속으로 보정되어서, 유속의 변화가 예를 들어 크기와 같은 입자의 특성화를 정확하게 할 수 있는 입자 계수기의 기능에 영향을 줄 수 있다. 나아가, 고 유속은 캐비테이션 (cavitation)을 유발할 수 있어, 공기 포켓 또는 버블 및 음압 (negative pressure) 시스템에 유사한 과제를 초래할 수 있다.
상기 문제점들을 해결하는 접근법은 예를 틀어 버블 및/또는 유속 변화의 존재를 측정하는 것처럼 분석 대상 액체의 모니터링을 실시하는 것이다. 상기 정보는 입자 계수기의 작동을 제어 및/또는 입자 계수 데이터의 분석을 최적화하는데 활용된다. 일 실시예에서, 액체 내 유속 파라미터들의 측정 및/또는 버블의 확인은 예를 들어 버블이 유동 챔버를 통해 이동하거나 유속이 작동 파라미터 범위 밖인 경우 광원의 속성들 (예: 전력, 강도, 유량) 과 같은 작동 조건들을 조절하기 위한 기반으로 활용된다. 나아가, 버블 및 유속 변화에 대해 유체를 모니터링 하는 것은 버블 (예: 최종 계수결과에서 상기 데이터 포인트를 삭제) 및/또는 유속 변화 (예: 검출 파라미터 조절) 를 정량적으로 고려하여 데이터 분석을 조절하는 접근법을 가능하게 한다. 버블 또는 비정상적 유속에 해당하는 작동 기간이 지나간 후에, 시스템들은 입자 계수기에 의해 최대한의 액체가 분석되는 것을 보장하기 위해 신속히 정상 작동 조건으로 복귀할 수 있다.
도1은 통합된 유체 모니터링 시스템 및 액체 입자 계수기를 도시한다. 예를 들면 초음파 버블 검출기 및 유량계를 포함하는 유체 모니터링 시스템은 (100) 분석되는 액체 샘플을 통과시키는 도관(150)을 통해 흐르는 액체를 분석하도록 구성된다. 액체 입자 카운터 (200)는 액체 도관 (150)과 유체 연결되어 액체가 입자 계수기의 유동 챔버 (210)를 통해 흐를 수 있게 한다. 레이저 또는 LED와 같은 광원 (220)은 유동 챔버 (210)를 통과하는 전자기 방사선 (221)의 빔을 생성하여 방사선이 유동 챔버 (210)를 통해 흐를 때 입자들과 상호작용할 수 있게 한다. 방출, 분산 또는 발산된 전자기 방사는 수집 시스템 (230)에 의해 수집되고 유동 셀을 통과하는 입자들의 특성 또는 입자에 해당하는 전기 신호를 생성하는 입자 시스템 (240)을 향하게 한다.
도1은 은폐 또는 제거하는 액체 입자 계수기의 개략도를 제공한다. 본원에 기술된 개념 및 실시예는 산란된 광 또는 발산된 광 입자 계수기들을 포함하는 다른 종류의 입자 계수기에 또한 적용 가능하다. 예를 들어, 도6은 산란형 액체 입자 계수기의 구성을 도시하고, 검출 시스템은 광원 (220)으로부터 전자기 방사 (221) 경로로부터 멀어지게 (예: 90도)되는 것을 특징으로 한다. 도6은 액체 입자 계수기의 평면도를 제공하고, 흐름 방향은 관찰 평면과 직각이다. 본 관점에 있어, 유동 챔버 (210)의 상류 또는 하루에 구비된 유체 모니터링 시스템은 도6에 도시되지 않는다.
도1에 도시된 바와 같이, 유체 모니터링 시스템 (100)은 프로세서 (101)와 데이터 통신이 되도록 제공되고, 예를 들어 유동 멈춤을 포함하여 유동 셀 (210)을 통한 유속의 변화 및/또는 버블 검출이 되면 예를 들어 유체 모니터링 시스템 (100)이 프로세서 (101)로 신호들을 제공하는 것이다. 일부 실시예들에서, 프로세서 (101)는 광원 (220)과 단방향 또는 양방향 데이터 통신이 되고, 검출 시스템 (240)과 단방향 또는 양방향 데이터 통신이 된다 (도1에 점선으로 도시됨). 화살표들은 흐름 방향을 표시한다. 일 실시예에, 프로세서 (101)는 광원 (220)으로 신호를 전송하고, 검출 시스템 (240)으로부터 신호를 수신하도록 구성된다.
일 실시예에서, 유체 모니터링 시스템 (100)은 10 cm3/min - 75 cm3/min의 유동 범위, 5 cm3/min 의 저유동 지표 (감소하는 유량), 5 cm3/min 의 양호한 유동 지표 (히스테리시스(hysteresis) 선택가능), 15 °C - 50 °C의 유체 온도 범위, 20 psi - 60 psi 의 유체 압력 범위를 갖고 또는 갖거나 물 및/또는 반도체 처리 화학물질과 호환가능한 로터미터 (rotameter)와 같은 유체 모니터링 시스템이다. 일 실시예에서, 유체 모니터링 시스템 (100)은 1μm의 최소 버블 검출 크기(선택가능함), 유체, 공기, 고속 및 저속 TTL 및/또는 50μs의 응답 시간을 포함하는 검출 지표들을 포함하는 초음파 버블 검출기이다.
버블 또는 유속 변화 조건에 해당되는 신호(들)을 유체 모니터링 시스템 (100)으로부터 수신하면, 프로세서 (101)는 작동 조건들을 제어하고/제어하거나 데이터 분석을 조절하는 여러 동작들을 개시할 수 있다. 버블 검출 또는 유속 변화 검출이 있는 경우, 프로세서 (101)는 광원(220)에 제공되는 전력을 감소시킬 수 있어, 유동 챔버 (210)에 제공되는 전자기 방사 (221)의 강도, 유량 및/또는 전력을 감소시킨다. 이러한 기능은 액체 입자 계수기 (200)의 구성요소들에 손상 위험을 감소하는데 유용할 수 있다. 실시예들에서, 전자기 방사의 중단 및/또는 광원 (220)의 재시동을 피하도록, 플로우셀 (210)에 전자기 방사선 (221) 제공을 지속하는 동안 전원을 일례로 정상 작동에서 50% 이하로 안전한 수준까지 감소시킨다.
일부 실시예에서, 유체 모니터링 시스템 (100)으로부터 신호를 수신한 후, 프로세서 (101)는 버블이 플로우셀 (210)내에 있는 조건에 해당하는 기간 동안 검출 시스템 (240)에 의해 제공되는 전기 신호들을 고체 입자들에 연계되지 않은 것으로 플래그를 지정할 수 있다. 일부 실시예에서, 플래그가 지정된 신호들은 고체 입자들과 연계되지 않은 것으로 무시될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체 모니터링 시스템 (100)으로부터 신호를 수신한 후, 프로세서 (101)는 유체 모니터링 시스템 (100)에 의해 검출된 버블이 없는 경우 광원 (220)의 전력을 증가시키고 검출 시스템 (240)이 제공하는 신호들을 정상적으로 분석한다. 선택적으로 프로세서는 (101) 광원 (220) 전력을 감소시키고/감소시키거나 유속 변화 동안 획득된 입자 계수 데이터를 플래그 지정하는 제어 신호(들)을 제공 할 수 있다. 선택적으로 프로세서 (101)는 유체 모니터링 시스템 (100)에 의해 정상 유동이 검출되면, 프로세서 (101)는 광원 (220)의 전력을 증가시키고 검출 시스템 (240)이 제공하는 신호들을 정상적으로 분석할 수 있다.
또한, 유체 모니터링 시스템 (100)은 검출 시스템 (240)으로부터의 입자 검출 신호들의 분석을 최적화 하는 것과 같은 조절의 목적을 위해 프로세서 (101)에 유속 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 광학 입자 계수 데이터의 분석에 대한 유속 변화의 영향을 해결하기 위해 입자를 감출 및 특징 짓는데 활용되는 강도 임계치와 같은 파라미터들을 검출 및 특성화하도록 선택되거나 조절한다. 대안적으로, 프로세서 (101)는 광원 (220)에 제공되는 전력을 증가 또는 감소시켜 광학 입자 계수 데이터의 분석에 유속 변화가 주는 영향을 해결할 수 있고, 따라서 플로우셀에 제공되는 전자기 방사선의 강도, 유량 및/또는 전력에 주는 영향을 해결 할 수 있다. 이러한 접근법은 강도의 임계치가 일정하게 유지되고 유속의 변화가 유동 셀에 제공되는 전자기 방사선의 강도, 유량 및/또는 전력의 조절을 통해 해결될 수 있는 것을 특징으로 하는 실시예들에서 유용할 수 있다.
일부 실시예에서, 유속 측정값은 검출 시스템 (240)이 일정한 흐름을 가정하는 것과 달리 기간에 걸쳐 분석되는 액체양을 직접 측정할 수 있게 하여, 부피 정보당 보다 정확한 입자를 제공하도록 한다.
<실시예 2> 광원 차단 및 데이터 조절이 되는 유체 모니터링 시스템
버블 또는 유속 변화로 인한 광학 액상 입자 계수기에서의 안전성 및 데이터 무결성 문제 (예: 구성요소 손상, 데이터 무결성 이슈) 에 대한 또 다른 해결책은 광원을 차단 또는 변조하는 것으로 인해 버블 및/또는 유속 변화에 해당하는 조건들로 수집 및 검출 시스템의 손상 또는 마모를 최소화하는 것으로 달성될 수 있다.
도2 및 도3은 유체 모니터링 시스템을 차단하는 예시를 보여준다. 그러나, 본원에 기술된 개념 및 실시예는 또한 도6에 도시된 바와 같은 산란광 또는 발산광 입자 계수기를 포함하는 기타 입자 계수기 종류에도 적용가능하다.
일 실시예에서, 유체 모니터링 시스템 (100)이 유동 멈춤을 포함하여 버블 또는 유속 변화를 검출하면, 프로세서 (101)에 신호(들)을 제공한다. 도6에 도시된 바와 같이, 프로세서 (101)는 액추에이터 (102) 및/또는 검출 시스템 (240)과 단방향 또는 양방향 데이터 통신상태에 있다. 버블 또는 유속 변화를 검출하면, 액추에이터 (102)는 예를 들어 거울, 필터, 확산기 또는 광학 마스크인 광학 인터럽터 (103)를 연결하도록 구성된다. 도2는 정상 작동 중의 시스템을 도시한다. 도3은 광학 인터럽터 (103)가 연결된 시스템을 도시하는데, 전자기 방사선 (221)의 적어도 일부가 유동 챔버 (210)로 진입하는 것을 막고, 대신 방사선이 레이저 빔 덤프 (104)를 향하도록 하거나 강도 및/또는 빔의 공간적 특성을 변조하도록 한다. 화살표들은 유동 방향을 보여준다. 발명의 일 양태에서 유용한 광학 인터럽터는 광학 마스크, 굴절기, 렌즈,산란기, 필터, 개구부 또는 셔터 또는 이들의 조합을 포함한다. 프로세서 (101)는 광학 인터럽터 (103)이 연결된 기간 동안 검출 시스템 (240)에 의해 제공되는 전기 신호를 플래그 지정하거나 일부 실시예에서는 무시할 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 인터럽터는 유동 챔버 (210) 및 수집 시스템 (230) 사이에 대신 배치될 수 있어, 전자기 방사선 (221)이 유동 챔버 (210)에 진입하지만 검출 시스템 (240)에는 도달하지 못하게 한다. 바람직하게는, 이로서 광원 (220)이 정상적으로 작동을 지속하고, 광원 (220)을 재시동 또는 재부팅하도록 하는 문제점들을 방지한다. 유체 모니터링 시스템 (100)이 버블이 더 이상 존재하지 않고/않거나 유속이 정상 유속 조건인 것을 검출했다면, 광학 입자 계수기가 정상 작동으로 돌아갈 수 있게, 프로세서 (101)는 광학 인터럽터 (103)를 분리하도록 액추에이터 (102)에 신호(들)을 제공할 수 있다.
또한, 유속이 변하더라도 내부 구성요소들에 위험성을 보이지 않는 다면, 광학 인터럽터(103)는 분리된 채 유지될 수 있고 유체 모니터링 시스템 (100)은 측정된 유속에 해당되는 신호를 프로세서(101)로 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서 (101)는 일례로 입자를 검출 및 특성화하는데 활용되는 강도 임계치들과 같은 파라미터들을 검출 및 특성화하는 것을 조절하고, 이에 따라 유속 변화 동안에도 데이터를 정확히 모니터링 및 수집하는 것을 지속하게 한다. 프로세서 (101)는 또한 일부 실시예들에서 광원 (220)에 제공되는 전력을 증가 또는 감소시킬 수 있어, 이에 따라 강도 임계치를 일정하게 유지하면서도 광원의 출력을 조절하여 버블의 존재 및 유속 변화를 해결할 수 있게 한다.
<실시예 3> 유체 조절기
버블 검출 및 유속 변화를 기반으로 입자 계수 데이터 분석을 최적화하고 보호 조치와 함께, 일부 실시예에서 시스템에 진입할 수 있는 버블의 양을 제어 및/또는 감소하는 것이 바람직하다. 유동 챔버에 진입하는 버블은 일례로 입자 계수기의 상류에 액체 조절기를 포함함으로써, 분석되는 유체 내의 버블의 개수 또는 크기를 감소하도록 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 액체 조절기는 분석되는 액체 스트림을 두 개의 별도의 스트림들로 분리할 수 있고, 하나의 스트림은 더 높은 버블 농도를 갖는다.
도4는 액체 조절기를 활용하는 시스템의 개략도를 제공하고, 도5는 예시적인 액체 조절기 장치를 도시한다. 도4에서, 분석되는 액체 스트림 (50)은 두 개의 별도의 스트림들로 나눠지는데, 액체 조절기 (110)를 통과한 후 우회 스트림 (51) 및 샘플 스트림 (52)으로 나눠진다. 액체 조절기 (110)는 유체의 직선 속도를 감소시켜 낮은 밀도 인해 스트림의 상부로 버블이 상승하도록 한다. 따라서, 버블들은 샘플 스트림 (52)보다 중력으로 인해 높이 위치하는 우회 스트림 (51)에 더 쉽게 진입한다. 본 구성에서, 샘플 스트림에 진입하는 액체가 유체 모니터링 시스템 (100) 및 액체 입자 계수기 (200)를 통과하면서 더 적은 수량의 버블들을 포함할 것이다. 따라서, 본 구성은 오감지 발생과 같은 버블 존재로 인해 발생하는 문제들을 억제하는데 유리하다.
<실시예 4> 통합 시스템
본원에서 제공되는 유체 모니터링을 통합하는 입자 계수기는 기존 시스템에 비해 이점을 실현한다.
손상: 샘플 셀 내에서 과열 또는 가열을 방지하기에 불충분한 유체 흐름의 경우 높은 레이저 에너지 밀도가 기구 손상 가능성을 유발할 수 있다. 흐름 감소 또는 정지를 확인하는 것은 적합한 유속이 다시 달성될 때까지 레이저 에너지가 정지, 감소 또는 방향전환하도록 할 수 있다.
샘플 셀의 측정 영역을 통과하는 가스 버블은 입자와 유사하게 광을 산란시킬 것이다. 광학 입자 계수기가 산란된 광을 측정하므로, 광 산란을 유발하는 입자 및 매체 사이의 굴절률의 변화에 좌우된다. 샘플 매체와 상이한 굴절률을 갖는 가스 버블은 입자와 마찬가지 방식으로 광을 산란시킬 것이다. 만약 가스 버블이 충분히 크다면, 가스 버블은 입자 계수기 내의 민감한 구성요소들에 손상을 초래하기에 충분한 레이저 에너지를 산란 및 방향전환 할 수 있다. 이러한 구성요소들은 레이저 자체, 샘플 셀 구성요소, 및 광검출기 또는 기타 전자장치를 포함할 수 있다.
데이터 품질: 유속을 모니터링하고 흐름 변동에 대해 데이터를 변화하는 작동 파라미터들을 조절하는 동안 추가적인 이점이 있을 수 있다. 버블의 경우, 버블 움직임의 확인은 의문이 될 수 있는 정확성의 데이터 플래그 지원 또는 기록된 측정으로부터 이와 같은 데이터를 제거하도록 지원할 것이다. 이와 같은 기능의 이점은 데이터 품질 및 신뢰도 향상에 있다.
샘플 조절: 버블 검출과 함께, 광 입자 계수기에 의해 분석되는 유체 흐름으로부터 버블을 분리하는 장치와의 통합은 데이터 품질을 향상한다. 조절 장치들은 예를 들면 샘플 흐름이 용기의 바닥으로부터 부력으로 인해 버블이 상승하도록 하는 용기일 수 있다. 버블이 있는 흐름 부분은 샘플 영역을 통과하고 이에 따라 데이터 품질에 영향을 주지 않는다. 투과성 멤브레인, 튜브 또는 기타 가스제거 메커니즘을 활용하는 기타 장치가 사용될 수 있다. 일 실시예가 도5에서 제공된다.
<실시예 5> 유체 모니터링 시스템 스위칭
일부 실시예들에서, 유체 모니터링 시스템은 데이터 무결성을 향상시키기 위해, 레이저로의 전력이 변화하거나, 광학 인터럽터가 개입되거나, 출력 데이터가 플래그 지정되거나 일부 실시예에서 무시되는 안전 상태의 변화 및 정상 작동 사이의 신속한 전환을 위해 신호(들)을 액체 입자 계수기에 제공한다. 이와 같이 버블이 지나가거나 유속이 정상 유속 상태로 복구된 후 자동으로 정상 작동으로 복귀하며 액체 입자 계수기의 제어가 실시간으로 이루어지고, 손상 및 부정확한 데이터 분석을 방지한다. 각 스위치 종류는 개별적으로 활성화 또는 비활성화 될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서는 버블의 존재 또는 유속 변화 조건에 따라서 유체 모니터링 시스템으로부터 신호를 수신하면 광학 검출 시스템에 의해 제공되는 플래그 데이터 또는 액체 입자 계수기의 상태를 전환하는 로직을 포함한다. 프로세서는 "판독 (Reading)" 스위치 및 "상태(State)"스위치를 분석하여 언제 제어 신호를 액체 입자 계수기에 제공할지를 판단한다. 판독(Reading)은 스위치 입력값이 확실히 하나의 상태 (예: 버블의 존재 또는 저유속 상태) 로 결정되는지를 알려주는 시간/기준에 따른다. 상태(State)는 스위치 입력값이 불량 또는 양호인지를 판단하여 알려주는 시간/기준에 따른다.
일부 실시예에서, 불량 상태(Bad state)는 광학 인터럽터를 실행하거나 불량 상태에 대응하여 플래그 지정 및 레이저 세기를 감소시키는 것과 같은 광원 보호 프로세싱을 개시한다. 양호 상태 (Good state)는 광원을 정상 운영 구성으로 되돌린다. 활성화된 각각의 스위치 (예: 버블의 부재 또는 정상 흐름 상태, 일부 실시예에는 두 가지 경우 모두 포함)로부터 양호한 시작값이 판단되면 구성요소는 정상 운영 구성으로 광원을 설정할 것이다. 입력 시간/기준은 각 스위치 종류의 두 가지 가능한 경우로 바뀌는 것과 동일하다. 양호-에서-불량 상태로부터의 이전 시간/기준은 불량-에서-양호 상태로부터의 이전과 상이할 수 있다. 입력값들 사이의 이전은 잘못된 알림의 가능성을 최소화하도록 시간/기준을 활용한다.
버블 검출기에 대한 기준은 시간 이외의 기타 파라미터들을 포함할 수 있다:
· 공칭 시스템 유속에 비교해 상태적으로 빠른 속도로 습윤/드라이 판독을 실행 (예: 1 mSec)
· 습윤/드라이 판독의 순환 버퍼를 유지 (예: 100 요소)
· 로드될 때 마다 전체 버퍼를 프로세싱:
o 인접 건조 요소의 개수가> X 인 경우 실패
o 전체 건조 요소의 개수가 > Y 인 경우 실패
o 건조/습윤 의 개수가 > N/M 인 경우 실패
버퍼 사이즈가 증가하면 실행될 수 있는 추가적 "패턴들"이 있다. 일부 실시예에서, 보다 복잡한 패턴들을 분석하여 버블의 존재를 판단할 수 있다.
<실시예 6> 시스템 제어
광원 (레이저) 콘트롤러
기구의 펌웨어 내의 레이저 콘트롤러는 원하는 레이저 세기를 설정하는데 활용될 수 있다. 예를 들어, 측정된 레이저 세기, 온도 입력 및 임의의 요청된 레이저의 온/오프 명령을 처리하기 위해 레이저 모듈을 조사할 수 있다.
레이저 콘트롤러는 활성화된 임의의/모든 유체 점검 (Fluid Check) 스위치들의 상태를 또한 요청할 수 있다. 활성화된 임의의/모든 스위치들이 켜지면 (예: 불량 스위치 상태) 레이저는 자동으로 차단된다. 초기화할 때, 레이저를 켜기 전에 모든 활성화된 유체 모니터링 시스템들 (또는 유체 점검 스위치들)이 설정된 양호한 상태가 될 때까지 레이저 콘트롤러는 대기한다. 유체 모니터링 시스템은 버블 검출기 (Bubble detector) 및 흐름 지시기(Flow indicator)를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
레이저 콘트롤러의 예시로는 자동모드(Auto)가 있으며, 유체 점검 스위치 상태가 불량에서 양호로 바뀌면 레이저는 자동적으로 켜지고, 유체 점검 스위치 상태가 양호에서 불량으로 바뀌면 레이저는 자동적으로 꺼진다.
유체 모니터링/유체 점검 프로세싱
유체 점검 프로세싱은 레이저 콘트롤러와만 연계된다. 유체 점검 특징의 주요 목적은 문제가 있을 경우 레이저를 멈추거나 또는 차단하는 것이다. 유체는 일례로 독립적으로 활성화 또는 비활성화될 수 있는 세 개의 전자기계식 스위치를 활용할 수 있다. 상기 세 개의 유체 점검 스위치는 버블 (bubble), 저흐름 (low Flow), 및 유출 (Leak)이다. 활성화된 임의의 또는 모든 유체 스위치 입력 (즉, 오류 표시)은 흐름 상태 오류를 생성하고 이후 전력을 감소하고 레이저를 멈추거나 또는 차단할 것이다. 레이저는 오류가 해소될 때까지 상기 상태로 유지될 것 이다.
버블 스위치 프로세싱
버블 검출은 시스템의 보조 차단(Auxiliary Interrupt)을 활용해 수행된다. 상기 차단은 1msec 속도로 작동하고 건조 또는 습윤 지시와 함께 100 요소의 순환 버퍼를 실행한다. 업데이트 마다 건조 요소 및 건조에 영향을 받은 요소의 총합에 대해 버퍼를 또한 확인한다. 일례로 UltraDI-20 및 Chem-20와 같은 상이한 입자 검출 시스템들은 상이한 오류 한계치가 반영된 상이한 유속을 갖는다.
판독 및 양호-에서 -불량 상태로의 변화는 이하의 경우에 발생한다:
A모델의 총 건조 요소: > 30
A모델의 총 인접 요소: > 15
B모델의 총 건조 요소: > 14
B모델의 총 인접 요소: > 7
불량-에서-양호 상태 변화는 첫 번째 양호 상태 판독 이후에 소정의 시간이 경과하고 발생한다.
플로우 스위치 프로세싱
플로우 스위치는 설치에 있어서 적절하게 교정되는 것으로 간주된다. 하나의 판독(reading)는 1초가 소요된다. 첫 번째 불량상태 판독이 실행된 후, 양호-에서-불량 상태 변화는 약 2초가 소요될 것이다. 불량-에서-양호 상태 변화는 첫번째 양호상태 판독을 실행한 후 소정의 기간이 경과하면 발생한다.
본 출원 전반에 걸친 모든 참고문헌,예를 들면, 발행된 또는 등록된 특허 또는 이와 동등한; 특허 출원 간행물;및 비특허 문헌 또는 다른 원 자료; 각각의 참조가 본 출원의 개시 내용과 적어도 부분적으로 모순되지 않는 한, 참조로서 개별적으로 인용된 것처럼 전체적으로 본원에 참고 문헌으로 이용될 수 있다(예를 들어, 부분적으로 일관되지 않은 참조는 참조 부분의 부분적으로 일관되지 않은 부분을 제외하는 참조).
본 명세서에 사용된 용어 및 표현은 설명의 용어로서 사용되는 것이며, 본원에서 사용된 용어 및 표현의 사용은 도시되고 기술된 특징 또는 그 일부의 등가물을 배제하는 것을 의도하지 않으며, 청구된 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것을 인식할 필요가 있다. 따라서, 본 발명이 바람직한 실시 예들, 예시적인 실시 예들 및 선택적은 특징에 의하여 구체적으로 개시되었지만, 본 명세서에 개시된 개념의 변형 및 수정이 당업자에 의해 가능할 수 있고, 그러한 수정들 및 변형은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 관점 내에서 고려될 수 있다. 본 명세서에서 제공되는 특정 실시 예는 본 발명의 유용한 실시 예의 예시이고 본 발명이 장치, 장치 구성요소, 본 명세서에 기재된 방법 단계의 다수의 변형을 사용하여 수행될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.
당업자에게 자명한 바와 같이, 본 발명을 위해 유용한 방법과 장치는 다수의 선택적인 조성물 및 처리 요소 및 단계를 포함할 수 있다. 치환기의 그룹이 본원 발명에 개시되는 경우, 상기 그룹 및 모든 하위 그룹의 모든 개별 구성원이 개별적으로 개시됨을 이해할 수 있다. Markush 그룹 또는 다른 그룹이 여기에 사용된 경우, 그룹의 모든 각각의 구성원 및 모든 조합 및 하위 조합은 개별적으로 공개되도록 의도될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용되는 단수 형태 "a", "an", 및 "the"는 문맥상 명확하게 다르게 지시 하지 않는 한 복수형태의 참조를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, "세포(a cell)"에 대한 언급은 해당 기술 분야의 당업자에게 공지된 다수의 그러한 세포 및 그의 등가물 등등을 포함할 수 있다. 또한, 용어 "a"(또는"an"), "하나 또는 그 이상" 및 "적어도 하나"는 여기서 상호 교환적으로 사용될 수 있다. "포함하는 (comprising)", "포함하는(including)", 및 "가지는(having)"은 상호 교환적으로 사용될 수 있음에 유의해야 한다. "청구항 XX 내지 YY 중 어느 하나의"(여기에서 XX 및 YY는 청구항을 나타냄)는 대체 형태의 다중 종속 청구항을 제공하기 위한 것이며, 일부 실시 예에서는 "청구항 XX 내지 YY 중 어느 하나에 있어서"의 표현과 상호교환적으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 온도 범위, 시간 범위, 조성 또는 농도 범위와 같이, 상세한 주어진 범위가 주어질 때, 모든 중간 범위와 하위 범위는 주어진 범위에 포함된 모든 개별값과 함께 포함될 수 있다. 본 명세서의 설명에 포함된 범위 또는 하위 범위(subrange) 내의 임의의 하부 범위 또는 각각의 값은 본 명세서의 청구범위 에서 제외될 수 있음이 이해될 수 있다.
본 명세서에 언급된 모든 특허 및 공보는 본 발명이 속하는 당업자의 숙련도의 지표가 될 수 있다. 본 발명에 인용된 인용문헌은 그들의 공개 또는 출원일의 당시에 최신 기술을 나타내기 위해 본 참고문헌으로써 여기에서 인용되며 이 정보는 필요에 따라 여기에서 선행기술의 특정 실시 예를 배제하기 위해 사용될 수 있는 것으로 의도될 수 있다. 예를 들어, 물질의 조성을 청구할 때, 본 발명에 인용된 참고 문헌에서 제공 가능한 개시가 제공되는 화합물을 포함하여 본 출원인의 발명 이전에 당업계에 공지되고 이용 가능한 화합물은 본 발명의 청구항의 조성물에 포함되는 것으로 의도되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "포함하다(comprising)"는 "포함하다(including)", "포함하다(containing)",또는 "특징으로 하는(characterized by)" 와 동의어이며, 포괄적이거나 또는 제한이 없고 추가의, 언급되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않을 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "~로 이루어진(consisting of)"는 청구항의 구성요소에 특정되지 않은 임의의 구성요소, 단계, 또는 재료(ingredient)를 배제할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "본질적으로 이루어진(consisting essentially of)"는 청구항의 기본적이고 신규한 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 재료 또는 단계를 배제하지 않을 수 있다. 본 발명의 각각의 예에서, "포함하는(comprising)", "본질적으로 이루어진(consisting essentially of)" 및 "~로 이루어진 (consisting of)"와 같은 용어는 다른 두 용어 중 하나로 대체될 수 있다. 여기에 예시적으로 기술된 본 발명은 여기에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소 또는 요소, 제한 또는 본 발명에 개시되지 특별히 않은 제한의 부재시에 적합하게 실시될 수 있다.
해당 분야에서 기술의 일반적인 스킬 중 하나는 시작 물질, 생물학적 물질, 시약, 합성 방법, 정제 방법, 분석적 방법, 분석(assay) 방법, 및 해부학적 방법이 과도한 실험에 수반되지 않는 방법으로 채택될 수 있다. 임의의 이러한 물질 및 방법의 모든 당 업계에 공지된 기능적 등가물은 본 발명에 포함되는 것으로 의도될 수 있다. 채용된 용어 및 표현은 설명의 용어로서 사용되는 것이며 제한을 위한 것이 아니고, 도시된 기재 및 그 일부의 등가물을 배제하는 용어 및 표현의 사용에 있어서 의도는 없지만, 청구된 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것을 인식해야 한다. 그러므로, 본 발명이 바람직한 실시 예들 및 선택적 특징들에 의해 개시되었지만, 본 명세서에 개시된 개념들의 수정 및 변형이 당업자에 의해 가능할 수 있고, 그러한 수정 및 변형들이 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있을 수 있다.

Claims (24)

  1. - 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 유동 챔버
    - 전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원 및
    - 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템
    을 포함하는 액체 입자 계수기;
    상기 액체 내의 버블, 상기 액체의 유속 상태, 또는 버블 및 유속 상태 두 가지를 검출하는 상기 유동 챔버와 유체 통신 상태에 있는 유체 모니터링 시스템; 및
    상기 유체 모니터링 시스템 및 상기 액체 입자 계수기와 작동적 통신상태에 있는 프로세서이되, 여기서 상기 프로세서는 상기 유체 모니터링 시스템으로부터 모니터링 데이터를 수신하고, 제어 신호를 제공함으로써 광원으로부터 발생하는 전자기 방사선의 유량을 방향전환, 재성형 또는 감소시키는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 유체 모니터링 시스템으로부터 상기 모니터링 데이터를 수신하고 상기 유체에서 버블이 검출되면 적어도 25%까지 상기 광원의 전력을 감소하도록 상기 액체 입자 계수기 또는 그 구성요소에 상기 제어 신호를 제공하는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유동 챔버에 유입되는 상기 광원으로부터 발생하는 전자기 방사선의 유량을 방향전환, 재성형 또는 감소시킬 수 있는 광학 요소를 연결 또는 분리하기 위한 액추에이터를 포함하고, 여기서 상기 광학 요소는 거울, 광학 필터, 편향 광학 스위치, 셔터(shutter), 빔 덤프 (beam dump), 빔 확장 렌즈, 가열 싱크 (heat sink), 개구부(aperture) 또는 이들의 조합을 포함하고,
    상기 프로세서는 유체 모니터링 시스템으로부터 모니터링 데이터를 수신하고 상기 광학 요소를 연결 또는 분리하기 위해 상기 액추에이터에 상기 제어 신호를 제공하는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광학 요소는 빔 덤프 (beam dump)를 포함하는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 액추에이터는 전자기 방사선의 적어도 일부가 상기 빔 덤프로 향하도록 구성되는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 시스템은 버블 또는 유속 상태 검출 시 상기 빔 덤프와 연결되도록 구성되는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 모니터링 데이터를 분석하고 상기 액체 내 버블의 존재, 상기 액체의 유속 상태, 또는 버블 및 유량 조건 두 가지 모두를 판단하면, 상기 제어 신호가 상기 프로세서에 의해 제공되는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서 또는 추가적 프로세서가 상기 광검출기로부터 상기 전기 신호를 수신하고, 광원의 전력이 감소된 기간 또는 광학 요소가 연결된 기간 동안 얻어진 전기 신호의 임의의 부분은 상기 입자들의 수량을 판단하는 동안 제외 혹은 축소되는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 유체 모니터링 시스템으로부터 모니터링 데이터를 수신하고, 상기 모니터링 데이터가 상기 액체 내 버블의 부재, 상기 액체의 정상 유속 상태, 또는 두 가지 모두를 나타낼 때, 상기 광원의 전력을 최대 작동 전력까지 증가시키거나 광학 요소를 분리하기 위하여 제어 신호를 상기 액체 입자 계수기 또는 이의 구성요소에 제공하는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시스템이 켜지는 동안, 상기 광학 액체 입자 계수기 시스템은 상기 프로세서가 상기 유체 모니터링 시스템으로부터 상기 액체 내 버블의 부재, 상기 액체의 정상 유속 상태, 또는 두 가지 모두를 나타내는 상기 유체 모니터링 시스템으로부터의 모니터링 데이터를 상기 프로세서가 수신할 때까지 상기 광원에 전력을 제공하지 않는 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 최대 작동 전력은 20mW이상이고, 상기 정상 유속은 2000 mL/min 이하인 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유체 모니터링 시스템은 버블들을 광학적, 전자적, 음향적, 압력 차이에 의해, 밀도에 의해, 또는 이들의 조합에 의해 검출하는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    검출된 입자들의 직경 이상의 직경을 하나 이상의 상기 버블이 갖는 경우 상기 프로세서는 상기 광원의 전력을 감소시키는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유체 모니터링 시스템은 초음파 버블 검출기, 제2 광학 입자 계수기, 상태 모니터링이 되는 제2 광학 입자 계수기, 정전용량형 변환소자(capacitive transducer), 압력 변조 센서, CCD 또는 CMOS 카메라 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 유체 모니터링 시스템은 상기 버블들의 수량, 크기, 밀도, 굴절률, 압축성, 유체 커패시턴스, 음향 속성 또는 이들의 조합을 측정하는 것을 특징으로 하는 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 유체 모니터링 시스템은 상기 유속 상태를 검출하는, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유속 상태는 고 유속 상태, 저 유속 상태, 정상 유속 상태 또는 유속 멈춤인, 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 유체 모니터링 시스템은 차압 유량계, 전달시간 초음파 유량계, 로타미터/ 플로트센서(float sensor), 도플러 (Doppler) 초음파 유량계, 열 질량 유량계, 전자기 유량계, 터빈/패들 휠 미터, 와류식 유량계, 플로우 스위치, 코리올리 (Coriolis) 질량 유량계, CCD 또는 CMOS 카메라, 또는 이들의 조합인 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 유속 상태는 상기 광학 액체 입자 계수기의 정상 작동 유속의 50%만큼 증가 또는 감소한 것에 해당하는 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    액체 조절기를 추가적으로 더 포함하되, 여기서 상기 액체 조절기는 상기 광학 액체 입자 계수기 시스템에 진입하는 유체를 상기 유동 챔버와 유체 통신상태에 있는 샘플링 스트림 및 우회 스트림으로 분리하고 상기 샘플링 스트림으로부터의 버블을 제거하여 상기 우회 스트림으로 보내는 것을 특징으로 하는 광학 액체 입자 계수기 시스템.
  21. 광학 액체 입자 계수기에 대한 손상을 방지 또는 최소화하는 방법이되,
    액체 입자 계수기를 제공하는 단계이되, 상기 액체 입자 계수기는 전자기 방사선의 빔을 통해 유동 방향을 따라 입자를 포함하는 액체를 흐르게 하는 유동 챔버; 전자기 방사의 상기 빔을 제공하기 위해 상기 유동 챔버와 광학적 통신 상태에 있는 광원; 및 광검출기로 전자기 방사선의 적어도 일부를 수집 및 제공하기 위한 광학 수집 시스템이되, 여기서 상기 광검출기는 검출된 상기 입자의 개수 및/또는 크기의 전기적 신호 특성을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 수집 시스템;을 포함하는 액체 입자 계수기인, 단계;
    상기 액체 내의 버블, 유속 상태, 또는 버블 및 유속 상태 두 가지를 검출하는 단계; 및
    상기 버블 또는 상기 유속 상태를 검출하면 광원으로부터 발생하는 전자기 방사선의 유량을 방향전환, 재성형 또는 감소시키는 단계;를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전자기 방사선의 유량 방향전환, 재성형 또는 감소시키는 단계는
    버블, 유속 상태, 또는 버블 및 유속 상태 두 가지를 검출하면 광원으로부터의 전자기 방사선의 적어도 일부가 유동 챔버에 진입하는 것을 방지하여 빔을 차단하는 단계;를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 빔을 차단하는 단계는 전자기 방사선의 적어도 일부가 빔 덤프로 향하도록 액추에이터를 활성화하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 전자기 방사선의 유량을 방향전환, 재성형 또는 감소시키는 단계는 상기 버블 또는 유속 상태 검출 시 전자기 방서선의 빔 전력을 감소시켜 상기 광원에 공급되는 전력을 감소시키는 단계;를 포함하는, 방법.
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