KR20180100141A - 웨어러블 마스크 핏 모니터 - Google Patents

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KR20180100141A
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monitor
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나다니엘 루돌프 파머
케네스 루돌프 2세 파머
로버트 칼도우
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티에스아이 아이엔씨
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Abstract

여기에서 설명되는 방목면 핏 모니터는 사용자들에 의해 연속적으로 착용될 수 있어 얼마날 잘 그들의 마스크들이 사용 동안 피팅되어 있는지에 대한 지시를 제공하게 되고, 이로써 실생활 상황들에서 지속적인 이용에 사용가능한 정량적인, 웨어러블 핏 테스터들을 제공하게 된다. 모니터는 마스크의 내부 및 외부의 입자 농도들을 비교하는 것에 의해 마크스 핏 테스트들을 수행하기 위한 저비용 광학 입자 센서 조립체 및 컨트롤러 유닛을 포함한다. 핏 테스트 모니터는 저비용이고 웨어러블하고, 이중 샘플링이 가능하고, 100 이상의 핏 팩터 비들이 가능하고, 배터리로 전원공급되고 또한 마스크의 핏을 지시하기 위한 수단을 가지고 거의 실시간 측정들을 제공한다. 시스템은 데이터 로깅, 분석 및 디스플레이 능력들을 위한 유선 또는 무선 통신을 포함한다.

Description

웨어러블 마스크 핏 모니터
본 출원은, "Wearable Mask Fit Monitor"라는 제목으로 2016년 1월 8일에 출원된, US 가출원 특허 출원 제 62/276,579호의 우선의 이익을 주장하고, 이 출원은 여기에 그 전체가 참조로 반영된다.
본 발명은 방독면들을 위한 테스트 장비에 관한 것이다.
OSHA는 US 전역의 130만 개의 근무지들에서 500만 작업자들이 매일 그 자신들을 그 환경의 위험으로부터 보호하기 위해 방독면들을 착용해야 할 것으로 예상한다. 이 작업자들은 적절하게 마스크를 쓸 수 있다는 것을 보여주기 위해 매년 적합 검사(fit testing)를 거쳐야 하는 규정이 있지만, 그들이 이를 사용할 때 얼마나 잘 마스크가 피팅되었는지 양적으로 계량할 수 있는 방법이 없다.
방독면들은, 저렴한 일회용 마스크들로부터 하프-페이스 및 풀-페이스 재사용가능 모델들에 이르기까지, 착용자들을 유해한 먼지들, 연기들, 증기들 또는 가스를 호흡하는 것으로부터 막아 준다. 대부분의 방독면들은 방독면 그 자체로 사용자의 얼굴에 밀착을 형성하는 것에 의해 기능하고, 이로써 방독면들은 잘 맞아야 하고 그렇지 않으면 누설(leak)이 있을 수 있다. 마스크들의 테두리들과 착용자의 얼굴 사이에 간극이 있을 수 없다. 이 핏의 효과를 테스트하는 2 가지 종류의 측정들, 정량적 및 정성적 측정들이 있다. 정성적 테스트들은 마스크 외부에 에어로졸을 분사하고 사용자가 마스크 내부에서 그 냄새를 맡거나 맛을 보게 하는 것을 수반한다. 정량적 테스트들은 마스크 내부와 외부의 미세 입자들의 비에 기초하는 "핏 팩터(fit factor)"에 집중한다. 최소로 요구되는 핏 팩터들은 고전적인 "N95" 일회용 마스크들을 위한 100에서 풀-페이스 방독면들을 위한 500 또는 그 이상에 걸쳐 있다. 정성적 테스팅이 비용이 덜 들지만 정량적 테스팅이 더 정확하다. US 규정들에 의해 요구되는 바와 같이 매년 이러한 테스트들을 수행할 수 있는 고가의 대규모 장비는 있지만, 실생활 상황들에서 지속적인 사용이 가능한, 정성적인, 웨어러블 핏 테스터들이 있는 것 같지는 않다.
핏 테스팅에 오늘날 사용되는 2 가지 주요 방법들은 "광도측정 에어로졸 측정" 및 "응축 입자 카운팅(CPC)"이다. 광도측정 방법은 방독면의 내부 및 외부의 에어로졸을 검출하기 위해 광도계를 이용하는 것을 수반한다. 통상적으로 에어로졸의 일정한 농도는 방독면 외부에서 유지되지만, 근래 엔클로져의 사용 없이, 마스크 외부 자연 환경의 에어로졸만 측정하는 상용 핏 테스터가 도입되었다. 광도계는 그 크기의 함수로서 입자들의 수 농도를 측정하기 위해 입자들의 흐르는 스트림으로부터 산란되는 광을 이용한다. 입자 질량은 입자 배열 및 밀도에 대한 가정에 기초하여 이 측정으로부터 예측될 수 있다. 이것은 광학 기술이기 때문에, 가시광선 파장들과 같거나 또는 이보다 큰, ~0.3 마이크론 및 그 이상의 지름들을 가지는 입자들을 측정한다.
한편, 응축 입자 카운팅 방법은 광도계가 측정하는 것보다 10 내지 100 배 적은, 예를 들어 ~0.03 마이크론 및 그 이상의 지름들을 가지는 입자들을 카운팅한다. 정상적인 환경에서, 더 작은 입자들은 더 큰 입자들보다 훨씬 더 많다. CPC에서, 흐르는 스트림 내의 작은 입자들은 먼저 증기 응축에 의해 더 큰 크기로 성장하고 그후 광도측정 광 산란에 의해 또는 단일 입자 광학 카운팅에 의해 검출된다. 서로 다른 입자 크기들이 2 가지 측정들 및 핏 테스팅 기술들에서 사용되지만, 2 가지 경우들 모두에서 입자들은 충분히 작아서 마스크의 새는 곳으로 침투할 수 있다. 2 가지 모두의 방법들을 이용하는 테스트들은, 특히 1000 이하의 핏 팩터들에 있어서, 이들이 합리적으로 균등하다는 것을 보여준다. 핏 팩터는 마스크 내부에 대한 외부의 입자들의 단순한 비가 아니라, 차라리 연속되는 15초 내지 1 분 동안의 얼굴 운동 동안 측정되는 비들의 합성임에 유의해야 한다.
산업적이고 직업적인 위생 분야들에 있어서, 작업자들은 주기적으로 마스크 핏 테스팅을 거쳐야 하고 정규적으로 작업 동안 보호용 마스크를 사용해야 하는 요건들이 있다. 하지만, 작업자에 의한 마스크 준수 및 마스크를 이용하는 작업자에 대한 지속적이고 효과적인 보호는 고가의 장비의 이용 또는 마스크 준수의 인사적인 심도깊은 평가없이 오늘날 쉽게 측정되지 않는다. 그러므로, 비용이 낮고, 구현하기 쉽고 또한 원격으로 접근될 수 있는, 마스크 사용 준수에 있어서의 관리 및 작업자 보호를 위한 정량적인 해법이 필요하다.
여기서 설명되는 다양한 실시예들은 보호용 마스크 사용자를 위한 보호 팩터(protection factor, PF)를 쉽게 생성하는 개념에 기초한다. 이 보호 팩터는 내부에서 측정되는 것에 대한 마스크 외부에서 측정되는 입자 농도의 비이다. 그러므로, PF = (마스크 외부의 입자 농도)/(마스크 내부의 입자 농도)이다. 최적의 목표는 위험한 환경에 있을 때 미리 결정된 임계치 이상의 PF 비를 달성하는 데 있다. PF의 목적은 새는 것을 감소시키고 입자 밀도의 정확한 측정을 보장하는 데 있다. 그러므로, 여기서 설명되는 다양한 실시예들에 있어서 방독면/마스크는, 광학 센서가 사용되고, 보조 펌프 및 봉인가능한 하우징이 완전한 PF에 도달하는 것에 도움을 줄 것이다. 100(N95 보호 능력)보다 큰 보호 팩터들을 측정할 수 있는 능력을 가지면, 적어도 1000까지는 마스크 핏 성능의 "좋은" 범위에 있어서의 허용 범위 또는 넓은 범위를 제공하기 위해 바람직하다. 이것은 마스크로 새어들어오는 유해한 입자들을 감소시킬 수 있는, 밀착되는 마스크 핏을 지시할 것이다. 여기서 설명되는 다양한 실시예들은 N95 타입 마스크로 사용될 수 있는, 경량 형태의 팩터로 사용자에게 실시간 보호 팩터를 제공하고, 와이파이 또는 다른 무선 수단(궁극적으로는 PC 또는 스마트폰까지)를 통해 데이터를 전송하거나 또는 내장 메모리에 의해 데이터를 수집하고 사용자에게 시각적(LED와 같은), 촉각적(예를 들어, 촉각 진동기) 및/또는 음향적 지시자(예를 들어, 비퍼) 또는 전혀 보호하지 못하거나 또는 충분히 보호하지 못하는 마스크 보호 시스템 또는 환경적 위험의 경고를 제공할 수 있다. 관련된 실시예에 있어서, 디스플레이는 좋음-경계-나쁨에 대한 녹-황-적색과 같은 핏의 효과를 지시하는 광 또는 실시간 핏 팩터를 보여주는 웨어러블 유닛 상에 포함되어 있거나, 또는 원격 디스플레이가 휴대폰과 같은 수신 장치 상에 포함되어 있다.
일 실시예에 있어서, 사용자에 의해 지속적으로 착용될 수 있는 마스크 또는 방독면 핏 모니터 및 이 제안된 형태 팩터에 맞추기 위해 최적의 입자 검출 기술을 이용한 마스크 핏 테스트 모니터링 장치를 소형화하는 방법이 제공된다. 이 실시예에 있어서, 마스크의 내부와 외부의 입자 농도들을 비교함으로써 핏 테스트를 수행하기 위해 광학적 검출은 2 개의 광학 입자 카운터들과 함께 사용된다. 관련된 실시예에 있어서, (마스크의 내부 및 외부의) 2 개의 에어로졸 샘플들을 수신하고 또한 이 2 개의 에어로졸 샘플들에 대응하는 2 개의 신호들을 생성하기 위해 스위칭 밸브와 함께 하나의 광학 입자 카운터가 사용된다. 광학적 검출(광도측정 또는 입자 카운팅)은 저비용의, 저전력 및 경량일 수 있고 CPC보다 훨씬 더 저렴한 소형 입자 센서들의 이득을 제공한다. 여기서 설명되는 모니터는 입자들을 카운팅할 뿐만 아니라 다른 크기들 사이를 구별하고 질량을 예측할 수 있어, 센싱을 위해 사용되기 위한 미래의 측정들의 범위를 제공한다. 특히, 모니터는 웨어러블하고, 이중 샘플링을 제공하고, 100 이상의 핏 팩터 비들을 잘 달성할 수 있고, 배터리로 전원공급되고, 또한 마스크의 핏을 지시하기 위한 수단을 제공한다. 이 시스템은 모니터로부터 수신되는 데이터의 데이터 로깅 및 디스플레이를 위한 스마트 장치 또는 스마트폰을 포함한다. 데이터 로깅 또는 데이터 통신을 더함으로써, 고용주들은 작업자들이 증가되는 안전에 있어서 그들의 마스크들을 적절하게(또는 전혀) 사용하고 있음을 확신할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 에어로졸 샘플에 있어서의 입자 농도를 측정하기에 적합한 제1 및 제2 광학 입자 센서를 포함하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터가 제안되는데, 상기 제1 광학 센서는 제1 에어로졸 샘플을 수신하기 위한 입구를 가지고 상기 제2 광학 센서는 제2 에어로졸 샘플을 수신하기 위한 입구를 가진다. 상기 모니터는 상기 제1 및 상기 제2 센서들 각각으로부터 수신되는 상기 제1 및 제2 에어로졸 샘플들 각각에 있어서의 입자 농도들에 대응하는 제1 및 제2 입력 신호들을 수신하기에 적합한 컨트롤러 유닛을 더 포함하고, 이때 상기 컨트롤러 유닛은 상기 제1 및 제2 광학 센서들로부터 수신되는 상기 제1 및 제2 입력 신호들의 비에 대응하는 입자 농도 변수를 생성한다. 전원이 또한 상기 컨트롤러 유닛 및 상기 광학 입자 센서들에 전력을 공급하기 위해 포함된다. 관련된 실시예에 있어서, 상기 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터는, 상기 센서들을 통해 지속적인 공기흐름을 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 광학 센서들의 배기구에 결합되는 보조 펌프를 더 포함한다. 상기 웨어러블 모니터의 상기 컨트롤러 유닛은, 이 실시예에 있어서, 사용자의 마스크 피팅의 정량적 효과에 대응하는 보호 팩터 변수를 생성하고 또한 미리 정의된 레벨을 초과하는 보호 팩터 변수에 응답하는 사용자 경고 장치와 함께 작동되도록 구성되어, 상기 사용자 경고 장치는 사용자에게 상기 보호 팩터 변수가 초과되었다는 신호를 개시한다. 이 실시예들에 있어서, 상기 사용자 경고 장치는 LED, 진동 스피커 또는 트랜스듀서 및 오디오 인디케이터로 구성된 군으로부터 선택된다. 이 실시예들에 있어서, 상기 컨트롤러 유닛은 입자 수집 데이터를 유선 또는 케이블을 통해 유선 네트워크 또는 장치로 또는 외부 통신 네트워크 및 디스플레이 장치 중 적어도 하나로 무선으로 전송하기 위한 통신 장치를 더 포함한다.
관련된 실시예에 있어서, 상기에서 설명되는 웨어러블 모니터 및 상기 제1 광학 센서의 입구로 상기 제1 에어로졸 샘플을 제공하도록 구성되는 사용자를 위한 웨어러블 마스크를 포함하는 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터링 시스템이 제안된다. 이 시스템은 또한 상기 제2 광학 센서로 상기 제2 에어로졸 샘플을 수집 및 안내하기 위한 장치 및 상기 컨트롤러 유닛에 작동가능하게 결합되는 스마트 장치를 더 포함하고, 상기 스마트 장치는 데이터 로깅 및 데이터 저장을 위해 그리고 상기 사용자에게 데이터를 디스플레이하도록 구성되고, 상기 컨트롤러 유닛은 상기 사용자의 마스크 피팅의 정량적 효과에 대응하는 핏 팩터 변수를 생성한다.
또 다른 실시예에 있어서, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터에 에어로졸 샘플에 있어서의 입자 농도를 측정하기에 적합한 광학 입자 센서가 마련되어 있고, 상기 광학 센서는 에어로졸 샘플을 수신하기 위한 입구를 가진다. 상기 모니터는 또한 상기 광학 입자 센서 각각으로부터 수신되는 제1 및 제2 에어로졸 샘플들 각각에 있어서의 입자 농도들에 대응하는 제1 및 제2 입력 신호들을 수신하기에 적합한 컨트롤러 유닛을 포함하고, 상기 컨트롤러 유닛은 상기 광학 센서로부터 수신되는 상기 제1 및 제2 입력 신호들의 비에 대응하는 입자 농도 변수를 생성한다. 상기 모니터는 상기 광학 입자 센서를 이용해 제1 에어로졸 샘플 및 제2 에어로졸 샘플의 샘플링을 제공하는 데 적합하고 상기 광학 센서에 결합되는 스위칭 밸브 장치. 상기 컨트롤러 유닛은 상기 광학 센서로부터 상기 제1 및 제2 입력 신호들을 생성하기 위해 상기 스위칭 밸브를 활성화시키고; 및 상기 컨트롤러 유닛 및 상기 광학 입자 센서들에 전력을 공급하기 위한 전원을 더 포함한다. 관련된 실시예에 있어서, 상기 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터는 상기 센서를 통해 지속적인 공기흐름을 제공하기 위해 상기 광학 센서의 배기구에 결합되는 보조 펌프를 더 포함한다. 이 실시예에 있어서, 상기 컨트롤러 유닛은 사용자의 마스크 피팅의 정량적 효과에 대응하는 보호 팩터 변수를 생성한다.
관련된 실시예에 있어서, 상기에서 설명된 바와 같은 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터는 디스플레이 장치 및 외부 통신 네트워크 중 적어도 하나로 입자 수집 데이터를 무선으로 전송하기 위한 통신 장치를 가지는 컨트롤러 유닛을 포함한다. 상기에서 설명되는 테스트 모니터 및 상기 광학 센서의 입구로 상기 제1 에어로졸 샘플을 제공하도록 구성되는 사용자를 위한 에어러블 마스크를 포함하는 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터링 시스템이 또한 제안된다. 상기 시스템은 상기 컨트롤러 유닛에 작동가능하게 결합되는 스마트 장치를 더 포함하고, 상기 스마트 장치는 데이터 로깅 및 데이터 저장을 위해 그리고 상기 사용자에게 데이터를 디스플레이하도록 구성되고, 상기 컨트롤러 유닛은 상기 사용자의 마스크 피팅의 정량적 효과에 대응하는 핏 팩터 변수를 생성한다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들과 관련하여 다양한 실시예들의 이하의 상세한 설명을 고려하여 보다 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 저비용 광학 센서 및 그 연관된 구성요소들의 일반적인 작동 원리를 보여준다.
도 2은 아두이노 장치에 연결된 광학 센서를 보여준다.
도 3은 튜브 조립체에 광학 센서들의 커플링을 제공하기에 적합한 센서를 보여준다.
도 4a 및 도 4b 각각은 랩탑 컴퓨터 및 스마트폰 각각에 결과들을 디스플레이하는 실생활 마스크 핏 테스트 시스템을 보여준다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 시스템의 2 개의 센서 테스트 및 매치 스트라이크들에 응답하여 핏 팩터 테스트 결과들 각각을 보여준다.
도 6은 여기에서의 교시들에 따른 센서 어댑터 조립체를 가지는 광학 센서를 보여준다.
도 7은 여기에서의 교시들에 따른 웨어러블 마스크 핏 센서 조립체의 실시예의 블록도를 보여준다.
도 8a, 도 8b, 및 도 8c는 호흡 포트를 가지는 N95-타입 마스크, 전통적인 N-95 마스크 및 공인된 N-95가 아닌 표준 먼지 마스크 상의 도 7의 웨어러블 마스크 핏 센서 조립체의 테스트 결과들을 보여준다.
도 9는 여기에서의 교시들에 따른 웨어러블 보호 팩터 모니터의 실시예를 보여준다.
도 10은 여기에서의 교시들에 따른 웨어러블 보호 팩터 모니터의 다른 실시예를 보여준다.
도 11은 대시보드-타입 디스플레이 및 클라우드로의 통신 능력을 가지는 사용자를 위한 웨어러블 보호 팩터 모니터링 시스템의 시스템 레이아웃을 보여준다.
도 12a 내지 도 12c는 좋은 환경, N95 마스크 보호를 가지는 나쁜 환경 및 나쁜 마스크 보호를 가지는 나쁜 환경 각각에 있어서의 핏 팩터 결과들의 클라우드 대쉬보드 디스플레이들의 일 예를 보여준다.
도 13은 여기에서의 교시에서와 같이 웨어러블 보호 팩터 모니터링 시스템을 이용한 수 개의 작업공간 시뮬레이션 어플리케이션들의 프로세스 흐름을 보여준다.
도 14a 및 도 14b는 보호 팩터 모니터링 이전에 수행되는 센서 검증 프로세스 및 센서 미세조정 프로세스를 보여준다.
도 15a 및 도 15b는 각각 마스크 내부 및 외부에서 입자 측정값들을 생성하기 위해 또한 보호 팩터를 생성하기 위해 어떻게 보호 모니터 시스템이 실시간 OSHA 마스크 핏 예에 있어서 사용되는지 보여준다.
도 16a, 도 16b, 및 도 16c는 각각 마스크 내부 및 외부에서 입자 측정값들을 생성하기 위해, 마스크 사용 준수를 시그널링하는 보호 팩터를 생성하기 위해 또한 다양한 시도들에서의 마스크 사용 준수를 보여주기 위해 어떻게 보호 모니터 시스템이 작업 공간 검출 예에 있어서 사용되는지 보여준다.
도 17은 어떻게 여기에서 교시되는 보호 모니터링 시스템이 시뮬레이션되는 소작(cauterization) 절차 동안 의료적 작업자에게 수술용 페이스 마스크 보호 대 N95 마스크 보호를 측정하는지 보여준다.
도 18a, 도 18b, 및 도 18c는 각각 보호 마스크 내부의, 보호 마스크 외부의 입자 측정값들을 생성하기 위해, 또한 활동이 수행되는 다양한 지점들 동안 군인에게 마스크 보호를 시그널링하는 보호 팩터를 생성하기 위해 어떻게 보호 모니터 시스템이 시뮬레이션되는 군용 활동 예에 있어서 사용되는지 보여준다.
본 발명은 다양한 변형들 및 대체적인 형태들에서 수정될 수 있는 한편, 그 상세사항들은 도면들에 있어서의 예를 통해 보여지고 또한 상세하게 설명될 것이다. 하지만, 본 발명은 설명되는 특정 실시예들에 한정되지 않음이 이해되어야 한다. 이와 반대로, 본 발명의 사상 및 범위 안에 포함되는 모든 변형들, 균등물들 및 대체물들은 커버하고자 한다.
이하는 본 개시에 따른 장치 및 방법의 실시예들 및 이에 관련된 다양한 관련 개념들의 보다 상세한 설명들이다. 상기에서 소개되고 이하에서 더 상세하게 설명되는 요지의 다양한 측면들은, 이 요지가 특정한 구현 방식으로 한정되지 않기 때문에, 수많은 방법들 중 하나로 구현될 수 있음이 이해되어야 한다. 상세한 구현 및 응용들의 예들은 기본적으로는 설명을 목적으로 제공된다.
여기에서 설명되는 다양한 실시예들에 있어서, 실내(또는 마스크 내부) 및 실외(또는 마스크 외부) 입자 농도들을 동시에 측정하기 위해, 적어도 2 개의 광학 입자 센서들이 있는데, 이것은 그후 무선으로 통신되고 또한 그래픽 유저 대쉬보드 상에 디스플레이될 수 있다. 무선 능력은 사용자의 보호를 위한 보호 팩터가 케이블 연결의 장애 없이 지속적으로 모니터링되도록 허용한다. 관련된 실시예에 있어서, 보호 팩터의 계산을 위한 입자 농도 데이터를 수집하기 위해 마스크 내부로부터 마스크 외부로 스위칭하는 것을 허용하기 위한 스위칭 밸브와 함께, 하나의 광학 입자 센서가 사용된다. 다른 실시예에 있어서, 웨어러블 보호 모니터로부터의 연결은 모니터로부터 데이터의 분석 및 디스플레이를 위한 랩탑까지 또는 스마트폰까지의 하드 와이어 케이블일 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 웨어러블 보호 모니터는 흐름 속도를 증가시키고 또한 하나의 입자 센서 또는 복수의 센서들을 통한 공기흐름을 고르게 하기 위한 보조 펌프를 포함한다. 펌프의 포함은 또한 흐름이 "거꾸로 흐르지(back-streamed)" 않아 오염물들이 환경으로부터 다시 사용자의 마스크로 인입되지 않는 것을 보장한다. 일반적으로, 여기서 설명되는 보호 모니터링 시스템들 각각은 동적 시스템, 데이터 프로세싱 시스템 및 사용자 인터페이스를 포함한다. 이러한 요소들은 함께 사용자의 호흡 영역으로부터 공기를 효과적으로 샘플링하고, 입자들의 농도들을 계산하고 또한 웹 기반의 대시보드 또는 다른 디스플레이들로 조작자 또는 사용자에게 결과들을 디스플레이할 수 있다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1에는 저비용 광학(레이저) 센서(10) 및 여기에서 교시되는 바와 같은 웨어러블 보호 모니터의 주요 구성요소들 중 하나인, 그 연관된 구성요소들의 일반적인 작동 원리가 도시되어 있다. 이러한 타입들의 센서들은 펄스 폭 변조(PWM)보다 사용이 더 쉬울 수 있는 시리얼 데이터 출력 또는 다른 센서들의 아날로그 출력을 이용하고, 수동 장치보다 더 빠른 응답을 가지고 또한 더 안정적인 능동 팬 주도 측정을 포함한다. 이에 더하여, 레이저 기반의 센서는 더 민감하고 또한 이로부터 선택할 수 있는 더 많은 측정 옵션들을 주기 위해 입자 카운트들 및 질량을 제공한다. 이러한 실시예들에 있어서, G1 및 G5 광학 센서 장치들은 Plantower(China)에 의해 제조된다. 저비용 입자 센서(10)는 공기(31)가 광 산란 측정 챔버(32)를 관통하는 것을 허용하는 공기 채널(30)을 통해 레이저 빔(22)을 방출하는 레이저 소스(20)를 포함한다. 전기적 신호(34)는 채널(30)로부터 방출되는데 이것은 채널(30)을 지나가는 입자들을 지시하고 또한 필터 증폭기 회로(40)를 관통하고, 이어서 전기적 신호(42)를 생성한다. 신호(42)는 디지털 신호(52)로서 빠져나가기 전에 MCU(50)(마이크로컨트롤러)를 지나간다. 이하의 표 1은 여기에서 설명되는 실시예들에서 사용될 수 있는 광학 센서들의 예들을 제공한다:
센서 명칭 소스 치수 공기흐름 드라이버 작동 원리 데이터 출력 및 민감도/범위
SEN0177 또는 Plantower PMS1003 또는 G1 DFRobot.com 또는 Taobao.com 65x42x23 mm 능동 팬 IR 레이저 및 광 검출기 시리얼 디지털 출력. PM1.0, PM2.5, PM10, 및 입자 커운트들 > 0.3, 0.5, 1.0. 2.5. 5.0 및 10㎛을 위한 16 비트 값들을 제공한다.
범위 0-600 ㎍/m3 또는 매 ~1초마다 업데이트되는 공기 0.1 리터당 0-65535 카운트들.
Plantower PMS3003 또는 G3 Aibaba.com 또는 Taobao.com 65x42x23 mm 능동 팬 IR 레이저 및 광 검출기 시리얼 디지털 출력.
PM1.0, PM2.5, 및 PM10을 위한 16 비트 값들을 제공한다.
범위 0-600 ㎍/m3.
Plantower PM5503 또는 G5 Taobao.com 50x38x21 mm

 능동 팬 IR 레이저 및 광 검출기 시리얼 디지털 출력.
PM1.0, PM2.5, PM10, 및 입자 커운트들 > 0.3, 0.5, 1.0. 2.5. 5.0 및 10㎛을 위한 16 비트 값들을 제공한다.
범위 0-600 ㎍/m3 또는 매 ~1초마다 업데이트되는 공기 0.1 리터당 0-65535 카운트들.
도 2를 참조하면, 하나의 센서(10) 또는 하나 이상의 센서를 읽고 제어하기 위해 출력(60) 및 케이블 또는 시리얼 커넥터(140)로부터 아두이노 유닛(110)까지 전기적으로 결합되어 있는 광학 센서(10)를 포함하는, 아두이노/광학 센서 조립체(100)가 도시되어 있다. 센서 조립체(100)는 센서 어댑터(130)를 통해 광학 센서(10)와 결합하기 위해 연결들의 세트(120)를 포함한다. 센서(10)는 아두이노 보드(110)로부터 5V에 의해 전력공급되고 또한 센서(Tx)에 의해 전송되는 시리얼 출력은 아두이노의 시리얼 수신기(Rx)에 의해 읽혀진다. 센서는 매초 대강 32 바이트 데이터 스트림을 출력한다. G1 및 G5 센서들과 통신하기 위한 초기의 아두이노 스케치는 부록1에 제공되는데, 이것은 그 전체가 참조에 의해 여기에 반영된다. 데이터 패킷이 준비될 때, 아두이노는 32 바이트를 읽고, PC의 시리얼 모니터로 바이트들 각각을 인쇄하고 또한 각각의 하이 바이트를 256와 곱하고 대응하는 로우 바이트에 더하는 것에 의해 변환된 농도 및 카운트 값들을 인쇄한다. (그 전체가 참조에 의해 여기에 반영되는) 부록 2는 2 개의 센서들을 동시에 읽고 또한 PC의 시리얼 모니터로 결과 데이터를 인쇄하기 위해 그 코드 상에 만들어지는 스케치를 보여준다.
Figure pct00001
도 3을 참조하면, 내부 마스크 입자 수집 또는 외부 입자 데이터 수집을 위해, 최종적으로는 마스크에 연결될 수 있는 튜브 조립체에의 광학 센서의 커플링을 제공하기 위해 센서 호스 어댑터(200)가 도시되어 있다. 센서 어댑터(200)는 일 단(212)에 플러그(220)를 가지는 황동관 나사산 있는 커플러(210)를 이용해 디자인되어 있는 호스 어댑터를 포함하고, 호스 수신기(238)는 광학 센서 내의 입구 홀들의 세트에 정렬되기 위해 커플러(210)에 천공되거나 또는 형성된 홀들(216)의 세트를 가지고 타 단(214)에 부착된다.
도 4a 및 도 4b 각각은 랩탑 컴퓨터 및 스마트폰 각각에 결과들을 디스플레이하는 사용자(302)가 착용한 실생활 마스크 핏 테스트 시스템을 보여준다. 특히, 시스템(300)은 랩탑(340)으로의 데이터 출력(312) 또는 스마트폰(350)으로의 출력(312A)을 가지는 아두이노 유닛을 포함하는 컨트롤러 보드(310)를 포함한다. 광학 센서들(320 및 322)은 케이블(314)을 통해 컨트롤러 보드(310)에 일 단이 결합되어 있다. 광학 센서(320)는 호스 수신기에 맞는 N95 마스크(330)에 결합되고 한 쌍의 호스들은 2 개의 센서들로부터 마스크로 이어져 있고, 하나의 호스는 마스크 내부의 입자들을 감지하고 다른 하나는 외부 환경을 감지하고 마스크 근방의 입자들을 감지한다. 대략적으로 실시간 보호 팩터들은 내부 마스크 입자 레벨들에 대한 외부 입자 레벨들의 비를 취함으로써 사용자(302)를 위한 시스템(300)에 의해 규칙적으로 생성되고 또한 랩탑 또는 스마트폰 상에 디스플레이된다.
이제 도 5 및 도 4a의 셋업을 참조하면, 사용자(302)는 부착된 호스들을 가지는 마스크(330)를 착용한다. 매치 스트라이크들은 사용자가 완전히 부동으로 데이터를 획득할 때 t=130, 490, 850초들에서 발생한다. 실험은 도 5a에 도시된 바와 같이 수 번 반복된다. 이 예에 있어서, 각각의 매치가 발생하고 입자들이 마스크 외부 센서에 의해 감지될 때 사이에 일관되게 대략 45 초의 지연이 있다. 마스크 내부를 위한 광학 센서(320) 또한 매치 스트라이크에 응답하지만, 89 내지 112초의 휠씬 더 긴 지연 이후이다. 제1 매치 스트라이크에 대한 이 핏 팩터 비는 꽤 좋은 핏을 지시하는 대략 45이지만, 이것은 마스크 내부의 센서에 의해 측정되는 배경 레벨이 점차적으로 증가되기 때문에 제2 및 제3 매치 스트라이크들에 대해서보다는 훨씬 낮다.
도 6은 광학 센서(402) 및 센서 어댑터 조립체(410)를 가지는 광학 센서 조립체(400)를 보여준다. 센서 조립체(400)는 센서(402)를 컨트롤러 보드에 연결하기 위한 케이블 커넥터(404)를 포함한다. 센서 어댑터(410)는 더 많은 입자들의 광학 센서(402)로의 직접 흐름 경로를 제공하고 광학 센서 배기구(406)를 위한 공간을 제공한다.
도 7은 여기에서의 교시들에 따른 웨어러블 마스크 핏 센서 조립체(500)의 실시예의 블록도를 보여준다. 웨어러블 보호 모니터 유닛(500)를 위한 구성요소들은 이에 부착되고 벨트 클립(504)을 가지는 하우징(502) 안에 하우징되는(선택적으로), 각각 어댑터들(522 및 532)을 가지는, 2 개의 광학 센서들(520 및 530)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 하우징(502)은 BUD 산업들(#AN-1304)에 의해 만들어지는 엔클로저이다. 조립체(500)는 전원 연결(550) 및 시리얼 커넥터(560)를 지원하고 또한 온/오프 스위치(570)(로터리 스위치(Cooper #459Q-PTA))에 결합되어 있는, 아두이노 보드(Medog UNO R3 Board through Amazon)의 형태인 컨트롤러 보드(510)를 더 포함한다. 조립체(500)는 5-AA 배터리 홀더(Parallax #753-00007)로 구성되는 전원(540)을 더 포함한다. 마스크로 및 외부 환경으로 가는 호스들에의 연결을 제공하기 위해, 광학 센서들(520 및 530) 각각은 각각 수신 호스들 또는 입구들(524 및 534)을 가지는, 센서 어댑터들(522 및 532)을 포함한다. 이에 더하여, 센서들은 마스크 및 외부 환경으로부터 입자 공기흐름들을 배출하기 위해, 배기구들(526 및 536)을 각각 포함한다. 이 실시예에 있어서, 아두이노 보드를 위한 120mA 및 50mA 인입(draw)의 광학 센서 각각에 대하여 최대 전류 인입이 주어지면, 최소 배터리 수명은, 2500mA-h의 통상적인 AA 배터리 능력이 주어진다면, 8 시간을 초과하는 것으로 예상될 수 있다.
도 8a, 도 8b, 및 도 8c는 호흡 포트를 가지는 N95-타입 마스크, 전통적인 N-95 마스크 및 공인된 N-95가 아닌 표준 먼지 마스크 상의 도 7의 웨어러블 마스크 핏 센서 조립체의 테스트 결과들을 보여준다. 각각의 마스크는 청결한 환경에서 테스트 주체에 의해 적절하게 착용되고 그후 주체는 연기 입자 소스로서 활동적인 향불을 가진 방(~10' x ~10') 안에 평온하게 앉아 있었다. PM10 질량 농도들은 휴식을 취하는 테스트 주체에 의해 착용되어진 마스크들 외부(도 8a - 센서 1) 및 마스크들 내부(도 8b - 센서 2)에서 측정되었다. 도 8c는 각각의 센서 측정값으로부터 순간적인 마스크 핏 비를 보여준다. 도면들에 있어서의 시간 지점들(A-H)은 이하와 같이 설명된다.
도 8a 내지 도 8c를 보다 더 자세히 참조하면, 사용자는 마스크를 착용하였고 향(연기 입자 소스)은 A 지점에서 켜졌고, 센서 1은 예상했던 것 보다 대략 45 초 뒤에 반응하였다. 대략 10의 대략적으로 일정한 핏 비는 마스크가 벗겨지고 튜브들이 웨어러블 모니터로부터 제거된 B 지점까지 유지되었다. 센서 2는 PM농도에 있어서의 증가를 보여주고 예상과 같이 반응하였다. C 지점에서 모니터는 연기가 많은 방으로부터 꺼내어졌고 PM 값들은 예상대로 양 센서들에서 빠르게 감소되었고, 핏 비는 1에 근접하였다. 지점 D에서, 프로세스는 마스크 2에 대하여 반복되었다. 이 마스크에 있어서 30에 근접하는 초기 핏 비가 달성되었지만, 비는 마스크가 벗겨지고 튜브들이 다시 유닛으로부터 제거되는 지점 E까지 시간에 따라 점진적으로 감소되었다. 이 지점에서 센서 2에 의해 측정되는 PM 농도는 예상대로 상승했다. 지점 F에서 모니터는 청결한 환경으로 가져가졌고 지점 C에서와 같이, PM 값들은 양 센서들에서 감소되었다. 지점 G에서 주체는 마스크 3을 착용하고 연기가 많은 환경으로 들어갔다. 초기에 대략 30의 핏 비가 달성되었지만, 이것은 대략 10까지 감소되었다. 테스트 주체는 마스크 2 및 마스크 3에 있어서 연기가 많은 환경에의 초기 노출 동안 그가 그의 손가락들을 이용해 그의 코 주위에서 마스크를 고정해야 했음에 주목했다. 이것은 이 2 가지 경우들에 있어서 증가된 핏 비들을 설명할 수 있다. 마지막으로, 지점 H에서 마스크 및 튜브들은 제거되었고 모니터는 연기 많은 방에서 떠났다.
도 9는 도 7에 도시된 웨어러블 보호 팩터 모니터(600)의 실시예를 보여준다. 데이터는 시리얼 커넥터를 통해 PC로 읽혀질 수 있지만(도 4a 참조), 휴대성을 위해 이것은 데이터를 디스플레이하기 위해 폰 스크린을 터미널 에뮬레이터로 변환시키는 app USB 터미널을 이용해 휴대폰 또는 스마트폰으로 읽혀질 수 있다(도 4b 참조). 휴대폰 데이터 출력은 도 4b에 도시되어 있다. 웨어러블 모니터로부터의 휴대폰 데이터 출력은 측정 시작부터 경과된 시간, 외부 환경 조건들 및 순간적인 핏 팩터 비를 보고한다.
도 10은 여기에서의 교시들에 따른 웨어러블 보호 팩터 모니터(700)의 다른 실시예를 보여준다. 특히, 모니터(700)는 바닥(701) 및 상판(702)으로 구성된 하우징을 포함하는데, 이것은 그 안의 구성요소들의 대부분을 지지하고 있고, 나사들(713)로 둘러쳐져 있다. 선택적인 벨트 클립(709) 및 스터드 트리포드 마운트(710). 이에 더하여, 모니터(700)는 컨트롤러 보드(704)(AdaFruit Feather ATWINC 1500) 및 회로기판(705)에 전력을 공급하는 배터리 팩(703)(예를 들어, 리튬 이온, 3.7V 2500mAh)을 포함한다. 기판(705)은 모니터(700) 내에서 조립체를 안정시키기 위해 트리포드 너트(707)에 결합된다. 2 개의 광학 센서들(706A 및 706B)(Plantower G10)은 회로기판(705)에 또한 컨트롤러 보드(704)에 전기적으로 결합되고 또한 마스크에의 연결을 위한 또한 외부 환경 공기를 수집하기 위한, 호스 수신기 조립체들을 각각 포함하고, 또한 모니터(700)를 통해 일관된 공기흐름을 생성하기 위한 기구 펌프(708)에 서로 연결되어 있는 배기구 조립체를 포함한다. 시각적인 경고를 위해, 모니터는 상판(702) 근처에 장착되는 3-색 LED(711)를 포함하고, 또한 사용자에게 촉각적인 또는 진동하는 경고를 위해, 버저(712) 또한 상판(702) 근처에 장착된다. USB 플러그(714)는 스위치 슬라이드(715) 및 튜브 피팅(716)과 함께 하우징 상에 포함된다.
도 11은 대시보드-타입 디스플레이 및 클라우드로의 통신 능력을 포함하는, 모니터(700)를 이용하는, 하나 또는 그 이상의 마스크 사용자들을 위한 웨어러블 보호 팩터 모니터링 시스템(750)의 시스템 레이아웃을 보여준다. 이 시스템은 웨어러블 모니터의 적절한 기능을 허용하는 동적 시스템, 미가공 데이터 결과들을 유의미한 정보로 적절하게 표현하는 것을 허용하고 또한 사용자의 장치에 순간적인 지시들을 제공하는 데이터 프로세싱 시스템, 및 프로세싱된 데이터를 수신하고 사용자에게 (PF들, 입자 밀도 및 입자 카운트 게이지들과 같은) 중요한 변수들을 디스플레이하는 사용자 인터페이스를 포함하는, 보호 팩터 모니터링 시스템의 주요 개념들을 구현한다.
이 실시예에 있어서, 광학 센서(706A)는 광학 센서(706B)가 마스크(730)에 근접하지만 외부의 공기 샘플들을 수집하는 동안 마스크(730)에 결합되어 있다. 양 센서들의 배기구들은, 차례로 이전의 실시예의 응답보다는 빠른, 입자 측정을 위한 연속적이고 꾸준한 공기 흐름을 생성하기 위해, 또한 센서들로의 역류를 제거하기 위해 펌프(708)에 결합되는, t-커플러(717)(또는 y-커플러)와 결합된다. 펌프(708)의 다른 포트는 주변 공기로 안내된다. 시스템(750)은 또한 아두이노 컨트롤러(704)로부터(예를 들어, Adafruit Feather MO board with WiFi) 마스크 사용자를 위한 핏 팩터들을 분석 및 디스플레이하기 위한 데스크탑(760), 스마트폰(770) 또는 랩탑(780) 중 어느 하나까지 또는 직접 클라우드(740)까지의, 무선 연결을 포함한다. 다양한 계산 장치들의 디스플레이들은 사용상의 용이를 위해 대시보드-타입 이미지들을 제공한다. 이 실시예에 있어서, 데이터 프로세싱 모듈의 주요 구성요소들은 Adafruit 아두이노, 광학 센서들, PCB기판, 전자 버저, 다색 LED 및 촉각 진동 모터이다. 센서들에 의해 수집된 데이터는 아두이노로 전송되고 그 시리얼 수신기에 의해 프로세싱될 것이다(Adafruit 모듈은 802.11b/g/n 표준과 양립가능하다). 아두이노가 센서 데이터를 읽고 있을 때, 이것은 경고 시스템(LED, 버저 등)을 제어하고 있어, 입자 농도 또는 PF가 안전 값을 초과할 때, 하나 또는 모든 경고 구성요소들이 활성화될 것이다. PCB기판은 모든 데이터 프로세싱 구성요소들에 연결된다.
이 실시예에 있어서, 와이파이를 가진 Adafruit 보드는 실시간 데이터가 디스플레이되고 모니터링되는 것을 허용하고 복수의 장치들이 동시에 보여지는 것을 허용한다. 이제, 1 인이 중앙 위치에 위치되어 복수의 작업자들의 PF들을 추적할 수 있다. 이것은 또한 배치된 작업자가 개별적인 작업자들에게 그들이 안전하지 않은 환경에 노출되었을 때를 알려줄 수 있기 때문에 경고 시스템으로서 이용될 수 있다. 이것은 작업자가 어떤 상황들에서 계속 그들의 핏 테스트 모니터를 보는 것보다는 그들의 작업에 집중하는 것을 허용할 것이고 또는 전체 작업공간 위치에서 마스크-사용 준수를 추적하는 것에 도움을 줄 수 있다.
LED 및 오디오 인디케이터들은 또한 개별적인 작업자들에게 특히, 위험한 상황들에서, 실시간 경고들을 제공하는, 유용한 경고들일 수 있다. 오디오 인디케이터는 물론 작업자에게 음향에 의해 또는 촉각에 의해 즉각적인 경고를 제공하기 위해 (대략 60-85db에서 작동하는) 오디오 버저 및/또는 (대략 8000rpm에서 작동하는) 촉각 진동 모터를 포함할 수 있다. 마지막으로, 다른 실시예에 있어서, 향기 경고 또한 (특히 장애가 있는 작업자들이 관리할 때) 사용자에 의해 검출될 수 있는 에스테르를 보호 마스크로 펌핑하는 것에 의해 경고 시스템에 반영될 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 좋은 환경, N95 마스크 보호를 가지는 나쁜 환경 및 나쁜 마스크 보호를 가지는 나쁜 환경 각각에 있어서의 핏 팩터 결과들의 클라우드 대쉬보드 디스플레이들의 일 예를 보여준다. 특히, 다양한 디스플레이들은 마스크 내부(센서 1), 마스크 외부(센서 2) 및 핏 팩터(센서 2/센서 1)의 공기 질의 시간 추적(플롯) 및 전류 값(게이지)를 보고한다. 측정값들은 매 5초마다 업데이트되고 복수의 데이터 공급이 가능하다. 시간 스탬핑된 데이터는 분석을 위해 온라인에 저장되고 다운로드된다.
도 13은 여기에서의 교시에서와 같이 웨어러블 보호 팩터 모니터링 시스템을 이용한 몇몇 작업공간 시뮬레이션 어플리케이션들의 프로세스 흐름을 보여준다. 특히, 활동들(exercises)의 실시간 OSHA 핏 테스트 세트는 1/2-페이스 마스크로 수행되고; 준수 검출 활동은 N95 마스크 및 반복되는 마스크 온/오프 활동들과 함께 연기 가득한 방에서 수행되고; 포유동물 조직의 모의 소작(simulated cauterization)으로부터 의료 작업자들을 위한 연기 노출 측정은 수술용 대(對) M95 마스크들을 이용하고; 또한 시뮬레이션되는 군대-스타일의 땅파기 활동(military-style digging exercise)은 연기 가득한 방을 이용한다. 이하의 도면들은 보다 구체적으로 각각의 어플리케이션을 위해 지속적으로 제공되는 마스크 내부 결과들 및 다양한 형태 핏 또는 보호 팩터들을 보여준다.
도 14a 및 도 14b는 보호 팩터 모니터링을 수행하기 전에 수행되는 센서 검증 프로세스 및 센서 미세조정 프로세스를 보여준다. 여기에서 설명되는 보호 모니터들 중 하나를 구현하는 제1 단계는 각각의 센서를 연기 샘플에 종속시키고 그후 얼마나 근접하게 각각 수행될지 결정하는 것에 의해 검증 및 센서 미세조정을 수행하는 것이다. 센서들은 2000 ㎍/m3까지 PM 1.0(1 ㎛ 지름보다 작은 입자의 질량 농도)을 측정하기 위해 미세조정된다. 각각의 센서는 인공 연기의 짧은 퍼프(1초보다 작은) 까지 5 초 이내에 응답하고 그후 40 초 이내에 입자들을 제거한다. 센서들 사이에 혼선이 없고 또한 PM 1.0 농도에 있어서의 100X 보다 더 많은 변화에 대하여 연기가득한 방에의 출입에 응답하여 매우 잘 매칭된다.
도 15a 및 도 15b는 각각 마스크 내부 및 외부에서 입자 측정값들을 생성하기 위해 또한 보호 팩터를 생성하기 위해 어떻게 보호 모니터 시스템이 실시간 OSHA 마스크 핏 예에 있어서 사용되는지 보여준다. 일반적으로, 현재 접근들이 매우 큰(bulky) CPC 기반의 장치들을 사용하기 때문에 어떠한 활동들이 마스크들을 새게 만드는지 보기 위한 작업 활동 중에 방독면 핏을 측정할 필요가 있다. 이 예에 있어서, 주체는 연기 가득한 방에서 1/2-페이스 방독면을 이용하여 OSHA의 8 개의 활동 시퀀스를 수행하도록 요구된다(도 15a 참조). 100을 초과하는 보호 팩터들이 달성되지만 심호흡, 말하기 및 굽히기는 보호 팩터들(PF)이 수용가능하지 않은 레벨들에서 주기를 가진다(도 15b 참조). 이 활동은 사용자에게 PF가 수용불가한 레벨들인 순간들/이벤트들을 제공하고 이러한 정보는 사용자에게 그들을 보호하기 위해 즉시 그리고 지속적으로 제공되고, 이러한 정보는 예를 들어 모니터링 및 훈련 목적들을 위해서는 유용하다.
도 16a, 도 16b, 및 도 16c는 각각 마스크 내부 및 외부에서 입자 측정값들을 생성하기 위해, 마스크 사용 준수를 시그널링하는 보호 팩터를 생성하기 위해 또한 다양한 시도들에서의 마스크 사용 준수를 보여주기 위해 어떻게 보호 모니터 시스템이 작업 공간 검출 예에 있어서 사용되는지 보여준다. 이 예에 있어서, 준수는 감독관들이 나쁜 공기 질을 가지는 환경에서 안전 마스크들의 사용을 모니터링하고 강제하려고 노력하기 때문에 목표이다. 이 활동에 있어서, 주체는 연기 가득한 방에 N95를 착용하고 들어가고 그후 대략 2 분 동안 제거하고 그후 대략 2 분 동안 재착용한다. 이 활동은 수 번 반복된다. 마스크의 이용은 풀 페이스 마스크가 아닐 수 있는 마스크에 대해서조차 도 16b 및 도 16c에 도시된 다양한 PF 피크들로부터 쉽게 식별가능하다. 따라서, 데이터는 실시간 준수 및 노출이 가능하고 또한 사용되는 무선 데이터 전송 시스템에 따라 원격으로 결정될 수 있음을 지시한다.
도 17은 어떻게 여기에서 교시되는 보호 모니터 시스템이 시뮬레이션되는 소작(cauterization) 절차 동안 의료적 작업자에게 수술용 페이스 마스크 보호 대 N95 마스크 보호를 측정하는지 보여준다. 1/2 백만이 넘는 헬스케어 작업자들은 조직/수술용 소작 연기에 매년 노출되어 있고, 이것은 건강 영향들의 어레이로 이어질 수 있다. 수술용 마스크들은, 주로 환자를 위한, 액체 및 입자 보호를 위한 표준 활동이고, 작업자들을 보호하기에 충분해 보이지 않는다. 이 예에 있어서, 소작 경험을 시뮬레이션하기 위해 납땜용 인두 및 델리 미트가 사용되었고, 청결한 환경에서의 휴식 2 분 주기 사이 5 번 연기 생성이 교차되었다(배경은 대략 PM1.0-~0 ㎍/cm3이다). 그래프로부터, 보호 팩터가 수술용 마스크에 대해서는 대략 1이고 N95 마스크에 대해서는 대략 15이기 때문에 수술용 마스크들은 연기 입자들로부터 보호를 제공하지 않는 한편 N95 마스크는 어느 정도 보호를 제공하는 것이 명백하다.
도 18a, 도 18b, 및 도 18c는 각각 보호 마스크 내부의, 보호 마스크 외부의 입자 측정값들을 생성하기 위해, 또한 활동이 수행되는 다양한 지점들 동안 군인에게 마스크 보호를 시그널링하는 보호 팩터를 생성하기 위해 어떻게 보호 모니터 시스템이 시뮬레이션되는 군용 활동 예에 있어서 사용되는지 보여준다. 특히, 군대 인사가 현재 군용 마스크들로부터 수신하는 보호에 대해서 불확실함이 존재한다. 다양한 마스크들이 시스템 부피가 500 cm3보다 작아야 하고, 시스템이 와이파이 통신을 제공하고, 4 시간 배터리 수명을 가지고 또한 50K보다 큰 핏 팩터를 측정할 수 있는, DOD 상세사항들을 만족시키는 평가 시스템을 이용해 평가되었다. 땅파기 활동에 종속되었을 때 결과들 또는 마스크의 성능은 그 정지된 성능과 비교하여 변하였다. 연기 가득한 환경에 있어서, 1/2-페이스 방독면을 착용한 주체는 2 분 주기의 휴식과 심호흡과 함께 2 분 주기의 시뮬레이션된 땅파기 사이를 5 번 교대하었다. 도 18a는 마스크 내부에서 측정되는 입자들을 보여주고 도 18b는 마스크 외부에서 측정되는 입자들을 보여주고, 또한 최종 보호 팩터는 도 18c에 도시되어 있다. 땅파기 동안 마스크는 상당히 새게 되고 보호 팩터 또한 상당히 떨어지는 것처럼 보인다. 땅파기가 정지되기만 하면 마스크는 수용가능한 레벨들로 돌아오고 또한 어느 정도 정상적인 호흡이 돌아온다.
관련된 실시예에 있어서, 소프트웨어 앱들 및 하드웨어는 집적된 SD 카드와 같이, 데이터 로깅을 단순화하는 데 사용될 수 있다. 이에 더하여, 스마트폰과의 무선 통신 또한 케이블 없이 폰에 작동가능하게 커플링을 제공할 수 있거나, 또는 와이파이를 통한 클라우드로의 방송은 복수의 유닛들이 동시에 모니터링되는 것을 가능하게 할 것이다. 다른 실시예에 있어서, 광들 또는 음향적 경고와 같은 지시자들을 나쁜 핏 조건을 알리기 위해 추가하는 것 또한 유리할 것이다. 또 다른 관련된 실시예들에 있어서, 튜브를 사용자에 고정하거나 또는 더 경량의 튜브를 이용하여 마스크가 당겨지지 않는 것은 성능을 향상시킬 것이다. 가열 수단을 이용하거나 또는 증가되거나 또는 변경가능한 흐름을 더하는 것에 의해 해 튜브들 내에 종종 형성되는 응결을 제거하는 것은, 더 빠르고 더 많은 제어된 센서 응답의 추가된 이득을 가지고, 성능을 향상시킬 것이다. 또 다른 실시예들에 있어서, 마스크를 웨어러블 모니터에 연결하는 튜브는 마스크에 직접 모니터를 부착하는 것에 의해 제거되거나 또는 어깨 또는 헬멧에 배치하여 또한 필요한 튜브 길이를 감소시킬 것이다. 이러한 웨어러블 모니터는 또한 상기에서 고려된 광학 센서 또는 센서들 또는 명백하게 필름 벌크 어쿠스틱 레조네이터, 컴팩트 CPC(응축 입자 카운터) 장치 또는 유사한 입자 카운팅 또는 감지 장치와 같은 다른 입자 또는 입자 질량 감지 검출기를 포함할 수 있다.
다른 관련된 실시예들에 있어서, 웨어러블 모니터 정확도는 센서들에 의해 샘플링하기 위해 마스크로부터 공기를 인출하고; 마스크 또는 센서들로 역류를 방지하고; 그리고 마스크 안 및 그 주위의 습도를 고려하는 방법들로 개선될 수 있다.
이하의 특허들은 그 전체가 참조에 의해 반영된다: US 특허 제 8312761호; 제 8708708호 및 제 6125845호.
상기의 설명들은 본 발명의 다양한 실시예들의 심도깊은 이해를 제공하는, 수많은 상세사항들을 보여준다. 여기에 개시된, 다양한 실시예들이 이 상세사항들의 전부 또는 일부 없이 실행될 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 다른 예들에 있어서, 당업자에게 알려진 구성요소들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 여기서는 상세하게 설명하지 않았다. 다양한 실시예들의 수많은 특징들 및 장점들이 상기의 설명에 나왔지만, 다양한 실시예들의 구조 및 기능의 상세사항들과 함께, 이 개시는 단지 예에 불과하다. 그럼에도 불구하고 다른 실시예들은 본 발명의 원리들 및 사상을 채용하여 만들어질 수 있다. 따라서, 이 출원은 본 발명의 변경 또는 변형들을 커버하고자 한다.

Claims (15)

  1. 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터에 있어서,
    에어로졸 샘플에 있어서의 입자 농도를 측정하기에 적합한 제1 및 제2 광학 입자 센서. 상기 제1 광학 센서는 제1 에어로졸 샘플을 수신하기 위한 입구를 가지고 상기 제2 광학 센서는 제2 에어로졸 샘플을 수신하기 위한 입구를 가지고;
    상기 제1 및 상기 제2 센서들 각각으로부터 수신되는 상기 제1 및 제2 에어로졸 샘플들 각각에 있어서의 입자 농도들에 대응하는 제1 및 제2 입력 신호들을 수신하기에 적합한 컨트롤러 유닛. 상기 컨트롤러 유닛은 상기 제1 및 제2 광학 센서들로부터 수신되는 상기 제1 및 제2 입력 신호들의 비에 대응하는 입자 농도 변수를 생성하고; 및
    상기 컨트롤러 유닛 및 상기 광학 입자 센서들에 전력을 공급하기 위한 전원을 포함하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서들을 통해 지속적인 공기흐름을 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 과학 센서들의 배기구에 결합되는 보조 펌프를 더 포함하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 컨트롤러 유닛은 사용자의 마스크 피팅의 정량적 효과에 대응하는 보호 팩터 변수를 생성하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  4. 제 3 항에 있어서, 미리 정의된 레벨을 초과하는 보호 팩터 변수에 응답하는 사용자 경고 장치를 더 포함하고, 상기 사용자 경고 장치는 사용자에게 상기 보호 팩터 변수가 초과되었다는 신호를 개시하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 사용자 경고 장치는 LED, 진동 스피커 또는 트랜스듀서 및 오디오 인디케이터로 구성된 군으로부터 선택되는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  6. 제 1 항에 있어서, 디스플레이 장치로 입자 수집 데이터를 전송하기 위해 상기 컨트롤러 유닛에 통신가능하게 결합되는 통신 포트를 더 포함하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 컨트롤러 유닛은 디스플레이 장치로 입자 수집 데이터를 무선으로 전송하기 위한 통신 장치를 더 포함하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 컨트롤러 유닛은 외부 통신 네트워크로 입자 수집 데이터를 무선으로 전송하기 위한 통신 장치를 더 포함하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  9. 제 1 항에 따른 핏 테스트 모니터를 포함하는 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터링 시스템에 있어서,
    상기 제1 광학 센서의 입구로 상기 제1 에어로졸 샘플을 제공하도록 구성되는 사용자를 위한 웨어러블 마스크;
    상기 제2 광학 센서로 상기 제2 에어로졸 샘플을 수집 및 안내하기 위한 장치; 및
    상기 컨트롤러 유닛에 작동가능하게 결합되는 스마트 장치를 더 포함하고, 상기 스마트 장치는 데이터 로깅 및 데이터 저장을 위해 그리고 상기 사용자에게 데이터를 디스플레이하도록 구성되고, 상기 컨트롤러 유닛은 상기 사용자의 마스크 피팅의 정량적 효과에 대응하는 핏 팩터 변수를 생성하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터링 시스템.
  10. 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터에 있어서,
    에어로졸 샘플에 있어서의 입자 농도를 측정하기에 적합한 광학 입자 센서. 상기 광학 센서는 에어로졸 샘플을 수신하기 위한 입구를 가지고;
    상기 광학 입자 센서 각각으로부터 수신되는 제1 및 제2 에어로졸 샘플들 각각에 있어서의 입자 농도들에 대응하는 제1 및 제2 입력 신호들을 수신하기에 적합한 컨트롤러 유닛. 상기 컨트롤러 유닛은 상기 광학 센서로부터 수신되는 상기 제1 및 제2 입력 신호들의 비에 대응하는 입자 농도 변수를 생성하고;
    상기 광학 입자 센서를 이용해 제1 에어로졸 샘플 및 제2 에어로졸 샘플의 샘플링을 제공하는 데 적합하고 상기 광학 센서에 결합되는 스위칭 밸브 장치. 상기 컨트롤러 유닛은 상기 광학 센서로부터 상기 제1 및 제2 입력 신호드를 생성하기 위해 상기 스위칭 밸브를 활성화시키고; 및
    상기 컨트롤러 유닛 및 상기 광학 입자 센서들에 전력을 공급하기 위한 전원을 포함하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 센서를 통해 지속적인 공기흐름을 제공하기 위해 상기 광학 센서의 배기구에 결합되는 보조 펌프를 더 포함하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 컨트롤러 유닛은 사용자의 마스크 피팅의 정량적 효과에 대응하는 보호 팩터 변수를 생성하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  13. 제 12 항에 있어서, 미리 정의된 레벨을 초과하는 보호 팩터 변수에 응답하는 사용자 경고 장치를 더 포함하고, 상기 사용자 경고 장치는 사용자에게 상기 보호 팩터 변수가 초과되었다는 신호를 개시하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 컨트롤러 유닛은 디스플레이 장치, 무선 네트워크 및 외부 통신 네트워크 중 적어도 하나로 입자 수집 데이터를 무선으로 전송하기 위한 통신 장치를 더 포함하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터.
  15. 제 10 항에 따른 핏 테스트 모니터를 포함하는 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터링 시스템에 있어서,
    상기 광학 센서의 입구로 상기 제1 에어로졸 샘플을 제공하도록 구성되는 사용자를 위한 웨어러블 마스크; 및
    상기 컨트롤러 유닛에 작동가능하게 결합되는 스마트 장치를 더 포함하고, 상기 스마트 장치는 데이터 로깅 및 데이터 저장을 위해 그리고 상기 사용자에게 데이터를 디스플레이하도록 구성되고, 상기 컨트롤러 유닛은 상기 사용자의 마스크 피팅의 정량적 효과에 대응하는 핏 팩터 변수를 생성하는, 웨어러블 방독면 핏 테스트 모니터링 시스템.
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