TW202323792A - 具有擴充基座之模組化粒子計數器 - Google Patents

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愛德華 葉茲
丹尼爾 羅迪爾
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Abstract

本發明係關於模組化擴充基座及用於對氣體及其他流體進行取樣及監測之方法，其中一取樣裝置能夠可移除地附接至該擴充基座，藉此允許在無需將該擴充基座自取樣系統之其餘部分移除或斷開連接之情況下替換該取樣裝置。此允許該擴充基座在最少中斷或無中斷之情況下保持連接至該系統之其餘部分，且減少替換該取樣裝置時之維護成本及時間。

Description

具有擴充基座之模組化粒子計數器
本發明大體而言係在用於對氣體及其他流體進行取樣及分析(包含收集樣本以偵測一定範圍的潔淨室及製造環境中之粒子及其他污染物)之裝置領域。
監測氣體及流體流以便判定氣體或流體之組成以及偵測粒子及微生物之存在對各種行業皆係十分重要的。舉例而言，在藥物及半導體製造中，環境中存在粒子或非所要之組分可對製造程序產生不利影響並違反監管要求。因此，諸如存在危險、有毒或可燃材料之彼等之潔淨室、潔淨區域及潔淨環境常被用在半導體及藥物製造設施中。對於半導體行業而言，氣懸微粒濃度之一增加可導致製作效率之一降低，此乃因落在半導體晶圓上之粒子將影響或干擾小長度比例製造程序。對於藥物行業而言，由氣懸微粒及生物污染物造成之污染會使得藥品面臨無法達到由美國食品藥物管理局(FDA)以及其他國外及國際衛生監管機構建立之標準的風險。
ISO 14664-1及14664-2提供了對潔淨室粒子位準進行分類之標準以及為確保合規性進行測試及監測之標準。類似地，ISO 14698-1及14698-2提供了用於評估潔淨室及潔淨區域環境之生物污染物之標準。為了達到此等及其他標準，通常使用粒子計數器及其他取樣裝置來判定氣懸粒子位準以及偵測潔淨室、潔淨區域及潔淨環境中之污染物。
然而，由於長期使用、系統故障以及為了一般維護，此等裝置需要頻繁替換並例行校準。特別係在潔淨室及潔淨區域環境中，替換此等裝置會在時間及其他資源方面招致大量成本。在安裝新裝置時必須小心，以免對潔淨室或潔淨區域環境造成污染，且一旦替換，新裝置通常將需要與系統其餘部分整合。另外，重複地替換裝置(諸如透過將纜線、金屬線、氣體及流體管線以及其他件設備重複斷開連接及重新連接)將導致系統中其他部分亦受磨損。此外，經常僅裝置之一單一組件將需要替換。舉例而言，在利用一雷射感測器之偵測器中，雷射組件將經常比其他組件磨損更快。
因此，需要一種用於替換粒子計數器及其他取樣裝置之組件之系統，該系統允許更安全、更快速且更經濟地替換所要組件。
本發明提供模組化系統及用於對氣體及其他流體進行取樣及監測之方法，其中取樣系統之組件能夠彼此拆離，藉此允許在無需移除其他組件或斷開其他組件之連接之情況下替換取樣系統之至少一個組件。此允許取樣系統之其他組件在最少中斷或無中斷之情況下保持連接至該系統之其餘部分，且減少替換取樣裝置時之維護成本及時間。
在一項態樣中，本發明提供一種擴充基座，該擴充基座能夠附接至一取樣裝置且提供操作該取樣裝置所必需之一或多個連接，包含但不限於提供通向一電源、流體流源及/或資料通信網路之一連接。較佳地，該取樣裝置包括由於以下原因待替換之一組件：例行校準、污染、系統故障、劣化、機械疲勞、為了使系統升級、為了執行一不同量測，或為在出於安全原因具有受限網路存取之一位置中經由韌體更新而提供功能增強。將取樣裝置自擴充系統拆離並由一新取樣裝置替換，其中將新取樣裝置附接至擴充基座會建立操作新取樣裝置所必需之連接。隨著時間，能夠在無需移除擴充基座或將擴充基座重新連接至除取樣裝置外的系統之其他組件之情況下替換多個取樣裝置並將其附接至擴充基座。能夠在無需亦移除擴充系統之情況下替換取樣裝置會允許取樣裝置之更簡易安裝且減少重新組態或重設系統之其他組件之需要。
在一實施例中，本發明提供一種擴充基座，其包括：能夠可移除地附接至一或多個取樣裝置之一主體之一底座；具有一電力輸入及一電力輸出之一電源供應器，其中該電力輸出能夠提供用以操作該取樣裝置之電力；能夠附接至一流體系統之至少一個流體連接器，其中該至少一個流體連接器能夠提供一流體流至或穿過該取樣裝置；及能夠無線連接及/或透過一有線連接而連接至一外部控制器或中央處理單元(CPU)之至少一個資料通信連接器，其中該至少一個資料通信連接器能夠將電子資料傳輸至該控制器或CPU及自該控制器或CPU接收電子資料。較佳地，該擴充基座係一潔淨室、潔淨區域或潔淨環境中之一流體取樣系統之部分。
如本文中所使用，一取樣裝置係尤其在一潔淨室、潔淨區域或潔淨環境中用於對一氣體或其他流體進行收集、取樣、監測或分析之任何裝置。適合取樣裝置之實例包含但不限於粒子計數器、冷凝粒子計數器、氣體或其他流體分析器、粒子分析器、粒子取樣器，氣體、空氣或液體取樣歧管，分子取樣器、微生物收集板、微生物收集衝擊器、即時微生物偵測器、環境或氣體感測器，及其組合。本文中所使用之取樣裝置包含用於連續分批取樣以及離散取樣之裝置。一第一取樣裝置附接至擴充基座且隨後被一第二取樣裝置替換。此程序可重複多次使得擴充基座隨後附接至一第三取樣裝置、較佳地一第四取樣裝置、較佳地一第五取樣裝置、較佳地一第十取樣裝置、較佳地一第十五取樣裝置、較佳地一第二十取樣裝置，或更多。視情況，擴充基座進一步包括能夠與取樣裝置之一或多個部分相互作用以便將底座可移除地附接至取樣裝置之一或多個卡扣配合連接器或閂鎖。
如本文中所使用，電源供應器包括能夠連接至一電源(諸如一標準電源)之一電力輸入、透過乙太網路連接提供之電力以及透過USB(通用串列匯流排)纜線及埠提供之電力。電源供應器可包括一實體連接器、無線電力傳送(包含但不限於底座與取樣裝置之間的電感耦合式電力傳送)或兩者之一組合。在一實施例中，電源供應器係能夠將電力無線地提供至取樣裝置之一無線電源供應器。擴充基座之電力輸入在安裝擴充基座之後旋即連接至電源，但在一取樣裝置自擴充基座拆離並替換時不需要與電源斷開連接。當一取樣裝置(諸如一第一、第二或後續之取樣裝置)附接至擴充基座時，擴充基座之電力輸出與取樣裝置鏈接以便提供電力來操作取樣裝置。
流體流包括待由取樣裝置取樣、監測及/或分析之目標流體。流體系統包含用於將目標流體自環境遞送至取樣裝置之路徑，且能夠提供一經正或負加壓之流體流。舉例而言，在一實施例中，流體連接器係一真空連接器且流體系統包括一真空源。在一替代實施例中，流體系統包括一幫浦，該幫浦提供一正壓以透過該路徑將目標流體推動至取樣裝置。當一取樣裝置(諸如一第一、第二或後續之取樣裝置)連接至擴充基座時，流體連接器能夠連接至取樣裝置並提供一流體流至取樣裝置。
在一實施例中，擴充基座能夠提供可變的流體流率穿過流體路徑並到達取樣裝置。舉例而言，擴充基座能夠針對具有不同流率要求之不同取樣裝置提供一不同流體流率。若該等取樣裝置係不同類型之裝置(諸如一冷凝粒子計數器及一微生物收集板)及/或正在對不同流體進行取樣，則此可係尤其有益的。不同取樣裝置可連接至擴充基座並且可同時操作或在不同時間操作。另外，可變的流率可用於執行一清洗或沖洗操作，其中一經升高之流率可用於沖洗系統。清洗或沖洗操作在執行可能人為地導致高污染等級之系統改變時可係有用的，該等系統改變係諸如切換至對一新流體進行取樣、切換至對來自一不同源之一流體進行取樣、替換管道以及替換取樣裝置。
至少一個資料通信連接器能夠提供用於供資料往返於取樣裝置之一路徑。資料通信連接器可係一無線連接器、一有線連接之部分或兩者之一組合。能夠將資料傳輸至取樣裝置及自取樣裝置傳輸資料之無線通信類型包含但不限於行動通信、無線網路通信、藍芽通信及紅外線通信。能夠傳輸至取樣裝置及自取樣裝置傳輸之資料包含但不限於一網際網路協定位址及/或取樣裝置之位置設定、來自外部控制器或CPU之用於操作取樣裝置之一或多個設定或指令、取樣裝置之當前狀態以及來自取樣裝置之感測器或偵測器結果。較佳地，網際網路協定位址、位置設定、一或多個操作設定及其組合對於第一取樣裝置及第二取樣裝置以及任何後續之取樣裝置皆係相同的。在一實施例中，資料通信連接器包括一類比輸入/輸出連接、一數位輸入/輸出連接、一乙太網路交換器連接、一無線通信連接或其任何組合。控制器及CPU可係能夠操作取樣裝置及/或接收並分析取樣裝置產生之資料之任何控制器或電腦處理器。在一實施例中，CPU能夠將自不同時段及/或多個取樣模組獲得之資料進行組合以分析讀數並產生報告。舉例而言，CPU可監測並比較一流體穿過一過濾器之前與之後的結果以判定濾除效率。另外，CPU可產生一電子事件日誌，諸如一污染物何時及在何種條件下被偵測。
視情況，擴充基座亦包括能夠儲存關於取樣裝置之電子資訊之一電腦處理器、快閃記憶體、電腦記憶體或其他資料儲存裝置。此資訊包含但不限於用於操作取樣裝置之一或多個操作設定或展示取樣裝置之操作狀態之顯示設定。此資訊可在連接至系統之前預先設置在擴充基座上，或該資訊可在操作期間透過資料通信連接器傳輸至擴充基座。
在一實施例中，擴充基座包括或附接至一介面顯示系統(諸如一圖形使用者介面(GUI))，該介面顯示系統能夠顯示取樣裝置之操作狀態且視情況允許一使用者選擇設定並控制擴充基座及取樣裝置之操作。視情況，取樣裝置之操作狀態包括以下各項中之一或多者：穿過流體取樣系統之一或多個部分之流動狀態、通信狀態、接通/關斷或主動取樣對比不取樣、雷射感測器/偵測器狀態、校準狀態、暖機狀態、警報狀態(例如，未達到或超過熱狀態、高電壓電源供應器故障或標準規格外之任何參數)、污染等級警報或其組合。介面顯示系統可位於擴充基座本身上，或可位於遠離擴充基座之處且可透過資料通信連接而連接至擴充基座。
另外，擴充基座本身視情況包括能夠偵測或感測流體流中之一或多種特定組分、微生物或粒子之一偵測器或感測器。舉例而言，在一實施例中，擴充基座包括能夠偵測流體樣本中之粒子、微生物、氣態分子污染物或其他特定組分之一雷射偵測器或雷射感測器。在一實施例中，偵測器或感測器係一光子偵測器、併入有同調光源(例如，雷射)及/或非同調光源之一感測器。另一選擇係，偵測器或感測器係一非光學偵測器或感測器，包含但不限於用於量測溫度、壓力、流率之偵測器及感測器，以及使用色層分析法、離子遷移率光譜測定法(IMS)及其他光譜測定方法之偵測器及感測器。
在一實施例中，電力輸出及/或至少一個流體連接器能夠在擴充基座附接至取樣裝置時連接至一第二裝置且能夠另外提供電力及/或流體流來操作第二裝置。第二裝置可係一額外取樣裝置，諸如一粒子計數器、冷凝粒子計數器、氣體或其他流體分析器、粒子分析器、粒子取樣器，氣體、空氣或液體取樣歧管，分子取樣器、微生物收集板、環境或氣體感測器，及其組合。舉例而言，取樣裝置可係一粒子取樣器或流體取樣歧管且第二裝置可係一粒子計數器或粒子分析器，其中該取樣裝置預期需要在第二裝置之前替換。另一選擇係，第二裝置係除一取樣裝置外之一裝置，包含但不限於警報指示器(例如，一光塔警報指示器)或能夠提供關於周圍環境或所收集樣本之資訊之裝置(例如，攝影機、溫度計、壓力讀取器、靜電分類器)。較佳地，資料通信連接器另外能夠無線地及/或透過一有線連接而連接至第二裝置，使得傳輸至控制器或CPU之資料包括來自取樣裝置、第二裝置或兩者之資料。
視情況，一擴充基座可在同一程序內與兩個或更多個類型之取樣裝置一起使用，諸如收集一氣體或其他流體之一取樣歧管及用於偵測經取樣氣體或其他流體內之粒子之一粒子計數器。舉例而言，一單獨擴充基座可用於每一取樣裝置，或者一單一擴充基座可能能夠同時附接至兩個或更多個取樣裝置，其中每一取樣裝置可獨立於其他取樣裝置而拆離及替換。
在一實施例中，擴充基座能夠同時或在彼此獨立之時間附接至多個取樣裝置，且提供獨立地操作每一取樣裝置所必需之連接。多個取樣裝置可對相同或不同流體進行取樣。舉例而言，一個取樣裝置可對空氣或一氣體進行取樣而另一取樣裝置可對一液體進行取樣。每一取樣裝置可獨立於其他取樣裝置而替換。
在一實施例中，本發明提供一種整合式流體取樣系統，其包括能夠自一環境對一目標流體進行取樣之一或多個取樣裝置；及可移除地附接至該取樣裝置之一模組化擴充基座。該擴充基座包括：i)具有連接至一電源之一電力輸入且亦具有一電力輸出之一電源供應器，其中該電力輸出可移除地連接至該一或多個取樣裝置且提供用以操作該一或多個取樣裝置之電力；ii)能夠附接至一流體系統之至少一個流體連接器，其中該至少一個流體連接器可移除地連接至該取樣裝置並提供該目標流體之一流至或穿過該一或多個取樣裝置；及iii)連接至一控制器或CPU之至少一個資料通信連接器，其中至少一個資料通信埠將電子資料傳輸至該控制器或CPU及自該控制器或CPU接收電子資料。該至少一個資料通信連接器可無線地連接、作為一有線連接之部分而連接或以兩種方式之一組合連接。較佳地，該目標流體係取樣自一潔淨室、潔淨區域、潔淨環境或一經過濾流體源。在一實施例中，該目標流體係取樣自一經加壓氣體或液體樣本管線，包含但不限於用於輸送高毒性及/或發火性之電子特種氣體之亞大氣壓管線。
流體取樣系統之擴充基座及裝置與上文所闡述相同。一第一取樣裝置附接至擴充基座且隨後被至少一第二取樣裝置及較佳地額外後續之取樣裝置替換。彼此獨立的第一取樣裝置、第二取樣裝置及任何後續之取樣裝置較佳地係一粒子計數器、冷凝粒子計數器、氣體或其他流體分析器、粒子分析器、粒子取樣器，氣體、空氣或液體取樣歧管，分子取樣器、微生物收集板、環境或氣體感測器，及其組合。
視情況，流體取樣系統除附接至擴充基座之取樣裝置外亦包括一第二裝置，其中電力輸出可移除地連接至第二裝置並提供用以操作第二裝置之電力，且流體連接器能夠將目標流體自取樣裝置輸送至第二裝置。另外，透過資料通信連接器無線地及/或透過一有線連接傳輸至控制器或CPU之資料包括來自取樣裝置、第二裝置或兩者之資料。
在一實施例中，本發明提供一種用於操作一流體取樣系統之方法，其包括以下步驟：a)提供一第一取樣裝置及可移除地附接至該第一取樣裝置之一模組化擴充基座；b)使用該第一取樣裝置自一環境對目標流體進行取樣；c)將該第一取樣裝置自該擴充基座、電力出口及流體連接器拆離，並將一第二取樣裝置連接至該擴充基座、電力出口及流體連接器；及d)使用該第二取樣裝置自該環境對目標流體進行取樣。較佳地，該擴充基座定位於一潔淨室中並在取樣步驟及拆離步驟期間保持在實質上相同的位置中。
在另一實施例中，該方法包括依據該經取樣流體、該等取樣裝置之操作或其組合產生資料，以及將該所產生之資料自該擴充基座傳輸至控制器或CPU。使用所接收之資料來更改取樣裝置之操作，或藉由CPU分析所接收之資料以指示粒子或微生物之存在，以偵測氣體或其他流體中之特定組分，或其組合。
流體取樣系統之擴充基座及裝置可與上文所闡述相同。舉例而言，在一實施例中，該擴充基座包括： i)具有連接至一電源之一電力輸入且亦具有一電力輸出之一電源供應器，其中該電力輸出可移除地連接至該第一取樣裝置並提供用以操作該取樣裝置之電力； ii)能夠附接至一流體系統且提供一流體流至或穿過該第一取樣裝置之一流體連接器，其中該流體連接器可移除地連接至該第一取樣裝置；及 iii)連接至一控制器或CPU之一資料通信連接器，其中該資料通信連接器將電子資料傳輸至該控制器或CPU及自該控制器或CPU接收電子資料。該資料通信連接器可無線地連接、作為一有線連接之部分而連接或以兩種方式之一組合連接。較佳地，彼此獨立的第一取樣裝置、第二取樣裝置及任何後續之取樣裝置較佳地係一粒子計數器、冷凝粒子計數器、氣體或其他流體分析器、粒子分析器、粒子取樣器，氣體、空氣或液體取樣歧管，分子取樣器、微生物收集板、環境或氣體感測器，及其組合。
在另一實施例中，該方法進一步包括將該第二取樣裝置自該擴充基座、電力出口及流體連接器拆離，且將一第三取樣裝置連接至該擴充基座、電力出口及流體連接器；並且使用該第三取樣裝置自該環境對目標流體進行取樣。較佳地，此方法被重複多次使得第三或後續之取樣裝置自擴充基座、電力出口及流體連接器拆離，且一第四或後續之取樣裝置得以附接。此方法可重複多次使得擴充基座隨後附接至一第五取樣裝置、較佳地一第十取樣裝置、較佳地一第十五取樣裝置、較佳地一第二十取樣裝置，或更多。
雖然擴充基座及取樣裝置較佳地定位於一潔淨室、潔淨區域或潔淨環境中，但擴充基座及取樣裝置可定位於一潔淨室、潔淨區域或潔淨環境外之其他環境中。舉例而言，擴充基座及取樣裝置可放置在一工具或一件設備內、一高純度水系統內或甚至在戶外。在一實施例中，擴充基座及取樣裝置係一行動取樣系統之部分。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張對以下美國臨時專利申請案之優先權權益：2021年12月7日提出申請之第63/287,030號、2021年6月15日提出申請之第63/210,776號及2021年6月15日提出申請之第63/210,748號，該等臨時專利申請案中之每一者特此以其全文引用的方式併入。
定義
大體而言，本文中所使用之術語及片語具有其可藉由參考熟習此項技術者已知之標準文本、雜誌參考及內容脈絡找到的經技術認可之含義。下述定義經提供以闡明其在本發明之內容脈絡中之特定使用。
如本文中所使用，術語「流體」指能夠流動及/或能夠改變其形狀以符合一容器之尺寸之一物質，諸如一氣體或液體。
如本文中所使用，術語「污染物(contaminant或contaminants)」指除既定產品或組分外干擾一所要產品之製造或存在一實際或可能的健康或安全性危害之一物理、化學或生物物質、雜質或材料。污染物包含但不限於粒子、氣體、非揮發性殘留物以及有機化合物、分子化合物及離子化合物。
術語「粒子(particle或particles)」指經常被視為污染物的小物件。一粒子可係，但不必須係，藉由摩擦動作(舉例而言，當兩個表面發生機械接觸並存在機械移動時)形成之任何材料。粒子可係單組分，或由材料之聚集體組成，諸如灰塵、污物、煙、灰、水、油煙、金屬、氧化物、陶瓷、礦物質，或者此等或其他材料或污染物之任何組合。「粒子(particle或particles)」亦可指生物粒子，例如，病毒、芽孢，或者包含細菌、真菌、古菌、原生生物或其他單細胞微生物之微生物。在某些實施例中，舉例而言，生物粒子由1奈米及更大、較佳地小於100奈米、小於50奈米、小於20奈米、小於10奈米、小於7奈米、小於5奈米或小於3奈米之一大小尺寸(例如，有效直徑)表徵。一粒子可指吸收、發射或散射光線並且可因此被一粒子計數器或一光學粒子計數器偵測到之一小物件。如本文中所使用，「粒子(particle或particles)」意欲排除一載體流體或樣本介質之個別的原子或分子，例如，水、空氣、程序液體化學物、程序氣體、氮氣、氧氣、二氧化碳，等等。在某些實施例中，粒子可最初存在於一表面(諸如一微製作設施中之一工具表面或一藥物製作設施中之生產表面)上，自該表面釋出並隨後在一流體中被分析。
如本文中所使用，術語「控制器」指能夠管理或指導包含操作指令在內的資料在兩個組件之間的交換之一硬體裝置、軟體程式或其組合。在特定實施例中，一控制器能夠操作一流體取樣系統之一或多個組件，諸如一取樣裝置及/或擴充基座。另外，控制器能夠接收、分析、及/或傳輸由流體取樣系統之一或多個組件產生之資料。
如本文中所使用，術語「處理器」及「中央處理單元(CPU)」指執行驅動一電腦或其他電子裝置之計算及基本指令之一電子電路或組件。術語「電腦記憶體」指用於儲存資料或程式以供一處理器使用之一裝置或系統。術語「快閃記憶體」指可電抹除及重新程式化之一電子非揮發性電腦記憶體。
如本文中所使用，「包括(comprising)」與「包含(including)」、「含有(containing)」或「由…表徵(characterized by)」同義，且係包括性或開放性的並且不排除額外未引用之元素或方法步驟。如本文中所使用，「由…組成(consisting of)」排除技術方案元素中未指定之任何元素、步驟或成分。如本文中所使用，「基本上由…組成(consisting essentially of)」不排除不會極大地影響技術方案之基本及新穎特性之材料或步驟。應理解術語「包括(comprising)」在本文中(尤其係在一組合物之組分之一說明中或在一裝置之元素之一說明中)之任何引用涵蓋基本上由經引用之組分或元素組成及由經引用之組分或元素組成之彼等組合物及方法。
如本文中及隨附申請專利範圍中所使用，除非內容脈絡另外清晰規定，否則單數形式「一(a或an)」及「該(the)」包含複數參考。因此，舉例而言，對「一單元」之參考包含熟習此項技術者已知之複數個此等單元及其等效物。並且，術語「一(a或an)」、「一或多個(one or more)」及「至少一個(at least one)」可在本文中互換使用。亦應注意，術語「包括(comprising)」、「包含(including)」及「具有(having)」可互換使用。「如請求項XX至YY中任一項(of any of claims XX-YY)」之表達(其中XX及YY指技術方案編號)意欲在替代形式中提供多附屬項，且該表達在某些實施例中可與「如請求項XX至YY中任一項(as in any one of claims XX-YY)」之表達互換。
當本文中揭露數字值(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)時，前述數字中之任一者可單個使用以闡述一單一點或一開端式範圍，或可組合使用以闡述多個單點或一封閉式範圍。此句意味著前述數字中之每一者可單獨使用(例如，4)，可以字詞「約」為開頭(例如，約8)，可以片語「至少約」為開頭(例如，至少約2)，可以片語「至少」為開頭(例如，至少10)，可以片語「小於」為開頭(例如，小於1)，可以片語「小於約」為開頭(例如，小於約7)，或可在具有或不具有引言式字詞或片語中之任一者之情況下以任何組合形式使用來定義一範圍(例如，2至9，約1至4，至少3，8至約9，8至小於10，約1至約10，等等)。此外，當一範圍被闡述為「約X或更小」時，此片語與係替代形式「約X」及「小於約X」之一組合之一範圍相同。舉例而言，「約10或更小」與「約10，或小於約10」相同。本文中請考慮此類可互換範圍說明。其他範圍格式可在本文中揭露，但格式之不同不應被理解為暗示存在一實質不同。
如本文中所使用，術語「大約(approximately)」及」約(about)」意味著與一所述值輕微之變化可用於達成與所述值實質上相同之結果。在此定義不能適用或極難適用之情況下，則術語「約」意味著與所述值之一10%偏差(加或減)。
概述
在下述說明中，闡明了本發明之特定實施例中之系統、系統組件及方法之諸多細節以便提供對本發明之精確本質之一透徹解釋。然而，熟習此項技術者將顯而易見，本發明可在無此等特定細節之情況下實踐。
如下文實例中所闡述之本發明之態樣提供一種能夠可移除地附接至一取樣裝置之模組化擴充基座。在此等實例中，擴充基座連接至要操作取樣裝置所必需之電源供應器、流體路徑及通信網路。將取樣裝置連接至擴充基座會透過擴充基座將取樣裝置鏈接至電源供應器、流體路徑及通信網路。當取樣裝置被移除並替換時，在無需斷開電源供應器、流體路徑及通信網路與擴充基座之連接之情況下，新取樣裝置透過擴充基座鏈接至電源供應器、流體路徑及通信網路。擴充基座允許不同取樣裝置在儘可能少之使用者互動之情況下進行快速服務間隔交換。
此外，使用擴充基座意味著在替換取樣裝置時將較不頻繁地需要重設或重新校準流體系統之組件。例如，擴充基座能夠提供當一新取樣裝置被附接時不發生改變之一恆定裝置位置、IP位址及通信路徑。
本發明之態樣可藉由下述非限制性的實例及圖進一步理解。 實例
實例1 – 整合式流體取樣系統
如圖1中圖解說明，本發明之一項實施例中之一流體取樣系統1包括滑動至取樣裝置3中或以其他方式附接至該取樣裝置且可被用作取樣裝置3與流體系統1之其他組件之間的一共同組件之一擴充基座2。
擴充基座2具有一電力連接器4，該電力連接器包括能夠連接至一電源6之一電力輸入5及能夠與取樣裝置3形成一電鏈接之一電力輸出7。透過電力輸入5及電力輸出7將電力自電源6提供至取樣裝置3。
擴充基座2亦具有連接至一流體路徑10之一流體連接器8。流體(諸如來自一目標環境9之空氣或液體)透過流體路徑10輸送至該流體連接器並進入取樣裝置(如箭頭及虛線所指示)。在此實施例中，取樣裝置3可係監測及/或分析行進穿過取樣裝置3之流體之一氣體或流體分析器或者一粒子計數器。
在圖1中，流體係使用一輔助裝置18收集並透過使用提供一正壓之一幫浦21輸送至擴充基座。另一選擇係，該幫浦係一壓縮幫浦(諸如粒子量測系統CLS-700產品)。另外，該幫浦可安裝在取樣裝置3之出口上，或可電連接至擴充基座2並氣動式連接至取樣裝置3之出口。當取樣裝置3由一第二(或替換)取樣裝置23替換時，通向擴充基座2之流體路徑10不必被更改或重新連接。
擴充基座2亦具有能夠在取樣裝置3與一控制器/CPU 13之間傳輸資料之一資料通信連接器12。在此實例中，控制器/CPU 13係經程式化以根據待執行之所要取樣程序步驟發送操作指令至取樣裝置3之一電腦。另外，若取樣裝置3偵測到氣體或流體之一粒子或指定組分，則會產生一電信號並將該電信號傳輸至控制器/CPU 13。
資料通信連接器12可含有用於將資料傳輸至資料通信連接器12及自該資料通信連接器傳輸資料之多個資料埠14，包含但不限於一類比或數位輸入/輸出、用於一資料或USB纜線之埠或一乙太網路交換器。另外，擴充基座可傳輸及接收資料去往多個不同控制器/CPU。例如，可自一預程式化控制器接收對取樣裝置3之操作指令，同時可將所產生之電信號傳輸至一單獨電腦以供分析。儘管本發明可能有多種變化，但在大多數例項中，當替換取樣裝置3時，通向擴充基座2之通信網路亦不必被更改或重新連接，從而節省大量時間及努力。資料通信連接可係無線的、係一有線連接之部分或係兩者之一組合。
在一替代實施例中，圖2展示附接至一取樣裝置3(在此例項中，一取樣歧管)之一擴充基座2。在此實施例中，擴充基座2與取樣歧管一起用來吸入來自多個不同位置之氣體並將經取樣氣體輸送至一後續之分析器或粒子計數器。待取樣之特定順序、時序或位置可被程式化並透過資料埠14傳輸至取樣歧管。對取樣程式之更改及改變(諸如自一特定位置取得額外樣本)亦可透過資料埠14傳輸。其他替代實施例包含連接至底座之一光學粒子計數器及一冷凝粒子計數器(CPC)；以及同時連接至底座之一氣態分子污染監測器、一液體粒子計數器及一CPC。
電力輸入5及資料埠14不位於與圖1中圖解說明之實施例相同之位置中，且可根據系統之設計規格重新定位。另外，此實施例利用一真空連接19(利用負壓)來輸送流體穿過取樣裝置3，並使用閂鎖或緊固件22來將取樣裝置3實體地附接至擴充基座2之底座11。相應地，可針對一特定取樣系統對擴充基座2進行最佳化。然而，擴充基座2可含有共同元件，諸如一通用電源供應器，從而允許擴充基座2與多個不同取樣裝置一起使用且在不同取樣系統中使用。擴充基座2亦可含有不必與每一取樣裝置一起使用之光學特徵。舉例而言，同一擴充基座可含有適合於在某些取樣系統中傳輸資料之一乙太網路埠同時亦含有適合於在其他取樣系統中使用之一無線連接器。
如圖3中圖解說明，在本發明之一項實施例中，一流體取樣系統1包括附接至多個取樣裝置3且可用作多個取樣裝置3與流體系統1之其他組件之間的一共同組件之一擴充基座2。擴充基座2提供獨立地操作多個取樣裝置3中之每一者所必需之連接，該多個取樣裝置可透過不同流體路徑(10及10A)及不同輔助裝置(18及18A)對相同或不同流體進行取樣。每一取樣裝置可獨立於其他取樣裝置被一第二(或替換)取樣裝置23替換。儘管控制器/CPU將經組態以操作多個取樣裝置3，但流體系統1之其他組件(諸如電源供應器6及控制器/CPU 13)可保持相同。圖3亦圖解說明底座連接至一圖形使用者介面(GUI)20，該圓形使用者介面能夠顯示多個取樣裝置3中之一或多者之操作狀態。一使用者亦可透過GUI 20選擇設定並控制多個取樣裝置3之操作。
現在出於清晰理解之目的藉由圖解說明及實例之方式已經完全闡述了本發明之某些細節，以下內容對熟習此項技術者而言將係明顯的：可在不影響本發明或其任何特定實施例之範疇之情況下，藉由在一廣泛而等效的條件、配方及其他參數之範圍內修改或改變本發明來執行相同的操作，且此等修改或改變意欲涵蓋在隨附專利申請範圍之範疇內。
本文中已採用之術語及表達係用作說明性而非限制性術語，且並不意欲藉由使用此等術語及表達來排除所展示及所闡述之特徵或其部分之任何等效形式，而是應認識到，在所主張之本發明之範疇內，各種修改形式係可能的。因此，應理解，儘管已藉由較佳實施例、例示性實施例及選用特徵具體地揭露了本發明，但熟習此項技術者可採取本文中所揭露概念之修改及變化形式，且此等修改及變化形式仍視為在如由隨附申請專利範圍所定義之本發明範疇內。本文中提供之特定實施例係本發明之有用實施例之實例，且可使用本說明中所闡明之裝置、裝置組件、方法步驟之大量變化形式來執行本發明對熟習此項技術者而言將係顯而易見的。方法及對本發明方法有用之裝置可包含大量選用組合物以及處理元件及處理步驟，此對熟習此項技術者將係明顯的。
當本文中揭露材料、組合物、組分或化合物之一群組時，應理解彼等群組及其所有子群組之所有個別成員係單獨揭露的。除非另外述明，否則本文中所闡述或例示之組分之每一配方或組合皆可被用於實踐本發明。無論何時在說明書中給出一個範圍(例如，一溫度範圍、一時間範圍或一組合物範圍)，所有中間範圍及子範圍以及所給出範圍中包含的所有個別值意欲包含在本揭露中。另外，一給定範圍中之端點將包含在該範圍內。在本揭露及申請專利範圍中，「及/或」意味著另外或另一選擇係。此外，對一術語之以單數形式之任何使用亦涵蓋複數形式。
熟習此項技術者將理解除了具體例示過之彼等外，起始材料、裝置元件、分析方法、組件之混合及組合可在不採取過度實驗之情況下在本發明之實踐中採用。任何此等材料及方法之所有已知技術的功能性等效形式意欲包含在本發明中。已採用之術語及表達係用作說明性而非限制性術語，且並不意欲藉由使用此等術語及表達來排除所展示及所闡述之特徵或其部分之任何等效形式，而是應認識到，在所主張之本發明之範疇內，各種修改形式係可能的。本文中適當圖解說明性地闡述之本發明可在沒有本文中未具體地揭露之任一元素或任何元素、任一限制或任何限制之情況下實踐。本文中所使用之標題僅出於方便。
在不與本文不一致之程度下，本文中提及之所有參考皆併入本文中。本文中提供之某些參考以引用的方式併入，以提供本發明之額外用途之細節。說明書中提及之所有專利及公開案指示熟習本發明相關之技術者之技術水準。本文中所引用之參考以其全文引用的方式併入本文中以指示截止到其申請日期之技術水平，且若需要，意欲此資訊可在本文中採用以排除先前技術中之特定實施例。
1:流體取樣系統/流體系統 2:擴充基座 3:取樣裝置 4:電力連接器 5:電力輸入 6:電源/電源供應器 7:電力輸出 8:流體連接器 9:目標環境 10:流體路徑 10A:流體路徑 11:底座 12:資料通信連接器 13:控制器/中央處理單元 14:資料埠 18:輔助裝置 18A:輔助裝置 19:真空連接 20:圖形使用者介面 21:幫浦 22:閂鎖或緊固件 23:第二(或替換)取樣裝置
圖1展示本發明之一實施例中之一整合式流體取樣系統之一經簡化圖解說明，該整合式流體取樣系統包括一擴充基座及能夠附接至該擴充基座之取樣裝置。
圖2展示本發明之一實施例中之附接至一取樣歧管之一擴充基座。
圖3展示本發明之一實施例中之一整合式流體取樣系統之一經簡化圖解說明，該整合式流體取樣系統包括附接至多個取樣裝置之一擴充基座。
1:流體取樣系統/流體系統
2:擴充基座
3:取樣裝置
4:電力連接器
5:電力輸入
6:電源/電源供應器
7:電力輸出
8:流體連接器
9:目標環境
10:流體路徑
12:資料通信連接器
13:控制器/中央處理單元
14:資料埠
18:輔助裝置
21:幫浦
23:第二(或替換)取樣裝置

Claims (51)

  1. 一種模組化擴充基座，其包括： a) 一底座，其能夠可移除地附接至一或多個取樣裝置之一主體； b) 一電源供應器，其具有能夠連接至一電源之一電力輸入且具有一電力輸出，其中該電力輸出能夠提供用以操作該一或多個取樣裝置之電力； c) 至少一個流體連接器，其能夠附接至一流體系統，其中該至少一個流體連接器能夠提供一流體流至或穿過該一或多個取樣裝置；及 d) 至少一個資料通信連接器，其能夠連接至一外部控制器或一中央處理單元(CPU)，其中該至少一個資料通信連接器能夠將電子資料傳輸至該外部控制器或CPU及自該外部控制器或CPU接收電子資料。
  2. 如請求項1之模組化擴充基座，其進一步包括能夠偵測或感測該流體流中之一或多種特定組分、微生物、氣態分子污染物或粒子之一偵測器或感測器。
  3. 如請求項2之模組化擴充基座，其中該偵測器或感測器係一光子偵測器、併入有同調(雷射)及/或非同調光源之一感測器。
  4. 如請求項2至3中任一項之模組化擴充基座，其中該偵測器或感測器係一非光學偵測器或感測器。
  5. 如請求項1至4中任一項之模組化擴充基座，其中該至少一個資料通信連接器係一無線連接器。
  6. 如請求項1至5中任一項之模組化擴充基座，其中該至少一個資料通信連接器包括一類比輸入/輸出連接、一數位輸入/輸出連接、一乙太網路交換器連接、一無線通信連接或其任何組合。
  7. 如請求項1至6中任一項之模組化擴充基座，其進一步包括一電腦處理器、快閃記憶體、電腦記憶體或資料儲存裝置。
  8. 如請求項7之模組化擴充基座，其中該電腦處理器、快閃記憶體或電腦記憶體含有一網際網路協定位址及/或該一或多個取樣裝置之位置設定。
  9. 如請求項7或8之模組化擴充基座，其中該電腦處理器、快閃記憶體或電腦記憶體含有用於操作該一或多個取樣裝置之一或多個操作設定。
  10. 如請求項7至9中任一項之模組化擴充基座，其中該擴充基座包括或附接至一介面顯示系統，該介面顯示系統能夠顯示該一或多個取樣裝置之一操作狀態且允許一使用者選擇設定並控制該一或多個取樣裝置之操作。
  11. 如請求項1至10中任一項之模組化擴充基座，其進一步包括附接至該底座並連接至電源供應器及至少一個流體連接器之該一或多個取樣裝置。
  12. 如請求項1至11中任一項之模組化擴充基座，其中該一或多個取樣裝置選自一粒子計數器、冷凝粒子計數器、氣體或其他流體分析器、粒子分析器、粒子取樣器，氣體、空氣或液體取樣歧管，分子取樣器、微生物收集板、微生物收集衝擊器、即時微生物偵測器、環境或氣體感測器，及其組合。
  13. 如請求項1至12中任一項之模組化擴充基座，其中該一或多個取樣裝置能夠執行連續分批取樣、離散取樣或以上兩者。
  14. 如請求項1至13中任一項之模組化擴充基座，其中該模組化擴充基座係一潔淨室、潔淨區域或潔淨環境中之一氣體取樣系統之部分。
  15. 如請求項1至15中任一項之模組化擴充基座，其中該電力輸出及該至少一個流體連接器能夠連接至一第二裝置，提供用以操作該第二裝置之電力，並將一第二流體流提供至該第二裝置。
  16. 如請求項15之模組化擴充基座，其中該第二裝置係一粒子計數器、冷凝粒子計數器、氣體或其他流體分析器、粒子分析器、粒子取樣器，氣體、空氣或液體取樣歧管，分子取樣器、微生物收集板、微生物收集衝擊器、即時微生物偵測器、環境或氣體感測器，及其組合。
  17. 如請求項15或16之模組化擴充基座，其中該第二裝置係一警報指示器或能夠提供關於周圍環境或所收集樣本之資訊之一裝置。
  18. 如請求項15至17中任一項之模組化擴充基座，其中該至少一個流體連接器能夠提供來自該一或多個取樣裝置之一流體流至該第二裝置。
  19. 如請求項1之模組化擴充基座，其進一步包括能夠與該一或多個取樣裝置之一或多個部分相互作用以便將該底座可移除地附接至該一或多個取樣裝置之一或多個卡扣配合連接器或閂鎖。
  20. 如請求項1至19中任一項之模組化擴充基座，其中該至少一個流體連接器及流體系統能夠提供一經正或負加壓之流體樣本至或穿過該一或多個取樣裝置。
  21. 如請求項1至20中任一項之模組化擴充基座，其中該至少一個流體連接器係一真空連接器且該流體系統包括一真空源。
  22. 如請求項1至21中任一項之模組化擴充基座，其中該電源供應器係能夠無線地提供電力至一或多個取樣裝置之一無線電源供應器。
  23. 一種流體取樣系統，其包括： a)一或多個取樣裝置，其能夠自一環境對一目標流體進行取樣；及 b) 一模組化擴充基座，其可移除地附接至該一或多個取樣裝置，其中該擴充基座包括： i)  一電源供應器，其具有連接至一電源之一電力輸入且具有一電力輸出，其中該電力輸出可移除地連接至該一或多個取樣裝置並提供用以操作該一或多個取樣裝置之電力； ii) 至少一個流體連接器，其能夠附接至一流體系統，其中該至少一個流體連接器可移除地連接至該一或多個取樣裝置並提供該目標流體之一流至或穿過該一或多個取樣裝置；及 iii) 至少一個資料通信連接器，其連接至一外部控制器或一中央處理單元(CPU)，其中該至少一個資料通信連接器將電子資料傳輸至該外部控制器或CPU及自該外部控制器或CPU接收電子資料。
  24. 如請求項23之流體取樣系統，其中該目標流體係取樣自一潔淨室、潔淨區域、潔淨環境或一經過濾流體源。
  25. 如請求項23或24之流體取樣系統，其中該目標流體係取樣自一經加壓氣體或液體樣本管線。
  26. 如請求項23至25中任一項之流體取樣系統，其中該至少一個資料通信連接器係一無線連接器。
  27. 如請求項23至26中任一項之流體取樣系統，其中該至少一個資料通信連接器包括一類比輸入/輸出連接、一數位輸入/輸出連接、一乙太網路交換器連接、一無線通信連接或其任何組合。
  28. 如請求項23至27中任一項之流體取樣系統，其中該擴充基座包括一電腦處理器、快閃記憶體或電腦記憶體。
  29. 如請求項28之流體取樣系統，其中該電腦處理器、快閃記憶體或電腦記憶體含有一網際網路協定位址及/或該一或多個取樣裝置之位置設定。
  30. 如請求項28或29之流體取樣系統，其中該電腦處理器、快閃記憶體或電腦記憶體含有用於操作該一或多個取樣裝置之一或多個操作設定。
  31. 如請求項28至30中任一項之流體取樣系統，其中該擴充基座包括或附接至一介面顯示系統，該介面顯示系統能夠顯示該一或多個取樣裝置之一操作狀態且允許一使用者選擇設定並控制該一或多個取樣裝置之操作。
  32. 如請求項23至31中任一項之流體取樣系統，其中該一或多個取樣裝置係一粒子計數器、冷凝粒子計數器、氣體或其他流體分析器、粒子分析器、粒子取樣器，氣體、空氣或液體取樣歧管，分子取樣器、微生物收集板、微生物收集衝擊器、即時微生物偵測器、環境或氣體感測器，及其組合。
  33. 如請求項23至32中任一項之流體取樣系統，其中該一或多個取樣裝置能夠執行連續分批取樣、離散取樣或以上兩者。
  34. 如請求項23至33中任一項之流體取樣系統，其進一步包括一第二裝置，其中該電力輸出可移除地連接至該第二裝置並提供用以操作該第二裝置之電力，且該至少一個流體連接器能夠將該目標流體自該一或多個取樣裝置輸送至該第二裝置。
  35. 如請求項34之流體取樣系統，其中該第二裝置係一警報指示器或能夠提供關於周圍環境或所收集樣本之資訊之一裝置。
  36. 如請求項34或35之流體取樣系統，其中該一或多個取樣裝置係一粒子取樣器或流體取樣歧管且該第二裝置係一粒子計數器或粒子分析器。
  37. 如請求項34至36中任一項之流體取樣系統，其中傳輸至該外部控制器或CPU之資料包括來自該一或多個取樣裝置、該第二裝置或兩者之資料。
  38. 如請求項23至37中任一項之流體取樣系統，其中該至少一個流體連接器及流體系統能夠提供正壓或負壓以便輸送該目標流體至或穿過該一或多個取樣裝置。
  39. 如請求項23至38中任一項之流體取樣系統，其中該至少一個流體連接器係一真空連接器且該流體系統包括一真空源。
  40. 如請求項23至39中任一項之流體取樣系統，其中該電源供應器係能夠無線地提供電力至該一或多個取樣裝置之一無線電源供應器。
  41. 一種用於操作一流體取樣系統之方法，其包括以下步驟： a)提供一第一取樣裝置及可移除地附接至該第一取樣裝置之一模組化擴充基座，其中該擴充基座包括： i)  一電源供應器，其具有連接至一電源之一電力輸入且具有一電力輸出，其中該電力輸出可移除地連接至該第一取樣裝置且提供用以操作該取樣裝置之電力； ii) 至少一個流體連接器，其能夠附接至一流體系統且提供一流體流至或穿過該第一取樣裝置，其中該至少一個流體連接器可移除地連接至該第一取樣裝置；及 iii) 至少一個資料通信連接器，其連接至一外部控制器或一中央處理單元(CPU)，其中該至少一個資料通信連接器將電子資料傳輸至該外部控制器或CPU及自該外部控制器或CPU接收電子資料； b) 使用該第一取樣裝置自一環境對目標流體進行取樣； c) 將該第一取樣裝置自該擴充基座、電力出口及流體連接器拆離，並將一第二取樣裝置連接至該擴充基座、電力出口及流體連接器；及 d) 使用該第二取樣裝置自該環境對目標流體進行取樣。
  42. 如請求項41之方法，其進一步包括將該第二取樣裝置自該擴充基座、電力出口及至少一個流體連接器拆離，且將一第三取樣裝置連接至該擴充基座、電力出口及至少一個流體連接器；並且使用該第三取樣裝置自該環境對目標流體進行取樣。
  43. 如請求項41或42之方法，其進一步包括依據該經取樣流體、該等取樣裝置之操作或其組合產生資料，且將該所產生之資料自該擴充基座傳輸至該外部控制器或CPU。
  44. 如請求項41至43中任一項之方法，其中該至少一個資料通信連接器係一無線連接器。
  45. 如請求項41至44中任一項之方法，其中該至少一個資料通信連接器包括一類比輸入/輸出連接、一數位輸入/輸出連接、一乙太網路交換器連接、一無線通信連接或其任何組合。
  46. 如請求項41至45中任一項之方法，其中該擴充基座進一步包括含有一網際網路協定位址、該取樣裝置之位置設定、用於操作該等取樣裝置之一或多個操作設定及其組合之一電腦處理器、快閃記憶體或電腦記憶體。
  47. 如請求項46之方法，其中該網際網路協定位址、位置設定、一或多個操作設定及其組合對該第一取樣裝置及第二取樣裝置而言係相同的。
  48. 如請求項41至47中任一項之方法，其中該等取樣裝置係粒子計數器、冷凝粒子計數器、氣體或其他流體分析器、粒子分析器、粒子取樣器，氣體、空氣或液體取樣歧管，分子取樣器、微生物收集板、微生物收集衝擊器、即時微生物偵測器、環境或氣體感測器，及其組合。
  49. 如請求項41至48中任一項之方法，其中該擴充基座在該等取樣步驟及拆離步驟期間保持在實質相同的位置中。
  50. 如請求項49之方法，其中該擴充基座定位於一潔淨室、潔淨區域或潔淨環境中。
  51. 如請求項41至50中任一項之方法，其中該電源供應器係能夠無線地提供電力至該等取樣裝置之一無線電源供應器。
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