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【专利摘要】本发明提供一种颗粒检测系统，包括具有入口喷嘴、出口喷嘴、以及在这两者之间被限定的询问区的感应室。通过对感应室进行加压以使其中的压力高于出口喷嘴中的压力，来防止被采样的环境气体中的颗粒逃离询问区。这是通过对感应室提供额外气体源来实现的，举例来说，通过使气体从入口流路直接转向至感应室。
【专利说明】用于检测颗粒的改进的设备
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求在2012年3月22日提交的美国临时专利申请No. 61/614,395的优先 权，通过引用将该申请的全部内容结合在此。

【技术领域】
[0003] 本发明涉及用于检测气载颗粒的设备和方法，并且更特别地，涉及用于在感应室 内的层流气流内含有要被测量的颗粒的设备和方法。

【背景技术】
[0004] 多种制造环境需要严格控制空气中外来碎屑的存在。举例来说，半导体制造已经 长期需要"洁净室"，该"洁净室"使用大范围的空气过滤来使空气中的颗粒的数目和大小减 少至某个可接受的水平。其他制造环境具有类似的但不同的要求。举例来说，在制药或者 医疗器械制造环境、医院和食品加工或者制备环境中，关键的是不仅仅要控制空气中的颗 粒的数目，而且生物颗粒的最小化也是特别重要的。举例来说，在制造过程中，微生物污染 能够使得整批制药产品不能用，从而造成重大的金钱损失。另外，有利的是，在用于制药或 者医疗器械的制造过程期间，具有污染事件的瞬时检测，包括关于污染事件是生物的还是 非生物的瞬时信息。
[0005] 存在多种系统和方法用于检测和确定气载颗粒的大小。系统还可以用来检测，并 将被检测的气载颗粒特性化为生物的或者惰性的。举例来说，系统已经被设计成通过测量 由颗粒散射的光的量和方向性以确定颗粒大小，以及通过测量通过用光源照射在颗粒中被 激发的荧光以将被测量的颗粒分类为生物的或者非生物的，来检测存在的气载颗粒。
[0006] 在大多数传统的系统中，要被采样的流体（例如，环境空气）被拉到系统中并例如 经由入口喷嘴被引入到感应室中。接着，以某些方式，例如，通过用一束光来照射流体，来对 于颗粒测量流体。接着，流体经由出口喷嘴从感应室被排除。
[0007] 这个配置造成某些挑战。举例来说，颗粒可以逃离在入口喷嘴和出口喷嘴之间的 流体流动并进入感应室。在其它情况下，颗粒可以相对流体流动倒退，并经由出口喷嘴进入 感应室。在两种情况下，这种颗粒能够穿过照射光束并散射光或者荧光，正如如果它们在入 口和出口喷嘴之间的询问区中被测量的话，它们就会。这些颗粒引起伪光发射，伪光发射可 能被颗粒检测系统中的光检测器所检测，从而降低测量数据的准确度。
[0008] 图1(a)和1(b)中图示了该问题,其显示了颗粒检测系统100。系统100包括密封 的感应室102。含有颗粒115的流体（例如，气体）被吸到感应室102中，并经由入口喷嘴 105被引入到感应室102中。接着，在暂时地占据询问区112之后，流体经由出口喷嘴110 从感应室102被吸出来。负压通过与出口喷嘴110流体通信的未图示的吸引泵或者送风机 被供应。理想地，吸引泵提供在114邻近处的第一负压，第一负压低于询问区112中的第二 负压，该第二负压还低于入口喷嘴105的出口孔径处的负压，该入口喷嘴105的出口孔径处 的负压还低于周围环境中的压强，流体从周围环境中被吸进来。理想地，这保证了流体经由 询问区112来自环境、并经由出口喷嘴105到外面的有序的流动。
[0009] 当在询问区112中时，流体在135的邻近处被由光源产生的光束照射，举例来说， 光源是激光、激光二极管或者LED。在被照射时，流体中的颗粒在140的方向上散射光，在此 被散射的光可以被散射检测器所检测。另外，在被照射时，流体中的生物微粒发荧光，并且 该荧光被椭球反射镜125收集并指向130的邻近处的荧光检测器。
[0010] 在某些系统中，离群颗粒142能够逃离在询问区中的流体流动、离开询问区的邻 近、并占据感应室102的其他区域。离群颗粒142是从未到达出口喷嘴110以从系统中被 排除的颗粒、从出口喷嘴110倒退的颗粒（如图I (b)所示）、或者来自某个其他源的颗粒。 这种颗粒能够引起在荧光和散射检测器处的伪读数，从而降低测量数据的准确度。在感应 室102内在询问区112外面的颗粒的存在是特别棘手的，因为这种颗粒能够变为被沉积在 限定感应室112的内壁上，它们难以从感应室112的内壁去除。
[0011] 对于处理逃离流体流动进入感应室的颗粒的问题的传统的解决方案利用清洁空 气的"鞘流"，其在试验中的颗粒流动穿过询问区的时候将它们封装。在传统的配置中，入口 喷嘴被设置为具有被嵌入到外部环形部分中的内部部分或者被外部环形部分包围的中央 部分。外部环形部分被分成上下段。来自上环形段的环境空气从输入流被转向。接着，这 个"鞘气"被过滤并通过鞘泵被加速。接着，鞘气被再次引入到入口喷嘴的下环形段中。同 时，要被测量的含有颗粒的空气在内部部分中继续前进。在询问区附近（即，靠近至感应室 的输入孔径），（运载要被测量的空气的）中央喷嘴、和外部环形部分这两者的下环形段轻 拍以加速两个空气流动。接着，合成的气流被引入到询问区、被采样、并接着使用总流泵被 排除。结果是要被采样的含有颗粒的空气被封装到相对更快地流动的清洁的、被过滤的空 气的鞘中。这防止颗粒在两个流从感应室被吸出之前逃离内部样本气流。根据这个方法操 作的装置被描述在图6中海尔斯顿等人的美国专利No. 5, 561，515中。


【发明内容】

[0012] 本发明的实施例通过使包围的感应室中的压力上升来防止颗粒逃离在试验中的 流体流动。这引起从询问区到出口喷嘴中的均匀的从高到低的压力梯度，这保证所有的颗 粒都从询问区被排除。感应室以多种方式被加压。在一个实施例中，被过滤的环境空气在远 离询问区的地点处使用在系统的出口喷嘴处产生的负压被吸引到感应室中。在其他实施例 中，要被采样的气流的一部分在引入到入口喷嘴之前被转向从而引起旁路流。接着，旁路流 被过滤，并且它的流速被孔径调节。接着，旁路流在远离询问区的位置处被引入到感应室。
[0013] 在另一个实施例中，提供一种用于冲洗感应室以去除和排除被沉积的颗粒的方法 和系统。在那个实施例中，被过滤的环境空气、或者旁路流空气在超过一个远离地点处被引 入到感应室中。随着这个被引入的空气从感应室被吸引出来，被沉积在感应室的内部上的 颗粒被去除并被移除。
[0014] 在一个实施例中，提供了一种用于检测环境气体中的颗粒的颗粒检测系统。该系 统包括具有可流通地耦接至环境气体的入口流喷嘴、和出口流喷嘴的感应室。入口流喷嘴 和出口流喷嘴限定询问区。该系统还包括位于感应室中远离询问区的额外流端口，额外流 端口在感应室和额外气体源之间被流通地耦接。
[0015] 在另一个实施例中，系统包括被流通地耦接至出口流喷嘴、并能够以限定的样本 流速将环境气体吸引穿过所述询问区的负压源。在另一个实施例中，额外流端口经由出口 喷嘴被流通地耦接至负压源，以使负压源能够以限定的额外气体流速吸引额外气体。
[0016] 在某些实施例中，当负压源在操作中时，额外气体流速与额外气体流速和样本流 速的总合的比值超过〇. 21。在另一个实施例中，负压源在操作中，额外气体流速等于样本流 速。在另一个实施例中，当负压源在操作中时，感应室中的压力超过出口流喷嘴处的压力。 [0017] 在某些实施例中，额外流端口被流通地耦接至旁路流路，其连接入口流喷嘴和感 应室。在一些实施例中，旁路流路包含可调节孔和颗粒过滤器。
[0018] 在另一个实施例中，系统的额外流端口被流通地耦接至被过滤的环境气体源。在 一些实施例中，系统包括位于感应室中远离询问区的第二额外流端口并且该第二额外流端 口被流通地耦接在感应室和额外气体源之间，并且被可流通地连接至第一额外流端口。
[0019] 某些实施例包括检测环境气体中的颗粒的方法。方法涉及将要被采样的环境气体 吸引感应室中、测量要被采样的环境气体以检测其中的颗粒、经由出口喷嘴将环境气体从 感应室排除、并对感应室进行加压，以使感应室的压力高于出口喷嘴处的压力。
[0020] 在一些实施例中，对感应室进行加压以使它的压力高于出口喷嘴处的压力包括将 额外气体吸引到感应室中。在其他实施例中，测量要被采样的环境气体以检测其中的颗粒 发生在询问区中，并且将额外气体吸引到感应室中包括在要被采样的环境气体的一部分被 引入到询问区之前使其转向，以及在感应室中远离询问区的位置处引入额外气体。
[0021] 在某些实施例中，将额外气体吸引到感应室中包含将被过滤的环境气体供应到感 应室。在其他实施例中，将额外气体吸引到感应室中包含设置额外气体流路。在一些实施 例中，额外气体流路将感应室与入口喷嘴连接，在该入口喷嘴处，要被采样的环境气体被引 入到感应室。对于一些实施例，额外气体在被引入到感应室之前被过滤并被流量调节。
[0022] 在一些实施例中，要被采样的环境气体以第一预定速率被吸引到感应室中，并且 额外气体以第二预定速率被吸引到感应室中。在某些实施例中，第一预定速率与第一预定 速率和第二预定速率的总合的比值超过.21。
[0023] 根据本发明的系统和方法具有某些优点。举例来说，不同于如上所述的鞘流方法， 这里所公开的系统和方法是完全被动的，仅依赖于与排出喷嘴的流体通信中的吸引泵以便 向感应室提供额外的清洁空气流。因此，不像鞘流方法中的那样，不需要额外的鞘流泵。另 夕卜，使用鞘流的系统通常使用比样本空气中的更高的鞘气中的总流速。
[0024] 举例来说， 申请人:理解在一个市场上可买到的使用鞘流方法的颗粒检测系统中， 可从明尼苏达州的圣保罗的TSI公司买到的空气动力学粒径谱仪(APS?)型号3321，样本流 速是lL/min并且鞘流速是4L/min，得到5L/min的总流。这导致鞘流与总流的比值是0. 8， 意味着通过总流泵被移动的空气的80%是"被浪费的"。这意味着具有将所有的空气都从 询问区排除出来的任务的总流泵必须比它打算得更加努力工作，否则不得不工作以仅仅将 lL/min要被测量的气流吸引到询问区中并从询问区中出口。这个的结果是需要更大的泵， 产生更加大量的废热，这从颗粒检测系统的颗粒检测系统的观点和该系统的灵敏光学和电 子系统管理噪声的能力的观点这两个观点上来看都是不利的。
[0025] 根据本发明的实施例的系统使得能够使用这个附加的泵送能力以便拉入更多要 被采样的空气，即，实现对于要被测量的空气的更高水平的生产量。 申请人:已经发现根据本 发明的系统能够通过将小于样本流的辅助的或者旁路流引入到感应室来消除逃离的颗粒 问题。这允许作为在这种系统中的限制的大部分泵送功率致力于移动样本空气。
[0026] 另外，根据本发明的实施例的系统使用更简单的机械设计，其不依赖于复杂的入 口喷嘴几何形状（即，被嵌入在外部喷嘴的内部的内部喷嘴）。

【专利附图】

【附图说明】
[0027] 图1是为了说明逃离的颗粒而显示传统的颗粒检测系统的主要机械特征的示意 图。
[0028] 图2是根据本发明的实施例的使用旁路流的颗粒检测系统的示意图。
[0029] 图3显示根据本发明的实施例的对于使用旁路流的颗粒检测系统的计算流体动 力学（"CFD"）模拟的结果。
[0030] 图4显示根据本发明的实施例的对于使用旁路流的颗粒检测系统的CFD模拟的结 果。
[0031] 图5是显示根据本发明的实施例的对于净化感应室的系统的示意图。
[0032] 图6显示对于根据根据本发明的实施例的方法被执行的感应室净化的试验结果。
[0033] 图7显示对于根据本发明的实施例的使用旁路流以消除在出口喷嘴的邻近处的 漩涡的颗粒检测系统的CFD模拟的结果。

【具体实施方式】
[0034] 在以下描述的优选的实施例中参考附图描述本发明，其中，同样的标号或者指示 代表相同的或者类似的部件。贯穿本说明书中的引用"一个实施例"、"实施例"、"相关实施 例"、或者类似的语言指的是与所引用的"实施例"相连地被描述的特定的特征、结构、或者 特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语"在一个实施例中"、 "在实施例中"、以及类似的语言的出现可以但并不必需都指的是相同的实施例。应当理解 的是，公开中没有一部分，其自己承担或者与附图可能的相连，是旨在提供本发明的所有特 征的完整的描述。
[0035] 所描述的本发明的特征、结构或者特性可以在一个以上实施例中以任何合适的方 式被结合。在以下描述中，大量细节被叙述以便提供本发明的实施例的透彻的理解。然而， 一个相关领域的技术人员将认识到本发明可以被实践而不需要一个以上该细节，或者可以 利用其他方法、组件、材料等等被实践。在其他情况中，不示出或者不详细地描述众所周知 的结构、材料或操作以避免模糊本发明的方面。
[0036] 本发明可用于多种用于检测颗粒的检测器。实例是检测颗粒大小和荧光以便判定 颗粒是生物的还是惰性颗粒的颗粒大小检测器和生物颗粒检测器。
[0037] 本发明大体关于用于检测在要被采样的气流中的气载颗粒（大体，流载颗粒）的 方法，并且更特别地，关于减少颗粒沉积或者从样本气流逃离到感应室中的设备和方法。
[0038] 本发明所能够使用的检测系统的实例包含一个以上如下部件：
[0039] 光源（例如，激光、激光二极管或者LED);
[0040] 用于收集并将散射光和/或被激发的荧光聚焦在检测器上的光学组件；
[0041] 一个以上用于检测散射光（例如，光电二极管）的检测器和或一个以上荧光检测 器（例如PMT);以及
[0042] 一个以上光学滤光器。
[0043] 检测系统可以进一步包含软件、DAQ接口和计算机处理器。
[0044] 当前的发明所能够使用的检测系统的其他实例包括但并不局限于被共同拥有的 美国专利申请序列No. 12/642,705巴比克（Babico)等人和美国专利No. 7,430,046Jiang 等人中所描述的那些，通过引用将其结合在此。
[0045] 图2是根据本发明的实施例的使用旁路流的颗粒检测系统200的示意图。图2的 系统包含感应室205。感应室205包含入口喷嘴210和出口喷嘴215。入口喷嘴和出口喷 嘴210、215对于空气或者其他气体限定流路220以流过感应室，以便可能存在于空气中的 颗粒能够被检测。光束225可以被用于询问经由位于用于颗粒的感应室中的入口嗔嘴和出 口喷嘴之间的颗粒询问区230的气流。颗粒询问区230由在入口喷嘴和出口喷嘴210、215 之间的间隙形成，空气中的颗粒前进横穿该间隙。喷嘴之间的间隙允许来自光源的光拦截 气流。
[0046] 在感应室中，当颗粒存在于在入口喷嘴和出口喷嘴210、215之间的层流气（或者 气体）流中时颗粒被检测、穿过颗粒询问区230区域中的光束225(来自未图示的光源）并 与光束225互相作用。光源可以是激光束、激光二极管、LED或者其他类型的光源。光束225 的波长被选择为与可能存在于气流中的颗粒互相作用，并产生能够通过一个以上的检测器 被检测的信号。在优选的实施例中，光束225是准直的或者接近准直的。例如，颗粒可以与 激光束互相作用以散射光，颗粒大小能够从这里被确定，或者颗粒可以从光吸收一个以上 的光子，并自动发荧光，以便判定它们是否是本质上生物的。在每个例子中，一个以上的未 图示的检测器被用于检测散射光、荧光或者由颗粒与光束的相互相用造成的其他信号。
[0047] 为了克服颗粒从入口和出口空气间隙之间的颗粒询问区逃离的问题，图2的实施 例使用次级流路，这里被称为"旁路流路"235,其以限定的流速将被过滤的空气引入到感应 室中。旁路流路235包含一个以上的可调节孔240、颗粒过滤器245、流量计250、管子和一 个以上的连接器。在图2的实施例中，可调节孔在校准期间被设置，但在操作期间不是被主 动地调整的。旁路流路235经由旁路流或者在感应室的内壁中的额外流端口被连接到感应 室205上。旁路流路235被连接至入口流路255,以便当输入压力改变时被动地使感应室 压力平衡。在旁路流路中的颗粒过滤器245将颗粒从被转向的入口气流中除去，以使被引 入到感应室中的空气（或者其他气体）是清洁的。通过直接连接旁路流路235和入口流 路，当入口压力由于环境条件或者因素而改变时，旁路流路和样本流路之间的压力平衡被 维持。因此，在入口流路处的压力变化是沿着旁路和样本路径两个路径均匀分布的，所以不 需要主动压力平衡系统。
[0048] 旁路流路235在远离询问区230的地点处被连接至感应室205。因此，从整体上 来看，感应室的内部接收等于入口流路255和旁路流路235中所呈现的总流速。因此，被连 接至出口喷嘴215的总流路260以等于入口流路和旁路流路速率的总合的速率来运载空气 (或者其他气体）。图2的系统包括过滤器265、总流量计270、送风机或者吸引泵275和另 一个过滤器280,其在被测量的空气从系统中被排放之前过滤该被测量的空气。给定入口流 路255、入口喷嘴210的几何组件，以及旁路流路235、特别是孔240的直径的几何形状和组 件，送风机275将足以吸引被测量的空气以预定速率横穿询问区230的负压输送至出口喷 嘴 215。
[0049] 横穿询问区230的流速一般是用于使图2的系统的组件最佳化的边界条件。在申 请人的系统中，期望通过询问区的流速是I. 15L/min。这个流速通过光信号的脉冲宽度被确 定。 申请人:的光检测器和相关联的电子设备被设计并被校准，以便检测询问区230的邻近 处，以及激光束的几何形状。 申请人:实验性地确定对于I. 15L/min样本流速，为了防止逃离 的颗粒，0. 35L/min的最小旁路流速是有益的。因此，在图2的系统中，送风机275的拉入速 率和孔240的直径被选择，以便在询问区处产生I. 15L/min的流动，同时还拉入最小体积的 旁路流空气以便防止颗粒逃离。根据 申请人:的实验结果，在一个实施例中，旁路流是0. 35L/ min，产生I. 50LPM的总流速。
[0050] 实验性的和分析的结果表明这个效果是可扩展的，并且其他流速也可以被使用。 特别地， 申请人:已经发现防止颗粒从询问区逃离的有效性或者出口喷嘴取决于旁路流速与 总流速的比值。特别地，在防止逃离的颗粒中，旁路流速与总流速的比值大于0.21已经被 认为是有效的。在一个实施例中，所使用的旁路流比值是〇. 23。
[0051] 颗粒从在入口喷嘴和出口喷嘴之间的颗粒询问区中逃离是受压力平衡控制的。感 应室中的压力通过在感应室中做洞（端口）并经由该洞引入芳路流而被升商。在感应室中 的压力增加提供内部感应室体积和出口喷嘴之间的压力平衡，从而明显地减少或者防止颗 粒的回流、或者颗粒从颗粒询问区的逃离。
[0052] 通过计算流体动力学（"CFD"）的本发明的模拟图解了本发明的旁路流的优点。 这在图3中被图解，其显示根据本发明的实施例的对于使用旁路流的颗粒检测系统的CFD 模拟的结果。图3中所示的实施例是具有图1中所描绘的系统的几何形状的系统，但是利 用当前的本发明的旁路流方法被改善。根据本发明的实施例，旁路气流可以经由被放置在 感应室的壁中的合适的位置处的端口被引入到感应室中。确切的放置将取决于存在于室中 用于检测颗粒的其他部件，诸如光学透镜、反射镜、检测器等等。在图3的实施例中，旁路流 端口被放置在图1的参考数字140的邻近处。在图3的实施例中，旁路，或等效地，额外的 流被提供，以使整个感应室都被提高压力以具有比入口喷嘴处的压力更低的压力，但是比 在出口喷嘴内采样区域以下的所有的位置处的压力更高的压力。换句话说，旁路（或者额 外的气体）流路的可调节孔和总体流速（通过被连接到出口喷嘴上的负源被确定）被选 择，以使整个室中的压力超过在出口喷嘴内采样区域以下的所有位置处的压力。如图3中 所示，结合被放置在远离询问区的地点中的旁路流端口、以及上述相对于图2的实施例的 样本、旁路和总流速，图1的感应室的几何形状的CFD模拟产生极好的CFD结果。特别地， 没有旁路流，出口喷嘴中的压力类似于感应室，使得颗粒回流。有旁路流，出口喷嘴中的压 力明显低于感应室，从而防止颗粒回流。
[0053] 图4图解了使用CFD仿真的有和没有旁路流的喷嘴之间的颗粒转移效率。所仿真 的颗粒大小为〇. 1 μ m、0. 3 μ m、0. 5 μ m和5. 0 μ m。期望的是，由于与更大的颗粒大小相比更 低的质量和惰性，大小较小的颗粒将对于逃离更加敏感。如图4中所看到的，没有旁路流， 颗粒逃离在喷嘴之间的气流路径。旁路流的引入基本上减少或者消除颗粒逃离气流。再 次，对于图4的模拟，结合使用最优样本流速I. 15L/min、以及图1的系统的几何形状，实验 性地确定旁路流速为0. 35L/min。
[0054] 到现在为止，短语"旁路流"已经被用于描述除样本空气以外的附加空气的流动， 其被引入到颗粒检测系统的感应室，以使感应室压力平衡并防止颗粒从询问区回流和逃 离。当然，图2的实施例显示了旁路流路，这里额外的空气从被采样的空气被转向，沿着旁 路通路，并被过滤和被引入到感应室。然而，本领域的那些技术人员将领会到，任何使感应 室的压力相对于出口喷嘴的压力上升的额外的流的源将实现许多由 申请人:在图2的系统 中所陈述的有利的效果。例如，在本发明的某些实施例中，感应室的压力通过提供从某个空 气（或者其他气体）的源到感应室的包含被连接至感应室的端口的"额外的流"路、"额外 的流"流量计、滤波器、可调节孔和相关联的管和连接件而被升高。换句话说，在某些实施 例中，图2中所示意地描绘的"旁路流路"不与入口流路相连，而是与环境空气、瓶装气体或 者任何其他合适的气体源相连。然而，图2的旁路配置较佳的是，将旁路流路与入口流路相 连，使得系统对入口流路的上游，即，被采样的环境中的压力变化不敏感。
[0055] 申请人:已经实验性地并且经由CFD模拟地确定根据本发明的实施例的系统明显 地对旁路流端口的位置，即，旁路或者额外的流被引入到感应室处的精确的位置不敏感。在 某些实施例中，对于旁路流的到感应室的入口端口可以被连接至歧管，该歧管是为感应室 内部的两个以上的空气入口提供的，或者是为要在感应室中的特定地点处被引入的旁路空 气提供的。例如，在一个实施例中，旁路流能够被引入到询问区中的颗粒的区域中。在附加 的实施例中，旁路气流沿着两个不同的路径在两个不同的点处被引入到感应室，该两个不 同的路径可以源自单个旁路端口。后者配置的实例被显示在图5中。感应室内部的歧管能 够由任何与系统相匹配的合适的材料制成。
[0056] 图5的实施例由于作为如果出现污染物则冲洗或者净化感应室的工具而具有额 外的效用。污染物可以以多种形式出现，例如，如果为了维护而打开感应室、如果颗粒逃离 样本流并被沉积在室内等等。使用图5中所示的包括所示的两个端口的歧管的颗粒检测系 统的几何形状， 申请人:根据ISO 21504-1执行实验以便确定图5的歧管几何形状在.35L/ min的旁路或者额外的流速下以和速率冲洗感应室的内部。根据ISO检验标准，通过在足 以在感应室中每秒测量2000次的浓度下使0. 5微米聚苯乙烯粒以I. 15L/min的流速流入 室中达十分钟来故意污染感应室。〇.35L/min的到歧管中的旁路流速也被维持。接着，利 用10秒高效空气过滤器（HEPA filter)来切断污染物流，这有效地消除样本流中的进入的 污染物颗粒，并且颗粒计数测量被采用，以确定留在系统中的剩余的颗粒。这个测试的结果 被显示在图6中。如看到的，结合0.35的旁路流，颗粒计数被急剧降低。实验数据显示仅 仅峰值污染物颗粒计数速率的0.03%的在10秒冲洗周期之后颗粒计数速率。因此，根据本 发明的实施例包括以上述指定的速率的旁路流的系统主要是自我清洁的，并且将可靠地冲 洗可能从任何源进入感应室的询问区外面的颗粒。
[0057] 根据本发明的实施例的系统的附加的CFD模拟被显示在图7中。 申请人:已经确定 使用上述的几何形状和I. 15L/min的样本流速，在出口喷嘴的邻近处中的湍流的漩涡可以 使用略微更高的旁路流速被排除。特别地，以等于样本流速的I. 15L/M的旁路流速，在出口 喷嘴的邻近处中的湍流被彻底消除。这个情况会进一步最小化颗粒逃离样本流进入到感应 室中的风险。
[0058] 虽然本发明的优选的实施例已经被详细地图解，应当显而易见的是本领域技术人 员可以想到对那些实施例的变形和调整而不脱离如下权利要求书中所记载的本发明的范 围。
【权利要求】
1. 一种用于检测环境气体中的颗粒的颗粒检测系统，其特征在于，所述颗粒检测系统 包含： 感应室，所述感应室包含被流通地耦接至所述环境气体的入口流喷嘴、以及出口流喷 嘴，其中，所述入口流喷嘴和所述出口流喷嘴限定询问区；以及 位于所述感应室中远离所述询问区的额外流端口，所述额外流端口被流通地耦接在所 述感应室和额外气体源之间。
2. 如权利要求1所述的颗粒检测系统，其特征在于，进一步包含负压源，所述负压源 被流通地耦接至所述出口流喷嘴，并能够以限定的样本流速将环境气体吸引穿过所述询问 区。
3. 如权利要求2所述的颗粒检测系统，其特征在于，所述额外流端口经由出射喷嘴被 流通地耦接至所述负压源，以使所述负压源能够以限定的额外气体流速吸引额外气体。
4. 如权利要求3所述的颗粒检测系统，其特征在于，当所述负压源在操作中时，所述额 外气体流速与所述额外气体流速和所述样本流速的总合的比值超过〇. 21。
5. 如权利要求3所述的颗粒检测系统，其特征在于，当所述负压源在操作中时，所述额 外气体流速等于所述样本流速。
6. 如权利要求3所述的颗粒检测系统，其特征在于，当所述负压源在操作中时，所述感 应室中的压力超过所述出口流喷嘴处的压力。
7. 如权利要求1所述的颗粒检测系统，其特征在于，所述额外流端口被流通地耦接至 旁路流路，所述旁路流路连接所述入口流喷嘴和所述感应室。
8. 如权利要求7所述的颗粒检测系统，其特征在于，所述旁路流路包含可调节孔和颗 粒过滤器。
9. 如权利要求1所述的颗粒检测系统，其特征在于，所述额外流端口被流通地耦接至 被过滤的环境气体源。
10. 如权利要求1所述的颗粒检测系统，其特征在于，进一步包含位于所述感应室中远 离所述询问区的第二额外流端口，所述第二额外流端口被流通地耦接在所述感应室和额外 气体源之间，并且被流通地耦接至所述第一额外流端口。
11. 一种检测环境气体中的颗粒的方法，其特征在于，所述方法包含： 将要被采样的环境气体吸引到感应室中； 测量所述要被采样的环境气体，以便检测其中的颗粒； 经由出口喷嘴将环境气体从所述感应室排除，以及 对所述感应室进行加压，以使所述感应室的压力高于在所述出口喷嘴处的压力。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，对所述感应室进行加压，以使所述感应室 的压力高于在所述出口喷嘴处的压力包含，将额外气体吸引到所述感应室中。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，测量要被采样的所述环境气体，以检测 所述环境气体中的颗粒发生在询问区中，并且其中，将额外气体吸引到所述感应室中包含 在所述要被采样的所述环境气体的一部分被引入到询问区之前使所述要被采样的所述环 境气体的所述一部分转向，以及在所述感应室中远离所述询问区的位置处引入所述额外气 体。
14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，将额外气体吸引到所述感应室中包含将 被过滤的环境气体供应到所述感应室。
15. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，将额外气体吸引到所述感应室中包含设 置额外气体流路。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述额外气体流路将所述感应室与入口 喷嘴连接，在所述入口喷嘴处，要被采样的环境气体被引入到所述感应室。
17. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述额外气体在被引入到所述感应室之 前，被过滤并被流量调节。
18. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，要被采样的环境气体以第一预定速率被 吸引到所述感应室中，并且额外气体以第二预定速率被吸引到所述感应室中。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一预定速率与所述第一预定速率 和所述第二预定速率的总合的比值超过〇. 21。
【文档编号】G01N21/15GK104246475SQ201380015374
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年3月22日
【发明者】约翰·H·布坎南, 村上久弥 申请人:阿自倍尔株式会社