本发明专利技术提供一粒子检测器，其具有一截面不超过约２毫米的样本区域，样本区域含有：环境流体；一光源，其位于样本区域的一侧上，可导引一准直或近准直的光线通过样本空气或水，以致于空气或水中存在的任何粒子可使部分光束产生散射，而其余的部分光束则保持未散射；以及一光束改向装置，其位于样本区域的相反侧上，可用以改向或阻断至少光束的未散射部分，并将至少部分的散射光线导引至一检测器上。检测器可产生输出脉冲，其中每一脉冲的高度与粒子尺寸成比例，且一脉冲高度鉴别器可由检测器的输出取得在一指定时间于空气或水样本中所检测的气媒粒子尺寸分布。检测器亦可包括一装置而可用于鉴别生物制剂及无机粒子。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般关于一种用以检测气媒(airborne)或水媒(waterborne)粒子的系统及方法，且更明确地说是关于一种用以检测气媒或水媒粒子并以尺寸分类该检测的粒子的系统及方法。本专利技术在以尺寸来检测及分类过敏原及液体中的生物战剂(biological warfare agent；即气媒或水媒粒子)的方面尤具实用性，且将参照此种实用性来描述的，虽然本专利技术亦涵盖在其它领域中的实用性。
技术介绍
以释放生物战剂例如炭疽杆菌(炭疽病)而对城市进行恐怖攻击已不再仅存于想象中。武器化的炭疽病孢子具有高度危险，因为它们可进入人体肺脏。据估计，人类的炭疽病孢子吸入致死剂量LD50(足以杀死50％的暴露于此物质的个人的致死剂量)为2,500至50,000个孢子(参见，T.V.Inglesby，et al.，″Anthrax as a Biological Weapon″，JAMA，vol.281，page 1735，1999)。其它部分可能的生物制剂如鼠疫杆菌(鼠疫)、肉毒杆菌(肉毒症)、及土伦病法兰西斯氏菌(francisella tularensis)。有鉴于这些潜在的威胁，当前极需一明确的警报系统以检测此种威胁。已知激光粒子计数器中，可将一激光束导引通过一样本，且可检测并分析通过该样本的光线以检测样本中的粒子所散射的光线。既有经设计以检测散射光线的检测器或粒子计数器的问题之一在于必须由入射照明光源信号取得散射信号。其涉及在一高噪声背景(来自激光源的眩光)中检测一弱信号(来自小粒子的散射)。目前，传统设计的激光粒子计数器容易损坏且昂贵，亦不适用于此种应用。用于激光粒子计数的传统技术包括激光多普勒法(Dopplermethod)，其可测量粒子速度并推导出尺寸信息；过渡时间法，其可测量粒子横越一感应区域所需的时间；以及大角度多重传感器设计，其仅能够测量小粒子。在T.H.Jeys，et al.，Proc.IRIS Active Systems，Vol.1，p.235，1998中描述以一种利用脉冲UV激光的激光诱导荧光为基础的生物传感器。其能够检测每公升空气中五种粒子的气溶胶(aerosol)浓度，但必须使用昂贵且脆弱的仪器。亦参见Hairston et al.，J.Aerosol Sci.，Vol.28，No.3，p.471-482(1997)。其它粒子计数器是由Met One Instrument，Inc，of GrantsPass，Oregon、Particle Measurement Systems，Inc.，of Boulder，Colorado、以及Terra Universal Corp.，of Anaheim，California等制造。由于其设计，这些粒子计数器组态需要精确的光学排列以及复杂的传感器及电子仪器。这些产品通常适用于实验室用途且一单元即可能耗费数千美元。因此，其不适用于运用于实地演练(field-deployed)的检测器，且其亦非特别设计可用于检测生物战剂。已设计各种检测器以检测气媒过敏原粒子，并在当一空气样本内的粒子数目超过一预定最小值时，对敏感的个体提出警报。相关描述可见于Hamburger等人所拥有的美国专利案号5,646,597、5,969,622、5,986,555、6,008,729、以及6,087,947。这些检测器皆涉及导引一光线通过一环境空气样本，而使得空气中的任何粒子可散射部分光束；一光束阻断装置，其仅可用以传输在对应于预定过敏原尺寸范围的预定角度范围中散射的光线；以及一检测器，用以检测该传输的光线。若在检测器检测的光线高于一预定程度，则会激活一警报器。虽然这些装置足以满足以过敏原粒子的存在为基础而提供一警报的目的，但其不适用于实地演练，且不符合用以检测生物战剂的病原体检测器的更加严格要求。
技术实现思路
本专利技术提出一新颖且改良的粒子/病原体检测器系统及用以检测及分类气媒或水媒粒子方法。根据本专利技术的一个方面，提出一粒子检测器系统，其至少包含一外罩，其具有一样本区域而容纳有样本空气或水；一光源，可用以导引一聚焦的光束通过样本空气、或水，因此出现于样本区域中的具有各种尺寸的粒子能够使光线以各种角度散射出，且一未散射的光线部分仍保持未散射；一光束阻断装置，可用以阻断至少光束的未散射部分，并沿着一光线路径导引至少光束的散射部分；一检测器，其位于该光线路径中，且位于光束阻断装置的后方，而用以检测由光束阻断装置导引至该检测器上的光线，并产生输出脉冲，其中每一脉冲的高度和粒子尺寸成比例；一脉冲高度鉴别器，可用以取得在一指定时间内，样本中的气媒或水媒粒子的尺寸分布；以及一警报单元，若在一预定关注的尺寸范围内的粒子数目为超过时，其可用以提供一警报信号。光束阻断装置可阻挡未散射的入射激光束、有效排除光源所导致的背景噪声、且随后检测一空气或水样本中的粒子所散射的光线的角度分布及强度、将检测器输出转换成一粒子尺寸分布直方图(histogram)、且若该直方图指出在一预定尺寸范围内出现异常大量粒子时，则会产生一警报信号。预定尺寸范围可随着关注的粒子而不同。对于气媒霉菌，则关注的尺寸范围通常约为1至3μm；对于气媒生物制剂，则关注的尺寸范围通常约为1至7μm；而对于气媒过敏原或其它有害物质例如铍粉或石绵，关注的尺寸范围通常约为5至50μm。在关注水媒粒子的情形中，其通常可至少包含细菌或细菌孢子，关注的尺寸范围通常约为1至20微米。在本专利技术的一个示范性具体实施例中，将脉冲高度鉴别器的输出连接至一处理单元，而处理单元可基于每一脉冲的高度而处理在一指定时间的粒子尺寸分布，而产生气媒或水媒粒子尺寸分布的直方图，并在一输出装置上显示该直方图。鉴别器可至少包含一峰值检测器，其可用以测量输入脉冲高度、及一比较器及寄存器(register)，其可用以寄存每一脉冲高度中的脉冲数目。之后将个别脉冲高度转换成粒子尺寸，且在一适当显示单元(例如一LED或液晶显示器、或一计算机屏幕)上显示及粒子尺寸分布的直方图。本专利技术亦可提供一警报装置，若某粒子尺寸范围中的脉冲数目超过一预定正常背景值则产生一可听见且可看见的警报信号。举例而言，在某些情形中，目标为生物制剂时，在1μm至7μm的尺寸范围中所计数到的气媒粒子数目的任何突然且区域化的增加通常意味着恶意生物制剂的蓄意释放。在本专利技术的一个示范性具体实施例中，将一反射器放置于光束阻断器的上方或前方，以便反射入射光束的未散射部分的一部份，并定位一第二光检测器以检测由反射器所反射的光线。光检测器的功能为监控光源的输出，而光源可以是一激光二极管。这使得该设备可进行自我校准。粒子尺寸测量依靠电子脉冲高度测量值，且因而其对激光二极管电力输出中的任何波动具有举足轻重的地位。来自第二检测器的监控信号可分割来自第一检测器的电子脉冲信号，以便确保该结果不受任何激光电力变异的影响。亦可监控第二光检测器的输出，以显示出激光二极管的效能。当来自第二光检测器的信号低于一预定程度，例如为起始电力程度的50％时，会响起一“激光电力过低”警报，以便激活一维修呼叫。在样本区域及光束阻断装置之间可提供一透明分隔滑板。该滑板的目的在于防止灰尘或其它环境污染物传送到光学组件及光检测器中。当将系统运用于恶劣的实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气媒粒子检测器系统，包含：一外罩，其具有一空气样本室区域，且该区域的截面未超过约２毫米；一光源，位于该空气样本室区域的一侧上，其可用以传送一聚焦的光束通过一空气样本，因而该样本室区域中存在的具有各种尺寸的多个粒子能够使部 分的该光束以各种角度散射出，且该光束的未散射部分仍保持未散射；一光束阻断装置，其位于该空气样本室区域的相对侧上，可用以阻断至少该光线的该未散射部分的部分；以及一第一检测器，具备一控制电路系统，该第一检测器设置于一光线路径上， 且位于该光束阻断装置的后方，可用以检测该散射光线的一部分，并产生一输出信号，该输出信号包括关于该光线路径中介于一预定尺寸范围内的粒子数目的信息。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：江建平，约翰巴比科，迈克尔莫雷尔，
申请(专利权)人：百维吉伦特系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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