一种用于对流体承载颗粒进行检测和/或分析的测量设备，该测量设备包括：用于沿着流体流动路径产生流体流的装置(1，1′)；激光器(2)，该激光器被布置用于在流体流动路径的测量体积中发射激光束(20)；透镜组(3)，该透镜组用于收集由流体流中包含的流体承载颗粒(9)在测量体积中散射的激光(23)；光电检测器(4)，该光电检测器被布置用于检测由透镜组(3)收集的散射激光(23)，其中透镜组(3)配置为在透镜组(3)的焦距(f2)处将散射光(23)聚焦成一条线，所述线横向于流体流在所述测量体积中的流动方向(y)；并且其中光电检测器(4)是用于捕获由透镜组(3)聚焦的激光的多像素检测器，其中所述线型多像素检测器(4)被布置在距离透镜组(3)的焦距(f2)一定距离处并且被定向为其纵向轴线与所述线平行。一种用于对流体承载颗粒进行检测和/或分析的测量方法，包括以下步骤：沿着流体流动路径产生流体流，所述流体流可能包含待检测的流体承载颗粒(9)；在流体流动路径的测量体积中发射激光束(20)；收集由流体流中包含的流体承载颗粒(9)在测量体积中所散射的激光(23)并且在焦距(f2)处将所述散射光聚焦成一条线，所述线垂直于流体流在所述测量体积中的流动方向(y)；利用线型多像素光电检测器(4)捕获所收集并聚焦的散射激光(23)，该线型多像素光电检测器被布置在距离焦距(f2)一定距离处并且被定向为其纵向轴线与所述线平行；在具有由测量方法测量的最小大小的单独流体承载颗粒(9)穿过测量体积的时间期间，多次重复发射、收集和捕获步骤。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对单独流体承载颗粒进行检测和/或形态分析的方法和设备
本专利技术涉及一种用于对单独流体承载颗粒进行检测和/或形态分析的方法和设备。本专利技术特别地涉及一种用于通过时间分辨多像素光散射来对单独流体承载颗粒(例如，空气承载颗粒或液体承载颗粒)进行检测和/或形态分析的方法和设备。
技术介绍
本专利技术特别地但不完全地涉及如下领域：危险性流体承载颗粒的检测和/或分析、空气或水污染检测、空气或水的生物污染和/或化学污染检测和/或空气承载过敏原检测。例如，不同类型的气溶胶的浓度在大气中不断增加，而这正成为一个愈加重要的议题。它们对气候变化和空气质量的具体影响仍然还是未知数。此外，近来还出现了诸如采用生物颗粒作为大规模破坏性武器的生物恐怖主义之类的新型安全威胁。因此，市场上极其需要可靠性强、性价比高、检测速度快且辨别能力出色的气溶胶和/或水污染检测器。特定种类的气溶胶颗粒(如花粉和孢子)对人体健康有相当大的危害。根据统计分析，它们中的一些给约20％的欧洲人口带来了健康威胁，比如让他们患上过敏症。这些颗粒的计数仍然主要是在显微镜下手动完成。空气承载颗粒的大小范围涵盖了几微米到几百微米，这让颗粒的检测和识别变得更加困难。现有用于检测空气承载颗粒的测量设备和方法，这些设备和方法允许基于对单独颗粒所散射的光的测量来估计气溶胶中包含的颗粒的大小。这些设备和方法采用了指向空气流的光源(激光器、激光二极管、LED等)，并且还采用了用于在较大角度上收集由单独空气承载颗粒散射的光的光电检测器(或者在某些情况下是多个检测器或阵列检测器(1D或2D))，以便在不同方向上独立地从颗粒收集散射光。所收集的散射光提供了空气承载颗粒的静态表示。单个检测器设备仅能非常受限地确定单个颗粒的形态和表面结构，而具有多个检测器或阵列检测器的设备通常能更精确地确定这些参数。然而，可从颗粒的静态图片获得的与颗粒形态和表面结构有关的信息是有限的。因此，需要的是用于对流体承载颗粒进行检测和形态分析的测量设备和方法，这些测量设备和方法能够提供关于流体承载颗粒的动力学的信息。某些测量设备和方法还能通过确定空气承载颗粒在两个测量点之间的飞行时间，来测量单独空气承载颗粒的速度，其中所述两个测量点沿着空气流彼此相距指定距离。速度测量允许直接估计出空气动力学颗粒大小，进而提供关于颗粒本身的其他信息。然而，这些测量设备和方法需要使用两个光源和两组光电检测器，这极大地增加了其成本。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种用于对流体承载颗粒进行检测和/或形态分析的设备和方法，该设备和方法允许以可靠且性价比高的方式确定流体承载颗粒的速度。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于对流体承载颗粒进行检测和/或形态分析的设备和方法，该设备和方法允许以可靠且性价比高的方式获得与颗粒在流体流中的动态行为有关的信息。本专利技术的又一个目的在于提供一种用于对流体承载颗粒进行检测和/或形态分析的设备和方法，该设备和方法允许以性价比高的方式获得关于流体承载颗粒的形态、表面和/或结构的高级和精确信息。通过根据相应独立权利要求所述的设备和方法来实现这些目的和其他优点。具体地，通过用于对流体承载颗粒进行检测和/或分析的测量设备来实现这些目的和其他优点，该测量设备包括：用于沿着流体流动路径产生流体流的装置；激光器，其被布置用于在流体流动路径的测量体积中发射激光束；透镜组，其被设置用于收集由流体流中包含的流体承载颗粒在测量体积中所散射的激光；光电检测器，其被设置用于检测由透镜组收集的散射激光，其中透镜组配置为在透镜组(3)的焦距(f2)处将散射光聚焦成线，所述线横切优选地垂直于所述测量体积中流体流的流动方向(y)；光电检测器是用于捕获由透镜组聚焦的激光的线型多像素检测器，其中所述线型多像素检测器定位在距离透镜组的焦距一定距离处并且被定向为其纵向轴线与所述线平行。在实施例中，用于产生流体流的装置是喷嘴，该喷嘴用于产生具有超过喷嘴的流动路径的空气层流。在其他实施例中，用于产生流体流的装置包括管，该管用于产生具有沿所述管的流动路径的液体流。在实施例中，透镜组配置为通过在平行于流动方向的方向上聚焦散射光线来将散射光聚焦成线，并使散射光线在垂直于流动方向的平面中彼此平行。在实施例中，激光器配置为发射在流动方向上偏振的激光束。可选地，本专利技术的设备然后包括定位在激光器与测量体积之间的激光束路径中的激光束线性偏振器，从而仅允许在流动方向上线性偏振的激光到达测量体积。在实施例中，透镜组包括平凸柱面光学透镜，该平凸柱面光学透镜定位成在平行于流动方向的方向上聚焦散射光线，并使散射光线在垂直于流动方向的方向上保持不变。在实施例中，透镜组还包括定位在测量体积与柱面光学透镜之间的平凸球面光学透镜，使得平凸球面光学透镜的焦点位于测量体积中。在实施例中，测量设备还包括定位在平凸球面光学透镜与平凸柱面光学透镜之间的散射光线性偏振器，用于仅保持来自由平凸球面光学透镜所收集的散射光的平行分量光。在实施例中，测量设备还包括定位在平凸球面光学透镜与平凸柱面光学透镜之间的第一光阑，用于避免平凸球面激光和柱面光学透镜的范围效应和/或用于避免寄生光被平凸柱面光学透镜收集。在实施例中，光电检测器配置为以比由测量设备所测量的最小大小的单独流体承载颗粒穿过测量体积的时间短至少十倍的采样间隔，对由透镜组聚焦的激光进行采样。例如，采样间隔比流体在测量体积中的行进时间短至少十倍，所述行进时间对应于测量体积中激光束在流动方向上的大小除以测量体积中流体流的速度。例如，光电检测器配置为以高于或等于1、5、10或者甚至25MSPS(兆采样/秒)的采样速率对由透镜组聚焦的激光进行采样。在实施例中，测量设备还包括定位在透镜组与光电检测器之间的第二光阑，用于避免寄生光被光电检测器捕获。这些目的和其他优点同样具体地通过用于对流体承载颗粒进行检测和/或分析的测量方法来实现，该测量方法包括以下步骤：沿着流体流动路径产生流体流，所述流体流可能包含待检测的流体承载颗粒；在流体流动路径的测量体积中发射激光束；收集由流体流中包含的流体承载颗粒在测量体积中所散射的激光并且在焦距处将所述散射光聚焦成线，所述线垂直于测量体积中流体流的流动方向；利用线型多像素光电检测器捕获所收集并聚焦的散射激光，该线型多像素光电检测器定位在距离焦距一定距离处并且被定向为其纵向轴线与所述线平行；在由测量方法所测量的最小大小的单独流体承载颗粒穿过测量体积的时间期间，多次重复所述发射、收集和捕获的步骤。在实施例中，流体流是空气层流。在其他实施例中，流体流是液体流或气体流，优选地对激光是透明的。在实施例中，在流动方向上对激光束进行偏振化。在实施例中，将所收集的散射光聚焦成线包括将所收集的散射光线在平行于流动方向的方向上聚焦，并使其在垂直于流动方向的方向上彼此平行。在实施例中，在由测量方法所测量的最小大小的单独流体承载颗粒穿过测量体积的时间期间，将所述发射、收集和捕获步骤重复至少十次。例如，以高于或等于1、5、10或者甚至25MSPS(兆采样/秒)的采样速率重复所述发射、收集和捕获步骤。在实施例中，在流体承载颗粒穿过测量体积期间所捕获的散射激光还被用于确定例如流体承载颗粒的大小、流体承载颗粒穿过测量体积的速度、流体承载颗粒的形状和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于对流体承载颗粒进行检测和/或分析的测量设备，所述测量设备包括：用于沿着流体流动路径产生流体流的装置(1，1′)；激光器(2)，所述激光器被布置用于在所述流体流动路径的测量体积中发射激光束(20)；透镜组(3)，所述透镜组用于收集由所述流体流中包含的流体承载颗粒(9)在所述测量体积中散射的激光(23)；光电检测器(4)，所述光电检测器被布置用于检测由所述透镜组(3)收集的散射激光(23)，其中：所述透镜组(3)配置为在透镜组(3)的焦距(f2)处将所述散射光(23)聚焦成线，所述线横切流体流在所述测量体积中的流动方向(y)；所述光电检测器(4)是用于捕获由所述透镜组(3)聚焦的激光的多像素检测器，其中所述线型多像素检测器(4)被布置在距离所述透镜组(3)的所述焦距(f2)一定距离处并且被定向为其纵轴与所述线平行。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.25 US 62/286,5891.一种用于对流体承载颗粒进行检测和/或分析的测量设备，所述测量设备包括：用于沿着流体流动路径产生流体流的装置(1，1′)；激光器(2)，所述激光器被布置用于在所述流体流动路径的测量体积中发射激光束(20)；透镜组(3)，所述透镜组用于收集由所述流体流中包含的流体承载颗粒(9)在所述测量体积中散射的激光(23)；光电检测器(4)，所述光电检测器被布置用于检测由所述透镜组(3)收集的散射激光(23)，其中：所述透镜组(3)配置为在透镜组(3)的焦距(f2)处将所述散射光(23)聚焦成线，所述线横切流体流在所述测量体积中的流动方向(y)；所述光电检测器(4)是用于捕获由所述透镜组(3)聚焦的激光的多像素检测器，其中所述线型多像素检测器(4)被布置在距离所述透镜组(3)的所述焦距(f2)一定距离处并且被定向为其纵轴与所述线平行。2.根据权利要求1所述的测量设备，其中所述用于产生流体流的装置是喷嘴，所述喷嘴用于产生流动路径超过所述喷嘴的空气层流，或者所述用于产生流体流的装置包括管，所述管用于产生流动路径沿着所述管的液体流。3.根据前述权利要求之一所述的测量设备，其中所述透镜组(3)配置为通过在平行于所述流动方向(y)的方向上聚焦所述散射光来将所述散射光聚焦成线，并使所述散射光线在垂直于所述流动方向(y)的平面中彼此平行。4.根据前述权利要求之一所述的测量设备，其中所述激光器配置为发射在所述流动方向上(y)偏振的激光束(20)。5.根据前一权利要求所述的测量设备，还包括被布置在所述激光器(2)与所述测量体积之间的所述激光束(20)路径中的光束线偏振器(21)，从而仅允许所述激光在所述流动方向(y)上的线性偏振到达所述测量体积。6.根据前述权利要求之一所述的测量设备，其中所述透镜组(3)包括平凸柱面光学透镜(30)，其中所述平凸柱面光学透镜(30)被布置用于在平行于所述流动方向(y)的方向上聚焦所述散射光(23)，并使所述散射光线(23)在垂直于所述流动方向(y)的方向上保持不变。7.根据前一权利要求所述的测量设备，其中所述透镜组(3)还包括被布置在所述测量体积与所述柱面光学透镜之间的平凸球面光学透镜(31)，使得所述平凸球面光学透镜(31)的焦点位于所述测量体积中。8.根据前一权利要求所述的测量设备，还包括被布置在所述平凸球面光学透镜(31)与所述平凸柱面光学透镜(30)之间的散射光线偏振器(32)，用于仅保留由所述平凸球面光学透镜(31)收集的所述散射光中的平行分量光。9.根据权利要求7或8之一所述的测量设备，还包括被布置在所述平凸球面光学透镜(31)与所述平凸柱面光学透镜(30)之间的第一光阑(33)，用于避免所述平凸球面光学透镜和平凸柱面光学透镜(31，30)的范围效应和/或用于避免寄生光被所述平凸柱面光学透镜(30)收集。10.根据前述权利要求之一所述的测量设备，其中所述光电检测器(4)配置为以...
【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯·基谢廖夫，
申请(专利权)人：普莱尔股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH
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