用于检测和/或表征流体携带的颗粒的装置和方法制造方法及图纸

用于检测和/或表征流体携带的颗粒(9)的测量装置，该测量装置包括用于沿流体流动路径产生流体流的装置(1，10)；激光器(2)，所述激光器(2)被定位成用于发射在第一偏振方向上偏振的激光脉冲到流体流动路径的测量体积中，每个脉冲具有脉冲持续时间；用于将在第二偏振方向上偏振的激光脉冲引导到测量体积中的装置(3)，其中第二偏振方向与第一偏振方向不同；第一光谱仪，所述第一光谱仪用于捕获由测量体积中的单个流体携带的颗粒(9)发射的荧光，并在至少一个确定波长处以每脉冲持续时间至少三个样本的采样率测量被捕获的荧光的强度，其中用于引导的装置(3)被配置成每次由激光器(2)发射且在第一方向上偏振的激光脉冲已经穿过了测量体积，用于引导的装置(3)引导在第二偏振方向上偏振的激光脉冲到测量体积中，介于由激光器发射的脉冲穿过测量体积的时刻和由用于引导的装置(3)引导的脉冲穿过测量体积的时刻之间的时间延迟长于脉冲持续时间，并且短于流体在测量体积中的行进时间。使用本发明专利技术的测量装置的检测和/或表征流体携带的颗粒(9)的测量方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测和/或表征流体携带的颗粒的装置和方法
本专利技术涉及使用流体携带的颗粒的被激光诱导的荧光来检测和/或表征流体携带的颗粒的方法和装置。本专利技术特别涉及使用流体携带的颗粒的被时间分辨激光诱导的荧光的方法和装置，用于确定例如在连续流体流中的单个颗粒的寿命、寿命各向异性以及荧光光谱(可选的)。
技术介绍
本专利技术涉及预防和/或保护装置的领域，所述预防和/或保护装置用于检测和/或表征流体携带的颗粒，所述颗粒例如但不限于空气携带的颗粒和水携带的颗粒，所述空气携带的颗粒例如空气污染、空气生物和化学杂质和/或空气携带的过敏原，所述水携带的颗粒例如水污染、水生物和化学杂质等等。大气中不同类型气溶胶浓度的增加，例如空气携带的花粉数量的增加，越来越成为一个重要的公共健康问题。此外，最近出现了生物恐怖主义等新的威胁，这些威胁使用空气携带的生物和化学病原体如炭疽或芥子气作为大规模破坏的武器。因此，市场上非常需要可靠、无需人员操作且成本有效的、快速且具有高辨别力的流体携带颗粒的探测器，例如气溶胶探测器。特别地，需要允许实时检测特定流体环境中存在的颗粒的探测器，例如在大气中、水道中、饮用水分配系统中等。专利US5,270,548和US5,315,122例如描述了用于表征颗粒的设备和方法，这些设备和方法在具体手段中，使用颗粒在被提交给激光之后的时间分辨荧光。这些装置和方法的缺点是可以获得的关于单个颗粒的性质和特性的信息是有限的。在大多数情况下，它仅允许在具有几十纳秒量级的慢荧光衰减的通常属于含有烃的非生物颗粒的颗粒和具有几纳秒或更少量级的短荧光衰减的通常被认为是生物颗粒的颗粒之间进行区分。仅仅给出荧光衰减，人们可能仍然发现会在这种生物和非生物分类中给出错误反应的大量的分子成分。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种装置和方法，其允许对流体携带的单个颗粒进行可靠且成本有效的检测和/或表征，具有荧光响应的更详细的测量，且因而更好地识别单个颗粒的化学成分，以及因此较低的错误计数率。该目的和其他优点通过根据相应的独立权利要求的装置和方法实现。该目的和其他优点尤其通过用于检测和/或表征流体携带的颗粒的测量装置来实现，所述测量装置包括用于沿流体流动路径产生流体流的装置，用于将在第一偏振方向上偏振的激光脉冲发射到流体流动路径的测量体积中的激光器，每个脉冲具有脉冲持续时间，用于将在第二偏振方向上偏振的激光脉冲引导到测量体积中的装置，其中所述第二偏振方向不同于所述第一偏振方向，第一光谱仪用于捕获由所述测量体积中的单个流体携带的颗粒发射的荧光，并在至少一个确定的波长处以每个所述脉冲持续时间至少三个样本的采样速率测量所述捕获荧光的强度，其中用于引导的装置被配置成，每次由激光器发射且在第一方向上偏振的激光脉冲已经穿过测量体积，用于引导的装置将在第二偏振方向上偏振的激光脉冲引导到测量体积中，介于由激光器发射的脉冲穿过测量体积的时刻和被用于引导的装置引导的脉冲穿过测量体积的时刻之间的时间延迟长于脉冲持续时间并且短于流体在测量体积中的行进时间。第二偏振方向例如垂直于第一偏振方向。在实施例中，用于产生流体流的装置是用于产生具有远离喷嘴的流动路径的层流空气的喷嘴。在其他实施例中，用于产生流体流的装置包括透明管，透明管用于产生具有沿着管的流动路径的液体流。用于引导的装置例如是无源光学系统，用于引导的装置被配置成用于在激光器发射的激光脉冲已经穿过测量体积后收集所述激光脉冲并将所述激光脉冲再次朝向测量体积重定向，并且被配置成用于在重定向脉冲再次到达测量体积之前将脉冲的光的偏振从第一偏振方向旋转到第二偏振方向。用于引导的装置例如是无源光学元件，包括位于测量体积另一侧与激光器相对的第一光学反射镜，第一光学反射镜用于在激光器发射的激光脉冲穿过测量体积后反射这些脉冲，第二光学反射镜，第二光学反射镜用于反射由第一光学反射镜反射的激光脉冲并将激光脉冲引导到测量体积中，光波片，光波片用于将脉冲激光的偏振方向旋转90°，光波片位于激光脉冲的路径上，或者在测量体积和第一光学反射镜之间，或者在第一光学反射镜和第二光学反射镜之间，或者在第二光学反射镜和测量体积之间。在实施例中，第一光谱仪被配置为在三个不同的波长处测量收集的具有仅一个给定的(优选在第一方向上的)偏振的荧光的强度。第一光谱仪例如被配置为以大于或等于500MSPS(兆样本每秒)的采样频率对采集的荧光进行采样，例如以大于或等于1GSPS(千兆样本每秒)的采样频率。在实施例中，测量装置还包括第二光谱仪，第二光谱仪用于捕获在测量体积中由单个流体携带的颗粒发射的且仅具有一个给定的(优选在第一方向上的)偏振的荧光，并且用于在宽的频率范围内确定所捕获的荧光的光谱。因此，本专利技术的测量装置允许为每一单个颗粒获得在具有不同光偏振且通过短延迟在时间上分离的两个激光脉冲上的光谱分辨和时间分辨荧光响应。这是通过流体和光路几何的特定组合实现的。本专利技术的测量装置还通过超快速的探测器和采集电子设备得到改进。所述目的和其他优点还尤其通过用于检测和/或表征流体携带的颗粒的测量方法来实现，所述方法包括以下步骤：沿流体流动路径产生流体流动，发射在第一偏振方向偏振的激光脉冲到流体流动路径的测量体积中，该脉冲具有脉冲持续时间，收集由测量体积中的单个流体携带的颗粒被在第一偏振方向上偏振的激光脉冲撞击时发射的荧光，并在至少一个确定的波长处以每荧光衰减持续时间至少三个样本的采样率测量用线性偏振器过滤的所述收集的荧光的强度，引导在第二偏振方向上偏振的激光脉冲到测量体积中，其中第二偏振方向与第一偏振方向不同，使得介于在第一偏振方向上偏振的激光脉冲穿过测量体积的时刻与在第二偏振方向上偏振的激光脉冲穿过测量体积的时刻之间的时间延迟长于脉冲持续时间且短于流体在测量体积中的行进时间，捕获荧光，所述荧光是测量体积中单个流体携带的颗粒被在第二偏振方向上偏振的激光脉冲撞击时发射的并且被线性偏振器过滤，并在所述至少一个确定的波长处，以每荧光衰减持续时间至少三个样本的采样速率测量所捕获的、被线性偏振器过滤的荧光的强度。第二偏振方向例如垂直于第一偏振方向。通过线性偏振器对荧光发射进行滤波以保留所述发射的仅一个给定的偏振，优选地在第一方向上，以允许进一步表征荧光团的性质，如稍后所述。流体例如是空气，另一种气体或气体混合物，或液体。在实施例中，引导步骤包括在第一偏振方向上偏振的激光脉冲穿过测量体积之后将激光脉冲收集并将激光脉冲再次朝向测量体积重定向，并且在脉冲再次到达测量体积之前，将在第一方向上偏振的激光脉冲的光的偏振从第一偏振方向旋转到第二偏振方向。在实施例中，引导步骤包括在第一偏振方向上偏振的激光脉冲穿过测量体积之后利用第一光学反射镜对激光脉冲进行反射，利用第二光学反射镜反射由第一光学反射镜反射的激光脉冲并将激光脉冲引导到所述测量体积中，利用位于激光脉冲路径上的光波片将脉冲激光的偏振方向旋转90°，所述光波片或者在测量体积和第一光学反射镜之间，或者在第一光学反射镜和第二光学反射镜之间，或者在第二光学反射镜和测量体积之间。在实施例中，第一光谱仪被配置为在三个不同的波长处测量捕获荧光的强度，用于仅一个给定的偏振，优选地在第一方向上。在实施例中，第一光谱仪被配置用于以大于或等于500MSPS(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测和/或表征流体携带的颗粒的测量装置(9)，该测量装置包括：用于沿流体流动路径产生流体流的装置(1，10)；激光器(2)，所述激光器(2)被定位用于发射在第一偏振方向上偏振的激光脉冲到流体流动路径的测量体积中，每个所述脉冲具有脉冲持续时间；用于引导的装置(3)，所述用于引导的装置(3)用于引导在第二偏振方向上偏振的激光脉冲到所述测量体积中，其中所述第二偏振方向不同于所述第一偏振方向，第一光谱仪，用于捕获由在所述测量体积中的单个流体携带的颗粒(9)发射的荧光，并且在至少一个确定的波长处以每个所述脉冲持续时间至少三个样本的采样速率测量所述被捕获的荧光的强度；其中所述用于引导的装置(3)被配置成，每次由所述激光器(2)发射并在所述第一方向上偏振的激光脉冲已经穿过所述测量体积时，所述用于引导的装置(3)引导在所述第二偏振方向上偏振的激光脉冲到所述测量体积中，介于由所述激光器(2)发射的所述脉冲穿过所述测量体积的时刻与由所述用于引导的装置(3)引导的所述脉冲穿过所述测量体积的时刻之间的时间延迟长于所述脉冲持续时间，并且短于在所述测量体积中流体的行进时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.20 US 62/352,1711.一种用于检测和/或表征流体携带的颗粒的测量装置(9)，该测量装置包括：用于沿流体流动路径产生流体流的装置(1，10)；激光器(2)，所述激光器(2)被定位用于发射在第一偏振方向上偏振的激光脉冲到流体流动路径的测量体积中，每个所述脉冲具有脉冲持续时间；用于引导的装置(3)，所述用于引导的装置(3)用于引导在第二偏振方向上偏振的激光脉冲到所述测量体积中，其中所述第二偏振方向不同于所述第一偏振方向，第一光谱仪，用于捕获由在所述测量体积中的单个流体携带的颗粒(9)发射的荧光，并且在至少一个确定的波长处以每个所述脉冲持续时间至少三个样本的采样速率测量所述被捕获的荧光的强度；其中所述用于引导的装置(3)被配置成，每次由所述激光器(2)发射并在所述第一方向上偏振的激光脉冲已经穿过所述测量体积时，所述用于引导的装置(3)引导在所述第二偏振方向上偏振的激光脉冲到所述测量体积中，介于由所述激光器(2)发射的所述脉冲穿过所述测量体积的时刻与由所述用于引导的装置(3)引导的所述脉冲穿过所述测量体积的时刻之间的时间延迟长于所述脉冲持续时间，并且短于在所述测量体积中流体的行进时间。2.根据权利要求1所述的测量装置，其中所述第二偏振方向垂直于所述第一偏振方向。3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中所述用于产生流体流的装置是喷嘴(1)，用于产生具有远离喷嘴(1)的流动路径的层流空气。4.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中所述用于产生流体流的装置包括透明管(10)，用于产生具有沿所述透明管(10)的流动路径的液体流。5.根据前述权利要求之一所述的测量装置，其中所述用于引导的装置是无源光学系统(3)，所述无源光学系统(3)被配置成用于在由所述激光器(2)发射的激光的脉冲已经穿过所述测量体积以后收集所述脉冲并将所述脉冲再次朝向所述测量体积重定向，并且用于在被重定向的脉冲再次到达所述测量体积之前将所述脉冲的光的偏振从所述第一偏振方向旋转到所述第二偏振方向。6.根据前述权利要求之一所述的测量装置，其中所述用于引导的装置(3)是无源光学元件(30，31，32)，包括：-第一光学反射镜(31)，在所述测量体积的另一侧上与所述激光器(2)相对定位，用于在由所述激光器(2)发射的激光的脉冲已经穿过所述测量体积之后反射所述脉冲；-第二光学反射镜(32)，用于反射由所述第一光学反射镜(31)反射的激光的脉冲并引导所述脉冲到所述测量体积中；-光波片(30)，用于将所述脉冲的激光偏振方向旋转90°，所述光波片(30)位于激光脉冲的路径上，或者在所述测量体积和所述第一光学反射镜(31)之间，或者在所述第一光学反射镜(31)和所述第二光学反射镜(32)之间，或者在所述第二光学反射镜(32)和所述测量体积之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其中所述第一光谱仪(4)被配置为在三个不同的波长处测量所述收集的荧光的强度。8.根据前述权利要求之一所述的测量装置，其中所述第一光谱仪(4)被配置成用于以大于或等于500MSPS(兆样本每秒)的采样频率对所述被收集的荧光进行采样。9.根据权利要求8所述的测量装置，其中所述第一光谱仪(4)被配置用于以大于或等于1GSPS(千兆样本每秒)的采样频率对所述被收集的荧光进行采样。10.根据前述权利要求之一所述的测量装置，还包括：-第二光谱仪(5)，用于捕获由所述测量体积中的单个流体携带的颗粒(9)发射的荧光，并在宽的频率范围内确定所述被捕获的荧...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯·基谢廖夫，斯维特拉娜·基谢廖娃，
申请(专利权)人：普莱尔股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH