專(zhuān)利名稱(chēng)：用于同時(shí)檢測(cè)粒子的尺寸和熒光性的緊湊型檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于檢測(cè)氣懸粒子或者水浮粒子的系統(tǒng)，特別地涉及一種用于檢測(cè)氣懸粒子或者水浮粒子并根據(jù)尺寸和生物學(xué)狀態(tài)對(duì)所檢測(cè)的粒子進(jìn)行分類(lèi)的系統(tǒng)。本發(fā)明在檢測(cè)和分類(lèi)諸如無(wú)菌生產(chǎn)設(shè)備的清潔環(huán)境中的生物粒子和污染物方面具有特別的效用，并且在有利于生物粒子的快速檢測(cè)的任何環(huán)境中都具有效用。
背景技術(shù)：
各種制造環(huán)境要求對(duì)空氣中出現(xiàn)的不相關(guān)碎屑進(jìn)行嚴(yán)格控制。半導(dǎo)體制造例如具有長(zhǎng)期需要的“清潔空間”，該“清潔空間，，使用大量的空氣過(guò)濾，使空氣中的粒子的數(shù)量和尺寸降低至某個(gè)可接受的等級(jí)。其他制造環(huán)境具有相似但不同的需求。例如，在制藥和醫(yī)療設(shè)備制造環(huán)境中、在醫(yī)院、以及在食物加工或制備環(huán)境中，關(guān)鍵的是不僅要控制空氣中粒子的數(shù)量，生物粒子的最小化也特別重要。微生物污染例如可以使得整批藥劑不可用，從而導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中的重大財(cái)產(chǎn)損失。相應(yīng)地，在醫(yī)藥品或醫(yī)療衛(wèi)生器材的制造過(guò)程中即時(shí)檢測(cè)出污染事件、包括即時(shí)檢測(cè)出關(guān)于污染事件是生物污染還是非生物污染的信息是有利的。在有可能是生物或化學(xué)恐怖襲擊的目標(biāo)的郵局或者其他政府部門(mén)中，這種能力也是有利的。已經(jīng)設(shè)計(jì)了各種檢測(cè)器，用以通過(guò)測(cè)量采樣區(qū)中的粒子散射的光的量和方向性來(lái)檢測(cè)流體載運(yùn)粒子。在同屬于Hamburger等人的美國(guó)專(zhuān)利第5，646，597號(hào)、第5，969，622 號(hào)、第5，986，555號(hào)、第6，008，729號(hào)、第6，087，947號(hào)和第7，053，783號(hào)中、以及在屬于 Jiang等人的美國(guó)專(zhuān)利第7，430，046號(hào)中描述了一些上述檢測(cè)器。這些檢測(cè)器都涉及如下幾個(gè)方面引導(dǎo)光束穿過(guò)環(huán)境空氣的樣本從而使得一部分光束被空氣中的任何粒子散射、 用于僅對(duì)在與預(yù)定粒子尺寸范圍相對(duì)應(yīng)的預(yù)定角度范圍內(nèi)散射的光進(jìn)行傳輸?shù)墓馐钃踉O(shè)備、以及用于檢測(cè)所傳輸?shù)墓獾臋z測(cè)器。如果在檢測(cè)器處檢測(cè)到的光超過(guò)預(yù)定等級(jí)，則啟動(dòng)警報(bào)。這些檢測(cè)器中的一些檢測(cè)器，例如Jiang等人的美國(guó)專(zhuān)利第7，430，046號(hào)中所描述的檢測(cè)器，也使用測(cè)量由光源照射而從所測(cè)粒子中激發(fā)出的熒光來(lái)將所測(cè)粒子分類(lèi)為生物的或者非生物的。依賴(lài)散射或熒光性測(cè)量的傳統(tǒng)粒子檢測(cè)器面臨一系列共同的挑戰(zhàn)。例如，在被設(shè)計(jì)用于檢測(cè)散射光的檢測(cè)器或者粒子計(jì)數(shù)器中，必須從入射照明光源信號(hào)提取散射光信號(hào)。這涉及從非常嘈雜的背景(來(lái)自激光源的強(qiáng)光)中檢測(cè)微弱信號(hào)(來(lái)自小粒子的散射)。另外，同時(shí)提供散射和熒光性測(cè)量的傳統(tǒng)粒子檢測(cè)器必須能夠(1)檢測(cè)足夠的熒光以得到可用信號(hào)，以及(2)從系統(tǒng)中的其他電噪聲或者光學(xué)噪聲中分離出由被測(cè)熒光生成的信號(hào)。當(dāng)待測(cè)粒子懸浮在某種流體中而非懸浮在具有低折射率的空氣或者氣體中時(shí)，這些問(wèn)題中的某些問(wèn)題被加劇。如果待測(cè)粒子懸浮在例如比空氣具有更高折射率的水中，則各種影響可導(dǎo)致可用于測(cè)量的散射光或者熒光的量減少。流體線路內(nèi)的波導(dǎo)例如可以俘獲以熒光方式發(fā)出的光或者以高角度散射的光。另外，流體與空氣的邊界處或者流體線與周?chē)諝獾倪吔缣幍姆颇鶢柗瓷淇梢赃M(jìn)一步減少可用于測(cè)量的光的量。另外，具有矩形橫截面的流體導(dǎo)管的轉(zhuǎn)角或者具有圓形橫截面的流體導(dǎo)管的彎曲的表面可以引起降低檢測(cè)器處的信噪比的透鏡效應(yīng)和其他光學(xué)像差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體上涉及一種系統(tǒng)和方法，用于測(cè)量懸浮在流體中的粒子的尺寸，并同時(shí)使用粒子熒光性來(lái)確定所測(cè)粒子是生物的還是非生物的。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)采用更高效的集光裝置以允許收集更多由粒子熒光性所發(fā)出的光。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明包括粒子檢測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括包括待測(cè)流體的采樣區(qū)、位于采樣區(qū)的第一側(cè)的光源、位于采樣區(qū)的第二側(cè)的第一檢測(cè)器、位于該采樣區(qū)的第二側(cè)的第二檢測(cè)器、以及頂點(diǎn)位于采樣區(qū)的第一側(cè)而焦點(diǎn)在采樣區(qū)內(nèi)的拋物面反射器。 光源沿第一軸線向采樣區(qū)提供基本準(zhǔn)直的光，第一檢測(cè)器測(cè)量以預(yù)定角度向采樣區(qū)的第二側(cè)的方向散射的光，拋物面反射器收集由采樣區(qū)內(nèi)的受照射粒子由于熒光性而發(fā)出的光， 并使所收集的光以基本準(zhǔn)直的方式導(dǎo)向第二采樣區(qū)的第二側(cè)方向，第二檢測(cè)器測(cè)量由拋物面反射器收集的熒光。某些實(shí)施例包括位于采樣區(qū)的第二側(cè)、前焦點(diǎn)位于采樣區(qū)內(nèi)的散射光集光透鏡， 其中，穿過(guò)散射光集光透鏡的散射光被第一檢測(cè)器攔截。在其他實(shí)施例中，散射光集光透鏡使采樣區(qū)內(nèi)的粒子所散射的光準(zhǔn)直。另外的實(shí)施例包括如下散射光聚光透鏡該散射光聚光透鏡接收來(lái)自散射光集光透鏡的準(zhǔn)直光并使該準(zhǔn)直光會(huì)聚到第一檢測(cè)器上。其他實(shí)施例包括設(shè)置在采樣區(qū)的第二側(cè)并在第一軸線上的光束阻擋設(shè)備，該光束阻擋設(shè)備攔截來(lái)自光源從采樣區(qū)出來(lái)的光。某些實(shí)施例包括設(shè)置在采樣區(qū)的第二側(cè)并在第一軸線上的長(zhǎng)通濾光器，其中，該長(zhǎng)通濾光器選擇傳輸具有采樣區(qū)內(nèi)的受照射粒子由于熒光性而發(fā)出的光的波長(zhǎng)的光。一些實(shí)施例包括位于采樣區(qū)的第二側(cè)的熒光聚光透鏡，該熒光聚光透鏡接收來(lái)自?huà)佄锩娣瓷淦鞯臏?zhǔn)直光并使該準(zhǔn)直光導(dǎo)向第二檢測(cè)器。在某些實(shí)施例中，第二檢測(cè)器、光束阻擋設(shè)備、長(zhǎng)通濾光器和熒光聚光透鏡的任意組合被確定尺寸和/或被設(shè)置成部分阻擋在第二側(cè)方向上以預(yù)定范圍內(nèi)的角度散射的光。 在一些實(shí)施例中，光源為L(zhǎng)ED或者二極管激光器，并且光源發(fā)出波長(zhǎng)大約在350nm至410nm 之間的光。某些實(shí)施例包括位于采樣區(qū)的第二側(cè)的球面反射器，其中，該球面反射器具有與拋物面反射器的焦點(diǎn)一致的曲率中心。一些實(shí)施例包括具有使得采樣區(qū)成像到第一檢測(cè)器上的屈光力和位置的散射光集光透鏡。一些實(shí)施例包括接收來(lái)自?huà)佄锩娣瓷淦鞯臏?zhǔn)直光并將該準(zhǔn)直光會(huì)聚到第一檢測(cè)器上的散射光集光透鏡。在一些實(shí)施例中，采樣區(qū)由承載折射率大于1. 0的流體的流體線路限定。在某些實(shí)施例中，該流體線路具有基本為矩形的橫截面。在一些實(shí)施例中，球面反射器包括一對(duì)光吸收掩模，所述一對(duì)光吸收掩模被設(shè)置來(lái)用于攔截由來(lái)自光源的光與流體線路的轉(zhuǎn)角之間的相互作用所引起的雜散光。某些實(shí)施例包括與第一檢測(cè)器光連通的第一柱面透鏡和與第二檢測(cè)器光連通的第二柱面透鏡。某些實(shí)施例包括如下粒子檢測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)，該粒子檢測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)包括包括待測(cè)流體的采樣區(qū)、位于采樣區(qū)第一側(cè)的光源、位于采樣區(qū)第二側(cè)的第一檢測(cè)器、位于采樣區(qū)第二側(cè)的第二檢測(cè)器、以及頂點(diǎn)位于采樣區(qū)的第一側(cè)而焦點(diǎn)位于采樣區(qū)內(nèi)的拋物面反射器。光源提供限定第一軸線的基本準(zhǔn)直光，并且光源、采樣區(qū)、第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器沿著第一軸線定位。某些實(shí)施例包括位于采樣區(qū)第二側(cè)的球面反射器，該球面反射器具有與拋物面反射器的焦點(diǎn)一致的曲率中心。一些實(shí)施例包括如下粒子檢測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)，該粒子檢測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)具有包括待測(cè)流體的采樣區(qū)、位于采樣區(qū)第一側(cè)的光源、位于采樣區(qū)第二側(cè)的第一檢測(cè)器、位于采樣區(qū)第二側(cè)的第二檢測(cè)器、頂點(diǎn)位于采樣區(qū)的第一側(cè)而焦點(diǎn)位于采樣區(qū)內(nèi)的拋物面反射器、與第一檢測(cè)器光連通的第一柱面透鏡、以及與第二檢測(cè)器光連通的第二柱面透鏡。采樣區(qū)由承載流體的流體線路限定，其中該流體線路或者該流體具有大于1.0的折射率。某些實(shí)施例包括位于采樣區(qū)第二側(cè)的球面反射器，其中該球面反射器具有與拋物面反射器的焦點(diǎn)一致的曲率中心。在一些實(shí)施例中，球面反射器包括一對(duì)光吸收掩模，所述一對(duì)光吸收掩膜被設(shè)置來(lái)用于攔截由來(lái)自光源的光與流體線路邊緣之間的相互作用所引起的雜散光。與傳統(tǒng)的系統(tǒng)和方法相比，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)具有某些優(yōu)點(diǎn)。例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)更適于測(cè)量懸浮在與空氣相比具有更高折射率的液體中的粒子。另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)使得空間的利用更高效，并且可以被配置成使得所有的光收集沿同一軸線發(fā)生。這允許根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的粒子檢測(cè)器完全包括在單個(gè)緊湊的柱狀封裝中。另外，由于所有光學(xué)器件沿同一軸線協(xié)同定位，所以根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)更易于光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。


根據(jù)以下所給出的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，可以更清楚地理解本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，該光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)使用用于收集熒光的拋物面反射器來(lái)同時(shí)進(jìn)行熒光性測(cè)量和散射測(cè)量。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的供替換的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，該供替換的光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)使用用于收集熒光的拋物面反射器和折疊反射鏡來(lái)同時(shí)進(jìn)行熒光性測(cè)量和散射測(cè)量。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、所有光學(xué)組件基于同一軸線協(xié)同定位的、用于進(jìn)行熒光性測(cè)量的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的供替換的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，該供替換的光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)使用用于收集光的拋物面反射器和球面反射器來(lái)同時(shí)進(jìn)行熒光性測(cè)量和散射測(cè)量。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，該光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)使用用于收集熒光的拋物面反射器和球面反射器來(lái)進(jìn)行熒光性測(cè)量。
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于進(jìn)行熒光性測(cè)量和散射測(cè)量的方法步驟的示意性流程圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的球面反射器的平面圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖、用以下描述中的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相同或類(lèi)似的元件。貫穿本說(shuō)明書(shū)，“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”或者類(lèi)似的文字表示 結(jié)合該實(shí)施例而描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此， 貫穿本說(shuō)明書(shū)所出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”和類(lèi)似文字可以指同一個(gè)實(shí)施例，但并非必須指同一實(shí)施例。本發(fā)明所描述的特征、結(jié)構(gòu)或者特性可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。以下描述中列舉了大量具體細(xì)節(jié)，以便全面理解本發(fā)明的實(shí)施例。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到也可以在沒(méi)有使用所述一個(gè)或多個(gè)具體細(xì)節(jié)的情況下或者在使用其他方法、部件、材料等的情況下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其他的實(shí)例中，未對(duì)眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作進(jìn)行示出或者進(jìn)行詳細(xì)描述，從而避免模糊本發(fā)明的各個(gè)方面。所包括的示意性流程圖大體上為邏輯流程圖。因而，所描繪的次序和所標(biāo)記的步驟表現(xiàn)出本方法的一個(gè)實(shí)施例?？梢詷?gòu)思其他的在功能、邏輯、一個(gè)或多個(gè)步驟的效果上、 或者一個(gè)或多個(gè)部分的效果上與所描述的方法等同的步驟和方法。另外，所采用的格式和符號(hào)用于解釋本方法的邏輯步驟，并且不被理解為限制本方法的范圍。雖然在流程圖中可以采用各種箭頭類(lèi)型和線類(lèi)型，但是它們不被理解為限制相應(yīng)方法的范圍。事實(shí)上，一些箭頭或者其他連接符可以用于僅表示本方法的邏輯流程。例如，箭頭可以表示所描述方法的所列舉步驟之間的一段未指明的等待期或者監(jiān)控期。另外，特定方法發(fā)生的順序可以嚴(yán)格遵循或者不嚴(yán)格遵循所示出相應(yīng)步驟的順序。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的、包括用于收集由于粒子熒光性而發(fā)出的光的拋物面反射器的粒子檢測(cè)器。圖1的系統(tǒng)包括光源105。在一個(gè)實(shí)施例中，光源105產(chǎn)生具有在270nm 至410nm之間的波長(zhǎng)的輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，光源105產(chǎn)生具有在350nm至410nm之間的波長(zhǎng)的輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，光源105產(chǎn)生具有大約405nm波長(zhǎng)的輸出。光源105的光譜特性使得光源105發(fā)出的光當(dāng)與具有感興趣的尺寸范圍的粒子相互作用時(shí)能夠經(jīng)歷米氏散射(Mie scattering)。另外，選擇的光源105要具有能夠從微生物內(nèi)部的代謝物和其他生物粒子中激發(fā)出固有熒光性的波長(zhǎng)?；谝韵掠^測(cè)結(jié)果選擇了大約在270nm至410nm 之間的波長(zhǎng)，該觀測(cè)結(jié)果為微生物粒子和生物粒子包括表現(xiàn)出熒光性的如下多種初級(jí)代謝物中的至少一個(gè)，所述多種初級(jí)代謝物為色氨酸，其通常在范圍為大約220nm至大約 300nm的、大約為270nm的激發(fā)波長(zhǎng)處發(fā)出熒光；煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)，其通常在范圍為大約320nm至大約420nm的、大約為240nm的激發(fā)波長(zhǎng)處發(fā)出熒光；以及核黃素，其通常在范圍為320nm至大約420nm的、大約為200nm的激發(fā)波長(zhǎng)處發(fā)出熒光。在細(xì)菌內(nèi)生孢子的情況下，吡啶二羧酸(DPA)通常在范圍為大約320nm至大約420nm的、大約為400nm 的激發(fā)波長(zhǎng)處發(fā)出熒光。具有波長(zhǎng)輸出為大約350nm至大約410nm的光源確保上述三種初級(jí)代謝物NADH、色氨酸、以及DPA中的兩個(gè)的激發(fā)。該波長(zhǎng)帶的選擇允許在生物粒子中產(chǎn)生和檢測(cè)熒光性，但是不包括諸如柴油機(jī)廢氣和其他惰性粒子的非生物源的激發(fā)，該其他惰性粒子諸如灰塵或者嬰兒爽身粉。光源105可以是如二極管激光器的激光器、發(fā)光二極管(LED)或者如燈的經(jīng)過(guò)光譜過(guò)濾的寬帶源。光源105可以可選擇地包括準(zhǔn)直光學(xué)器件或光束成形光學(xué)器件，以產(chǎn)生基本準(zhǔn)直的輸出和/或具有穿過(guò)光束的基本平坦的橫向功率剖面(transverse power profile)的輸出?？蛇x擇地，光源105包括向圖1的系統(tǒng)中的其他元件附近輸送光的光纖。 當(dāng)使用光纖從位于遠(yuǎn)處的光源輸送光時(shí)，準(zhǔn)直光學(xué)器件或者光束成形光學(xué)器件可以有選擇地設(shè)置在光纖的輸出處。光源105向采樣區(qū)110提供基本準(zhǔn)直的光束。來(lái)自光源105的基本準(zhǔn)直的光束和采樣區(qū)110的相交部分產(chǎn)生探詢(xún)區(qū)，該探詢(xún)區(qū)是采樣區(qū)的受照射的部分。在一個(gè)實(shí)施例中， 待測(cè)流體是空氣或某種其他氣體，采樣區(qū)110可以由通過(guò)采樣區(qū)提供氣流的兩個(gè)可選擇的噴氣嘴之間的空間來(lái)限定。在另一實(shí)施例中，采樣區(qū)110是由待測(cè)液體所流經(jīng)的閉合通道來(lái)限定的。閉合通道或者導(dǎo)管也可以用于承載待測(cè)量的空氣或者其他氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，閉合通道是由矩形玻璃管來(lái)限定的。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的閉合通道或者導(dǎo)管具有尺寸為 2mm X 4mm的矩形橫截面。在可替換的實(shí)施例中，使用了具有3mm X0. 3mm的內(nèi)橫截面尺寸的玻璃管。雖然這里通常使用詞語(yǔ)“玻璃”來(lái)描述閉合通道或者導(dǎo)管，然而其并非專(zhuān)門(mén)用于液體測(cè)量，任何可選透明物質(zhì)都可以是適合的，并且應(yīng)當(dāng)被視為在本發(fā)明的實(shí)施例的范圍。除了玻璃，某些實(shí)施例中可以使用例如石英、熔融石英或者塑料。另外，雖然描述了使用具有矩形橫截面的管子的具體實(shí)施例，其他形狀也是可接受的，例如具有圓形橫截面的管子。當(dāng)采樣區(qū)中存在的任何障礙物(bar)或者線路由折射率大于或等于1.0的材料制成時(shí)，不管該障礙物是導(dǎo)管的閉合流體線路、還是導(dǎo)管內(nèi)的流體、或者甚至是以較高壓力被注入的穿過(guò)兩個(gè)噴嘴的液體，本發(fā)明的實(shí)施例都有利地工作。在圖1的實(shí)施例中，系統(tǒng)被配置以測(cè)量空氣中的粒子。相應(yīng)地，采樣區(qū)110是兩個(gè)噴嘴——在正壓力下向采樣區(qū)提供空氣的進(jìn)口噴嘴112和在負(fù)壓力下從采樣區(qū)抽取空氣的出口噴嘴114——之間的空間來(lái)限定?；緶?zhǔn)直的光對(duì)包括在流體中的粒子進(jìn)行探詢(xún)的任何空間都應(yīng)當(dāng)被視為本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)的采樣區(qū)。在光源105的照射下，采樣區(qū)110內(nèi)的粒子由于米氏散射而散射光。米氏散射通常以與粒子尺寸成反比的角度散射光。相應(yīng)地，相對(duì)于由相對(duì)較大的粒子所產(chǎn)生的散射，相對(duì)較小的粒子以更大的角度散射光。實(shí)際上，散射光從采樣區(qū)110以錐狀射出，該錐狀以從光源105產(chǎn)生的準(zhǔn)直光束所限定的軸線為中心。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，使用散射進(jìn)入各個(gè)角度的光的量確定散射光的粒子的尺寸。圖1的系統(tǒng)還包括散射光集光透鏡115。在一個(gè)實(shí)施例中，散射光集光透鏡是平凸透鏡，該平凸透鏡設(shè)置有面向采樣區(qū)110的透鏡平面，以最小化與收集和對(duì)準(zhǔn)散射光相關(guān)聯(lián)的球面像差。散射光收集透鏡115通過(guò)被配置和被定位成使其前焦點(diǎn)平面與采樣區(qū)110 相一致來(lái)收集和對(duì)準(zhǔn)采樣區(qū)110中的粒子以較大角度散射的光。圖1的系統(tǒng)還包括散射光聚光透鏡120。散射光聚光透鏡120接收來(lái)自散射光集光透鏡115的準(zhǔn)直光，并將該準(zhǔn)直光會(huì)聚到散射光檢測(cè)器125上，該散射光檢測(cè)器125生成與在檢測(cè)器125上入射的散射光的量成比例的電信號(hào)。圖1的系統(tǒng)還包括拋物面反射器130。拋物面反射器130的形狀是相對(duì)于頂點(diǎn)來(lái)限定的，該頂點(diǎn)位于光源105發(fā)出的基本準(zhǔn)直的光的光束所限定的軸線上。在一個(gè)實(shí)施例中，拋物面反射器130在其頂點(diǎn)處包括孔，以允許光從光源105至采樣區(qū)110不中斷地傳播。拋物面反射器130橫向定位(即，沿著由從光源105到采樣區(qū)110傳播的光的準(zhǔn)直光束所限定的軸線從左至右定位)，以便其焦點(diǎn)位于采樣區(qū)110的平面內(nèi)。在采樣區(qū)110內(nèi)的經(jīng)歷熒光發(fā)出的粒子會(huì)各向同性地發(fā)出光，也就是說(shuō)，會(huì)向限定球面的所有角度的發(fā)出相等的光功率。拋物面反射器130被定位成使得其攔截采樣區(qū)內(nèi)的粒子由于熒光性而發(fā)出的向后發(fā)出的半球面的光的至少一部分。由于用于輸入來(lái)自光源105的光束的在軸線上的孔，所以不能攔截整個(gè)向后發(fā)出的半球面。在某些實(shí)施例中，拋物面反射器130延伸超過(guò)采樣區(qū)110的平面，以收集向前發(fā)出進(jìn)入前半球的一部分熒光。在這些情況下，反射器130包括第一孔132和第二孔133，用于在進(jìn)口噴嘴112和出口噴嘴114位于拋物面反射器130的碗體外部的情況下，為進(jìn)口噴嘴112和出口噴嘴114中任何一個(gè)或者兩者、或者流體本身的流入提供進(jìn)入采樣區(qū)110的入口。可替換地，在待測(cè)流體是液體的情況下，反射器130包括第一孔132和第二孔133，以允許例如玻璃管的閉合流體線路的通過(guò)。在可替換的實(shí)施例中，使用諸如玻璃管的閉合導(dǎo)管來(lái)傳送空氣或者某些其他氣體通過(guò)采樣區(qū)110。拋物面反射器130使所收集的熒光基本準(zhǔn)直，并指向向前方向，也就是說(shuō)，平行于由光源105發(fā)出的準(zhǔn)直光束所限定的軸線。圖1的系統(tǒng)還包括光束阻擋設(shè)備135。光束阻擋設(shè)備135防止由光源105發(fā)出的光在已經(jīng)傳播穿過(guò)采樣區(qū)Iio之后進(jìn)一步傳播。在一個(gè)實(shí)施例中，光束阻擋設(shè)備135為由光吸收材料制成的盤(pán)，該盤(pán)直徑略大于由光源105發(fā)出的準(zhǔn)直光束的光束直徑。在一些實(shí)施例中，光束阻擋設(shè)備135為由黑色陽(yáng)極化鋁制成的盤(pán)。在另外的實(shí)施例中，光束阻擋設(shè)備 135為具有吸收性?xún)?nèi)涂層的小光盒，該吸收性?xún)?nèi)涂層被設(shè)置成促使由光源105發(fā)出并進(jìn)入發(fā)光盒的光經(jīng)歷多次內(nèi)反射?？商鎿Q地，光束阻擋設(shè)備是折疊反射鏡，該折疊反射鏡將光源 105發(fā)出的光導(dǎo)向設(shè)置在圖中所示光部件之外的某個(gè)位置處的束流收集器?？商鎿Q地，光束阻擋設(shè)備135為具有吸收性?xún)?nèi)涂層的錐體形狀，光束在開(kāi)口側(cè)進(jìn)入該吸收性?xún)?nèi)涂層。光束阻擋設(shè)備135可以是具有如下功能的任何設(shè)備或者多個(gè)設(shè)備的組合該任何設(shè)備或者多個(gè)設(shè)備能夠防止光源105發(fā)出的光在已經(jīng)傳播穿過(guò)采樣區(qū)110之后進(jìn)一步傳播，或者防止光源105發(fā)出的準(zhǔn)直光束所引起的雜散反射。圖1的系統(tǒng)還包括長(zhǎng)通濾光器140。在一個(gè)實(shí)施例中，長(zhǎng)通濾光器140為反射干擾型濾光器，該反射干擾型濾光器傳輸大于某一波長(zhǎng)的光，并反射小于該某一波長(zhǎng)的光。濾光器140的特性是這樣的其使得采樣區(qū)110內(nèi)的粒子由于熒光性而發(fā)出的光被傳輸，而與光源105發(fā)出的光具有基本相同波長(zhǎng)的光被反射。由于熒光性導(dǎo)致發(fā)出與激發(fā)波長(zhǎng)相比具有更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，所以濾光器140僅傳遞由于熒光性而發(fā)出的光，而反射來(lái)自光源105的噪聲 (例如雜散反射)以及采樣區(qū)110內(nèi)的粒子以低角度散射的光。將長(zhǎng)通濾光器140放置在拋物面反射器130生成的準(zhǔn)直光束中使得所有待濾光的射線以法線入射橫穿濾光器140。 由于干涉濾光器的性能傾向于在高入射角處降低，所以這是有利的。在一個(gè)實(shí)施例中，光束阻擋設(shè)備135附連至濾光器140。圖1的系統(tǒng)還包括熒光聚光透鏡145，該熒光聚光透鏡145將拋物面反射器130 生成的熒光準(zhǔn)直光束會(huì)聚到光纖147的端部。光纖147將會(huì)聚的熒光傳輸至光電倍增管 (“PMT”)150，該光電倍增管150生成與系統(tǒng)所收集的熒光的量成比例的信號(hào)。為了最大化所檢測(cè)到的熒光的量，對(duì)拋物面反射器130的尺寸進(jìn)行選擇，使得拋物面反射器130生成的熒光準(zhǔn)直光束溢出長(zhǎng)通濾光器140和熒光集光透鏡145。這增加了熒光以光學(xué)噪聲的形式進(jìn)入散射檢測(cè)器125的可能性。在某些實(shí)施例中，這個(gè)潛在問(wèn)題通過(guò)加入另外的濾光光學(xué)器件而解決。在某些實(shí)施例中，另外的未示出的濾光光學(xué)器件，例如未示出的短通濾光器，被加入在散射檢測(cè)器125的光路中，以確保散射檢測(cè)器125僅檢測(cè)與光源105具有相同波長(zhǎng)的光。圖1的系統(tǒng)的部件被設(shè)置成使得僅特定范圍的角度的散射光由散射光檢測(cè)器檢測(cè)。這可以用許多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可以規(guī)定熒光集光部件的尺寸，使得能夠阻擋從散射區(qū)110以低散射角發(fā)出的散射光。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，只有散射角度足夠高從而不到達(dá)熒光集光部件的、同時(shí)散射角度又足夠低從而被散射光聚光透鏡120所攔截的光將會(huì)傳輸至散射檢測(cè)器125。另外，或者可替換地，可以在散射光檢測(cè)通路中，例如在散射光聚光透鏡 120上，放置光學(xué)非傳導(dǎo)材料制成的環(huán)狀掩模。雖然圖1的系統(tǒng)借助光纖向PMT發(fā)送熒光，但這不是必要條件。圖2示出了本發(fā)明的可替換的實(shí)施例，該可替換的實(shí)施例使用折疊反射鏡將熒光導(dǎo)向位于軸線之外位置處的PMT。在圖2的實(shí)施例中，光源205以穿過(guò)殼體202的基本準(zhǔn)直光的光束探詢(xún)采樣區(qū)210。 光源205的光譜特性根據(jù)圖1的上述要求選擇。如在圖1的系統(tǒng)中的那樣，采樣區(qū)210中的粒子散射光，該光被散射光集光透鏡215收集。收集到的散射光的準(zhǔn)直光束導(dǎo)向散射光聚光透鏡220，未示出的散射光聚光透鏡220將散射光信號(hào)會(huì)聚到散射光檢測(cè)器225上。如圖1的系統(tǒng)中的那樣，由拋物面反射器230來(lái)收集采樣區(qū)210中的受照射粒子由于熒光性而產(chǎn)生的光。如圖1的系統(tǒng)中的那樣，拋物面反射器230包括在其頂點(diǎn)處的允許來(lái)自光源205的光進(jìn)入的孔、以及為在采樣區(qū)210往返的流體提供流動(dòng)通路的孔232、孔 233。在圖2的示例中，待測(cè)流體由例如為玻璃管的閉合導(dǎo)管234承載。拋物面反射器230 的焦點(diǎn)位于采樣區(qū)210的平面內(nèi)，以便拋物面反射器230收集采樣區(qū)210內(nèi)的受照射粒子由于熒光性而發(fā)出的光并使這些光準(zhǔn)直。在一個(gè)實(shí)施例中，圖2的系統(tǒng)包括沿光源205發(fā)出的準(zhǔn)直光束的通路所限定的軸線設(shè)置的光束阻擋設(shè)備23 和長(zhǎng)通濾光器MOa。光束阻擋設(shè)備23 和長(zhǎng)通濾光器MOa 的功能與以上圖1所描述的相同。在一個(gè)實(shí)施例中，圖2的系統(tǒng)還包括折疊反射鏡255，該折疊反射鏡255使拋物面反射器230生成的熒光準(zhǔn)直光束從其原始通路反射90度，所述原始通路為沿由光源205發(fā)出的準(zhǔn)直光束的通路所限定的軸線行進(jìn)的通路。在反射之后， 拋物面反射器230生成的熒光準(zhǔn)直光束在通過(guò)熒光聚光透鏡245會(huì)聚之后被會(huì)聚到至PMT 250的入口上。在可替換的實(shí)施例中，光束阻擋設(shè)備23 和長(zhǎng)通濾光器MOb為緊接熒光聚光透鏡245而定位，而非定位在系統(tǒng)的主光軸上。在另外的實(shí)施例中，同時(shí)使用光束阻擋設(shè)備 23 和光束阻擋設(shè)備23 以降低系統(tǒng)中的光學(xué)噪聲。在另外的實(shí)施例中，同時(shí)使用長(zhǎng)通濾光器MOa和長(zhǎng)通濾光器MOb以降低系統(tǒng)中的光學(xué)噪聲。如圖1中的那樣，圖2的系統(tǒng)的部件被設(shè)置成使得僅特定范圍的角度的散射光被散射光檢測(cè)器檢測(cè)。這可以用許多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可以規(guī)定熒光集光部件的尺寸使得能夠阻擋以低散射角從散射區(qū)210發(fā)出的散射光。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，只有散射角度足夠高從而未到達(dá)熒光集光部件的、同時(shí)散射角度又足夠低從而被散射光聚光透鏡220所攔截的光將會(huì)傳輸至散射檢測(cè)器225。另外，或者可替換地，可以在散射光檢測(cè)通路中，例如在未示出的散射光聚光透鏡上，放置光學(xué)非傳導(dǎo)材料制成的環(huán)狀掩模。圖2的系統(tǒng)的有利特征是比如元件23 和MOa的光束阻擋部件和光譜濾光部件可以位于在散射光集光透鏡215中形成的孔的內(nèi)部。這允許更緊湊的整個(gè)殼體202以及光學(xué)部件的更容易對(duì)準(zhǔn)。雖然圖1和圖2的系統(tǒng)將PMT(即熒光檢測(cè)器)定位成離開(kāi)系統(tǒng)的主光軸(即光源生成的準(zhǔn)直光束所限定的光軸)，但這不是必要條件。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的熒光檢測(cè)系統(tǒng)，其中所有的部件、包括PMT均位于同一光軸上。在圖3的實(shí)施例中，光源305以基本準(zhǔn)直光的光束探詢(xún)采樣區(qū)310。光源305的光譜特性根據(jù)上述圖1所列出的要求而選擇。如在圖1的系統(tǒng)中的那樣，采樣區(qū)310中的粒子散射光，該散射光由散射光集光透鏡315收集。收集到的散射光的準(zhǔn)直光束導(dǎo)向下游的散射光測(cè)量部件，例如未示出的聚光透鏡320、光電二極管325和各種光譜濾光器。如圖1和圖2的系統(tǒng)中的那樣，由拋物面反射器330來(lái)收集采樣區(qū)310中的受照射粒子由于熒光性而產(chǎn)生的光。如圖1和圖2的系統(tǒng)中的那樣，拋物面反射器330包括在其頂點(diǎn)處的允許來(lái)自光源305的光進(jìn)入的孔、以及為在采樣區(qū)310往返的流體提供流動(dòng)通路的孔332、孔333。如圖2中的那樣，圖3的實(shí)施例中的流動(dòng)通路由玻璃管334提供。拋物面反射器330的焦點(diǎn)位于采樣區(qū)310的平面內(nèi)，以便由拋物面反射器330來(lái)收集采樣區(qū) 310內(nèi)的受照射粒子由于熒光性而發(fā)出的光并使所這些光準(zhǔn)直。如圖1的系統(tǒng)中的那樣，圖3的系統(tǒng)包括沿光源305發(fā)出的準(zhǔn)直光束的通路所限定的軸線設(shè)置的光束阻擋設(shè)備335和長(zhǎng)通濾光器340。光束阻擋設(shè)備335和長(zhǎng)通濾光器340 的功能與以上圖1所描述的相同。圖3的系統(tǒng)還包括熒光聚光透鏡345，該熒光聚光透鏡 345將熒光會(huì)聚到PMT 350的入口上。在圖3的系統(tǒng)中，熒光聚光透鏡345和PMT 350沿著由光源305發(fā)出的準(zhǔn)直光束的通路所限定的軸線設(shè)置。如圖1中的那樣，圖3的系統(tǒng)的部件被設(shè)置成使得僅特定范圍的角度的散射光被散射光檢測(cè)器檢測(cè)。這可以用許多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可以規(guī)定熒光集光部件的尺寸使得能夠阻擋以低散射角從散射區(qū)310發(fā)出的散射光。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，只有散射角度足夠高從而未到達(dá)熒光集光部件的、同時(shí)散射角度又足夠低從而被散射光集光透鏡315所攔截的光將會(huì)傳輸至散射檢測(cè)器325。另外，或者可替換地，可以在散射光檢測(cè)通路中，例如在散射光聚光透鏡上，放置光學(xué)非傳導(dǎo)材料制成的環(huán)狀掩模。圖3的系統(tǒng)的有利特征是比如元件335和元件340的光束阻擋部件和光譜濾光部件可以位于在散射光集光透鏡315中形成的孔的內(nèi)部。另外，熒光聚光透鏡345也可以位于這個(gè)孔中。這允許更緊湊的整個(gè)殼體設(shè)計(jì)以及光學(xué)部件的更容易對(duì)準(zhǔn)。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的、具有改進(jìn)的熒光收集的系統(tǒng)的可替換的實(shí)施例。如上述系統(tǒng)一樣，圖4的系統(tǒng)包括光源405，該光源405以基本準(zhǔn)直光的光束探詢(xún)采樣區(qū)410。光源405的光譜特性根據(jù)上述圖1所列出要求而選擇。如在圖1的系統(tǒng)中的那樣，采樣區(qū)410 中的粒子將沿前向方向上的光散射成散射錐，且采樣區(qū)410中的生物粒子各向同性地發(fā)出熒光。在圖4的實(shí)施例中，采樣區(qū)410由包括流體的玻璃管限定，該流體承載待測(cè)粒子。雖然圖4中示出了在該情況下為熔融石英玻璃管的流體線路，但這不是必要條件。圖4的集光部件同樣也在待測(cè)流體是空氣的情況下工作。圖4的系統(tǒng)包括拋物面反射器430，該拋物面反射器430收集熒光。拋物面反射器430包括在其頂點(diǎn)處的允許來(lái)自光源405的光進(jìn)入的孔。拋物面反射器430的焦點(diǎn)位于采樣區(qū)410的平面內(nèi)，以便拋物面反射器430收集采樣區(qū)410內(nèi)的受照射粒子由于熒光性而發(fā)出的光并使這些光準(zhǔn)直。不同于上述實(shí)施例，拋物面反射器430被限制其范圍，以便其僅收集來(lái)自采樣區(qū)410的在向后方向(即與光源405向采樣區(qū)410提供的準(zhǔn)直光光束的傳播方向相反的方向)上行進(jìn)的光。由于其受限的范圍，拋物面反射器430不干擾向采樣區(qū) 410提供待測(cè)流體的流動(dòng)通路。在可替換的實(shí)施例中，拋物面反射器430延伸超過(guò)采樣區(qū) 410的平面。在這些情況下，拋物面反射器430包括孔，以允許流體線路通過(guò)。圖4的系統(tǒng)還包括球面反射器437。球面反射器437被設(shè)置成使其曲率中心位于采樣區(qū)410的平面內(nèi)并且與拋物面反射器430的焦點(diǎn)一致。球面反射器437將由于熒光性而發(fā)出、在向前方向上的光的重定向回采樣區(qū)，從而重定向回拋物面反射器430的焦點(diǎn)，其中，這樣的光由拋物面反射器430收集并使其準(zhǔn)直。另外，球面反射器437將在向前方向上散射的光的一部分重定向回采樣區(qū)，從而重定向回拋物面反射器430的焦點(diǎn)，其中，這樣的光由拋物面反射器430收集和并使其準(zhǔn)直。球面反射器437包括軸向孔，該軸向孔允許由拋物面反射器430定向的熒光和散射光的準(zhǔn)直光束不受阻礙地沿由光源405提供給采樣區(qū) 410的準(zhǔn)直光束所限定的軸線通向圖的右手側(cè)。圖4的系統(tǒng)還包括光束阻擋設(shè)備435，該光束阻擋設(shè)備435被設(shè)置成阻擋光源405 提供給采樣區(qū)410的準(zhǔn)直光束。在一個(gè)實(shí)施例中，光束阻擋設(shè)備435為由光吸收材料制成的盤(pán)，然而，如以上圖1所述的，這不是必要條件。圖4的系統(tǒng)還包括分色光束分離器439。分色光束分離器439位于熒光和散射光的準(zhǔn)直光束的通路中，并且被配置成在傳輸具有熒光波長(zhǎng)的光的同時(shí)反射具有較短波長(zhǎng)的散射光。在穿過(guò)分色光束分離器439之后，準(zhǔn)直熒光光束遇到一個(gè)背對(duì)背式長(zhǎng)通濾光器對(duì) 447。在由濾光器對(duì)447進(jìn)行另外的濾光之后，光束被熒光聚光透鏡445會(huì)聚到PMT 450的入口。如上述系統(tǒng)中的那樣，PMT 450產(chǎn)生與系統(tǒng)收集到并檢測(cè)到的熒光的量成比例的電信號(hào)輸出。在圖4的系統(tǒng)中，由分色光束分離器439來(lái)反射與由于熒光性而發(fā)出的光相比具有較短波長(zhǎng)的光。這個(gè)反射光包括采樣區(qū)410中的粒子在向前方向上散射的光。散射光在被散射光聚光透鏡420會(huì)聚之后被會(huì)聚到散射光檢測(cè)器415上。在圖4的實(shí)施例中，如上述實(shí)施例中的那樣，散射光檢測(cè)器415是光電二極管。圖4的系統(tǒng)的部件被設(shè)置成使得僅特定范圍的角度的散射光由散射光檢測(cè)器檢測(cè)。這可以用許多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，球面反射器437的軸向孔固有地限定了從采樣區(qū)410 傳輸?shù)慕嵌鹊纳舷?。可以選擇球面反射器437的軸向孔的直徑來(lái)限定散射角的高值范圍。 類(lèi)似地，光束阻擋設(shè)備435固有地限定從采樣區(qū)410傳輸?shù)墓獾慕嵌鹊南孪?。雖然光束阻擋設(shè)備435的首要目的在于阻擋直接來(lái)自光源405的光，然而也可以增加光束阻擋設(shè)備435 的直徑以阻擋低角度的散射光。另外，或者可替換地，由光學(xué)非傳導(dǎo)材料制成的環(huán)形掩?？梢苑胖迷谏⑸涔鈾z測(cè)通路上，例如放置到散射光聚光透鏡420上。雖然圖4的設(shè)置將熒光檢測(cè)器設(shè)置在系統(tǒng)的主光軸上，但這不是必要條件。取決于分色光束分離器439的設(shè)計(jì)，可以交換PMT 450的位置和散射光檢測(cè)器415的位置。在圖4的實(shí)施例中，限定采樣區(qū)410的玻璃管引起了一些在待測(cè)流體為空氣的情況下所不存在的挑戰(zhàn)。玻璃管橫向通向散射光集光系統(tǒng)和熒光集光系統(tǒng)二者的像平面。相應(yīng)地，玻璃管將像散引至在光電二極管415和PMT 450處形成的像。在玻璃管承載折射率比空氣大的液體的情況下，這種效應(yīng)加劇。為了解決這個(gè)問(wèn)題，某些實(shí)施例在光電二極管415 和PMT 450的聚光透鏡之間使用第一柱狀透鏡460和第二柱狀透鏡465。柱狀透鏡460和 465有助于校正采樣區(qū)410中的玻璃管所引起的像散。圖5示出了圖4的系統(tǒng)的可替換實(shí)施例，其中，散射光檢測(cè)器415在采樣區(qū)410的平面的有限共軛處工作。在圖5的系統(tǒng)中，散射光聚光透鏡420的屈光力和位置被調(diào)整使得該散射光聚光透鏡420在散射光檢測(cè)器415與采樣區(qū)410之間的有限共軛處工作。換言之，散射光聚光透鏡420直接將采樣區(qū)410的平面成像到散射光檢測(cè)器415的平面上，而無(wú)需在光路中插入光學(xué)器件例如球面反射器或者拋物面反射器來(lái)輔助。這具有選擇較小角度范圍的散射光用于檢測(cè)的作用，這是因?yàn)橹挥薪嵌仍谇蛎娣瓷淦?37的中心孔的角度以下的散射光被散射光聚光透鏡420強(qiáng)有力地收集。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、同時(shí)測(cè)量粒子尺寸和檢測(cè)熒光性的方法的步驟。操作的原理如下儀器連續(xù)監(jiān)測(cè)周?chē)諝?、氣體(或液體)，以實(shí)時(shí)地測(cè)量在空氣中傳播的各種粒子的尺寸并且同時(shí)確定該粒子是否發(fā)出熒光。為熒光信號(hào)設(shè)定一個(gè)或多個(gè)閾值。 如果熒光信號(hào)落到設(shè)定參數(shù)之外，則該粒子被分類(lèi)為是惰性的。熒光信號(hào)閾值包括選自熒光信號(hào)強(qiáng)度、熒光強(qiáng)度的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，其中熒光強(qiáng)度是粒子橫截面積的函數(shù)或者是粒子體積的函數(shù)。如果熒光信號(hào)閾值超過(guò)或者落入一個(gè)或多個(gè)設(shè)定閾值等級(jí)內(nèi)，則該粒子被標(biāo)記為是生物的。粒子尺寸和熒光信號(hào)強(qiáng)度的組合數(shù)據(jù)將一個(gè)粒子接著一個(gè)粒子地確定微生物的存在或不存在。在Morrell等人共同擁有的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第12/268，366號(hào)中，公開(kāi)了熒光信號(hào)閾值的其他特征和考慮，其公開(kāi)的與本文公開(kāi)內(nèi)容中不一致的部分通過(guò)引用并入本文中。如圖4和圖5所示，在采樣區(qū)中使用例如玻璃管的閉合導(dǎo)管呈現(xiàn)出某些挑戰(zhàn)。除了上述提到的像散之外，緊跟在光源下游的閉合導(dǎo)管可能在導(dǎo)管表面上不利地產(chǎn)生進(jìn)入光源的背向反射。在光源是激光的情況下，這可以引起暫時(shí)的不穩(wěn)定性。為了克服這個(gè)挑戰(zhàn)， 某些實(shí)施例在至少導(dǎo)管的面向光源的任何表面上包括抗反射物。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)管的下游表面，即出射面，還可以被抗反射物涂覆，以增加通過(guò)量和信噪比。另外或者可替換地， 導(dǎo)管的平坦表面可以相對(duì)于由光源的光束所限定的軸線傾斜，以將雜散回射傾向側(cè)面。另外，在來(lái)自光源的光束溢出導(dǎo)管的情況下，在導(dǎo)管的陡緣處和/或轉(zhuǎn)角處會(huì)產(chǎn)生不利的散射、折射和反射。這在使用矩形導(dǎo)管承載待測(cè)流體的實(shí)施例中尤其麻煩。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)在導(dǎo)管的上游表面，即面向光源的表面，設(shè)置掩?；蛘呖讈?lái)最小化這些邊緣效應(yīng)，以確保不照射到導(dǎo)管的轉(zhuǎn)角。在一些實(shí)施例中，采用與用來(lái)敷設(shè)抗反射涂層相同的化學(xué)氣相沉積工藝在導(dǎo)管的上游表面上沉積該掩膜或孔。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)中所使用的球面反射器的平面圖或者軸向視圖，該系統(tǒng)例如圖4和圖5的上述系統(tǒng)。圖7的視圖為沿圖4和圖5中所描述的光源所發(fā)出的光束的光軸的向下看的視圖。圖7示出了包括中心孔710的球面反射器705。球面反射器705包括一對(duì)橫向掩模段720。掩模段720位于與承載受測(cè)流體的導(dǎo)管(即圖4和圖5中所示的玻璃管)的長(zhǎng)度方向正交的平面內(nèi)。根據(jù)圖4和圖5的視點(diǎn)，掩模段720位于與圖4和圖5的平面正交的平面內(nèi)并且包括光源生成的光束所限定的光軸。如上所述， 當(dāng)光源發(fā)出的光束遇到導(dǎo)管中的轉(zhuǎn)角或者經(jīng)歷離開(kāi)導(dǎo)管的內(nèi)壁的多次反射時(shí)，已經(jīng)觀察到導(dǎo)管的下游生成了扇形的雜散光。該扇形是平面的，通常被限制到包括光束和導(dǎo)管的四個(gè)轉(zhuǎn)角的平面。掩模段720被設(shè)置以吸收和/或防止該扇形雜散光離開(kāi)球面反射器705的背向反射，否則該扇形雜散光會(huì)傳播通過(guò)系統(tǒng)。 盡管已經(jīng)詳細(xì)示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，然而明顯的是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不偏離如所附權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的范圍的情況下對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行潤(rùn)飾和適應(yīng)性修改。
權(quán)利要求
1.一種粒子檢測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)，包括采樣區(qū)，所述采樣區(qū)包括待測(cè)流體；光源，所述光源位于所述采樣區(qū)的第一側(cè)；第一檢測(cè)器，所述第一檢測(cè)器位于所述采樣區(qū)的第二側(cè)；第二檢測(cè)器，所述第二檢測(cè)器位于所述采樣區(qū)的第二側(cè)；以及拋物面反射器，所述拋物面反射器具有位于所述采樣區(qū)的第一側(cè)的頂點(diǎn)和位于所述采樣區(qū)內(nèi)的焦點(diǎn)；其中，所述光源沿第一軸線向所述采樣區(qū)提供基本準(zhǔn)直的光，所述第一檢測(cè)器測(cè)量在所述采樣區(qū)的第二側(cè)方向上以預(yù)定角度散射的光，所述拋物面反射器收集所述采樣區(qū)內(nèi)的受照射粒子由于熒光性而發(fā)出的光，并使所收集的光以基本準(zhǔn)直的方式導(dǎo)向所述采樣區(qū)的第二側(cè)方向，所述第二檢測(cè)器測(cè)量所述拋物面反射器收集的熒光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括散射光集光透鏡，所述散射光集光透鏡位于所述采樣區(qū)的所述第二側(cè)且其前焦點(diǎn)位于所述采樣區(qū)內(nèi)，其中，穿過(guò)所述散射光集光透鏡的散射光被所述第一檢測(cè)器攔截。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述散射光集光透鏡使所述采樣區(qū)內(nèi)的粒子所散射的光準(zhǔn)直，并且，所述系統(tǒng)還包括散射光聚光透鏡，所述散射光聚光透鏡接收來(lái)自所述散射光集光透鏡的準(zhǔn)直光并將所述準(zhǔn)直光會(huì)聚到所述第一檢測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述采樣區(qū)的所述第二側(cè)并在所述第一軸線上的光束阻擋設(shè)備，其中，所述光束阻擋設(shè)備攔截來(lái)自所述光源的從所述采樣區(qū)出來(lái)之后的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述采樣區(qū)的所述第二側(cè)并在所述第一軸線上的長(zhǎng)通濾光器，其中，所述長(zhǎng)通濾光器選擇性地傳輸具有所述采樣區(qū)內(nèi)的受照射粒子由于熒光性而發(fā)出的光的波長(zhǎng)的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括位于所述采樣區(qū)的所述第二側(cè)的熒光聚光透鏡，所述熒光聚光透鏡接收來(lái)自所述拋物面反射器的準(zhǔn)直光，并使所述準(zhǔn)直光導(dǎo)向所述第二檢測(cè)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述第二檢測(cè)器、所述光束阻擋設(shè)備、所述長(zhǎng)通濾光器和所述熒光聚光透鏡的任意組合被確定尺寸和/或被設(shè)置成部分阻擋在所述第二側(cè)方向以預(yù)定范圍內(nèi)的角度散射的光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光源包括發(fā)光二極管LED或者二極管激光器，其中，所述光源發(fā)出波長(zhǎng)在大約350nm至410nm之間的光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括位于所述采樣區(qū)的第二側(cè)的球面反射器，其中， 所述球面反射器具有與所述拋物面反射器的所述焦點(diǎn)一致的曲率中心。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括具有使得所述采樣區(qū)成像到所述第一檢測(cè)器上的屈光力和位置的散射光集光透鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括接收來(lái)自所述拋物面反射器的準(zhǔn)直光并將所述準(zhǔn)直光會(huì)聚到所述第一檢測(cè)器的散射光集光透鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述采樣區(qū)由承載具有大于1.0的折射率的流體的流體線路限定。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述流體線路具有基本為矩形的橫截面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述球面反射器包括一對(duì)光吸收掩模，所述一對(duì)光吸收掩膜被設(shè)置用于攔截由來(lái)自所述光源的光與所述流體線路的轉(zhuǎn)角之間的相互作用所引起的雜散光。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括與所述第一檢測(cè)器光連通的第一柱面透鏡和與所述第二檢測(cè)器光連通的第二柱面透鏡。
16.一種粒子檢測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)，包括 采樣區(qū)，所述采樣區(qū)包括待測(cè)流體； 光源，所述光源位于所述采樣區(qū)的第一側(cè)；第一檢測(cè)器，所述第一檢測(cè)器位于所述采樣區(qū)的第二側(cè)； 第二檢測(cè)器，所述第二檢測(cè)器位于所述采樣區(qū)的第二側(cè)；拋物面反射器，所述拋物面反射器具有位于所述采樣區(qū)的所述第一側(cè)的頂點(diǎn)和位于所述采樣區(qū)內(nèi)的焦點(diǎn)；其中，所述光源提供限定第一軸線的基本準(zhǔn)直的光，以及，其中，所述光源、所述采樣區(qū)、所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器沿著第一軸線定位。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括位于所述采樣區(qū)的第二側(cè)的球面反射器，其中，所述球面反射器具有與所述拋物面反射器的所述焦點(diǎn)一致的曲率中心。
18.一種粒子檢測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)，包括 采樣區(qū)，所述采樣區(qū)包括待測(cè)流體； 光源，所述光源位于所述采樣區(qū)的第一側(cè)；第一檢測(cè)器，所述第一檢測(cè)器位于所述采樣區(qū)的第二側(cè)； 第二檢測(cè)器，所述第二檢測(cè)器位于所述采樣區(qū)的第二側(cè)；拋物面反射器，所述拋物面反射器具有位于所述采樣區(qū)的所述第一側(cè)的頂點(diǎn)和位于所述采樣區(qū)內(nèi)的焦點(diǎn)；第一柱面透鏡以及第二柱面透鏡，所述第一柱面透鏡與所述第一檢測(cè)器光連通，所述第二柱面透鏡與所述第二檢測(cè)器光連通；其中，所述采樣區(qū)由承載流體的流體線路來(lái)限定，其中，所述流體線路或者所述流體具有大于1.0的折射率。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括位于所述采樣區(qū)的第二側(cè)的球面反射器，其中，所述球面反射器具有與所述拋物面反射器的所述焦點(diǎn)一致的曲率中心。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述球面反射器包括一對(duì)光吸收掩模，所述一對(duì)光吸收掩模被設(shè)置用于攔截由來(lái)自所述光源的光與所述流體線路的邊緣之間的相互作用所引起的雜散光。
全文摘要
公開(kāi)了一種粒子檢測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量粒子散射的光來(lái)確定所測(cè)粒子的尺寸。同時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量來(lái)自粒子的熒光來(lái)確定所測(cè)粒子是生物的還是非生物的。該系統(tǒng)使用拋物面反射器并且可選擇地使用球面反射器來(lái)收集熒光。
文檔編號(hào)G01N15/02GK102308196SQ200980154882
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
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