[发明专利]具有可变通道几何形状的热泳颗粒检测系统

说明书

一种用于检测和分析空气流中的颗粒的系统包括进口、颗粒集中器和颗粒鉴别器，该系统具有空气通道，该空气通道截面几何形状在该进口、该颗粒集中器和该颗粒鉴别器中的至少一个内变化。该系统可以具有鞘空气级，该鞘空气级包括用于提供样本空气的端口、用于提供鞘空气的至少一个鞘进气端口以及鞘空气组合区域。该系统可以包括具有变化的空气通道的气流压缩级，该变化的空气通道随着该空气流横穿该气流压缩级而变窄以将颗粒预集中在该空气流的内部区域内。该系统可以包括气流膨胀级，该气流膨胀级的空气通道变宽以减慢空气流速度和颗粒速度。该空气通道的高度的一部分可以变窄以允许生成更大的热泳力。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求所有于2017年11月14日提交的美国临时专利申请62/586,130；62/586,134；62/586,141；62/586,143；以及62/586,148的优先权权益；所有这些申请的全部内容通过援引并入本文。

技术领域

本专利披露内容总体上涉及颗粒物检测领域，并且更具体地，涉及空气质量传感器以及用于确定空气传播性颗粒的含量的系统和方法。

背景技术

空气传播和其他气体传播性颗粒物(PM)(替代性地被称为气溶胶颗粒)的存在可能会导致空气质量变差并且可能对健康产生不利影响。这些颗粒可以渗透到人和动物的肺部，导致肺部疾病、心脏疾病、癌症和其他疾病。这种颗粒可能由许多来源产生，包括工业和农业加工、发电厂和车辆中的化石燃料燃烧、火灾、吸烟以及其他自然和人为原因。

直径为2.5微米或更小的空气传播性颗粒(常常被称为PM 2.5)往往特别有问题。这些大小更精细的颗粒可以在长时间段内保持悬浮在空气中，并且可以深度渗透到肺泡中。直径在0.1微米以下的空气传播性颗粒可以穿过肺部并且进入人体，从而对其他器官造成损害。中等大小(比如介于2.5微米与10微米之间)的颗粒(常常被称为PM 10)，虽然不像较小的PM 2.5颗粒那样具有潜在的毒性，但在医学上也有问题，因为这些颗粒至少也可以渗透到肺部的外部部分中。相比之下，大小较大的颗粒(比如直径超过10微米的颗粒)从健康角度来看，往往问题较少。这是因为这种较大的颗粒不会深入地渗透到肺部中，并且往往会相对较快地从空气中沉淀下来。0.01微米到0.1微米范围内的纳米颗粒的影响相对未知，并且是一个活跃的研究领域，但是怀疑对健康有显著不利影响。

由于潜在的不利健康和环境影响，监测和控制空气传播性颗粒物引起了强烈的兴趣。各种健康、法律、政府、科学、工业和商业实体对监测空气传播和其他气体传播性颗粒物的方法都有相当大的兴趣。可以进一步区分各种大小的颗粒物质的方法特别有价值。当前用于监测颗粒物的系统往往相对庞大、复杂且昂贵，这通常使这些系统不适合大众市场使用。

使用常规方法测量直径低于约0.3微米的颗粒变得越来越困难。用于降低检测极限(LOD)和用于测量空气流中直径小至0.01微米的颗粒同时允许使用更小、更便宜的系统的技术特别有吸引力。

发明内容

在一些实施例中，本发明可以是一种用于分析空气流中的颗粒的系统，该系统包括进口和颗粒集中器。该颗粒集中器具有至少两个加热器元件，该至少两个加热器元件布置在包围该空气流的空气通道的相对侧上，并且被配置成以热泳方式迫使颗粒背离该空气通道的外周并朝向该空气通道的内部区域。该空气通道流体耦接到该进口。该系统包括具有至少一个加热器元件的颗粒鉴别器，该至少一个加热器元件被配置成以热泳方式迫使颗粒背离该空气通道的内部区域并朝向该空气通道的外周区域。该颗粒鉴别器在该颗粒集中器的下游方向上流体耦接到该颗粒集中器。该空气通道的截面几何形状在该进口、该颗粒集中器和该颗粒鉴别器中的至少一个内变化。