用于光學粒子計數器的校準驗證的系統和方法技術方案

在此描述了一種便攜式、低功耗的光學粒子計數器校準驗證系統，以及用于驗證氣態或液態粒子計數器的校準狀態的可靠且靈敏的方法。在此描述的校準驗證方法可用于快速地確定光學粒子計數器在使用中的校準狀態，以及允許終端用戶在推薦的校準日程到來前確定光學粒子計數器是否需要校準。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術屬于光學粒子計數器的領域。本專利技術總體涉及用于驗證光學粒子計數器的 校準狀態和性能的校準驗證系統(calibration verification system)以及方法。
技術介紹
大部分微污染(micro-contamination)行業都依賴于使用光學粒子計數器，所述 光學粒子計數器諸如在大量美國專利中所描述的光學粒子計數器，所述美國專利包括美國 專利 No. 3，851，169,4, 348，111,4, 957，363,5, 085，500,5, 121，988,5, 467，188,5, 642，193、 5，864，399,5, 920，388,5, 946，092 以及 7，053，783 中所描述的。美國專利 No. 4，728，190、 6，859，277以及7，030, 980也公開了光學粒子計數器，這些申請的全文在此通過引用方式 被納入。氣溶膠光學粒子計數器通常用于測量凈化室和凈化區域中的大氣粒子污染。液相 粒子計數器通常用于光學地測量在水處理和化學加工工業中的粒子污染。用于這些應用的光學粒子計數器通常具有一年的校準周期。國際標準諸如II^ 9921 光散射自動粒子計數器(Light Scattering Automatic Particle Counter)、ASTM F328-98 使用單分散球形粒子來校準大氣粒子計數器的標準實踐(Standard Practice for Calibrating an Airborne Particle Counter Using Monodiperse Spherical Particles)以及IS0/FDIS 21501-4 確定粒子尺寸分布-單粒子光相互作用方法-第 4部分用于清潔空間的光散射空中粒子計數器(Determination of particle size distribution-Single particle light interaction methods-Part 4 :Light scattering airborne particle counter for clean spaces)，這些 15際f示}iIIi羊細描述了對光學f立子計 數器的校準需求。光學粒子計數器的校準過程是復雜的，且通常需要由來自粒子計數器制造商的有 經驗人員來進行這種校準。該校準過程重點在于使用粒子尺寸經鑒定的標準品。在美國， 這些標準品是水中懸浮的聚苯乙烯球體，其可追溯至國家標準技術研究院(NIST)。一種用 于向氣溶膠光學粒子計數器提供校準標準粒子的典型粒子生成系統的實例為PG-100型粒 子生成器100，如圖1所示。參見圖1，空氣通過泵102在位置101處被引入到該系統中。該空氣被過濾103以 去除流體中的任何粒子。由于校準標準粒子是水中懸浮的，它們必須通過粒子生成器被煙 霧化以由氣溶膠光學粒子計數器檢測。該水和粒子的混合物被放入到一個噴霧器104中， 在噴霧器中，該混合物通過由粒子發生器泵所產生的壓縮空氣流被噴霧器煙霧化。閥105調節通過噴霧器104的流率。該粒子生成器泵102通常是體積大、笨重且耗電的，且通常需 要AC電源。來自噴霧器的空氣和水的薄霧(包含聚苯乙烯球體的水滴)接著與通過旁通 閥106的來自粒子生成器泵102的殘余氣流相結合，且穿過一個或多個干燥腔107和108 以允許水滴的蒸發。一旦水滴已蒸發，僅聚苯乙烯球體存留在粒子生成器的氣流中。如圖 2所示，該粒子氣流接著與T形過濾器組件109所提供的更大的經過濾的氣流相結合，以便 為粒子計數器(圖2中被示例為LASAIR型粒子計數器110)提供滿額的需求氣流。通過這一方式，已知尺寸的單分散粒子被用于校準粒子計數器的每個相應的粒子 通道。例如，1. 0 μ m的粒子被用于校準1. 0 μ m的通道。這確保了被測試的該裝置的每個粒 子通道都能精確測定粒子的量。除了上述的測試以外，通常還需要在測試儀器與參考粒子計數器之間進行相互比 較。進行這一操作例如以確保測試儀器在其所稱的第一通道粒子尺寸處達到50%的計數 效率，且在其所稱的第一通道粒子尺寸的1. 5至2. 0倍處達到100%的計數效率。除了圖2 中所示的以外，對比測試需要完全不同的流動系統以確保過濾空氣和粒子的同質混合物既 被輸送至被測試裝置，也被輸送至參考儀器。除了進行零計數(偽計數率)測試以外，通常還需要使用NIST可跟蹤流量計來測 試并確認被測試裝置的流率。對于一些應用，通常要求該儀器能實現五分鐘內小于一個計 數的偽計數率以及95%的置信上限。這一測試非常耗時且可能需要超過長至一小時的總取 樣時間。一個全面的光學粒子計數器的校準是很復雜的，且因此通常必須由來自粒子計數 器制造商的有經驗人員來進行這一校準。一個全面的校準通常需要大量的非便攜式測試裝 備。通常，被測試的光學粒子計數器必須被帶至校準裝備所在的地點。由于成本原因以及實行的便利性問題，粒子計數器用戶通常將該校準限定成校準 周期為一年，如通常由粒子計數器制造商所規定的。用于氣溶膠粒子計數器校準的行業收 費范圍是每個儀器每次校準為$300至$1200。粒子計數器用戶不得不假定該粒子計數器在 整一年的校準周期內都將維持正確的校準狀態，盡管有時情況并不如此。氣溶膠粒子計數器用戶分為多種行業。例如，半導體和制藥行業是粒子測量發揮 重要作用的兩個行業。半導體行業用戶通常監測氣溶膠污染物以改進或保持晶片產量水 平。如果氣溶膠光學粒子計數器在這些清潔區之一中不再處于校準狀態，該粒子計數器可 能在該清潔區中對粒子水平多計數或少計數。如果該粒子計數器出現少計數的情況，該清 潔區可能比用戶認為的要更臟。最糟糕的是，用戶可能由于這一未檢測到的粒子污染物而 遭受晶片產量的下降。盡管產量的下降是不期望的，用戶至少從晶片產量的質量控制監測 中得到了實時反饋，并將積極調查在那一具體清潔區域中可能出現的問題。最終，將查出晶 片產量下降是由粒子計數器不再處于校準狀態引起的。對于制藥行業的用戶，粒子計數器不再處于校準狀態也引發一些嚴重的問題。制 藥行業的用戶必須監測操作或處理醫藥品的清潔區。在美國，這一監測是委托食品及藥品 管理局(FDA)進行的。這些處理區必須被保持在對特定制藥產品所規定的指定清潔水平。 如果粒子計數器出現少計數的情況，該清潔區可能比用戶認為的更臟。用戶沒有辦法檢測 出粒子計數器不再處于校準狀態，因為沒有一個會暗示問題存在的過程實時反饋。用戶可 能會在粒子計數器的每年校準周期的剩下時間內繼續在可疑的清潔區內處理藥品，直到在接下來的粒子計數器例行校準時，用戶才最終被告知該粒子計數器不再處于校準狀態。由于液態粒子計數器通常用于在凈化水和化學蒸汽中光學地測量粒子污染物，當 液態粒子計數器出現少計數的情況時，該水或化學蒸汽可包括比用戶認為的更高的粒子水 平。例如，如果液體源包括比期望的還要高的粒子水平，則可能會導致最終產品——在最終 產品中這一液體是其中的一組分——具有比預期的還要高的污染水平。如上所述，例如，如 果該最終產品是藥品合成物的話，這種情況會導致嚴重的問題。或者，例如，如果該液體在 半導體設備的處理中被用作漂洗、沖洗或溶劑，可能會導致該半導體設本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于驗證光學粒子計數器的校準狀態的校準驗證系統，包括：一個粒子生成器，其用于向光學粒子計數器提供具有預定尺寸分布的粒子；一個脈沖高度分析儀，其可操作地連接至所述光學粒子計數器，用于測量所述的具有預定尺寸分布的粒子的脈沖高度分布；一個校準驗證分析儀，其可操作地連接至所述脈沖高度分析儀，用于通過確定一個校準驗證參數或一組校準驗證參數、且將所述一個校準驗證參數或所述一組校準驗證參數與一個或多個參考值進行比較來分析所述脈沖高度分布。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2007.11.16 US 60/988,515一種用于驗證光學粒子計數器的校準狀態的校準驗證系統，包括一個粒子生成器，其用于向光學粒子計數器提供具有預定尺寸分布的粒子；一個脈沖高度分析儀，其可操作地連接至所述光學粒子計數器，用于測量所述的具有預定尺寸分布的粒子的脈沖高度分布；一個校準驗證分析儀，其可操作地連接至所述脈沖高度分析儀，用于通過確定一個校準驗證參數或一組校準驗證參數、且將所述一個校準驗證參數或所述一組校準驗證參數與一個或多個參考值進行比較來分析所述脈沖高度分布。2.根據權利要求1所述的校準驗證系統，其中所述粒子生成器包括一個霧化器。3.根據權利要求1所述的校準驗證系統，其中所述霧化器是一個振動網眼霧化器。4.根據權利要求1所述的校準驗證系統，其中所述校準驗證參數選自 具有所述預定尺寸分布的所述粒子的所述脈沖高度分布的中值； 具有所述預定尺寸分布的所述粒子的所述脈沖高度分布的寬度； 所述光學粒子計數器的本底噪聲的斜率；所述光學粒子計數器的零計數失效點；以及信噪比，其等于具有所述預定尺寸分布的所述粒子的所述脈沖高度分布的所述中值和 所述光學粒子計數器的所述零計數失效點之間的比率。5.根據權利要求1所述的校準驗證系統，其中所述一個或多個參考值選自 用于一預校準光學粒子計數器的具有所述預定尺寸分布的粒子的脈沖高度分布的中值；用于一預校準光學粒子計數器的具有所述預定尺寸分布的粒子的脈沖高度分布的寬度；一預校準光學粒子計數器的本底噪聲的斜率； 一預校準光學粒子計數器的零計數失效點；以及信噪比，其等于用于一預校準光學粒子計數器的具有所述預定尺寸分布的粒子的所述 脈沖高度分布的所述中值和使用一預校準光學粒子的所述本底噪聲的斜率而確定的零計 數失效點之間的比率。6.根據權利要求1所述的校準驗證系統，還包括一個存儲系統，其用于存儲所述校準 驗證參數、所述一個或多個參考值，或者既存儲所述校準驗證參數也存儲所述一個或多個 參考值。7.根據權利要求1所述的校準驗證系統，其中所述校準驗證系統是所述光學粒子計數 器的集成部件。8.根據權利要求1所述的校準驗證系統，其中所述光學粒子計數器是氣溶膠光學粒子 計數器。9.一種用于驗證光學粒子計數器的校準狀態的方法，所述方法包括 提供一個光學粒子計數器；將具有預定尺寸分布的粒子傳輸通過所述光學粒子計數器； 測量相應于具有所述預定尺寸分布的所述粒子的脈沖高度分布； 通過確定一個校準驗證參數或者一組校準驗證參數，來分析所述脈沖高度分布；以及 將所述一個校準驗證參數或所述一組校準驗證參數與一個或多個參考值進行比較，由此驗證光學粒子計數器的校準狀態。10.根據權利要求9所述的方法，還包括向用戶指示所述光學粒子計數器的校準狀態 的步驟。11.根據權利要求9所述的方法，還包括將所述一個校準驗證參數或所述一組校準驗 證參數存儲在光學粒子計數器的存儲系統中的步驟。12.根據權利要求9所述的方法，其中所述校準驗證參數選自具有所述預定尺寸分布的所述粒子的所述脈沖高度分布的中值；具有所述預定尺寸分布的所述粒子的所述脈沖高度分布的寬度；所述光學粒子計數器的本底噪聲的斜率；所述光學粒子計數器的零計數失效點；以及信噪比，其等于具有所述預定尺寸分布的所述粒子的所述脈沖高度分布的所述中值和 所述光學粒子計數器的所述零計數失效點之間的比率。13.根據權利要求9所述的方法，其中所述一個或多個參考值選自用于所述預校準光學粒子計數器的具有所述預定尺寸分布的粒子的脈沖高度分布的 中值；用于所述預校準光學粒子計數器的具有所述預定尺寸分布的粒子的脈沖高度分布的 寬度；所述預校準光學粒子計數器的本底噪聲的斜率；所述預校準光學粒子計數器的零計數失效點；以及信噪比，其等于用于所述預校準光學粒子計數器的具有所述預定尺寸分布的粒子的所 述脈沖高度分布的所述中值和所述預校準光學粒子計數器的零計數失效點之間的比率。14.根據權利要求9所述的方法，其中所述比較步驟包括將所述光學粒子計數器的所 述脈沖高度分布的中值與用于所述預校準光學粒子計數器的具有所述預定尺寸分布的粒 子的脈沖高度分布的中值進行比較；所述方法還包括以下步驟如果所述光學粒子計數器的所述脈沖高度分布的中值位于所述預校準光學粒子計數 器的所述脈沖高度分布的中值的10%之內，則指示所述光學粒子計數器處于正校準狀態； 以及如果所述光學粒子計數器的所述脈沖高度的中值大于所述預校準光學粒子計數器的 所述脈沖高度分布的中值的110%或小于其90%，則指示所述光學粒子計數器處于負校準 狀態。15.根據權利要求9所述的方法，其中所述比較步驟包括將所述光學粒子計...

【專利技術屬性】
技術研發人員：T·貝茨，
申請(專利權)人：粒子監測系統有限公司，
類型：發明
國別省市：US