用于检测在水系统中的生物膜生长的系统和方法与流程

本申请要求于2014年4月9日提交的美国临时申请序号61/977,464的权益。

技术领域

本发明涉及检测和监控在人为水和其他流体系统内的生物膜形成，以提供帮助控制水或其他流体系统的操作和处理的信息。

背景技术：

很多人为水或流体系统(例如，冷却塔和锅炉)易于生长生物膜。生物膜包含粘附至在流体系统内的元件的表面(例如，管壁)的细菌的混合群体。在生物膜的底层内的细菌继续再现和创建密集的细菌集群。随着这些生物膜层的形成，这些生物膜层也累积其他无机和有机碎屑，增大尺寸，限制流体系统的流动并且造成堵塞，这会导致增大流体系统的操作成本(例如，抽吸要求)和维护成本。已知各种化学处理和生物灭杀剂加入这种流体系统中，以去除生物膜并且帮助控制生长和再繁殖。在流体系统再次污染时，去除生物膜并且延长时间量的有效处理可以节省大量金钱。有效并且彻底的处理可以通过减小定期处理的频率或者减少日常维护和/或定期处理所需要的化学品的量，来节省劳动成本和处理化学品的成本。这种处理还可以通过操作干净的热交换表面来节省能量成本，并且减少去除受污染的水以及使用新鲜的水来代替的取消/补充(make-up)周期的量。

为了有效地控制和处理在流体系统内的生物膜，有利的是，能够监控在流体系统内的生物膜的生长。一些流体系统被定期处理，而没有检测生物膜的任何装置，这造成在不需要时处理流体系统。由于很多生物膜处理是酸性的或腐蚀性的，所以这可能是昂贵的并且可以对流体系统的元件造成不必要损害。一些流体系统依赖于元件的外观检查，来确定生物膜生长的存在。这可以使其难以在视觉装置不容易检查的流体系统的区域内检测生物膜的存在。

还众所周知使用自动化监控系统来监控在流体系统内的生物膜生长或其他类型的污染物。例如，美国专利申请公开号2013/0344533公开了具有嵌入的染料/黏土混合物的“支架”结构生物传感器。一部分水从流体系统中撤出并且进入在生物传感器上游的“湿润盆”，以在支架结构生物传感器之上实现层流。如果存在微生物，则与侵入支架内的染料相互作用，并且信号检测单元可以用于检测颜色的变化。这种监控系统的缺点包括难以制备嵌入传感器支架内的染料/黏土混合物，并且在需要补充时，需要更换整个生物传感器结构。此外，看起来样本水的流量连续暴露到染料/黏土混合物中，这会促使更快速地消耗染料，并且增加维护时间和成本。最后，看起来样本水在可以受到外部污染物的污染的打开的生物传感器结构内。

在美国专利号7,190,457中公开了另一种自动化监控系统和方法。在‘457专利中描述的系统使用多个光学探头来获得表示生物膜生长的信号，并且可以在大量或悬浮细菌与生物膜生长之间区分。在‘457专利中的系统可以用于流体系统的外面，流体的隔离样本设置在代表性衬底上，例如，玻璃或金属，或者可以通过将光学探头直接插入在流体系统内的流体的流量内来使用。外部配置的缺点在于，需要从流体系统中去除样本，并且不如流过流体系统的流体的测量精确。直接应用的缺点在于，需要防水元件，并且在进行测试的区域中不利用任何层流特征。

已知的现有技术参考都未公开关闭的生物膜监控或检测系统，与流动流体系统联机(in-line)使用，该流动流体系统使用在测量或检测生物膜生长时或者在接近这个时间时可注入的染料，不需要防水光源或光学检测器元件，并且在要测试的区域内包含层流特征。需要一种简单的监控系统，该系统可以容易加入现有流体系统中，并且能够自动化、联机监控生物膜生长并且响应于检测的生物膜生长，自动化控制流体系统的操作参数。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于在人为水和其他流体系统(例如，冷却塔或锅炉系统)中实时检测和监控生物膜形成的系统和方法，以提供帮助控制水或其他流体系统的操作和处理的信息。根据本发明的一个优选实施方式的监控或检测系统包括窄腔管，来自流体系统的一部分水或流体转移并且流过该腔管，并且大量生物反应染料定期注入该腔管内。窄腔管穿过传感器，该传感器包括光源和光学检测器，该光学检测器定期测量与在管体内的生物膜的生长对应的光透射或发射。使用窄腔管，允许通过在传感器处的测试或测量区域的层流，其特征在于，水或其他流体的流速具有通过内腔的中心的最大速度并且在内腔壁部(水动力边界层)实际上是0。层流的物理学在窄腔管的内壁上允许微生物粘附以及后续生物膜形成，造成与在流体系统内的生物生长或有利的生物膜生长条件对应的在监控或检测系统内的生物膜生长。在窄腔管内的生物膜生长会比在流体系统的大部分内预期的生长更快。根据在窄腔管内的生物膜的生长水平，监控和检测系统可以表示在流体系统内的条件有利于生物膜生长的时间，或者可以表示在流体系统内已经发生生物膜生长。因此，监控和检测系统可以提供在流体系统内的潜在生物膜问题或者在流体系统内可能存在实际生物膜的早期警报或指示。

根据本发明的另一个优选实施方式，将生物反应染料定期注入窄腔管内，要测试的流体流过该腔管。优选的染料是赤藓红，该赤藓红选择性粘合至细菌细胞。仅仅在使用光源和光学检测器进行测量的时间或者在接近这个时间时注入染料，该光学检测器检测通过管体或者来自在管体内的染料的光的透射或发射。该配置保存用于系统内的染料的量。根据另一个优选的实施方式，监控系统包括：染料容器，用于包含要注入的染料；控制阀，其定期打开和关闭，以从容器中释放大量染料；以及文丘里管注入器，其将释放的染料注入管体内，要测试的流体流过该管体。

根据本发明的另一个优选实施方式，要测试的流体流过监控系统，测量生物膜生长的水平，并且流体返回流体系统。在流体系统和监控系统的正常操作期间，流体连续从流体系统中撤出，流过监控系统，并且返回流体系统。在一个测量或在两个测量之间的差异高于预定的阈值时，和/或在进行手动输入以开始测量时，仅仅测量流体，用于以一定的间隔检测生物膜生长，这些间隔可以为预定的并且预先编程的时间间隔。使流体连续流过监控系统，模仿流体流过流体系统，为在监控系统中的生物膜的生长提供与在流体系统中相同的时间量，来实现与在流体系统中的元件上的生长水平对应的更精确的测量。

根据本发明的另一个优选实施方式，监控系统包括多个可互换的窄腔管段。优选地，这些管段将具有能够快速连接的预先切割的形式，为了容易安装和更换。根据另一个优选实施方式，监控系统包括外壳，该外壳具有入口和出口隔板配件，这些配件可连接至在流体系统内的管体或管道，以允许来自流体系统的一部分流体流过监控系统，然后，返回流体系统。窄腔管段和入口和出口隔板配件优选地具有快速连接特征，允许容易连接元件，以允许流体从流体系统中流过监控系统，用于测量，然后，返回流体系统，使得容易安装和更换管体。

根据另一个优选实施方式，监控系统被配置成使用一个或多个光学检测器检测从一个或多个光源中通过在窄腔管内流动的流体或者从注入在窄腔管中的流体内的化合物或染料中的光的透射或发射。光源和光学传感器被配置成相对于窄腔管测量通过或者来自在管体内的流体的光的透射或发射。来自这个或这些光学传感器的数据或信号表示与在流体系统的各个部分内的生物膜生长水平对应的在窄腔管内的生物膜生长的水平。

根据另一个优选实施方式，监控系统包括显示器和用户界面，该用户界面提供关于测量或计算的生物膜生长水平的信息，并且允许用户将数据和指令输入监控系统和/或连接至(通过有线或无线连接)监控系统的流体系统的任何控制系统内，例如，运行高分辨率测试的指令或者将处理产品加入流体系统中的指令。

根据另一个优选实施方式，监控系统包括具有处理能力的控制器，这些处理能力允许其发送和接收信号，进行计算，显示数据，储存数据和/或将数据保存到可移动内存卡或其他连接装置中，并且处理由用户选择的一个或多个测试(例如，低分辨率或高分辨率测试)。优选的控制器被配置成与光源、光学传感器、染料注入系统以及显示器和用户界面相互作用。根据另一个优选实施方式，控制器还能够自动发送信号，以改变流体系统的一个或多个操作参数，做出改变操作参数的推荐，并且接受操作参数变化的手动输入，并且将信号发送给其他装置或设备，以执行手动输入的变化，以便控制流体系统的操作。由监控系统提供的信息可以在监控系统外壳上的屏幕上显示，从而允许用户基于该信息对流体系统进行手动变化，例如，手动调整阀门，以将指令手动输入传感系统表内，然后，将这些指令发送给其他装置或设备，或者将指令手动输入单独的电子控制系统内，以基于该信息对流体系统进行变化。还可以直接(通过插入式连接)或由无线通信将该信息传送给单独的或者远程控制系统，传送给远程用户(例如，管理人或者远程操作人员)，以在流体系统之上实现自动化控制。监控系统优选地是更大的控制系统的一部分，该更大的控制系统具有应用电子设备的多个配置，并且能够将数据从监控系统中传送给计算机或其他仪器，以便控制流体系统的操作。如果信息表示需要进行一个变化，例如，在生物膜生长的计算值落在规定的范围之外或者高于或低于预设的阈值时，操作参数(例如，增加的处理产品的速率或量、增加的“新鲜”水或流体、排污、供料或其他流体系统调整)可以被改变(例如，通过打开或关闭在流体系统内的阀门，操作泵，或者通过手动增加处理产品或化学品)。此外，可以比较计算的值，并且差异可以表示需要改变或自动触发流体系统的操作参数的变更，这可以提高控制流体系统的精度。

根据另一个优选实施方式，在计算的性能或值在规定的范围之外或者低于或大于预设的值时，可以生成警报信号，例如，听觉信号、视觉信号或这两者。警报信号可以由监控系统生成，并且可以无线传送给流体系统的遥控系统、计算机屏幕、或者用户/管理人的电话或电子邮件。根据另一个优选实施方式，在计算的生物膜生长水平在一个或多个范围内或者高于或低于该性能的一个或多个预设的值时，还可以生成额外的警报信号。在生物膜水平接近需要改变操作参数(例如，增大或减小加入流体系统中的处理产品或生物灭杀剂)的值时，或者在该值处于需要立即注意的临界水平时，这些额外的警报信号可以警告用户。优选地，额外的警报信号彼此在听觉或视觉上不同。

附图说明

关于以下附图，进一步描述和解释本发明的系统和方法，其中：

图1是示出根据本发明的一个优选实施方式的用于检测生物膜生长的系统的方框图；

图2是根据优选实施方式的用于监控系统的外部显示器/用户界面的简化图；

图3是示出根据本发明的一个实施方式的用于几个监控系统的温度控制的测试配置的方框图；

图4是示出根据本发明的一个优选实施方式的在使用三个监控系统的实验中用于确定在窄腔管的部分内的生物膜密度的活性测定的结果的示图；

图5是示出根据本发明的一个优选实施方式的在使用三个监控系统的第二实验中用于确定在窄腔管的部分内的生物膜密度的活性测定的结果的示图；

图6是示出根据本发明的一个优选实施方式的在使用三个监控系统的第三实验中用于确定在窄腔管的部分内的生物膜密度的活性测定的结果的示图；

图7是示出在显示与生物膜厚度增大对应的信号增大的第三实验中使用的这三个监控系统中的光学传感器的输出的示图。

具体实施方式

参考图1，通过简单的方框图形式描述了生物膜检测或监控系统10的一个优选实施方式。生物膜检测或监控系统10优选地包括外壳12、控制器14、传感器外壳16、染料容器18、阀门22、文丘里管26、入口端口28、出口端口36以及可选地USB或其他类型的端口28，用于传输由控制器14在传感器外壳16内从传感器中接收的数据。监控系统10还优选地包括连接各种元件的多个管体或导管段，例如，20、24、30以及32，下面进一步描述。

外壳12优选地是防水或抗水盒体，其具有可移动或可打开的盖体或门，允许进入外壳12的内部，例如，用于在染料容器18内维护或补充染料。控制器14、传感器外壳16、染料容器18、阀门22以及文丘里管26均优选地设置在外壳12内，因此，使其免于暴露到来自流体系统的水或其他流体或者免于受到其他环境影响。外壳12还优选地具有安装结构，该结构允许安装监控系统10或允许监控系统牢固地连接至在要测试的流体系统周围的，优选地在一部分流体从流体系统中撤出并且转移到监控系统10的点附近的现有结构(例如，壁部)。

流过流体系统的一部分流体可以从侧流流体源(例如，这种取样片架)或者从在图1中描述为线路42的通过流体系统的循环或流体流动的主线中撤出，并且通过管体(或管道)44转移到监控系统10。管体44与也直接连接至文丘里管注入器26的入口端口或入口隔板配件28流体连通连接。可替换地，文丘里管注入器26可以由管体的长度连接至入口端口28。管子或管体32位于文丘里管注入器26的下游侧，该管体优选地是窄腔管，该腔管具有高内表面面积与体积比并且被配置成使得，以流过管体32的恒定流量，移动流体的速度从在内腔壁处(水动力边界层)的实际上0变成沿着管体32的中心线的最大流速。最优选地，管体32的内径介于大约1mm到大约20mm之间，但是还可以使用其他尺寸。管体32穿过传感器外壳16并且在传感器外壳16的下游侧连接至出口端口或出口隔板配件36。管体40与出口端口36流体连通连接，以使流体从监控系统10返回流体系统的线路42。入口端口28和出口端口36以及文丘里管注入器26优选地螺纹连接，或者具有快速连接的配件，允许快速并且容易连接或断开管体。虽然优选地使在监控系统10内测试的流体返回从其中撤出流体的相同的源或线路42，但是管体40可以连接至流体系统的任何部分(优选地在为了监控而撤出流体的下游)，以使流体返回流体系统。通过这种方式，在监控系统10和流体系统的正常操作期间，来自流体系统的一部分流体连续流过监控系统10。必要时，阀门或其他控制机构可以加入管体44、管体40、入口端口28和/或出口端口36中，以限制或阻止流体流入监控系统10中，无需限制流体流过流体系统。

染料容器18还优选地设置在外壳12内部。染料容器18优选地包含生物暴露染料，该染料表示在暴露于光中时在传感器外壳16内存在生物材料。最优选的染料是赤藓红，但是还可以使用其他染料，例如，牙菌斑显示液、FDC绿色编号3、FDC蓝色编号1、其他食物染料和荧光染料或者上述内容的组合。阀门22优选地用于控制从染料容器18中释放染料并且通过文丘里管注入器26将染料注入流体内。阀门22优选地是电磁阀，但是还可以使用其他类型的阀门。染料容器18优选地与连接至阀门22的管体20流体连通连接，并且管体24连接至文丘里管注入器26。

如上所述，来自要测试的流体系统的一部分流体通过管体44转移到监控系统10中。来自染料容器18的染料定期注入要测试的流体内，然后，在管体32内穿过传感器外壳16。传感器外壳16优选地是防水或抗水盒体，其具有可移动或可打开的盖体或门，允许进入传感器外壳16的内部，例如，用于维护或更换管体32。光源和光学传感器或检测器设置在传感器外壳16内，管体32设置在光源与光学传感器之间，具有允许检测光学性能(例如，赤藓红染料的荧光)的配置。在传感器外壳16内的光源优选地是发射在波长范围545到570nm内的光的LED。使用环境光传感器(光电晶体管)完成检测，该传感器允许电流与击打基底的光的量成比例地流过，该电流通过电阻网络流入相应的输出电压基底。从光传感器(或光学传感器)中输出的数据(或信号)由控制器14处理，该控制器实时读取并且以可编程的间隔进行记录，用于动态数据采集和评估。其他传感器(例如，光电晶体管或光电二极管)也可以在传感器外壳16内用作光学传感器。还可以使用其他类型的光源(例如，激光、白炽灯、红外线或紫外光)以及其他波长，本领域的技术人员会理解的是，光传感器会相应的变化。流体穿过其中的管体32与文丘里管注入器26和出口端口36流体连通地可插入，并且被配置成通过允许来自光源的光与在管体32内的流体接触并且由光学传感器检测以获得表示在管体32内的生物膜生长水平的读数的方式，穿过传感器外壳16。最优选地，这些元件被配置成使得在与流体流过管体32的方向基本上垂直的方向在管体32上引导穿过的光。一旦生物膜在管体32内生长到预定的水平，则管体32可以从监控系统10中去除并且使用一块新的管体32来代替，以开始监控过程，下面更完整地描述。

控制器或微处理器14还优选地设置在外壳12内。控制器14连接至可选的外部显示器/用户界面38、阀门22、在传感器外壳16内的光源和光学传感器、以及可选的USB或数据端口28，如在图1的虚线所示。控制器14从监控系统10的连接的元件中发送和接收信号或数据。控制器14将信号发送给阀门22，以打开和关闭阀门，以允许将染料定期注入到管体32内的流体内。控制器14还将信号发送给在传感器外壳16内的光源，以定期引导光进入管体32，该光由在传感器外壳16内的光学传感器检测或测量。然后，该光学传感器将信号或数据发送回控制器14，表示在管体32内的生物膜生长的水平(如果有的话)。在管体32内的生物膜生长的水平表示在流体系统的元件上的生物膜生长。控制器14将关于生物膜生长的测量的信息发送给外部显示器/用户界面38。一个或多个数据端口28优选地设置在外壳12内并且连接至控制器14，以允许监控系统10连接至其他装置(例如，计算机或服务器)，连接至外部电源，或者接收可移动的内存卡。一个或多个数据端口28(例如，USB端口)允许控制器14基于来自光学传感器的信号发送或接收数据，例如，软件更新、操作指令(例如，响应于生物膜测量，运行关于对流体系统的操作参数的调整的低分辨率还是高分辨率测试或指令或数据)、和/或生物膜生长测量。这些端口会根据本领域的技术人员理解的已知方法与监控系统10的控制器14相互作用。

控制器14优选地具有充分的内存，以储存光学传感器的读数或测量一段时间。优选的控制器14具有256字节的电可擦可编程只读存储器(EEprom)，每个字节储存8位信息(2个数字的十六进制数)。在控制器14上的模数转换器优选地是10位模块，使得每个测量具有10位二进制信息。控制器14和在传感器外壳16内的光学传感器优选地被配置成允许在低分辨率(或标准)模式和高分辨率模式中操作。在低分辨率模式中，A/D测量被位偏移，以节省在芯片上的空间，用于数据记录的目的。在高分辨率模式中运行时，A/D测量分成EEprom的2个‘单元(cell)’，使用更多的空间，但是具有四倍的分辨率。本领域的技术人员会理解的是，其他配置和储存能力可以供监控系统10使用。控制器14可以是电池供电的、连接至外部电源(例如，A/C功率)或这两者。电池功率在监控系统10的位置提供灵活性，这是因为不需要放在出口或其他电源附近。

屏幕或外部显示器/用户界面38优选地在用户或操作人员更容易进入的位置位于外壳12的外表面上。外部显示器/用户界面38优选地包括显示屏40，以提供关于监控系统10的操作和在管体32内的生物膜生长水平的信息。例如，如图2所示，在屏幕46上显示的生物膜形成的视觉表示可以包括在检测到更大的沉积物时其尺寸增大的杆和/或生长的数字或百分比指示。屏幕46还可以包括字母数字状态，表示与检测的生物膜生长的程度相关联的风险水平，如果达到警报状态，以指示需要注意或活动，则会闪光。监控系统10还可以包括听觉警报或与检测的生物膜生长的日益增大的水平对应的一系列警报。屏幕46还可以指示监控系统10的电池的状态或强度(如果电池供电的话)，显示日期和时间和/或与监控系统10相关的其他信息，例如，与设备相关联的版本或控制器14的编程。外部显示器/用户界面38还优选地包括多个按钮或旋钮48，其允许操作人员输入信息和/或手动操作监控系统10的各种元件。按钮或旋钮48可以可替换地是包含在显示屏46内的触摸屏型按钮。按钮或旋钮48(或触摸屏)允许用户给监控系统10提供输入，例如，选择要编程的特定测试(低分辨率还是高分辨率)，改变测量周期时间，为新的监控周期重置系统，从先前的测试中恢复储存的数据，或者将电子数据或命令发送给正在测试的流体系统的其他装置或元件或者控制流体系统的各种元件的控制系统。本领域的技术人员会理解的是，与控制器14一起，外部显示器/用户界面38可以被编程为用于各种功能。

在监控系统10连接至流体系统时，来自流体系统的一部分流体通过管体42转移到监控系统中并且转移到管体32内。控制器14优选地被编程为定期开始测量周期，在每个监控周期内完成多个测量周期。虽然可以使用其他测量周期次数，但是优选的是每天一次。测量周期开始，控制器14将信号发送给打开的阀门22，以允许通过文丘里管注入器26将容器18的染料注入流体内。在阀门22打开时，激活来自文丘里管注入器26的吸力，允许少量染料引入通过管体32流动到传感器外壳16中的水或其他流体内。在正常操作期间，阀门22打开1/2秒到2秒，每天打开一次。并且在其非激活模式中关闭，如果监控系统10的电力丢失，则这防止了意外释放染料以及监控系统10的故障。在测量周期的正常操作期间，控制器14打开在传感器外壳16内的光源(LED)大约60秒，并且检查在传感器外壳16内的光学传感器上的相应电压。模数转换器获取模拟电压并且将其转换成10位数字的十六进制值，并且与初始状态读数进行比较。保存在监控周期期间的第一读数或测量，作为初始状态或比较值。由于生物膜在管体32上生长，所以传感器电压将增大，这造成与初始值具有更大偏离。通过每个测量周期，与初始读数的测量和/或比较的结果优选地显示在显示屏46上并且储存在存储器内。

如果检测生物膜，则控制器14还可以可选地操作高分辨率测量周期。高分辨率测量周期可以被编程为：如果生物膜被检测为在预定的水平上则自动运行，或者可以通过在外部显示器/用户界面38上选择或激活按钮48来手动运行。如果在正常操作测量周期内的读数或测量指示在管体32内存在生物膜，则紧接在染料引入管体32内之前和之后进行读取的情况下，通过运行高分辨率测试，控制器14可以确认生物膜的存在。在正常操作条件下，染料不影响在光学传感器上的电压变化；但是通过运行高分辨率读取，可以检测与改变生物膜的颜色的染料相关联的小变化。该高分辨率测试可以用作确认步骤，以将污垢识别为生物膜，而非仅仅矿物沉积物。高分辨率测试的结果可以在屏幕46上显示为正常操作测试的结果，或者可以单独显示，以在正常操作(低分辨率)结果与高分辨率结果之间区分。可以在每个监控周期内运行一个或多个高分辨率测试。

如果任何测量或计算的结果、结果比较、结果差异或偏离在期望值的预定或预设范围之外或者高于或低于预定或预设的阈值，则监控系统10可以生成警报，指示需要调整或修改流体系统的一个或多个操作参数。警报可以是视觉的、听觉的或这两者，并且可以在外壳12上本地或者在另一个位置(例如，流体系统的控制室)远程地或通过电子邮件或文本传送给操作人员。优选地，在屏幕46上显示警报消息，例如，风险水平从“低”增大为“中等”并且最后增大为“高”(虽然也可以使用其他措辞，额外的中间水平)。随着污垢量在监控周期内增大，警报水平的严重程度也优选地增大。还可以使用听觉警报，代替或者与在屏幕46上的视觉指示符相结合。最优选地，在传感器读数与初始读数之间的差异达到大约15％的差异时，触发在监控周期内的初始警报。在该差异大约是30％、50％以及65％时，优选地触发额外的更高水平警报。

在触发警报时，表示在管体32内具有生物膜生长，或者生物膜生长的量达到或超过预定的水平，这表示在流体系统的其他元件上存在生物膜生长(以及相似量的生物膜生长)。为了保持流体系统正常操作，重要的是，处理流体系统，以去除生物膜并且帮助控制再生长。由监控系统10触发的警报表示需要调整流体系统的一个或多个操作参数的活动，以处理生物膜生长。在检测生物膜生长时或者在检测生物膜生长的某个水平时，响应于控制器14的警报信号，优选地自动进行这种调整。最优选地，控制器14被配置成通过将信号发送给流体系统的单独控制系统或者通过直接将信号发送给在流体系统内的智能元件，例如，打开或关闭阀门，以将生物灭杀剂或其他处理产品的剂量(或一系列剂量)释放到流体系统内，来自动开始这种调整。还可以手动进行这种调整，手动输入监控系统10内，以传送给流体系统的单独控制系统，以自动执行调整命令，或者可以手动输入流体系统的单独控制系统内，然后，由该控制系统自动执行。操作参数的其他调整可以包括改变加入流体系统中的非生物灭杀剂处理产品的量，调整排污速率，调整新鲜水补充率，增大或减小通过流体系统的流量，或者根据需要进行的其他调整，以去除生物膜并且帮助控制再生长。在触发警报时，并且在自动发生任何操作调整或处理剂量时，控制器14还优选地将电子邮件或文本消息发送给指定的人或计算机工作站。

监控系统10还可以用于确定在处理生物膜时进行的调整的效果。通过继续监控在管体32内的生物膜的水平，监控系统10可以确定操作调整是否足以从在流体系统中的元件中去除生物膜。一旦在管体32内的生物膜的水平返回0或接近0，则完成监控周期，并且新的监控周期再次开始。可替换地，外壳12和传感器外壳16可以打开，断开并且去除管体32，并且插入一件新管体32，以开始新的监控周期。监控系统10还可以手动重置，以开始新的监控周期。优选地重复监控周期，以连续监控在流体系统内的生物膜生长。

在各种温度范围内测试监控系统10的和监控生物膜生长的方法的实施方式，以确认监控系统10的效果，以及确定温度对生物膜传播的影响并且使光学传感器的输出信号与生物膜生长速率相关联。三个相同的监控系统(在图3中显示为10A、10B以及10C)与30加仑桶自来水(用于模仿流体系统)串联连接，如图3所示。这桶自来水被灌输在TSB(胰蛋白酶大豆肉汤)内的假单胞菌属(5mL)和芽孢杆菌种(5mL)的隔夜培养菌。每个监控系统包括控制器和传感器外壳，其具有光源和光学传感器，如图1所示。包含细菌潜伏水的30加仑桶保持在大约72°F的环境温度下，并且用于通过所有三个监控系统10A、10B以及10C的整个PVC管体(例如，管体44、32以及40)传递恒流。设置为80°F和90°F的温度控制的水浴槽分别放在第一与第二监控系统之间(在10A与10B之间)以及第二与第三监控系统之间(在10B与10C之间)。水浴槽用于提高流过第二和第三监控系统10B和10C的水的温度，以模仿在现场的冷却塔系统(作为可以使用根据本发明的监控系统的流体系统的类型的一个实例)内可能遇到的温度环境。PVC管体的卷曲部分浸入温度控制的水浴槽内，以给在管体内流动的内部溶液提供足够的停留时间，以在相应的卷曲区域内时与浴槽温度平衡，因此，馈送到监控系统10B内的水大约是80°F，并且馈送到监控系统10C内的水大约是90°F。

记录开始实验的时间和日期，将一些细菌潜伏溶液吸入监控系统中，以填充管体，然后，允许水停滞几乎16个小时，以在每个监控系统内开始在管体32内的生物膜生长。然后，通过每个监控系统10A、10B以及10C连续吸入水，并且循环回桶，具有16天的监控周期持续时间。在该实验中，在每个监控系统内的控制器14每天操作24个测量周期，持续16天(虽然也可以使用监控周期和每个测量周期的其他时间段)，在每个测量周期从光学传感器中收集低分辨率测量。对于该实验，不运行高分辨率测试。赤藓红用作染料，并且注入桶内，而非为每个监控系统10A、10B以及10C使用染料容器和文丘里管注入器。为了与光学传感器读数比较并且为了校准那些读数，分析来自每个监控系统的窄腔管32的部分的生物测定和显微镜分析。从在每个监控系统(在环境温度下10A、在80°F下10B并且在90°F下10C)内的窄腔管32中切割2cm的样本部分，并且隔离每个管部分的薄部分，用于明场显微镜分析。用于实验的管体足够长，以允许部分被去除，用于测试，并且在实验的过程中切除管体。

此外，在管体的每个部分上执行活性测定，以在监控周期的第7天和第16天之间的几天，确定生物膜密度(每cm²具有Log₁₀ CFU)。在图4示出该活性测定的结果。在90°F下的监控系统10C的管体显示了明显更高的初始生物膜生长，而在环境温度下的监控系统10A以及在80°F下10B的管体同样被跟踪并且在第16天在一个记录内接近相同的细胞密度。记录每个部分去除的日期和时间，用于与从光学传感器中获得的并且储存在微控制器上的数据比较。发现光学传感器的信号与生物膜生长的增大相关联，以允许将光学传感器信号校准为生物膜密度。

使用三个监控系统10A、10B以及10C，进行另一个实验。每个监控系统相同，并且包括控制器、入口以及出口端口、窄腔管、以及传感器外壳，其具有光源和光学传感器，与在图1示出的相似。该实验不包括任何温度修改，并且监控系统不与在前述实验中一样串联连接。包含在TSB(胰蛋白酶大豆肉汤)内的假单胞菌属(5mL)和芽孢杆菌种(5mL)的培养菌的生物膜生长促进溶液被加入到每个监控系统内的管体(例如，管体32)中，并且允许停留8个小时，以开始生物膜生长。以每升溶液3滴的速率，将生物膜暴露染料(赤藓红)加入生物膜形成溶液中。为了该实验的目的，染料不注入流过文丘里管的水内，如前面关于图1所述。在生物膜开始之后，使用粒状活性炭过滤器过滤在环境温度(大约72°F)下的自来水，然后，通过每个监控系统的管体吸入，具有14天的监控周期。在每个监控系统内的控制器14操作14个测量周期，每天具有一个监控周期(虽然也可以使用监控周期的其他时间段以及每个测量周期)，为每个测量周期从光学传感器中收集低分辨率测量。在该实验中，不运行高分辨率测试。为了与光学传感器读数比较并且为了校准那些读数，分析来自每个监控系统的窄腔管32的部分的生物测定和显微镜分析。从在监控系统内的窄腔管32中切割5-7个样本部分，每个样本部分具有2cm-3cm，并且隔离每个管部分的薄部分，用于共聚焦显微镜分析和立体分析。用于实验的管体足够长，以允许去除部分，用于测试，并且在实验的过程中切除管体。使用共聚焦显微镜分析和特殊的生物膜荧光染色，测量和记录在PVC管段上的生物膜层的厚度。此外，在管体的每个部分上执行活性测定，以确定生物膜密度(每cm²具有Log₁₀CFU)。记录每个部分去除的日期和时间，用于与从光学传感器中获得的并且储存在微控制器上的数据比较。

在图5示出了该14天实验的管体分析的结果。使用同一个设置和方法运行另一个实验，具有16天的监控周期。在图6示出了该16天实验的管体分析的结果。图7示出了上述16天实验的监控系统10A、10B以及10C的光学传感器的输出(电压)。可以看出，随着在管体内的生物膜的厚度增大，传感器的输出信号增大，这对应于细菌计数的增加以及由共聚焦显微镜观察到的厚度数据。

这些实验表明，根据本发明的优选实施方式的监控系统能够细菌定植(bacterial colonization)和支持生物膜生长，与流入液的温度无关，同时还允许监控系统的光学传感器和控制器随着时间精确地读取和跟踪生物膜密度。此外，使用通过监控系统的可移动管体32，允许可测量的方法通过去除和测试来进行生物测定并且确定实际的细胞密度(如果需要的话)。

在本文中提及的计算或测量值或性能等，旨在包括任何形式的直接测量、转换数据或信号、基于一个或多个数据点或信号进行计算、或者比较、解释、关联或操纵一个或多个数据点或信号。在阅读本说明书和在本文中的优选实施方式的描述时，本领域的技术人员还会理解的是，在本发明的范围内，可以对系统进行修改和变更，并且其目的在于，在本文中公开的本发明的范围仅仅受到发明人依法享有的所附权利要求的最广义的解释限制。