用于在受控环境中进行空气取样的系统和方法

专利名称：用于在受控环境中进行空气取样的系统和方法
技术领域：
本发明涉及在室内环镜中收集空气样本的装置和方法。特别地，本发明涉及用于 收集、处理和分析清洁室内的空气样本，电气地和自动地控制取样设备并且校准所述取样 设备的装置和方法。
背景技术：
建立在制造、研究和其它设施中的清洁室，基于室内的静态空气压强，相对于大气 压强和/或与清洁室邻近的空间中的空气压强，典型地被分成两大类。正空气压强室维持 在绝对空气压强大于大气压强、大于与该清洁室邻近的空间中的空气压强或者都大于两 者。通过将过滤后的和/或调节后的空气泵入室中并控制空气到室外的流动，来提供这种 室中的正空气压强。邻近空间，可以是制造设施或办公室，典型地通过加热、通风和空气调 节(HVAC)系统，或者通过提供允许邻近空间与大气压强平衡的通到大气中的开口，而被维 持在大气压强或接近大气压强。因而，流自正压清洁室的空气将朝向邻近的室中的低压或 向大气流动。当正空气压强清洁室有缺口时，只要清洁室中存在的空气传播的污染物对健康不 会造成潜在的不利影响，流到邻近空间或大气的空气就没有问题。典型地，清洁室内的空气 可能没有含有对人体健康或环境存在安全或健康担心的浓度的空气传播的气体、蒸汽和颗 粒物质，其中在清洁室中制造或进行电子、宇宙航空器件、光学系统、军事装备和与国防相 关的研究。然而，不总是如此，因为这些工业中的其它操作可能产生在可接受的水平以上的 污染物，因此，必须防止未经处理而从清洁室离开。负空气压强室维持在绝对空气压强低于大气压强、低于与清洁室邻近的空间中的 空气压强或者都低于两者。通过将空气泵出室外，来维持该负压。当担心空气中的污染物 可能对邻近空间或者环镜中的人体健康造成潜在健康威胁时，通常使用负压室。尽管涉及到人体健康和环境，但是某些类型的制造和研究操作必须在正空气压强 清洁室中进行，以满足规定的要求和工业上适用的良好的制造和实验室质量控制标准。例 如，州和联邦法规，包括由国家职业安全与健康研究所(NIOSH)公布的法规，可能使使用正 压或负压清洁室成为必需。特别地，美国食品及药品管理局(FDA)要求药物生产在清洁室的范围内进行，该 清洁室为在清洁环镜中进行成批药品制造提供验证和证明。正空气压强清洁室和负空气压强清洁室已经使用了许多年。例如，美国专利 No. 4，604，111公开了一种负压设备和用于保护环境和人免受建筑内的空气传播的石棉和 其它颗粒污染物影响的方法，其包括封闭空间，该封闭空间具有鼓风机，以将空气抽入在封 闭空间内的过滤单元，且将过滤后的空气排放到大气中。美国专利No. 5，645，480公开了清 洁室的一般特征。各种FDA法规和标准还规定了将用于清洁室内的空气取样和/空气监测装备的要 求，以检验或验证在特定药品制造活动过程中设施的清洁度。所述法规还提供了与清洁室内的空气质量监测有关的电子数据记录、准确度、精度和记录保存。类似的要求也施加于其 它工业，诸如生物技术工业。美国专利No. 6，514，721描述了一种空气取样装置和用于从室内或者从远程空气 样本中收集空气传播的病原体和湿度数据的方法，其中，样本量通过严密监测风扇速度而 被电气地控制。本专利示出使用泵将室内的空气抽入装置的装置，其使空气中的含病原体 的颗粒冲击安置在取样装置内的盘中所容纳的生长/抑制介质(固体、液体、凝胶体或它们 的混合)。本专利指出，先前的取样装置不能实现相对于公称或设定点流速好于士 30%的 恒定体积的空气流，这使得病原体的浓度计算出现大的可变性。如美国6，514，721号专利所建议的那样，其中的一个关键是成功地监测清洁室内 的空气质量，以确保在收集一定量的空气的时期，通过空气取样/监测装置的空气流速被 很准确地确定。在公开了一种电气定时的、用于与各种空气样本收集装置在各种环境条件 下一起使用的正移位空气取样泵的美国专利No. 4，091，674中，也领会到了该事实。所公 开的发明据称要为准确的平均流速，而提供独立测量的总体积、操作时间记录器和“速率故 障”警报。在该专利中，通过使用耦接到机械波纹管的定时电路来实现准确度。美国专利No. 6，216，548示出了用于在受控环境中使用的空气取样装置的控制系 统流程图。特别地，该专利公开了涉及接通泵、检查压强、监测取样时间、向取样器中抽入空 气、关掉泵和检查线路中的泄露的控制器逻辑。该专利还教示使用净化系统，该净化系统用 于使用诸如氮气的净化气体来净化线路和相关的空气颗粒取样器。上述的现有技术的装置和空气取样方法都不适用于监测现代清洁室的空气中的 污染物的水平，其中，样本体积准确度和精度、系统控制和监测、报告、模块化和远程监测等 事项是重要的。因此，存在对这种空气取样装置和方法的需求。

发明内容
本发明的空气取样/监测系统在清洁室中有用，诸如使用制药、生物技术、半导体 和电子工业，以及其他所操作的那些室。系统被设计成测试清洁室内的空气，以鉴别一定量 的空气中存在的存活的污染物的水平。系统在设施的清洁室或无菌区域外提供控制器和真 空泵，并且在清洁室/无菌区域内提供远程控制触摸板和空气取样装置。系统需要真空管 道和用于远程控制触摸板的电子空间配线(electronic plenum wiring)两者的硬连线。使 用用于设置期望的流速和可接受的与期望流速的偏差的流速开关以及流速流速可编程逻 辑，来实现流经系统的高准确性的空气。本发明的一个目的是提供一种用于从设施内的受控环境收集一定量的空气的方法。本发明的另一个目的是提供一种用于控制从设施内的受控环境收集的流体的流 速的方法。本发明的再一个目的是提供一种用于从设施内的受控环境收集一定量的空气的 取样系统，所述一定量的空气被分析以确定受控环境中所存在的污染物的数量。本发明的另一个目的是提供一种用于确定设施内的受控环境中的污染物的量的 取样系统，用于实现对规章的遵守。本发明的再一个目的是提供一种系统和方法，利用无线技术，以减少清洁室的受控环境和清洁室外的空间之间的对结构的穿透的数量。简单地描述，如这里所具体表现和充分描述的，本发明的那些和其它目的和特征， 通过用于收集设施内的受控环境的一定量的空气的系统来完成，该系统包括位于受控环 境外的控制器，控制器具有定时器电路、用于提供流体流量的流速电路、流量开关和与位于 受控环境内的至少一个空气取样装置成流体连通的管端口，其中，流速电路控制流量开关 并且将流体流量维持在大约为预编程的流速值；真空泵，其与空气流量开关成流体连通； 以及触摸板，其无线地连接至控制器，其中，触摸板包括用于向控制器发送开始信号以收集 一定量的空气，以及当已经收集到一定量的空气时向控制器发送停止信号的通信装置。如这里所具体表现和充分地描述的，本发明的那些和其它目的和特征通过用于从 设施内的受控环境收集一定量的空气的方法来完成，该方法包括如下步骤在受控环境内 提供至少一个空气取样装置；在受控环境外提供与至少一个空气取样装置成流体连通的第 一空气取样控制器端口 ；在受控环境内提供与第一空气取样控制器无线连接的至少一个触 摸板控制器；提供与第一空气取样控制器端口成流体连通的真空源；从至少一个触摸板向 真空源传递信号，以实际流速通过至少一个空气取样装置抽取预定量的空气；当已收集到 预定量的空气时，或者当通过至少一个空气取样装置的流速低于编程值时，输出信号。通过参照本发明的下面的详细描述、所附的权利要求书以及参照附于此的几个图 形，利用本发明的在下文中将明显的那些和其它目的、优点和特征，本发明的特性将会被更 清楚地理解。


图1是根据本发明的一个方面的在其中具有清洁室的示例性设施的示意图；图2是根据本发明的一个实施方式的用在图1的清洁室中的空气取样/监测系统 的方块图。图3是根据本发明的一个实施方式的连接至基站和触摸板的控制器的方块图；图4是图3所示的控制器的端口的方块图；图5是根据本发明的一个实施方式的用于对空气取样装置进行净化的净化系统 的方块图；图6是用图示说明了隔离器控制器逻辑的工艺流程图；图7是根据本发明的一个方面的触摸板的方块图；以及图8是根据本发明的另一实施方式的用在图1的清洁室中的空气取样/监测系统 的方块图。
具体实施例方式为说明性目的而描述本发明的几个优选实施方式，应当理解，本发明可以附图中 没有具体示出的其它方式来具体表现。首先转到图1，其中示出了示例性的设施100的示意图，该设施100中具有一个或 多个清洁室102。清洁室102与空间104和室外大气106邻近。邻近空间104可以是清洁 室102所位于的同一设施100内的并且与清洁室102邻接的任何一个或多个室，诸如，例 如，独自的制造室、另一清洁室、罐装和封装室(finish and fill room)、研究实验室或办公室。清洁室102和邻近空间104由诸如壁等的分隔物分开。示例性设施100中的清洁室102能够维持在比邻近空间104的空气压强P2低的空 气压强P1，并且空气压强P1也比大气压强Patm低。这是由HVAC系统(未示出)完成的，该 HVAC系统使经调节和过滤的空气如图1所描绘地以受控的流速An被泵入清洁室102。清 洁室102内的空气被如Q。ut所表示地泵出或者另外流出清洁室102。只要^^PQ。ut之间的 差大于零，就可以在清洁室102中维持正压。现在转到图2，其中示出根据本发明的一个实施方式的用于对清洁室102中的空 气进行取样和监测的空气取样/监测系统200的方块图。空气取样/监测系统200包括控 制器202、真空泵208、可选的净化泵206、可选的计算机210，它们都可以一起位于邻近或远 离(即，非直接邻近)清洁室102的邻近空间104。单机的壁装式或台式触摸板214和一个或多个空气取样装置216a、216b、 216c、……、216n远程连接至控制器202，其中η优选地为1_10，但是，该数量不被空气取样 /监测系统200限制成空气取样装置的任何特定数量。也就是，系统可线性地调整至10个 空气取样装置以上或以下。适用于本发明的典型的空气取样装置是美国宾夕法尼亚州马尔 文(Malvern)的威尔泰克联合股份有限公司(Veltek Associates, Inc.)生产的心房型空 气取样装置(SMA Atrium)。根据本发明的空气取样装置216a、216b、216c、……、216n可 以是用于收集一定量的空气的任何已知的空气取样装置。术语“收集”、“取样”、“监测”等 不用于仅指整个空气取样装置，也指处理流体流的装置以为后续的分析和量化而分离流体 中特定的气体、蒸汽和颗粒物质。术语“空气”和“流体”用于可互换地指气体、蒸汽和颗粒； 因而，“空气取样器”不意味着仅收集了空气。尽管图2仅示出连接至多个空气取样装置216a、216b、216c的单个触摸板214，但 是也考虑可以有另外的触摸板的布置和空气取样装置的布置。例如，单独的或分立的触摸 板214和空气取样装置216的比率可以为一比一，或者也许是单个触摸板214可以连接至 两个或多个空气取样装置216a和216b，而一个独自的触摸板214可以连接至第三空气取样 装置216c。触摸板214通过线218与控制器202连通，或者使用诸如接收器/发送器212与 控制器202联接，而接收器/发送器2M与触摸板214联接的无线部件。接收器/发送器 212,224是在对整个空气取样/监测系统200来说唯一的同一高频上。选择该频率以减小 与设施100中的其它设备干扰的可能性，并且当控制器202与触摸板214位于彼此运离时， 允许通信。一个或多个空气取样装置216a、216b、216c使用一个或多个空气管220经由控制 器202连接至真空泵208 (下面描述)，空气管220在空气取样/监测系统200的清洁室102 侧可以是0. 25英寸的真空管道，在空气取样/监测系统200的邻近空间104侧可以是3/8 英寸的真空管道。在控制器202内，歧管(未示出)将所有单独的空气管220连结在一起 并且将它们连接至真空泵208的真空侧。与气管220联接的单独的螺线管(未示出)用于 接通通向各空气取样装置216的空气流。触摸板214和空气取样装置216 —起位于清洁室102中，或者位于清洁室102的 一部分中。一个或多个空气管220被连接至位于清洁室102中的壁处的壁装式快速断开出 Π 226ο
真空泵208是需要的泵，其当接收到来自控制器202的信号时操作，以在空气取样 循环的开始操作。其由安装有空气取样/监测系统200的设施100提供的标准交流电，或 者由来自控制器202的电力(或者两者)供电。真空泵208使用0. 75英寸(内径)的真 空管道(也可以使用其它尺寸的管道)连接至控制器202。根据本发明的一个实施方式的 真空泵208是1. 5HP的马达真空泵。如排气管222所示，来自真空泵208的排气按照需要 被引导到邻近空间104的外部，或者被引导到邻近空间104内。可选的净化泵206可以使用0. 25英寸(内径)的真空管道(也可以使用其它尺 寸的管道)连接至控制器202。来自真空泵208的排气按照需要被引导到邻近空间104的 外部，或者被引导到邻近空间104内。最好通过消减系统(abatement system)(未示出) 处理排气，以收集或洗刷在净化循环(下面描述)中收集的净化气体和污染物。计算机210可以被用作数据记录器。计算机210可以是专用的计算装置；然而，如 果在设施100处已经安装有专用的或网络计算装置，则不需要计算机210来用于数据记录 的目的。由计算机210记录的数据包括取样时间、取样日期、取样长度和取样位置，以及其 他数据。现在转到图3，其中示出了连接至基站302和触摸板214的本发明的控制器202的 方块图。控制器202包括一个或多个单独的模块化端口 308a、308b、308c、……、308n，用于 将控制器202分别连接至单独的空气取样装置216a、216b、216c、……、216n，以及连接至 一个或多个触摸板214(仅示出了一个触摸板214)。最简单的构造可以是具有单个端口 308a的单个控制器202位于一个室内，并且连接至位于另一个室内的一个或多个空气取样 装置216和单个触摸板214。然后，一附加端口 308b可以增加到控制器202，以与附加的一 个或多个空气取样装置216连接(并且可以更新触摸板214，以具有控制第二空气取样装置 216的接口 ；或者可以使用第二触摸板214)。端口 308b的触摸板214和空气取样装置216 可以与用于接口 308a的触摸板214和空气取样装置216处于同一室，但是处于该室的不同 区域；或者可以处于完全不同的室。端口 308a、30mK308C、……、308n进一步模块化，因为 它们包括它们自己的专用电源、硬件和软件，包括操作所需的配件和连接器。换句话说，模 块化，通过增加或移除端口 308a、30mK308C、……、308n，以分别地与单独的触摸板214连 接和与它们相关的一个或多个空气取样装置216a、216b、216c、……、216n连接，而使系统 可容易地构造。尽管图3示出了触摸板214连接至单个端口 308η，其可以连接至每个端口 308a、 308b,308c,……、308n，并且间接地分别连接至每个空气取样装置216a、216b、216c、……、 216n (或者如图2所最佳地示出，直接连接至每个空气取样装置)。控制器202在触摸板214 和连接至特定端口 308的取样装置216之间传递信号。因而，从触摸板214或端口 308a发 送来的控制信号被发送到也连接至相同的端口 308a的空气取样装置216，而不是发送到连 接至端口 30 的空气取样装置216。因为控制器是模块化的，其可以具有任何数量的端口 n，取决于所指定的清洁室 102 (或多个清洁室)的需要，例如，单独的设施的空气取样协议、标准操作程序、质量保证/ 质量控制计划、规章等。例如，控制器202可以用于控制部署在一个或多个清洁室102中的 1、2、3、……、η个空气取样器，在这种情况下，控制器202具有对应数量的端口。优选地， 一个或多个单独的空气取样装置216a、216b、216c、……、216n和一个触摸板连接至单独的端口 308a、308b、308c、......,308η 中的每一个端口。每个单独的端口 308a、308b、308c、……、308n均包括至少一个连接器，用于将单 独的端口 308a、308b、308c、……、308n连接至诸如计算机210的数据记录器，或连接至其 它装置。优选地，使用至少两个多针连接器。成对的多针连接器并行地电连接。适合的针 连接器可以包括，但不限于，九针连接器。如果触摸板214被设计为没有用于与控制器202通信的无线通信特征，则需要基 站302。基站302可以与控制器202位于同一位置，或者另外位于清洁室102的外部，或者 其可以与触摸板214 —起位于清洁室102内。主要用作触摸板214和控制器202之间的数 据通信中继的基站可以经由数据通信网络306可操作地连接至触摸板214，使得触摸板214 不需要直接连接至控制器202(即，其可以无线地连接)。数据通信网络306可以是任何专 有或公共网络，包括诸如互联网、局域网、无线网络或复合网络的分组交换网络。经由数据 通信网络306的基站302与触摸板214之间的通信可以由接收器/发送器310、312帮助实 现。控制器202和基站302可以通过电缆314，或者经由有线或无线数据通信网络316 而可操作地彼此连接，其中数据通信网络316使用具有数字输入/输出(未示出)的集成 无线电。数据通信网络316可以是任何专有或公共网络，包括诸如互联网的分组交换网络。 控制器202和基站302的接收器/发送器处于对整个空气取样/监测系统200唯一的同一 高频上。选择该频率以减少干扰的可能性。基站302接口操作为具有可扩展的输入/输出选项的双向(点对点)监测和控制 装置。位于基站302中的接收器/发送器310和位于清洁室102内的触摸板214中的接收 器/发送器312是仅彼此通信的专用的一对。接收器/发送器310、312连接至输入/输
出电路板，其观察单独的端口 308a,308b,308c, ......、308n加电、单独的端口 308a,308b,
308c、……、308n在空气取样模式中，并且播送空气取样循环期间的空气流量误差。基站 302可以检测每个单独的端口 308a、308b、308c、……、308n的活动状态。位于控制器202 附近的基站302具有输入/输出，该输入/输出直接电缆连接至控制器202中的与该输入 / 输出对应的端口 308a、308b、308c、......、308n。现在转到图4，其中示出根据本发明的一个实施方式的控制器202的示例性端口 308的方块图。端口 308具有其自身专用的定时器402、空气流量开关404、直流电源406、空 气管接口 408、设施系统控制和数据采集(SCADA)接口 410和计算机412。如前面所描述， 端口 308是模块化的并且与控制器202关联的其它端口独立。因而，如果端口 308有故障， 与控制器202关联的剩余端口能够继续在校准公差内起作用。模块化设计还消除了单点系 统故障的可能性。端口 308具有其自身的直流电源406，并且不依赖于集中电源而操作。通 过使用光耦合电路(未示出)可以除去接地回路或者直流电压转换，从而提供稳定耐用的 性能。这些电路使SCADA直流接地和SCADA电压分布系统与控制器202的直流电压和接地 分布系统(未示出)隔离。如果存在设施系统，其与控制器将不依靠于共用直流接地总线 连接。这使得设施系统和控制器202以长电缆连接，而无需两个系统之间的特别的直流接 地互连。设施系统参考设施的直流电源系统，发送电流信号或者接收电流信号。这是安全 和有效地消除具有不同电力要求的两个系统之间的互连的方式。专用的定时器402用于监测空气取样循环持续时间。定时器402可以位于清洁室102外部的控制器202处，或者位于清洁室102内的触摸板214处并且经由线218连接至 控制器202。可以在控制器202处和/或在触摸板214处观察用于端口 308的定时器402 的状况。每个定时器402可以与其它端口 308独立地或者同时地运行。定时器402可以被 校准至已知的标准，以获得非常精确的读取。定时器402启动空气取样循环、通过其输入/ 输出发出命令以打开螺线管(未示出)并且启动真空泵208。定时器402使空气流量开关 404知道取样循环已经开始，并且如果不存在适当的气体流量，则宣告Icfm的误差信号。定 时器402还向端口 308和触摸板214的其它部件提供+12伏的直流电力。
控制器202具有内部接口，该内部接口能够连接至用户的SCADA接口 410或者计 算机412 ；或者可编程逻辑控制器(PLC)，其能够与监测系统连接，该监测系统与设施100相 关联。控制器202包括隔离器接口(未示出)，当连接至设施系统时，该隔离器接口将不产 生可能引起设施或控制器的信息问题的任何电压变换或接地回路。控制器202的净化模式 不受系统200的无线控制或系统200的隔离接口输入/输出干扰和影响。通过一个或多个空气取样装置216a、216b、216c的每个的公称或设定点体积流速 是Icfm(或者301pm)。这由Icfm电路和空气流量开关404完成。空气流量开关404包括数 字空气流量显示器414，该数字空气流量显示器414可以被编程以升/分(Ipm)、立方英尺/ 分(cfm)或其它单位显示空气流速。如果在空气取样循环T期间流经端口 308的空气没有 满足预编程或设定点Icfm的空气流量值，或者没有满足预定公差，则空气流量开关404产 生误差信号。该信号允许警告用户特定空气样本有问题。因为空气流量开关404是数字开 关，其可以容易地相对于标准流量开关(诸如国家标准和技术研究院认证的开关)校准，其 不受空气流管道中的压强变化或空气流量开关404的位置空气压强所产生的影响。数字流 量开关还消除系统与系统之间的内部管路的变化，其具有减少管路的集成的流量调节夹管 阀。空气流量开关404被机械连接和电连接至空气管接口 408，其接收空气管220，以 提供端口 308的空气流量开关404和远程空气取样装置216(如图2所示)之间的物理连 接。虽然数字空气流量开关404是优选的，如果考虑压强变化，也可以使用浮子式流量计转 子流量计)。转子流量计是较不可取的，其原因是除了其他事以外，可能需要提供校准转换 装置和计算转移功能，并且转子流量计必须安置在适当的水平高度和角度，以允许准确的 人工读取。空气流量开关404位于一个或多个空气取样装置216a、216b、216c和Icfm电路之 间，并且被设计成维持通过一个或多个空气取样装置216a、216b、216c和相关联的空气管 道220的稳态流速，具有相对于公称设定点流速的可检测的空气流速容许偏差士3% (典 型地，所关心的事是当流速从公称设定点流速降低3%时)。该空气流速准确度为，例如，被 校准了 士5%的系统提供大约2%的误差幅度，该空气流速准确度通过使用如上所述的标 准流量开关的常规和非常规的校准检测的组合，以及实时或接近实时地恒定监测流速的软 件和硬件实现。空气流量开关404被编程为当空气流量低于编程的设定点或低流量值时向 Icfm电路板(未示出)发送误差信号。也就是，流量开关404通知Icfm电路空气流量低于 编程入系统中的3%的最低水平。该Icfm电路检查以确保空气流速误差是有效的。如果该 电路确认空气流量的有效性，其向正在进行空气取样的单独的端口 308a、308b、308c、……、 308η发送信号。
流量开关404具有可编程的低设定点和高设定点。当空气流量过于高于或低于设 定点值时，流量开关404向Icfm发送数字“on”信号，表示空气流量有错误。在空气取样循 环期间，Icfm电路是起作用的，并且来自流量开关404的信号会使Icfm电路向控制器202、 触摸板214、无线控制面板和隔离器控制器504(图幻发送或者播送流量误差。SCADA接口 410允许端口 308连接至设施SCADA，这允许空气取样/监测系统200 集成到其它的设施数据收集和监测系统中。当连接至第三方设备时，如前所述，通过除去接 地回路和电压转换，隔离接口防止本系统危害控制器或SCADA系统的性能。除了连接至触摸板214之外，端口 308可以直接连接至独自的计算机412或者与 独自的计算机412互相连接。独自的计算机412具有软件和硬件，以执行端口 308的功能。 独自的计算机412可以是具有存储器的处理器。控制器202也可以具有中央处理器，独自 的计算机412与该处理器通信以控制控制器202和空气取样/监测系统200的全部操作。现在转到图5，其中示出用于对空气取样装置216a、216b、216c、……、216η和相关 联的控气管220进行净化，以确保在空气取样/监测系统200的这些部分中没有残余污染 物的净化系统502。隔离器控制器504根据空气取样循环和净化循环控制真空泵208和净 化泵206的操作。在空气取样循环中，可以是三向螺线管的隔离器控制器504通过经由电 连接512向真空泵208发信号来使真空泵208停止。同时，隔离器控制器504通过经由电 连接510向净化泵206发送信号来控制净化泵206接入。当发送这些信号时，不是由真空 泵208经由空气取样装置216a、216b、216c、……,216η和空气管508抽取空气，而是由净 化泵206经由空气取样装置216a、216b、216c、……,216η和空气管220代替抽取空气。因 而，在空气取样循环期间，将空气流引到真空泵208，而关闭净化路径。在净化循环期间，作 相反行为，由此将空气流引到净化泵206，而关闭空气取样路径。尽管隔离器控制器504优选关联多达10个单独的端口 308和对应的空气取样装 置216，但是图5仅示出了 一个端口 /空气取样装置。在任何取样循环期间，防止控制器202 开启净化循环。然而，一旦每个空气取样装置216的空气取样循环完成，控制器202就设置 为净化模式。隔离器控制器504端口均具有将在净化循环期间收集的空气引导至净化出口 222(如图2所最佳示出)的专用螺线管(未示出)。图6是根据本发明的一个实施方式用图示说明了隔离器控制器逻辑的工序流程 图。在步骤602中，工序使能空气取样循环，这是系统的正常操作。在步骤604中，隔离器 控制器504检查真空泵208是否接通。如果真空泵208接通，则净化泵206必需断开，因为 隔离器控制器504在任一时间仅能够使能真空泵208或净化泵206。如果真空泵208没有 接通，则在步骤606中接通真空泵208。这可以基于预编程的时间或操作自动地完成，或者 通过在远程计算机210或本地触摸板214处输入命令而手动完成。在步骤608中，隔离器控制器504保持真空泵208接通。在步骤610中，隔离器控 制器504检查以确定净化循环是否应该继续禁用。如是，则工序返回步骤604并且取样循 环继续。一旦隔离器控制器504接收来自控制器202的进入净化循环的信号，在步骤612 中，隔离器控制器504开始净化循环。在净化循环结束时，隔离器控制器504在步骤604返 回空气取样循环，或者可能关掉系统直至下个空气取样系统开始。通常，净化循环将运行直 至下一空气取样循环被安排，其可以是，例如，每M小时一次。在一些清洁室102中，诸如 100级清洁室，可能不必要在正没有执行空气取样循环的时间期间内运行净化循环。通过与SCADA (典型地由个人计算机操作)或可编程的逻辑控制器连接的隔离器印刷电路板(未示 出)，实现隔离器控制器逻辑。该电路板去除了设施电压系统与本发明的电力系统的连接。螺线管电路板位于控制器202中，并且能够连接至SCADA或者连接至可编程的逻 辑控制器系统。可以在触摸板214处输入所有命令和进行所有观察。系统200的无线和隔 离特征可以在连接至控制器202的三个接口中的任一个上实施。例如，当无线面板接收到 开始空气取样循环的命令时，触摸板214、控制器202和计算机210均将观察进行中的空气 取样循环。再例如，当检测到空气流量误差时，控制器202可以将特定端口 308中检测到的 误差播送至触摸板214和计算机210(或者连接至系统200的可能使用的任何其它输入/ 输出装置)。净化循环包括经由空气取样装置216a、216b、216c、……、216n和空气管220，将水 蒸汽、过氧化氢或其它蒸汽/气体注入空气流中。当净化循环开始时，这可以通过在一个或 多个隔离器腔室514中隔离空气取样装置216a、216b、216c、……,216η,以及将净化气体 流以流速％引入该腔室流速来完成。隔离器腔室514没有或不允许封闭空间内的任何人 体接触。用于净化和除污空气管的其它技术在现有技术中众所周知。涉及制药操作的本系 统的用户将期望在任何原料药混合之前以及着手罐装和封装操作之前，清洁各系统部件。 本发明的净化模式允许直接连接至隔离器的管的灭菌。净化蒸汽/气体离开隔离器控制器 504。在隔离净化循环期间，流经空气管508的空气可以由气体调节装置516调节，该气体 调节装置516可以包括微粒过滤器(未示出)、有机吸附剂、活性碳、气液分离罐、旋风分离 器或其它物质或装置，或物质和装置的组合。现在转到图7，其中示出根据本发明的一个方面的触摸板214的方块图。如前所 述，触摸板214可以是静止的壁装装置，或者其可以是便携式的并且适于位于清洁室102的 工作区域内的，诸如工作台，的任何平面上。触摸板214是用于空气取样/监测系统200的 人性化接口输出/输出装置。其远程控制位于清洁室102外部的控制器202。该设计从清 洁室102的无菌区域移除了系统的大多数电子部件，包括系统电源、流量开关线路和其它 电子部件。触摸板214的电子部件被密封在装置内，使得装置可以像清洁室102的其它部 分一样进行消毒。触摸板214允许用户开始、停止、编程和监测在清洁室102内的空气取样和净化循 环。其还允许用户中断空气取样循环、当空气取样循环完成时收听可听的信号或者观察可 视信号、如果在空气取样循环期间检测到空气流量误差，则允许用户观察空气流量误差并 且激活警报。例如，当系统检测到高于或低于预编程的设定点流速Icfm的空气流量误差 时，可以产生可视信号。可视信号可以使一个或多个发光二极管(LED)发光，以向用户提供 可视警报。启动/中断印刷电路板(未示出)控制定时器402(见图4)的运行和中断输入。开始信号是从触摸板214或定时器402 (与端口中的一个308相关联)到控制 器202的输入，该信号将开启控制202硬件中的取样循环。当控制器202上的单独的端口 308a、308b、308c、……、308n接收到开始信号时，控制器202将通过控制隔离器控制器504 来开始取样循环。控制器202然后通知触摸板214 取样循环指令信号已经发出。中断信号被输入到控制器202，停止已经在进程中的取样循环。当控制器202的单 独的端口 308a、308b、308c、……、308n接收到中断信号时，控制器202将通过控制隔离器 控制器504来指示触摸板214。控制器202然后通知触摸板214 取样循环指令信号已经停止。当取样循环处于进程中时，控制器202的单独的端口 308a、308b、308c、……,308η 将指示触摸板214和，如必要的话，指示SCADA接口 410(以与独自的设施系统通信)取样 循环在进程中，并且该信号将在取样持续时间的剩余时间内保持起作用。当单独的端口 308a、308b、308c、……、308n处于取样循环中并且检测到空气流缺 乏时，控制器202将向正取样的端口播送Icfm误差。对于该端口，在取样循环期间，输入到 SCADA系统的电力将从起作用转变到不起作用，并且在取样循环的持续时间内继续接通/ 断开，直到Icfm误差被去除。触摸板214包括显示器702。显示器702包括用于使触摸板214和与触摸板214 连接的控制器202上的单独的端口 308a、308b、308c、……、308n通电的开关。一个或多个 发光二极管提供触摸板214已经激活以及真空泵208接通的视觉确认。显示器702适于显 示准确的流速信息，而无论空气的成分(即，氮、氩和二氧化碳气体的量)如何。每个触摸板214均包括其自身的电源704，或者触摸板214可以通过电缆706 (与 图2中的电缆218相同)电连接至控制器202并且由控制器202供电，这向触摸板提供了 电压。触摸板214利用包含少于大约2瓦特的电力的屏蔽增压线。触摸板214可以包括向控制器202上的单独的端口 308a、308b、308c、……、308n 中的一个提供信号的电缆708，或者这可以是无线连接。触摸板214可以包括向控制器202 上的单独的端口 308a、308b、308c、……、308n中的一个提供信号的第二电缆710，或者这也 可以是无线连接。将触摸板214连接至控制器202上的单独的端口 308a、308b、308c、……、 308η的电缆的数量将取决于触摸板214正控制的端口的数量。现在转到图8，其中示出根据本发明的另一实施方式的用在清洁室102中的空气 取样/监测系统800的方块图。空气取样/监测系统800包括空气取样装置802、控制器 804、基础模块806和控制面板808。图8中的空气取样装置802被示出为位于空气层流罩或隔离腔室810中，其可以 包括高效颗粒空气(HEPA)过滤器(未示出)。空气取样装置802和控制器804提供在可以 根据需要放置在清洁室102中或者清洁室102外的单个便携式装置内。控制器804可以包括独立空气取样泵818。空气取样装置802使用大约7英尺或 7英尺以下的真空管如图所示地连接至控制器804。控制器804的特征与图3有关描述的 上述特征类似。例如，控制器804在空气取样循环期间提供Icfm空气流量误差检测，并且 其易于连接至设施的SCADA。基础模块806电连接至控制器804和空气取样装置802，或者使用接收器/发送器 812经由网络814无线连接至控制器804。典型地固定在空气取样装置802附近的位置处 的基础模块806，使用接收器/发送器812，通过有线或无线网络816，在控制器804与控制 面板808之间发送信号。因而，可以是可壁装式的面板808经由控制器804为用户提供空 气取样装置802的输入/输出控制。因为图8中的构造是无线的，所述空气取样/监测系 统800不需要为电缆或空气管安排路线而穿透任何壁、天花板或地板。因而，安装成本比前 述的其它实施方式少很多。虽然，这里已经明确描述了所公开的发明的目前看来是优选的特定实施方式，但 是对本发明所属领域的技术人员将是明白的，可以对这里示出和描述的各实施方式作改变和变型，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明旨在仅受所附权利要求书所要求的范 围和适用的法律法规的限制。
权利要求
1.一种用于从设施内的受控环境收集一定量的空气的方法，包括如下步骤 在所述受控环境内提供至少一个空气取样装置；在所述受控环境外提供与所述至少一个空气取样装置成流体连通的第一空气取样控 制器端口 ；在所述受控环境内提供与所述第一空气取样控制器端口无线通信的至少一个触摸板 控制器；提供与所述第一空气取样控制器端口成流体连通的真空源；从所述至少一个触摸板向所述第一控制器端口传递信号，以控制所述源以实际流速通 过所述至少一个空气取样装置抽取预定量的空气；当已收集到所述预定量的空气时，或者当通过所述至少一个空气取样装置的流速低于 或者高于编程值时，输出信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括 鉴别所述一定量的空气中的污染物的量。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括 计算所述受控环境中的污染物的浓度。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括提供与所述第一空气取样控制器端口成流体连通的净化真空源； 使所述至少一个空气取样装置与所述受控环境隔离；从所述至少一个触摸板向所述净化真空源传递信号，以通过所述至少一个空气取样装 置抽取预定量的流体，其中，所述流体是气体、蒸汽或气体和蒸汽的组合；以及，当已收集到所述预定量的流体时，或者当通过所述至少一个空气取样装置的流速低于 或者高于编程值时，输出信号。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括如果所述实际流速偏离预编程的流速，则输出警报信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述受控环境内的可工作地连接至所述触摸 板的基站传送所述无线信号。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一空气取样控制器端口包括用于将所述 实际流速维持在所述预编程值的大约士3%之内的流量开关电路。
8.一种用于控制流体的流速的方法，所述流体收集自设施内的受控环境，所述方法包 括如下步骤在所述受控环境外提供与所述受控环境内的至少一个空气取样装置成流体连通的第 一空气取样控制器端口，所述控制器端口包括定时器电路和流速控制电路； 从所述定时器电路向螺线管输出信号，以启动真空泵循环；在所述流速控制电路处接收代表流经所述控制器端口的流体的信号，以确定所述流体 的流速，其中，所述流体是气体、蒸汽、微粒物质中的一种或者是气体、蒸汽和微粒物质的组 合；以及当已经过了预定时间段时，从所述定时器电路向所述螺线管输出信号，以停止所述真 空泵循环。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括如果流经所述控制器端口的流体偏离预编程的流速，则从所述流速控制电路输出警报。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括将流经所述控制器端口的流体的速率调整到在所述预编程流速的大约士 3%之内。
11.一种用于收集设施内的受控环境中一定量的空气的取样系统，包括位于所述受控环境外的控制器，所述控制器包括定时器电路、用于提供流体流量的流 速电路、流量开关、电源和与位于所述受控环境内的至少一个空气取样装置成流体连通的 管端口，其中，所述流速电路控制所述流量开关并且将所述流体流量维持在大约为预编程 的流速值；与所述空气流量开关成流体连通的真空泵；以及无线地连接至所述控制器的触摸板，其中，所述触摸板包括通信装置，所述通信装置用 于向所述控制器发送开始信号以收集所述一定量的空气，并且在已经收集到所述一定量的 空气时，向所述控制器发送停止信号。
12.根据权利要求11所述的空气取样系统，还包括净化泵和隔离腔室。
13.根据权利要求11所述的空气取样系统，其中，所述预编程的流速是大约lcfm。
14.根据权利要求11所述的空气取样系统，其中，所述流速电路将流体流量维持在所 述预编程的流速值的大约士3%之内。
15.根据权利要求11所述的空气取样系统，还包括所述控制器上的接口，用于将所述 控制器连接至数据收集装置。
16.根据权利要求11所述的空气取样系统，还包括连接在所述管端口和所述至少一个 空气取样装置之间的真空管。
17.一种用于确定设施内的受控环境中污染物的量的取样系统，包括控制器，包括多个端口，每个端口均包括定时器电路、流速电路、流量开关和真空管；多个空气取样装置，位于所述受控环境内，每一个所述空气取样装置均经由所述真空 管连接至所述多个端口中的一个；真空泵，与所述空气流量开关中的每一个成流体连通；净化泵，与所述空气流量开关中的每一个成流体连通；触摸板，连接至所述多个端口中的至少一个并且控制着连接至所述至少一个端口的所 述空气取样装置。
18.根据权利要求17所述的空气取样系统，其中，所述流速电路控制所述流量开关，并 且将通过所述真空管的流体流量维持在大约lcfm。
19.根据权利要求17所述的空气取样系统，其中，基站，其中，所述基站包括用于从所 述触摸板向所述控制器无线地发送开始和停止信号的通信装置。
20.根据权利要求17所述的空气取样系统，还包括隔离腔室。
21.根据权利要求17所述的空气取样系统，其中，所述流速电路将所述流体流量维持 在大约Icfm的大约士3%之内。
22.根据权利要求17所述的空气取样系统，还包括所述控制器上的接口，用于将所述 控制器连接至数据收集装置。
全文摘要
一种用于确定设施内的受控环境中的污染物的量的取样系统，控制器具有多个端口，每个端口均具有定时器电路、流速电路、流量开关和真空管，其中，流速电路控制流量开关，并且将通过真空管的流体流量维持在大约1cfm。所述系统还包括位于受控环境内的多个空气取样装置，每一个空气取样装置均经由真空管连接至多个端口中的一个端口。触摸板输入/输出装置连接至基站，其中，基站包括用于从触摸板向控制器无线地发送开始和停止信号的通信装置。
文档编号G01N1/26GK102066897SQ200980111818
公开日2011年5月18日 申请日期2009年2月5日 优先权日2008年2月7日
发明者罗萨里奥·卡利奥 申请人:威尔泰克联合股份有限公司