专利名称：纳米粒子检测器的制作方法
纳米粒子检测器背景提供以下描述以帮助读者理解。所提供的信息或所引用的参考文献都不意味着被承认是现有技术。不仅在工业和实验室环境中，而且在公众的日常生活空间中，在空气中通常发现有害的粒子和污染物。因此，很多国家、自治地区和政府要求特定的监控和空气质量报告，以提高公众的意识和安全。在工业环境中，可能需要空气污染的监控和处理用于在产生危险物质或包括这种危险物质的活动中涉及的工人的安全。空气污染物的监控还具有重要的私人应用；例如，在个人家庭中用于一氧化碳的检测和在化学或生物恐怖袭击事件中由个人使用。用于这样的有害粒子和污染物的传统检测系统通常设计用于在工业和实验室环境中使用，并且，像这样，传统上是非常昂贵的并且在尺寸上巨大。具有小尺寸和增加的效率的更加可负担得起的空气监控器件比更加昂贵的具有更大尺寸和更大低效性的器件要有益得多。紧凑的器件尺寸使得监控器件可以在不允许大器件尺寸的应用中使用。例如，监控器件在小空间内的安置和监控器件在具有有限的空间的个人安全设备上的包含。有效的监控器件允许空气污染物的更快分析并且导致污染物水平的更快通告。然而，小监控器件通常在精确度和灵敏度方面不如传统的大的监控设备。此外，传统的监控设备通常十分昂贵，使得由个人广泛使用不切实际。概述本技术提供用于光学检测纳米粒子的示例方法，所述方法包括在纳米粒子收集器中收集空气并且使用光源使光通过所收集的空气传输。所述方法还包括在第一光接收元件处接收透射光的至少一部分并且基于透射光的散射性质检测空气内的粒子的特征。本技术还提供示例纳米粒子检测器，所述纳米粒子检测器包括纳米粒子收集器和光源，所述纳米粒子收集器配置为收集一定体积的包含粒子的空气并且所述光源配置为使光穿过所收集的一定体积的空气传输。示例纳米粒子检测器还包括第一光接收元件，所述第一光接收元件配置为接收透射光的至少一部分并且基于透射光的散射性质检测所收集的一定体积的空气内的粒子的特征。本技术还包括另一个示例的包括用于收集空气的装置和用于使光穿过所收集的空气传输的装置的纳米粒子检测器。所示例的纳米粒子检测器还包括用于接收透射光的装置和用于基于透射光的散射性质检测所收集的空气内的粒子的特征的装置。以上概述仅为了举例说明并且不意图以任何方式限制。除了上面描述的示例性方面、实施方案和特征之外，通过参考以下的附图和详述，其他方面、实施方案和特征将是显见的。附图简述由以下的描述和后附权利要求书，并结合附图，本公开的以上和其他特征将变得更加充分明显。应明白这些附图仅描绘根据本公开的数个实施方案，并且因此不应被认为是其范围的限制，本公开将通过使用附图而得以更加具体且详细地描述。
图1描述根据示例实施方案的纳米粒子监控器件。图2描述根据示例实施方案用于测量空气中的粒子的方法。图3描述根据示例实施方案的纳米粒子监控器件。图4描述根据示例实施方案用于测量空气中的粒子的方法。详述在以下详述中，参考形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，相似的符号典型地表示相似的组件。详述、附图和权利要求中描述的示例实施方案不意味着限定。可以采用其他实施方案，并且可以进行其他变化，而不脱离这里给出的主题的精神或范围。将容易地明白的是，可以将如本文一般性描述的，以及附图中示例的本公开的各方面排列、代替、组合，并且设计在宽范围的多种不同的构造中，其全部被明确地预期，并且构成本公开的一部分。传统的空气污染物监控器带有很多问题。这些包括，但是不限于，这种监控器传统的大尺寸和复杂性以及相关联的传统的空气监控器的昂贵。此外，传统的空气监控器的大尺寸和更大的复杂性限制了这种监控器的便携性。较小、更便携的空气监控器通常受到比更大、更复杂的监控器低的效率和灵敏度的困扰。本文描述的是用于使用节省成本的、紧凑的、灵敏的并且高效的监控器件监控空气内的粒子的示例系统。监控器件收集含有多种粒子的空气，发射穿过所收集的空气的光，并且基于所发射的光的散射性质检测所收集的空气中的粒子的尺寸和浓度。下面描述的监控器件和方法允许提高灵敏度和效率，同时减小相关的监控器件的尺寸和花费。图1描述根据示例实施方案的纳米粒子监控器件100。纳米粒子监控器件100包括配置为穿过在收集器120中收集的一定体积的空气传输入射光160的光源110。在一个实例实施方案中，光源110是输出具有660nm、589nm、468nm、440nm或45nm的波长的光的半导体激光器。在备选的实施方案中，光源Iio可以在备选的波长产生光并且光源110可以产生可以保持其方向性的任意种类的光。在一个可能的实施方案中，可以使用能够发射可见光的激光器。例如，激光器可以是钇铝石榴石(YAG)激光器、氦-氖(He-Ne)激光器、氩离子激光器或本领域技术人员已知的任意其他半导体激光器。更小的波长允许实现散射光的更多检测，从而提高监控器件的灵敏度和精度。可以将空气经由本领域技术人员已知的任何方法或器件如泵或风扇移入和移出收集器。例如，根据第一实施方案，泵或风扇可以位于第一光接收元件130附近并且可以配置为将空气移入和移出器件。根据这种实施方案，当进行测量时可以停止泵或风扇以在测量的过程中保持收集器120内的粒子的恒定数量。在备选的实施方案中，在不停止泵或风扇的情况下进行粒子的测量，从而允许实时监控。收集器120中的空气包含粒子180。当入射光160穿过收集器120中所收集的空气传输时，当它接触粒子180时一些光170被反向散射。入射光160的直径可以在数微米至10毫米的范围内。在一个实施方案中，收集器120具有比所传输的入射光160的直径大数倍的直径，以确保光不接触收集器120的表面。像这样，根据一个实施方案，收集器120具有比入射光160的直径大的直径和足够长以能够测量归因于被粒子180散射的透射光衰减的长度。收集器120的合适的长度依赖于监控器件100设计用于检测的最小粒径。例如，在一个实施方案中，收集器120具有IOcm的直径和350cm的长度以便检测具有5nm的最小直径的粒子。第一光接收元件130接收成功地通过在收集器120中收集的空气的入射光160。在一个实施方案中，第一光接收元件130位于收集器120的表面上。在备选的实施方案中，第一光接收元件130可以位于收集器120的外部并且可以接收完全通过收集器120之后的所传输的入射光160。第二光接收元件140接收反向散射光170。光纤150捕获反向散射光170并且提供光路，反向散射光170通过所述光路传输至光接收元件140。在备选的实施方案中，第二光接收元件140位于收集器120的表面处，并且纳米粒子监控器件100包括棱镜，所述棱镜配置为改变反向散射光的光路以将其引导至第二光接收元件140。根据这样的实施方案，在纳米粒子监控器件100中不包括光纤150。在一个实施方案中，光接收元件130和光接收元件140包括雪崩光电二极管或电荷耦合器件。纳米粒子监控器件100还包括配置为在光接收元件140接收反向散射光之前增加反向散射光170的强度的透镜190。使用在光接收元件130和140处接收的入射光160和反向散射光170的量以基于从反向散射光170的量测定的动态光散射曲线测定粒子180的尺寸，并且基于入射光160的衰减因子测定粒子180的浓度。使用如下所示的瑞利散射模型构造动态光散射曲线并且计算粒子180的尺寸和浓度:
权利要求
1.一种用于光学检测纳米粒子的方法，所述方法包括: 在纳米粒子收集器中收集空气； 使用光源穿过所述空气传输光； 在第一光接收元件处接收透射光的至少一部分；以及 基于所述透射光的散射性质检测所述空气内的纳米粒子的特征。
2.权利要求1所述的方法，其中所述检测所述空气内的纳米粒子的特征包括:基于从所述透射光反向散射的反向散射光的量测定一种或多种所述纳米粒子的尺寸。
3.权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括使用透镜增加所述反向散射光的强度，并且其中所述透镜安置在所述纳米粒子收集器与所述第一光接收元件之间。
4.在前权利要求中的任一项所述的方法，其中所述检测所述空气内的纳米粒子的特征包括:基于所述透射光的衰减因子测定所述纳米粒子的浓度。
5.在前权利要求中的任一项所述的方法，所述方法还包括: 在第二光接收元件处接收反向散射光； 基于所述反向散射光检测一种或多种所述纳米粒子的尺寸；并且 基于所述透射光的衰减因子检测所述纳米粒子的浓度。
6.在前权利要求中的任一项所述的方法，所述方法还包括:通过将所述透射光反射离开两个以上反射镜使所述透射光沿所述光源与所述第一光接收元件之间的光引导路径通过。
7.一种纳米粒子检测器，所述纳米粒子检测器包括: 纳米粒子收集器，所述纳米粒子收集器配置为收集一定体积的包含纳米粒子的空气； 光源，所述光源配置为使光穿过所述一定体积的空气传输； 第一光接收元件，所述第一光接收元件配置为接收所述透射光的至少一部分并且检测所述透射光的散射性质；以及 处理器，所述处理器配置为基于在所述第一光接收元件处检测的所述透射光的所述散射性质检测所述一定体积的空气内的所述纳米粒子的特征。
8.权利要求7所述的纳米粒子检测器，其中所述特征的至少一个是一种或多种所述纳米粒子的尺寸，并且其中所述处理器进一步配置为基于从所述透射光反向散射的反向散射光的量测定所述的一种或多种所述纳米粒子的尺寸。
9.权利要求7或8中的任一项所述的纳米粒子检测器，所述纳米粒子检测器还包括配置为增加所述反向散射光的强度的透镜，其中所述透镜安置在所述纳米粒子收集器与所述第一光接收元件之间。
10.权利要求7-9中的任一项所述的纳米粒子检测器，所述纳米粒子检测器还包括安置在所述纳米粒子检测器与所述第一光接收元件之间的光纤，其中所述光纤配置为捕获所述反向散射光并且将所述反向散射光传输至所述第一光接收元件。
11.权利要求8-10中的任一项所述的纳米粒子检测器，其中所述一种或多种纳米粒子的尺寸根据基于所述反向散射光的动态光散射曲线测定。
12.权利要求7-11中的任一项所述的纳米粒子检测器，其中所述特征的至少一个是所述一定体积的空气内的所述纳米 粒子的浓度，并且其中所述浓度基于由所述第一光接收元件所检测的所述透射光的衰减因子测定。
13.权利要求7-12中的任一项所述的纳米粒子检测器，其中所述光源是半导体激光器，并且其中所述第一光接收元件是雪崩光电二极管或电荷耦合器件。
14.权利要求7-13中的任一项所述的纳米粒子检测器，所述纳米粒子检测器还包括第二光接收元件，所述第二光接收元件配置为接收反向散射光，并且其中所述处理器进一步配置为基于所述反向散射光检测一种或多种所述纳米粒子的尺寸并且基于所述透射光的所述至少一部分的衰减因子检测所述纳米粒子的浓度。
15.权利要 求7-14中的任一项所述的纳米粒子检测器，其中所述纳米粒子收集器包括配置为沿光引导路径反射所述透射光的两个以上反射镜。
全文摘要
本技术提供一种纳米粒子检测器，所述纳米粒子检测器包括纳米粒子收集器和光源，所述纳米粒子收集器配置为收集一定体积的包含纳米粒子的空气，所述光源配置为使光穿过所述一定体积的空气传输。所述的纳米粒子检测器还包括第一光接收元件，所述第一光接收元件配置为接收透射光的至少一部分并且基于所述透射光的散射性质检测所述一定体积的空气内的所述纳米粒子的特征。
文档编号G01N15/02GK103189734SQ201080069836
公开日2013年7月3日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者福井俊巳 申请人:英派尔科技开发有限公司