器主体220内部或者加热器主体220的前部的嵌入式热电偶(未示出)允许温度测量。
[0020]聚焦的颗粒束可以进入孔160并被接收到收集外壳170中。如图3-5中所示，收集外壳170包括几个基本上平滑的内表面250、260、270，聚焦的颗粒束的颗粒碰撞在所述表面上，并且其一部分弹起(例如，反弹)。内表面250、260、270被布置成根据具体情况在颗粒被蒸发或停止移动之前促进多次碰撞并且最小化颗粒通过孔160溢出的可能性。几何形状可以用来以类似于光学领域中的累计球的方式(其将光分布在所有角度上)将颗粒基本上均等地分布到内表面250、260、270上的所有点。
[0021 ]在所描绘的实例中，第一内表面250被定位成接收颗粒的最初碰撞。第一内表面250以与颗粒捕捉装置140的主轴线J-J成锐角(且由此以与聚焦的颗粒束的轨迹成锐角)定向，从而使得最初碰撞(呈现镜面反射)减少颗粒的动量，但是保持颗粒的向前速度矢量分量的方向。也就是说，该定向使得颗粒进一步弹起(呈现镜面反射)到收集外壳170中而非朝向孔160。优选地，主轴线J-J(和颗粒束轨迹)与第一内表面250之间的角度小于30°。更窄的角度可能导致更高效但是更大的颗粒捕捉装置140。在一个实施方式中，主轴线J-J(和颗粒束轨迹)与第一表面250之间的角度为16°。第一表面250可以具有基本上圆锥形的形状，其具有16°的顶角。
[0022]第二内表面260以与第一内表面250成锐角定向，并且被配置成接收下一次碰撞(呈现镜面反射)。该定向再次使得颗粒进一步弹起(呈现镜面反射)到收集外壳170中而非朝向孔160。在一个实施方式中，第二内表面260平行于主轴线J-J，从而使得第二内表面260与第一内表面之间的角度也为16°。第二内表面260可以具有基本上圆柱形的形状。
[0023]颗粒可以在第一内表面250与第二内表面260之间重复地弹起，并且可以最终遭遇第三内表面270。第三内表面270以相对于第二内表面260成锐角定向，并且被配置成保留在朝向孔160的方向上移动的颗粒。在一个实施方式中，第二内表面260与第三内表面270之间的角度为14°。第三内表面270可以被基本上地成形为截头圆锥形，在其顶点处具有孔160。
[0024]应理解，镜面反射是理想化的状况，并且即使在基本上平滑的表面的情况下，颗粒在它们如何反弹方面也呈现出一些变化。尽管有此变化，示例性颗粒捕捉装置140的示例性几何形状也可以最小化溢出的颗粒数量。参照图6中所示的单个颗粒轨迹60的射线跟踪模型，可以看出颗粒有可能在其进入收集外壳170之后经历多次碰撞并且最终被蒸发或停止移动。
[0025]如以上所提及，作为特定几何形状的替代或添加，可以使用收集外壳170的一个或多个内表面的表面性质来促进多次碰撞。当将表面粗糙度引入到一个或多个内表面中时，碰撞的颗粒可能经历更随机的反射，从而使得漫反射占优势。表面粗糙度可以通过添加有刺铁丝网(例如，铁丝式“鸟巢”)、由多孔材料构造表面(例如，提供凹处和裂缝)、添加由纳米技术过程或蚀刻过程制成的微米级或纳米级网格或者增加表面粗糙度的一些其他方式来引入。表面粗糙度以及由其产生的漫反射可以与特定几何形状一起用来提高颗粒收集效率。然而，在一些情况下，漫反射也可能限制颗粒收集效率并且被证明是不需要的。
[0026]虽然以上描述论述本公开的各种示例性实施例，但是应显而易见的是，在不脱离本公开的预期精神和范围的情况下，可以进行若干修改和/或添加。
[0027]例如，虽然以上论述颗粒装置140可以用于设计成测量细微大气悬浮微粒的示例性悬浮微粒分析器100中，但是应理解，此装置140也可以用于多种其他类型的仪器中，包括测量来自非大气源的颗粒的其他颗粒测量仪器。这些颗粒测量仪器可能缺乏示例性悬浮微粒分析器100的一些能力，例如根据颗粒尺寸产生结果的能力，并且可能具有除示例性悬浮微粒分析器100的能力以外的额外能力。
[0028]另外，虽然以上论述某些材料(诸如钼和钨)和某些形状(诸如圆柱形、圆锥形和截头圆锥形)，但是应理解，颗粒捕捉装置140并且具体来说收集外壳170可以由多种不同的材料构成并且以适用于本文描述的目标的多种不同的形状形成。通常，应理解，意欲仅通过实例来进行以上描述。权利要求如附随文件所述。
【主权项】
1.一种用于在仪器中捕捉微米和/或亚微米尺寸的颗粒的颗粒捕捉装置，包括: 孔，包括微米和/或亚微米颗粒的聚焦的颗粒束通过所述孔进入所述颗粒捕捉装置，所述孔的边界之间的区域限定入口面积；以及 收集外壳，所述收集外壳联接到所述孔并且聚焦的颗粒束被接收到所述收集外壳中，所述收集外壳具有一个或多个内表面，颗粒多次碰撞在一个或多个内表面上直到颗粒被蒸发或者停止移动以用于随后蒸发，颗粒碰撞在其上的一个或多个内表面的表面积限定内部碰撞面积， 其中所述内部碰撞面积与所述入口面积的比率大于1:1。2.如权利要求1所述的颗粒捕捉装置，其中所述内部碰撞面积与所述入口面积的比率大于20:1。3.如权利要求1所述的颗粒捕捉装置，其中所述颗粒捕捉装置操作为颗粒捕捉蒸发器，所述颗粒捕捉装置进一步包括: 配置成在操作期间持续地加热所述收集外壳的温度控制元件， 其中颗粒碰撞多次直到颗粒被蒸发。4.如权利要求1所述的颗粒捕捉装置，其中所述颗粒捕捉装置操作为颗粒捕捉收集器，所述颗粒捕捉装置进一步包括: 配置成以受控的加热循环加热所述收集外壳的温度控制元件， 其中颗粒碰撞多次直到颗粒停止移动。5.如权利要求1所述的颗粒捕捉装置，其中所述孔既是入口孔也是出口孔，从而使得通过相同的孔，聚焦的颗粒束进入所述收集外壳并且蒸发的颗粒离开所述收集外壳。6.如权利要求1所述的颗粒捕捉装置，其中所述一个或多个内表面各自是基本上平滑的表面。7.如权利要求1所述的颗粒捕捉装置，其中所述一个或多个内表面是以促进多次碰撞的几何形状布置的多个内表面。8.如权利要求7所述的颗粒捕捉装置，其中所述几何形状基本上均等地将颗粒分布到多个内表面上的所有点。9.如权利要求7所述的颗粒捕捉装置，其中布置成几何形状的多个内表面包括布置在聚焦的颗粒束的轨迹中以接收颗粒的最初碰撞的第一内表面，第一内表面以相对于所述轨迹成锐角定向。10.如权利要求7所述的颗粒捕捉装置，其中所述几何形状包括: 布置在聚焦的颗粒束的轨迹中以接收颗粒的最初碰撞的第一内表面，第一内表面以相对于所述轨迹成第一锐角定向； 以相对于第一内表面成第二锐角定向的第二内表面；以及 以相对于第二内表面成第三锐角定向的第三内表面。11.如权利要求10所述的颗粒捕捉装置，其中第一锐角和第二锐角是16°并且第三锐角是 14°。12.如权利要求1所述的颗粒捕捉装置，其中所述一个或多个内表面各自是粗糙的表面。13.如权利要求12所述的颗粒捕捉装置，其中所述一个或多个内表面包括以下各项中的一个或多个:带刺铁丝网、小孔或网格。14.一种用于在仪器中捕捉微米和/或亚微米尺寸的颗粒的颗粒捕捉装置，包括: 孔，包括微米和/或亚微米颗粒的聚焦的颗粒束通过所述孔进入所述颗粒捕捉装置； 收集外壳，所述收集外壳联接到所述孔并且聚焦的颗粒束被接收到所述收集外壳中，所述收集外壳具有多个内表面，所述多个内表面以使得离子碰撞多次直到颗粒被蒸发或停止移动以用于随后蒸发的几何形状布置，几何形状包括布置在聚焦的颗粒束的轨迹中以接收颗粒的最初碰撞的第一内表面，第一内表面以相对于所述轨迹成第一锐角定向；以及配置成加热和/或冷却所述收集外壳的温度控制元件。15.如权利要求14所述的颗粒捕捉装置，其中所述颗粒捕捉装置操作为颗粒捕捉蒸发器，并且所述温度控制元件被配置成在操作期间持续地加热所述收集外壳。16.如权利要求14所述的颗粒捕捉装置，其中所述颗粒捕捉装置操作为颗粒捕捉蒸发器，并且所述温度控制元件被配置成以受控的加热循环加热所述收集外壳。17.如权利要求14所述的颗粒捕捉装置，其中所述孔既是入口孔也是出口孔，从而使得通过相同的孔，聚焦的颗粒束进入所述收集外壳并且蒸发的颗粒离开所述收集外壳。18.如权利要求14所述的颗粒捕捉装置，其中所述几何形状进一步包括 以相对于第一内表面成第二锐角定向的第二内表面；以及 以相对于第二内表面成第三锐角定向的第三内表面。19.一种用于在仪器中捕捉微米和/或亚微米尺寸的颗粒的方法，包括: 使得包括微米和/或亚微米颗粒的聚焦的颗粒束通过孔传送到颗粒捕捉装置的收集外壳内； 使得颗粒与所述收集外壳的内表面碰撞多次，颗粒的第一次碰撞撞击在所述收集外壳的第一内表面上，所述第一次碰撞用于减少颗粒的动量但是保持颗粒的向前速度矢量分量；以及 加热所述收集外壳以蒸发颗粒。20.如权利要求19所述的方法，其进一步包括: 通过与聚焦的颗粒束进入所述收集外壳的孔相同的孔，从所述收集外壳移除蒸发的颗粒。
【专利摘要】在示例性实施例中，悬浮微粒分析器和其他颗粒测量仪器中的颗粒收集效率通过颗粒捕捉装置来提高，所述颗粒捕捉装置使用多次碰撞来减少颗粒的动量直到颗粒被收集（例如，蒸发或停止移动）。颗粒收集装置包括聚焦颗粒束通过其进入的孔。收集外壳联接到孔并且具有一个或多个内表面，聚焦的颗粒束碰撞到一个或多个内表面上。在收集外壳中使用一个或多个特征以促进颗粒在外壳内碰撞多次，并且由此被蒸发或停止移动，而非通过孔溢出。
【IPC分类】G01N1/22, G01N15/00
【公开号】CN105518435
【申请号】CN201480037453
【发明人】J.T.杰恩, D.R.沃尔斯诺普
【申请人】重航空器研究公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年7月14日
【公告号】EP3030878A1, US9267869, US20150040689, WO2015020758A1