专利名称：：病原体和颗粒的检测系统和方法
技术领域：
：本发明一般涉及一种用于检测气悬颗粒或水悬颗粒的系统和方法，以及更尤其涉及一种用于检测气悬颗粒或水悬颗粒及通过大小分类该测得颗粒的系统和方法。本发明在检测和通过大小分类过敏原和生物战争药剂方面具有特殊用途，以下将结合该用途来说明本发明，但本发明也可具有其它的用途。
背景技术：
：包含释放诸如炭疽杆菌(anthrax)等生物战剂的都市恐怖攻击行为目前已成为值得关注的问题。武器性炭疽菌孢子由于可进入人类肺部而具有极高的危险性。对于人类而言，炭疽菌孢子的致死吸入剂量LD50(足以杀死50。/。暴露者的致死剂量)约为2,500至50,000个孢子，参阅T.V.Inglesby等人在1999年标题为"生物武器的炭疽菌"，JAMA第281巻第1735页,的发表文献。一些其它可能的武器性生物制剂为耶尔森氏杆菌(鼠疫)、肉毒梭状芽孢杆菌(肉毒中毒)以及土拉弗朗西斯菌(francisellatularensis)。鉴于此种潜在性的威胁，目前亟需一种能检测此类攻击的早期预警系统。激光颗粒计数器是已知的检测工具，其引导激光光线通过一样本，并检测和分析通过该样本的光线以检测来自样本内颗粒的散射光。现有的设计用于检测散射光的检测器或颗粒计数器的一个问题在于必需从入射照明光源信号中萃取出散射信号。此包含从噪声极多的背景(来自激光光源的炫光)中检测一弱信号(来自细颗粒的散射光)。此特性为长久以来造成激光颗粒计数器的仪器检测困难的主要原因。传统上设计的激光颗粒计数器运用高价和精细的装置以降低来自激光光源的眩光以及从大量背景噪声中测量颗粒散射光，因而使计数器变得极为脆弱和昂贵。目前，传统上设计的激光颗粒计数器均极脆弱和昂贵，因此不适用于此应用用途中。用于激光颗粒计数的传统技术包括测量颗粒速度并推算出大小信息的激光多普斷Doppler)法、测定颗粒通过一感应区所需时间的瞬时时间法(transienttimemethod)以及仅能够测定小颗粒的广角多传感器设计。在T.H.Jeys等人于1998年在Proc.IRISActiveSystems期刊第1巻第235页中叙述一种利用脉冲紫外线(UV)激光的激光诱发荧光的生物传感器。此生物传感器能够检测每升空气中5个颗粒的气雾浓度，但其造价极为昂贵并且脆弱。其它颗粒计数器由奥勒冈州GrantsPass市的MetOneInstrument有限公司、Colorado的Boulder市的ParticleMeasurementSystems有限公司，以及加州Anaheim市的Terra国际股份有限公司制造。基于设计上的关系，这些颗粒计数器的构造需要极精密的光学对准及极为敏感的传感器和电子仪器。这些产品均朝向实验室使用的方向发展并且花费数千美元用于单一元件。因此，不适合作为现场使用的检测器，也不适合作为专用于生物战药剂检测的设计。己设计出可检测流体悬浮过敏原颗粒的各种检测器，其可在当检测到空气样本中颗粒数目超过一预设最小值时对敏感者提出警告。这些检测均描述于Hamburger等人的美国专利案No.5,646,597、No.5,969,622、No.5,986,555、No.6,008,729和No.6,087,947号中。这些检测器均包含引导一光束通过一环境空气样本，使得部分光束将被空气中的任何颗粒所散射，用于传输仅在对应于预设过敏原大小范围的预定角度范围中散射的光的光束阻挡装置，以及一用于检测该传输光线的检测器。该检测器所测得的光线若超过一预定值时，则启动一警报。这些检测器虽然根据是否存在有过敏原颗粒足以用于提供警告指示，但是其并不适合用于现场的布署并且不符合作为检测生物战药剂的病原检测器的更严格需求。
发明内容本发明提供一种改良的病原和颗粒检测的系统和方法。更明确而言，本发明发展出一种完全利用非弹性散射强度(即来自颗粒的荧光)的独特角度分布模式的新颖荧光信号收集方法。理论上和实验上均己证明颗粒的非弹性散射在后向(最强)和前向(第二强)方向上具有较佳的强度角度分布(参考文献1"Backward-enhancedfluorescencefromclustersofmicrospheresandparticlesoftryptophan"Yong-LePan等人，Appl.Opt.第41巻,第2994页，2002;参考文献2"Angle-andsize^dependentcharacteristicsofincoherentRamanandfluorescentscatteringbymicrospheres，，IgorVeselovskiiAppl.Opt.第41巻，第5783页，2002。简言之，在一实施例中，该系统包括一用以提供具有光源波长的电磁辐射束的激发光源。如二色性分光镜等第一波长选择装置置于可受到电磁辐射光束照射的位置。第一波长选择装置可传送至少一部分任何具有光源波长的辐射以及反射其它波长的辐射。含颗粒的介质(medium)置于可被电磁辐射光束照射的位置。至少一部分电磁辐射光束在介质内被散射，该散射电磁辐射包括前向散射电磁辐射及后向散射电磁辐射。设置光检测器以收集前向和后向散射电磁辐射。本发明也可视为提供用于检测病原体及颗粒的方法。在这方面，此类方法的其中一实施例可大略摘要出下列步骤发射一电磁辐射光束；经由第一波长选择装置传送至少一部分的电磁辐射光束；以该部分电磁辐射光束照射含颗粒之介质，其中该颗粒以前向和后向方向散射该电磁辐射；以第一波长选择装置反射至少一部分该后向散射电磁辐射；以及，在第一光学检测器收集至少一部分该前向和后向散射电磁辐射，从而测定出于前向和后向方向散射该电磁辐射之颗粒的尺寸。在检视下列附图和详细说明之后，本领域普通技术人员将可更清础了解本发明的其它系统、方法、特征及优点。本发明的其它此类系统、方法、特征和优点均属于本说明书内容及本发明范围内，并且受到后附权利要求书的保护。参考下列附图可更加了解本发明的多种方案。附图内的部件并不需依照比例绘制，而是强调能够清楚图解本发明的原理。此外，在附图中，在该整个附图中均以相同组件符号来代表相对应的部件。图1是根据本发明第三示例性实施方式的用于一流体悬浮颗粒检测系统的光学系统；图2是根据本发明的第三示例性实施方式并且结合图1的光学系统的颗粒检测系统方块图；图3是根据本发明的第四示例性实施方式的用于一流体悬浮颗粒检测系统701的光学系统；图4是根据本发明的第三示例性实施方式并且结合图3的光学系统的颗粒检测系统方块图；图5是米氏散射截面与颗粒半径的关系图；图6是根据本发明的第四示例性实施方式，由模拟数字转换器、窗口比较器电路和控制输出显示器所构成的脉波高度测量电路的方块图；图7是根据本发明的第四示例性实施方式的模拟数字转换器示意图；图7A是根据本发明的第四示例性实施方式，模拟数字转换器在各点的输出的图解说明；图8为说明粒径分布柱状图的范例；图9示出四种代谢物的荧光发光光谱。具体实施方式图1显示用于根据本发明的第一示例性实施方式的流体悬浮颗粒检测器系统中的光学系统。该系统的第一示例性实施方式特别是有关于用来检测恐怖分子或他人有意散播的气悬或水悬性生化恐怖战剂，但也可用于都市设施以检测可能存在于自然界如霉菌或细菌或是如食品和制造工厂等其它工业设施意外、不慎、自然或刻意释出有害浓度的其它气悬或水悬颗粒，以及用于室内清净的用途被。术语"流体传播颗粒(fluidborneparticles)"—词在此处意指经由空气和水传播的颗粒。术语"病原体"一词在此处指任何经由空气或水媒介的颗粒、生物制剂或毒素，若其在空气或水源中存在足够量时可能造成暴露于这些颗粒的人类潜在性的伤害或甚至死亡。此处"生物制剂(biologicalagent)"定义为任何的微生物、病原体或感染物质、毒素、生物毒素，或不论来源或制造方法经由任何此类微生物、病原体或感染物质所产生的任何天然、生物工程或合成成分。此类生物制剂包括例如生物毒素、细菌、病毒、立克次氏体、孢子、真菌和原虫，以及本领域中公知的其它任何病原体。"生物毒素"为活体植物、动物或微生物所产生或衍生出的毒性物质，但也可通过化学方法制造或改造。然而，毒素通常由宿主生物所自然产生(即，贝类毒素由海藻所产生)，但实验室环境内已可制造出基因改造和/或合成制造的毒素。与微生物相较之下，毒素具有相对较简单的生化组成物并且无法自我繁殖。在许多方面，生物毒素可视为是一种化学剂。此类生物毒素为例如肉毒素和破伤风毒素、葡萄球菌肠毒素B、梭霉菌毒素、蓖麻毒素(ricin)、贝类毒素(saxitoxin)、志贺(Shiga)和类志贺毒素、树眼镜蛇毒素(dendrotoxins)、海蛇毒素-b(erabutoxin-b)以及其它己知的毒素。该检测系统的设计为检测空气或水传播的颗粒及产生显示例如检测样本内各种颗粒尺寸范围中的颗粒数目的输出値，以及显示该些颗粒是否为生物性或非生物性颗粒。该系统在颗粒数量在正常背景下超过一预定值和/或为可能造成危害的生物有机体或生物制剂时也可发出警告信号或其它反应。图1为用于根据本发明第一示例性实施方式的水悬颗粒检测系统的光学系统210。如图1所示，该光学系统210包括一激发光源212，用以提供具有一光源波长的电磁辐射光束214。在一个实施方式中，第一波长选择装置216包括一受到电磁辐射光束214所照射的二色分光镜(dichroicbeamsplitter)。该第一波长选择装置216构造为传送至少一部分任何具有该光源波长的辐射以及反射其它波长的辐射。该第一波长选择装置216可反射来自激发光源212的可能混附波(spuriousspectralemissions)。一部分电磁辐射光束214可被第一波长选择装置216反射朝向一功率监控检测器250。该功率监控检测器250可与激发光源212联系，以及视需要可作为维持该激发光源212恒定输出功率的反馈回路中的一部分。可通过功率监控透镜256来集中被第一波长选择装置216所反射朝向功率监控检测器250的部分电磁辐射光束214。含颗粒220的介质218置于可被电磁辐射光束214照射的位置。至少一部分电磁辐射光束214成为在介质218内的散射电磁辐射。该散射电磁辐射包括前向散射电磁辐射222及后向散射电磁辐射224。第一光学检测器226置于可接收后向散射电磁辐射224的位置。该后向散射电磁辐射224可通过第-一波长选择装置216朝向光学检测器226被反射。第一波长选择装置216和光学检测器226之间可利用带通滤光器252以最小化来自电磁辐射光束214的任何背向散射光和/或用来选出准备测定的光谱的特定部分。第一波长选择装置216和光学检测器226之间可利用聚焦透镜254以聚焦朝向光学检测器226的后向散射电磁辐射224。如图1所示，可引导该前向散射电磁辐射222照射至第一光束阻挡透镜260。该第一光束阻挡透镜260可设计用于反射电磁辐射光束214中的非散射元素，以避免在光学检测器上产生眩光。第一光束阻挡透镜260具有附着于前表面用以反射电磁辐射光束214的非散射元素的材料，例如乙烯(vinyl)。第一光束阻挡透镜260的其它可能考虑事项己述于专利申请案序号No.11/193,204内，将其并入于本文中以供参照。该前向散射电磁辐射随后可被引导至第一光学组件262，其为一低通滤波器或类似第三示例性实施方式中的波长选择组件。第一光学组件262容许至少一部分前向散射电磁辐射222通过并反射掉一部分的前向散射电磁辐射222。更明确而言，该第一光学组件262可反射前向散射电磁辐射222的荧光信号部分，同时可让其余的前向散射电磁辐射222通过。第二光束阻挡透镜264可聚焦朝向颗粒检测器266的前向散射电磁辐射222的通过部分。该颗粒检测器266可为例如一用于测量该颗粒220的大小的光电二极管(photodiode)。可引导该前向散射电磁辐射222的反射荧光信号部分通过介质218而返回后被第一波长选择装置216反射朝向光学检测器226。在第一波长选择装置216和光学检测器226之间可使用聚焦透镜254来聚焦朝向光学检测器226的前向散射电磁辐射222的反射荧光信号部分。图2为根据本发明的第一示例性实施方式的颗粒检测系统的方块图，其纳入图1的光学系统210。该光学系统210包括引导电磁辐射光束214进入第一波长选择装置216的激发光源212。该电磁辐射光束214通过第一波长选择装置216进入介质218，并且一部分的电磁辐射光束214被后向散射至该第一光学检测器226，以及另一部分的电磁辐射光束214被前向散射朝向该颗粒检测器266。两个信号除法器(signaldivider)230A、230B将第一光学检测器226和颗粒检测器266的输出分别除以功率监控检测器250的输出。两个放大器232A、232B连接至该信号除法器230A、230B的输出端。一模拟数字转换器234连接至放大器232A、232B。一窗口比较电路(windowcomparatorcircuit)236连接至该模拟数字转换器234。一控制输出显示器(contro1andoutputdisplayunit)238连接至该窗口比较电路236的输出端。一低信号检测电路240连接至激发光源212的输出端，其可提供该电磁辐射光束214的功率强度。该低信号检测电路240的输出端还连接至该控制输出显示器238。一警报装置242也连接至该控制输出显示器238。该控制输出显示器238可以是一计算机或定做的软件/硬件，以控制该颗粒检测器的操作。图3为用于根据本发明的第二示例性实施方式的水悬颗粒检测系统的光学系统。如图3所示，该光学系统310包括激发光源312，以提供具有一光源波长的电磁辐射光束314。一第一波长选择装置316，例如二色分光镜，置于可被电磁辐射光束314所照射的位置。该第一波长选择装置316构造为可传送至少一部分的任何具有光源波长的辐射以及反射其它波长的辐射。该第一波长选择装置316可反射来自激发光源312的可能混附波。一部分的电磁辐射光束314可被第一波长选择装置316反射朝向功率监控检测器350。该功率监控检测器350可与激发光源312联系，以及视需要可作为维持该激发光源312恒定输出功率的反馈回路中的一部分。可通过功率监控透镜356来聚焦被第一波长选择装置316反射朝向功率监控检测器350的电磁辐射光束314。含颗粒320的介质318置于可被电磁辐射光束314照射的位置。至少一部分电磁辐射光束312可成为该介质318内的散射电磁辐射。该散射电磁辐射包括前向散射电磁辐射322及后向散射电磁辐射324。第一光学检测器326设置用以接收后向散射电磁辐射324。该后向散射电磁辐射324可通过第一波长选择装置316被反射至光学检测器326。第一波长选择装置316和光学检测器326之间可利用带通滤、光器352以最小化来自电磁辐射光束314的任何背向散射光和/或用以选出准备测定的光谱的特定部分。第一波长选择装置316和光学检测器326之间可利用聚焦透镜354以聚焦朝向光学检测器326的后向散射电磁辐射324。如图3所示，该前向散射电磁辐射322可被引导而照射至第一光束阻挡透镜360。该第一光束阻挡透镜360设计用以反射电磁辐射光束314的非散射元素，其可避免光学检测器上的眩光。该前向散射电磁辐射随后可被引导至一光学组件370，其为第四示例性实施方式中的第二波长选择装置316。该第一光学组件370容许至少一部分前向散射电磁辐射322通过，并反射一部分的前向散射电磁辐射322。更明确而言，该第一光学组件370可反射前向散射电磁辐射322的荧光信号部分，同时可让其余的前向散射电磁辐射322通过。第二光束阻挡透镜364可聚焦朝向颗粒检测器366的前向散射电磁辐射322的通过部分。该颗粒检测器366可为例如一用于测定该颗粒320大小的光电二极管。可引导该前向散射电磁辐射322的反射荧光信号部分朝向第二光学检测器376。第一光学组件370和第二光学检测器376之间可使用一第二带通滤光器372，以最小化来自电磁辐射光束314的任何背向散射光和/或用以选出准备测定的光谱的特定部分。第一光学组件370和第二光学检测器376之间可利用聚焦透镜374以聚焦朝向第二光学检测器376的前向散射电磁辐射322的反射荧光信号部分。该第二光学检测器376可例如为一光电倍增管(PMT)光学检测器。图4为根据本发明第二示例性实施方式的颗粒检测系统301的方块图，其纳入图3的光学系统310。该光学系统310包括引导电磁辐射光束314进入第一波长选择装置316的激发光源312。该电磁辐射光束314通过第一波长选择装置316进入介质318中，并且一部分的电磁辐射光束314被后向散射至该第一光学检测器326以及另一部分的电磁辐射光束314被前向散射朝向颗粒检测器366。三个信号除法器330A、330B、330C将第一光学检测器326、颗粒检测器366和第二光学检测器376的输出分别除以功率监控检测器350的输出。三个放大器332A、332B、332C连接至该信号除法器330A、330B、330C的输出。一模拟数字转换器334连接至放大器332A、332B、332C。一窗口比较电路336被连接至该模拟数字转换器334。一控制输出显示器338连接至该窗口比较电路336的输出端。一低信号检测电路340连接至激发光源312的输出端，其提供该电磁辐射光束314的功率强度。该低信号检测电路340的输出也连接至该控制输出显示器338。一警报装置342也连接至该控制输出显示器338。该控制输出显示器338可以是一计算机或定做的软件/硬件，用以控制该颗粒检测器的操作。该系统设计根据颗粒大小相当于光波长的米氏(Mie)散射原理。在米氏散射状况中，散射光的角度分布和强度都与颗粒的大小和形状密切相关。散射的特征为具有下列的特性1)该散射光聚焦于前向和后向的方向；2)该散射光强度的角度分布情形对散射颗粒的大小极为敏感；以及3)该颗粒的散射截面以单调但复杂的方式与颗粒的大小成比例。利用可见光，例如波长0.67阿的可见激光二极管光输出光束，该米氏散射法适合用于检测和定性微米级范围的悬浮颗粒。图5为说明米氏散射截面与颗粒半径之间的关系图。根据本发明的第二示例性实施方式，检测系统301的光学系统310利用散射角度与颗粒大小成比例的原理，利用置于通过样本的光路径上的第一光束阻挡透镜360来除去预设范围之外的散射光。由于如图5所述与描绘般，由于该颗粒的散射截面以单调但复杂方式与颗粒大小成比例，该颗粒检测器366设计成可通过分辨所测得的脉波高度的差异来检测样本内颗粒大小的分布情形。因此，从颗粒检测器366输出的电脉冲的高度取决于颗粒的尺寸。如图4所示，颗粒检测器366的输出端连接至第二信号除法器330B的一个输入端，同时该功率监控检测器350(其相当于激发光源312)的输出端连接至第二信号除法器330B的另一输入端，以及从第二信号除法器330B输出这些信号的比値。图6是由本发明的第二示例性实施方式中模拟数字转换器334、窗口比较电路336及控制输出显示器338所构成的脉冲高度测量电路的方块图，同时图7为更详细说明该模拟数字转换器334的示意图。该颗粒检测器366的输出可为一脉冲信号，例如于图6中所绘示一系列模拟脉冲信号中的信号60，各脉冲代表介质318内一种颗粒的散射光，并且该脉冲的高度与该颗粒的大小成比例。为了除去DC背景，来自颗粒检测器366的各个输入脉冲(incomingpluse)均通过一高通滤波器62，然后通过一缓冲器64而抵至峰值检波器65，其将可测量出该输入脉冲的高度。峰值检波器65的输出将为一系列具有脉冲高度数据的脉冲计数信号。模拟数字转换器334和峰值检测电路的一实施例详细说明于图7中，图7A示出了该电路中各点的脉冲输出值。图7A中的"PEAKOUT"输出信号被传送至窗口比较电路336以进行分类。绘示于图7A的其它脉冲为时间和启动信号，以通知该窗口比较电路336撷取及储存该数据。该窗口比较电路336具有一系列窗口比较器66(图6的实施例中标示为110)，分别用以检测在预设电压范围内(窗电压，windowvoltage)的脉冲。各窗口比较器66仅在当该输入脉冲高度落于其窗电压范围(例如，比较器#5为5至7.5毫伏特)内时，传送一信号至其相关的数字计数器68。该相关数字计数器68的输出端连接至一显示板70，其将显示各粒径尺寸的颗粒数，块(bin)。因此，该控制输出显示器338可包括由发光二极管(LED)阵列来点亮的条形图，该发光二极管根据各颗粒尺寸来自相关计数器的输入值而依序点亮，以产生粒径分布的柱状图。该条形图中不同粒径可具有不同的颜色。该输出值也可、或者连接至一程序化计算机以在其银幕上显示粒径分布的柱状图。该窗口比较电路336具有多个窗口比较器66和数字计数器68以计算在目标范围内的对应于粒径的脉冲。在图6中，显示10个此类的块。然而，从1至7微米的粒径之间以0.5微米的间隔可提供14块。若需要较小或较大的粒径范围时可提供较少或较多的比较器和计数器，例如介于1至5拜的较窄病原体大小范围。图8为说明粒径大小分布的柱状图的一实施例。虽然其显示从1至19,的分布范围，但是应了解可程序化控制输出显示器338以显如上所述的17(im较窄范围或任何期望范围的粒径分布柱状图。该控制输出显示器338的输出端也可连接至一视觉和/或听觉警报装置342，例如位于外壳前端上的警示灯及蜂鸣器等。可使用任何适合的软件来以产生该输出显示柱状图，例如德州Austin巿NationalInstrumentsCorporation供应的LabView软件。若一病原体或生物制剂粒径范围内的计数量超过正常环境的预设浓度时，此软件也可用于产生启动警报装置342的输出。此将有助于降低或甚至消除误报的危险。该计算机的输出也可用于触发一更精细的生物制剂检测装置，例如一利用PCR技术的炭疽菌检测仪。此结合检测法将具有成本效益以及将进一步降低误报的危险。在本发明的一改良配置中，由于已知道用于处理此类物质的处理程序，并己知对于该处理程序中所使用的仪器具有独特的识别尺寸分布模式，因此可将该悬浮颗粒的尺寸分布的柱状图与已知的武器化生物制剂的分布图相比较。因此，本发明的检测系统可提供可能来源的生物制剂制造商的鉴识信息。如上所述，最可能被用于恐怖攻击的生物制剂的粒径范围介于1至7pm之间。下表1显示疾病管制中心所记载的生物恐怖战剂种类的特性表l生物恐怖战剂的种类<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>环境空气中自然存在的大小约介于1至7微米的流体悬浮颗粒极微量且具有恒定浓度。都会区域及突然发生的局部粉尘源的烟雾侵入粒径范围的峰值分别为0.3微米和5微米。在花季时，空气中也可能存在花粉和其它的过敏原，以及过敏原颗粒的大小介于约5至50微米之间。因此，这些天然的悬浮颗粒中仅有少数落在生化战剂的粒径范围内(l至7微米)。此外，虽然霉菌具有约1至5微米的粒径，但是在任何特定区域内的霉菌颗粒数通常不会突然地改变。因此根据第四示例性实施方式的该检测系统301的设计可检测在此特定尺寸范围内的粒径，并以0.5微米之间隔来产生代表该粒径检测范围的输出。任何颗粒尺寸介于1至7微米内的悬浮颗粒数目的突然及区域性增加最可能为刻意地释出侵略性生物战剂或病原体。该系统可设定为检测和储存所欲颗粒大小范围内的颗粒天然背景浓度，然后利用此背景浓度作为其后输出柱状图的比较浓度，以在检测到颗粒突然增加的情形时启动该警报器。图8的粒径分布柱状图显示一可能的危险状态，在图中，介于1至7微米粒径范围内所检测的颗粒数目已远超过正常值。虽然如上所述的颗粒检测系统无法分辨特定的颗粒，但由于在正常都市空气环境中，此目标范围内的悬浮颗粒通常相对较为稀少，故其可作为警告悬浮生物战剂攻击的一种敏感和具成本效益的方法。大小落在此范围内的颗粒可能侵入人类肺部而产生可能的伤害或甚至造成吸入者死亡。该警报装置342可对附近民众提出警告而立刻进行疏散以减少暴露于该毒剂中的危险。该检测系统301也可用于检测工厂中有害粉尘的危险程度。例如，有害石绵纤维的大小约为5微米，其通常具有约5微米或更长的长度以及约1-2微米的直径。若将大小介于l-5微米间的铍尘被吸入肺部时也会造成伤害。该检测系统301可置于含石绵的建筑物内，或当建筑工人在此类建筑物内工作时，以便在检测到1至5微米范围内的异常峰值时产生警告信号，其表示空气中存在危险量的石绵纤维。同样，该检测系统301可置于制造含铍零件的工人的附近，以便于当介于1至5微米的颗粒数目突然增加时产生警告信号，其表示铍尘可能已达到危险的浓度。该检测系统301于正常情况下虽然无法分辨在该相同粒径范围内的石绵或铍尘，但是当工作于石绵或铍环境下时若此粒径范围内的颗粒突然增加应听从可能存在危险状态的指示立刻疏散该区域之后再作进一步的检测。同样，该检测系统301也可被用于无菌制造工厂，例如食品或医药制造厂，以连续监控微生物的溢出，而可在第一时间采取紧急的补救措施。同样，该检测系统301已被用作一持续监控系统，以便根据无尘室的要求，提醒工厂管理人有关微生物检测的历史数据和趋势信息。在上述检测系统301内，使用两阶段的检测及鉴别过程，该具有光学系统310的系统首先将落在该包含目标粒径范围的预设角度范围以外的散射光除去。接着，根据脉波高度来识别所测得输出脉冲，计算各高度的脉波数目并转换成例如0.2微米内的粒径，并将结果显示为柱状图，并且每隔适当的时间间隔便产生一新的柱状图以说明颗粒分布情形的改变。然而，除了以粒径分布柱状图显示之外，该检测系统301的光学部分或可配置成仅将相当于1至7微米粒径范围的散射光信号部分引导至检测器14，以及检测系统301的其余部分则配置成当检测系统301的输出若超过一预设阀值时会发出一警告信号。此将提供较不准确的输出，并且无法判断在该检测大小范围内的粒径识别，但若有相当于已知悬浮病原体、过敏原或如铍尘或石绵等其它有害颗粒的大小范围内的颗粒数目不寻常大量增加时，仍能产生一相对准确的警报。图3的光学系统301仅需改良成可提供较大的中央阻挡区，以阻挡尺寸大于约7微米的颗粒的散射光，并且该输出电路被改良成可在颗粒检测器366的输出端提供一阀值鉴别器，以在该检测信号若高于所选择的阀值时，从该鉴别器提供一输出信号来启动一警报器。本发明的病原体检测器可用于各种用途。例如，病原体检测器可实施成现场人员使用的电池供电式可携、手持检测器。在此情况下，其外壳可容纳光学设备和依尺寸范围来计算颗粒的电路，以及具有用以显示各粒径的目前颗粒计数的显示器，如一LED显示器。其也可包含一传输器，以传送无线信号至一基地台。其也可包含一声音警报器及一用以提示激光电力不足的警示灯。也可提供用于辨公大楼等建筑物内的独立式、桌上型仪器。此独立式、桌上型仪器类似用于现场的机型，但其经由一AC/DC转换器而使用墙壁上的标准电源插座来供电。在后者的情况，该检测器可提供对辨公桌上被生物战剂所污染的信件或包裹的保护。该检测器也可作为一多功能建筑物保全系统中的一部分，其包括置于不同房间内并连接至中央监控计算机或控制台的多台检测器。可程序化该控制台以监控各房间的颗粒数，及分析任何病原体大小颗粒的异常增加来源，以及预测病原体颗粒在该建筑物内的可能散播模式。该检测器可利用实体线路相连接，或具有无线电传送器以便将数据传送至中央控制台，以分析任何生物战剂颗粒增加的来源以及任何生物战剂烟尘的可能扩散模式。揭示于此处的流体悬浮颗粒检测器也可用于监控无尘室，以防可能的污染和/或材料损失。较大范围地利用检测系统301时，仅在符合下列两种情况之下启动该警报装置342:(1)当检测到在预设粒径范围(约1至约7纳米)内的气悬颗粒数目突然增加时；以及(2)当利用如下述的激光诱发荧光检测到生物有机体、生物战剂或有机物质时。粒径传感器本身具有环境颗粒误报的缺点。若该病原检测系统301为结合有利用紫外线诱发荧光传感器以分辨生物性或非生生物性颗粒的颗粒尺寸测定能力的生物有机体或生物战剂辨认检测器时，可进一歩减少这些误报的情形。本发明的检测系统301包括一第一光学检测器326和一具有激光诱发荧光传感器以检测生物有机体的代谢物或如生物战剂等生物制剂的第二光学检测器376。更明确而言，该光学系统310包括一可在约270至约410纳米波长，较佳为在约350至约410纳米下操作的激发光源312。当生物制剂含有三种主要代谢物色胺酸，其通常约270纳米(在约220至约300纳米范围内)下发出荧光；烟酰胺腺嘌呤双核苷(NADH)，其通常在约340纳米(从约300至约400纳米范围)下发出荧光；以及核黄素(riboflavin)，其通常在约400纳米(从约320至约420纳米范围)下发出荧光的情况下，选择约270至约410纳米波长。然而，该激发光源312较佳为具有约350至约410纳米的波长。此波长确保可激发生物制剂内上述三种主要代谢物中的两种，即生物制剂NADH和核黄素，但不激发其它干扰物质，如柴油弓1擎废气和其它如粉尘或爽身粉等惰性颗粒。因此，在第四实施例中，使激发光源312的明确选择的波长范围能够保留激发NADH和核黄素的荧光的能力(上述激发色胺酸的能力)，同时不激发其它如柴油废气等干扰物。此步骤可减少因柴油废气(可被如266纳米的光线等短UV波长所激发)而产生的误报。图9显示上述四种代谢物的荧光光谱。光谱分析，特别该利用不同激发波长的光谱分析，可探测微生物的组成成分，并可将所产生的数据用于微生物的检测和分类上。该光学检测器326、376的输出端分别连接至除法器330A、330C，进而经由放大器330A、330C和模拟数字转换器334连接至控制显示装置338，从而连接至警报装置342。必需强调的是，上述本发明实施例，特别指任何"较佳"实施例为可行的实施例，仅为帮助更清础了解本发明的原理而作的说明。上述本发明的实施例可进行许多不同的改良，但其实质上仍未偏离本发明的精神和原理。全部此类的改良和变化均属于本文公开内容及本发明范围内，并且受到下列权利要求书的保护。权利要求1.一种颗粒检测系统，其包含一外壳，其具有一样本槽区；一光源，位在该样本槽区的一侧，用于传送一聚焦光束通过该样本，因而使部分的该光束被样本区内的各种大小颗粒以各种角度散射，而该光束未散射的部分则保持未被散射状态；一光束阻挡装置，位在该样本槽区的相反侧，用于阻挡至少一部分该光束的未散射部分以及限制颗粒的测定范围；一第一检测器，置于该光束阻挡装置后方的光路径中，用于检测一部分的前向散射光，以及产生一含有该光路径中落在一预设粒径范围内的前向散射颗粒数目信息的输出；一第二检测器，置于该空气样本槽的光源侧，用于检测一部分的后向散射光，以及产生一含有该光路径中落在一预设粒径范围内的后向散射颗粒数目信息的输出；2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，上述反射自该介质内的后向散射光进一步被一第一波长选择装置所反射，以被该检测器所接收。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，更包括一警报器，用以当该预设粒径范围内的颗粒数比在约1至7微米粒径范围内所检测的预设粒径范围的预设正常值超过一预定量时，提供一警报信号。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该光源发射紫外线。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该光源包括一发光二极管。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，更包括一准直镜，其光学设置于该光源和该第一波长选择装置之间。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，更包括一处理器，该处理器连接至一脉波高度鉴别器的输出端，用以在一指定时间根据各脉波高度来处理粒径分布，而产生一气悬粒径分布的柱状图，以及在一输出装置上显示该柱状图。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，更包括一第一透镜，置于被光束照射的位置；一第一滤光器，置于被光束照射的位置；一第二透镜，设置用以传送至少一部分的该前向散射光；一第一光学组件，置于被至少一部分的该前向散射光所照射的位置，其中该第一光学组件仅传送该部分前向散射光的一特定波带；以及一第二光学检测器，设置用以接收传送通过该第一光学组件的该部分前向散射光，因而该第二光学检测器测定出该介质内颗粒的尺寸。9.根据权利要求8所述的系统,其特征在于，该第一透镜更包括一准直镜。10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，更包括一检测透镜，其设置用以接收和传送被该第一波长选择装置所反射的辐射，以及一检测器，其设置用以接收来自该检测透镜的辐射，其中该检测器与该光源联系。11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，更包括.一第三光学检测器，其中该第三光学组件是一第二波长选择装置，用以反射至少一部分的该前向散射光朝向该第三光学检测器。12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，该第一光学组件是一滤光器，设置用于仅传送该部分前向散射光的一特定波带，其中其它波带被该滤光器反射而沿着光学径路朝向该第一光学检测器。13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，该光源波长是介于约350至400纳米之间，以及该第一滤光器传送低于约400纳米的光。14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，更包括至少一光束阻挡透镜，其光学性地设置于该介质和该第二光学检测器之间，其中该光束阻挡透镜传送散射光以及反射或吸收非散射光。15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，更包括至少一滤光器，其光学性地设置于该介质和该第一光学检测器之间，其中该滤光器传送来自该介质的后向散射光以及反射来自该光源的电磁辐射。16.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，更包括用于将来自该发光二极管的光线塑造成接近准直光线的光学透镜。17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该光源包括用于塑形光线和/或将噪声从该光束中除去的光学透镜。18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中该样本槽包括一空气样本槽。19.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该样本槽包括一水样本槽。20.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该第一波长选择装置包括二向色分光镜。21.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，中该第一波长装置包括二向色分光镜。22.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，该第一光学组件是一低通滤波器。23.—种检测病原体和颗粒的方法，该方法包括下列步骤发射一光束；传送至少一部分的该光束通过一第一波长选择装置；以该部分光束照射一含颗粒的介质，其中该等颗粒以前向及后向方向来散射该光线；以及检测和测量该前向散射光和该后向散射光。24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，更包括以该第一波长选择装置反射至少一部分的该后向散射光；在一第一光学检测器接收至少一部分的该后向散射光，因而测定出后向散射该光线的该颗粒的尺寸。25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，更包括传送至少一部分该前向散射光通过一第二透镜；仅传送该部分前向散射光的一特定波带通过一第一光学组件；以及以一第二光学检测器接收被传送通过该第一光学组件的该部分前向散射光，使得该第二光学检测器测定出前向散射光线的该颗粒的尺寸。26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，更包括利用该第一光学组件反射一部分的该前向散射光朝向一第三光学检测器，其中该第一光学组件是一第二波长选择装置。27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，更包括以一第三透镜聚焦该传送通过该第一光学组件朝向该第二光学检测器的该部分前向散射光，其中该第三透镜反射非散射光。28.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，更包括以一第四透镜聚焦被该第一波长选择装置反射朝向该第一光学检测器的该部分后向散射光。29.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，更包括以一滤光器来过滤被该第一波长选择装置所反射朝向该第一光学检测器的该部分后向散射光。30.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该系统用来收集颗粒的粒径信息与荧光发光，以及该波长选择装置是用来从散射激光光信号中分离出各个独立颗粒所发出的荧光信号。31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，该系统所收集到一颗粒的荧光强度和粒径信息是用来判断该颗粒是否为生物性颗粒或惰性颗粒。全文摘要本系统包括一种用于提供具有光源波长的电磁辐射光束的激发光源。第一波长选择装置是置于可被电磁辐射光束照射的位置。第一波长选择装置的构造可传送至少一部分的任何具有该光源波长的辐射以及反射其它波长的辐射。一含颗粒的介质置于可被电磁辐射光束照射的位置。至少一部分电磁辐射光束在介质内被散射，该散射的电磁辐射包括前向散射电磁辐射及后向散射电磁辐射。一光学检测器设置在用以接收后向和/或前向散射电磁辐射的位置。文档编号G08B21/00GK101223560SQ200680025942公开日2008年7月16日申请日期2006年7月17日优先权日2005年7月15日发明者建平·江,迈克尔·莫雷尔申请人:百维吉伦特系统有限公司