KR0125916B1 - 휴대용 입자 분석기 - Google Patents

Abstract

없음

Description

휴대용 입자 분석기

제1도는 본 발명의 양호한 실시예의 측단면도이고,

제1A도는 제1도의 선을 따라 절취된 단면도이고,

제2도는 본 발명의 다른 실시예의 측단면도이고,

제3도는 본 발명의 부가 실시예의 측단면도이다.

본 발명은 유체 수송 입자(fluid borne particle) 분석기에 관한 것이다. 예를 들어, 에어로졸(aerosel), 에어로졸 확산, 공기 부유 입자 오염 제어의 연구에서는, 각각의 입자의 기하형상 및 대칭성을 알 필요와 더불어 1내지 10미크론 정도 직경의 입자 크기 분포를 신속히 결정할 필요가 있다.

특히 각 입자의 기하학적 형상 및 크기 분포에 대한 정보는 예를 들어, 구형대칭인 입자를 확인할 수 있게 하고, 다른 고체상의 비구형 입자를 포함하는 환경에서의 작은 액상 물방울을 카운트하거나 모니터링할 수 있게 한다. 본원 명세서에서의 입자라는 용어는 고체와 액체 둘 다에 적용되는 의미로 사용된다.

상기 장치는 샘플내의 각 입자를 초당 20,000의 속도로 카운트하고, 구형입자와 비구형 입자를 구별하며, 각각의 형태를 카운트할 수 있어야 한다. 다른 바람직한 특성은 저 미크론의 직경을 가진 구형 입자를 다수의 크기 밴드로 분류하고, 이러한 분류와 관련하여 비구형에 부합하는 입자도 분류하여, 입자가 구형이라는 전체하에 사이즈스펙트럼내에 있는 비구형 입자를 무시하는 것이다.

상업적으로 이용가능한 여러 기구를 사용하는 입자 시험용의 통상적인 기술은, 입자에 의한 산란되는 전자기 방사선 분석기와 검출기를 사용한다. 이러한 모든 기구는 수송되는 입자가 입사 전자기 방사선에 의해 조명되는 곳인 센싱 볼륨(sensing volume)을 통하여 샘플 공기를 구동하는 기계적 메카니즘을 사용하고 있다. 입자에 의해 산란되는 방사선은 에너지를 전기신호로 전환시키는 하나 이상의 검출기에 의해 수용되며, 이들 전기신호로부터의 정보가 적절한 전기 회로에 의해 추출될 수 있다.

입자 분석기는, 예를 들어 영국 특허출원 제8,619,050호, 제2,041,516A호, 제2,044,951A호 그리고 미국 특허 제3,946,239호에 기술된 것이 공지되어 있다. 상기 분석기들은 산란실(scatter chamber)내의 오목 반사경과, 방사선 비임에 의해 차단되는 샘플 유체 흐름을 포함하고 있다. 유체내의 개별 입자에서 산란되는 빛은 반사경에 의해 방사선 수집기로 향해져 연속적으로 분석된다.

그러나 이 모든것들은 번거롭고 부서지기 쉬우므로 따라서, 휴대가 용이하지 않다. 더우기 샘플내의 입자로부터 저(low)각도로 산란되는 빛은 전술된 종래기술 시스템의 어떠한 것에 의해서도 검출되지 않는다.

따라서 콤팩트하고, 휴대 용이하며, 샘플 유체내의 입자 크기, 기하형상 및 갯수를 결정하는 입자 분석기를 필요로 하고, 부가하며 샘플내의 개별 입자로부터 저각도로 산란되는 빛을 검출하고 분석할 수 있는 능력이 부가되어야 한다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 입자 분석기는 제1산란실(scatter chamber)과, 제1산란실을 통하여 증류형태의 유체 샘플을 제공하는 수단과, 샘플내의 각 입자에 의해 산란된 방사선이 하나이상의 제1반사경 방사선 수집기쪽으로 향하도록 하는데 사용되는 제1오목 반사경의 초점에서 흐름의 방향과 직각으로 상기 샘플을 차단하게 되어 있는 방사선 비임과, 수집된 방사선을 처리 및 분석하기 위한 전기 신호로 변환시키는 수단과, 비산란된 방사선을 덤핑하기 위한 수단을 포함한다.

방사선 비임을 다수의 통로중의 어느 한개에 장착되는 레이저에 의해, 샘플 흐름을 직각으로 차단하도록 제공된다. 상기 방사선 비임은 예를 들어 제1오목 반사경의 주축선에 정렬 설치되고, 상기와 같은 정렬로 인해 장치는 더 튼튼하고 더 콤팩트해진다.

제1오목 반사경은 포물선형 거울이거나, 타원형 거울이고, 이 반사경은 산란된 빛을 단일 검출 지점으로 반사한다.

제1실과 동축으로 설치되는 제2실을 갖는 것의 장점은, 샘플내의 개별입자로부터 저 각도로 산란되는 빛을 검출 및 분석할 수 있다는 것이다. 이러한 정보는 입자 크기를 결정하는데 특히 사용된다. 제2실은 제2오목 반사경을 구비할 수도 있고, 안할 수도 있다. 만일 제2오목 반사경을 사용하지 않는다면, 제2실은 예를 들어 동심의 링내에서 비산란되는 비임 둘레에 설치된 방사선 수집기를 구비한다. 만약에 제2오목 반사경을 사용한다면, 반사경은 타원형 거울이며, 양호하게 비임과 샘플의 차단점에서 근거리 초점과 원거리 초점에 위치된 방사선 수집기를 갖는다. 따라서, 저 각도로 산란되는 빛은 타원 거울에 의해 근거리 초점으로 반사되어, 방사선 수집기에 의해 수집된다.

임의의 적절한 형태의 방사선 수집기가 본 발명에 사용 가능하며, 이는 포토 멀티플라이어 유니트(photo multiplier unit)를 구비할 수도 있고, 광섬유로 인해 포토 멀티플라이어 유니트나 렌즈는 방사선을 포토 멀티플라이어 또는 광섬유로 향하게 한다.

본 발명의 제2특징에 따르면, 입자 분석 방법은 제1산란실을 통하여 층류형태의 유체샘플을 통과시키는 단계와, 방사선이 하나이상의 제1반사경 방사선 수집기쪽으로 향하게 하는데 사용되는 제1오목 반사경의 초점에서 흐름 방향과 직각으로 샘플을 차단하도록 제1산란실을 통하여 방사선 비임을 통과시키는 단계와, 저각도 산란된 방사선이, 방사선 비임과 샘플의 차단점에 그 원거리 초점이 있도록 배치되어 있는 제2오목 반사경과 이 제2오목 반사경의 근거리 초점에 위치된 제2반사경 방사선 수집기를 구비하는 제2실내로 제2오목 반사경내의 구멍을 통하여 지나갈수 있게 하는 단계와, 상기 수집된 방사선을 전기신호로 변환하고, 전기 신호를 처리 및 분석하며, 비산란된 방사선을 덤핑하는 단계를 포함한다.

샘플을 에어로졸이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 예를 들어 이하에 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시되어 있듯이, 제1산란실(10)은 포물선형 거울(11) 형태인 제1오목 반사경과, 렌즈(12)와, 방사선 수집기(13)를 포함하고 있다. 레이저(14)는, 포물선 거울(11)의 주축선에 정렬 설치되고, 방사선 비임(15)을 포물선 거울(11)의 초점으로 향하게 하고, 포물선 거울에서 층류 형태의 샘플 유체는 차단된다. 구멍(18)은 제2실(19)로 이어지며, 이 제2실은 타원체 반사경(20) 형태의 제2오목 반사경과, 타원체 반사경(20)의 근거리 초점에 위치한 방사선 수집기(21)를 구비하고, 타원체 반사경은 그 원거리 초점이 제1포물선 반사경(11)의 초점(16)에 안착되도록 위치한다. 통상은 레일라이 호른(Rayleigh horn)인 비임 덤프(22)는 타원형 거울(20)내의 구멍에 놓여져 비산란된 방사선을 수집한다. 방사선 수집기(13,21)가 포토멀티플라이어 튜브(23)에 접속된다. 제1A도는 레이저(14) 둘레로의 가능한 방사선 수집기 정렬을 도시한다. 제1A도에는 단지 3개의 수집기만이 도시되어 있지만, 다수의 검출기가 레이저(14) 둘레에 방사적으로 놓일 수 있다.

제2도는 본 발명의 다른 실시예를 도시하며, 이 실시예에서 레이저(14)는 타원형 반사경(40)은 제1오목 반사경의 주축선과 90°각도로 설치된다. 반사경(40)의 주축선상에는 45°거울(41)이 설치되고, 레이저 비임(15)을 주축선을 따라서 그리고 타원형체형 반사경(40)내의 구멍(18)쪽으로 향하도록 하는데 사용된다. 실제로, 레이저(14)는 축선상에 적절한 각도로 설치된 거울(41)을 갖춘 제1산란실(10)의 주위 어디나 설치 가능하다. 층류의 유체 샘플(17)은 타원체형 반사경(40)의 초점(16)에서 비임(15)과 교차하도록 페이퍼에 대해 수직 방향으로 향한다. 수집 렌즈(12)는, 광섬유(42)를 경유하여 포토멀티플라이어 튜브(43)에 접속되는 방사선 수집기(13)쪽으로 산란된 빛이 향하도록 한다. 제2실(19)은 비반사적이며, 비임(15) 둘레에 정렬되어 포토멀티플라이어 튜브(23)에 접속되는 다수개의 광섬유(43)를 구비한다. 광섬유(43)는 비임(15) 둘레에 동심 링에 배치된다.

본 발명의 부가 실시예를 제2도에서 도시한다. 부가 실시예에서는, 제1반사경(50)과 제2반사경(51)의 둘다 타원 거울이다. 레이저(14)는 반사경의 주축선에 대해 90°각도로 있으며, 따라서 거울(41)은 비임(15)을 주축선상으로 향하게 한다. 샘플(17)은 레이저 비임(15)에 대해 직각으로 향해지며, 제1타원 반사경(50)의 근거리 초점(16)에서 레이저 비임을 차단한다. 제2타원 반사경(51)은 원거리 초점(16)과 일치하도록 위치된다. 포토 멀티플라이어 튜브(23)는 제1타원 반사경의 먼거리 초점과 제2타원 반사경(20)의 근거리 초점에 놓여져 산란 방사선을 수집한다. 비임 덤프(22)는 제2산란실(19)내에 놓여져 비산란된 방사선을 덤핑한다.

제3도에 도시된 방사선 수집기(23)는, 제1도에 도시된 방향에 대해 90°로 배치되어 있는 것과 반대로 제1실(10)내의 구멍(18)에 대면하여 위치된다. 상기 정렬은 극히 낮은 각도 편향의 방사선을 수집하지만, 수집기면 방향으로만의 편향들을 기록하기 때문에 전체적으로는 감소된다.

실예로 제1도 및 제3도에 도시되는, 유체 샘플(17)은 샘플 둘레에 공급되는 일정한 속도의 공기의 시쓰(sheath) 수단에 의해 층류로 공급된다. 이는 샘플 유체의 외부 부분이 내부 부분과 동일한 속도를 갖게 하기 위함이다. 그렇지 않으면 샘플의 외부부분이 샘플 흐름 다음 공기와의 정마찰로 인하여 보다 더 천천히 흐르게 된다. 부가하여, 공기의 시쓰를 공급하는 동축 튜브는, 샘플내의 입자를 동적으로 초점을 맞추어 입자의 층류를 제공하도록 설계된다. 레이저 비임(15)은 유체(17)의 흐름을 직각으로 차단하고, 빛은 유체내에 함유된 개별 입자로부터 산란된다. 산란된 방사선은 제1산란실(10)내의 제1오목 반사경의 벽을 떠나 반사된다. 만일 제1오목 반사경이 포물선 거울(11)(제1도)이면 방사선은 주축선과 평행하게 반사되고, 만일 타원형 거울(45,50)(제2도 및 제4도)이면 방사선은 거울의 원거리 초점으로 향해진다. 이렇게 편향된 방사선은 이후 제3도에서와 같이 직접 또는 제1도에서 처럼 렌즈(12)를 상요하여 포토멀티플라이어 튜브(23) 쪽으로 향하게 되거나, 제2도에 도시된 바와 같이 렌즈(12)와 광섬유(42)를 사용하여 포토멀티플러 유니트(23) 쪽으로 향하게된다.

입자에 의해 저 각도로 산란되는 방사선은 제2실(19)에서 수집되며, 이 제2실은 제1도 및 제3도에서의 타원체 거울(20)과 방사선 수집기를 구비하고, 이 수집기는 제3도에 도시된 포토 멀티플라이어 튜브(23)이거나 이 튜브로 이어지는 제1도의 렌즈(21)일수 있다. 이와 달리, 제2실은 반사경을 구비하지 않을 수도 있으며, 이 경우 산란된 방사선은 비산란된 비임(15)을 둘러싸는 광섬유(43)에 의해 수집된다. 임의의 비산란 방사선은, 보통 레일라이 호른인 비임 덤프(22)에 의해 덤핑된다.

수집된 모든 방사선은 이후 전기신호로 변환되어, 처리 및 분석되며, 정보는 적절한 전기 회로에 의해서 추출된다.

본 발명은 양호한 실시예를 첨부 도면과 실예를 들어 설명되어졌으나, 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 범위내에서의 변경 및 개량이 가능한 것이라고 할 수 있다.

Claims (2)

1. 제1산란실(scatter chamber)(10)과, 제1산란실을 통하여 층류형태의 유체 샘플(17)을 제공하는 수단과, 샘플내의 각 입자에 의해 산란된 방사선이 하나이상의 제1반사경 방사선 수집기(13)쪽으로 향하도록 하는데 사용되는 제1오목 반사경(11)의 초점에서 흐름의 방향과 직각으로 상기 샘플(17)을 차단하게 되어있는 방자선 비임(15)과, 수집된 방사선을 처리 및 분석하기 위한 전기 신호로 변환시키는 수단(23)과, 비산란된 방사선 덤핑(dumping)하기 위한 수단(22)을 포함하는 입자분석기에 있어서, 제1오목 반사경(11)내의 구멍(18)으로 인해 제2산란실(19)은 방사선 비임과 샘플의 차단점에 그 원거리 초점이 있도록 배치되고 그 근거리 초점에 위치되는 제2반사경 방사선 수집기(21)를 갖춘 제2오목 반사경(20)을 포함하며, 상기 제2반사경 방사선 수집기(21)는 수집된 방사선을 처리 및 분석하기 위한 전기신호로 변환시키기 위한 수단(23)에 접속되는 것을 특징으로 하는 입자 분석기.
2. 입자 분석 방법으로서, 제1산란실(10)을 통하여 층류형태의 유체 샘플(17)을 통과시키는 단계와, 방사선이 하나이상의 제1반사경 방사선 수집기(13)쪽으로 향하게 하는데 사용되는 제1오목 반사경(11)의 초점(16)에서 흐름 방향과 직각의 샘플(17)을 차단하도록 제1산란실을 통하여 방사선 비임(15)을 통과시키는 단계와, 저각도 산란된 방사선이, 방사선 비임(15)과 샘플(17)의 차단점에 그 원거리 초점이 있도록 배치되어 있는 제3오목 반사경(20)과 이 제2오목 반사경의 근거리 초점에 위치된 제2반사경 방사선 수집기(21)를 구비하는 제2실(19)내로 제1오목 반사경(11)내의 구멍(18)을 통하여 지나갈수 있게 하는 단계와, 상기 수집된 방사선을 전기신호(23)로 변환하고, 전기 신호를 처리 및 분석하며, 비산란된 방사선(23)을 덤핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분석방법.

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