KR19990072187A - Airborne Fiber Concentration Measuring Device - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어본 섬유의 농도를 측정하는 방법 및 장치(100)를 제공한다. 이 장치는 에어 샘플 내 섬유(20)의 일부에 층 흐름을 제공하는 흐름 장치(5,6) 및 산란광을 발생시키도록 층흐름 섬유(20)를 향하는 광 빔(12)을 생성하는 광원(9)을 포함한다. 본 발명에 따른 에어본 섬유 농도 측정 장치는 산란광의 일부를 감지하고 흡기성 섬유 농도를 측정할 수 있는 출력을 생성하기 위한 센서(14)를 포함한다.The present invention provides a method and apparatus 100 for measuring the concentration of airborne fibers. The device comprises a flow arrangement (5,6) which provides a layer flow to a portion of the fiber (20) in the air sample and a light source (9) which produces a light beam (12) directed towards the laminar fiber (20) to generate scattered light. ). The airborne fiber concentration measuring apparatus according to the present invention includes a sensor 14 for generating an output capable of detecting a part of scattered light and measuring the inspiratory fiber concentration.

Description

에어본 섬유 농도 측정 장치Airborne Fiber Concentration Measuring Device

현재 에어본 섬유의 농도를 모니터하는 두 가지 주요 방법이 있다. 첫번째 방법에 따르면, 에어본 섬유는 필터에 수집된다. 상기 필터는 존재하는 섬유의 종류를 결정하고 에어본 섬유의 농도를 측정하기 위해서 화학적 방법 또는 현미경 검사를 통하여 분석된다. 전술한 방법은, 정보의 지연, 불편리함, 각 샘플당 높은 비용 및 정확성의 부족이라는 단점을 가진다. 또, 종래 기술에 따르면 섬유를 식별하기 위해서 시각 조사를 실시하는데, 이것은 에어본 섬유의 종류를 불명확하게 구분한다.There are currently two main ways to monitor the concentration of airborne fibers. According to the first method, airborne fibers are collected in a filter. The filter is analyzed by chemical methods or microscopic examination to determine the type of fibers present and to determine the concentration of airborne fibers. The aforementioned method has the disadvantage of delay of information, inconvenience, high cost and lack of accuracy for each sample. In addition, according to the prior art, visual examination is performed to identify the fibers, which unambiguously distinguish the types of airborne fibers.

두 번째 방법에서, 실시간(real-time) 에어본 섬유 농도는 광학 기술을 사용해 결정되는데, 여기에서 광원에 의해 통과하는 섬유에 의해 감쇠되는 빛이 분석된다. 그러나, 대부분의 장치는 에어본 섬유의 종류를 식별하지 못하고, 특히 흡기 섬유와 작은 유리 섬유를 정확하게 측정하지 못한다.In a second method, real-time airborne fiber concentration is determined using optical techniques, where light attenuated by the fiber passing by the light source is analyzed. However, most devices do not identify the type of airborne fibers, and in particular, do not accurately measure intake fibers and small glass fibers.

에어본 석면 섬유에 의해 제기되는 중요한 건강상의 문제점 때문에, 현재 이용되는 실시간 에어본 섬유 모니터는, 석면이나 그밖의 다른 섬유를 포함하는 에어 샘플에서 석면 섬유의 농도를 선별적으로 결정하는 것을 목표로 한다. 석면 섬유는 상자성을 띠기 때문에, 기존의 장치는 시간에 따라 변하는 전기장 4극자, 하이브리드 전기/자기장 등을 이용해 석면 섬유를 정렬하고 진동시킨다. 유도된 진동으로 충돌하여 발생하는 빛을 산란시켜서, 진동 섬유를 석면으로 식별한다. 정전기적 기술이 사용될 수도 있다. 에어본 입자 농도를 측정하는 장치와 방법의 예로는, Chubb가 1972년에 출원한 "서스펜션 입자 분석 장치"라는 제목의 미국 특허 출원 제 3,692,412; Lillienfeld가 1990년에 출원한 "실시간 석면 모니터 장치 및 방법"이라는 제목의 미국 특허 제 4,940,327 및; Lillienfeld가 1994년에 출원한 "에어본 입자 농도를 결정하는 장치 및 방법"이라는 제목의 미국 특허 제 5,319,575에서 찾아볼 수 있다.Because of the significant health problems posed by airborne asbestos fibers, the real-time airborne fiber monitors currently in use aim to selectively determine the concentration of asbestos fibers in air samples containing asbestos or other fibers. . Because asbestos fibers are paramagnetic, existing devices align and vibrate asbestos fibers using time-varying electric quadrupoles, hybrid electric / magnetic fields, and the like. Vibrating fibers are identified as asbestos by scattering light generated by collisions with induced vibrations. Electrostatic techniques may be used. Examples of devices and methods for measuring airborne particle concentrations are described in US Patent Application Nos. 3,692,412 entitled "Suspension Particle Analysis Apparatus," filed in 1972 by Chubb; US Patent No. 4,940,327, entitled "Real-time Asbestos Monitor Apparatus and Method," filed in 1990 by Lillienfeld; US Patent No. 5,319,575, entitled "A device and method for determining airborne particle concentration," filed in 1994 by Lillienfeld.

그러나, 예를 들어 유리 섬유를 포함한 유독 흡기 섬유는 상자성을 나타내지 않기 때문에, 전술한 방법은 적절하지 못하다. 따라서 정전기, 자기 및 하이브리드 전자석 성분을 필요로 하지 않으면서 에어 샘플에 부유하는 흡기 섬유의 농도를 실시간에, 정확하게 결정할 수 있는 에어본 섬유 농도 측정 장치를 필요로 한다.However, the above-mentioned method is not suitable because toxic intake fibers including, for example, glass fibers do not exhibit paramagnetic. Therefore, there is a need for an airborne fiber concentration measuring apparatus capable of accurately and in real time determining the concentration of intake fibers suspended in an air sample without the need for electrostatic, magnetic and hybrid electromagnet components.

또, Lillienfeld의 장치는 보다 복잡하고, 주어진 샘플 내에서 섬유의 적은 양만 감지하고, 샘플 내에 섬유의 농도가 낮거나 기류 내 섬유 농도를 나타낼 수 없다면, 측정 에러가 발생할 수 있다. 그러므로 섬유체의 보다 중요한 샘플링을 할 수 있고 저농도 판독으로 정확하게 이루어지는 섬유 농도 측정 장치를 필요로한다.In addition, the Lillienfeld's apparatus is more complex, and if only a small amount of fiber is detected in a given sample, measurement errors may occur if the concentration of the fiber in the sample is low or the fiber concentration in the airflow cannot be represented. Therefore, there is a need for a fiber concentration measurement device that can perform more important sampling of the fibrous body and is accurate with low concentration readings.

본원은 1996년 11월 4일에 출원된 08/743,555와 1996년 11월 4일에 출원된 "에어본(airborne) 섬유의 치수 측정 장치"라는 제목의 미국 특허 출원 제 08/743,554의 연속 출원에 속하고, 상기 연속 출원은 동일 양수인에게 양도되고 본원에 참고로 실려있다.This application is directed to the serial application of U.S. Patent Application No. 08 / 743,554, filed 08 / 743,555, filed Nov. 4, 1996, and "apparatus for measuring dimensions of airborne fibers," filed Nov. 4, 1996. The serial application is assigned to the same assignee and is incorporated herein by reference.

본 발명은 에어본(airborne) 섬유의 농도를 측정하는 장치 및 방법에 관련되고, 특히 흡기 섬유와 비섬유성 흡기 섬유를 구분하는 장치에 관련된다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring the concentration of airborne fibers, and in particular to an apparatus for distinguishing between intake fibers and non-fibrous intake fibers.

하기 첨부 도면은 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 장치를 나타내고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.The accompanying drawings show an apparatus according to a preferred embodiment of the present invention and together with the description illustrate the principles of the present invention.

도 1 은 본 발명에 따른 에어본 섬유의 농도 측정 장치를 나타낸 도면.1 is a view showing an apparatus for measuring the concentration of airborne fibers according to the present invention.

도 2 는 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 센서를 나타낸 도면.2 shows a sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3 은 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 다른 센서를 나타낸 도면.3 shows another sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

* 부호 설명* Code Description

5,6 ... 흐름 장치 9 ... 광원5,6 ... flow device 9 ... light source

12 ... 광 빔 14 ... 센서12 ... light beam 14 ... sensor

20 ... 섬유 100 ... 에어본 섬유 농도 측정 장치20 ... Fiber 100 ... Airborne Fiber Concentration Measuring Device

본 발명은 섬유를 함유한 에어 샘플 내 에어본 섬유의 농도를 측정하는 장치 및 방법을 제공한다. 선호되는 장치는 에어 샘플 내 일부 섬유에 층흐름을 제공하는 흐름 장치를 포함한다. 그 후에 층흐름 섬유는 산란광을 발생하기 위해서 광원으로 조사된다. 산란광의 일부는 출력을 발생시키기 위해서 감지되는데, 상기 출력으로부터 섬유 농도가 측정될 수 있다. 또, 분리 장치는 흡기 섬유만 측정하도록, 특정 크기를 가지는 섬유를 선별하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 일정한 작업 환경에서 흡기 섬유를 측정하는 경제적인 방법을 제공하는 것인데, 유리 절연성 및 매트-형성 용이성을 가진다.The present invention provides an apparatus and method for measuring the concentration of airborne fibers in an air sample containing fibers. Preferred devices include flow devices that provide laminar flow to some fibers in the air sample. The layered fiber is then irradiated with a light source to generate scattered light. Some of the scattered light is sensed to generate an output from which the fiber concentration can be measured. In addition, the separation device can be used to sort fibers of a particular size so that only intake fibers are measured. The present invention provides an economical method of measuring intake fibers in a constant working environment, which has glass insulation and mat-forming ease.

본 발명의 실시예에 따르면, 흡기 섬유와, 비흡기 섬유 또는 비섬유성 물질을 가지는 에어를 분석하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 정렬된 흡기 섬유를 함유한 여과된 에어 샘플을 생성하기 위해서 비흡기 섬유로부터 흡기 섬유를 선별적으로 분리하는 분리 장치를 포함한다. 그 후에 정렬된 섬유에 빛이 비추어져서 산란광을 형성하는데, 이것은 전기 출력을 생성하기 위해서 광 센서에 의해 수집된다. 또 본 발명에 따른 장치는 광 센서의 출력으로부터 흡기 섬유에 대한 농도를 측정하는 장치를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for analyzing air having intake fibers and non-intake fibers or non-fibrous materials. The apparatus includes a separation device for selectively separating the intake fibers from the non-intake fibers to produce a filtered air sample containing the aligned intake fibers. Light is then emitted onto the aligned fibers to form scattered light, which is collected by the light sensor to produce electrical output. The device according to the invention also comprises a device for measuring the concentration of the intake fibers from the output of the optical sensor.

도 1은 본 발명의 원리에 따른 에어본 섬유 농도 측정 장치(100)의 실시예를 나타낸다. 장치(100)는 섬유 감지 센서(1)와 분리 장치, 예를 들어, 비흡기 섬유 및 비섬유성 특정 물질로부터 흡기 섬유를 분리하기 위한, 가상 임팩터(impactor)(2)를 포함한다. 본원에서 사용된 것처럼, "흡기 섬유"라는 것은 약 3μm 이하의 지름을 가지고, 길이 대비 지름의 비율이 약 5 : 1인 종횡비를 가지는 섬유를 의미한다. 또 "광"은 x-ray와 적외선을 포함하여, 볼 수 있는 전자파와 볼 수 없는 전자파를 나타낸다.1 shows an embodiment of an airborne fiber concentration measuring apparatus 100 according to the principles of the present invention. The device 100 includes a fiber sensor 1 and a separating device, for example a virtual impactor 2 for separating intake fibers from non-intake fibers and non-fibrous specific materials. As used herein, “intake fiber” means a fiber having a diameter of about 3 μm or less and an aspect ratio with a ratio of diameter to length of about 5: 1. "Light" refers to both visible and invisible electromagnetic waves, including x-rays and infrared light.

당해 분야에 숙련된 사람들은, 가상 임팩터(2)가 비흡기 입자로부터 흡기 입자를 분리하는 공지된 기술을 사용할 수 있다는 것을 이해하고 있으므로, 비흡기 섬유로부터 흡기 섬유를 분리하도록 다른 분리 장치를 이용할 수 있다. 적합한 가상 임팩터(2)의 예는 도 1에 나타나 있다. 이 장치는 섬유를 포함한 대기를 수용하여 벤투리의 구형부에서 횡방향으로 보다 작은 흡기 섬유(20)를 빼낸다. 약3μm 이상인, 보다 긴 섬유(41)는 가상 임팩터(2)의 중심관으로 끌어당겨진다.Those skilled in the art understand that the virtual impactor 2 can use known techniques for separating intake particles from non-intake particles, so that other separation devices can be used to separate intake fibers from non-intake fibers. have. An example of a suitable virtual impactor 2 is shown in FIG. 1. The device accommodates the atmosphere containing the fibers and pulls the smaller intake fibers 20 laterally from the venturi's sphere. Longer fibers 41, which are at least about 3 μm, are attracted to the center tube of the virtual impactor 2.

일반적으로, 상기 장치로 유입되는 공기는 흡기 섬유, 비흡기 섬유 및, 이 섬유와 혼합된 다른 입자 물질을 포함할 수 있다. 센서(1)는 공기 내 정렬된 흡기 섬유를 감지하지만 다른 비섬유성 입자 물질은 감지하지 못한다. 작동할 때, 공기 내에 존재할 수 있는 흡기 섬유(20)는 가상 임팩터(2)로부터 호스(3)를 통하여 이동하는데, 상기 호스(3)는 가상 임팩터(2)를 센서(1)와 연결한다. 공기는 작은 진공 펌프(22)에 의해 상기 시스템을 통하여 하부 흐름 관(6)의 배출구(4)로 이동한다. 상하 흐름관(5,6)의 흐름율, 길이 및 지름은 관(5,6)을 통하여 공기의 층흐름을 발생시키도록 정해지는 것이 선호된다. 상기 층 기류는, 관(5,6) 내의 공기에서 섬유(20)가 기류 내에서 정렬되도록 하므로 흐름관(5,6)의 세로축(30)을 따라 정렬된다. 흐름관(5,6)은 센서(1) 내에 작은 틈(7)에 의해 분리되는 것이 선호된다. 또는, 축과 직각으로 뻗어있는 측벽을 관통하는 한 쌍의 슬롯을 가지는 단일 관이 작동할 수 있다. 이 틈(7)은 센서(1)의 축(8) 둘레에서 대칭으로 위치하는 것이 선호된다. 흐름관(5,6)과 틈(7)은 "흐름 채널"을 구성한다.In general, the air entering the device may include intake fibers, non-intake fibers, and other particulate matter mixed with the fibers. The sensor 1 detects aligned intake fibers in air but not other non-fibrous particulate matter. In operation, the intake fibers 20, which may be present in the air, move from the virtual impactor 2 through the hose 3, which connects the virtual impactor 2 with the sensor 1. Air travels through the system to the outlet 4 of the lower flow conduit 6 by means of a small vacuum pump 22. The flow rate, length and diameter of the upper and lower flow tubes 5 and 6 are preferably determined to generate a layer flow of air through the tubes 5 and 6. The bed stream is aligned along the longitudinal axis 30 of the flow tubes 5, 6 as the fibers 20 in the air in the tubes 5, 6 are aligned. The flow tubes 5, 6 are preferably separated by a small gap 7 in the sensor 1. Alternatively, a single tube with a pair of slots through the sidewall extending perpendicular to the axis may operate. This gap 7 is preferably located symmetrically about the axis 8 of the sensor 1. Flow tubes 5, 6 and gaps 7 constitute a "flow channel".

센서 내에 광원(9)이 배치되는데, 상기 광원은 다이오드 레이저와 같은 간섭성 광원이다. 광원(9)은 빔 경로를 따라 선택된 횡단면을 가지는, 빔(12)을 형성한다. 광원(9)은, 광 센서(14)를 향하여 타원형을 가지는, 빛의 평행 빔을 발생시킨다. 광 센서(14)는 광탐지기인 것이 선호된다. 빔(12)은 흐름 관(5,6) 사이의틈(8)과 평행한 광 축을 가지는 센서(1)의 축(8)을 따라 조사된다. 빔(12)의 너비는 반드시 흐름관(5,6)의 지름과 동일한 너비를 가질 필요는 없다.A light source 9 is arranged in the sensor, which is a coherent light source such as a diode laser. The light source 9 forms a beam 12, having a cross section selected along the beam path. The light source 9 generates a parallel beam of light, having an ellipse towards the light sensor 14. The light sensor 14 is preferably a light detector. The beam 12 is irradiated along the axis 8 of the sensor 1 with an optical axis parallel to the gap 8 between the flow tubes 5, 6. The width of the beam 12 does not necessarily have to be the same width as the diameter of the flow tubes 5, 6.

본 발명의 실시예로 알맞은 광원은 아칸소, 리틀 록에 소재하는 파워 테크놀리지사에서 생산하는 모델 LPM 03(670-5)가 있다. 또, 적절한 광탐지기의 예로는 코네티컷, 브릿지 포트의 데바 모델 509-1이 있다. 당해업자들은 흡기 섬유의 존재를 나타내는 광 신호를 발생시키고 탐지하는 다른 알맞은 광원과 광 센서를 이용할 수 있다.A suitable light source in an embodiment of the present invention is a model LPM 03 (670-5) produced by Power Technology, Inc. of Little Rock, Arkansas. An example of a suitable photodetector is Deva Model 509-1, Connecticut, Bridgeport. Those skilled in the art can use other suitable light sources and light sensors to generate and detect optical signals indicative of the presence of intake fibers.

도 2는 기류와 직각으로 배치된, 센서(1)의 횡단면도이다. 틈(7)을 통과한 후에, 빔(12)은 광 렌즈 조립체(10)로 유입된다. 렌즈 조립체(10)는 한 쌍의 집광 렌즈일 수도 있다. 이 렌즈 결합체는 짧은 초점거리를 가지는 경향이 있는데, 빔(12)의 일부가 제 2 렌즈(25)의 뒷면(24)에 맺히도록 한다. 빔 블록(11)은 평행광(23)이 광탐지기(14)에 의해 감지되는 것을 막는데 사용될 수 있다. 빔 블록(11)은 광 탐지기(14)에 대해 차단하도록 배치되어서 빔 블록(11)이 감지된 섬유의 존재를 다시 나타내지 않도록 광이 광탐지기(14)에 도달하지 못하도록 배치되는 것이 선호된다.2 is a cross-sectional view of the sensor 1, arranged at right angles to the airflow. After passing through the gap 7, the beam 12 enters the optical lens assembly 10. The lens assembly 10 may be a pair of condenser lenses. This lens combination tends to have a short focal length such that a portion of the beam 12 is enclosed on the back 24 of the second lens 25. The beam block 11 may be used to prevent the parallel light 23 from being detected by the light detector 14. The beam block 11 is preferably arranged to block with respect to the light detector 14 such that light does not reach the light detector 14 so that the beam block 11 does not again indicate the presence of the sensed fiber.

도 2에 나타난 것처럼, 섬유(20)가 흐름 관(5,6) 사이에서 빔(12)을 통과할 때, 섬유(20)의 일부는 빛을 산란시킬 것이다. 유리 섬유와 같은 실린더가 광의 수직 입사로 비추어질 때, 이것은 흐름 채널에서 선택된 배향, 즉 실린더와 직각을 이루는 평면으로 빛을 산란시킨다. 섬유(20)는 층 기류에 의해 정렬되므로, 상기 섬유(20)는 빔(12)의 방향과 직각으로 정렬된다. 그러므로, 빔(12)은 흐름 관(5,6)의 단부에 의해 형성된 평면과 평행을 이루는 평면에서 산란될 수 있으므로, 산란광(26)이 흐름 관(5,6) 사이의 틈(7)을 통과할 수 있도록 허용한다.As shown in FIG. 2, when the fiber 20 passes through the beam 12 between the flow tubes 5, 6, a portion of the fiber 20 will scatter light. When a cylinder, such as glass fiber, is illuminated with the normal incidence of light, it scatters light in a selected orientation in the flow channel, that is, in a plane perpendicular to the cylinder. Since the fibers 20 are aligned by layer airflow, the fibers 20 are aligned at right angles to the direction of the beam 12. Therefore, the beam 12 can be scattered in a plane parallel to the plane formed by the ends of the flow tubes 5, 6, so that the scattered light 26 closes the gap 7 between the flow tubes 5, 6. Allow to pass.

본 발명에 따른 층 흐름을 위해 두 가지 조건이 충족되어야 한다는 것을 알아야 한다. 두 가지 조건은, 레이놀즈수가 약 2000 이하이어야 하고 층을 이루도록 흐름을 위한 거리가 충분해야 한다는 것이다. 본 발명에 따른 장치에서, 약 4 liter/min의 흐름과 0.44in(1.1cm)의 섬유 지름은 약 500의 레이놀즈 수를 생성하는데, 이것은 층흐름을 위해 알맞다. 섬유가 레이저 빔에 도달하기 전에 흐름 관의 길이는 약 5-50in.(12.7-127cm)이고, 선호적으로 섬유 지름의 22배 이상인 약 10in.(25.4cm)이다. 층 흐름은 관의 유입구로부터 지름 10인치 내에서 발생해야 하므로 상기 장치 내 흐름은 층 조건을 충족시키도록 충분한 시간을 가져야 한다.Note that two conditions must be met for the layer flow according to the invention. Two conditions are that the Reynolds number should be about 2000 or less and there should be enough distance for flow to layer. In the device according to the invention, a flow of about 4 liters / min and a fiber diameter of 0.44 in (1.1 cm) produces a Reynolds number of about 500, which is suitable for laminar flow. The length of the flow tube before the fiber reaches the laser beam is about 5-50 in. (12.7-127 cm), preferably about 10 in. (25.4 cm), which is at least 22 times the fiber diameter. The bed flow must occur within 10 inches of diameter from the inlet of the tube, so the flow in the device must have sufficient time to meet the bed conditions.

난류와 층흐름 사이의 전이동안 섬유 정렬을 시각적으로 확인할 수 있어야 한다. 난류에서 유리 섬유인 경우에, 회절된 레이저 빔이 불규칙한 방향으로 빛의 분리된 스폿으로 분산된다는 것을 알 수 있다; 층 흐름에서 유리 섬유인 경우에, 회절된 레이저 빔은 한 방향으로 집중되므로 섬유는 흐름과 평행한 방향으로 정렬된다.It should be possible to visually check the fiber alignment during the transition between turbulence and laminar flow. In the case of glass fibers in turbulence, it can be seen that the diffracted laser beam is scattered in separate spots of light in an irregular direction; In the case of glass fibers in the layer flow, the diffracted laser beam is concentrated in one direction so that the fibers are aligned in a direction parallel to the flow.

전진 방향(13)으로 산란되는 빛은 렌즈 조립체(10)에 의해 모여서 광 탐지기(14)에 집중될 수 있다. 빛이 렌즈 조립체(10)로 유입될 때 빛이 평행하지 않기 때문에, 그것은 렌즈 조립체(10) 너머로 약간 떨어진 위치에 집중되어서 빔 불록(11) 둘레로 통과한다. 그러므로, 빔(12)과 산란광(26)이 렌즈 조립체(10)로 유입되는 동안, 산란광(26)의 대부분이 광탐지기(14)에 집중될 때 빔(12)이 광탐지기(14)에 부딪치는 것을 막는다. 전체적으로, 산란광(26)의 일부분만 빔 블록(11)에 의해 차단된다.Light scattered in the advancing direction 13 may be collected by the lens assembly 10 and concentrated at the light detector 14. Because the light is not parallel when it enters the lens assembly 10, it is concentrated at a position slightly beyond the lens assembly 10 and passes around the beam block 11. Therefore, while the beam 12 and the scattered light 26 enter the lens assembly 10, the beam 12 hits the light detector 14 when most of the scattered light 26 is concentrated in the light detector 14. Prevent hitting In total, only a portion of the scattered light 26 is blocked by the beam block 11.

광탐지기(14)는 산란광(26)을 수용하기에 충분히 넓은 한정 너비를 가지는 감지 영역을 포함한다. 이 너비 내에서, 흐름 관(5,6)의 축(30) 전후부에서 뿐만 아니라 각 측부에서 약간 떨어진 섬유(20)에 의해 산란된 광에 감응할 것이다. 그러므로, 섬유(20)는 축(30)과 일렬종대로 빔(12)을 통과할 필요는 없다. 빔(12)이 섬유(20)에 의해 산란될 때, 렌즈 조립체(10)를 통하여 집중되어서 광탐지기(14)에 부딪치므로, 짧은 전기 펄스를 생성한다. 일반적으로, 펄스의 진폭은 섬유에 의해 산란된 광 양과 비례하는 것이 선호된다. 결과적으로 펄스는, 펄스가 기록되는 알맞은 전자 측정 회로(31)에 전송될 수 있다. 센서(1)를 통과하는 공기의 흐름율과 같은, 다른 정량적 정보를 이용하고, 펄스가 수신되는 비율을 결정할 때, 공기 내 흡기성 섬유의 농도를 정할 수 있다.The light detector 14 includes a sensing area having a confined width wide enough to receive the scattered light 26. Within this width it will be sensitive to the light scattered by the fibers 20 slightly away from each side as well as before and after the axis 30 of the flow tubes 5, 6. Therefore, the fiber 20 need not pass through the beam 12 in line with the axis 30. When the beam 12 is scattered by the fiber 20, it is concentrated through the lens assembly 10 and impinges on the light detector 14, thereby generating a short electric pulse. In general, the amplitude of the pulse is preferably proportional to the amount of light scattered by the fiber. As a result, the pulse can be transmitted to a suitable electronic measuring circuit 31 in which the pulse is recorded. Using other quantitative information, such as the flow rate of air through the sensor 1, and determining the rate at which pulses are received, the concentration of inspirable fibers in the air can be determined.

센서(1)는 비섬유성 입자 물질에 감응하지 않는 것이 선호된다. 본 발명의 선호되는 실시예는 실린더형 흡기 섬유와 다른 모양을 가지는 입자 물질 사이의 광학적 차이를 분석함으로써 전술한 선택감도를 달성할 수 있다. 즉, 구형 또는 불규칙적인 모양의 먼지 입자가 센서(1)로 유입된다면, 입자 물질은 빔(12)으로부터 광을 산란시킬 수 있다. 그러나, 상기 입자는 특정 체적으로 빛을 산란시키는 경향이 있다. 산란광의 대부분은 부딪쳐서, 흐름관(5,6)의 벽에 의해 흡수될 것이다.The sensor 1 is preferably insensitive to non-fibrous particulate matter. A preferred embodiment of the present invention can achieve the above-described selectivity by analyzing the optical difference between the cylindrical intake fiber and the particulate material having a different shape. That is, if spherical or irregularly shaped dust particles enter the sensor 1, the particulate material can scatter light from the beam 12. However, the particles tend to scatter light in specific volumes. Most of the scattered light will hit and be absorbed by the walls of the flow tubes 5, 6.

일반적으로, 입자에 의해 산란된 광의 일부만 관(5,6) 사이의 틈(7)을 통과하는 경향이 있다. 소량의 산란광은 광탐지기(14)에서 약한 신호만 발생시킨다. 광탐지기(14)로부터 펄스를 수용하는, 회로(31)는 입자 물질로부터 발생하는 낮은 진폭 펄스는 무시하도록 만들어질 수 있다. 그러므로, 장치(100)은 존재할 수 있는 다른 비섬유성 입자 물질을 무시하면서 흡기성 섬유에만 반응하도록 만들어질 수 있다. 종래 기술에 따른 장치와는 달리, 본 발명은 물질이 흡기성 섬유인지 아닌지 결정하기 위해서 공기 내에 부유하는 물질의 운동을 일으키도록 정전기 또는 전자기 성분을 사용할 필요가 없다.In general, only a portion of the light scattered by the particles tends to pass through the gaps 7 between the tubes 5, 6. A small amount of scattered light generates only a weak signal in the photodetector 14. The circuit 31, which receives pulses from the photodetector 14, can be made to ignore low amplitude pulses arising from particulate matter. Therefore, device 100 can be made to react only to inspiratory fibers while ignoring other non-fibrous particulate materials that may be present. Unlike the device according to the prior art, the present invention does not require the use of electrostatic or electromagnetic components to cause the movement of the material suspended in the air to determine whether the material is an inspirable fiber.

실제로, 흡기성 섬유와 다른 입자 사이의 차이를 식별하는 장치(100)는 다음 원리를 사용할 수 있다. 첫째, 비흡기성 섬유는 공기가 센서(1)로 유입되기 전에, 분리 장치, 즉 가상 임팩터(2)에 의해 기류로부터 제거된다. 둘째, 잔류 섬유는 관(5,6)을 통과하는 층 기류에 의해 흐름 관 축(30)과 정렬되는 경향이 있다. 셋째, 빔(12)은 관(5,6)의 축과 수직으로 배향된다. 넷째, 섬유(20)에 의해 산란된 광은 관(5,6)의 단부 사이에서 통과하는 평면에서 산란되고, 산란광의 일부는 광탐지기(14)로 집중된다. 다섯째, 다른 입자에 의해 산란된 광은 실린더인 경우보다 많은 방향으로 산란되는 경향이 있다. 이 광의 대부분은 흐름 관(5,6)의 벽에 의해 흡수되고, 단지 소량의 빛만 광탐지기(14)에 집중된다. 여섯째, 광탐지기(14)로부터 수신된 신호의 진폭 차이를 구별함으로써, 장치(100)은 섬유와 다른 입자 사이의 차이를 구별할 수 있다.Indeed, the apparatus 100 for identifying differences between inspirable fibers and other particles may use the following principles. First, the non-inspiratory fibers are removed from the air stream by a separating device, ie a virtual impactor 2, before air enters the sensor 1. Second, the residual fibers tend to align with the flow tube axis 30 by the layer airflow through the tubes 5, 6. Third, the beam 12 is oriented perpendicular to the axis of the tubes 5, 6. Fourth, the light scattered by the fiber 20 is scattered in the plane passing between the ends of the tubes 5, 6, and part of the scattered light is concentrated in the light detector 14. Fifth, light scattered by other particles tends to be scattered in more directions than in the case of a cylinder. Most of this light is absorbed by the walls of the flow tubes 5, 6, and only a small amount of light is concentrated in the light detector 14. Sixth, by distinguishing the amplitude difference of the signal received from the photodetector 14, the device 100 can distinguish the difference between the fiber and other particles.

도 1과 2에 나타난 것처럼, 렌즈 조립체(10)와 광탐지기(14)는 빔(12)과 직렬형으로 배치되거나 반대 방향으로 배치된다. 본 발명에 따르면, 당해업자들은 섬유(20)로부터 산란된 광의 평면에 유지되는 한, 흐름 관(5,6)의 축(30) 둘레 모든 곳에 렌즈 조립체(10)와 광탐지기(14)가 배치될 수 있다는 것을 알고 있다. 렌즈 조립체(10)에 의해 모인 광량은 렌즈 조립체(10)의 위치에 따라 달라질 수 있고, 센서(1)는 흡기성 섬유와 다른 구조를 가지는 다른 입자 사이의 차이를 식별할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the lens assembly 10 and the light detector 14 are arranged in series with the beam 12 or in opposite directions. According to the present invention, the lens assembly 10 and the light detector 14 are disposed all around the axis 30 of the flow tubes 5 and 6, as long as those skilled in the art maintain the plane of light scattered from the fiber 20. I know it can be. The amount of light collected by the lens assembly 10 may vary depending on the position of the lens assembly 10, and the sensor 1 can identify the difference between the inhalable fibers and other particles having a different structure.

도 3에서, 장치(100)의 성분은 렌즈 조립체(10)와 광 탐지기(14)가 90°의 각도로 회전할 수 있다는 점을 제외하고는 도 1과 2에 나타낸 것과 동일하다. 도 3에 나타난 것처럼, 빔 경로(12)는 광탐지기(14)와 직렬로 또는 대향하여 배치되지 않기 때문에 도 1과 2에 나타낸 빔 블록(11)은 제거될 수 있다.In FIG. 3, the components of the device 100 are the same as shown in FIGS. 1 and 2 except that the lens assembly 10 and the light detector 14 can rotate at an angle of 90 °. As shown in FIG. 3, the beam block 11 shown in FIGS. 1 and 2 can be eliminated because the beam path 12 is not arranged in series or opposite to the photodetector 14.

본원에서 언급된 모든 공개물은, 본 발명이 관련된 기술 분야에 숙련된 사람들에게 알려져 있는 것이다. 공지된 모든 공개물은 참고로 본원에 실려 있다.All publications mentioned herein are known to those skilled in the art to which this invention relates. All known publications are incorporated herein by reference.

본 발명의 특정 실시예가 자세히 설명되었지만, 당해 분야에 숙련된 사람들은 본 발명의 견지에서 다양한 수정 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 본 발명은 에어본 흡기성 섬유의 농도를 결정하는데 적용될지라도, 본원에 기술된 장치 및 방법은 특정 광학적 특성을 가지는 여러가지 종류의 입자를 가시화하고, 특성화하며, 감지하는데 사용될 수 있다. 따라서, 기술된 장치 및 방법의 특별한 배치는 단지 예시에 불과한 것으로 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 발명은 하기 청구항과 모든 실시예의 범위 내에서 한정된다.Although specific embodiments of the invention have been described in detail, those skilled in the art will understand that various modifications and changes are possible in light of the invention. Although the present invention is applied to determining the concentration of airborne breathable fibers, the devices and methods described herein can be used to visualize, characterize, and sense various kinds of particles having specific optical properties. Accordingly, the particular arrangements of the described apparatus and methods are illustrative only and do not limit the scope of the invention. The invention is defined within the scope of the following claims and all examples.

Claims (12)

섬유를 함유한 에어(air) 샘플 내 흡기성 에어본 섬유의 농도를 측정하는 장치(100)에 있어서:In an apparatus 100 for measuring the concentration of inspiratory airborne fibers in an air sample containing fibers: a. 상기 에어 샘플 내에서 섬유의 일부분으로 층 흐름을 제공하는 흐름 장치를 포함하고;a. A flow device to provide laminar flow to a portion of the fiber in the air sample; b. 다수의 층 흐름 섬유(20)를 수용하기 위한 흐름 채널(5,6)로 구성되며;b. Consisting of flow channels 5, 6 for receiving a plurality of layer flow fibers 20; c. 산란광을 형성하기 위해서 다수의 층 흐름 섬유(20)로 향하는 광 빔(12)을 생성하는 광원(9)을 포함하고;c. A light source 9 for generating a light beam 12 directed to the plurality of layer flow fibers 20 to form scattered light; d. 에어 샘플 내 흡기성 섬유 농도를 측정할 수 있는 출력을 발생하고, 산란광의 일부만 감지하는 광 센서(14)로 구성되는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 장치(100).d. An airborne fiber concentration measuring apparatus (100), characterized in that it comprises an optical sensor (14) for generating an output capable of measuring the inspiratory fiber concentration in the air sample and detecting only a portion of the scattered light. 제 1 항에 있어서, 샘플로 취해진 에어는 비흡기성 섬유와 비섬유성 입자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 장치.2. The airborne fiber concentration measuring apparatus of claim 1, wherein the air taken as a sample comprises non-inspirable fibers and non-fibrous particulate material. 제 1 항에 있어서, 에어본 섬유 농도 측정 장치는 광 센서로 산란광을 비추는, 슬롯이 있는 오우프닝을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 장치.2. The airborne fiber concentration measuring apparatus of claim 1, wherein the airborne fiber concentration measuring apparatus includes a slotted opening for illuminating scattered light with an optical sensor. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 빔 경로를 따라 선택된 횡단면을 가지는 광 빔을 제공하기 위한 콜리메이션(collimation) 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 장치.2. The airborne fiber concentration measuring apparatus of claim 1, wherein the light source comprises a collimation device for providing a light beam having a selected cross section along the beam path. 제 4 항에 있어서, 상기 흐름 채널은 빔 경로와 직각을 이루는 세로축을 가지는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 장치.5. The apparatus of claim 4, wherein the flow channel has a longitudinal axis perpendicular to the beam path. 제 3 항에 있어서, 상기 슬롯이 오우프닝은 광 센서와 정해진 배향을 가지지 않는 산란광을 차단하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 장치.4. An airborne fiber concentration measuring apparatus according to claim 3, wherein said slots are arranged to block scattered light which does not have a predetermined orientation with the optical sensor. 제 6 항에 있어서, 선택된 배향을 가지는 산란광의 일부를 수용하고, 광 센서로 산란광의 일부를 비추기 위한 광 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 장치.7. An airborne fiber concentration measuring apparatus according to claim 6, comprising an optical lens for receiving a portion of the scattered light having a selected orientation and for illuminating the portion of the scattered light with an optical sensor. 제 7 항에 있어서, 광 빔 경로에 위치한 빔 블록을 포함하고, 상기 빔 블록은 광 센서에 대해 차단하도록 배치되며, 빔 블록은 광 센서로부터 광 빔을 차단하는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 장치.8. The airborne fiber concentration measurement of claim 7 comprising a beam block located in the light beam path, the beam block being arranged to block the light sensor, the beam block blocking the light beam from the light sensor. Device. 제 1 항에 있어서, 광 센서는 흡기성 섬유를 나타내는 제 1 진폭을 가지는 제 1 광 펄스를 발생시키고, 비흡기성 섬유인 입자를 나타내는 제 2 진폭을 가지는 제 2 펄스를 발생시키는 장치를 포함하며, 상기 장치는 흡기성 섬유를 위한 제 1 진폭과 입자를 위한 제 2 진폭 사이의 차이를 구분할 수 있고, 흡기성 섬유의 농도를 나타내는 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 장치.The optical sensor of claim 1, wherein the optical sensor comprises a device for generating a first light pulse having a first amplitude indicative of inspirable fibers and a second pulse having a second amplitude indicative of particles that are non-inspirable fibers. And said device is capable of distinguishing a difference between a first amplitude for inspirable fibers and a second amplitude for particles and generating a signal indicative of the concentration of inspirable fibers. 제 9 항에 있어서, 상기 입자는 비흡기성 섬유인 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 장치.10. The airborne fiber concentration measuring apparatus of claim 9, wherein the particles are non-inspirable fibers. 흡기성 섬유와 비흡기성 섬유를 포함한 섬유 함유 에어 샘플에서 에어본 섬유의 농도를 측정하는 방법에 있어서,In the method of measuring the concentration of airborne fibers in a fiber-containing air sample including the intakeable fibers and the non-intakeable fibers, a. 에어 샘플 내 섬유의 일부로 층 흐름을 제공하고, 섬유의 일부는 흡기성 섬유와 비흡기성 섬유를 포함하며;a. Providing a layer flow to a portion of the fibers in the air sample, the portion of the fibers comprising inspirable fibers and non-inspirable fibers; b. 산란광을 발생시키기 위해서 층 흐름 흡기성 섬유와 비흡기성 섬유에 광 빔을 비추고;b. Shining a light beam on the layer flow intake and non-intake fibers to generate scattered light; c. 산란광의 일부를 감지하고 흡기성 섬유 농도를 구할 수 있는 출력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 방법.c. A method for measuring the airborne fiber concentration, characterized in that for generating a power for detecting a portion of the scattered light and the inspiratory fiber concentration. 제 11 항에 있어서, 상기 감지 단계는 흡기성 섬유와 비흡기성 섬유로부터 광 탐지에 따라 제 1, 제 2 펄스 신호를 발생시키는 것을 포함하고, 제 1, 제 2 펄스 신호는 제 1, 제 2 진폭을 가지며, 상기 방법은 에어 샘플 내 흡기성 섬유의 농도를 나타내는 신호를 발생시키도록 제 1 진폭과 제 2 진폭 사이의 차이를 구별하는 것을 특징으로 하는 에어본 섬유 농도 측정 방법.12. The method of claim 11, wherein the sensing step comprises generating first and second pulse signals in accordance with light detection from the inspiratory fibers and the non-inspiratory fibers, wherein the first and second pulse signals are first and second. Having an amplitude, said method distinguishing a difference between a first amplitude and a second amplitude to generate a signal indicative of the concentration of inspirable fibers in an air sample.