具有对接站的模块化颗粒计数器的制作方法-k8凯发

本发明总体上属于被用来采样和分析气体和其他流体的设备的领域，所述采样和分析气体和其他流体包括在一系列洁净室和制造环境中收集样本用于检测颗粒和其他污染物。

背景技术：

1、监测气体和流体流以便确定气体或流体的组成物(composition)并且检测颗粒和微生物的存在在各种产业中非常重要。例如，在药物和半导体制造中，环境中颗粒或不期望的成分(component)的存在可能有害地影响制造过程，并且与法规要求相冲突。因此，洁净室、洁净区和洁净环境(诸如危险、有毒或易燃材料存在于其中的那些)通常用于半导体和药物制造设施中。对于半导体产业，空气中的颗粒浓度方面的增加可能导致制造效率方面的降低，因为落在半导体晶片上的颗粒将影响或干扰小长度规模的制造过程。对于药物产业，空气中的颗粒和生物污染物导致的污染使药物产品面临无法满足美国食品药品监督管理局(fda)和其他外国及国际卫生监管机构制定的标准的风险。

2、iso 14664-1和14664 2提供了用于洁净室颗粒水平的分类以及用于测试和监测以确保符合性的标准。类似地，iso 14698-1和14698-2提供了针对生物污染物的用于洁净室和洁净区环境的评估的标准。为了满足这些和其他标准，通常使用颗粒计数器和其他采样设备来确定空气中的颗粒水平，并且检测洁净室、洁净区和洁净环境中的污染物。

3、然而，由于长期使用、系统故障以及为了进行一般维护，这样的设备经常需要被更换和被例行校准。尤其在洁净室和洁净区环境中，更换这样的设备在时间和其他资源方面产生巨大的成本。在安装新的设备时，必须小心以便不污染洁净室或洁净区环境，并且一旦被更换，新的设备将通常需要与系统的其余部分集成。另外，设备的重复更换将导致系统中的其他部分也磨损，诸如通过线缆、线、气体和流体管线以及其他装备件的重复断开连接和重新连接。此外，通常将只需要更换设备的单个部件。例如，在利用激光传感器的检测器中，激光部件通常将比其他部件更快地磨损。

4、因此，需要一种用于更换颗粒计数器和其他采样设备的部件的、允许期望的部件的更安全、更快速和更经济的更换的系统。

技术实现思路

1、本发明提供了用于采样和监测气体和其他流体的模块化系统和方法，其中采样系统的部件能够彼此脱离，从而允许采样系统的至少一个部件被更换，而不必移除其他部件或使其他部件断开连接。这允许采样系统的其他部件在最小的中断或在没有中断的情况下保持连接到系统的其余部分，并且减少了更换采样设备时的维护成本和时间。

2、在一个方面，本发明提供了一种对接站(docking station，扩展坞)，该对接站能够附接到采样设备并且提供操作采样设备所需的一个或多个连接，包括但不限于提供到功率源(power source)、流体流源和/或数据通信网络的连接。优选地，采样设备包括由于例行校准、污染、系统故障、劣化、机械疲劳而要被更换的部件，所述部件要被更换以便升级系统、以便执行不同的测量、或者以在出于安全原因而具有受限的网络访问的位置经由固件更新来提供功能增强。采样设备与对接系统脱离并用新的采样设备更换，其中将新的采样设备附接到对接站建立了操作新的采样设备所需的连接。随着时间的推移，多个采样设备能够被更换并且被附接到对接站，而不必移除对接站或将对接站重新连接到系统的除采样设备之外的其他部件。能够在不必也移除对接系统的情况下更换采样设备允许更容易地安装采样设备，并且减少用以重新配置或重新设置系统的其他部件的需要。

3、在一个实施方案中，本发明提供了一种对接站，所述对接站包括：基部，所述基部能够被可移除地附接到一个或多个采样设备的主体；功率供应源(power supply)，所述功率供应源具有功率输入和功率输出，其中所述功率输出能够提供用以操作所述采样设备的功率；至少一个流体连接器，所述至少一个流体连接器能够被附接到流体系统，其中所述至少一个流体连接器能够向所述采样设备提供流体流或通过所述采样设备提供流体流；以及至少一个数据通信连接器，所述至少一个数据通信连接器能够无线地和/或通过有线连接连接到外部控制器或中央处理单元(cpu)，其中所述至少一个数据通信连接器能够向所述控制器或cpu传输电子数据并且从所述控制器或cpu接收电子数据。优选地，所述对接站是洁净室、洁净区或洁净环境中的流体采样系统的一部分。

4、如本文中所使用的，采样设备是被用来尤其是在洁净室、洁净区或洁净环境中收集、采样、监测或分析气体或其他流体的任何设备。适合的采样设备的示例包括但不限于：颗粒计数器，冷凝颗粒计数器，气体或其他流体分析器，颗粒分析器，颗粒采样器，气体、空气或液体采样歧管，分子采样器，微生物收集板，微生物收集撞击器，实时微生物检测器，环境或气体传感器，以及其组合。本文中所使用的采样设备包括用于连续批量采样以及离散采样的设备。第一采样设备被附接到对接站，并且随后被第二采样设备更换。这个过程可以重复多次，使得对接站随后被附接到第三采样设备，优选地第四采样设备，优选地第五采样设备，优选地第十采样设备，优选地第十五采样设备，优选地第二十采样设备，或更多。可选地，所述对接站还包括一个或多个卡扣配合连接器或闩锁，所述一个或多个卡扣配合连接器或闩锁能够与所述采样设备的一个或多个部分相互作用，以便将所述基部可移除地附接到所述采样设备。

5、如本文中所使用的，功率供应源包括能够连接到功率源(诸如标准电功率源、通过以太网连接提供的电源(power)、以及通过usb(通用串行总线)线缆和端口提供的电源)的功率输入。功率供应源可以包括物理连接器、无线功率传送(包括但不限于基部和采样设备之间的电感耦合的功率传送)或两者的组合。在一个实施方案中，所述功率供应源是无线功率供应源，所述无线功率供应源能够向所述采样设备无线地提供功率。在安装对接站时对接站的功率输入连接到功率源，但是当采样设备与对接站脱离和被更换时对接站的功率输入不需要断开连接。当采样设备(诸如第一采样设备、第二采样设备或后续采样设备)被附接到对接站时，对接站的功率输出与采样设备链接，以便提供用以操作采样设备的功率。

6、所述流体流包括要由所述采样设备采样、监测和/或分析的目标流体。所述流体系统包括被用来将所述目标流体从环境递送到所述采样设备的路径，并且能够提供正加压或负加压流体流。例如，在一个实施方案中，所述流体连接器是真空连接器，并且所述流体系统包括真空源。在一个替代性实施方案中，所述流体系统包括泵，所述泵提供正压力以推动所述目标流体通过所述路径到所述采样设备。当采样设备(诸如第一采样设备、第二采样设备或后续采样设备)连接到对接站时，流体连接器能够连接到采样设备并向采样设备提供流体流。

7、在一个实施方案中，对接站能够通过所述流体路径并且向所述采样设备提供可变流体流率。例如，对接站能够为具有不同的流率要求的不同的采样设备提供不同的流体流率。如果采样设备是不同的类型的设备(诸如冷凝颗粒计数器和微生物收集板)和/或正在对不同的流体进行采样，这可能是特别有益的。不同的采样设备可以连接到对接站，并且同时地或在不同的时间可操作。附加地，可变流率可以被用来执行吹洗或冲洗操作，其中提高的流率可以被用来冲洗系统。当执行可能人为地导致高污染水平的系统改变时吹洗或冲洗操作可能是有用的，所述系统改变诸如切换到对新的流体进行采样、切换到对来自不同源的流体进行采样、更换管道以及更换采样设备。

8、所述至少一个数据通信连接器能够为到所述采样设备和来自所述采样设备的数据提供路径。所述数据通信连接器可以是无线连接器、有线连接件的一部分或者两者的组合。能够向样本设备和从样本设备传输数据的无线通信的类型包括但不限于移动通信、无线网络通信、蓝牙通信和红外通信。能够向样本设备和从样本设备传输的数据包括但不限于采样设备的互联网协议地址和/或位置设置、来自外部控制器或cpu的用于操作采样设备的一个或多个设置或指令、采样设备的当前状态以及来自采样设备的传感器或检测器结果。优选地，对于所述第一采样设备和所述第二采样设备以及任何后续的采样设备，所述互联网协议地址、位置设置、一个或多个操作设置以及其组合是相同的。在一个实施方案中，所述数据通信连接器包括模拟输入/输出连接件、数字输入/输出连接件、以太网交换机连接件、无线通信连接件或其任何组合。所述控制器和cpu可以是能够操作所述采样设备和/或接收和分析由所述采样设备生成的数据的任何控制器或计算机处理器。在一个实施方案中，所述cpu能够组合从不同的时间段和/或多个采样模块获得的数据，以分析读数并且生成报告。例如，所述cpu可以监测和比较流体通过过滤器前后的结果，以确定过滤器移除效率。附加地，所述cpu可以创建事件的电子日志，诸如何时以及在什么条件下检测到污染物。

9、可选地，所述对接站还包括计算机处理器、闪速存储器、计算机存储器、或能够存储与所述采样设备相关的电子信息的其他数据存储设备。这样的信息包括但不限于用于操作采样设备的一个或多个操作设置、或者示出采样设备的操作状态的显示设置。这样的信息可以在对接站连接到系统之前预先安装在对接站上，或者所述信息可以在操作期间通过数据通信连接器被传输到对接站。

10、在一个实施方案中，所述对接站包括或被附接到界面显示系统，诸如图形用户界面(gui)，所述界面显示系统能够显示所述采样设备的操作状态，并且可选地，允许用户选择所述对接站和所述采样设备的设置并且控制所述对接站和所述采样设备的操作。可选地，所述采样设备的操作状态包括以下中的一个或多个：通过所述流体采样系统的一个或多个部分的流动状态、通信状态、开/关或主动采样与不采样、激光传感器/检测器状态、校准状态、预热状态、警报状态(例如，未达到或超过热状态、高压功率供应源故障或正常规格之外的任何参数)、污染水平警报或其组合。所述界面显示系统可以位于对接站本身上，或者可以距所述对接站被远程地定位并且通过数据通信连接而连接到所述对接站。

11、附加地，所述对接站本身可选地包括检测器或传感器，所述检测器或传感器能够检测或感测所述流体流中的一个或多个具体成分、微生物或颗粒。例如，在一个实施方案中，所述对接站包括激光检测器或激光传感器，所述激光检测器或激光传感器能够检测流体样本中的颗粒、微生物、空气中的分子污染物或其他具体成分。在一个实施方案中，所述检测器或传感器是光子检测器、结合相干光源(例如，激光)和/或非相干光源的传感器。替代性地，所述检测器或传感器是非光学检测器或传感器，包括但不限于：被用来测量温度、压力、流率的检测器和传感器，以及与色谱法、离子迁移谱(ims)和其他光谱方法一起使用的检测器和传感器。

12、在一个实施方案中，所述功率输出和/或至少一个流体连接器能够在所述对接站被附接到所述采样设备时连接到第二设备，并且能够附加地提供功率和/或流体流以操作第二设备。第二设备可以是附加的采样设备，诸如：颗粒计数器，冷凝颗粒计数器，气体或其他流体分析器，颗粒分析器，颗粒采样器，气体、空气或液体采样歧管，分子采样器，微生物收集板，环境或气体传感器，以及其组合。例如，采样设备可以是颗粒采样器或流体采样歧管，并且第二设备可以是颗粒计数器或颗粒分析器，其中预期采样设备在第二设备之前需要更换。替代性地，第二设备是除采样设备之外的设备，包括但不限于警报指示器(例如，灯塔警报指示器)或能够提供关于周围环境或所收集的样本的信息的设备(例如，摄像机、温度计、压力读取器、静电分类器)。优选地，数据通信连接器附加地能够无线地和/或通过有线连接而连接到第二设备，使得被传输到控制器或cpu的数据包括来自采样设备、第二设备或两者的数据。

13、可选地，在相同的过程内，对接站可以与两个或更多个类型的采样设备一起使用，所述两个或更多个类型的采样设备为诸如收集气体或其他流体的采样歧管和被用来检测所采样的气体或其他流体内的颗粒的颗粒计数器。例如，对于每个采样设备可以使用单独的对接站，或者单个对接站可能能够同时地附接到两个或更多个采样设备，其中每个采样设备可以独立于另一个采样设备脱离和被更换。

14、在一个实施方案中，对接站能够同时地或有时彼此独立地附接到多个采样设备，并且提供独立地操作每个采样设备所需的连接。所述多个采样设备可以采样相同或不同的流体。例如，一个采样设备可以采样空气或气体，而另一采样设备可以采样液体。每个采样设备可以独立于其他采样设备被更换。

15、在一个实施方案中，本发明提供了一种集成式流体采样系统，所述集成式流体采样系统包括：一个或多个采样设备，所述一个或多个采样设备能够从环境采样目标流体；以及模块化对接站，所述模块化对接站被可移除地附接到采样设备。所述对接站包括：i)功率供应源，所述功率供应源具有连接到功率源的功率输入，并且还具有功率输出，其中所述功率输出被可移除地连接到所述一个或多个采样设备，并且提供用以操作所述一个或多个采样设备的功率；ii)至少一个流体连接器，所述至少一个流体连接器能够被附接到流体系统，其中所述至少一个流体连接器被可移除地连接到采样设备，并且向所述一个或多个采样设备或通过所述一个或多个采样设备提供目标流体的流；以及iii)至少一个数据通信连接器，所述至少一个数据通信连接器连接到控制器或cpu，其中至少一个数据通信端口向所述控制器或cpu传输电子数据并且从所述控制器或cpu接收电子数据。所述至少一个数据通信连接器可以被无线地连接、作为有线连接的一部分被连接、或者两者的组合。优选地，目标流体是从洁净室、洁净区、洁净环境或经过滤的流体源采样的。在一个实施方案中，目标流体是从加压气体或液体样品管线采样的，所述加压气体或液体样品管线包括但不限于亚大气压管线，所述亚大气压管线被用来输送高毒性和/或高自燃性的电子特种气体。

16、流体采样系统的对接站和设备与上文所描述的相同。第一采样设备被附接到对接站，并且随后被至少第二采样设备以及优选地附加的后续采样设备更换。彼此独立的第一采样设备、第二采样设备和任何后续采样设备优选地为：颗粒计数器，冷凝颗粒计数器，气体或其他流体分析器，颗粒分析器，颗粒采样器，气体、空气或液体采样歧管，分子采样器，微生物收集板，环境或气体传感器，以及其组合。

17、可选地，除了被附接到对接站的采样设备之外，流体采样系统还包括第二设备，其中功率输出被可移除地连接到第二设备并且提供用以操作第二设备的功率，并且流体连接器能够将目标流体从采样设备输送到第二设备。附加地，通过数据通信连接器无线地和/或通过有线连接被传输到控制器或cpu的数据包括来自采样设备、第二设备或两者的数据。

18、在一个实施方案中，本发明提供了一种用于操作流体采样系统的方法，包括以下步骤：a)提供第一采样设备和模块化对接站，所述模块化对接站被可移除地附接到第一采样设备；b)使用第一采样设备从环境采样目标流体；c)将第一采样设备与对接站、功率插座和流体连接器脱离，并且将第二采样设备连接到对接站、功率插座和流体连接器；以及d)使用第二采样设备从环境采样目标流体。优选地，对接站被定位在洁净室中，并且在采样步骤和脱离步骤期间保持在基本上相同的位置中。

19、在另外的实施方案中，所述方法包括根据所采样的流体、采样设备的操作或其组合生成数据，并且将所生成的数据从对接站传输到控制器或cpu。所接收的数据被用来改变采样设备的操作，或者被cpu分析以指示颗粒或微生物的存在、以检测气体或其他流体中的具体成分、或者它们的组合。

20、流体采样系统的对接站和设备可以与上文所描述的相同。例如，在一个实施方案中，对接站包括：

21、i)功率供应源，所述功率供应源具有连接到功率源的功率输入，并且还具有功率输出，其中所述功率输出被可移除地连接到第一采样设备，并且提供用以操作采样设备的功率；

22、ii)流体连接器，所述流体连接器能够被附接到流体系统并且向第一采样设备提供流体流或通过第一采样设备提供流体流，其中流体连接器被可移除地连接到第一采样设备；以及

23、iii)数据通信连接器，所述数据通信连接器连接到控制器或cpu，其中所述数据通信连接器向控制器或cpu传输电子数据并且从控制器或cpu接收电子数据。所述数据通信连接器可以被无线地连接、作为有线连接的一部分被连接、或者两者的组合。优选地，彼此独立的第一采样设备、第二采样设备和任何后续采样设备优选地为：颗粒计数器，冷凝颗粒计数器，气体或其他流体分析器，颗粒分析器，颗粒采样器，气体、空气或液体采样歧管，分子采样器，微生物收集板，环境或气体传感器，以及其组合。

24、在另外的实施方案中，所述方法还包括将第二采样设备与对接站、功率插座和流体连接器脱离，并且将第三采样设备连接到对接站、功率插座和流体连接器；以及使用第三采样设备从环境采样目标流体。优选地，此方法被重复多次，使得第三采样设备或后续采样设备与对接站、功率插座和流体连接器脱离，并且附接第四采样设备或后续采样设备。此方法可以被重复多次，使得对接站随后被附接到第五采样设备，优选地第十采样设备，优选地第十五采样设备，优选地第二十采样设备，或更多。

25、虽然对接站和采样设备优选地被定位在洁净室、洁净区或洁净环境中，但是对接站和采样设备可以被定位在洁净室、洁净区或洁净环境外部的其他环境中。例如，对接站和采样设备可以被放置在工具或装备件内部、高纯度水系统内部、或者甚至室外。在一个实施方案中，对接站和采样设备是移动采样系统的一部分。