(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流を空気前処理デバイスの入口で受けることと、
第１の継続時間のあいだ、前記空気流を第１のフィルターに通すことであって、前記第１のフィルターはそれぞれが第１のサイズを有する第１の組の孔を含み、前記第１のフィルターが前記第１のサイズより大きい前記空気流中の第１の粒子の通過を防ぐように構成されている、ことと、
前記第１の継続時間のあいだ、前記空気流を前記第１のフィルターから第２のフィルターに通すことであって、前記第２のフィルターはそれぞれが前記第１のサイズより小さい第２のサイズを有する第２の組の孔を含み、前記第２のフィルターが前記第１のフィルターを通過した前記第２のサイズより大きい前記空気流中の第２の粒子の通過を防ぐように構成されている、ことと、
前記空気流を前記空気前処理デバイスの出口から排出することと、
前記第１の継続時間の経過後、前記第１のフィルターと前記第２のフィルターの間に位置する排出口を通して空気を引き込むことによって、前記排出口を通して前記第２の粒子を第１の粒子検出器に渡すこととを含む方法。
【請求項２】
前記第１および第２のフィルターが、前記第１または第２のフィルターによって捕えられる粒子に反応して導電率が変化するように構成された導電性フィルターである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１または第２のフィルターの少なくとも１つに接続されている電気回路を使用して、前記第１または第２のフィルターの少なくとも１つの導電率の変化を測定することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記空気流を前記第２のフィルターから第３のフィルターに通すことをさらに含み、前記第３のフィルターはそれぞれが前記第２のサイズより小さい第３のサイズを有する第３の組の孔を含み、前記第３のフィルターが前記第２のフィルターを通過した前記第３のサイズより大きい前記空気流中の第３の粒子の通過を防ぐように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第３の粒子を第２の粒子検出器に渡すことをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記空気流をあらかじめ定められた時間、前記第１および第２のフィルターを通すことによって、前記第１および第２の粒子を望ましい濃度まで蓄積することと、前記あらかじめ定められた時間が経過した後、前記第２の粒子を第１の粒子検出器に渡すこととをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のサイズより大きい前記空気流中の前記粒子を、前記入口と前記第１のフィルターとの間に配設された第２の排出口を介して排出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
空気流を受けるように構成された入口と、
前記空気流を排出するように構成された出口と、
前記入口と出口との間に配置され、第１の継続時間のあいだ、前記空気流から粒子を濾過するように構成された複数段フィルターであって、それぞれが第１のサイズを有する第１の組の孔を含み、前記第１のサイズより大きい前記空気流中の前記粒子の通過を防ぐように構成されている第１のフィルターと、それぞれが前記第１のサイズより小さい第２のサイズを有する第２の組の孔を含み、前記第１のフィルターを通過した前記第２のサイズより大きい前記空気流中の前記粒子の通過を防ぐように構成されている第２のフィルターとを含む、複数段フィルターと、
前記第１の継続時間の経過後、排出口を通して空気を引き込むことによって、前記第１のフィルターを通過した前記第２のサイズより大きい前記空気流中の前記粒子を第１の粒子検出器に渡すように構成された第１の排出口とを含む空気前処理デバイス。
【請求項９】
前記第１のフィルターが、前記入口に前記第２のフィルターより近い、請求項８に記載の空気前処理デバイス。
【請求項１０】
前記第１および第２のフィルターが、前記第１または第２のフィルターによって捕えられる粒子に反応して導電率が変化するように構成された導電性フィルターである、請求項８に記載の空気前処理デバイス。
【請求項１１】
前記第１または第２のフィルターの少なくとも１つの導電率の変化を測定するように構成された電気回路をさらに含む、請求項１０に記載の空気前処理デバイス。
【請求項１２】
それぞれが前記第２のサイズより小さい第３のサイズを有する第３の組の孔を含み、前記第２のフィルターを通過した前記第３のサイズより大きい前記空気流中の前記粒子の通過を防ぐように構成されている第３のフィルターをさらに含む、請求項８に記載の空気前処理デバイス。
【請求項１３】
前記第２のフィルターを通過した前記第３のサイズより大きい前記空気流の前記粒子を第２の粒子検出器に渡すように構成された第２の排出口をさらに含む、請求項８に記載の空気前処理デバイス。
【請求項１４】
前記入口と前記第１のフィルターとの間に配置され、前記第１のサイズより大きい前記空気流中の前記粒子を排出するように構成された第２の排出口をさらに含む、請求項８に記載の空気前処理デバイス。
【請求項１５】
前記第１または第２のフィルターの少なくとも１つが、前記空気流を濾過するように構成された多孔質シリコンを含むるウエハーを含む、請求項８に記載の空気前処理デバイス。
【請求項１６】
空気流を受けるための手段と、
それぞれが第１のサイズを有する第１の組の孔を含み、前記第１のサイズより大きい前記空気流中の第１の粒子の通過を防ぐように構成されている、第１の継続時間のあいだ前記空気流を濾過するための第１の手段と、
それぞれが前記第１のサイズより小さい第２のサイズを有する第２の組の孔を含み、前記第１の手段を通過した前記第２のサイズより大きい前記空気流中の第２の粒子の通過を防ぐように構成されている、前記第１の継続時間のあいだ前記第１の手段からの前記空気流を濾過するための第２の手段と、
前記空気流を前記空気前処理デバイスから排出するための手段と、
前記第１の継続時間の経過後、排出口を通して空気を引き込むことによって、前記第２の粒子を第１の粒子検出器に渡すための手段とを含む空気前処理デバイス。
【請求項１７】
前記第１または第２の手段の少なくとも１つの導電率の変化を測定するための手段をさらに含む、請求項１６に記載の空気前処理デバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
以下の説明は読者の理解を助けるために提供される。提供される情報または引用される文献は従来技術とは認められない。
【０００２】
空気汚染物質のモニタリングおよび処理は重要産業であり、そのような方法およびデバイスには数多くの用途がある。多くの国、地方自治体および政府が、市民の意識および安全性を高めるために、特定モニタリングおよび空気品質報告を義務付けている。産業界では、有害物質を発生する、またはそのような有害物質を含む活動に携わる作業者の安全のために、空気汚染のモニタリングおよび処理が要求されることがある。空気汚染物質のモニタリングはまた、一般大衆のための多くの用途も有する。例えば、個人住宅での一酸化炭素の検出、および化学または生物学的テロ攻撃の場合における個人での用途などである。
【０００３】
小型サイズで効率の高い空気モニタリングデバイスは、大型サイズで効率が悪いデバイスに対して利点を有する。小型デバイスサイズであることによって、大型デバイスサイズでは不可能な用途でモニタリングデバイスを使用することができる。例えば、モニタリングデバイスを狭い場所に置くこと、および個人用の安全器具にモニタリングデバイスを含めることなどである。大型デバイスサイズは、モニタリングデバイスの可搬性および多様な場合での利用可能性を損なうという実際的な影響を及ぼしている。効率的なモニタリングデバイスは、空気汚染物質をより迅速に分析し、汚染物質レベルをより早く知らせることができる。しかし、小型モニタリングデバイスはこれまで、精度および感度の点で従来の大型モニタリング機器より劣っていた。
【発明の概要】
【０００４】
本技術は、空気流を空気前処理デバイスの入口で受けることと、空気流を第１および第２のフィルターを通すこととを含む例示的な空気前処理方法を提供する。第１のフィルターはそれぞれが第１のサイズを有する第１の組の孔を含み、第１のフィルターが第１のサイズより大きい空気流中の第１の粒子の通過を防ぐように構成されている。第２のフィルターはそれぞれが第１のサイズより小さい第２のサイズを有する第２の組の孔を含み、第２のフィルターが第１のフィルターを通過した第２のサイズより大きい空気流中の第２の粒子の通過を防ぐように構成されている。方法はさらに、空気流を空気前処理デバイスの出口から排出することを含む。
【０００５】
本技術はさらに、空気流を受けるように構成された入口と、空気流を排出するように構成された出口とを含む例示的な空気前処理デバイスを提供する。例示的な空気前処理デバイスはさらに、入口と出口との間に配置され、空気流から粒子を濾過するように構成された複数段フィルターを含む。複数段フィルターは、それぞれが第１のサイズを有する第１の組の孔を含み、第１のサイズより大きい空気流中の粒子の通過を防ぐように構成されている第１のフィルターを含む。複数段フィルターはさらに、それぞれが第１のサイズより小さい第２のサイズを有する第２の組の孔を含み、第１のフィルターを通過した第２のサイズより大きい空気流中の粒子の通過を防ぐように構成されている第２のフィルターを含む。
【０００６】
本技術はさらに、空気流を受けるための手段と、空気流を排出するための手段を含む別の例示的な空気前処理デバイスを提供する。例示的な空気前処理デバイスは、それぞれが第１のサイズを有する第１の組の孔を含み、第１のサイズより大きい空気流中の第１の粒子の通過を防ぐように構成されている、空気流を濾過するための第１の手段をさらに含む。例示的な空気前処理デバイスはまた、第１の手段からの空気流を濾過するための第２の手段を含む。第２の手段は、それぞれが第１のサイズより小さい第２のサイズを有する第２の組の孔を含み、第１の手段を通過した第２のサイズより大きい空気流中の第２の粒子の通過を防ぐように構成されている。
【０００７】
上記の概要は例示的なものに過ぎず、どのようにも制限するものではない。上記の例示的な態様、実施形態および特徴に加えて、他の態様、実施形態および特徴が、以下の図面および詳細な説明を参照することによって明らかになるであろう。
【０００８】
本開示の前述および他の特徴は、添付の図面と併せて、以下の説明および添付の特許請求の範囲を読めば、より十分に明らかになるであろう。これらの図面は本開示によるいくつかの実施形態を示しているに過ぎず、したがってその範囲を制限すると見なされるべきではないことを理解した上で、本開示は、添付の図面の使用を通して追加の専門性および詳細とともに説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による空気汚染物質モニタリングデバイスを示す図である。
【図２】例示的な実施形態による空中粒子を定量的に測定するための方法を示す図である。
【図３】例示的な実施形態による空気前処理およびモニタリングデバイスを示す図である。
【図４】例示的な実施形態による空中粒子を定量的および／または定性的に測定するための方法を示す図である。
【図５】例示的な実施形態による複数の複数段フィルターを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する。図面では、別段の記載がない限り、同様の記号は一般に同様の構成部品を示す。詳細な説明、図面および特許請求の範囲で説明される例示的な実施形態は、制限的な意味を有するものではない。本明細書に示された主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を使用することもでき、他の変更を行うこともできる。本明細書で一般に説明され、図において例示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成に配置し、置換し、組み合わせ、設計することができ、それらはすべて明示的に企図され、本開示の一部を形成することができることが容易に理解されよう。
【００１１】
従来の空気汚染物質モニターに関する様々な問題が存在する。これには、空気モニターが従来大型サイズであること、および従来の空気モニターの複雑性および関連する費用が挙げられるがそれに限定されない。さらに、従来の空気モニターが大型サイズであり複雑であることにより、そのようなモニターの可搬性が制限されてきた。より小型で可搬性が高い空気モニターは、より大型で複雑なモニターに比べて効率および感度が低いという問題があることが多かった。本明細書では、費用効果的で、感度が高く、効率的な空気前処理およびモニタリングデバイスを使用して、空気のモニタリングおよび前処理をするためのシステムを説明する。これらの空気前処理およびモニタリングデバイスは、デバイスに関連するサイズおよび費用を最小限にしながら、感度および効率を最大限にすることができる。
【００１２】
図１ａおよび１ｂは、例示的な実施形態による空中粒子モニタリングデバイス１００を示す。モニタリングデバイス１００は、入口１１０および出口１２０を含む。様々なサイズの粒子を含むことがある空気が、入口１１０を通ってモニタリングデバイス１００内へと入る。ファンまたはポンプを使用して、空気をモニタリングデバイス１００に通すことができる。実施形態では、低エネルギーマイクロファンを出口１２０付近に配置して、空気をモニタリングデバイス１００内へと引き込み、空気をモニタリングデバイス１００から外へと通過させることができる。
【００１３】
空気は、モニタリングデバイス１００の室に配置された１つまたは複数の導電性フィルター１３０、１４０および１５０を通過する。導電性フィルター１３０、１４０および１５０は、空気中の様々な粒子との接触によってフィルターの導電率が変化する、どのようなタイプのフィルターも含むことができる。そのようなフィルターの例には、導電性多孔質材料が表面に蒸着されたフィルターを含む。導電性多孔質材料は、例えば金、銀、アルミニウムなど、当業者には既知の任意の導電性金属とすることができる。実施形態では、導電性フィルター１３０は多孔質の金属蒸着された表面材料を含むＨＥＰＡフィルターとすることができ、導電性フィルター１４０は金属蒸着された紙フィルターとすることができ、導電性フィルター１５０は金属蒸着されたマイクロファイバー不織布フィルターとすることができる。代替実施形態では、モニタリングデバイス１００は、任意の数の導電性フィルターを含むことができる。導電性フィルター１３０、１４０および１５０はそれぞれ、空気が通過し、それにより濾過される複数の孔を含む。各導電性フィルターの孔はそれぞれ、実質的に均一な面積および／または直径を有する。例えば、第１のフィルターの第１の孔は、第１のフィルターの第２の孔と同じサイズを有する。特定の各導電性フィルターのそれぞれの孔のサイズは可能な限り均一とするが、様々な実施形態では１０％までの相違は許容可能とすることができる。
【００１４】
しかし、以下で説明するように、異なる導電性フィルターが異なるサイズの粒子の通過を防ぐように構成されるように、異なる導電性フィルターの孔は異なるサイズを有することができる。例えば、第１のフィルターの孔は、第２のフィルターの孔より大きいサイズを有することができる。孔サイズの差異の大きさは、それぞれのフィルターが捕えようとする粒子のサイズに依存する。例示的な実施形態では、第１のフィルターは少なくとも約３μｍの直径サイズの孔を有し、第２のフィルターは約１μｍの直径サイズの孔を有し、第３のフィルターは約０．３μｍの直径サイズの孔を有し、後に続くフィルターは約０．１μｍ、０．０３μｍなどの孔サイズを有する。
【００１５】
例示的な実施形態では、入口により近い導電性フィルターの孔は、入口からより遠いそれぞれの導電性フィルターの孔より大きいサイズを有する。例えば、導電性フィルター１３０の孔は、第１の実質的に均一な面積および／または直径を有する。同様に、導電性フィルター１４０の孔は、導電性フィルター１３０の第１の実質的に均一な面積および／または直径より小さい、第２の実質的に均一な面積および／または直径を有し、導電性フィルター１５０の孔は、導電性フィルター１３０および１４０の両方の第１および第２の実質的に均一な面積および／または直径の両方より小さい、第３の実質的に均一な面積および／または直径を有する。このように、複数の導電性フィルターを通過するにつれて、より小さいサイズの粒子が徐々に濾過される。例えば、導電性フィルター１３０の孔サイズより大きいすべての粒子１６０が、導電性フィルター１３０によって濾過される。導電性フィルター１３０の孔サイズより小さいが導電性フィルター１４０の孔サイズより大きいすべての粒子１７０が、導電性フィルター１４０によって濾過される。導電性フィルター１４０の孔サイズより小さいが導電性フィルター１５０の孔サイズより大きいすべての粒子１８０が、導電性フィルター１５０によって濾過される。代替実施形態では、導電性フィルター１５０の孔より小さいサイズを有する粒子を除去することによって空気をさらに濾過するように、より小さい孔サイズを有する追加の導電性フィルターを、モニタリングデバイス１００に含むことができる。
【００１６】
例示的な実施形態では、導電性フィルター１３０の孔の直径は、糸くず、様々な大きな塵粒子（建設現場からの塵など）または黄砂を捕えるように、１０μｍとすることができる。導電性フィルター１４０の孔の直径は、様々なハウスダストおよびアレルゲン、タバコの煙、料理の煙、花粉および細菌およびウイルスを含む咳飛沫を捕えるように、１μｍとすることができる。導電性フィルター１５０の孔の直径は、排気中のディーゼル粒子などのナノ粒子を捕えるように、０．１μｍとすることができる。
【００１７】
導電性フィルター１３０、１４０および１５０はそれぞれ、各電気回路１３５、１４５および１５５に電気的に接続されている。電気回路１３５、１４５および１５５はそれぞれ、導電性フィルター１３０、１４０および１５０の導電率のいかなる変化も測定する計測器を含む。空気中の粒子が導電性フィルター１３０、１４０および１５０の孔に捕えられると、各導電性フィルター１３０、１４０および１５０の導電率が変化する。導電性フィルター１３０、１４０および１５０の導電率の変化を測定することによって、導電性フィルターの各孔サイズに対応するサイズを有する空気中の粒子の濃度が求められる。
【００１８】
実施形態では、それぞれのフィルター１３０、１４０および１５０の導電率は、電気回路１３５、１４５および１５５にそれぞれ接続されているそれぞれのマイクロ検流計によって測定される。標準電圧がそれぞれの導電性フィルター１３０、１４０および１５０に印加され、それぞれのフィルターを通る電流が測定され、それぞれのマイクロ検流計に接続されている集積回路１８０へと送られる。集積回路１８０は、測定された電流を集積回路１８０に事前に入力されたマスター曲線と比較することによって、捕えられた粒子の量を算出する。捕えられた粒子数が多いほど、捕えられた粒子によってフィルターの導電率が増加するので、電流が高くなる。実施形態では、集積回路１８０は、電流測定の結果を示す図または他のタイプの表示を生成することができる。これらの図は、モニタリングデバイス１００に取り付けられた表示デバイス１９０を介してモニターすることができる。電流測定の結果を示す例示的な図が、図１ｂに示されている。代替実施形態では、当業者には既知の任意のデバイスを使用して、導電性フィルターを通る電流を測定することができる。
【００１９】
図２は、例示的な実施形態による図１のモニタリングデバイス１００を使用して空中粒子を定量的に測定するための方法を示す。オペレーション２００では、空気がモニタリングデバイス１００の入口で受けられ、それによりモニタリングデバイスのフィルタリング室へと導入される。オペレーション２１０で、空気は、連続的に小さくなる孔サイズを有する複数の導電性フィルターを通過する。例示的な実施形態では、各導電性フィルターの孔はそれぞれ、実質的に均一な断面を有する。空気が導電性フィルターを通過すると、導電性フィルターの孔サイズより大きいサイズの空気中の粒子が、導電性フィルターの孔によって捕えられるようになる。粒子が捕えられるようになると、捕えられた粒子によって各導電性フィルターに関連する全体的な抵抗が変化するので、導電性フィルターの導電率が変化する。
【００２０】
オペレーション２２０では、各導電性フィルターに電気的に接続されている各回路を使用して、個々の導電性フィルターの導電率のあらゆる変化が測定される。導電性フィルターの導電率の変化を測定することによって、各導電性フィルターの孔サイズより大きいサイズを有する空気中の粒子の濃度が求められる。電圧が各導電性フィルターに印加され、マイクロ検流計または当業者には既知の任意の他の電流測定デバイスを使用して、各導電性フィルターを通る対応する電流が測定される。測定された電流量は、フィルターによって捕えられた粒子の様々な量とフィルターを通る関連する電流値との関係を示すマスター曲線と比較される。マスター曲線は、既知の直径を有する正確な既知の量の粒子がモニタリングデバイス１００または同様のモニタリングデバイスを通過する較正プロセスを使用して生成される。電圧がモニタリングデバイスの導電性フィルターに印加され、結果として生じた導電性フィルターを通る電流が測定され、記録される。マスター曲線を生成するのに十分なデータが記録されるまで、異なるサイズおよび量の粒子についてオペレーションが繰り返される。マスター曲線を使用して、結果として測定されたモニタリングデバイス１００の導電性フィルターを通る電流の値をマスター曲線と比較することによって、モニタリングデバイス１００を通過した空気中の粒子の量を外挿することができる。
【００２１】
オペレーション２３０では、空気流が出口を通ってモニタリングデバイスから排出される。
【００２２】
図３は、例示的な実施形態による空気前処理およびモニタリングデバイス３００を示す。デバイス３００は、入口３１０および出口３２０を含む。様々なサイズの粒子を含むことがある空気が、入口３１０を通ってデバイス３００のフィルタリング室３７０内へと入る。次いで空気は、１つまたは複数の複数段フィルター３３０ａ〜３３０ｇを通過する。それぞれのフィルター３３０ａ〜３３０ｇは、空気が通過する複数の実質的に均一なサイズの孔を含む。このように、孔のサイズより大きいサイズを有する粒子は各フィルターを通過することができず、したがって、フィルターによって捕えられることになる。後に続くフィルターは、前のフィルターより小さい孔サイズを有する。例えば、例示的な実施形態では、入口３１０に最も近い第１のフィルター３３０ａの孔は、少なくとも約１ｍｍの直径を有する。入口３１０から２番目のフィルター３３０ｂの孔は、少なくとも約３０μｍの直径を有することができる。後に続くフィルター３３０ｃ〜３３０ｇ（入口からの距離順）は、少なくとも約３μｍ、１μｍ、０．３μｍ、０．１μｍ、０．０３μｍなどの直径サイズの孔を有することができる。したがって、後に続くフィルターがそれぞれ、前のフィルターより小さい粒子の通過を防ぐ。このように、異なるサイズを有する粒子を空気から選択的に分離することができる。フィルター３３０ａ〜３３０ｇは、デバイス３００の所望の用途に応じて、どのような孔サイズで設計することもできる。
【００２３】
複数段フィルターの１つまたは複数の段（stage）は、フィルター３３０ａ〜３３０ｇのそれぞれと後に続くフィルターとの間に画成されている。例えば、第１の段はフィルター３３０ａとフィルター３３０ｂとの間の容積に画成され、第２の段はフィルター３３０ｂとフィルター３３０ｃとの間の容積など以下同様に画成される。デバイス３００は、各段でそれぞれ捕えられた粒子を各検出器３６０へと選択的に搬送するように構成された１つまたは複数の排出口３５０ａ〜３５０ｆを含む。例えば、第１の排出口３５０ａは、第１のフィルター３３０ａを通過したが第２のフィルター３３０ｂを通過することができない粒子を搬送するように構成され、すなわち、第１の排出口３５０ａは、粒子を第１の段から各検出器３６０へと搬送するように構成されている。以下で説明するように、捕えられた粒子は、それぞれの段と各検出器との間の空気を動かすように構成されたファン、ポンプまたは他のデバイスによって、各検出器へと搬送される。
【００２４】
同様に、第２の排出口３５０ｂは、第２のフィルター３３０ｂを通過したが第３のフィルター３３０ｃを通過することができない粒子を搬送するように構成されている。第３の排出口３５０ｃは、第３のフィルター３３０ｃを通過したが第４のフィルター３３０ｄを通過することができない粒子を搬送するように構成されており、後に続く排出口３５０ｄ〜３５０ｆのそれぞれについても同様である。排出口３５０ａ〜３５０ｆの数量は、複数段フィルターのフィルターの数量に対応する。代替実施形態では、それぞれの排出口３５０ａ〜３５０ｆは、複数段フィルターの複数の段に対応することができる。
【００２５】
排出口３５０は、様々な粒子を各検出器３６０へと搬送する。様々な粒子を含む初期空気流が所定時間フィルターを通過した後、空気流が停止される。次いで、粒子がそれぞれの段に捕えられる。粒子をそれぞれの段から検出器へと移動させるために、各排出口３５０ａ〜３５０ｆとその各検出器３６０との間の空気を移動するように構成されたファン、ポンプまたは他のデバイスによって、清浄な空気がそれぞれの排出口３５０ａ〜３５０ｆを通って検出器へと引き込まれる。この清浄な空気によって、各段に捕えられた粒子がそれぞれ、各検出器３６０へと移動する。代替実施形態では、様々な粒子を含む初期空気流がフィルターを通過しながら、粒子を各検出器３６０へとそれぞれ搬送することもできる。
【００２６】
それぞれの検出器３６０は、標的粒子を定性的および／または定量的に検出するように構成されている。それぞれの検出器３６０は、蛍光分析器、吸収分光計、ラマン分析器、Ｘ線蛍光分光計、フローサイトメーター、質量分析計、電気化学的分析装置または当業者には既知の任意の他の粒子検出器の１つとすることができる。そのような検出器は、フィルターによって捕えられた様々な粒子を分析し、検出することができる。
【００２７】
デバイス３００は、第１のフィルター３３０ａより大きい粒子をデバイス３００から排出するように構成された排出口３４０を含むこともできる。このように、大きいサイズを有し（例えばエアロゾル、花粉、ダニなど）、空気品質モニタリングにとって重要ではないと見なされる粒子を、デバイス３００から最初に排出することができる。
【００２８】
例示的な実施形態では、フィルター３３０ａ〜３３０ｇは、図１を参照して上記で説明したように、電気回路によって各導電率計測器に接続されている導電性フィルターとすることができる。したがって、導電率計測器は、粒子がフィルター３３０ａ〜３３０ｇの孔に捕えられたことによって生じるフィルター３３０ａ〜３３０ｇの導電率の変化を測定するように構成されている。次いで、フィルター３３０ａ〜３３０ｇの導電率の変化を使用して、デバイス３００を通る空気流中の様々なサイズの粒子の濃度を求める。次いで、それぞれの段の粒子を排出口３５０ａ〜３５０ｆを通って各検出器３６０へと搬送することができ、検出器３６０は粒子についてさらなる情報を得ることができる。
【００２９】
実施形態では、空気前処理およびモニタリングデバイス３００を、空気中の粒子レベルをモニターするために、あらかじめ定められた間隔で、またはあらかじめ定められた時間に動作するよう構成されるように、自動で制御することができる。したがって、空気前処理およびモニタリングデバイス３００は、空気前処理およびモニタリングデバイス３００を、あらかじめ定められた間隔で、またはあらかじめ定められた時間に起動するように構成されたプロセッサまたは計算デバイスに通信可能に接続することができる。
【００３０】
さらに、別の実施形態では、空気前処理およびモニタリングデバイス３００は、空気前処理およびモニタリングデバイス３００からのトリガー信号に反応して起動されるように構成されたフィルタリングシステムに接続することができる。したがって、空気前処理およびモニタリングデバイス３００が空気中の粒子の特定のタイプの量の存在を検出した場合、フィルタリングシステムが起動されて、空気から粒子を除去する。特定の粒子を十分に除去した後、または空気中の粒子の量を許容可能なレベルまで減らした後、フィルタリングシステムが停止される。
【００３１】
図４は、例示的な実施形態による図１のデバイス３００を使用して空中粒子を定量的および／または定性的に測定するための方法を示す。オペレーション４００では、空気がモニタリングデバイス３００の入口で受けられ、それによりデバイスへと導入される。オペレーション４１０で、空気は、連続的に小さくなる孔サイズを有する複数のフィルターを含む複数段フィルターを通過する。複数段フィルターの複数の段は、複数のフィルターのそれぞれと後に続くフィルターとの間に画成される。空気が複数段フィルターを通過すると、粒子は粒子のサイズより大きい孔サイズを有するフィルターに直面するので、粒子は様々な段に捕えられる。オペレーション４２０では、空気は、あらかじめ定められた時間、または少なくとも１つの標的粒子の所望の量が蓄積されるまで、複数段フィルターを連続的に通過する。
【００３２】
オペレーション４３０では、様々な捕えられた粒子が、粒子が捕えられた各段から、各排出口を通って各検出器へと流れる。実施形態では、空気が複数段フィルターを通過しながら、捕えられた粒子が各検出器へと搬送される。空気を複数段フィルターを通過させるファンによって、捕えられた粒子も検出器へと押し出される。代替実施形態では、様々な粒子を含む初期空気流が所定時間フィルターを通過した後、捕えられた粒子も検出器へと搬送される。所定時間が経過した後、初期空気流が停止される。次いで、粒子がそれぞれの段に捕えられる。粒子をそれぞれの段から検出器へと移動させるために、各排出口とその各検出器との間の空気を移動するように構成されたファン、ポンプまたは他のデバイスによって、清浄な空気がそれぞれの排出口を通って検出器へと引き込まれる。この清浄な空気によって、各段に捕えられた粒子がそれぞれ、各検出器へと移動する。
【００３３】
オペレーション４４０では、各検出器は様々な粒子を定性的および／または定量的に分析する。したがって、検出器は、様々な段の粒子のタイプ、様々なタイプの粒子の濃度などを求めることができる。
【００３４】
図５は、例示的な実施形態による複数段フィルター５００を示す。複数段フィルター５００は、いくつかのフィルター５１０を含む。フィルター５１０は、シリコンウエハー上に多孔性領域を形成するために、シリコン電解エッチングプロセスを使用して形成される。フィルター５１０はそれぞれ、シリコン基板５２０、多孔質シリコン５４０および酸化膜５３０の領域を含む。多孔質シリコン５４０は、シリコン基板５２０の領域に孔をエッチングすることによって形成される。実施形態では、Ｐ型シリコン基板がフッ化水素酸溶液に浸漬され、シリコン基板５２０の表面からシリコン基板５２０の裏面へと電流が印加される。これにより、フッ化水素酸がシリコン基板５２０を通る多数の微細孔をエッチングして、多孔質シリコン５４０の領域を形成する。微細孔の直径は、フッ化水素酸の濃度、電流の量およびエッチングプロセスの時間を変えることによって、制御することができる。フッ化水素酸の濃度が高く、電流の量が増え、時間が長くなると、微細孔の直径が増加する。
【００３５】
微細孔がシリコン基板５２０に形成されると、シリコン基板５２０は弱くなることがある。フィルターの強度を上げるために、シリコン基板５２０の表面の部分に酸化膜５３０が形成され、酸化膜５３０が形成されたシリコン基板５２０の部分に孔がエッチングされることを防ぐ。実施形態では、当業者には既知の酸化膜エッチング工程を有するフォトリソグラフィプロセスを使用して、酸化膜５３０が形成される。
【００３６】
後に続くフィルター５１０のそれぞれの多孔質シリコン５４０は、前のフィルターより小さいサイズの孔を含む。フィルターのサイズは、濾過したい粒子のタイプに基づいて決定される。孔直径の例は、１ｍｍ、３０μｍ、１０μｍ、３μｍ、１μｍ、０．３μｍ、０．１μｍ、０．０３μｍなどとすることができる。代替実施形態では、それぞれのフィルター５１０の孔直径は、濾過したい粒子のタイプに基づいて、異なるサイズを有することができる。
【００３７】
それぞれのフィルター５１０を形成した後、フィルター５１０は、複数段フィルター５００を形成するように一列に互いに接着され、複数段フィルター５００の第１のフィルター５１０が最も大きい孔サイズを有し、後に続くフィルターがそれぞれ、前のフィルターより小さい孔サイズを有する。フィルター５１０は、約９００℃の温度を加え、基板を互いに結合するようにシリコン基板を加圧することによって、接着剤なしで互いに接着することができる。代替実施形態では、当業者には既知の接着剤を使用して、フィルター５１０を互いに接着することができる。
【００３８】
本明細書では、１つまたは複数のフローチャートを使用することができる。フローチャートの使用は、実施されるオペレーションの順序に関して制限的な意味を有するものではない。本明細書に記載された主題は、様々なコンポーネントをしばしば例示しており、これらのコンポーネントは、他の様々なコンポーネントに包含されるか、または他の様々なコンポーネントに接続される。そのように図示されたアーキテクチャは、単に例示に過ぎず、実際には、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャが実装可能であることが理解されよう。概念的な意味で、同じ機能を実現するコンポーネントの任意の構成は、所望の機能が実現されるように効果的に「関連付け」される。したがって、特定の機能を実現するために組み合わされた、本明細書における任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間のコンポーネントにかかわらず、所望の機能が実現されるように、お互いに「関連付け」されていると見ることができる。同様に、そのように関連付けされた任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に接続」または「動作可能に結合」されていると見なすこともでき、そのように関連付け可能な任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に結合できる」と見なすこともできる。動作可能に結合できる場合の具体例には、物理的にかみ合わせ可能な、および／もしくは物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに／またはワイヤレスに相互作用可能な、および／もしくはワイヤレスに相互作用するコンポーネント、ならびに／または論理的に相互作用する、および／もしくは論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれるが、それらに限定されない。
【００３９】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００４０】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む発明に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、通常、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステ���を含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００４１】
例示的な実施形態の上記の説明は、例示および説明のために記載されている。これは開示された詳細な形態について包括的または制限的なものではなく、修正および変形が上記の教示に照らして可能であり、または開示された実施形態の実施から取得することができる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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