光学粒子分析仪的校准验证

相关申请的交叉引用

本申请要求各自于2019年11月8日提交的题为“CalibrationVerificationforOpticalParticleAnalyzers”的国际申请序列号PCT/US2019/060607和美国申请号16/678,968的优先权权益，其各自要求于2018年11月12日提交的美国申请号62/759,953的权益，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本发明属于光学粒子分析仪的领域。本发明总体上涉及用于验证光学粒子分析仪的校准状态和性能的校准验证系统和方法。

大部分微污染工业依赖于光学粒子分析仪的使用，例如在各种美国专利中描述的，包括美国专利号3,851,169、4,348,111、4,957,363、5,085,500、5,121,988、5,467,188、5,642,193、5,864,399、5,920,388、5,946,092和7,053,783。美国专利号4,728,190、6,859,277和7,030,980也公开了光学粒子分析仪，并且其全部内容通过引用并入本文。气溶胶光学粒子分析仪用于测量洁净室和洁净区域中的空气传播粒子污染。液体粒子分析仪通常用于光学测量水处理和化学加工工业中的粒子污染。

用于这些应用的光学粒子分析仪通常每年进行至少一次校准程序。可获得“国际标准，例如JISB9921：光散射自动粒子计数器，ASTMF328-98：使用单分散球形粒子校准气载粒子计数器的标准实践，以及ISO/FDIS21501-4：确定粒子尺寸分布-单粒子光相互作用方法-第4部分：用于清洁空间的光散射气载粒子计数器”，其详细描述了光学粒子分析仪的校准要求。

光学粒子分析仪的校准过程是复杂的，并且通常需要来自光学粒子分析仪制造商的训练有素的代表来执行校准。校准过程以使用经认证的粒度标准物为中心。仅作为示例，在美国，这些标准是水悬浮聚苯乙烯球，其起源于国家标准与技术研究所(NIST)。

用于向气溶胶光学粒子分析仪提供校准标准粒子的典型粒子生成系统使用泵将过滤的空气吸入系统中。由于校准标准粒子是水悬浮的，因此它们必须被雾化以通过气溶胶光学粒子分析仪进行检测。将水和粒子混合物放入喷雾器中，在喷雾器中用由粒子发生器泵产生的加压空气流雾化水和粒子混合物。以这种方式，使用已知尺寸的单分散粒子来校准粒子分析仪的每个相应的粒子通道。例如，使用1.0μm粒子来校准1.0μm通道。这确保了被测单元的每个粒子通道精确地确定粒子尺寸。

除了上述测试之外，通常还需要将测试仪器与参考粒子分析仪进行相互比较，该参考粒子分析仪除了被测试仪器所使用的流动系统之外还包括完全不同的流动系统。这样做例如是为了确保测试仪器在其规定的第一通道粒子尺寸下实现50％的计数效率，并且在其规定的第一通道粒子尺寸的1.5倍至2.0倍下实现100％的计数效率。

通常还需要用NIST可追踪流量计测量和确认被测单元的流速，以及执行零计数(假计数率)测试。对于一些应用，通常需要仪器在95％的置信上限下在五分钟内显示小于一个计数的可实现的假计数率。该测试非常耗时，并且可能需要超过一小时的延长的总采样时间。

完整的光学粒子分析仪校准是复杂的，因此通常必须由来自粒子分析仪制造商的训练有素的代表来执行。完全校准通常需要大量的非便携式测试设备。通常，测试中的光学粒子分析仪必须带到校准设备位置。

出于成本原因和易于实施，粒子分析仪用户通常将校准限制为一年的校准周期(如粒子分析仪制造商通常推荐的)。粒子分析仪用户必须假设粒子分析仪将在整个一年的校准周期内维持适当的校准，但是有时情况并非如此。

气溶胶粒子分析仪用户分成多个行业。例如，半导体和制药工业是粒子测量在其中起重要作用的两个工业。半导体用户通常监测气溶胶污染以便改进或维持晶片良率水平。如果气溶胶光学粒子分析仪在这些清洁区域中的一个中偏离校准，则粒子分析仪可能对清洁区域中的粒子水平计数过高或计数不足。如果粒子分析仪计数不足，则清洁区域可能比用户认为的更脏。在最坏的情况下，由于这种未检测到的粒子污染，用户可能经历晶片产量的下降。虽然产量的下降是不期望的，但是用户至少得到来自晶片产量的质量控制监测的实时反馈，并且将具有一些动力以调查该特定清洁区域内的可能问题。最终，将揭示未校准的粒子分析仪晶片是产量下降的原因。

未校准的粒子分析仪也给药物使用者带来了显著的问题。药物使用者必须监控处理或加工药物的清洁区域。在美国，该监测由食品和药物管理局(FDA)授权。处理区域必须维持在为某些药物产品建立的规定清洁水平。如果粒子分析仪计数不足，则清洁处理区域可能比用户认为的更脏。用户没有手段来检测校准粒子分析仪之外，因为不存在将指示问题的任何过程的实时反馈。用户可以在粒子分析仪的年度校准周期的剩余时间内继续在可疑清洁区域中处理药物，然后最终被通知粒子分析仪在其下一次调度的校准时未校准。

由于液体粒子分析仪通常用于光学测量净化水和化学流中的粒子污染，因此当液体粒子分析仪计数不足时，水或化学流可能包括高于用户相信的粒子水平。例如，如果液体源包括高于预期的粒子水平，则这可能导致最终产品，其中作为组分的该液体具有高于预期的污染水平。如上所述，这可能造成重大问题，例如如果最终产品是药物组合物的情况。可选地，如果在半导体设备的处理期间使用液体(例如)作为冲洗液、洗涤液或溶剂，那么可导致半导体设备的粒子污染，从而导致半导体设备产量降低。

一旦粒子分析仪被定义为未校准，则其在整个校准循环(通常为一年)内监测的清洁区域的状态是有问题的。如果确定粒子分析仪计数足够少，使得其监测的实际清洁区域高于允许的FDA规定的污染限制，则全年在该区域生产的所有产品都变得可疑。用户可能被迫召回在可疑地区生产的全年药品。由于许多原因，这是根本的问题，包括财政，例如使药物使用者在消失的产品中损失数百万美元。

光学粒子分析仪可能由于许多原因而变得错误校准，这些原因包括检测电子器件中的漂移；这种错误校准的粒子分析仪仍然可以正确地计数粒子的总数，但是可能错误地识别粒子的实际尺寸。至少一些已知的用于评估光学粒子分析仪的校准状态的系统和方法采用实际粒子来测试光学粒子分析仪。尽管通常不像执行完整校准程序那样昂贵和耗时，但是使用实际粒子评估光学粒子分析仪的校准状态不是一个微不足道的程序。因此，采用用于有效地评估不需要使用实际粒子的光学粒子分析仪的校准状态的系统和方法将是有益的。

美国专利No.5,684,585(Girvin)描述了通过以模拟正常使用下的粒子检测的方式调制粒子照明源来验证光学粒子计数器的校准状态。然而，Girvin受到激光束中粒子的存在的影响，因此在没有实际粒子活动的情况下表现最佳。因此，这需要在启动校准诊断例程之前，通过将零计数过滤器放置在仪器的流体入口上来完成Girvin中的任何诊断例程。此外，已经使用的分析粒子的仪器具有残留粒子污染的风险，这可能导致粒子在腔室中存在数小时、数天甚至更长时间。这种残留粒子可能干扰分析仪诊断。因此，本领域需要一种光学粒子计数器和分析仪，其可以可靠地进行自诊断，而与分析仪中是否存在粒子无关，从而适应残留粒子的存在和/或提供同时的自诊断和粒子检测。本文描述的方法和系统通过使用彼此不干扰的用于自诊断、粒子计数和激光功率调制的特别配置的时域频率来实现这一点。

发明内容

本文公开了使得自诊断特征能够验证光学粒子分析仪的校准状态的方法和系统，包括确定部件的功能健康，诸如光电检测器和随后的放大电路的响应度、由收集光学器件收集的激光脉冲光的量、散射粒子光收集光学器件输出和激光功率电平。验证光学粒子分析仪校准状态和确定部件的功能健康可以通过循环(例如，调制)激光功率并且然后检测高增益检测器电路(例如，在本文中称为放大电路)上的粒子增益级脉冲活动来实现。通过调制所施加的激光功率(例如，其单个周期在本文中可以被称为“检验脉冲”)以及在高增益检测器电路(例如，放大电路)上的检测粒子增益级AC耦合脉冲活动，所公开的系统和方法是灵敏且准确的。所公开的系统和方法可以被实现为用于光学粒子分析仪仪器的校准验证自诊断系统，并且其可以用于增加仪器在其校准使用周期(例如，每年)结束时成功完成如发现的校准验证的概率。

激光功率电平的脉冲变化改变在光电检测器电流-电压转换器的输出处建立的DC电压电平。当这种突然的DC电压偏移被馈送到光电检测器信号的后续AC耦合放大中时，由AC耦合电路生成脉冲。所得到的检测器信号波形的前沿表示激光功率电平增加的速度，而检测器信号波形峰值的后沿表示AC耦合电路放电的速度。检测器信号波形上的脉冲峰值的幅度与粒子计数器的粒子检测系统的若干功能健康指标直接相关，包括：脉冲激光功率的量、由收集光学器件收集的激光脉冲光的量、以及光电检测器和随后的放大电路的响应度。本文所述的校准验证测试系统和方法可以通过添加低速ADC而结合到现有的光学粒子分析仪仪器和系统(例如，

所公开的系统和方法在样品介质中不存在粒子的情况下是灵敏和准确的，如在对过滤的空气进行采样时的情况。还可以使用未过滤的环境空气来实践所公开的系统和方法。在后一种情况下，光束中的粒子可能导致异常数据点，这些异常数据点可以针对校准验证测试脉冲的多次运行进行平均，或者对于超过预定阈值信号的那些异常数据点，可以从定量分析中省略。放大电路还可以被频率调谐以在很大程度上不响应粒子(当以正常仪器流速采样时)和脉冲噪声事件。

本文提供的方法和分析仪包括使用两个不同且非干扰的时频域：中频和低频时域。可选地，使用第三不同频率：高频时域。中频时域用于粒子检测。低频时域用于校准状态，包括激光-脉冲-光自诊断，用于分析仪的健康或校准状态。通过仔细选择频时域范围，在任何不同的频时域之间不存在干扰，从而提供分析仪自诊断的重要功能益处，而不影响分析粒子的能力和/或任何粒子(如果存在的话)不影响诊断功能。可选的第三频率(高频时域)产生激光刻面驱动电流频率调制，以防止激光刻面空间跳模。此外，对于避免空间跳模很重要的高频时域不干扰任何粒子检测或自诊断。当然，本文描述的系统和方法与空间跳模不太重要的光源兼容。例如，第三高频时域可以与具有指数引导激光器的分析仪一起使用。相反，其他激光器(诸如增益引导激光器)可能不需要高频时域。

本文描述了将系统时间谱分段为不同且单独的时域段，以便在启动校准验证诊断例程时减少或消除粒子活动的影响。该系统利用激光功率调制作为确定散射光光学收集系统的光学收集效率的方法。该系统以在诊断例程被激活时基本上不受穿过激光束的粒子的存在的方式来实现这一点。这反映了本文描述的系统和方法容忍粒子对自诊断的一些影响，只要该影响不会不利地影响校准中状态的确定。例如，由粒子引起的所得的一个或多个诊断参数的微小变化(例如小于5％或小于1％)在公差范围内。根据需要，可以使用更严格的有源滤波技术，例如第二或第三极点滤波器，而不是更具成本效益的无源单极滤波器。

该系统利用单独的外部光电二极管功率测量系统来验证检测到适当的激光功率。该系统还被设计成在诊断例程被激活时不受穿过激光束的粒子的存在的影响。

本文描述的方法和系统推进了光学粒子计数的领域，包括通过提供即使当粒子通过系统的有源元件时也容易实施的校准诊断系统/方法。

在一个实施例中，提供了一种用于验证光学粒子分析仪的校准的方法。该方法包括提供光学粒子分析仪的步骤。所述光学粒子分析仪包括用于产生电磁辐射(“EMR”)束的EMR源。所述光学粒子分析仪包括用于容纳样品介质和用于接收EMR束的腔室。所述光学粒子分析仪包括与EMR源光学连通的光学组件，用于将EMR束从源引导到腔室。光学粒子分析仪包括用于检测来自EMR束的散射辐射的检测器。所述光学粒子分析仪包括用于将来自EMR束的散射辐射从腔室引导到检测器的光学收集系统。该方法包括调制施加到EMR源的功率的步骤。该方法包括以下步骤：响应于调制步骤，诱导检测器信号波形。该方法包括分析检测器信号波形以确定与所述EMR源、所述光学组件、所述腔室、所述检测器和所述光学收集系统中的一个或多个相关联的至少一个诊断参数的值的步骤。该方法包括基于至少一个诊断参数的一个或多个确定值来确定所述光学粒子分析仪的校准状态的步骤。

在一个实施例中，提供了一种用于验证光学粒子分析仪的校准的方法。该方法包括提供光学粒子分析仪的步骤。所述光学粒子分析仪包括用于产生激光束的激光器。所述光学粒子分析仪包括用于容纳样品介质和用于接收激光束的流动腔室。所述光学粒子分析仪包括与激光器光学连通的光学组件，用于将激光束从激光器引导到流动腔室。光学粒子分析仪包括用于检测来自激光束的散射辐射的检测器。所述光学粒子分析仪包括用于将来自激光束的散射辐射从流动腔室引导到检测器的光学收集系统。该方法包括将施加到激光器的功率从第一功率电平调制到第二功率电平的步骤。该方法包括以下步骤：响应于调制步骤，诱导检测器信号波形。该方法包括分析检测器信号波形以确定与所述激光器、所述光学组件、所述流动腔室、所述检测器和所述光学收集系统中的一个或多个相关联的至少一个诊断参数的值的步骤。所述至少一个诊断参数包括所述检测器信号波形的峰值的幅度，所述检测器信号波形的峰值的幅度对应于以下各项之间的检测器信号幅度的差异：由所述检测器从来自具有所述第一功率电平的所述施加功率的所述激光器的处于第一辐射功率电平的所述激光束检测到的所述散射辐射；以及由所述检测器从来自具有所述第二功率电平的所述施加功率的所述激光器的处于第二辐射功率电平的所述激光束检测到的所述散射辐射。该方法包括基于至少一个诊断参数的一个或多个确定值来确定所述光学粒子分析仪的校准状态的步骤。

在一个实施例中，提供了一种光学粒子分析仪。所述光学粒子分析仪包括用于产生EMR束的EMR源。所述光学粒子分析仪包括用于容纳样品介质和用于接收EMR束的腔室。所述光学粒子分析仪包括与EMR源光学连通的光学组件，用于将EMR束从EMR源引导到腔室。光学粒子分析仪包括用于检测来自EMR束的散射辐射的检测器。所述光学粒子分析仪包括用于将来自EMR束的散射辐射从腔室引导到检测器的光学收集系统。所述光学粒子分析仪包括可操作地连接到所述EMR源和检测器的处理器。所述处理器被编程为将施加到EMR源的功率从第一功率电平调制到第二功率电平。所述处理器被编程为分析由施加到EMR源的功率的调制引起的散射辐射检测器信号波形。所述处理器被编程为确定与所述EMR源、所述腔室、所述光学组件、所述检测器和所述光学收集系统中的一个或多个相关联的至少一个诊断参数的值。所述处理器被编程为基于至少一个诊断参数的一个或多个确定值来确定所述光学粒子分析仪的校准状态。

在一个实施例中，提供了一种光学粒子分析仪。所述光学粒子分析仪包括用于产生激光束的激光器。所述光学粒子分析仪包括用于容纳样品介质和用于接收激光束的流动腔室。所述光学粒子分析仪包括与激光器光学连通的光学组件，用于将激光束从激光器引导到流动腔室。所述光学粒子分析仪包括用于检测来自激光束的散射辐射的检测器。所述光学粒子分析仪包括用于将来自激光束的散射辐射从流动腔室引导到检测器的光学收集系统。所述光学粒子分析仪包括可操作地连接到激光器和检测器的处理器。所述处理器被编程为将施加到激光器的功率从第一功率电平调制到第二功率电平。所述处理器被编程为分析由施加到所述激光器的功率的调制引起的散射辐射检测器信号波形。所述处理器被编程为确定与所述激光器、所述流动腔室、所述光学组件、所述检测器和所述光学聚集系统中的一个或多个相关联的至少一个诊断参数的值。所述至少一个诊断参数包括散射辐射检测器信号波形峰值幅度，所述散射辐射检测器信号波形峰值幅度对应于以下各项之间的检测器信号幅度的差异：由所述检测器从来自所述激光器的第一辐射功率电平的激光束检测到的散射辐射，所述激光器具有第一功率电平的施加功率；以及由所述检测器从来自具有所述第二功率电平的所述施加功率的所述激光器的处于第二辐射功率电平的所述激光束检测到的所述散射辐射。所述处理器被编程为基于至少一个诊断参数的一个或多个确定值来确定所述光学粒子分析仪的校准状态。

在一个实施例中，提供了一种非暂时性计算机可读存储介质。所述非暂时性计算机可读存储介质包括存储在其中的处理器可执行指令，以验证具有EMR源、腔室、光学组件、检测器和光学收集系统的光学粒子分析仪的校准。当由一个或多个处理器执行时，所述处理器可执行指令使所述一个或多个处理器将施加到所述EMR源的功率从第一功率电平调制到第二功率电平。当由一个或多个处理器执行时，所述处理器可执行指令使所述一个或多个处理器分析由施加到所述EMR源的功率的调制引起的散射辐射检测器信号波形。当由一个或多个处理器执行时，所述处理器可执行指令使一个或多个处理器确定与所述EMR源、所述腔室、所述光学组件、检测器和所述光学收集系统中的一个或多个相关联的至少一个诊断参数的值。当由所述一个或多个处理器执行时，所述处理器可执行指令使一个或多个处理器基于至少一个诊断参数的一个或多个确定值来确定所述光学粒子分析仪的校准状态。

在一个实施例中，提供了一种非暂时性计算机可读存储介质。所述非暂时性计算机可读存储介质包括存储在其中的处理器可执行指令，以验证具有激光器、流动腔室、光学组件、检测器和光学收集系统的光学粒子分析仪的校准。当由一个或多个处理器执行时，所述处理器可执行指令使所述一个或多个处理器将施加到所述激光器的功率从第一功率电平调制到第二功率电平。当由一个或更多个处理器执行时，所述处理器可执行指令使一个或更多个处理器分析由施加到所述激光器的功率的调制引起的散射辐射检测器信号波形。当由所述一个或多个处理器执行时，所述处理器可执行指令使所述一个或多个处理器确定与所述激光器、所述流动腔室、所述光学组件、所述检测器和所述光学收集系统中的一个或多个相关联的至少一个诊断参数的值。所述至少一个诊断参数包括散射辐射检测器信号波形峰值幅度，所述散射辐射检测器信号波形峰值幅度对应于以下各项之间的检测器信号幅度的差异：由所述检测器从来自所述激光器的第一辐射功率电平的激光束检测到的散射辐射，所述激光器具有第一功率电平的施加功率；以及由所述检测器从来自具有所述第二功率电平的所述施加功率的所述激光器的处于第二辐射功率电平的所述激光束检测到的所述散射辐射。当由所述一个或多个处理器执行时，所述处理器可执行指令使所述一个或多个处理器基于至少一个诊断参数的一个或多个确定值来确定所述光学粒子分析仪的校准状态。

不希望受任何特定理论的束缚，本文可以讨论与本文公开的设备和方法有关的基本原理的信念或理解。应当认识到，无论任何机械解释或假设的最终正确性如何，本发明的实施例仍然可以是可操作的和有用的。

附图说明

图1是光学粒子分析仪的示意图。

图2是根据本公开的一个实施例的用于验证光学粒子分析仪的校准的方法的流程图。

图3是根据本公开的一个实施例的可用于执行图2中所示的方法的软件架构的框图。

图4是根据本公开的一个实施例的可以与图1中所示的计算系统和图2中所示的方法一起使用的数据结构的框图。

图5是根据本公开的一个实施例的在图2中所示的方法中感应的检测器信号波形的曲线图。

图6是根据本公开的一个实施例的图2中所示的方法的用例的状态图表示。

图7A、7B和7C是本公开的实施例1的检测器信号波形的曲线图。

图8A、8B和8C是本公开的实施例1的检测器信号波形的曲线图。

图9是本公开的实施例1的检测器信号波形的曲线图。

图10是本公开的实施例1的检测器信号波形的曲线图。

图11是根据本公开的一个实施例的具有复位的频率调谐闭环峰值与维持电路的示意图。

图12是本公开的实施例4的检测器信号波形的曲线图。

图13是在时间扩展视图中的图12的检测器信号波形的曲线图。

图14是本公开的实施例4的检测器信号波形的曲线图。

图15A是本公开的实施例5的检测器信号波形的曲线图。

图15B是本公开的实施例5的检测器信号波形的曲线图。

图15C是本公开的实施例5的检测器信号波形的曲线图。

图15D是本公开的实施例5的检测器信号波形的曲线图。

图15E是本公开的实施例5的检测器信号波形的曲线图。

图15F是本公开的实施例5的检测器信号波形的曲线图。

图16是来自数字示波器的示例性粒子脉冲的曲线图。

图17是用于低频时域的低速峰值和保持电路的示意图。

图18是具有经过滤的仪器样本空气的峰值和保持电路诊断函数的曲线图。

图19是具有ISO14644-15类未过滤样本空气的峰值和保持电路诊断函数的曲线图。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了本发明的设备、设备部件和方法的许多具体细节，以便提供对本发明的精确性质的透彻解释。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。

通常，本文使用的术语和短语具有其本领域公认的含义，其可以通过参考本领域技术人员已知的标准文本、期刊参考文献和上下文来找到。提供以下定义以阐明它们在本发明的上下文中的具体用途。

术语“样品介质”是指包含待通过光学粒子分析仪测量的样品的物质或物质集合。作为示例，光学粒子分析仪可以对来自环境的空气进行采样。空气可以包含或可以不包含粒子，并且因此使用光学粒子分析仪来确定环境中的空气是否具有粒子是一个目的。在该示例中，样本介质是环境的空气。

术语“诊断参数”是指通过光学粒子分析仪的一个或多个输出(例如检测器信号波形)分析确定的可测量的量或质量。在光学粒子分析仪的成功校准事件之间的时间确定诊断参数的值。

术语“与……相关的诊断参数”是指所确定的诊断参数的一个或多个值，其代表光学粒子分析仪中的粒子组分的操作条件和功能。例如，特定诊断参数的值可以根据入射在光学粒子分析仪的基于光电二极管的检测器上的散射光的辐射功率而变化。在这种情况下，小于预期值(例如，超出规格的结果)的这种诊断参数的确定值可以例如但不限于指示电磁辐射源(例如，激光器)的操作问题，电磁辐射源的光束被散射并随后由光学粒子分析仪的检测器检测。

术语“操作条件”是指光学粒子分析仪的特定部件或部件组的运行状态。操作条件可以是严格的二元状态，其中组件是功能性的或非功能性的。操作条件可以是从完全起作用到完全不起作用的连续功能上的状态。这样的连续功能可以包括中间状态，诸如接近超出规格状态和/或需要根据预定时间表的一些维护操作。如本文详细描述的，使用所公开的系统和方法确定的诊断参数的值可以与诊断参数相关联的光学粒子分析仪的相应部件的操作条件相关联。

术语“校准状态”指的是反映光学粒子分析仪是“校准中”还是“未校准”的光学粒子分析仪的特定功能状态。特定光学粒子分析仪的校准状态是自从最后一次成功的校准被执行和/或针对该相同的特定粒子分析仪被证明以来的状态。校准状态可以是二进制状态，其中特定的光学粒子分析仪处于校准中或未校准。校准状态可以是范围从校准中到未校准的连续状态上的状态。这样的连续体可以包括中间状态，诸如接近未校准状态、接近预定校准时间和/或接近或超过一个或多个预定控制警报限制。取决于感兴趣的应用，如果分析仪在用户定义的公差内，诸如提供在绝对校准的10％内、5％内、1％内或0.1％内的参数，则分析仪可以被定义为“进行了校准”。

术语“校准参数”具有与“诊断参数”相同的含义，除了在对光学粒子分析仪执行成功校准事件的相同时间期间确定校准参数的值(例如，在校准事件的开始和校准事件的结束之间确定)。

术语“前沿函数”是指定义或至少近似检测器信号波形的前沿的等式。

术语“通电状态”是指光学粒子分析仪的部件中存储的电能的定性和/或定量测量。

术语“可操作地连接到”是指为了电流流动和/或数据信号流动的目的，两个或更多个功能相关的部件彼此耦合。两个或更多个部件的这种耦合可以是有线连接和/或无线连接。经由有线和/或无线连接如此耦合的两个或更多个部件可以彼此接近(例如，在与光学粒子分析仪相同的房间中或在与光学粒子分析仪相同的外壳中)，或者它们可以在物理空间中分开一定距离(例如，在与光学粒子分析仪的位置不同的建筑物中)。

术语“光通信”是指以允许光或电磁辐射在部件之间传输的方式布置的部件。

术语“辐射”是指波和/或粒子形式的能量，例如通过空间或通过材料介质发射或传输的能量。优选地，对于一些方法和应用，术语“辐射”是指电磁辐射。术语“电磁辐射”和“光”在本说明书中同义使用，并且是指电场和磁场的波和/或光子。如本文所用，电磁辐射包括但不限于无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。可用于本发明方法的电磁辐射包括但不限于紫外光、可见光、红外光或这些的任何组合，其波长在约100纳米(nm)至约15微米(μm)之间。术语“散射辐射”是指由辐射的散射产生的辐射，诸如由电磁辐射的束(或其能量含量)的至少一部分的散射产生的辐射。例如，电磁辐射束(诸如激光束)与物质(诸如存在于光束透射通过的介质中的粒子)之间的相互作用可以包括电磁辐射的光束的至少一部分或其能量含量的散射。例如，电磁辐射束的至少一部分光子可能由于与物质的相互作用或介质中的不均匀性而被散射。术语“散射”是指这样的过程，通过该过程，诸如电磁辐射的辐射由于与发射或透射辐射的介质中的一个或多个不均匀性的相互作用而被迫偏离直线轨迹。例如，散射可以指电磁辐射的波或其量子、光子由于与介质(诸如流体(例如，气体、空气、液体等))中的物质或不均匀性(诸如一个或多个粒子)的相互作用而经历从一个直线轨迹到至少第二轨迹的偏差，电磁辐射的波或光子通过该介质发射或透射。

术语“大约”和“约”可互换使用，并且是指在给定参考值的20％内、10％内、5％内或任选地等于给定参考值的值。例如，约100nm的波长是在20％内、10％内、5％内的任何波长，或者在一些应用中优选地等同于100nm。

“粒子”是指通常被认为是污染物的小物体。粒子可以是通过摩擦作用产生的任何材料，例如，当两个表面机械接触并且存在机械运动时。粒子可以由材料的聚集体组成，例如灰尘、污垢、烟雾、灰、水、烟灰、金属、矿物或这些或其他材料或污染物的任何组合。“粒子”还可以指生物粒子，例如病毒、孢子和微生物，包括细菌、真菌、古细菌、原生生物、其他单细胞微生物，特别是尺寸为1-15μm量级的那些微生物。粒子可以指吸收或散射光并因此可由光学粒子计数器检测的任何小物体。如本文所用，“粒子”旨在排除载液的各个原子或分子，例如水分子、工艺化学分子、氧分子、氦原子、氮分子等。本发明的一些实施例能够检测、确定尺寸和/或计数包括尺寸大于10nm、20nm、30nm、50nm、100nm、500nm、1μm或更大、或10μm或更大的材料聚集体的粒子。具体的粒子包括具有选自20nm至50nm、50nm至50μm的尺寸、选自100nm至10μm的尺寸或选自500nm至5μm的尺寸的粒子。

图1示意性地示出了示例性光学粒子分析仪100。光学粒子分析仪100包括用于产生电磁辐射(“EMR”)104束的EMR源102。在一个实施例中，EMR源102包括激光器、激光二极管、条形二极管激光器、发光二极管和白炽灯中的至少一种。在EMR源102包括激光器的实施例中，EMR束104包括激光束。在一个实施例中，激光器包括激光二极管和条形二极管激光器中的至少一个。

图1所示的光学粒子分析仪100包括用于容纳样品介质108并用于接收EMR束104的腔室106。在EMR源102包括激光器的实施例中，腔室106接收激光束。在一个实施例中，样本介质108包括粒子。在一个实施例中，样本介质108包括流体(例如，液体和/或气体)。在一个实施例中，腔室106包括或者是比色皿。在一个实施例中，腔室106包括或者是用于容纳样本介质108并用于接收EMR束104的流动腔室；流动腔室可以具有样品入口和样品出口，具有用于可靠地将样品流引入和离开流动腔室的设备，例如泵、入口、出口、导管、阀、流动控制器等。在腔室106包括流动腔室并且样品介质108包括流体的实施例中，光学粒子分析仪100可以包括用于使流体流过流动腔室的流动系统109。在这样的实施例中，光学粒子分析仪100可以包括用于过滤流动腔室上游的流体(例如，在流体通过入口111进入流动腔室内部之前)的过滤器110。在气载粒子的情况下，构成样本介质108的流体的空气流不需要被限制在腔室106内，而是可以从周围环境流过腔室。

图1所示的光学粒子分析仪100包括与EMR源102光学连通的光学组件112，用于将EMR束104从EMR源102引导到腔室106。在EMR源102包括激光器的实施例中，光学组件112可以与激光器以及由激光器产生的相关联的EMR束(例如，激光束)光学连通，用于将激光束从激光器引导到腔室106。在一个实施例中，光学组件112可以包括一个或多个透镜、掩模和/或滤光器。在所示实施例中，光学组件112包括第一透镜113、掩模114和第二透镜116，用于将EMR104的光束聚焦在腔室106内。在EMR源102包括激光器的实施例中，第二透镜116可以将激光束聚焦在腔室106内。

图1所示的光学粒子分析仪100包括用于检测来自EMR104的射束的散射辐射119的检测器118。在EMR源102包括激光器的实施例中，检测器118检测来自激光束的散射辐射119。光学粒子分析仪100包括光学收集系统120，用于将来自EMR104的光束的散射辐射119从腔室106引导到检测器118。在EMR源102包括激光器的实施例中，光学收集系统120将来自激光束的散射辐射119从腔室106引导到检测器118。在一个实施例中，光学粒子分析仪100可以包括用于归一化的附加检测器(例如，归一化检测器121)，用于检测离开细胞或腔室106的光。

图1所示的光学粒子分析仪100可以包括计算系统122，该计算系统122具有一个或多个处理器124和可操作地连接到一个或多个处理器124的一个或多个存储器设备126。存储器设备126包含能够存储编码为可由处理器124执行的软件的程序指令的至少一个非暂时性处理器可读媒体。计算系统122可以包括用户界面128，用于促进光学粒子分析仪100的用户130与计算设备122和/或光学粒子分析仪100的其他部件和子系统的操作交互和信息可视化和/或操纵(例如，经由显示器150、键盘和/或其他I/O设备，图1中未示出)。

图1所示的光学粒子分析仪100可以包括放大电路132，放大电路132可操作地耦合到处理器124并且可操作地耦合到检测器118，用于放大检测器信号134。光学粒子分析仪100可以包括驱动电路136，驱动电路136可操作地耦合到处理器124并且可操作地耦合到EMR源102。在EMR源102包括激光器的实施例中，驱动电路136用于激光器。

在一个实施例中，处理器124可以执行存储在存储器设备126中的软件，用于在操作期间控制光学粒子分析仪100的各种部件。在一个实施例中，处理器124可以经由驱动电路136控制EMR102的源(例如，通过控制用户130指定的频率、电压、电流、波形、占空比和由驱动电路136实现的其他控制参数)。在一个实施例中，处理器124可以可操作地耦合到流动系统109(例如，流动控制器、泵、阀、导管等)，并且处理器124可以通过例如控制用户130指定的流速和由流动系统109实施的其他控制参数来控制流动系统109。在一个实施例中，处理器124可接收检测器信号134，且在解码由检测器信号134编码的信息之后，将经解码信息存储于存储器设备126中。光学粒子分析仪100可以包括电源142，用于向需要电力来起作用的光学粒子分析仪100的各种部件和系统提供电力。

图2是根据本公开的一个实施例的用于验证光学粒子分析仪(例如，光学粒子分析仪100)的校准状态的方法200的流程图。方法200包括提供步骤202。提供步骤202包括提供光学粒子分析仪，包括本文所述的任何分析仪。在一个实施例中，提供步骤202包括提供上面参考图1描述的光学粒子分析仪100。在EMR源102包括激光器的实施例中，提供步骤202包括提供具有用于产生激光束的激光器的光学粒子分析仪100。在腔室106包括流动腔室的实施例中，提供步骤202包括提供具有流动腔室的光学粒子分析仪100，该流动腔室用于容纳样品介质108并用于接收EMR束。在EMR源102包括激光器并且腔室106包括流动腔室的实施例中，提供步骤202包括提供具有用于容纳样本介质108并用于接收激光束的流动腔室的光学粒子分析仪100。

图2所示的方法200包括调制步骤204。调制步骤204包括调制施加到EMR源102的功率。调制步骤204可以包括将施加到EMR源102的功率从第一功率电平调制到第二功率电平。在一个实施例中，在调制步骤204中施加到EMR源102的第一功率电平为0(零)瓦(W)，并且在调制步骤204中施加到EMR源102的第二功率电平大于0W。在一个实施例中，在调制步骤204中施加到EMR源102的第一功率电平小于在调制步骤204中施加到EMR源102的第二功率电平。在EMR源102包括激光器的实施例中，调制步骤204包括将施加到激光器的功率从第一功率电平调制到第二功率电平。

图3是根据本公开的一个实施例的可以用于执行图2中所示的方法200的软件架构300的框图。图4是根据本公开的一个实施例的可以与图1所示的计算系统122和图2所示的方法200一起使用的数据结构400的框图。在一个实施例中，方法200的调制步骤204可以作为计算机实现的方法的一部分由处理器124执行，处理器124执行作为软件302存储在存储器设备126中的程序指令。在一个实施例中，处理器124通过执行在软件302的调制模块304中编码的程序指令来执行调制步骤204。

在一个实施例中，光学粒子分析仪100的处理器124被编程为将施加到EMR源102的功率从第一功率电平调制到第二功率电平。在EMR源102包括激光器的实施例中，处理器124被编程为将施加到激光器的功率从第一功率电平调制到第二功率电平。在一个实施例中，为了调制施加到EMR源102的功率，处理器124被编程为将施加到EMR源102的功率从第一功率电平切换到第二功率电平。在EMR源102包括激光器的实施例中，处理器124被编程为将施加到激光器的功率从第一功率电平切换到第二功率电平。在一个实施例中，在执行调制步骤204之前或同时，由光学粒子分析仪100的用户130定义第一功率电平和第二功率电平的值。在一个实施例中，第一和第二功率电平的值被存储在数据结构400的功率设置块402中的存储器设备126中。在一个实施例中，处理器124在执行存储在调制模块304中用于调制步骤204的程序指令之前或同时从功率设置块402读取对第一功率电平和第二功率电平的值进行编码的数据。

在一个实施例中，图2中所示的用于自诊断的方法200(检查脉冲自诊断例程)的调制步骤204包括切换步骤。切换步骤可以包括将施加到EMR源102的功率从第一功率电平切换到第二功率电平。在一个实施例中，切换步骤包括根据切换波形切换施加到EMR源102的电力。在一个实施例中，开关波形是或可以近似为方波。在一个实施例中，切换波形具有频率、占空比、对应于第一功率电平的第一切换幅度、以及对应于第二功率电平的第二切换幅度。在EMR源102包括激光器的实施例中，切换步骤包括将施加到激光器的功率从第一功率电平切换到第二功率电平。在一个实施例中，切换施加到激光器的功率可以包括根据切换波形切换施加到激光器的功率。在一个实施例中，切换波形的频率小于或等于500Hz。

在一个实施例中，切换步骤可以作为计算机实现的方法的一部分由处理器124执行，处理器124执行作为软件302存储在存储器设备126中的程序指令来执行。在一个实施例中，处理器124通过执行在软件302的切换模块305中编码的程序指令来执行切换步骤。

在一个实施例中，为了切换施加到EMR源102或激光器的功率，处理器124被编程为根据切换波形切换从电源(例如，图1所示的电源142)到驱动电路136的电流流动。在一个实施例中，在执行调制步骤204之前或同时，由光学粒子分析仪100的用户130定义切换波形的频率、占空比、第一切换幅度和第二切换幅度的值。在一个实施例中，切换波形的频率、占空比、第一切换幅度和第二切换幅度的值存储在数据结构400的切换波形设置块404中。在一个实施例中，在执行存储在切换模块305中的用于切换步骤的程序指令之前或同时，处理器124从切换波形设置块404读取编码切换波形的频率、占空比、第一切换幅度和第二切换幅度的值的数据。

在一个实施例中，方法200的调制步骤204包括维持步骤。维持步骤可以包括将施加到EMR源102的功率维持在第二功率电平达在1ms(ns)至20毫秒(ms)的范围内选择的时间。在一个实施例中，维持步骤包括将施加到EMR源102的功率维持在第二功率电平，持续10ms至1秒(s)的范围内选择的时间。在EMR源102包括激光器的实施例中，维持步骤包括将施加到激光器的功率维持在第二功率电平，持续1ms至1s的范围内选择的时间。在一个实施例中，维持步骤包括将施加到激光器的功率维持在第二功率电平，持续10ms至1s的范围内选择的时间。

在一个实施例中，维持步骤可以作为计算机实现的方法的一部分由处理器124执行作为软件302存储在存储器设备126中的程序指令来执行。在一个实施例中，处理器124通过执行在软件302的维护模块306中编码的程序指令来执行维护步骤。

在一个实施例中，为了将施加到EMR源102的功率维持在第二功率电平达在1ms至1s的范围内选择的时间或达在10ms至1秒(s)的范围内选择的时间，处理器124被编程为维持从电源142到驱动电路136的电流流动。在一个实施例中，在执行调制步骤204之前或同时，由光学粒子分析仪100的用户130定义将施加到EMR源102的功率维持在第二功率电平的时间的值。在一个实施例中，将施加到EMR源102的功率维持在第二功率电平的时间的值存储在数据结构400的时间设置块406中。在一个实施例中，在执行存储在维持模块306中的用于维持步骤的程序指令之前或同时，处理器124从时间设置块406读取对将施加到EMR源102的功率维持在第二功率电平的时间的值进行编码的数据。

在腔室106包括流动腔室的实施例中，方法200可以包括流动步骤。在一个实施例中，流动步骤包括使包括流体的样本介质108流过流动腔室。在一个实施例中，流动步骤包括使包括流体并包括粒子的样本介质108流过流动腔室。在一个实施例中，流动步骤包括过滤步骤。在一个实施例中，过滤步骤包括过滤包括流体的样本介质108。在一个实施例中，过滤步骤包括过滤包括流动腔室上游的流体的样本介质108。在一个实施例中，流动步骤包括在调节步骤204期间使包括流体的样本介质108流动通过流动腔室。在一个实施例中，在没有过滤样本介质的情况下执行方法200。在一个实施例中，在没有使样品介质流动的情况下执行方法200。在一个实施例中，在没有使样品介质流动并且没有过滤样品介质的情况下执行方法200。

在一个实施例中，流动步骤可以作为计算机实现的方法的一部分由处理器124执行，处理器124执行作为软件302存储在存储器设备126中的程序指令来执行。在一个实施例中，处理器124通过执行在软件302的流动模块307中编码的程序指令来执行流动步骤。

在一个实施例中，为了使包括流体的样品介质108流过流动腔室，处理器124被编程为控制流动系统109的流速。在一个实施例中，在执行调制步骤204之前或同时，由光学粒子分析仪100的用户130定义流速的值。在一个实施例中，流动系统109的流速值存储在数据结构400的流速设置块408中。在一个实施例中，处理器124在执行存储在流动模块307中的用于流动步骤的程序指令之前或同时从流速设置块408读取编码流速值的数据。

图2所示的方法200包括诱导步骤206。诱导步骤206包括诱导检测器信号波形。在一个实施例中，诱导步骤206可以包括响应于调制步骤204诱导检测器信号波形。在一个实施例中，诱导步骤206可以包括首先由检测器118接收来自EMR104的束的散射辐射119的步骤。在一个实施例中，第一接收步骤可以包括由检测器118以与施加到EMR源102的第一功率电平相对应的第一辐射功率电平从EMR束104接收散射辐射119。在EMR源102包括激光器的实施例中，第一接收步骤可以包括由检测器118以与施加到激光器的第一功率电平相对应的第一辐射功率电平接收来自激光束的散射辐射119。

在一个实施例中，诱导步骤206可以包括由检测器118第二次接收来自EMR104的束的散射辐射119的步骤。在一个实施例中，可以在方法200中在第一接收步骤之后执行第二接收步骤。在一个实施例中，第二接收步骤可以包括由检测器118以与施加到EMR源102的第二功率电平相对应的第二辐射功率电平从EMR束104接收散射辐射119。在EMR源102包括激光器的实施例中，第二接收步骤可以包括由检测器118以与施加到激光器的第二功率电平相对应的第二辐射功率电平接收来自激光束的散射辐射119。

在一个实施例中，第一和/或第二接收步骤可以作为计算机实现的方法的一部分由处理器124执行，处理器124执行作为软件302存储在存储器设备126中的程序指令。在一个实施例中，处理器124通过执行在软件302的第一接收模块308中编码的程序指令来执行第一接收步骤。

在一个实施例中，在检测器118首先以第一辐射功率电平从EMR源102或激光器接收散射辐射119的同时或之后，在检测器信号134通过放大电路132之前或之后，所得到的检测器信号134经历模数转换。在一个实施例中，处理器124被编程为接收转换为数字形式的检测器信号134。在一个实施例中，处理器124被编程为解码检测器信号134。在一个实施例中，处理器124被编程为将由检测器信号134编码的信息作为数据存储在数据结构400的检测器信号块410中。在一个实施例中，处理器124被编程为将检测器信号块410中的数据传输到显示器150，以例如以人类可读形式图形地呈现检测器信号波形502。在一个实施例中，处理器124被编程为将检测器信号波形502作为数据存储在数据结构400的信号波形块412中。

在一个实施例中，处理器124通过执行在软件302的第二接收模块310中编码的程序指令来执行第二接收步骤。在一个实施例中，在检测器118第二次接收来自EMR源102或激光器的第二辐射功率电平的散射辐射119的同时或之后，在检测器信号134通过放大电路132之前或之后，所得到的检测器信号134进行模数转换。在一个实施例中，检测器118被配置为通过分别以第一和第二辐射功率电平对来自EMR源102的散射辐射119或激光束进行采样来执行第一和第二接收步骤。在一个实施例中，处理器124被编程为以采样频率控制检测器118的采样。采样频率可以是工厂预设的，或者可以由光学粒子分析仪的用户130设置，使得分析仪自诊断频率根据感兴趣的应用来定制。在一个实施例中，检测器118的采样频率的值存储在数据结构400的检测器设置块414中。在一个实施例中，处理器124在执行存储在调制模块304中用于调制步骤204的程序指令之前或同时从检测器设置块414读取编码采样频率值的数据。

在一个实施例中，第二接收步骤可以包括改变步骤。在一个实施例中，改变步骤可以包括将放大电路132的激励状态从第一状态(例如，第一激励状态，其中放大电路132包含第一水平的存储电能)改变为第二状态(例如，第二激励状态，其中放大电路132包含第二水平的存储电能)。在一个实施例中，第一状态的存储能量的第一水平小于第二状态的存储能量的第二水平。在一个实施例中，第一状态的存储能量的第一水平大于第二状态的存储能量的第二水平。在一个实施例中，第一状态对应于来自EMR源102的散射辐射119的第一辐射功率电平。在EMR源102包括激光器的实施例中，第一状态对应于来自激光器的散射辐射119的第一辐射功率电平。在一个实施例中，第二状态对应于来自EMR源102的散射辐射119的第二辐射功率电平。在EMR源102包括激光器的实施例中，第二状态对应于来自激光器的散射辐射119的第二辐射功率电平。

图5是根据本发明的一个实施例的在图2中所展示的方法200中诱发的检测器信号波形502的代表性绘图500。在一个实施例中，检测器信号波形502具有前沿504。在一个实施例中，检测器信号波形502具有第一信号幅度506和第二信号幅度508。在一个实施例中，检测器信号波形502的前沿504由前沿函数定义。

在一个实施例中，检测器信号波形502的前沿504对应于放大电路132的通电状态从第一状态到第二状态的改变。对于图5中所示的示例检测器信号波形502绘图500，前沿504对应于由于改变步骤而与第一状态相比具有更高水平的存储电能的第二状态。

在一个实施例中，检测器信号波形502包括峰值510。对于图5中所示的示例检测器信号波形502绘图500，峰值510具有等于第二幅度508的幅度。在一个实施例中，图5中所示的检测器信号波形502的峰值510的幅度511对应于两个检测器信号134幅度的差。对于图5中所示的示例检测器信号波形502绘图500，峰值510的幅度等于第二信号幅度508与第一信号幅度506之间的差。在一个实施例中，检测器信号波形502的峰值510的幅度对应于以下项之间的检测器信号134幅度的差：(a)由检测器118从来自具有第一功率电平的施加功率电平的EMR源102的第一辐射功率电平的EMR束中检测到的散射辐射119；以及(b)由检测器118从来自具有第二功率电平的施加功率电平的EMR源102的第二辐射功率电平的EMR束中检测到的散射辐射119。在EMR源102包括激光器的实施例中，检测器信号波形502的峰值510的幅度对应于以下之间的检测器信号134幅度的差：(a)由检测器118从来自具有第一功率电平的施加功率电平的激光器的第一辐射功率电平的激光束检测到的散射辐射119；以及(b)由检测器118从来自具有第二功率电平的施加功率电平的激光器的第二辐射功率电平的激光束检测到的散射辐射119。

图2所示的方法200包括分析步骤208。分析步骤208包括分析检测器信号波形(例如，检测器信号波形502)。在一个实施方案中，分析步骤208可包括分析检测器信号波形以确定光学粒子分析仪(例如，光学粒子分析仪100)的至少一个诊断参数的值。在一个实施例中，诊断参数可以与EMR源102、光学组件112、腔室106、检测器118和光学收集系统120中的一个或多个相关联。在一个实施例中，诊断参数可以与放大电路132相关联。在一个实施例中，诊断参数可以与驱动电路136相关联。在EMR源102包括激光器的实施例中，诊断参数可以与激光器、光学组件112、腔室106、检测器118和光学收集系统120中的一个或多个相关联。在腔室106包括流动腔室的实施例中，诊断参数可以与EMR源102、光学组件112、流动腔室、检测器118和光学收集系统120中的一个或多个相关联。在腔室106包括流动腔室并且EMR源102包括激光器的实施例中，诊断参数可以与激光器、光学组件112、流动腔室、检测器118和光学收集系统120中的一个或多个相关联。

在一个实施例中，分析步骤208包括确定检测器信号波形502的第一信号幅度506的值。在一个实施例中，分析步骤208包括确定检测器信号波形502的第二信号幅度508的值。在一个实施例中，分析步骤208包括确定检测器信号波形502的第一信号幅度506和第二信号幅度508的值之间的差值。

在一个实施例中，分析步骤208包括确定检测器信号波形502的峰值510的幅度511的值。对于图5中所示的示例检测器信号波形502绘图500，通过确定第二信号幅度508与第一信号幅度506之间的差值来确定峰值510的幅度。在一个实施例中，在分析步骤208中确定的检测器信号波形502的峰值510的幅度的值对应于以下项之间的检测器信号134幅度的差：(a)由检测器118从来自具有第一功率电平的施加功率电平的EMR源102的第一辐射功率电平的EMR束中检测到的散射辐射119；以及(b)由检测器118从来自具有第二功率电平的施加功率电平的EMR源102的第二辐射功率电平的EMR束中检测到的散射辐射119。在EMR源102包括激光器的实施例中，在分析步骤208中确定的检测器信号波形502的峰值510的幅度值对应于以下之间的检测器信号134幅度的差：(a)由检测器118从来自具有第一功率电平的施加功率电平的激光器的第一辐射功率电平的激光束检测到的散射辐射119；以及(b)由检测器118从来自具有第二功率电平的施加功率电平的激光器的第二辐射功率电平的激光束检测到的散射辐射119。

在一个实施例中，在分析步骤208中确定的检测器信号波形502的峰值510的幅度值与光学粒子分析仪100的EMR源102、腔室106、光学组件112、光学收集系统120、检测器118和放大电路132的操作条件相关联(例如，并且指示)。在EMR源102包括激光器的实施例中，在分析步骤208中确定的检测器信号波形502的峰值510的幅度值与激光器的操作条件和腔室106、光学组件112、光学收集系统120、检测器118和放大电路132的操作条件相关联。在EMR源102包括激光器并且腔室106包括流动腔室的实施例中，在分析步骤208中确定的检测器信号波形502的峰值510的幅度值与流动腔室的操作条件、激光器的操作条件以及光学组件112、光学收集系统120、检测器118和放大电路132的操作条件相关联。在一个实施例中，在分析步骤208中确定的峰值510的幅度值等于先前在上次校准时或大约在上次校准时确定并存储的峰值510幅度值，指示：

·EMR102的健康源

·健康腔室106

·健康光学组件112

·健康光学收集系统120

·健康检测器118

·健康放大电路132

在一个实施例中，在分析步骤208中确定的峰值510的幅度值小于先前在上次校准时或大约在上次校准时确定并存储的峰值510幅度值，指示以下中的至少一个：

·EMR102的可能不稳定或故障源

·可能被污染、未对准或失效的光学组件112

·可能被污染或故障的光学收集系统120

·可能被污染或故障的检测器118

·可能失效的放大电路132

在一个实施例中，在分析步骤208中确定的峰值510的幅度值大于先前在上次校准时或大约在上次校准时确定并存储的峰值510幅度值，指示以下中的至少一个：

·可能未对准的光学组件112

·可能失效的放大电路132

在一个实施例中，至少一个诊断参数包括前沿504的经过时间(例如，图5中所示的经过时间512)。在一个实施例中，分析步骤208包括确定前沿504的经过时间512。在一个实施例中，前沿504的经过时间512与驱动电路136的操作条件相关联。在一个实施例中，至少一个诊断参数包括定义检测器信号波形502的前沿504的前沿函数。在一个实施例中，分析步骤208包括确定前沿504的前沿函数。

在一个实施例中，前沿函数与光学粒子分析仪100的EMR源102、光学组件112、腔室106、检测器118和光学收集系统120的操作条件相关联。在EMR源102包括激光器的实施例中，在分析步骤208中确定的前沿函数与激光器的操作条件以及腔室106、光学组件112、光学收集系统120、检测器118和放大电路132的操作条件相关联。在EMR源102包括激光器并且腔室106包括流动腔室的实施例中，在分析步骤208中确定的前沿函数与流动腔室的操作条件、激光器的操作条件以及光学组件112、光学收集系统120、检测器118和放大电路132的操作条件相关联。

在一个实施例中，分析步骤208可以作为计算机实现的方法的一部分由处理器124执行，处理器124执行作为软件302存储在存储器设备126中的程序指令。在一个实施例中，处理器124通过执行在软件302的分析模块314中编码的程序指令来执行分析步骤208。

在一个实施例中，对于分析步骤208，处理器124被编程为分析由施加到EMR源102或激光器的功率的调制引起的散射辐射检测器信号波形502。在一个实施例中，为了分析由施加到EMR源102或激光器的功率的调制引起的散射辐射检测器信号波形502，处理器124被编程为确定：(a)第一信号幅度506的值；(b)第二信号幅度508的值；以及(c)检测器信号波形502的第一幅度值506和第二幅度值508之间的差值。在一个实施例中，为了分析由施加到EMR源102或激光器的功率的调制引起的散射辐射检测器信号波形502，处理器124被编程为读取存储在数据结构400的信号波形块412中的检测器信号波形502数据。在一个实施例中，处理器124被编程为将检测器信号波形502的第一幅度值506和第二幅度值508的所确定的值以及第一幅度值506与第二幅度值508之间的差的所确定的值存储在数据结构400的波形分析块416中。

在一个实施例中，为了分析由施加到EMR源102或激光器的功率的调制引起的散射辐射检测器信号波形502，处理器124被编程为确定检测器信号波形502的前沿504的经过时间512。在一个实施例中，为了分析由施加到EMR源102或激光器的功率的调制引起的散射辐射检测器信号波形502，处理器124被编程为确定检测器信号波形502的前沿504的前沿函数。在一个实施例中，为了确定前沿504的前沿函数，处理器124利用一个或多个曲线拟合算法，包括例如但不限于指数曲线拟合算法。在一个实施例中，处理器124被编程为将所确定的经过时间512的值和检测器信号波形502的前沿504的所确定的前沿函数存储在数据结构400的波形分析块416中。

在一个实施例中，处理器124被编程为确定前沿函数的前沿函数参数。例如，对于前沿函数的线性曲线拟合算法(例如，y＝m*x+b)，处理器124可以确定函数参数m和b的值。例如，对于前沿函数的指数增长曲线拟合算法(例如，y＝P*e

在一个实施例中，处理器124被编程为确定光学粒子分析仪的一个或多个部件(例如，上面针对光学粒子分析仪100示出和描述的那些部件)的操作条件。在一个实施例中，处理器124基于所确定的诊断参数的值来确定光学粒子分析仪100的部件的操作状况。在一个实施例中，由处理器124确定光学粒子分析仪100的部件的操作条件可以包括将所确定的诊断参数的值与相应的光学粒子分析仪100的部件的一个或多个规格值进行比较。在一个实施例中，用于相应光学粒子分析仪100部件的规格值的用户130预定值被存储在数据结构400的规格块417中。在一个实施例中，光学粒子分析仪100的部件的操作条件的结果由处理器124存储在数据结构400的操作状态块418中。

图2所示的方法200包括确定步骤210。确定步骤210包括确定光学粒子分析仪(例如，光学粒子分析仪100)的校准状态。在一个实施例中，基于在分析步骤208中确定的至少一个诊断参数的一个或多个确定值来确定光学粒子分析仪100的校准状态。在一个实施例中，确定步骤210包括比较步骤。在一个实施方案中，比较步骤包括将至少一个诊断参数的一个或多个确定值与在光学粒子分析仪100的先前校准时确定的相应校准参数中的至少一个的对应值进行比较。在一个实施例中，比较步骤包括确定至少一个诊断参数的一个或多个确定值与在先前校准时确定的每个相应校准参数的对应值之间的差值。在一个实施例中，确定步骤210包括基于至少一个诊断参数的一个或多个确定值与在先前校准时确定的每个相应校准参数的对应值之间的差值(例如，在比较步骤中确定的)来确定光学粒子分析仪100的校准状态。

在一个实施例中，确定步骤210可以作为计算机实现的方法的一部分由处理器124执行，该处理器124执行作为软件302存储在存储器设备126中的程序指令。在一个实施例中，处理器124通过执行在软件302的确定模块316中编码的程序指令来执行确定步骤210。在一个实施例中，处理器124被编程为基于分析步骤208中的检测器信号波形502的分析来确定至少一个诊断参数的值。在一个实施例中，为了确定至少一个诊断参数的值，处理器124被编程为从数据结构400的波形分析块416读取以下中的一个或多个：第一506和第二508幅度值、第一506和第二508幅度值之间的差值、经过时间512值、前沿函数和前沿函数参数。在一个实施例中，在执行确定步骤210之后，处理器124被编程为将所确定的至少一个诊断参数的值存储在数据结构400的诊断参数块419中。

图6是根据一个实施例的图2中所示的方法200的用例的状态图600表示。在一个实施例中，对于比较步骤，处理器124被编程为将至少一个诊断参数的一个或多个确定值与在光学粒子分析仪100的先前校准时确定的相应校准参数中的至少一个的对应值进行比较。参考图6，从开始状态(例如，在执行方法200的分析步骤208之后)，并且对于状态图600的第一次迭代，处理器124从数据结构400的诊断参数块419读取诊断参数的确定值的数据。在读取诊断参数的确定值的数据之前、之后或同时，处理器124读取在光学粒子分析仪100的先前校准事件处确定的相应校准参数的对应值的数据。在一个实施例中，处理器124从数据结构400的先前校准块422读取相应校准参数的对应值的数据。在一个实施例中，在先前校准事件处确定的相应校准参数的对应值是在状态图600的第一次迭代中读取的相同类型的诊断参数的值。例如但不限于，在状态图600的第一次迭代中，处理器124从数据结构400的诊断参数块419读取经过时间512的值。在此实例中，在先前校准事件处确定的相应校准参数的对应值是在先前校准处确定且由处理器124在状态图600的第一迭代中从数据结构400的先前校准块422读取的经过时间512的值。因此，所确定的差值(例如，由处理器124在图6所示的框601处确定)是当前确定的值与在先前校准事件处确定的值(例如，相同类型的诊断参数)之间的差。

在一个实施例中，确定步骤210包括基于至少一个诊断参数的一个或多个确定值与在先前校准时确定的每个相应校准参数的对应值之间的差值(例如，在比较步骤和/或框601中确定的)来确定光学粒子分析仪100的校准状态。在一个实施例中，处理器124可以执行第一查询602。在第一查询602中，处理器124将在块601中确定的差值与存储在数据结构400的规范块417中的规范值进行比较。在一个实施例中，在执行确定步骤210之前或同时，存储在规范块417中的规范值是用户定义的或制造商定义的。在一个实施例中，如果在框601中确定的差值大于存储在规格块417中的规格值，则所确定的光学粒子分析仪100的校准状态不校准。在一个实施例中，处理器124可以将所确定的校准状态存储在数据结构400的校准状态块428中。在一个实施例中，处理器124可以警告用户130光学粒子分析仪100未校准。在确定光学粒子分析仪100的校准状态未校准时，处理器124进行到状态图600的结束状态。

在一个实施例中，如果在框601中确定的差值不大于规范值，则处理器124可以执行第二查询604。在第二查询604中，处理器124将在框601中确定的差值与存储在数据结构400的控制警报框426中的警报值进行比较。在一个实施例中，存储在控制警报块426中的警报值由光学粒子分析仪100的用户130在执行确定步骤210之前或同时定义。在一个实施例中，如果在框601中确定的差值大于存储在控制警报框426中的警报值，则光学粒子分析仪100的所确定的校准状态处于校准中，但是具有关于接近未校准状态的通知状态。在一个实施例中，处理器124可以将所确定的校准状态存储在数据结构400的校准状态块428中。在一个实施例中，处理器124可以通知用户130光学粒子分析仪100具有超过警报值的确定的诊断参数差值。

在一个实施例中，在确定光学粒子分析仪100的校准状态处于校准中时(包括在所确定的诊断参数差值不超过警报值的情况下)，处理器124可以执行第三查询606。在第三查询606中，处理器124确定其他类型的诊断参数的值(例如，对于峰值510幅度，其中对于状态图600的第一次迭代，诊断参数是经过时间512)是否可用于从数据结构400的诊断参数块419读取。在一个实施例中，如果处理器124确定存在可用于从数据结构400的诊断参数块419读取的其他类型的诊断参数的值，则处理器124开始执行状态图600的第二次迭代。否则，处理器124前进到状态图600的结束状态。

通过以下非限制性实施例可以进一步理解本发明。

实施例1：检查脉冲有效性研究

使用配备有作为EMR102源(30mW激光功率)的激光器的

图7A-7C是本公开的实施例1的检测器信号波形的曲线图。图7A-7C中所示的曲线图描绘了具有反射镜(2.0Vp)的三个激光开启脉冲的检测器信号波形。如图7A到7C的曲线图所展示，三个经测量激光上电脉冲指示2.0VDC的稳定且可重复峰值及对应于低频时域的激光上电事件上升时间，例如大约1.25ms的上升时间。

图8A-8C是本公开的实施例1的检测器信号波形的曲线图。图8A-8C中所示的曲线描绘了具有黑色涂漆镜(0.20Vp)的三个激光开启脉冲的检测器信号波形。如图8A到8C的曲线图所展示，三个所测量激光上电脉冲指示0.2Vdc的稳定且可重复峰值及大约1.25ms的激光上电事件上升时间。在图8A-8C的曲线图中呈现的实验数据指示，激光加电脉冲信号的90％是由激光产生的散射光能量产生的，该散射光能量在到达检测器118之前通过光学收集系统120传递。这表明激光加电脉冲信号可以有效地用于检测通过光学收集系统120的光信号损失。通过光学聚集系统120的光信号损失通常是由沉积到光学聚集系统120的暴露光学表面上的污染物引起的。因此，激光加电脉冲信号可以有效地用于检测光学收集系统120的污染，并且因此使得用户130能够识别和/或校正问题。

图9是本公开的示例1的检测器信号波形的曲线图。图9中所示的图描绘了具有标准反射镜(0.60Vp)的激光开启脉冲的检测器信号波形：光束阻挡侧(前向散射)50％的总被阻挡。图9的曲线图中呈现的实验数据表明，当光学收集系统120的50％的通光孔径(光收集能力)被移除时，整个光学收集系统120激光加电脉冲信号的70％丢失。这表明来自流动腔室106的散射光能量本质上是前向散射。

图10是本公开的实施例1的检测器信号波形的曲线图。图10中所示的图描绘了具有标准反射镜(1.400Vp)的激光开启脉冲的检测器信号波形：总的50％的激光侧(后向散射)被阻挡。图10的曲线图中呈现的实验数据表明，当光学收集系统120的50％的通光孔径(光收集能力)被移除时，整个光学收集系统120激光加电脉冲信号的30％丢失。这表明来自流动腔室106的散射光能量本质上是前向散射。

检查脉冲有效性调查总结：如图7A-7C、8A-8C、9和10的曲线图所示，对于以下情况，具有反射镜的激光开启脉冲是可重复的：(a)具有反射镜的激光开启脉冲：2.0Vp；(b)具有黑色涂漆镜的激光开启脉冲：200mVp；(c)激光开启脉冲前向散射：1.40Vp；以及(d)激光开启脉冲反向散射：0.60Vp。实施例2的结果还表明，90％的激光开启脉冲波形由反射镜对的光学表面产生。实施例1的结果进一步表明，信号是70％前向散射的和30％后向散射的。这些结果表明，信号被强烈加权以直接前向散射。

实施例2：研究允许的Lasair-IV信号损失以维持通过原样发现的校准结果

实施例2是针对每种仪器型号(ParticleMeasuringSystems,Inc.)计算的制造单元校准程序数据库典型第一通道尺寸分辨率结果的研究。最小ISO-21501-4允许的尺寸误差由尺寸和计数效率如发现的测试极限确定。然后通过应用Lasair-III理论尺寸计算将高斯分布尺寸分布尺寸误差转换为幅度误差。计算最终结果以表示可以观察到的粒子信号损失的最大量，而仪器理论上将通过ISO-21501-4的已发现的校准要求。

实施例2研究结果的总结表：

LASAIR-IV允许的信号损失总结：检查脉冲测试将需要检测光水平的11.4％降低的能力，以便确保通过发现的校准验证结果。可以通过平均多个脉冲来最小化可能的60Hz环境光噪声的影响。这可以提高该测试的准确性。

实施例2的结果表明，可以在大于或等于2ms内检测到激光开启脉冲。可以在激光关闭之后的大于或等于250ms内检测到整个衰减(例如，在图5中由检测器信号波形502的后沿514表示的时间大于达到峰值510的时间)。可以在大于或等于256ms内检测整个激光开/激光关脉冲周期，因此可以在1秒时间段内平均多达4个样本。实施例2的结果还证明了检查脉冲检测激光加电脉冲幅度中所需的11.4％幅度偏移的能力，这是确保通过发现的校准结果所需的，而不需要测量参考校准粒子的脉冲高度幅度。

实施例3：检测器板低速、检查脉冲、峰值和保持ADC电路的描述

图11是根据本公开的实施例的具有复位的频率调谐闭环峰值与保持电路1900的示意图(LT-Spice)。

电路1900的1级：具有带宽限制的电压增益放大器(Q＝4.0)。允许对校验脉冲信号进行增益缩放和低通滤波。信号源自高增益贝塞尔滤波器输出。主要器件：(1级)AD8034FET运算放大器，+/-12VdcPS。

电路1900的2级和3级：经典闭环峰值保持电路，具有复位特征。主要器件：(2级)AD8034 FET运算放大器、(1)PMEG3002AEB肖特基势垒二极管、保持充电电容、用于缓冲来自充电电容的第一放大器输出的隔离电阻、ADG1402和ADG1401 CMOS SPST峰值和保持复位开关、用于从主PCB驱动复位开关的SN65LVDS2DBVR差分线路接收器、用于缓冲来自充电电容的开关的隔离电阻、+/-12Vdc PS。

电路1900的4级：具有带宽限制的电压增益放大器(Q＝0.25)。输入上的分压器可将峰值和保持电压调整到ADC128S022的最大输出电压为+12Vdc，最大输入范围为3.3Vdc。输出端低通滤波。主要器件：(1级)AD8034 FET运算放大器，+/-12Vdc PS。

由于充电电容器电路肖特基势垒二极管电压降，峰值和保持电路信号损耗在电路1900中将小于100mV。在固件计算中考虑该信号损失，可以考虑以便准确地计算信号损失百分比。

检测器板低速、检查脉冲、峰值和保持ADC电路(例如，电路1900)(例如，组件ADG1401、ADG1402、AD8034、PMEG3005AEA、ADC128S022、SN65LVDS2DBVR)的各种组件成本低，总计小于约$15.00。

实施例4：低速、检查脉冲、峰值和保持ADC电路的时序考虑

图12是本公开的实施例4的检测器信号波形的曲线图。图12中所示的曲线图描绘了峰值上升时间为1.35ms(允许电路容差：2ms)的激光开启脉冲的检测器信号波形。图13是在时间扩展视图中的图12的检测器信号波形的曲线图。图12和图13的曲线图中所示的实验数据表明，在电路已经稳定回到0VDC的预脉冲值之前，相关联的检查脉冲AC耦合电路需要大约250ms的总事件时间。因此，用于测量激光加电散射光脉冲的峰值和保持电路可以以不快于4Hz(250ms)的循环频率操作。

图14是本公开的实施例4的检测器信号波形的曲线图。图14中所示的曲线图描绘了具有250ms的AC耦合脉冲稳定时间的激光关闭脉冲的检测器信号波形。图14的曲线图中所示的实验数据表明，在电路已经稳定回到0Vdc的预脉冲值之前，相关联的检查脉冲AC耦合电路需要大约250ms的总事件时间。因此，用于测量激光加电散射光脉冲的峰值和维持电路可以以不快于4Hz(250ms)的循环频率操作。

实施例4的结果证明了激光加电检查脉冲在大约4Hz的循环频率下可靠地操作的能力。这使得系统能够在仪器加电时或根据客户需求运行若干激光加电检查脉冲测量，从而允许仪器提供快速且方便的自动粒子计数健康诊断特征。

峰值和保持ADC时序考虑因素总结：

可以根据需要重复步骤(即，在上表中称为“事件”)1-7，以平均60Hz环境光噪声。保持值可以在小于1％的电压骤降的情况下保持>10ms。可以通过确保在执行该测试时激光束中不存在粒子来提高准确度。这可以在对过滤后的空气进行采样的同时完成。在许多情况下，可以用未过滤的环境空气作为样本介质108来执行所公开的方法，而没有流过样本块(例如，腔室106)。通过使用未过滤的环境空气，可以在平均多个激光开启脉冲时执行检测由光束中的粒子引起的异常数据点。可以对峰值和保持电路进行频率调谐，以在对正常仪器流量进行采样时减小电路对粒子活动的响应。

实施例4的结果表明，检查脉冲循环事件时间可以大于或等于256ms。因此，可以在1秒时间段内对多达4个样本进行平均。

实施例5：环境空气粒子对低速、检查脉冲、峰值和保持ADC电路的影响

图15A-15F描绘了本公开的实施例5的检测器信号波形的曲线图。在图15A-15F中，示波器通道#1(黄色)是用于检测和测量实际粒子事件的原始粒子增益信号。示波器通道#2(绿色)是低通滤波的电压增益(增益为4)信号，其由慢速、峰值和保持电路使用。示波器通道#3(紫色)，是慢速、校验脉冲、峰值和保持电路的输出。在激光器加电功能开始后10ms时测量峰值和保持电路DC电压电平。

图15A是在激光束的路径中不存在粒子的情况下，响应于检查脉冲、激光加电功能的运行低速、检查脉冲、峰值和保持电路的曲线图。测得的检查脉冲峰值DC值为3.375VDC。检查脉冲、激光加电功能产生3.375Vdc的非常可重复的峰值DC电平，其中95％置信上限(UCL)小于37.5mVdc，这指示在95％UCL的情况下优于1％的可重复性。

峰值和保持电路被设计成不具有足够的速度来对在检查脉冲激光功率斜升功能期间发生的粒子事件作出反应。这允许检查脉冲功能对在检查脉冲功能期间存在的中等粒子水平的存在是相当免疫的。

在图15A-15F中，示波器通道#1(黄色)是用于检测和测量实际粒子事件的原始粒子增益信号。示波器通道#2(绿色)是低通滤波的电压增益(增益为4)信号，其由慢速、峰值和维持电路使用。示波器通道#3(紫色)，是慢速、校验脉冲、峰值和保持电路的输出。在激光器加电功能开始后10ms时测量峰值和保持电路DC电压电平。

图15B是在激光束的路径中存在粒子的情况下，响应于检查脉冲、激光加电功能的运行低速、检查脉冲、峰值和保持电路的曲线图。空气粒子污染水平约为ISO-14644-1等级6。测得的检查脉冲峰值DC值为3.3875VDC。

图15C是响应于检查脉冲、激光加电功能的运行低速、检查脉冲、峰值和保持电路的曲线图，其中粒子存在于激光束的路径中。空气粒子污染水平约为ISO-14644-1等级6。测得的检查脉冲峰值DC值为3.375VDC。

图15D是在激光束的路径中存在粒子的情况下，响应于检查脉冲、激光加电功能的运行低速、检查脉冲、峰值和保持电路的曲线图。空气粒子污染水平约为ISO-14644-1等级6。测得的检查脉冲峰值DC值为3.4125VDC。

图15E是响应于检查脉冲、激光加电功能的运行低速、检查脉冲、峰值和保持电路的曲线图，其中粒子存在于激光束的路径中。空气粒子污染水平约为ISO-14644-1等级6。测得的检查脉冲峰值DC值为3.375VDC。

图15F是响应于检查脉冲、激光加电功能的运行低速、检查脉冲、峰值和保持电路的曲线图，其中粒子存在于激光束的路径中。空气粒子污染水平约为ISO-14644-1等级6。测得的检查脉冲峰值DC值为3.3875VDC。

在激光束中存在粒子的情况下，响应于检查脉冲、激光加电功能的五个检查脉冲、峰值和保持电路是3.3875Vdc、3.375Vdc、3.4125Vdc、3.375Vdc和3.3875Vdc。这五个测量的三西格玛扩展是3.3875Vdc的平均值，具有+/-0.04593Vdc(1.36％)的三西格玛扩展。该数据表明，在存在粒子污染的情况下测量检查脉冲函数的概率为95％，在不存在粒子的情况下测量检查脉冲函数的概率为1.8％。因此，检查脉冲功能相对不受仪器在其中操作的空气中存在的中等粒子污染的影响。

图15A-15F中所示的实施例5的结果表明，可以实践以下三种选择：

选项#1：确保当执行检查脉冲测试时，仅过滤的空气在样本块中。然后，在测试期间，仪器鼓风机将使过滤的空气流过样品块。这可以最好地作为客户激活的诊断健康检查来实现，其请求客户在仪器上放置零计数过滤器。在这种情况下，将获得最准确的校验脉冲结果。调谐峰值和保持电路的频率响应以在很大程度上不响应更快的粒子和脉冲噪声事件时间可以最小化杂散粒子和脉冲噪声的影响。确保存在过滤的空气还可以提高执行信号/噪声测试的准确性。

选项#2：不需要过滤的仪器入口。如果检查脉冲测试确保仪器鼓风机关闭，则初始测试指示在测试期间光束中存在粒子的概率降低。在实验中，大约>10％的检查脉冲测试运行具有存在于激光束中的粒子。然而，即使当鼓风机关闭时，也观察到通过激光束的一些粒子迁移。这些缓慢移动的粒子事件在持续时间上倾向于比激光开启脉冲更长，并且因此可以被识别为可以在检查脉冲平均中排除的粒子事件。在这些条件下的不太准确的检查脉冲测试可以被实现为具有比选项#1更宽开放的通过标准的启动诊断测试。

选项#3：不需要过滤的仪器入口。可以通过有意地调谐峰值和保持电路的频率响应以在很大程度上不响应更快的粒子事件时间来最小化环境空气粒子和脉冲噪声事件的影响。激光加电慢速检查脉冲(例如，2ms上升时间，125Hz)与较高频率粒子脉冲(例如，2μs上升时间，125kHz)之间的时域距离是一千倍。这允许检查脉冲电路被设计成具有低通时间功能，该低通时间功能允许电路对在检查脉冲测量功能期间存在的采样空气中的中等水平的粒子污染的存在相当不受影响。

用于检测激光开启脉冲的所需响应时间为约2ms信号前沿(例如，前沿504的2ms经过时间512)，而粒子和脉冲噪声事件可具有约2μs的前沿上升时间。在这种情况下，为了确保所有粒子的快速通过时间，仪器鼓风机可以在检查脉冲测试期间打开。在这些条件下的不太准确的检查脉冲测试可以被实现为具有比选项#1更宽开放的通过标准的启动诊断测试。

实施例6：仪器频谱

本文描述的仪器以三个不同的频时域操作，其中每个频时域被选择和设计为独立于其他频时域。每个频率时域的独立性允许每个频率时域同时操作，而不会在从每个特定频率时域实现的每个功能之间引起不想要的干扰。根据频率范围，本文将三个频率时域描述为：(i)高频时域；(ii)中频时域；以及(iii)低频时域。

高频时域：本专利申请中描述的仪器的频谱的最高频域以249MHz为中心。249MHz是高速激光振荡时域的中心频率。该仪器采用折射率引导的单模单频激光刻面作为粒子照明源。通过施加249MHz激光刻面驱动电流频率调制来有意地使激光腔去稳定。该激光刻面不稳定防止激光刻面空间跳模。激光刻面空间跳模在光学粒子计数仪器中是不期望的，因为跳模可能导致错误的粒子计数。当然，本文描述的仪器与频率中心值的范围兼容，只要避免空间跳模并且不存在与其他时域(特别是中频时域和低频时域)的不想要的干扰即可。最高频域的代表性中心频率值包括高于100MHz，并且可选地低于1000MHz，包括约249MHz。

中频时域：本专利申请中描述的仪器的频谱的中频域用于粒子检测频率。粒子事件渡越时间由粒子在其渡越通过粒子光照明源时的速度确定，并且粒子的物理尺寸由从与粒子和对应的输出光束相互作用的照明源光生成的照明光束确定。所述粒子检测信号调节电路系统被配置为利用低通滤波器和高通滤波器进行操作，使得针对所述中频时域的信号具有高于所述低通滤波器并且低于所述高通滤波器的频率。因此，粒子检测信号调节电路确保根据粒子不存在/粒子存在状况以大约100kHz的低通-3dB点截止频率和大约1,061Hz/7,000Hz的高通-3dB点截止频率进行操作。电路被陷波滤波，具有高通和低通频率滤波以确保处理适当的频率范围。代表性的中频时域包括在约1kHz/7kHz和200kHz之间。

粒子在其穿过照明光束时散射光，散射光由散射光光学收集系统捕获，散射光聚焦到光电二极管上，光电二极管将光能转换为电流脉冲，电流-电压转换放大器将电流脉冲转换为电压脉冲，并且电压脉冲通常是信号调节的，以产生可接受的电压脉冲，该电压脉冲可以被测量以检测电压脉冲的幅度。图16中示出了示例性数字示波器粒子电压脉冲。

在图16的示波器图片x轴中，粒子脉冲全宽事件时间约为八个2.0μs的时间划分，其等于16.0μs的全宽事件时间。测量电压脉冲的宽度的更典型的方法是通过确定半高全宽(FWHM)值，其对于图16中的脉冲是3.2μs(大约100kHz)。

仪器的粒子检测电路具有大约100kHz的低通-3dB点截止频率和大约1,061Hz/7,500Hz(无粒子/粒子)的高通-3dB截止频率，具有调谐的带宽范围，以准确地响应位于仪器频谱的中间频域中的粒子事件。该1,016Hz/7,500Hz(例如，1kHz/7kHz(无粒子/粒子)-100kHz)频率范围是中速粒子检测电路时域。

注意，粒子检测电路没有足够的高频带宽来检测249MHz高速激光振荡频率。当照明光源在全功率开启和零功率关闭之间交替时，粒子检测电路被配置为不能检测高频激光振荡。正是带通滤波器的这种有意配置确保了粒子检测电路时域不受高速激光振荡时域的影响。换言之，高频时域不干扰中频时域。

类似地，粒子检测电路不具有足够的低频带宽来检测下面针对低频时域描述的校准状态激光-脉冲-光自诊断例程。正是带通滤波器的这种有意配置确保粒子检测电路时域(例如，中频时域)尽可能不受低速诊断例程时域的影响。换言之，低频时域不干扰中频时域。

低频时域：仪器的频谱的低频域为标定状态的激光脉冲光自诊断特征频率。该自诊断特征以低频使仪器激光照明光源产生脉冲，以便建立粒子计数仪器的健康或校准状态。采用专用的低速峰值保持电路测量低频激光脉冲自诊断电压脉冲。图17中提供了低速峰值和保持电路的示意图。

低速峰值和保持电路的第一级(U38引脚1、3、4和相关部件)具有两个低通转角频率值，这两个低通转角频率值均被设计为使电路对中频和高频时域信号的响应最小化。

形成电路的充电电容器峰值和保持部分的低速峰值和保持电路的第二级(U31引脚1、2、3和引脚5、6、7以及相关联的部件)具有159Hz的低通拐角频率值。电路的该级还被设计成使电路对中频和高频时域信号的响应最小化。

第三级(U37引脚1、3、4和相关联的组件)形成峰值和保持电路的输出级。

用于确定仪器的校准状态的低速峰值和保持电路被有意地设计成不响应本文所述的中频和高频时域信号。实际上，校准状态诊断功能不受在运行诊断功能时恰好存在的粒子活性的影响是有益的。这避免了必须采取步骤来最小化否则将干扰校准状态确定的存在粒子。相反，本文提供的方法和分析仪能够以与是否存在粒子无关的方式进行自诊断(比较图18(很少粒子)和图19(许多粒子))。在图18中示出了在测试仪器对经过滤的空气进行采样的同时仪器执行校准状态诊断功能时重要峰值和保持电路点的数字示波器图片。

参考图18，示波器通道#1(黄色)连接到峰值和保持电路的输入。示波器通道#2(绿色)连接到峰值和保持电路的第一级输出的低通滤波输出。示波器通道#3(紫色)连接到电路的低通滤波充电电容器峰值和保持部分。示波器通道#4(粉红色)连接到充电电容驱动放大器输出(U31引脚1)。

激光校准状态激光-脉冲-光自诊断例程以2.4ms的非常慢的时间测量(1.2时间分割×每个分割2ms)将激光功率从0斜升到最大功率电平。这由连接到峰值和保持电路的输入的示波器通道#1(黄色)示出。

连接到峰值和保持电路的第一级输出的低通滤波输出的示波器通道#2(绿色)具有足够的带宽来成比例地跟踪输入信号的上升。

示波器通道#3(紫色)连接到电路的低通滤波充电电容器峰值和保持部分，具有足够的带宽以成比例地跟踪输入信号的上升并大致保持在该电平。在该示例中，激光-脉冲-光自诊断例程使激光功率斜升以实现1.225VDC峰值脉冲高度。

在图19中，当测试仪器对含有粒子的空气进行采样时，启动相同的诊断功能。这种情况模拟当仪器在使用中或被例如残留粒子污染时尝试运行诊断例程。在该示例中，测试仪器根据国际标准(ISO14644CleanroomsandassociatedcontrolledEnvironments-Part1：ClassificationofaircleanlinessClass-5environment)采样空气。

连接到峰值和保持电路的输入的示波器通道#1(黄色)现在指示在激光功率斜升功能期间的大量粒子活动。粒子活动由大量向上指向的尖峰指示，这些尖峰现在从缓慢上升然后降低的激光功率斜坡发射。这些粒子尖峰各自具有16μs的近似全脉冲宽度，并且因此在该图中表现为薄峰，因为图片时间标度为2ms。每个粒子脉冲仅为x轴时间尺度增量的1/125。

连接到峰值和保持电路的第一级输出的低通滤波输出的示波器通道#2(绿色)不传递大部分粒子脉冲活动，因为电路不具有足够的带宽来对单个粒子脉冲作出反应。

示波器通道#3(紫色)连接到电路的低通滤波充电电容器峰值和保持部分，具有足够的带宽以成比例地跟踪输入信号的上升并大致保持在该电平。然而，该电路没有足够的带宽来对大部分较高速度的粒子脉冲活动作出反应。在该示例中，激光-脉冲-光自诊断例程使激光功率斜升以实现1.235VDC峰值脉冲高度。粒子脉冲活度仅使诊断功能测试结果提高0.82％(有粒子活度时为1.235Vdc，无粒子活度时为1.225Vdc)。诊断程序几乎完全不受粒子活性存在的影响。因此，用于分析仪自诊断的低频时域的选择确保了用于自诊断的检测器信号波形基本上与粒子存在或不存在无关。在这方面，“基本上独立”可以指具有和不具有粒子的诊断参数的差异小于5％，或更优选小于1％。

低频时域可以具有小于或等于500Hz的频率，诸如约159Hz。这与中频时域范围的较低部分的1kHz/7kHz(无粒子/粒子)很好地分开。

因为诊断例程几乎完全不受粒子活动的存在的影响，所以当仪器从客户清洁环境采样环境空气时，可以执行验证例程。该仪器不需要从客户使用环境中移除。类似地，仪器不需要将仪器空气样品入口与客户使用环境断开。这对于任何客户用例都是非常有益的，因为测试仪器的校准状态可以被原位验证，而不会对仪器的继续和持续使用产生任何不利影响。

诊断例程也不受高频时域激光振荡的影响，因为诊断例程峰值和维持电路再次没有足够的带宽来对249MHz激光振荡作出反应。以这种方式，用于不同目的的三个频时域中的每一个彼此独立。这是非常有益的，提供了许多功能益处，包括同时可靠地执行多个单独的独立功能的能力。如上所述，这包括在仪器经历诊断和/或激光小面不稳定时进行的粒子测量。

该实施例提供了频率范围的代表性定量值。然而，这里描述的本发明与频率值的范围兼容，只要低频、中频和高频时域范围不重叠并且不彼此干扰即可。通过选择适当的滤波器和电子信号处理来控制实际的特定值。

贯穿本申请的所有参考文献，例如专利文献，包括已发布或授权的专利或等同物；专利申请公开；和非专利文献文件或其他源材料；在每个参考文献至少部分地不与本申请中的公开内容不一致的程度上(例如，除了参考文献的部分不一致部分之外，部分不一致的参考文献通过引用并入本文)，其全部内容通过引用并入本文，如同通过引用单独并入一样。

本文已经采用的术语和表达用作描述而非限制的术语，并且在使用这些术语和表达时不旨在排除所示和所述特征的任何等同物或其部分，但是应当认识到，在所要求保护的本发明的范围内可以进行各种修改。因此，应当理解，尽管已经通过优选实施例、示例性实施例和可选特征具体公开了本发明，但是本领域技术人员可以采用本文公开的概念的修改和变化，并且这些修改和变化被认为是在由所附权利要求限定的本发明的范围内。本文提供的具体实施例是本发明的有用实施例的示例，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以使用本说明书中阐述的设备、设备部件、方法步骤的大量变型来执行本发明。对于本领域技术人员显而易见的是，可用于本方法的方法和设备可包括大量任选的组成和处理元件和步骤。

如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。因此，例如，提及“一个细胞”包括多个这样的细胞及其本领域技术人员已知的等同物。同样，术语“一个”(或“一种”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换使用。还应注意，术语“包含”、“包括”和“具有”可以互换使用。表述“权利要求XX-YY中的任一项”(其中XX和YY是指权利要求编号)旨在以替代形式提供多个从属权利要求，并且在一些实施例中，可与表述“根据权利要求XX-YY中的任一项”互换。

除非另有说明，否则本文描述或例示的每个设备、系统、部件的组合或方法可用于实践本发明。

每当在说明书中给出范围时，例如温度范围、时间范围或组成或浓度范围，所有中间范围和子范围以及包括在给出的范围中的所有单个值都旨在包括在本公开中。应当理解，包括在本文的描述中的任何子范围或范围或子范围内的单个值可以从本文的权利要求中排除。

本说明书中提及的所有专利和出版物指示本发明所属领域的技术人员的技术水平。本文引用的参考文献通过引用整体并入本文以指示截至其公开或提交日期的现有技术，并且如果需要，旨在本文可以采用该信息以排除现有技术中的具体实施方案。例如，当要求保护物质组合物时，应当理解，在申请人的发明之前本领域已知和可获得的化合物，包括在本文引用的参考文献中提供的使能公开内容的化合物，不旨在包括在本文的物质组合物权利要求中。

如本文所用，“包含”与“包括”、“含有”或“特征在于”同义，并且是包含性的或开放式的，并且不排除另外的未列举的要素或方法步骤。如本文所用，“由……组成”不包括权利要求要素中未指定的任何要素、步骤或成分。如本文所用，“基本上由……组成”不排除不会实质上影响权利要求的基本和新颖特征的材料或步骤。在本文的每种情况下，术语“包含”、“基本上由.....组成”和“由.....组成”中的任一个可以用其他两个术语中的任一个替换。本文说明性地描述的本发明可以在不存在本文未具体公开的任何一个或多个要素、一个或多个限制的情况下适当地实施。

本领域普通技术人员将理解，可以在本发明的实践中采用除了具体例示的那些之外的设备、系统和方法，而无需借助于过度的实验。任何这样的设备和方法的所有本领域已知的功能等同物旨在包括在本发明中。已经采用的术语和表达用作描述而非限制的术语，并且不意图在使用这些术语和表达时排除所示和所述特征的任何等同物或其部分，而是认识到在所要求保护的本发明的范围内可以进行各种修改。因此，应当理解，尽管已经通过优选实施方案和任选特征具体公开了本发明，但是本领域技术人员可以采用本文公开的概念的修改和变化，并且这些修改和变化被认为在由所附权利要求限定的本发明的范围内。