Механизм закрытия впускного отверстия - RU2649426C2

Чертежи

Показать все 11 чертежа(ей)

Описание

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Спектрометрия на основе анализа подвижности ионов относится к аналитической методике, которая может быть использована для разделения и идентификации ионизированного материала, такого как молекулы и атомы. Ионизированный материал может быть идентифицирован в газовой фазе на основе анализа подвижности в буферном газе-носителе. Таким образом, спектрометрия на основе анализа подвижности ионов (IMS) может определять материал из представляющей интерес пробы путем ионизации материала и измерения времени, которое требуется для достижения детектора образующимся в результате ионам. Время пролета иона связано с подвижностью иона, которая связана с массой и геометрией материала, который был ионизирован. Выходной сигнал IMS детектора может быть визуально представлен в виде спектра высоты пика в зависимости от времени дрейфа. В некоторых случаях распознавание с помощью IMS выполняют при повышенной температуре (например, выше ста градусов по Цельсию (100°С)). В других случаях распознавание с помощью IMS может быть выполнено без нагрева. Распознавание с помощью IMS может быть использовано для военных и охранных приложений, например для распознавания наркотиков, взрывчатых веществ, и так далее. Распознавание с помощью IMS может быть также использовано в лабораторных аналитических приложениях совместно с комплементарными методиками распознавания, такими как масс-спектрометрия, жидкостная хроматография, и т.п.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Далее описан узел для закрытия впускного отверстия в корпусе, который имеет впускное отверстие, предназначенное для приема текучей среды, такой как воздушный поток, из окружающей среды. Узел для закрытия впускного отверстия содержит уплотнительный элемент, который ограничивает впускной проход, проточно сообщающийся с впускным отверстием, выполненным в корпусе. Узел для закрытия впускного отверстия содержит золотник, выполненный с возможностью установки относительно уплотнительного элемента. Золотник выполнен с возможностью блокировки впускного прохода в своем прилегающем положении. Узел для закрытия впускного отверстия также содержит приводной элемент, выполненный с возможностью перемещения золотника в прилегающее взаимодействие с уплотнительным элементом и из него. Узел для закрытия впускного отверстия дополнительно содержит удерживающий элемент для удерживания золотника в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом, когда золотник расположен так, что он перекрывает впускное отверстие. Удерживающий элемент может быть выполнен с использованием магнита, пружины, и т.п.

[0003] Сущность изобретения представлена, чтобы описать выбор концепций в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Сущность изобретения не предназначена определять ключевые или существенные признаки заявленного объекта изобретения и также не предназначена для использования в качестве помощи в определении объема заявленного объекта изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0004] Подробное описание приводится со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах крайняя левая цифра(ы) номера позиции определяет номер чертежа, на котором впервые появляется этот номер позиции. Использование одного и того же номера позиции в различных случаях в описании и на чертежах может указывать на схожие или идентичные элементы.

[0005] Фиг. 1А изображает частичный вид в аксонометрии, иллюстрирующий узел для закрытия впускного отверстия, содержащий магнитный удерживающий элемент, расположенный между впускным отверстием и уплотнительным элементом, выполненным в виде уплотнительного кольца, для удерживания золотника в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения настоящего изобретения.

[0006] Фиг. 1В изображает частичный вид в аксонометрии, иллюстрирующий узел для закрытия впускного отверстия, содержащий магнитный удерживающий элемент, расположенный между впускным отверстием и уплотнительным элементом, выполненным в виде уплотнительного кольца с круглым сечением, для удерживания золотника в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения настоящего изобретения.

[0007] Фиг. 1С изображает частичный вид в аксонометрии, иллюстрирующий узел для закрытия впускного отверстия, содержащий магнитный удерживающий элемент, расположенный между впускным отверстием и уплотнительным элементом, выполненным в виде уплотнительного кольца, для удерживания полого золотника в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения настоящего изобретения.

[0008] Фиг. 1D изображает частичный вид в аксонометрии, иллюстрирующий узел для закрытия впускного отверстия, содержащий магнитный удерживающий элемент, расположенный рядом с впускным отверстием и уплотнительным элементом, для удерживания золотника в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом, причем золотник удерживается в корпусе, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения настоящего изобретения.

[0009] Фиг. 1Е изображает частичный вид в аксонометрии, иллюстрирующий узел для закрытия впускного отверстия, содержащий магнитный удерживающий элемент, расположенный между впускным отверстием и уплотнительным элементом, для удерживания золотника в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом, причем золотник перемещается с помощью ползуна, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения настоящего изобретения.

[0010] Фиг. 1F изображает частичный вид в аксонометрии, иллюстрирующий узел для закрытия впускного отверстия, содержащий магнитный удерживающий элемент, расположенный между впускным отверстием и уплотнительным элементом, для удерживания золотника в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом, причем золотник перемещается с помощью ползуна, содержащего проточный проход, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения настоящего изобретения.

[0011] Фиг. 1G изображает частичный вид в аксонометрии, иллюстрирующий узел для закрытия впускного отверстия, содержащий магнитный удерживающий элемент, расположенный между впускным отверстием и уплотнительным элементом, для удерживания золотника в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом, причем золотник перемещается с помощью рычага для открытия и закрытия двух отдельных впускных отверстий, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения настоящего изобретения.

[0012] Фиг. 1H изображает частичный вид в аксонометрии, иллюстрирующий узел для закрытия впускного отверстия, содержащий пружинный удерживающий элемент для удерживания золотника в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения настоящего изобретения.

[0013] Фиг. 1J изображает частичный вид в аксонометрии, иллюстрирующий узел для закрытия впускного отверстия, содержащий первый магнитный удерживающий элемент, расположенный между впускным отверстием и первым уплотнительным элементом, для удерживания золотника в прилегающем взаимодействии с первым уплотнительным элементом, и второй магнитный удерживающий элемент для смещения золотника из прилегающего взаимодействия с первым уплотнительным элементом, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения настоящего изобретения.

[0014] Фиг. 2А представляет собой схематическое изображение системы, содержащей контроллер, функционально соединенный с приводным модулем детектора проб, причем контроллер может быть использован для управления работой приводного модуля для открытия и закрытия одного или нескольких впускных отверстий детектора проб.

[0015] Фиг. 2В представляет собой схематическое изображение системы, содержащей контроллер, функционально соединенный с детектором проб, причем контроллер может быть использован для управления работой приводного модуля для открытия и закрытия одного или нескольких впускных отверстий детектора проб.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0016] Многие детекторы проб используют методики распознавания проб, которые требуют наличия приборов распознавания, чтобы работать, используя сухие или по меньшей мере по существу сухие внутренние рабочие условия. Например, оборудование, использующее спектрометрию на основе анализа подвижности ионов (IMS), обычно требует, чтобы воздух в спектрометрической ячейке был суше, чем, например, окружающий воздух. Таким образом, IMS оборудование обычно использует определенную технологию для удаления паров воды из IMS ячеек, связанных с ними герметичных проходов, и так далее. Эти конфигурации оборудования могут содержать пневматический насос и осушитель, такой как материал, содержащий мелкие поры, имеющие однородный размер для использования в качестве адсорбента, предназначенного для газов и/или жидкостей (упоминаемый в дальнейшем как «молекулярное сито»). В других конфигурациях загрузочное отверстие для пробы IMS-детектора обеспечивает интерфейс для наружного воздуха с использованием мембраны, которая может быть выполнена с обеспечением возможности пару проходить через нее, одновременно по существу предотвращая попадание воды в ячейку IMS-детектора.

[0017] В некоторых случаях вместе с загрузочным отверстием для пробы IMS-детектора может быть использовано небольшое отверстие (именуемое «микроотверстием»), чтобы обеспечить интерфейс с наружным воздухом. В этой конфигурации микроотверстие обеспечивает возможность втягивания небольшого объема наружного воздуха в IMS-камеру по мере необходимости. Хотя микроотверстие может оставаться открытым (например, незакрытым) во время использования для операций распознавания, может понадобиться закрыть (например, запечатать) микроотверстие, когда IMS-детектор не используется. Запечатывание микроотверстия может предотвратить диффузию сравнительно влажного воздуха в ячейку, что может привести к более раннему прекращению срока действия внутреннего осушителя. Один из методов для закрытия микроотверстий для введения пробы представляет собой использование закрывающего средства, такого как колпачок, имеющего герметичную уплотнительную прокладку, которая может быть использована, чтобы закрыть все впускное отверстие IMS-устройства. Колпачок может быть герметично запечатан и вскрыт оператором, используя, например, вращательное движение, чтобы поднимать и опускать колпачок (например, когда колпачок имеет резьбу и соединен с впускным отверстием IMS-устройства). В некоторых случаях для открытия и закрытия впускного отверстия IMS-детектора могут быть использованы автоматизированные средства, такие как моторизованные элементы для подъема и опускания колпачка. Тем не менее, получающийся в результате механизм может быть громоздкими, что может мешать потоку наружного воздуха в IMS-камеру, и может потреблять значительное количество энергии для открытия и/или закрытия. «Микроотверстие» для введения проб может иметь отверстие, имеющее диаметр по меньшей мере 0,1 мм, возможно, по меньшей мере 0,25 мм, например менее 2 мм, например, менее 1 мм. Некоторые «микроотверстия» для введения проб имеют отверстия с диаметром приблизительно 0,5 мм, например, между 0,3 мм и 0,7 мм. В некоторых примерах отверстие задает отверстие, имеющее один из этих диаметров, и глубину приблизительно 3 мм. Как будет понятно специалисту в контексте настоящего изобретения, микроотверстие для введения проб необязательно должно быть круглым, при этом могут также быть использованы отверстия других форм, имеющих одинаковую ширину, или же одинаковую площадь поперечного сечения, что и круглые отверстия этих диаметров.

[0018] Описаны способы открытия (например, раскрытия) и закрытия (например, герметичного закрытия) впускного отверстия, такого как микроотверстие для введения проб для IMS-детектора. В некоторых случаях описанные в настоящем документе способы могут быть использованы с автоматизированным и/или дистанционным управлением впускным отверстием, так чтобы облегчить выполнение процессов автоматического открытия и закрытия. Способы, в соответствии с настоящим изобретением, используют узел для закрытия впускного отверстия, который может быть реализован с использованием оборудования относительно небольшого размера, малой массы и/или низкой мощности, например, по сравнению с механизмами закрытия, которые закрывают все впускное отверстие IMS-устройства. В вариантах выполнения узел для закрытия впускного отверстия может обеспечивать возможность автоматического открытия (например, раскрытия) и закрытия (например, герметизации) впускного отверстия таким образом, что энергия может быть задействована только при открытии и закрытии впускного отверстия, при этом для поддержания впускного отверстия в открытом и/или закрытом состоянии в другое время не требуется энергии или не требуется по меньшей мере существенной энергии. Кроме того, закрывающие средства или уплотнение, выполненные таким образом, могут быть устойчивы к механическим ударам и/или эффектам старения. Например, закрывающий механизм может иметь самоустанавливающуюся закрывающую конфигурацию, реализованную с использованием круглой прокладки и по существу сферического препятствия, которое может прилегать к круглой прокладке и может быть выведено из прилегающего взаимодействия с круглой прокладкой.

[0019] В вариантах выполнения узел для закрытия впускного отверстия обеспечивает закрытие или уплотнение с использованием механически простой конфигурации, содержащей, например, две части, каждая из которых может быть полностью, или по меньшей мере частично, выполнена с использованием инертных материалов, химически стойких материалов, обработки поверхности и так далее. Кроме того, элементы узла для закрытия впускного отверстия могут быть выполнены с использованием простых геометрических форм, которые не требуют высокоточных способов изготовления, и могут, тем самым, быть изготовлены экономически выгодно. Например, чтобы обеспечить функциональные возможности, описанные в данном документе, могут быть использованы один или несколько ферритных шаровых опор, уплотнительных колец, шайб и/или прокладок. Кроме того, элементы небольшого размера и/или низкой массы могут обеспечить возможность открытия и закрытия впускного отверстия с использованием приводных механизмов сравнительно небольшого размера с низкой энергией возбуждения, которые могут быть желательны для миниатюрных приложений и/или для приложений с питанием от аккумуляторной батареи. Например, при использовании небольших или миниатюрных IMS-детекторов уменьшенный размер, низкая масса и/или низкие мощностные характеристики могут представлять собой важные конструктивные соображения. Тем не менее, этот пример не предназначен ограничивать настоящее изобретение. Способы, описанные в настоящем документе, также могут быть использованы с более крупными, не портативными устройствами.

[0020] Со ссылкой на Фиг. 1А-1J описан узел 100 для закрытия впускного отверстия. В вариантах выполнения узел может быть выполнен с возможностью использования с детектором 202 проб, изображенным на Фиг. 2А и 2В, хотя также возможны и другие варианты выполнения. Узел 100 для закрытия впускного отверстия установлен в корпусе 102, который может быть использован для размещения, например, оборудования для распознавания проб, такого как ионизационная область / камера спектрометрической системы. Тем не менее, спектрометрическая система представлена исключительно в виде примера и не предназначена ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, узел 100 может быть использован с широким кругом других устройств. Корпус 102 имеет впускное отверстие 104, которое выполнено с возможностью приема текучей среды, такой как воздух, из окружающей среды, ближайшей к узлу 100. В некоторых случаях в корпусе 102 может быть предусмотрено несколько впускных отверстий, включенных в узел 100, таких как второе впускное отверстие 104, третье впускное отверстие, или больше чем три впускных отверстий. Каждое впускное отверстие 104 может быть снабжено, например, камерой IMS-детектора и использовано для подачи воздуха, содержащего представляющую интерес пробу, в камеру детектора. Например, одно или несколько впускных отверстий 104 могут быть выполнены в виде микроотверстия для введения проб. В некоторых случаях узел 100 может содержать один или несколько вентиляторов для подачи воздуха во впускное отверстие 104 и/или из него, тогда как в других случаях вентилятор необязательно содержится в узле 100. В случае, когда вентилятор отсутствует, импульс давления, создаваемый на внутренней стороне камеры детектора, может быть использован для втягивания воздуха через впускное отверстие 104 (например, один раз каждые пять секунд (5 сек)). В других случаях для втягивания воздуха через впускное отверстие 104 может быть использован сжатый газ и/или вакуум.

[0021] Узел 100 содержит уплотнительный элемент 106, расположенный вблизи (например, в непосредственной близости и/или рядом) с впускным отверстием 104. Уплотнительный элемент 106, по меньшей мере частично, ограничивает впускной проход 108, который находится в проточном сообщении с впускным отверстием 104, выполненным в корпусе 102. В вариантах выполнения элемент 106 может быть выполнен в виде механического уплотнительного элемента, который работает от сжатия, такой как прокладка (например, уплотнительное кольцо или круглая прокладка, как показано на Фиг. 1А и 1C-1J), шайба, уплотнительное кольцо (например, как показано на Фиг. 1В) и так далее. Элемент 106 может быть выполнен с использованием инертных материалов, химически стойких материалов, обработки поверхности, отделки поверхности, и так далее, которые могут быть выбраны, чтобы избежать загрязнения оборудования. Например, элемент 106, выполненный в виде прокладки, может быть изготовлен из инертного, или по меньшей мере по существу инертного, материала, такого как синтетический каучук и фторполимерный упругий материал, покрытый фторированным этилен пропиленом (FEP). Тем не менее, эти материалы приведены исключительно в качестве примера и не предназначены ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, могут быть использованы и другие материалы, в том числе с низким коэффициентом трения, не являющиеся химически активными материалами, и так далее. Кроме того, элемент 106 может, в некоторых случаях, быть полностью, или по меньшей мере частично, выполнен в корпусе 102, как, например, отформован вместе с корпусом 102, отлит вместе с корпусом 102, и так далее. Например, в некоторых случаях уплотнительный элемент 106 может быть выполнен в корпусе 102 и ограничивать отверстие 104.

[0022] Узел 100 также содержит золотник (например, самоцентрирующийся золотник 110), выполненный с возможностью прилегания относительно уплотнительного элемента 106 и блокировки впускного прохода 108. Например, золотник 110 может иметь по меньшей мере в целом сферическую форму и быть выполненным с возможностью герметизации относительно элемента 106 независимым от ориентации способом, когда золотник 110 находится в прилегающем взаимодействии с элементом 106. В некоторых случаях золотник 110 может содержать шаровую опору, которая может быть выполнена с использованием, например, ферритной нержавеющей стали, и может иметь гальваническое покрытие, покрытие, и тому подобное (например, выполненное из полимера с использованием химического осаждения из паровой фазы). Кроме того, золотник 110 может быть полым, содержащим, например, конфигурации полой оболочки, чтобы уменьшить массу золотника 110 в случае более крупномасштабного устройства (например, как показано на Фиг. 1C). В вариантах выполнения золотник 110 может иметь размер в диапазоне от по меньшей мере приблизительно двух миллиметров (2 мм) до полдюйма (0,5 дюйма (12,7 мм)) в диаметре. Тем не менее, этот диапазон приведен исключительно в виде примера и не предназначен ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, в других конфигурациях золотник 110 может иметь больший или меньший размер, чем приведенный выше диапазон диаметров. Кроме того, в целом сферическая форма приведена исключительно в виде примера и не предназначена ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, для золотника 110 могут быть использованы другие формы, в том числе форма ролика, клиновидная форма, форма пули, усеченная коническая форма, продолговатая форма (например, эллиптическая форма), и тому подобное. В некоторых случаях золотник, выполненный в виде ролика, может быть расположен в согласующемся канале. В этой конфигурации золотник необязательно должен быть центрирован относительно продольной оси, проходящей по длине канала. Таким образом, ролик может быть шире в направлении, совпадающем с осью вращения, чем впускное отверстие 104 (например, чтобы учитывать изменения положения внутри канала).

[0023] Золотник 110 может быть также изготовлен с использованием инертных материалов, химически стойких материалов, обработки поверхности, отделки поверхности, и тому подобное, что может быть выбрано, чтобы избежать загрязнения оборудования. Например, золотник 110, выполненный в виде шаровой опоры, может быть покрыт инертным, или по меньшей мере по существу инертным, материалом, таким как полимер, полученный химическим осаждением из паровой фазы и/или политетрафторэтилена (ПТФЭ). Тем не менее, эти материалы приведены исключительно в качестве примера и не предназначены ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, могут быть использованы и другие материалы, в том числе с низким коэффициентом трения, не являющиеся химически активными веществами, и тому подобное. В некоторых случаях золотник 110 может быть полностью или частично выполнен с использованием магнитного материала.

[0024] Узел 100 может также содержать держатель 112, соединенный с золотником 110 и выполненный с возможностью обеспечения перемещения золотника 110 между одним положением, в котором золотник 110 находится в прилегающем взаимодействии с элементом 106 (например, покрывающим и/или уплотняющим отверстие 104), и другим положением, в котором золотник 110 выведен из прилегающего взаимодействия с уплотнительным элементом 106 (например, раскрывая отверстие 104). В вариантах выполнения держатель 112 может быть выполнен в виде клетки, корзины, вилки и тому подобного, для удерживания золотника 110, обеспечивая при этом возможность перемещения золотника 110, чтобы закрыть и открыть впускное отверстие 104. Например, золотник 110 может свободно удерживаться в конструкции клетки и выполнен с возможностью достаточного свободного перемещения золотника 110 для уплотнения (например, как показано на Фиг. 1D). В этом случае держатель 110 может быть ограничен корпусом 102. В некоторых случаях держатель 112 может быть изготовлен из одного или нескольких материалов, выбранных, чтобы избежать загрязнения оборудования, такого как один или несколько полимерных материалов, и тому подобное.

[0025] Узел 100 может также содержать приводной элемент 114 для перемещения золотника 110 между одним положением, в котором золотник 110 находится в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом 106 (например, покрывая и/или уплотняя впускное отверстие 104), и другим положением, в котором золотник 110 выведен из прилегающего взаимодействия с уплотнительным элементом 106 (например, раскрывая впускное отверстие 104). В некоторых случаях приводной элемент 14 может быть соединен со держателем 112 для приведения в действие держателя 112 для перемещения золотника 110 (например, между прилегающим и неприлегающим положениями, как описано выше). В вариантах выполнения приводной элемент 114 может быть реализован в виде ползуна для прямолинейного перемещения (например, как показано на Фиг. 1Е и 1F), рычага для поворотного перемещения (например, как показано на Фиг. 1G), и т.д. В конфигурации, изображенной на Фиг. 1F, приводной элемент 114 может ограничивать проход для текучей среды, такое как отверстие, канал, и тому подобное, для обеспечения возможности текучей среде входить в отверстие 104, когда приводной элемент 114 перемещается, чтобы раскрыть отверстие 104. В других вариантах выполнения приводной элемент 114 может содержать люк, используемый для перемещения золотника 110. Приводной элемент 114 может быть приведен в действие в несколькими способами. Например, в одном конкретном случае приводной элемент 114 может содержать материал с памятью формы (например, сплав с памятью формы или полимер с памятью формы), выполненный с возможностью принятия определенной конфигурации на основе входных данных, таких как изменения температуры.

[0026] В некоторых случаях приводной элемент 114 может быть приведен в действие механически, электромагнитно, пьезоэлектрически и тому подобное. Например, для перемещения приводного элемента 114 приводной элемент 114 может быть соединен с соленоидом. Для перемещения приводного элемента 114 он также может быть соединен, например, с линейным или поворотным электромагнитным двигателем и/или линейным или поворотным пьезоэлектрическим двигателем (например, через зубчатую передачу в сочетании с линейным или поворотным двигателем). Тем не менее, эти способы приведения в действие приведены в настоящем документе исключительно в качестве примера и не предназначены ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, в других вариантах выполнения для приведения в действие приводного элемента 114 могут быть использованы различные способы, например способы приведения в действие пьезоэлектрической штангой, пневматическим усилием, и тому подобное.

[0027] Часть приводного элемента 114 может выступать из корпуса 102 и/или соединяться с механизмом, расположенным снаружи корпуса 102 для ручного приведения в действие оператором. Знаки, символы, и/или другие маркировки могут быть выполнены на внешней стороне, например, корпуса детектора проб, чтобы указывать оператору на положение золотника 110 относительно уплотнительного элемента 106. Кроме того, с помощью датчика для определения положения золотника 110, такого как оптический бесконтактный датчик для определения положения и/или ориентации приводного элемента 114, и тому подобное, может быть реализован механизм обратной связи. Положение может быть отображено, используя, например, индикатор (например, индикатор 258, как показано на Фиг. 2В).

[0028] В вариантах выполнения узел 100 для закрытия впускного отверстия содержит удерживающий элемент 116, расположенный в непосредственной близости от впускного отверстия 104 для удерживания золотника 110 в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом 106. В вариантах выполнения, в которых удерживающий элемент 116 расположен между впускным отверстием 104 и уплотнительным элементом 106, элемент 116 может, по меньшей мере частично, ограничивать проход 108, находящийся в проточном сообщении с впускным отверстием 104, ограниченным корпусом 102 (например, в сочетании с уплотнительным элементом 106). Например, элемент 116 может быть выполнен в виде магнита, такого как кольцевой постоянный магнит (например, в виде магнитного кольца из редкоземельного материала), расположенный между уплотнительным элементом 106 и впускным отверстием 104 (например, как показано на Фиг. 1А-1С и 1E-1J). В других конфигурациях магнитный элемент 116 может быть расположен на противоположной стороне от впускного отверстия 104 относительно уплотнительного элемента 106 (например, как показано на Фиг. 1D). В этой конфигурации приводной элемент 114 может быть соединен с элементом 116 для приведения в действие элемента 116 для перемещения золотника 110 (например, между прилегающим и неприлегающим положениями, как описано выше). В некоторых случаях элемент 116 может быть выполнен с возможностью притягивания золотника 110. В других случаях элемент 116 может быть выполнен с возможностью отталкивания золотника 110.

[0029] Магнитные материалы, которые могут быть использованы для изготовления удерживающего элемента 116, могут включать, но необязательно этим ограничиваться: сплав неодим-железо-бор, сплав самарий-кобальт и тому подобное. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения магнитный материал может быть выбран на основе рабочих температур, и на который может быть нанесено гальваническое покрытие, покрытие и тому подобное. Следует отметить, что эти магнитные материалы указаны в настоящем документе исключительно в качестве примера и не предназначены ограничивать настоящее изобретение. Элемент 116 может быть изготовлен с использованием других компонентов и/или способов, выполненных с возможностью создания магнитного поля для взаимодействия с золотником 110, таких как магнит, выполненный в виде электромагнита, и тому подобное. Тем не менее, магнитный удерживающий элемент приведен в настоящем документе исключительно в качестве примера и не предназначен ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, в других вариантах выполнения удерживающий элемент 116 может быть реализован в виде пружины (например, как показано на Фиг. 1H), и тому подобного. Таким образом, золотник 110 может удерживаться на месте с помощью, например, магнитной силы и/или силы пружины, которая приложена элементом 116, когда золотник 110 находится в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом 106. Таким образом, впускное отверстие 104 может быть закрыто, когда к узлу 100 для закрытия впускного отверстия не подается питание. Удерживающий элемент 116 также может использоваться для удержания золотника 110 на месте и противостояния удару от внезапного перемещения и/или удара. Уплотнительное усилие, создаваемое удерживающим элементом 116, может быть преодолено, при этом золотник 110, при желании, может быть перемещен в другое положение, вскрывая впускное отверстие 104 и обеспечивая возможность использования впускного отверстия 104 для переноса текучей среды (например, для отбора проб пара).

[0030] В некоторых вариантах выполнения узел 100 может содержать второй удерживающий элемент 118, расположенный в стороне от впускного отверстия 104, для смещения золотника 110 в другое положение, в котором золотник 110 выведен из прилегающего взаимодействия с уплотнительным элементом 106 (например, как показано на Фиг. 1J). В этих конфигурациях узел 100 может иметь два устойчивых состояния, так что питание требуется только для перемещения золотника 110 при закрытии и открытии впускного отверстия 104. Кроме того, два или большее количество отдельных впускных отверстий 104 могут быть открыты и раскрыты одновременно, используя, например, механическое соединение, в котором приводной элемент 114, выполненный в виде рычага, поворачивается вокруг своего центра, и в котором два или большее количество впускных отверстий 104 выполнены в виде зеркальных изображений друг друга (например, как показано на Фиг. 1G).

[0031] Фиг. 2 представляет собой иллюстрацию спектрометрической системы, такой как спектрометрическая система 200 на основе анализа подвижности ионов. Несмотря на то, что в настоящем документе описаны способы распознавания на основе IMS, следует отметить, что большое количество различных спектрометров могут извлечь выгоду из конструкций, методики и подходов настоящего изобретения. В настоящем описании намеренно охвачены и включены все такие изменения. Системы 200 IMS могут содержать спектрометрическое оборудование, которое использует способы распознавания без подогрева (например, при окружающей (окружающей или комнатной) температуре). Например, система 200 IMS может быть выполнена в виде легкого детектора взрывчатых веществ. Тем не менее, следует отметить, что детектор взрывчатых веществ приведен здесь исключительно в качестве примера и не предназначен ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, способы, в соответствии с настоящим изобретением, могут быть использованы с другими спектрометрическими конструкциями. Например, система 200 IMS может быть выполнена в виде химического детектора. Система 200 IMS может содержать детекторное устройство, такое как детектор 202, имеющий порт введения проб для введения материала из представляющей интерес пробы в область / камеру ионизации. Например, детектор 202 проб может иметь впускное отверстие 104, через которое воздух, предназначенный для отбора проб, поступает в детектор 202 проб. В иллюстративных вариантах выполнения впускное отверстие 104 может быть выполнено в корпусе 102, как описано выше. В некоторых вариантах выполнения детектор 202 проб может иметь другое устройство, например газовый хроматограф (не показан), подключенный последовательно к впускному отверстию 104 IMS.

[0032] В отверстии 104 могут использоваться различные способы введения проб. В некоторых случаях может быть использован поток воздуха. В других случаях системы 200 IMS могут использовать различные текучие среды и/или газы, чтобы втягивать материал во впускное отверстие 104. Способы втягивания материала через впускное отверстие 104 включают использование вентиляторов, сжатых газов, вакуума, создаваемого дрейфом газа, протекающего через область / камеру дрейфа, и тому подобное. Например, детектор 202 проб может быть подсоединен к линии отбора проб, где воздух из окружающей среды (например, воздух в помещении) втягивается в линию отбора проб с помощью вентилятора. Системы 200 могут работать по существу при давлении окружающей среды, хотя для введения проб материала в область ионизации может быть использован поток воздуха или другой текучей среды. В других случаях системы 200 могут работать при более низком давлении (например, давлении, которое меньше давления окружающей среды). Кроме того, системы 200 могут содержать другие компоненты, чтобы обеспечивать введение материала из источника проб. Например, в системы 200 может быть включен десорбер, такой как нагреватель, чтобы вызывать испарение по меньшей мере части пробы (например, перевести ее в газовую фазу), так чтобы порция пробы могла быть втянута во впускное отверстие 104. Например, для получения представляющей интерес пробы с поверхности могут быть использованы зонд для отбора проб, тампон, салфетка или тому подобное. Зонд для отбора проб может быть использован для доставки пробы к впускному отверстию 104 системы 200. Системы 200 также могут содержать предварительный концентратор, чтобы сконцентрировать или создать болюс материала, предназначенного для введения в область ионизации.

[0033] Часть пробы может быть втянута через отверстие 104, выполненное в виде небольшого круглого отверстия (например, микроотверстия), в детектор 202 проб с использованием, например, диафрагмы, находящейся в проточном сообщении с внутренним объемом детектора 202. Например, когда внутреннее давление во внутреннем объеме уменьшается за счет перемещения диафрагмы, часть пробы переносится от впускного отверстия 104 в детектор 202 проб через микроотверстие. После прохождения через микроотверстие часть пробы входит в модуль 206 распознавания. Модуль 206 может содержать область ионизации, где пробу ионизируют с использованием источника ионизации, например ионизатора с коронным разрядом (например, имеющим острие коронного разряда). Тем не менее, ионизатор с коронным разрядом приведен в настоящем документе исключительно в качестве примера и не предназначен ограничивать настоящее изобретение. Другие источники ионизации примером включают, но необязательно ограничены этим: радиоактивные и электрические источники ионизации, такой как источник фотоионизации, источник электрораспыления, ионизация лазерной десорбцией с использованием матрицы (MALDI), источник никель-63 (Ni⁶³) и тому подобное. В некоторых случаях источник ионизации может ионизировать материал из представляющей интерес пробы в несколько этапов. Например, источник ионизации может генерировать корону, которая ионизирует газы в области ионизации, которые впоследствии используются для ионизации представляющего интерес материала. Иллюстративные газы включают, но необязательно ограничиваются этим: азот, водяной пар, газы, содержащиеся в воздухе, и тому подобное.

[0034] В вариантах выполнения модуль 206 может работать в положительном режиме, отрицательном режиме, переключаться между положительным и отрицательным режимами, и тому подобное. Например, в положительном режиме источник ионизации может генерировать положительные ионы из представляющей интерес пробы, тогда как в отрицательном режиме источник ионизации может генерировать отрицательные ионы. Работа модуля 206 в положительном режиме, отрицательном режиме или при переключении между положительным и отрицательным режимами может зависеть от предпочтений варианта выполнения, прогнозируемого типа пробы (например, взрывчатые вещества, наркотические, токсические промышленные химикаты) и тому подобного. Кроме того, источник ионизации может периодически возбуждаться импульсами (например, при введении пробы, открытии затвора, наступлении события и тому подобного).

[0035] Ионы пробы затем могут быть направлены на стробирующую сетку с помощью электрического поля. Стробирующая сетка может на мгновение открываться, чтобы небольшие кластеры ионов пробы попадали в область дрейфа. Например, модуль 206 может содержать электронный затвор или вентиль на впускном конце области дрейфа. В вариантах выполнения затвор контролирует введение ионов в область дрейфа. Например, затвор может содержать сетку из проволоки, к которой прикладывают или снимают электрическую разность потенциалов. Область дрейфа имеет электроды (например, фокусирующие кольца), размещенные вдоль ее длины для приложения электрического поля, чтобы проводить ионы вдоль области дрейфа и/или направлять ионы в направлении детектора, обычно расположенного напротив затвора в области дрейфа. Например, область дрейфа, в том числе электроды, может прикладывать по существу однородное поле в области дрейфа. Ионы пробы могут быть собраны на коллекторном электроде, который может быть подсоединен к анализирующему оборудованию для анализа времени пролета различных ионов пробы. Например, пластина коллектора на дальнем конце области дрейфа может собирать ионы, которые проходят вдоль области дрейфа.

[0036] Область дрейфа может быть использована для отделения ионов, поступивших в область дрейфа, на основе подвижности отдельных ионов. Подвижность ионов определяется зарядом иона, массой, геометрией иона и тому подобным. Таким образом, системы 200 могут отделять ионы, основываясь на их времени пролета. Область дрейфа может иметь по существу равномерное электрическое поле, которое проходит от затвора к коллектору. Коллектор может представлять собой коллекторную пластину (например, пластину Фарадея), которая распознает ионы, основываясь на их заряде, когда они входят в контакт с коллекторной пластиной. В вариантах выполнения дрейфовый газ может подаваться к коллекторной пластине через область дрейфа в направлении, в целом противоположном траектории движения ионов. Например, дрейфовый газ может протекать из соседней коллекторной пластины в направлении затвора. Пример дрейфовых газов включает, но необязательно ограничивается этим: азот, гелий, воздух, рециркулированный воздух (например, воздух, который очищен и/или осушен) и тому подобное. Например, для циркуляции воздуха вдоль области дрейфа против направления потока ионов может быть использован насос. Воздух может быть высушен и очищен с использованием, например, кассетного молекулярного сетчатого фильтра.

[0037] В вариантах выполнения детектор 202 может содержать большое разнообразие компонентов, содействующих распознаванию представляющего интерес материала. Например, детектор 202 может содержать одну или несколько камер, содержащих калибрующее вещество и/или компонент легирующей примеси. Калибрующее вещество может быть использовано для калибровки измерения подвижности ионов. Легирующая примесь может быть использована для выборочной ионизации молекулы. Легирующая примесь также может быть объединена с материалом пробы и ионизирована с образованием ионов, которые могут быть более эффективно распознаны, чем ион, который соответствует только лишь материалу пробы. Легирующая примесь может быть доставлена к одному или нескольким из: впускному отверстию 104, области ионизации и/или области дрейфа. Детектор 202 проб может быть выполнен с возможностью введения легирующей примеси в разные места, возможно, в разное время работы детектора 202 проб. Детектор 202 проб может быть выполнен с возможностью координации доставки легирующей примеси с работой других компонентов системы 200 IMS.

[0038] Контроллер 250 может обнаружить изменение заряда на коллекторной пластине, когда ионы достигают ее. Таким образом, контроллер 250 может распознавать материалы по их соответствующим ионам. В вариантах выполнения контроллер 250 может также использоваться для управления открытием затвора для получения спектра времени пролета различных ионов вдоль области дрейфа. Например, контроллер 250 может быть использован для контроля напряжения, подаваемого на затвор. Работой затвора можно управлять, чтобы она происходила периодически при наступлении какого-либо события, и тому подобное. Например, контроллер 250 может корректировать, как долго затвор открыт и/или закрыт, на основе наступления события (например, коронного разряда), периодически, и тому подобное. Кроме того, контроллер 250 может переключать электрический потенциал, приложенный к затвору, основываясь на режиме источника ионизации (например, работает модуль 206 распознавания в положительном режиме или в отрицательном режиме). В некоторых случаях контроллер 250 может быть выполнен с возможностью распознавания присутствия взрывчатых веществ и/или химических веществ и обеспечивает предупреждение или указание на такие вещества с помощью индикатора 258.

[0039] В вариантах выполнения система 200 IMS, включая некоторые или все ее компоненты, может работать под управлением компьютера. Например, для управления компонентами и функциями систем 200 IMS, описанными в настоящем документе, с использованием программного обеспечения, встроенного программного обеспечения, аппаратных средств (например, неизменяемой логической схемы), ручной манипуляции или их комбинации, в системе 200 IMS или вместе с системой может быть предусмотрен процессор. Термины «контроллер», «функциональность», «сервис» и «логический», используемые в настоящем документе, как правило, представляют собой программное обеспечение, встроенное программное обеспечение, аппаратные средства или комбинацию программного обеспечения, встроенного программного обеспечения или аппаратных средств в сочетании с управлением системами 200 IMS. В случае варианта выполнения программного обеспечения, модуль, функциональность или логика представляют собой программный код, который выполняет поставленные задачи при выполнении на процессоре (например, процессоре или процессорах). Программный код может храниться в одном или нескольких устройствах машиночитаемой памяти (например, во внутренней памяти и/или на одном или нескольких материальных носителях), и тому подобное. Конструкции, функции, подходы и методы, описанные в настоящем документе, могут быть реализованы на различных коммерческих вычислительных платформах, имеющих разнообразные процессоры.

[0040] Например, как показано на Фиг. 2В, детектор 202 проб может быть соединен с контроллером 250 для управления открытием и закрытием впускного отверстия 104. Например, контроллер 250 может быть соединен с приводным модулем 208, который может содержать один или несколько соленоидов, линейных электромагнитных двигателей, вращающихся электромагнитных двигателей, линейных пьезоэлектрических двигателей, вращающихся пьезоэлектрических двигателей, пьезоэлектрических приводных штанг, пневматических силовых приводов, и тому подобное, для перемещения приводного элемента 114 и открывая и закрывая впускное отверстие 104. Контроллер 250 может содержать модуль 252 обработки данных, коммуникационный модуль 254 и модуль 256 памяти. Модуль 252 обеспечивает функции обработки данных для контроллера 250 и может содержать любое количество процессоров, микроконтроллеров, или других систем обработки данных и встроенную или внешнюю память для хранения данных и другой информации, доступных или сгенерированных контроллером 250. Модуль 252 может выполнять одну или несколько компьютерных программ, которые реализуют методы, описанные в данном документе. Модуль 252 не ограничивается материалами, из которых он образован, или используемых в нем механизмами обработки данных, и, таким образом, может быть реализован с помощью полупроводника(ов) и/или транзисторов (например, с использованием компонентов электронных интегральных схем (ИС)) и тому подобное. Коммуникационный модуль 254 выполнен с возможностью сообщения с компонентами детектора 202. Коммуникационный модуль 254 также соединен с возможностью связи с модулем 252 (например, для передачи входных сигналов от детектора 202 к модулю 252). Коммуникационный модуль 254 и/или модуль 252 также может быть выполнен с возможностью связи с множеством различных сетей, в том числе, но необязательно ограничиваясь: интернетом, сотовой телефонной сетью, локальной вычислительной сетью (LAN), глобальной сетью беспроводной сетью, телефонной сетью общего пользования, интранетом и тому подобным.

[0041] Модуль 256 памяти представляет собой пример материальных машиночитаемых носителей, который обеспечивает функциональные возможности хранения для хранения различных данных, связанных с работой контроллера 250, например, компьютерные программы и/или сегменты кода или другие данные для подачи инструкций модулю 252 обработки и, возможно, другие компоненты контроллера 250 для выполнения этапов, описанных в данном документе. Таким образом, память может хранить данные, такие как программу инструкций по эксплуатации системы 200 IMS (в том числе его компонентов), спектральных данных и тому подобное. Несмотря не то, что показан лишь один модуль 256 памяти, могут быть использованы самые разнообразные типы и комбинации памяти (например, материальная память, энергонезависимая память). Модуль 256 памяти может составлять одно целое с модулем 252 обработки, может содержать автономную память или может быть комбинацией и того и другого.

[0042] Модуль 256 памяти может содержать, но необязательно ограничивается: съемные и несъемные элементы памяти, такие как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), флэш-память (например, SD-карта (SD), мини-SD карта памяти и/или микро-SD карта памяти), магнитная память, оптическая память, устройства памяти на основе универсальной последовательной шины (USB), память на жестком диске, внешняя память и другие виды машиночитаемых носителей. В вариантах выполнения детектор 202 и/или модуль 256 могут содержать съемную память на основе смарт-карты (ICC), такую как память, обеспечиваемую картой модуля идентификации абонента (SIM), картой универсального модуля идентификации абонента (USIM), универсальной картой с интегральной схемой (UICC), и тому подобное.

[0043] В вариантах выполнения разнообразные аналитические приборы могут использовать конструкции, способы, подходы и т.д., описанные в настоящем документе. Таким образом, несмотря на то, что в настоящем документе описаны системы 200 IMS, разнообразие аналитических инструментов может использовать описанные способы, подходы, конструкции и тому подобное. Эти устройства могут иметь ограниченную функциональность (например, тонкие устройства) или надежную функциональность (например, толстые устройств). Таким образом, функциональность устройства может относиться к программным или аппаратным ресурсам устройства, например, вычислительная мощность, память (например, возможность хранения данных), аналитические способности, и тому подобное.

[0044] Несмотря на то, что изобретение описано языком, характерным для конструктивных признаков и/или методологических действий, должно быть понятно, что изобретение, определенное в прилагаемой формуле изобретения, необязательно ограничено конкретными признаками или описанными действиями. Несмотря на то, что различные конфигурации описывают устройство, системы, подсистемы, компоненты и т.д. могут быть выполнены различными способами без отхода от настоящего изобретения. Напротив, конкретные признаки и действия раскрыты как иллюстративные формы вариантов выполнения изобретения.

Реферат

Изобретение относится к спектрометрии на основе анализа подвижности ионов и может быть использовано для распознавания веществ. Детектор проб устройства для спектрометрии подвижности ионов содержит корпус, имеющий впускное отверстие, предназначенное для введения текучей среды, например воздушного потока, из окружающей среды. Узел для закрытия впускного отверстия также содержит уплотнительный элемент, который ограничивает впускной проход, находящийся в проточном сообщении с впускным отверстием, ограниченным корпусом. Узел для закрытия впускного отверстия также содержит золотник, выполненный с возможностью прилегания относительно уплотнительного элемента. Золотник выполнен с возможностью блокировки впускного прохода в прилегающем положении. Узел для закрытия впускного отверстия также содержит приводной элемент, выполненный с возможностью перемещения золотника в прилегающее взаимодействие с уплотнительным элементом и из прилегающего взаимодействия с уплотнительным элементом. Узел для закрытия впускного отверстия также содержит удерживающий элемент для удерживания золотника в прилегающем взаимодействии с уплотнительным элементом, когда золотник расположен так, что он блокирует впускное отверстие. Удерживающий элемент может быть выполнен с использованием магнита или пружины. Технический результат – повышение точности распознавания веществ. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула