氣體采集裝置以及檢查裝置制造方法
【專利摘要】提供一種包括氣體采集裝置和傳感器的檢查裝置，該傳感器檢測通過氣體采集裝置采集到的氣體中含有的化學(xué)物質(zhì)。氣體采集裝置具備：空氣供給單元，其形成空氣幕，來覆蓋包含檢查的對象物的區(qū)域，形成與外界隔離的空間；采樣單元，其采集隔離的空間內(nèi)的氣體；以及擴(kuò)散氣體供給單元，其向隔離的空間供給至少與采樣單元的采集量相等的量的擴(kuò)散用的氣體，其中，采樣單元包括配置在所隔離的空間內(nèi)的立體地不同的位置的多個采樣噴嘴。
【專利說明】氣體采集裝置以及檢查裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種采集氣體的裝置以及使用它的檢查裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在日本特表2008-508693號公報(國際公開W02006/013396)中，公開了一種測量由每種物質(zhì)的離子遷移率的差引起的物理現(xiàn)象的裝置。在該文獻(xiàn)中，特別記載了具備具有多個電極的至少一個離子溝道的形狀的離子過濾器的離子遷移率光譜儀。該離子遷移率光譜儀能夠根據(jù)向?qū)щ妼邮┘拥碾S時間變化的電位，向填充劑選擇性地加入離子種類。電位具有驅(qū)動電場分量和橫電場分量，在優(yōu)選的實施方式中，電極分別參與生成驅(qū)動電場和橫電場兩方的分量。即使沒有漂移氣流也能夠使用器件。在該文獻(xiàn)中，還記載了作為光譜儀的各種用途的用于制作微尺度光譜儀的微細(xì)加工技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]已知測量離子遷移率的技術(shù)、例如FAIMS(FAIMS:Field Asymmetric waveform1n Mobility Spectrometry,場非對稱質(zhì)量分析儀，或DIMS !Differential 1n MobilitySpectrometry)技術(shù)。在FAIMS技術(shù)中，成為測量對象的化學(xué)物質(zhì)是能夠離子化的化合物、組合物、分子、其它生成物，利用每種化學(xué)物質(zhì)的離子遷移率是唯一的性質(zhì)，一邊使其在緩沖氣體中移動，一邊施加差動型電壓(DV:Dispersion Voltage, Vd電壓、電場電壓、交流電壓，以后稱為Vf)和補(bǔ) 償電壓(CV Compensation Voltage，補(bǔ)償電壓、直流電壓，以后稱為Vc)。只要適當(dāng)?shù)乜刂芕f和Vc的值，檢測目標(biāo)離子化后的化學(xué)物質(zhì)就能夠到達(dá)檢測器而被檢測為電流值。
[0004]因而，為了使用測量離子遷移率的傳感器(離子遷移率傳感器)，而在適當(dāng)?shù)臈l件下向離子遷移率傳感器供給分析對象的化學(xué)物質(zhì)是重要的。這在其它氣體分析傳感器中也是同樣的。
[0005]本發(fā)明的一個方式是一種氣體采集裝置，具備:空氣供給單元，其形成空氣幕，來覆蓋包含檢查的對象物的區(qū)域，形成與外界隔離的空間；采樣單元，其采集隔離的空間內(nèi)的氣體；以及擴(kuò)散氣體供給單元，其向隔離的空間內(nèi)供給至少與采樣單元的采集量相等的量的擴(kuò)散用的氣體。采樣單元包括配置在隔離的空間內(nèi)的立體地不同的位置的多個采樣噴嘴。
[0006]該氣體采集裝置通過采樣單元來采集包含利用擴(kuò)散用氣體從對象物釋放出的化學(xué)物質(zhì)(目標(biāo)物質(zhì))的氣體。這時，通過將多個采樣噴嘴配置在隔離的空間內(nèi)的立體地不同的位置，即使利用擴(kuò)散用氣體釋放到隔離的空間內(nèi)的目標(biāo)物質(zhì)的濃度存在不均衡，也提高了能夠采集包含目標(biāo)物質(zhì)的氣體的可能性。進(jìn)而，只要能夠采集包含高濃度的目標(biāo)物質(zhì)的氣體，就能夠提高檢測精度，還能夠縮短檢測所需的時間。
[0007]優(yōu)選的是，氣體采集裝置還具備第一驅(qū)動單元，該第一驅(qū)動單元使多個采樣噴嘴分別在隔離的空間內(nèi)隨機(jī)地或依照規(guī)定的算法進(jìn)行移動。另外，優(yōu)選的是，氣體采集裝置還具備第一流量控制單元，該第一流量控制單元隨機(jī)地或依照規(guī)定的算法控制多個采樣噴嘴各自的采集量。能夠變更多個采樣噴嘴各自的采集條件。
[0008]優(yōu)選的是，空氣供給單元包括空氣吹出口，該空氣吹出口在輸送對象物的傳送帶上形成隔離的空間，擴(kuò)散氣體供給單元包括擴(kuò)散氣體吹出口，該擴(kuò)散氣體吹出口從傳送帶的下方或沿著傳送帶的輸送面向隔離的空間內(nèi)供給擴(kuò)散用的氣體。容易使對象物中所含有的目標(biāo)物質(zhì)、例如從異物釋放出的成分在短時間內(nèi)到達(dá)采樣噴嘴。優(yōu)選的是，氣體采集裝置還具備溫度控制單元，該溫度控制單元直接或間接地對隔離的空間內(nèi)的對象物進(jìn)行加熱。通過對對象物進(jìn)行加熱，能夠促進(jìn)對象物中含有的目標(biāo)物質(zhì)的成分的發(fā)散。
[0009]本發(fā)明的其它方式之一是一種檢查裝置，具備:上述氣體采集裝置；傳感器，其檢測采樣單元所采集到的氣體中含有的化學(xué)物質(zhì)的至少一種；以及配管系統(tǒng)，其將氣體采集裝置與傳感器相連接。優(yōu)選的是，檢查裝置還具備對配管系統(tǒng)進(jìn)行加熱的加熱器單元，能夠抑制因配管系統(tǒng)的污染造成的影響。
[0010]另外，優(yōu)選的是，檢查裝置還具備混合單元，該混合單元向傳感器供給將載氣和采樣單元所采集到的氣體混合所得的混合氣體，優(yōu)選的是，檢查裝置還具備濃度控制單元，該濃度控制單元將混合氣體的一部分作為載氣進(jìn)行反饋來控制濃度。能夠簡易地濃縮成為傳感器的檢測對象的成分。
[0011]優(yōu)選的是，檢查裝置還具備第一反饋控制單元或者第二反饋控制單元，該第一反饋控制單元根據(jù)傳感器的檢測結(jié)果改變多個采樣噴嘴各自的位置或動作，該第二反饋控制單元根據(jù)傳感器的檢測結(jié)果改變多個采樣噴嘴各自的采集量。能夠自動地選擇傳感器的檢測靈敏度高的采集條件，或者自動地設(shè)置為所選擇的采集條件。
[0012]傳感器可以是質(zhì)量分析器、氣體色譜儀等，但能夠在大氣中實時地檢測物質(zhì)(分子)的離子遷移率傳感器是適合的。
[0013]本發(fā)明的更加不同的方式之一是一種檢查裝置的控制方法，檢查對象物的狀態(tài)、例如對象物中所含有的異物的有無、包裝狀態(tài)、損傷的有無等。檢查裝置具備:采樣單元，其采集通過覆蓋對象物的空氣幕與外界隔離的空間內(nèi)的氣體；以及傳感器，其檢測采樣單元所采集到的氣體中含有的化學(xué)物質(zhì)的至少一種，其中，采樣單元包括配置在隔離的空間內(nèi)的不同位置的多個采樣噴嘴。控制方法包括改變多個采樣噴嘴各自的包含采集量、位置以及動作中的至少一個的采集條件的步驟。
[0014]改變采集條件的步驟也可以包括隨機(jī)地或依照規(guī)定的算法改變多個采樣噴嘴的采集條件。另外，改變采集條件的步驟也可以包括根據(jù)傳感器的檢測結(jié)果改變多個采樣噴嘴的采集條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是表示檢查裝置的概要結(jié)構(gòu)的框圖。
[0016]圖2是表示氣體采集裝置的概要結(jié)構(gòu)的圖。
[0017]圖3是展開地表示罩子的結(jié)構(gòu)的圖。
[0018]圖4是表示檢查裝置所進(jìn)行的檢查的過程的概要的流程圖。
[0019]圖5是表示氣體采集裝置的不同例子的圖?！揪唧w實施方式】
[0020]在圖1中示出了具備離子遷移率傳感器的檢查裝置的概要。該檢查裝置(檢測裝置、分析裝置)10具備:氣體采集裝置100，其從上游采集包含從檢查對象的物品(對象物)101和102釋放出的化學(xué)物質(zhì)(目標(biāo)物質(zhì))105的檢查對象的氣體(目標(biāo)氣體、采樣氣體、氣體采樣)21 ;調(diào)制單元300，其調(diào)制向離子遷移率傳感器(傳感器)I供給的檢測用氣體20 ;傳感器I ;氣流控制器50，其控制流過傳感器I的氣體量；以及控制單元60，其控制檢查裝置10。
[0021]本例子的離子遷移率傳感器I的一個例子是FAMS(FAMS:FieldAsymmetricwaveform 1n Mobility Spectrometry,場非對稱質(zhì)量分析儀，或DIMS !Differential 1nMobility Spectrometry)。傳感器I包括:離子化單元la,其使目標(biāo)的化學(xué)物質(zhì)(目標(biāo)物質(zhì)、目標(biāo)化學(xué)品)離子化；漂移室lb，其一邊向離子化后的目標(biāo)物質(zhì)施加電場的影響一邊使其移動；以及檢測器lc，其檢測通過了漂移室Ib的離子化后的測量對象物(測量對象的電荷)。在漂移室Ib中，通過電極Ie生成的被軟件控制的電場以特定的周期正/負(fù)地變動，通過該電場的過濾效果來選擇檢測目標(biāo)的化學(xué)物質(zhì)，在短期間內(nèi)、例如毫秒級地碰撞到檢測器lc，被測量為電流。
[0022]傳感器(FAIMS) I的一個例子是Owlstone公司制的傳感器,對離子化單元Ia使用了 Ni63 (555MBq的β射線源、0.1 μ Sv/hr)。能夠被該離子化單元Ia離子化的化學(xué)物質(zhì)的離子化結(jié)合能為67KeV以下，但能夠檢測并分析廣范圍的化學(xué)物質(zhì)。作為離子化單元la，研究了使用UV (紫外線)的單元、使用電暈放電的單元等。
[0023]控制單元(控制裝置)60既可以是具備包括CPU和存儲器的硬件資源的計算機(jī)，也可以是系統(tǒng)LSI等半 導(dǎo)體裝置。控制裝置60包括:驅(qū)動器61 (驅(qū)動程序，程序產(chǎn)品)，其控制傳感器I ;以及解析單元69，其經(jīng)由驅(qū)動器61控制傳感器I的測量條件并且對經(jīng)由驅(qū)動器61得到的傳感器I的測量結(jié)果進(jìn)行解析。從驅(qū)動器61向傳感器I發(fā)送測量條件。測量條件包含電場電壓Vf (以后稱為電壓Vf)和補(bǔ)償電壓Vc。
[0024]驅(qū)動器61從傳感器I獲取測量出的數(shù)據(jù)(IMS數(shù)據(jù))65。IMS數(shù)據(jù)65的一個例子是由在特定的電壓Vf下的與補(bǔ)償電壓Vc的變動對應(yīng)地變化的電流(通過檢測器Ic檢測出的電流)1所表示的譜。頂S數(shù)據(jù)65既可以是采樣(提取)上述譜的特征點所得的數(shù)據(jù)，也可以包含多個電壓Vf的譜。驅(qū)動器61還獲取傳感器I的測量環(huán)境信息66。環(huán)境信息66包含溫度、濕度、壓力、流量等，在傳感器I中設(shè)置有檢測它們的傳感器lx。
[0025]在本例子中，采集成為檢查對象的采樣氣體(樣品氣體)21的氣體采集裝置100從輸送一種或多種物品的傳送帶190采集采樣氣體21。采樣氣體21經(jīng)由調(diào)制單元300被輸送到傳感器1，測量和/或檢測采樣氣體21中含有的目標(biāo)物質(zhì)105，由此能夠判別通過傳送帶(帶式傳送帶)190輸送的物品101，或判別(檢測)物品101有無損傷，或判別(檢測)有可能包含在物品101中的異物102。
[0026]該氣體采集裝置100具備:空氣供給單元110，其形成空氣幕111，來覆蓋包含對象物101和102的區(qū)域，形成與外界99隔離的空間(采樣空間)115 ;采樣單元120，其采集采樣空間115內(nèi)的氣體、即采樣氣體21 ;以及擴(kuò)散氣體供給單元130，其供給至少與采樣單元120的采集量Wl相等的量W2的擴(kuò)散用的氣體131。
[0027]空氣供給單元110包括:風(fēng)扇112，其供給空氣111 ;以及罩子113，其向采樣空間115的周圍吹出空氣幕用的空氣111。罩子113是包括上部外殼113a和下部外殼113b的二重構(gòu)造，并且經(jīng)由這些外殼113a與113b之間的空間114向規(guī)定的位置供給空氣幕用的空氣111。
[0028]采樣單元120包括:多個采樣噴嘴121，其配置在采樣空間115內(nèi)的立體地不同的位置；采樣室122，其連接有多個采樣噴嘴121 ;采樣泵123，其經(jīng)由采樣室122抽吸采樣氣體21 ;以及采樣緩沖器124。采樣泵123典型的是進(jìn)行了特氟龍(注冊商標(biāo))涂布的隔片式的泵，通過設(shè)置采樣緩沖器124來抑制采集到的采樣氣體21的脈動。
[0029]各個采樣噴嘴121典型的是在傳送帶190的輸送面191、即用傳送帶190輸送的物品101或102的方向上圓錐狀或喇叭狀地變寬。多個采樣噴嘴121配置在采樣空間115內(nèi)立體地不同的位置。即，多個采樣噴嘴121在采樣空間115內(nèi)沿著傳送帶190的輸送面191 二維地配置成矩陣狀，通過改變各個采樣噴嘴121與輸送面191之間的距離，來將多個采樣噴嘴121配置在立體地不同的位置。
[0030]各個采樣噴嘴121經(jīng)由采樣管125與采樣室122連通。氣體采集裝置100還包括:驅(qū)動單元140，其動態(tài)地變更各個采樣管125的長度；以及流量控制單元150，其控制各個采樣管125的壓力損失，來控制流過采樣管125的采樣氣體21的流量。
[0031]擴(kuò)散氣體供給單元130包括:擴(kuò)散氣體供給泵132 ;多個供給噴嘴133，其從傳送帶190的下方向采樣空間115內(nèi)吹出擴(kuò)散氣體131 ;以及加熱器135，其對擴(kuò)散氣體131進(jìn)行加溫。如果構(gòu)成傳送帶190的輸送面191的帶192是多孔狀、網(wǎng)格狀等透氣性的，則擴(kuò)散氣體131從帶192的下側(cè)被供給到采樣空間115內(nèi)。另一方面，如果帶192不是透氣性的，則從配置在采樣空間115內(nèi)的輸送面191附近的供給噴嘴133朝向輸送面191、或沿著輸送面191供給擴(kuò)散氣體131。
[0032]在圖2中，使用截面示意性地示出形成采樣空間115而抽吸采樣氣體21的情況。在圖3中展開地示出罩子113的概要結(jié)構(gòu)。在該氣體采集裝置100中，從供給泵112供給的空氣111經(jīng)由供給室119被供給到下側(cè)打開些許的四棱錐臺狀的罩子113。而且，通過罩子113的供給路徑114將空氣111導(dǎo)至傳送帶190上，利用由從罩子113吹出的空氣111形成的空氣幕111a，在傳送帶190上形成四方與外界99隔離的采樣空間115。
[0033]因而，當(dāng)通過傳送帶119將對象物101輸送到采樣空間115時，包含對象物101的區(qū)域被屏蔽于外界99之外。因此，在從對象物101釋放出成為氣味的原因的化學(xué)物質(zhì)、即使無味道也與空氣中含有的成分不同的成分的化學(xué)物質(zhì)時，能夠?qū)鼈兊牟蓸託怏w21與外界99的空氣相區(qū)別地進(jìn)行采樣。
[0034]該氣體采集裝置100包括配置在采樣空間115內(nèi)的九個采樣噴嘴121。采樣噴嘴121的個數(shù)并不限于九個，可以是八個以下，也可以是十個以上。優(yōu)選的是，根據(jù)采樣空間115的容積等配置適當(dāng)個數(shù)的采樣噴嘴121。九個采樣噴嘴121 二維地沿著輸送面191配置成3X3的矩陣狀(陣列狀)。在罩子113的各個外殼113a和113b設(shè)置有用于使將各個采樣噴嘴121與采樣室122連接的采樣管125通過的孔113c。
[0035]各個采樣噴嘴121與輸送面191之間的距離不同，作為整體，各個采樣噴嘴121配置在采樣空間115內(nèi)的三維地不同的位置。進(jìn)而，通過驅(qū)動單元140使各個采樣管125伸縮，來動態(tài)地改變各個采樣噴嘴121與輸送面191之間的距離。驅(qū)動單元140的一個例子是伸縮接頭和使伸縮接頭伸縮的致動器的組合。致動器的一個例子是汽缸。[0036]因而，能夠自由地調(diào)整采樣空間115內(nèi)的采樣噴嘴121的位置(高度)。控制單元60包括噴嘴位置控制功能64，該噴嘴位置控制功能64經(jīng)由驅(qū)動單元140逐個地控制采樣噴嘴121的位置，來控制各采樣噴嘴121的采集條件。噴嘴位置控制功能64也能夠根據(jù)特定的算法使各個采樣噴嘴121的位置移動，另外也能夠使用隨機(jī)數(shù)隨機(jī)地使各個采樣噴嘴121的位置移動。
[0037]氣體采集裝置100還具備控制各采樣管125的壓力損失的流量控制單元150。流量控制單元150的一個例子是流量控制閥，能夠動態(tài)地自由控制通過各個采樣噴嘴121采集的氣體21的量。流量控制單元150也能夠?qū)⒉蓸訃娮?21的任意一個的采集量設(shè)為零。
[0038]控制單元60包括噴嘴流量控制功能68，該噴嘴流量控制功能68經(jīng)由流量控制單元150逐個地控制采樣噴嘴121的采集量，來控制各采樣噴嘴121的采集條件。噴嘴流量控制功能68也能夠根據(jù)特定的算法改變各個采樣噴嘴121的流量，另外，也能夠使用隨機(jī)數(shù)隨機(jī)地改變各個采樣噴嘴121的流量。
[0039]控制單元60例如是包含CPU和存儲器的可編程控制裝置。在控制單元60中實現(xiàn)的功能能夠作為程序(程序產(chǎn)品)記錄到適當(dāng)?shù)挠涗浗橘|(zhì)中，或經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)提供。
[0040]控制單元60還包括擴(kuò)散氣體控制功能63，該擴(kuò)散氣體控制功能63控制成為通過采樣噴嘴121采集的采樣氣體21的源的擴(kuò)散氣體131的流量和溫度。擴(kuò)散氣體控制功能63對擴(kuò)散氣體供給泵(供給風(fēng)扇、供給風(fēng)機(jī))132進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制來控制流量。也可以使用風(fēng)擋等其它流量控制單元。在其它流量控制中也同樣。另外，也可以對擴(kuò)散氣體131的吹出噴嘴133分別設(shè)置流量控制單元，從而控制從各個吹出噴嘴133的吹出量。
[0041]擴(kuò)散氣體控制功能63還控制安裝在擴(kuò)散氣體供給線上的加熱器135來控制擴(kuò)散氣體131的溫度。擴(kuò)散氣體131的典型的例子是空氣(大氣)。優(yōu)選的是，擴(kuò)散氣體131的成分幾乎不隨時間而變動，并且不包含與檢查對象的物質(zhì)101和102關(guān)聯(lián)的化學(xué)物質(zhì)、其它成為干擾的化學(xué)物質(zhì)。因而，優(yōu)選的是，擴(kuò)散氣體131是經(jīng)由硅膠、分子篩等適當(dāng)?shù)奈讲牧?、碳?xì)溥^濾器(Hydrocarbon filter)等供給的干凈且干燥的空氣。擴(kuò)散氣體131也可以不是大氣，也可以是提純的空氣、氮氣等惰性氣體等。
[0042]調(diào)制單元300進(jìn)行由氣體采集裝置100采集到的采樣氣體21的濃度調(diào)整。調(diào)制單元300包括載氣供給單元310、濃度調(diào)整單元320、質(zhì)量流量控制器(MFC) 340以及粒子過濾器345。載氣供給單元310包括供給泵(供給風(fēng)扇)312、碳?xì)溥^濾器313a、壓力調(diào)整器313b以及與后述的反饋氣體324進(jìn)行混合的混合器314。調(diào)制單元300包括將由載氣供給單元310生成的載氣311與從氣體采集裝置100供給的采樣氣體21進(jìn)行混合的氣體混合器 315。
[0043]將采樣氣體21和載氣311混合并通過MFC340對稀釋氣體29的一部分進(jìn)行流量控制，經(jīng)由粒子過濾器345將固定流量的檢查用氣體21供給到傳感器I。稀釋氣體29的剩氣(排氣)被供給到濃度調(diào)整單元320。濃度調(diào)整單元320包括:預(yù)濃集用的對開三通(split-tee) 321，其對稀釋氣體29的一部分進(jìn)行提取(排氣)；壓力控制器322，其進(jìn)行排氣側(cè)的壓力控制；以及旁路控制單元323，其控制進(jìn)行排氣的氣體和反饋到載氣311的氣體(反饋氣體)324的流量，來對剩氣進(jìn)行排氣。旁路控制單元323也可以將進(jìn)行排氣的氣體的全部或一部分供給到預(yù)備傳感器I'。預(yù)備傳感器I'是與主要的傳感器I相同的結(jié)構(gòu)，具有作為主要的傳感器I的鏡像傳感器、作為備用、作為校準(zhǔn)用等的用途。[0044]通過經(jīng)由濃度調(diào)整單元320將稀釋氣體29的全部或一部分返回到載氣311，能夠提高稀釋氣體29內(nèi)的采樣氣體21的濃度，進(jìn)行檢查用氣體20的濃度調(diào)整。在氣體采集裝置100所采集的采樣氣體21的量多的情況下，也可以在與載氣311進(jìn)行混合的氣體混合器315的上游設(shè)置排氣系統(tǒng)330，控制向調(diào)制單元300供給的采樣氣體21的量，控制稀釋氣體29中含有的采樣氣體21的量。
[0045]通過控制單元60的流量控制功能62主要控制MFC340、旁路控制單元323，從而進(jìn)行檢測用氣體20的濃度和流量的控制。質(zhì)量流量控制器(MFC) 340是測量流體的質(zhì)量流量來進(jìn)行流量控制的設(shè)備，在該分析裝置10中，采用了數(shù)字MFC。在流體的流量測量中主要使用了體積流量和質(zhì)量流量。關(guān)于體積流量，成為測量對象的流體由于環(huán)境溫度、使用壓力等的變化而發(fā)生體積變化，因此在測量正確的流量的情況下進(jìn)行與變化量一致的校正。關(guān)于質(zhì)量流量，通過測量流體的質(zhì)量(重量)，而不需要根據(jù)使用條件的變化進(jìn)行校正。MFC340作為以半導(dǎo)體工藝為代表要求高精度的流量測量/控制的工藝下的流量控制設(shè)備而公知。
[0046]該分析裝置10還包括對從采樣室122至傳感器I的配管、即供給采樣氣體21、稀釋氣體29以及檢查用氣體20的配管、供給過濾后的載氣311的配管以及供給濃度調(diào)整單元320的反饋氣體324的配管進(jìn)行加熱的加熱器(跟蹤加熱器(Trace heater)) 7000在圖1中用虛線示出電伴熱的范圍。電伴熱的配管例如用特氟龍(注冊商標(biāo))等涂布，通過加熱到30°C?80°C左右，能夠防止各種成分附著于配管而成為干擾?？刂茊卧?0包括控制電伴熱的溫度的功能67。
[0047]在大氣中進(jìn)行由物體(商品、產(chǎn)品、生物(動物和人))產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)的采集和檢查的情況下，存在若干個問題。一個是由于各種因素在大氣中包含各種化學(xué)物質(zhì)。特別在工廠、其它產(chǎn)業(yè)設(shè)備內(nèi)，從機(jī)械、地板、墻壁等釋放出多種多樣的組合物、分子，并且，這些釋放出的組合物、分子的量(濃度)由于各種因素而時刻變動。這些化學(xué)物質(zhì)作為背景而存在會成為檢測微量的成分時的障礙。
[0048]要求檢測微量成分的一個例子是檢測有可能混入到食品或污染食品的異物、例如塑料、毛發(fā)、農(nóng)藥等的情況。要求檢測微量成分的其它例子之一是要檢測食品的不合格、例如罐頭等的密封不良、封裝的食品和標(biāo)簽的記載不一致的情況。并且，要求檢測微量成分的不同的其它例子之一是檢測包含在輸送物中的危險物(爆炸物等)、或檢測搭乘飛機(jī)等交通工具的人是否持有危險物的情況。在任意一個情況下，優(yōu)選能夠排除背景成分的影響。
[0049]由于大氣中的化學(xué)物質(zhì)，背景始終變動，包含很多揮發(fā)成分，因此，完全事前獲知大氣中含有的化學(xué)物質(zhì)幾乎是不可能的。而且，這些化學(xué)物質(zhì)成為用離子遷移率傳感器檢測目標(biāo)時的背景，妨礙檢查的可能性高。這種背景能夠通過軟件處理進(jìn)行某種程度的處理，但難以完全消除，在背景少時也容易進(jìn)行軟件處理。
[0050]該檢查裝置10 包括 RCSS(Real Time Chemical Sampling and BackgroundSuppression System:實時化學(xué)采樣和背景抑制系統(tǒng))功能。在RCSS中，首先通過空氣幕111將檢查對象的物品101和102的周圍密封于外界之外，形成采樣用的空間(采樣空間)115。如果是上述的例子，則在傳送帶190上形成采樣用的頂部空間115。在大氣中形成這樣的頂部空間115是重要的。通過空氣幕111形成不與外界99直接接觸的具備某種程度的容量的頂部空間115，由此在該隔離的空間115內(nèi)對象物質(zhì)101或102的分子發(fā)生反應(yīng)，或者從對象物質(zhì)101或102釋放出分子，從而使化學(xué)物質(zhì)的濃度高至能夠檢測的水平。另外，在與外界99隔離的空間115內(nèi)，環(huán)境條件、例如溫度、濕度、流量、壓力等容易穩(wěn)定。
[0051]在隔離的空間115內(nèi)，還能夠防止分子進(jìn)行布朗運(yùn)動而擴(kuò)散到廣的區(qū)域。因而，通過將采樣噴嘴121配置在隔離的采樣空間115內(nèi)，能夠?qū)⒂蓪ο笪镔|(zhì)101或102產(chǎn)生的分子導(dǎo)向采樣噴嘴121并進(jìn)行采集。進(jìn)而，能夠?qū)⒏綦x的采樣空間115視為具備固定的容量的空間，因此能夠規(guī)定濃度。因此，能夠從由采樣噴嘴121采集到的分子(化學(xué)物質(zhì))的濃度得到由對象物質(zhì)101或102產(chǎn)生的分子的濃度，根據(jù)由對象物質(zhì)101或102產(chǎn)生的分子的濃度掌握釋放出該分子的原因、例如異物的量、污染物質(zhì)的濃度、物品的損傷的程度等。
[0052]另外，通過在采樣空間115中立體地配置多個采樣噴嘴121，能夠在各種位置采集被裹帶到采樣空間115的任意一個采樣噴嘴的目標(biāo)分子105，在采樣空間115中目標(biāo)分子105沒有均勻地分散的情況下，也存在能夠更高效且可靠地進(jìn)行采集的可能性。
[0053]另外，該檢查裝置10實時地檢查通過傳送帶190輸送的檢查對象物(樣品)101和102。例如，樣品101和102以IOm/分鐘?20m/分鐘進(jìn)行移動。如果采樣空間115的寬度是20cm，則樣品101和102通過采樣空間115的時間是約500ms。因而，需要在傳感器I中在極短時間內(nèi)對包含采樣氣體21的檢查用氣體20進(jìn)行分析和檢查。因此，在傳感器I中，進(jìn)行優(yōu)化使得不進(jìn)行正-負(fù)掃描而是進(jìn)行正-正掃描，一次的檢測時間(采樣時間)從2毫秒縮短到I毫秒，使Vc值階段性地變化的步長數(shù)(CV步長)從512次減少到50次。
[0054]另外，將擴(kuò)散氣體131從與空氣幕用空氣111不同的方向注入(供給)到采樣空間115是有效的。首先，通過將與由采樣單元120采集的氣體量Wl相同、或比它多的量W2的擴(kuò)散氣體131導(dǎo)入到采樣空間115，采樣空間115不成為負(fù)壓，能夠抑制空氣幕用空氣111被卷入到采樣空間115中。例如，空氣幕用空氣111的供給量是10?20SLPM(標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘)，采樣氣體21的采集量Wl是10?2000毫升/分鐘。因而，優(yōu)選的是，擴(kuò)散氣體131的量W2是10?2000毫升/分鐘左右。另外，關(guān)于采樣噴嘴121的個數(shù)，以上示出了九個的例子，但10?20個左右更有效。
[0055]擴(kuò)散氣體131還包括置換樣品101和102的空洞等中所裹帶的成為背景的外部氣體的功能。例如，在炸薯片等食品中，即使通過空氣幕111a，外部氣體也被裹帶在重疊的部分、炸薯片的凹凸的部分而成為背景。擴(kuò)散氣體131與裹帶的外部氣體置換，與樣品101和102接觸或反應(yīng)，從而高效地將成為檢測的目標(biāo)的分子105釋放到采樣空間115中。因而，通過將擴(kuò)散氣體131注入到采樣空間115，來提早地進(jìn)行二次的外部氣體釋放、或釋放其它成為背景的氣體，從而減弱其影響，促進(jìn)成為目標(biāo)的分子105的釋放。因此，能夠提高檢測裝置10的靈敏度，能夠進(jìn)行實時的檢測。
[0056]為了提高檢查裝置10的檢測能力，優(yōu)選擴(kuò)散氣體131是盡量干燥、清潔的空氣。另夕卜，在檢查由傳送帶190輸送的樣品101和102那樣的情況下，將擴(kuò)散氣體131的吹出噴嘴133配置成從傳送帶190的下方、或沿著傳送帶190的輸送面191供給或吹出擴(kuò)散氣體131是有效的。能夠利用擴(kuò)散氣體131更加提早地置換傳送帶190上的樣品101和102周圍的氣體，高效地生成、采集包含由樣品101和102產(chǎn)生的分子105的采樣氣體21。
[0057]進(jìn)而，能夠使采樣氣體21的氣流朝向位于與吹出噴嘴133相反一側(cè)的傳送帶190的上方的采樣噴嘴121，能夠高效地采集采樣氣體21。另外，即使在重疊地輸送炸薯片等樣品101的情況下，也能夠通過沿著輸送面191供給擴(kuò)散氣體131、或從帶192的相反一側(cè)供給擴(kuò)散氣體131，來利用擴(kuò)散氣體131向采樣空間115釋放由下側(cè)的樣品101產(chǎn)生的分子105、由隱藏在上側(cè)的樣品101中而看不到的異物102產(chǎn)生的分子105，利用采樣單元120進(jìn)行回收。
[0058]而且，在檢測裝置10中，通過驅(qū)動單元140使氣體采集裝置100的多個采樣噴嘴121分別在隔離的采樣空間115內(nèi)隨機(jī)地或依照規(guī)定的算法進(jìn)行移動。通過使立體地配置的多個采樣噴嘴121上下移動，能夠使采樣噴嘴121的立體的圖案隨著時間的推移而變化。因此，在向采樣空間115的較偏的位置吹出成為目標(biāo)的分子105、或在采樣空間115內(nèi)濃度存在不平衡的情況下，也能夠更可靠地采集包含成為目標(biāo)的分子105的采樣氣體21。
[0059]噴嘴位置控制功能64也可以包括根據(jù)傳感器I的檢測結(jié)果控制驅(qū)動單元140使得改變多個采樣噴嘴121的位置或動作的功能(第一反饋控制單元)。從解析單元69給出傳感器I的檢測結(jié)果。在采樣空間115內(nèi)產(chǎn)生了固有的流動、分布時，通過將采樣噴嘴121設(shè)置在成為目標(biāo)的分子105的濃度高的位置，能夠進(jìn)一步提高分析裝置10的檢測靈敏度。另外，在無法得到檢測靈敏度時，也能夠隨機(jī)地或根據(jù)規(guī)定的算法改變采樣噴嘴121的位置，使得自動發(fā)現(xiàn)能夠得到高的檢測靈敏度的圖案。并且，也可以利用圖像識別等判斷樣品101的形狀、分布，自動地使多個采樣噴嘴121移動使得成為檢測靈敏度可能最高的噴嘴配置。
[0060]另外，檢查裝置10的氣體采集裝置100還具備流量控制單元150，該流量控制單元150控制多個采樣噴嘴121各自的采集量。因而，增多從立體地配置的采樣噴嘴121中采集成為目標(biāo)的分子105的濃度高的氣體21的噴嘴121的采集量，減少其它噴嘴121的采集量，從而能夠采集檢測效率更高的采樣氣體21。
[0061]噴嘴流量控制功能65能夠隨機(jī)或依照規(guī)定的算法控制多個采樣噴嘴121各自的采集量，來控制各噴嘴121的采集量使得最高效地采集濃度高的采樣氣體21。另外，噴嘴流量控制功能65也可以具備以下功能(第二反饋控制單元)，即根據(jù)傳感器I的檢測結(jié)果，控制流量控制單元150使得自動地改變多個采樣噴嘴121的采集量。
[0062]通過與采樣噴嘴121的立體配置圖案一起改變采樣噴嘴121的采集量，能夠增多從采樣空間115內(nèi)采集采樣氣體21的圖案的選擇項，進(jìn)而自動地發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的采樣圖案(采集條件)，或根據(jù)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)或預(yù)測最優(yōu)的采樣圖案。另外，也可以與噴嘴配置一起或分別地利用圖像識別等判斷樣品101的形狀、分布，自動地使檢測靈敏度可能最高的噴嘴流量的平衡變動。
[0063]另外，氣體采集裝置100具備加熱擴(kuò)散氣體131的加熱器135，經(jīng)由擴(kuò)散氣體131間接地加熱采樣空間115的樣品101和102，促進(jìn)由樣品101或102產(chǎn)生的分子105釋放到采樣空間115中。也可以通過加熱器等加熱傳送帶190的帶192,從而更直接或積極地加熱樣品101和102。
[0064]加熱的溫度為不對樣品的品質(zhì)造成影響的范圍。由于溫度的不同而有可能從正常的樣品101釋放出的化學(xué)物質(zhì)成為背景，例如在將從異物102釋放出的化學(xué)物質(zhì)作為目標(biāo)分子105時檢測靈敏度降低。擴(kuò)散氣體控制功能63也可以包括根據(jù)傳感器I的檢測結(jié)果控制加熱樣品101和102的溫度的功能。
[0065]另外，檢查裝置10的調(diào)制單元300具備混合單元315，該混合單元315向傳感器供給將采樣單元120所采集到的氣體21和載氣311混合所得的混合氣體29。因而，在由傳感器I檢測出的氣體流量不足或濃度過高那樣的情況下，能夠通過載氣311來進(jìn)行調(diào)整。另夕卜，調(diào)制單元300具備濃度調(diào)整單元320，能夠?qū)⒒旌蠚怏w29的一部分作為載氣311進(jìn)行反饋來控制濃度。離子遷移率傳感器I當(dāng)濃度過高時，電流值過載，因此檢測靈敏度有可能降低，另外，當(dāng)濃度過低時，有可能無法檢測。因而，能夠進(jìn)行向傳感器I供給的檢測用氣體20的濃度調(diào)整在通過傳感器I提高檢測靈敏度方面是有效的。
[0066]在圖4中，通過流程圖示出利用檢查裝置10檢查對象物的流程的概要。在步驟601中，當(dāng)確定空氣幕111的流量、確定擴(kuò)散氣體131的流量等開始檢查的初始條件齊備時，在步驟602中使帶式傳送帶190動作而開始檢查。在步驟603中，如果采集條件是固定的，則在步驟604中將噴嘴位置、采集量等采集條件設(shè)定為預(yù)先設(shè)定的值(條件)來采集采樣氣體21。在步驟605中，如果采集條件是變動的，則在步驟606中以適當(dāng)?shù)闹芷陔S機(jī)地或依照規(guī)定的算法使噴嘴位置、采集量等變動來采集采樣氣體21。另一方面，如果采集條件是自動的，在步驟607中，解析單元69經(jīng)由噴嘴位置控制功能64和噴嘴流量控制功能65，根據(jù)傳感器I的檢測結(jié)果自動地變更噴嘴位置和采集量等使得采集條件成為最優(yōu)。
[0067]當(dāng)在步驟608中傳感器I在采樣氣體21中檢測出被判斷為異常的分子105時，在步驟609中，能夠通過輸出警告、或緊急停止傳送帶190，來確定或排除被檢測出異常的對象物101。
[0068]在圖5中示出氣體采集裝置100的不同的例子。該氣體采集裝置100被安裝在傳送帶190的中途成為盆狀的位置195，在盆195上配置有用于形成采樣空間115的罩子170。罩子170兼作供給用于形成空氣幕Illa的空氣111的路徑171。在罩子170的端部設(shè)置有空氣幕111的吹出口 173，形成將采樣空間115與外界99隔離的空氣幕111a。并且，罩子170還兼作將擴(kuò)散空氣131作為擴(kuò)散氣體來進(jìn)行供給的路徑，在罩子170的內(nèi)側(cè)形成有沿著盆195的斜面196向采樣空間115釋放擴(kuò)散空氣131的噴嘴175。并且，在盆195的下側(cè)設(shè)置有用于加熱盆195內(nèi)的樣品193的加熱器180。
[0069]在該氣體采集裝置100中，也具備立體地配置在采樣空間115內(nèi)的多個采樣噴嘴121,通過驅(qū)動單元140使這些采樣噴嘴121上下移動，另外通過流量控制單元150自動地調(diào)節(jié)采集量。因而，在該氣體采集裝置100中，也與上述的氣體采集裝置同樣地，能夠從采樣空間115內(nèi)采集氣體21。
[0070]此外，在上文中，以使用離子遷移率傳感器作為分析采樣氣體21的傳感器I的檢查裝置為例子進(jìn)行了說明，但也能夠使用離子色譜儀、氣體色譜儀、其它的使用了光、振動等的氣體傳感器。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體采集裝置，具備: 空氣供給單元，其形成空氣幕，來覆蓋包含檢查的對象物的區(qū)域，形成與外界隔離的空間； 采樣單元，其采集上述隔離的空間內(nèi)的氣體；以及 擴(kuò)散氣體供給單元，其向上述隔離的空間內(nèi)供給至少與上述采樣單元的采集量相等的量的擴(kuò)散用的氣體， 其中，上述采樣單元包括配置在上述隔離的空間內(nèi)的立體地不同的位置的多個采樣噴嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體采集裝置，其特征在于， 還具備第一驅(qū)動單元，該第一驅(qū)動單元使上述多個采樣噴嘴分別在上述隔離的空間內(nèi)隨機(jī)地或依照規(guī)定的算法移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體采集裝置，其特征在于， 還具備第一流量控制 單元，該第一流量控制單元隨機(jī)地或依照規(guī)定的算法控制上述多個采樣噴嘴各自的采集量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中的任一項所述的氣體采集裝置，其特征在于， 上述空氣供給單元包括空氣吹出口，該空氣吹出口在輸送上述對象物的傳送帶上形成上述隔離的空間， 上述擴(kuò)散氣體供給單元包括擴(kuò)散氣體吹出口，該擴(kuò)散氣體吹出口從上述傳送帶的下方或沿著傳送帶的輸送面向上述隔離的空間內(nèi)供給上述擴(kuò)散用的氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中的任一項所述的氣體采集裝置，其特征在于， 還具備溫度控制單元，該溫度控制單元直接或間接地對上述隔離的空間內(nèi)的上述對象物進(jìn)行加熱。
6.一種檢查裝置，具備: 根據(jù)權(quán)利要求1~5中的任一項所述的氣體采集裝置； 傳感器，其檢測上述采樣單元所采集到的氣體中含有的化學(xué)物質(zhì)的至少一種；以及 配管系統(tǒng)，其將上述氣體采集裝置與上述傳感器相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢查裝置，其特征在于， 還具備加熱器單元，該加熱器單元對上述配管系統(tǒng)進(jìn)行加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的檢查裝置，其特征在于， 還具備混合單元，該混合單元向上述傳感器供給將載氣和上述采樣單元所采集到的氣體混合所得的混合氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢查裝置，其特征在于， 還具備濃度控制單元，該濃度控制單元將上述混合氣體的一部分作為上述載氣進(jìn)行反饋來控制濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6~9中的任一項所述的檢查裝置，其特征在于， 還具備第一反饋控制單元，該第一反饋控制單元根據(jù)上述傳感器的檢測結(jié)果改變上述多個采樣噴嘴各自的位置或動作。
11.根據(jù)權(quán)利要求6~10中的任一項所述的檢查裝置，其特征在于， 還具備第二反饋控制單元，該第二反饋控制單元根據(jù)上述傳感器的檢測結(jié)果改變上述多個采樣噴嘴各自的采集量。
12.根據(jù)權(quán)利要求6~11中的任一項所述的檢查裝置，其特征在于， 上述傳感器是離子遷移率傳感器。
13.一種檢查裝置的控制方法，檢查對象物的狀態(tài)， 上述檢查裝置具備: 采樣單元，其采集通過覆蓋上述對象物的空氣幕與外界隔離的空間內(nèi)的氣體；以及 傳感器，其檢測上述采樣單元所采集到的氣體中含有的化學(xué)物質(zhì)的至少一種， 其中，上述采樣單元包括配置在上述隔離的空間內(nèi)的不同位置的多個采樣噴嘴， 該控制方法包括改變上述多個采樣噴嘴各自的包含采集量、位置以及動作中的至少一個的采集條件的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于， 改變上述采集條件的步驟包括:隨機(jī)地或依照規(guī)定的算法改變上述多個采樣噴嘴的采集條件。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于， 改變上述采集條件的步 驟包括:根據(jù)上述傳感器的檢測結(jié)果改變上述多個采樣噴嘴的采集條件。
【文檔編號】G01N1/22GK103998914SQ201280054527
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月6日
【發(fā)明者】柏拉卡斯·斯里達(dá)爾·穆爾蒂, 今井彰 申請人:Atonarp株式會社