专利名称：设有发射源监测器的吸收光学探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及设有发射源监测器的吸收光学探测器。本发明的领域为流体介质即气体或液体介质的吸收光谱分析的领域。
背景技术：
在本发明的众多可能应用中，特别地要提到饮用水的控制。因而这涉及确定悬浮在水中的有机物(例如细菌)的量。分析可以在从近紫外UV(例如从250nm起)延伸直到可见光的广谱上进行。分析也可在一小组经过合理选择的窄波长带(特别是250nm、365nm、 465nm和665nm)上进行。这类分析通过光学探测器进行，该光学探测器包括设有发射模块和检测模块的分析单元。发射模块包括位于出现在发射模块本体上的扩散窗后的光源。可选地，一滤光器位于光源与扩散窗之间(单色分析或准单色分析)。检测模块包括位于出现在检测模块本体上的窗孔后的检测器。可选地，一滤光器位于窗孔与检测器之间。待分析的介质处于发射模块与检测模块之间。分析以已知的方式分两个时间段进行。在第一时间段中，校准在于对参考介质进行吸收测量，在本情况中参考介质为完全纯净的水。在第二时间段，严格意义的测量在于对待分析的关键介质进行同样操作。关键介质的吸收由参考介质的吸收加权。已经发现，发射模块承受到许多渐变，这些渐变在它的寿命过程中不断增加。特别要提及的是-关键介质的温度变化；-发射源的功率变化；-该源发射的光束的角向型廓的变化；-发射光谱变化；-光噪音的出现和增加。这些不能控制的渐变常以随机方式出现。估计这些渐变变得大到足以干扰分析的时刻是不可能的。然而，这些渐变中的每一个都需要进行新的校准，以便具有对参考介质和关键介质在相同条件下进行的测量。因此校准应当定期重复进行，必然地这涉及到严格的约束。因此，文件US 4 037 973描述了用于测量液体中的颗粒量的光敏装置。该装置包括发射模块和检测模块。该装置还包括适于部分地补偿上述渐变的监测单元。但是，该监测单元不允许充分地校正取决于检测器相对发射源的位置的变化，尤其是-关键介质的均勻性缺陷；-发射源所发射的光束的角向型廓的变化；-光噪音的空间分布。
发明内容
3
因此，本发明的目标是提出一种满足本领域技术人员始终存在的关注即尽可能减少校准数的吸收测量用的光学探测器。根据本发明，用以产生吸收值Am的吸收测量用的光学探测器，其包括分析单元， 该分析单元包括发射模块和能够产生检测信号的检测模块；并且该探测器还包括能够产生监测信号的监测单元；另外，该监测单元设置在连接发射模块和检测模块的光路上。监测单元允许补偿上述不同的渐变(d6rive)。分析单元和监测单元每个均呈具有工作面的密封体的形式。因此，发射模块包括位于出现在分析单元工作面上的扩散窗后的光源。另外，检测模块包括位于出现在该分析单元工作面上的第一窗孔后的第一检测
ο另外，监测单元包括位于出现在监测单元工作面上的部分反射的第二窗孔后的第二检测器。这两个检测器优选相同。根据本发明的一附加特征，分析单元和监测单元通过连接部件相连接，这些单元的工作面相对。有利的是，第二窗孔因此布置成该第二窗孔将来自光源的光束部分地朝第一窗孔的方向反射。另外，光学探测器包括控制回路，用以利用监测信号通过加权检测信号产生测量
信号Qm。测量信号Qm优选等于检测信号与监测信号之比。例如，控制回路存储有以下值-参考测量值Qr；-参考吸收值Ar;-特征长度Lc；术语Ln代表自然对数，吸收值Am从以下表达式得出Am = Ar- (Ln ((Qm-Qr/Qr) +1) /Lc)有利的是，控制回路设有温度补偿。例如，该温度补偿通过两个常数K1、K2、校准温度θ ^和实现测量的温度θ利用以
下表达式实现
Qm(S)/Qr(&0)=exp((Ar-Am).Lc).(9+Kl)/(&0+ia).(d0+K2)/(&+K2)
现在将通过下文的参照附图以示例给出的实施例的描述的范围中更详细地描述本发明，附图如下-图1是吸收测量光学探测器的透视图；-图2是该光学探测器的机械安装的剖面图；和
-图3是该光学探测器的电气安装的原理图。
具体实施例方式在多幅图中存在的元件各自用唯一相同的参考数字表示。参照图1，光学探测器呈两个不同元件的形式，这两个不同元件即分析单元CA和监测单元CM。在本情况中，这两个单元中的每一个都呈柱形体的形式。它们通过连接部件被连接起来，这里连接部件呈上杆Ll和下杆L2的形式。因此以使两个柱形体同轴的方式进行连接。这两个柱形体的相对表面在后文中被称为工作面。自然地，待分析的介质位于这两个工作面之间。参照图2，分析单元CA主要包括发射模块和检测模块。发射模块包括照亮位于分析单元的工作面上的扩散窗HD的LED光源。根据该光源的性质，可能需要在光源与扩散窗HD之间设置带通滤光器Fl。但是，通常采用这样的光源如具有比较窄的发射光谱的电致发光二极管，因此滤光器不是必不可少的。检测模块包括位于第一窗孔Hl后的第一检测器D1。第一窗孔Hl也位于分析单元 CA的工作面上，在扩散窗HD附近。可选地，滤光器F2间置在第一窗孔Hl与检测器Dl之间，如果在发射模块中没有滤光器就尤其是这样。由于待分析的介质是流体，分析单元当然是密封的。因此，分析单元在与其工作面相对的侧上设有壁。上述说明隐含地假定该单元的本体对于分析所用的辐射是不透明的。这不应看作是对本发明的限制，如果该本体对于该辐射是透明的，本发明也适用。因此容易理解的是，术语窗或窗孔应以它们最宽的接受范围即透明表面来理解。监测单元CM包括位于第二窗孔H2后的第二检测器D2，第二窗孔H2处于其与分析单元工作面相面对的工作面上。必要时，滤光器F3仍可位于这两个元件H2、D2之间，如果发射模块中没有滤光器就尤其如此。第二窗孔H2是部分反射的。优选地，为优化探测器的性能，第二检测器D2与第一检测器Dl相同。同样，两个窗孔H1、H2具有相同性质。因此，探测器的机械布置使得，来自LED光源的光束相继地穿过扩散窗HD、待分析的介质、第二窗孔H2，最后部分地被传递给第二检测器D2。另外，监测单元CM的工作面或者至少所述第二窗孔H2相对于分析单元的工作面是倾斜的，使得由第二窗孔H2反射的光束部分相继地重新穿过待分析的介质、第一窗孔 Hl，并最后被传递给第一检测器Dl。因此，第二检测器D2位于连接LED光源和第一检测器Dl的光路上。参照图3，现在详细描述光学探测器的电气安装以及在第一检测器Dl的接收带中测量吸收的方式。控制电路CC:-从第一检测器Dl接收检测信号DS；-从第二检测器接收监测信号MS。控制电路产生吸收系数A或允许得到该系数的任何中间值。现在采用以下概念
-10，LED光源发射的强度；-11，第一检测器Dl接收的强度，用检测信号DS表示；-12，第二检测器D2接收的强度，用监测信号MS表示；-R,第二窗孔H2的反射系数；-T,该第二窗孔H2的传输系数；-G2，LED光源与第二窗孔H2之间的衰减系数；-Gl，LED光源与第一窗孔Hl之间的衰减系数；-L2，扩散窗HD与第二窗孔之间的距离；-Li，两个窗孔HI、H2之间的距离；-A，吸收系数，更特别的是:Ar，参考介质中的吸收系数(由控制回路CC储存)；和 Am，待分析介质中的吸收系数；-exp，指数函数；和-Ln，自然对数。衰减系数考虑到这样的事实检测器不会接收朝它们的方向发射的所有光流。这些衰减系数取决于几何考虑，因此与吸收系数无关，而至于吸收系数则取决于被分析介质的物理化学性能。第二检测器接收到的强度等于12 = 10. T. G2. exp (_Α· L2)第一检测器接收到的强度等于Il = 10. R. Gl. exp (-A. (L2+L1))这里需要强调的是，为优化探测器的灵敏度，第二窗孔因此被设计成两个强度 12、Il为相同数量级。可以通过不同方式得到该窗孔的部分反射，尤其是通过-涂覆薄厚度的金属；-不透明和反射的金属层，在该金属层中设置有呈棋盘状、行列状等的开口；-具有中心开口的镜子；-部分地覆盖该窗孔的镜子。因此将测量值Q定义为第一检测器接收到的强度与第二检测器接收到的强度之比Q = 11/12Q= ((R. Gl) / (T. G2)) · exp (_Α· Li)表达式(R. Gl) / (Τ. G2)是等于K的常数Q = K. exp (_Α· Li)看得出，只有两个窗孔之间的距离Ll涉及其中，因此该距离作为光学探测器的特征长度 Lc (Lc = Li)。该特征长度Lc由控制电路CC储存。在本情况中为纯水的参考介质中的校准给出参考测量值Qr Qr = K. exp (-Ar. Lc)该参考测量值也由控制回路CC储存。在待分析介质中的测量给出测量信号Qm
权利要求
1.光学探测器，其用于吸收测量，以产生吸收值Am，所述光学探测器包括分析单元 (CA)，所述分析单元包括发射模块(LED、F1、HD)和适于产生检测信号(此)的检测模块(HI、 Dl)，该光学探测器另外包括适于产生监测信号(MQ的监测单元(CM)，其特征在于，所述监测单元设置在连接所述发射模块至所述检测模块的光路上。
2.如权利要求1所述的光学探测器，其特征在于，所述分析单元(CA)和监测单元(CM) 每个均呈具有工作面的密封体的形式。
3.如权利要求2所述的光学探测器，其特征在于，所述发射模块包括位于扩散窗(HD) 后的光源(LED)，所述扩散窗出现在所述分析模块(CA)的所述工作面上。
4.如权利要求3所述的光学探测器，其特征在于，所述检测模块包括位于第一窗孔 (Hl)后的第一检测器(Dl)，所述第一窗孔出现在所述分析模块(CA)的所述工作面上。
5.如权利要求4所述的光学探测器，其特征在于，所述监测单元(CM)包括位于部分反射的第二窗孔0 )后的第二检测器(D2)，所述第二窗孔出现在所述监测单元的工作面上。
6.如权利要求5所述的光学探测器，其特征在于，所述第一和第二这两个检测器(D1、 D2)是相同的。
7.如权利要求5或6所述的光学探测器，其特征在于，所述分析单元(CA)和监测单元 (CM)通过连接部件(Li、L2)相连接，所述分析单元的工作面和所述监测单元的工作面相对。
8.如权利要求7所述的光学探测器，其特征在于，所述第二窗孔0 )因此设置成该第二窗孔将来自所述光源(LED)的光束部分地朝所述第一窗孔(Hl)的方向反射。
9.如上述权利要求中任一项所述的光学探测器，其特征在于，所述光学探测器另外包括控制回路(CC)，用以利用所述监测信号(MQ通过加权所述检测信号(此)产生测量信号 Qm。
10.如权利要求9所述的光学探测器，其特征在于，所述测量信号Qm等于所述检测信号 (DS)与所述监测信号(MS)之比。
11.如权利要求10所述的光学探测器，其特征在于，所述控制回路(CC)存储有以下值-参考测量值Qr ；-参考吸收值Ar ；-特征长度Lc;术语Ln表示自然对数，所述吸收值Am由以下表达式得出Am = Ar-(Ln(((Qm-Qr)/Qr)+1)/Lc)
12.如权利要求11所述的光学探测器，其特征在于，所述控制回路(CC)设有温度补偿。
13.如权利要求12所述的光学探测器，其特征在于，所述温度补偿通过两个常数K1、 K2、校准温度θ ^、和实现测量的温度θ利用以下表达式实现Qm(9)/Qr(9o)=exp((Ar-Am).Lc).(S+Kl)/(90+Kl).(90+K2)/(S+K2)
全文摘要
本发明涉及用于产生吸收值Am的吸收测量的光学探测器，探测器包括分析单元CA，该分析单元包括发射模块LED、F1、HD和能够产生检测信号的检测模块H1、D1；该光学探测器还包括能够产生监测信号MS的监测单元CM。另外，监测单元位于连接所述发射模块和所述检测模块的光路上。
文档编号G01N21/85GK102301224SQ200980155548
公开日2011年12月28日 申请日期2009年12月15日 优先权日2008年12月16日
发明者F·勒韦萨, L·洛克斯, M·休伯特, S·逖斯兰德 申请人:西利奥斯技术公司