校准插件及其安装件的制作方法

本发明涉及一种用于调节、校准和/或执行光学传感器的功能测试的校准插件，该光学传感器被设计成借助于光来测量介质中的至少一个被测变量。本发明还涉及一种用于适配这种校准插件的安装件。

背景技术：

利用光学吸收传感器解释本发明的基本问题，但也可以类似地利用散射光传感器进行解释。

参见图1a，光源1发射辐射3通过待测介质，辐射在那里被部分吸收，并且利用接收器2来测量辐射。在例如光电二极管的接收器2中确定辐射强度并将其转换成光电流。在关联的测量换能器中例如借助于校准图和参考值进行吸收单元中的最终转换。

事先通过合适的校准装置获得校准图，该校准图亦被称为校准曲线。参见图1a，通常为此而使用标准流体4。然而，这些标准溶液具有以下缺点：稳定性有限，由于污染而不能重复使用，并且它们对于使用者来说是昂贵的。在某些情况下，标准溶液也会对健康造成危害。

作为液体溶液的替代物，可以考虑将固体暂时地引入测量容积7中，并因此进入在测量期间待测介质也位于其中的区域内。在预知材料老化的范围内，固体标准物可以稳定更长时间。此外，它们的处理风险较小。

流体4就像待测样品一样完全填充样品室7，但是如上所述，处理起来更复杂。滤波器6更易于处理；然而，参见图1b，并非在整个测量容积7(样品室)中发生吸收。校准装置限定的吸收值通常仅适用于特定的波长或有限的波长范围。吸收值不能通过滤波器6进行调节，即如果滤波器递送的吸收值为100a.u.(任意单位)，则用户必须始终精确地校准到该一个值。借助于流体4进行校准，用户可以自己通过添加额外的流体来设置他所期望的校准值。

技术实现要素：

本发明是基于克服所述缺点的目的。特别是对于光学传感器，应该有可能使用长期稳定的校准装置来进行通用且完全的校准。

该目的通过校准插件来实现，所述校准插件包括：入口横截面，光通过所述入口横截面进入校准插件内；出口横截面，光通过所述出口横截面离开校准插件；以及至少一个阻挡元件，所述阻挡元件被布置在入口横截面和出口横截面之间，其中所述阻挡元件不完全将光与其波长无关地从入口横截面传输到出口横截面，而是相反，特别是部分地吸收、反射或散射光，其中在出口横截面处的光强度与在入口横截面处的光强度的比值对应于被测变量的值。

因此，可以利用校准插件来模拟被测变量的特定值，即传感器利用校准插件来测量对应于给定的“真实”介质情况下的相同值的被测变量的值。

在本申请的意义上，光不限于可见光范围内的光，而是包括100-2,000nm的波长。

在一个实施例中，校准插件被设计为隔膜。通常，隔膜是限制射束扩展的孔径(aperture)。隔膜因此是包括至少一个具有至少一个孔径的基本元件和至少一个不传输光的阻挡元件的模块。经筛选的吸收提供了与波长无关的吸收。

在一个实施例中，校准插件被设计为具有至少一个孔的穿孔板。在一个实施例中，穿孔板恰好包括一个孔。在一个实施例中，穿孔板包括多个孔。

在一个实施例中，校准插件由金属板或者对光透明的载体特别是塑料或玻璃组成，其中载体包括不传输光的涂层。

在一个实施例中，一个或多个孔是圆形的，并且具有的直径为100-500μm。

在作为隔膜的该实施例中，孔之间的腹板(web)并且因此最终的金属板内及其本身或不传输光的涂层均应理解为一个或多个阻挡元件。

入口横截面是由入射光照射的整个区域。出口横截面是光从校准体离开的整个区域。

在一个实施例中，被测变量的值是可调节的。由此，可以借助于校准插件来模拟被测变量的各种值。可以类似地通过调节能力来补偿校准插件的制造中的公差。例如，如果校准插件产生的值为98a.u.，但用户想要校准到100a.u.，则这可以通过调节能力来实现。

在一个实施例中，校准插件包括螺钉、销或螺栓，以减小孔横截面，并因此使校准插件可调节。

在一个实施例中，校准插件包括至少两个区域，并且每个区域包括不同的孔数、孔形状、孔间隔，和/或它们分布的不同均匀性，这取决于被测变量的值。因此，被测变量的值并且因此校准插件从而可以类似地成为可调节的。

在一个实施例中，校准插件被设计成使得它可以关于辐射方向倾斜。在一个实施例中，校准插件被设计成使得它可以关于辐射方向位移。在一个实施例中，校准插件被设计成使得它可以关于辐射方向旋转。由此，还可以实现校准插件的调节能力。当倾斜时，孔的投影改变，因此它们的面积改变。在位移或旋转时，被照射的区域改变，因此孔图案改变。

在一个实施例中，校准插件被设计为具有添加剂的固体，其中固体对光基本上是透明的，其中添加剂不传输光，特别是吸收或反射光，并且其中固体完全地填充光学传感器的测量容积。

优点因此在于在空间上遍布整个容积发生吸收，而不仅仅是在吸收器/滤波器等位于其中的部分区域中发生吸收。然后，测量非常接近于真实的样品，这是因为固体与液体介质一样完全填满测量空间。如果样品空间的几何形状偏离均匀厚度的简单层或是可变的，则这是尤其重要的。

在一个实施例中，校准插件由玻璃、塑料或铸模材料制成。

在一个实施例中，添加剂由颜料(pigment)组成。颜料由颗粒组成，并且在校准插件中是不溶解的。在一个实施例中，添加剂由在阻挡元件的材料中不溶解而是仅分散的颗粒或气泡组成。

一个或多个阻挡元件因此被设计为颜料。

通过用于适配如前所述的校准插件的安装件进一步实现该目的。

附图说明

将参考以下附图来更加详细地解释这一点。附图显示的是：

图1a/b是现有技术中的校准装置，

图2是在一个实施例中的要求保护的校准插件，

图3a/b是在不同的实施例中的要求保护的校准插件，

图4是具有调节能力的图3a/b中的校准插件，

图5a/b是具有不同调节能力的要求保护的校准插件，

图6a-c是在不同的实施例中的要求保护的校准插件，

图7是具有安装件的要求保护的校准插件，以及

图8是在各种实施例中的要求保护的校准插件。

在附图中，相同的特征用相同的附图标记进行标识。

具体实施方式

图2示出了校准插件5的实施例。在该情况下，校准插件5被设计为隔膜。隔膜在此被设计为具有至少一个孔径8的穿孔板。在图2中所描述的形式中，隔膜包括单个孔8。孔8通常是例如钻孔的孔径。孔径8的横截面可以通过可调设备改变。在图2中，该设备被设计为或多或少地突出到孔径8中的螺钉9。由于螺钉9或多或少地突出到孔径8中，因此可以调节被测变量的值，这是因为或多或少的光从而通过校准插件5。

来自光源1的光3在入口横截面13中撞击校准插件5，并且经由出口横截面14再次离开所述校准插件。在所示的示例中，校准插件5被设计为隔膜，入口横截面13是隔膜的第一侧，出口横截面14是隔膜的第二侧。

光3可以穿过孔8。孔8明显大于光的波长。在本申请的意义上，光不限于可见光范围内的光，而是包括100-2,000nm的波长。

在校准插件5中存在着被设计为阻挡元件12的区域。阻挡元件12不允许光3通过校准插件5；特别地，光3被吸收或反射。因此，阻挡元件12不允许光与其波长无关地从入口横截面13通过到出口横截面14。

图3a示出了实施例，这里具有多个孔径8。孔径8可以呈现各种形状，例如圆形、方形或薄层状。孔径8的尺寸大约为100-500μm。由此，孔径8是周期性地或非周期性地布置的。孔径8均匀地或不均匀地分布在校准插件5上。孔径8在校准插件5上的密度同样可以变化。图3b示出了具有两个不同区域8.1和8.2的校准插件5。左侧区域8.1具有比右侧区域8.2更低的孔径8密度。如果校准插件5因此被带入不同的位置，则由此可以模拟被测变量的两个不同值。更多的区域自然也是可能的。平滑过渡同样是可能的。例如，孔密度因此可以在校准插件5的长度上连续地变化，使得可以在宽范围内调节被测变量的值。具有多个区域8.1、8.2的校准插件5也可用于校准包括多于一个光源或多个路径长度即不同的测量容积7的传感器。然后调节区域8.1、8.2，以便模拟被测变量的相同值，尽管具有各种路径长度。

光3可以经由孔8通过校准插件5。如上所述，孔8大于光的波长。阻挡元件12防止光3从入口横截面13到出口横截面14地通过。因此，阻挡元件12被设计为孔8之间的腹板。

校准插件5由钢、铝、铜等的薄板构成，孔8可以通过钻孔、铣削、激光加工、水射流加工、冲孔、蚀刻等方式被引入薄板中，或者通过生成制造方法(立体光刻，激光烧结等)引入薄板中。

校准插件5同样可以由塑料、玻璃等制成的透明载体组成，具有吸收或反射涂层12，其中孔8通过如上所述的各种技术被引入到涂层12中。

图4示出了具有两个区域8.1和8.2的校准插件5的实施例，这两个区域分别具有不同密度的孔径8。校准插件5可以通过安装件11位移，安装件在这里包括可以转动(参见附图标记10.1)的螺钉10。如图所示，校准插件5根据螺钉10的位置而水平移动，参见箭头10.2。

图5示出了被测变量的值的调节功能的实施例。如果校准插件5具有一定的厚度，则孔径8的开口面通过倾斜减小。可以利用可位移的倾斜机构设定所需的吸收或反射。图5a示出了具有较小板厚度的实施例。图5b示出了具有较大板厚度的实施例。对于具有较大板厚度的校准插件，更少的光3从入口横截面13到达出口横截面14。如果校准插件5相对于光3进一步倾斜，则甚至更少的光相应地从入口横截面13到达出口横截面14，并且被测变量的值因此较小。

图6示出了校准插件5的实施例。这里，引入了完全填充测量容积7的主体。主体由诸如玻璃、塑料或铸模材料的透明材料构成。如果校准插件5被设计为实心的，则其同样包括用于光3的入口横截面13和出口横截面14。通过在光3通过时经由吸收或散射而导致辐射损失的添加剂物质(颜料、颗粒、气泡等)来设定预期的吸收或反射。颜料由颗粒组成并且在校准插件5中是不溶解的。适合作为颜料的是例如与其波长无关地吸收光3的炭黑颜料。添加剂物质用作阻挡元件12，其不将光3与其波长无关地从入口横截面13传输到出口横截面14。主体的形状通过铸造、机械加工、抛光、激光加工、水射流加工、冲孔、蚀刻等或者通过诸如立体光刻、激光烧结等的生成制造方法来建立。图6a和图6b中除了示出具有测量容积7的传感器之外，还示出了校准插件5。图6c示出了已被引入测量容积7中的校准插件。

图8示出了校准插件5。在下排中描绘了具有第一厚度的校准插件5；在上排中示出了具有第二厚度的校准插件。因此，添加剂物质12的百分比从左向右增加。图8中的校准插件5根据测量容积7的形状制造，使得其完全被填充。

校准插件5通过安装件11附接到传感器。图7示出了具有校准插件5的用于上述固体的这种安装件。在相同的程度上，也可以为了被设计为隔膜的校准插件5而使用安装件11。安装件11使得可以更换校准插件5。因此，待校准的传感器可以被相继地加载有不同的校准插件5，从而具有被测变量的不同值。

参考标记列表

1光源

2接收器

3辐射

4标准流体

5校准插件

6滤波器

7测量容积

8孔

8.1第一区域

8.2第二区域

9螺钉

10螺钉

11安装件

12阻挡元件

13入口横截面

14出口横截面