BR112018067880B1 - Sensor óptico de nitrato e método para a medição de multiparâmetros da qualidade de água - Google Patents
Sensor óptico de nitrato e método para a medição de multiparâmetros da qualidade de água Download PDFInfo
- Publication number
- BR112018067880B1 BR112018067880B1 BR112018067880-5A BR112018067880A BR112018067880B1 BR 112018067880 B1 BR112018067880 B1 BR 112018067880B1 BR 112018067880 A BR112018067880 A BR 112018067880A BR 112018067880 B1 BR112018067880 B1 BR 112018067880B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- optical
- sensor
- water
- nitrate
- photodiode
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 95
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 88
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 69
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 69
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 24
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 48
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 17
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 16
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 11
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 20
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 9
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 9
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 3
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000007704 wet chemistry method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/59—Transmissivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
- G01N33/188—Determining the state of nitrification
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
- G01N2021/0307—Insert part in cell
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/06—Illumination; Optics
- G01N2201/062—LED's
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/06—Illumination; Optics
- G01N2201/066—Modifiable path; multiple paths in one sample
- G01N2201/0668—Multiple paths; optimisable path length
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Measuring Cells (AREA)
Abstract
A presente invenção refere-se a um sensor óptico de nitrato que apresenta um processador de sinal ou módulo de processamento de sinal configurado para: receber sinalização contendo informações sobre uma medição (M) de absorbância óptica UV de nitrato dissolvido em água de uma luz UV que é gerada por um LED UV centralizado em 229 nm e que atravessa um volume confinado da água dentro de uma região prescrita de um corpo sensor, e também acerca de uma amostra de referência (R) de uma porção da luz UV que não atravessa o volume confinado da água; e determinar a sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água com base na sinalização recebida.
Description
[001] Este pedido reivindica o benefício para o pedido de patente provisório n° de série 62/304.678 (911-023.3- 1//N-YSI-0033), depositado em 7 de março de 2016, assim como um pedido de patente complementar n° de série 62/305.742 (911-023.4-1//N-YSI-0034), depositado em 9 de março de 2016, os quais são ambos incorporados por referência em sua totalidade.
[002] A presente invenção refere-se a uma técnica para a determinação da qualidade de água; e mais particularmente se refere a uma técnica para a determinação da qualidade de água usando um sensor óptico para o monitoramento de multiparâmetros da qualidade de água.
[003] A eutrofização é considerada uma abundância excessiva de nutrientes em um lago ou outro corpo de água, frequentemente devido ao escoamento da terra, que causa um denso crescimento de vida vegetal e morte de vida animal a partir da falta de oxigênio. A eutrofização devido a tal carga de nutrientes de tal água do ambiente é um dos maiores desafios para a saúde aquática hoje em dia. A detecção de nitrato em tal água do ambiente é essencial para ajudar a solucionar estes problemas. Os sensores atuais disponíveis no mercado não são passíveis de monitoramento a longo prazo devido ao consumo de reagentes (sistemas de química úmida) ou consumo excessivo de energia (sistemas à base de espectrômetro). Tendo isso em vista, à medida que a demanda cresce para reduzir a carga de nutrientes, há uma necessidade na técnica de um sensor de água do ambiente que seja parte de um monitoramento a longo prazo, pacote de detecção multiparâmetros.
[004] A título de exemplo, a presente invenção provê técnicas novas e únicas para a determinação da qualidade da água usando um sensor óptico para monitoramento de multiparâmetros da qualidade de água, por exemplo, para solucionar a necessidade na técnica mencionada acima.
[005] A título de exemplo e de acordo com alguma modalidade, a presente invenção provê aparelho, por exemplo, na forma de um sensor à base de sonda multiparâmetros, que mede absorbância ultravioleta (UV) de nitrato a ~229 nm (nanômetros) que utiliza diodos emissores de luz (LEDs) UV profundo e que impulsiona outros sensores na carga útil para alcançar uma medição de nitrato totalmente compensada. Este sensor teria a capacidade de operar na energia da bateria e ser implantada na água do ambiente para monitoramento de nitrato a longo prazo como parte de uma carga útil de sensores de monitoramento de qualidade da água.
[006] A absorbância óptica é uma medida de atenuação de intensidade da luz, relativa a uma medição de referência, sobre uma distância fixa. Nitrato dissolvido em água tem uma absorbância óptica bem-conhecida no espectro de UV em uma faixa de 200 nm - 230 nm. Avanços recentes na tecnologia LED permitiram acesso à fraca absorbância óptica na faixa de 229 nm. Esta fraca absorbância óptica é suficiente para medir as concentrações de nitrato típicas em sistemas de água fresca de 1-10 ppm (isto é, partes por milhão).
[007] Para fazer esta medição, um LED UV, centralizado em 229 nm, pode ser configurado para iluminar a água confinada dentro de uma região prescrita do corpo sensor. A luz que atravessa o volume confinado ou água é atenuada na presença de uma espécie de absorção. A luz atenuada interfere em um fotodiodo onde uma fotocorrente é gerada e é subsequentemente convertida em uma tensão por meio de um amplificador de transimpedância. Este sinal é designado como a medição (M) ou o sinal de medição. Antes de interagir com a amostra, uma porção da luz UV é amostrada por meio de um fotodiodo de referência onde a fotocorrente é convertida em uma tensão por meio de um amplificador de transimpedância sem interagir com a água. Este sinal é designado como a referência (R) ou o sinal de referência.
[008] A absorbância pode ser calculada como a seguir: Absorbância = -log (transmitância óptica) = -log (M/a R), onde a é uma constante de proporcionalidade que pode ser ajustada para a normalização do ganho elétrico
[009] Métodos de Injeção de Luz e Recepção do Sinal Óptico 3. A luz ultravioleta pode ser apresentada diretamente à água ao longo de um percurso prescrito. Neste caso, a luz emitida a partir do LED é não sobrecarregada por óptica adicional. A luz que atravessa a lacuna interfere diretamente em um fotodiodo com filtro de 229 nm. 4. A luz ultravioleta pode ser apresentada à água por meio de um guia de ondas óptico de material adequado (por exemplo, tipicamente uma safira ou uma sílica fundida de grau UV). Isto remove a necessidade do LED ser localizado perto do ponto de medição. A vantagem de separar o LED do detector óptico é que o ruído elétrico é minimizado ao separar fisicamente componentes suscetíveis. 5. A luz que atravessa o percurso óptico prescrito interfere em um fotodiodo onde a luz é convertida em uma corrente elétrica. A luz pode se acoplar diretamente ao fotodiodo sem quaisquer elementos ópticos adicionais ou a luz pode ser capturada por um guia de ondas óptico de material adequado (por exemplo, uma safira ou uma sílica fundida de grau UV) e a seguir canalizada para um fotodiodo, estendido a partir do ponto de medição.
[0010] A variação da concentração de nitrato em água natural pode variar de algumas partes por bilhão a dezenas de partes por milhão. Embora a absorbância possa ser medida como uma atenuação como mostrado acima, ela é verdadeiramente baseada na concentração de uma espécie de absorção, a duração da interação com a espécie de absorção, e a absortividade molar que varia com o comprimento de onda da luz usada. Isto é descrito pela Lei de Beer como Absorbância = ε l c; onde ε = absortividade molar, c = concentração de analito, e l = duração da interação. Isto implica para o contraste de sinal otimizado que uma longa duração da interação é necessária para menores concentrações, e uma curta duração da interação é necessária para altas concentrações. A incorporação da capacidade de variar o comprimento do percurso óptico permitiria a otimização do sensor para a faixa de concentração de interesse. A variação do percurso óptico pode ser realizada de várias maneiras. Considere um sensor com um volume de medição de um formato em U de um comprimento fixo. A luz se propaga através do volume da fonte de luz até o detector. Para aplicações de alta concentração, a atenuação de sinal pode ser muito alta, portanto, pode ser vantajoso encurtar a duração da interação entre a luz e a água. Isto pode ser realizado pela inserção de um espaçador opticamente transparente na célula tal como uma haste de safira ou sílica fundida. A duração da interação a seguir se torna a diferença entre o comprimento da célula original e o comprimento do espaçador. Outro método para a variação do comprimento da célula muda fisicamente a distância entre a fonte e o detector em vez de inserir um espaçador.
[0011] De acordo com algumas modalidades, a presente invenção pode incluir aparelho, apresentando um processador de sinal ou módulo de processamento de sinal configurado para:receber a sinalização contendo informações sobre uma medição (M) de absorbância óptica UV de nitrato dissolvido em água de uma luz UV que é gerada por um LED UV centralizado em 229 nm e que atravessa um volume confinado da água dentro de uma região prescrita de um corpo sensor, e também acerca de uma amostra de referência (R) de uma porção da luz UV que não atravessa o volume confinado da água; e determinar a sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água, com base na sinalização recebida.
[0012] O aparelho pode incluir uma ou mais das seguintes características adicionais: O aparelho pode incluir ou tomar a forma de um sensor óptico de nitrato, por exemplo, incluindo o sensor tendo a região prescrita.
[0013] O processador de sinal ou módulo de processamento de sinal pode ser configurado para prover a sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água.
[0014] O processador de sinal ou módulo de processamento de sinal pode ser configurado para determinar a medição da absorbância óptica UV com base na seguinte equação: Absorbância = -log (transmitância óptica) = -log (M/a R), onde a é uma constante de proporcionalidade que pode ser ajustada para a normalização do ganho elétrico.
[0015] A sinalização pode conter informações sobre a medição (M) medida e recebida de um fotodiodo de medição, onde uma fotocorrente é gerada e é subsequentemente convertida em uma tensão por meio de um amplificador de transimpedância.
[0016] A sinalização pode conter informações sobre a amostra de referência (R) medida e recebida de um fotodiodo de referência, onde uma fotocorrente é gerada e é subsequentemente convertida em uma tensão por meio de um amplificador de transimpedância.
[0017] A luz UV pode atravessar o volume confinado da água ao longo de um comprimento do percurso variável que depende de uma faixa de concentração de interesse para a concentração de nitrato determinada.
[0018] O aparelho pode incluir o corpo sensor configurado com um comprimento do percurso do volume confinado da água dentro da região prescrita.
[0019] O corpo sensor pode incluir um espaçador celular configurado dentro de parte do comprimento do percurso.
[0020] O corpo sensor pode incluir uma célula variável configurada para ser adaptada com um primeiro comprimento do percurso para a determinação de altas concentrações de nitrato dissolvido na água ou com um segundo comprimento do percurso para a determinação de baixas concentrações de nitrato dissolvido na água, incluindo onde o primeiro percurso é mais curto do que o segundo percurso.
[0021] O sensor pode incluir ou tomar a forma de um sensor à base de sonda multiparâmetros.
[0022] A região prescrita do corpo sensor pode incluir uma câmara de amostragem para conter a água.
[0023] O aparelho pode incluir um tubo de quartzo, e a região prescrita do corpo sensor faz parte do tubo de quartzo.
[0024] A câmara de amostragem pode incluir ou tomar a forma de uma construção de duas partes tendo uma primeira subcâmara e uma segunda subcâmara. A primeira subcâmara pode incluir uma primeira extensão de subcâmara; a segunda subcâmara pode incluir uma segunda extensão de subcâmara; e a primeira extensão de subcâmara e a segunda extensão de subcâmara podem ser configuradas para formar um primeiro percurso para uma medição de alta concentração ou um segundo percurso para uma medição de baixa concentração. O primeiro percurso para a medição de alta concentração é mais curto do que o segundo percurso para a medição de baixa concentração. A primeira extensão de subcâmara e a segunda extensão de subcâmara podem ser acopladas juntas e configuradas com uma vedação O-ring entre elas. A primeira extensão de subcâmara e a segunda extensão de subcâmara podem ser acopladas juntas de modo deslizável.
[0025] A região prescrita pode incluir uma câmara de amostragem; e o aparelho pode incluir um LED UV configurado em um lado da câmara de amostragem, e uma combinação de um filtro e fotodiodo de medição configurados no outro lado da câmara de amostragem. O aparelho também pode incluir um ou mais tubos de luz, cada um configurado para canalizar luz para ou da câmara de amostragem.
[0026] O aparelho pode incluir um módulo de substituição de fotodiodo tendo um plugue, uma carcaça de diodo e um diodo de medição disposto nele.
[0027] O aparelho pode incluir um módulo de substituição de LED tendo um LED UV e um fotodiodo de referência.
[0028] A título de exemplo, o processador de sinal ou módulo processador de sinal pode incluir ou tomar a forma de alguma combinação de um processador de sinal e pelo menos uma memória incluindo um código de programa de computador, onde o processador de sinal e pelo menos uma memória são configurados para fazer com que o aparelho implemente a funcionalidade da presente invenção, por exemplo, responda à sinalização recebida e determine a sinalização correspondente, com base na sinalização recebida.
[0029] De acordo com algumas modalidades, a presente invenção pode incluir um método apresentando as etapas para:recebimento em um processador de sinal ou módulo de processamento da sinalização contendo informações sobre uma medição (M) de absorbância óptica UV de nitrato dissolvido em água de uma luz UV que é gerada por um LED UV centralizado em 229 nm e que atravessa um volume confinado da água dentro de uma região prescrita de um corpo sensor, e também acerca de uma amostra de referência (R) de uma porção da luz UV que não atravessa o volume confinado da água; e determinação no processador de sinal ou módulo de processamento da sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água, com base na sinalização recebida.
[0030] O método também pode incluir uma ou mais das características apresentadas acima.
[0031] Os desenhos, que não são necessariamente desenhados em escala, incluem as figuras 1 - 10, como a seguir:
[0032] A figura 1A mostra um diagrama em bloco de aparelho, por exemplo, tendo um processador de sinal ou módulo de processamento de sinal para a implementação de funcionalidade de processamento de sinal, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
[0033] A figura 1B mostra um diagrama em bloco de um fluxograma tendo etapas para a implementação de um método, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
[0034] A figura 2 mostra um modelo de interação óptica de um protótipo, incluindo onde uma porção de luz é amostrada a partir do LED UV antes de interagir com o volume da amostra, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
[0035] A figura 3 é um gráfico de A.U. versus mg/l NO3 - N que mostra um gráfico de desempenho e linearidade do protótipo de 1-10 ppm NO3 - N
[0036] A figura 4 inclui as figuras 4A, 4B e 4C, que mostram técnicas de detecção óptica usando um conceito de tubo de luz, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
[0037] A figura 5 inclui as figuras 5A e 5B, que mostram técnicas de detecção óptica usando um conceito de espaçador celular, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
[0038] A figura 6 inclui as figuras 6A e 6B, que mostram técnicas de detecção óptica usando um conceito de célula variável, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
[0039] A figura 7 inclui as figuras 7A, 7B, 7C e 7D, que mostram um conceito de espaçador celular com base em um conceito de módulo de absorbância, de acordo com algumas modalidades da presente invenção, onde a figura 7A é um vista explodida do espaçador celular; onde a figura 7B é uma vista do espaçador celular quando montado; onde a figura 7C é uma vista em corte transversal do espaçador celular na figura 7A ao longo das linhas A-A, e onde a figura 7D é uma vista em corte transversal do espaçador celular na figura 7B ao longo das linhas B-B.
[0040] A figura 8 inclui as figuras 8A e 8B, que mostram um aparelho, de acordo com algumas modalidades da presente invenção, onde a figura 8B é uma vista em corte transversal ao longo do eixo longitudinal do aparelho na figura 8A.
[0041] A figura 9 inclui as figuras 9A, 9B e 9C, que mostram o aparelho utilizando um tubo de quartzo para definir o percurso óptico de 1 cm, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
[0042] A figura 10 é um diagrama de uma configuração de sensor capaz de ser limpo, incluindo onde um limpador central da sonda limpa através de uma célula de medição para mantê-la livre de bioincrustação.
[0043] Para reduzir a desordem no desenho, cada figura não inclui cada rótulo de referência para cada elemento mostrado nele.
[0044] A título de exemplo adicional, a figura 1A mostra o aparelho 10 (por exemplo, um sensor óptico de nitrato) de acordo com algumas modalidades da presente invenção para a implementação da funcionalidade de processamento de sinal associada. O aparelho 10 pode incluir um processador de sinal ou módulo de processamento 12 configurado pelo menos para:receber a sinalização contendo informações sobre uma medição (M) de absorbância óptica UV de nitrato dissolvido em água de uma luz UV que é gerada por um LED UV centralizado em 229 nm e que atravessa um volume confinado da água dentro de uma região prescrita de um corpo sensor, e também acerca de uma amostra de referência (R) de uma porção da luz UV que não atravessa o volume confinado da água; e determinar a sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água, com base na sinalização recebida.
[0045] Em operação, o processador de sinal ou módulo de processamento 12 pode ser configurado para prover a sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água, por exemplo, para processamento adicional, consistente com aquele apresentado aqui. O escopo da invenção não é destinado a ser limitado a qualquer tipo particular, tipo ou maneira de processamento adicional, e pode incluir técnicas de processamento adicionais conhecidas agora ou desenvolvidas posteriormente no futuro.
[0046] A título de exemplo, a funcionalidade do processador de sinal ou módulo de processamento 12 pode ser implementada usando hardware, software, firmware, ou uma combinação dos mesmos. Em uma implementação de software típica, o processador de sinal ou módulo de processamento 12 incluiria uma ou mais arquiteturas com base em microprocessador tendo, por exemplo, pelo menos um processador de sinal ou elemento tipo microprocessador 12. Alguém versado na técnica seria capaz de programar com código de programação adequado tal implementação com base em microcontrolador ou com base em microprocessador para realizar a funcionalidade de processamento de sinal descrita aqui sem experimentação indevida. Por exemplo, o processador de sinal ou módulo de processamento 12 pode ser configurado, por exemplo, por alguém versado na técnica sem experimentação indevida, para receber a sinalização contendo informações sobre uma medição (M) de absorbância óptica UV de nitrato dissolvido em água de uma luz UV que é gerada por um LED UV centralizado em 229 nm e que atravessa um volume confinado da água dentro de uma região prescrita de um corpo sensor, e também acerca de uma amostra de referência (R) de uma porção da luz UV que não atravessa o volume confinado da água, consistente com aquele descrito aqui.
[0047] Além disso, o processador de sinal ou módulo de processamento 12 pode ser configurado, por exemplo, por alguém versado na técnica sem experimentação indevida, para determinar a sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água, por exemplo, consistente com aquele descrito aqui. A título de exemplo, o escopo da invenção não é destinado a ser limitado a qualquer tipo ou espécie particular de implementação e; ou técnica de processamento de sinal para fazer a determinação sobre a concentração de nitrato dissolvido na água, com base na sinalização recebida.
[0048] O escopo da invenção não é destinado a ser limitado a qualquer implementação particular usando tecnologia conhecida agora ou desenvolvida posteriormente no futuro. O escopo da invenção é destinado a incluir a implementação a funcionalidade do processador(s) de sinal 12 como processador independente, processador de sinal, ou módulo processador de sinal, assim como processador separado ou módulos processadores, assim como alguma combinação dos mesmos.
[0049] O aparelho 10 também pode incluir, por exemplo, outros circuitos ou componentes do processador de sinal geralmente indicado como 14, incluindo memória de acesso aleatório ou módulo de memória (RAM) e/ou memória somente de leitura (ROM), dispositivos e controle de entrada/saída, e barramentos de dados e de endereço conectando os mesmos e/ou pelo menos um processador de entrada e pelo menos um processador de saída, por exemplo, que seria apreciado por alguém versado na técnica.
[0050] De acordo com algumas modalidades, a presente invenção também pode incluir um método geralmente indicado como 20 compreendendo as etapas 20a, 20b e 20c, como a seguir:uma etapa 20a para recebimento em um processador de sinal ou elemento tipo módulo de processamento 12 da sinalização contendo informações sobre uma medição (M) de absorbância óptica UV de nitrato dissolvido em água de uma luz UV que é gerada por um LED UV centralizado em 229 nm e que atravessa um volume confinado da água dentro de uma região prescrita de um corpo sensor, e também acerca de uma amostra de referência (R) de uma porção da luz UV que não atravessa o volume confinado da água; e uma etapa 20b para a determinação no processador de sinal ou elemento tipo módulo de processamento 12 da sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água, com base na sinalização recebida.
[0051] O método também pode incluir uma ou mais das características apresentadas acima, incluindo uma etapa 20c para a provisão da sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água.
[0052] A título de exemplo, a figura 2 mostra um modelo de interação óptica de um protótipo, incluindo onde uma porção de luz é amostrada a partir do LED UV antes de interagir com o volume da amostra. A figura 2 é um diagrama de traçado de raios ópticos que mostra a luz UV L se propagando da esquerda para a direita. Uma porção de luz Lr é amostrada por uma janela de pickoff óptica OPW (também conhecida ou referida aqui como uma "janela de amostragem óptica") e refletida para um diodo de referência RD. A luz restante Lm interage com uma amostra de água S contida dentro de um tubo de quartzo QT que é usado como uma câmara de amostra e tem um diâmetro interno conhecido Din antes de interferir em um fotodiodo de medição MD.
[0053] A figura 4 mostra técnicas de detecção óptica usando um conceito de tubo de luz, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
[0054] A figura 4A mostra uma primeira técnica de detecção óptica usando um primeiro conceito de tubo de luz, por exemplo, onde a luz restante Lm provida a partir de um LED UV disposto em um lado de uma câmara de amostra SC interage com a amostra de água S contida dentro da câmara de amostra SC, passa através de um tubo de luz LP disposto no outro lado da câmara de amostra SC, passa através de um filtro F e interfere no fotodiodo de medição MD.
[0055] A figura 4B mostra uma segunda técnica de detecção óptica usando um segundo conceito de tubo de luz, por exemplo, onde a luz restante Lm provida a partir de um tubo de luz LP disposto em um lado de uma câmara de amostra SC interage com a amostra de água S contida dentro da câmara de amostra SC, passa através de um filtro F disposto no outro lado da câmara de amostra SC, e interfere no fotodiodo de medição MD.
[0056] A figura 4C mostra uma terceira técnica de detecção óptica usando um terceiro conceito de tubo de luz, por exemplo, onde a luz restante Lm provida a partir de um primeiro dos dois tubos de luz LPs dispostos em um lado de uma câmara de amostra SC interage com a amostra de água S contida dentro da câmara de amostra SC, passa através de um segundo dos dois tubos de luz LPs dispostos no outro lado da câmara de amostra SC, passa através de um filtro F e interfere no fotodiodo de medição MD.
[0057] A figura 4 não mostra a porção de luz Lr que é amostrada por uma janela de pickoff óptica OPW e refletida para um diodo de referência RD, por exemplo, como mostrado na figura 2. A figura 4C inclui rótulo de referência CWs designando janelas de câmara para deixar a luz passar para dentro e a partir da câmara de amostragem SC.
[0058] A figura 5 mostra técnicas de detecção óptica usando um conceito de espaçador celular, de acordo com algumas modalidades da presente invenção. Nesta técnica de detecção óptica, uma haste de safira ou sílica fundida de grau UV R pode ser usada para configurar o comprimento do percurso, por exemplo, dependendo se medição de baixa ou alta concentração é necessária.
[0059] Por exemplo, a figura 5A mostra uma primeira técnica de detecção óptica usando um primeiro conceito de espaçador celular, por exemplo, onde a luz restante Lm provida a partir de uma janela de amostragem SW disposta em um lado de uma câmara de amostra SC interage com a amostra de água S contida dentro da câmara de amostra SC que não tem uma haste de safira ou sílica fundida de grau UV R configurada nela, passa através de um filtro F disposto no outro lado da câmara de amostra SC, e interfere no fotodiodo de medição MD. Neste caso, uma vez que um longo percurso para uma medição de baixa concentração é necessário, então nenhuma haste de safira ou sílica fundida de grau UV R pode ser usada para configurar o comprimento do percurso para a medição de baixa concentração.
[0060] A título de exemplo adicional e em contraste àquele mostrado na figura 5A, a figura 5B mostra uma segunda técnica de detecção óptica usando um segundo conceito de espaçador celular, por exemplo, onde a luz restante Lm provida a partir de uma janela de amostragem SW disposta em um lado de uma câmara de amostra SC interage com a amostra de água S contida dentro da câmara de amostra SC que tem uma haste de safira ou sílica fundida de grau UV R configurada nela, passa através de um filtro F disposto no outro lado da câmara de amostra SC, e interfere no fotodiodo de medição MD. Neste caso, uma vez que um curto percurso para uma medição de alta concentração é necessário, então a haste de safira ou sílica fundida de grau UV R pode ser usada para configurar o comprimento do percurso para a medição de alta concentração.
[0061] Em contraste àquela mostrada na figura 4, a figura 5 mostra a porção de luz Lr que é amostrada por uma janela de amostragem e refletida para um diodo de referência, por exemplo, como aquele mostrado na figura 2.
[0062] A figura 6 mostra técnicas de detecção óptica usando um conceito de célula variável, de acordo com algumas modalidades da presente invenção. Nesta técnica de detecção óptica, a câmara de amostra pode ser configurada como uma construção de duas partes tendo uma primeira parte da subcâmara SC1 e uma segunda parte da subcâmara SC2 que pode ser configurada e adaptada para variar o comprimento do percurso da câmara de amostra SC, por exemplo, dependendo se uma medição de baixa ou alta concentração é necessária.
[0063] Por exemplo, a figura 6A mostra uma primeira técnica de detecção óptica usando o conceito de célula variável, por exemplo, onde a primeira subcâmara SC1 e a segunda parte da subcâmara SC2 são configuradas para definir um curto percurso para uma medição de alta concentração, por exemplo, cada parte da subcâmara tendo uma respectiva extensão de câmara CE1, CE2 com substancialmente o mesmo comprimento. As respectivas extensões de câmara CE1, CE2 são acopladas juntas e vedadas com um anel O-ring disposto entre elas. As respectivas extensões de câmara CE1, CE2 são configuradas ou adaptadas para definir o curto percurso para medições de alta concentração da amostra de água S. Na figura 6A, a luz restante Lm provida a partir de uma janela de amostragem SW disposta em um lado de uma câmara de amostra SC, passa através de uma primeira janela de câmara CW1, interage com a amostra de água S contida dentro da câmara de amostra SC, passa através de uma segunda janela de câmara CW2 para um filtro F disposto no outro lado da câmara de amostra SC, e interfere no fotodiodo de medição MD. Nesta técnica e a título de exemplo, uma vez que um curto percurso para uma medição de alta concentração é necessário, então as respectivas extensões de câmara CE1, CE2 são configuradas com substancialmente o mesmo comprimento e usadas para configurar o comprimento do percurso para a medição de alta concentração.
[0064] A título de exemplo adicional e em contraste àquele mostrado na figura 6A, a figura 6B mostra uma segunda técnica de detecção óptica usando um conceito de célula variável, por exemplo, onde a primeira subcâmara SC1 e a segunda parte da subcâmara SC2' são configuradas para definir um longo percurso para uma medição de baixa concentração, por exemplo, por cada extensão de câmara CE1, CE2' tendo um comprimento substancialmente diferente. Similar àquela mostrada na figura 6A, as respectivas extensões de câmara CE1, CE2' acopladas juntas e vedadas com um anel O-ring disposto entre elas. As respectivas extensões de câmara CE1, CE2' são dispostas para definir o longo percurso para medições de baixa concentração da amostra de água S. Similar àquela mostrada na figura 6A, a luz restante Lm provida a partir de uma janela de amostragem SW disposta em um lado de uma câmara de amostra SC interage com a amostra de água S contida dentro da câmara de amostra SC, passa através de um filtro F disposto no outro lado da câmara de amostra SC, e interfere no fotodiodo de medição MD. Nesta técnica e a título de exemplo, uma vez que um longo percurso para uma medição de baixa concentração é necessário, então as respectivas extensões de câmara CE1, CE2' são configuradas com o comprimento substancialmente diferente e usadas para configurar o comprimento do percurso for a medição de baixa concentração.
[0065] Nas figuras 6A e 6B, as subcâmaras SC2, SC2' incluem uma etapa da câmara de amostra SCL que faz limite com parte da subcâmara SC1, por exemplo, tendo um curto comprimento (figura 6A) ou um longo comprimento (figura 6B) que determina o comprimento do percurso para o curto percurso (figura 6A) ou o longo percurso (figura 6B).
[0066] De acordo com algumas modalidades e a título de exemplo adicional, a primeira subcâmara SC1 e a segunda parte da subcâmara SC2, SC2' também podem ser configuradas para mover ou deslizar um em relação ao outro a fim de determinar ou ajustar o comprimento do percurso para a medição de baixa ou alta concentração particular. Neste caso, a respectiva primeira subcâmara SC1 e a respectiva segunda parte da subcâmara SC2, SC2' podem ser configuradas com substancialmente o mesmo comprimento, mas podem ser deslizadas ou movidas em relação umas às outras a fim de determinar um longo ou curto percurso para uma medição de baixa ou alta concentração, dependendo da aplicação particular.
[0067] Similar àquela mostrada na figura 5, a figura 6 mostra a porção de luz Lr que é amostrada por uma janela de amostragem e refletida para um diodo de referência, por exemplo, como aquele mostrado na figura 2.
[0068] As figuras 7 e 8 mostram uma modalidade, com base no uso de um conceito de módulo de absorbância, por exemplo, incluindo um módulo de substituição de fotodiodo PRM, tendo um plugue P, uma carcaça de diodo DH e um fotodiodo de medição MD disposto nela e também incluindo um módulo de substituição de LED LED RM, tendo um LED UV e um fotodiodo de referência RD. O módulo de substituição de fotodiodo PRM e o módulo de substituição de LED LED RM podem ser configurados em uma carcaça H1 em lados opostos de um tubo de quartzo QT (por exemplo, para a definição de um percurso de cerca de 1 cm). O tubo de quartzo QT pode ser configurado para formar uma câmara de água/amostra SC, por exemplo, através da qual a água a ser amostrada passa. A título de exemplo, o plugue P do módulo de substituição de fotodiodo PRM pode ser configurado com roscas para aparafusar em roscas correspondentes formadas em parte da carcaça H1. O LED UV, o diodo de referência RD e o diodo de medição MD incluem fiação associada, todo wi rotulado, por exemplo, para a provisão de sinalização de energia e controle adequada a estes dispositivos, assim como para a provisão de sinalização medida adequada de volta dos diodos RD e MD. Um suporte de montagem MB pode ser configurado para acoplar as duas carcaças H1 e H2 juntas, como mostrado.
[0069] A figura 9 mostra uma modalidade para a detecção óptica utilizando um tubo de quartzo QT para definir o percurso óptico, por exemplo, de cerca de 1 cm. A figura 9A mostra uma placa de circuito principal MCB, amplificadores de transimpedância, o tubo de quartzo QT e a carcaça H. A figura 9B mostra o percurso do fluxo de água através do tubo de quartzo QT, fotodiodos de silício RD e MD, e filtros ópticos F, assim como o LED UV para a provisão de luz LED a 229 nm.
[0070] A figura 10 é um diagrama de um conceito de sensor capaz de ser limpo, incluindo onde um limpador central da sonda limpa através de uma célula de medição MC para mantê-la livre de bioincrustação.
[0071] A título de exemplo e visto que alguém versado na técnica apreciaria, componentes ópticos como LEDs, fotodiodos, fotodiodos de medição, fotodiodos de referência, filtros ópticos, fibra ou fibras ópticas, tubos de luz, matrizes de LED, janelas de amostragem óptica, janelas de pickoff óptica, lente de focalização, hastes de safira ou sílica fundida de grau UV, analisadores de espectro óptico são todos conhecidos na técnica e o escopo da invenção não é destinado a ser limitado a qualquer tipo ou espécie particular dos mesmos que pode ser usado aqui. O escopo da invenção é destinado a incluir o uso de tais componentes ópticos que podem ser conhecidos na técnica agora ou podem ser desenvolvidos posteriormente no futuro.
[0072] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, o aparelho também pode tomar a forma de um meio de armazenamento legível por computador tendo componentes executáveis por computador para a realização das etapas do método mencionado acima. O meio de armazenamento legível por computador também pode incluir uma ou mais das características apresentadas acima.
[0073] Este pedido se refere ao assunto descrito em um pedido de patente complementar tendo n° de série 62/305.742 (911-023.4-1//N-YSI-0034), depositado em 9 de março de 2016, intitulado "Algoritmos de Compensação do Sensor óptico de nitrato para Monitoramento de Multiparâmetros da Qualidade de Água". O algoritmo de compensação do sensor óptico de nitrato descrito no pedido complementar pode estar em conjunto com o sensor óptico de nitrato descrito no presente pedido e vice-versa.
[0074] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade exemplar, aqueles versados na técnica entenderão que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do escopo da invenção. Em adição, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial dos mesmos. Portanto, espera-se que a invenção não seja limitada à modalidade(s) particular descrita aqui como o melhor modo contemplado para realizar esta invenção.
Claims (25)
1. Sensor óptico de nitrato, caracterizado pelo fato de compreender: um LED UV profundo configurado para gerar uma luz UV centrada em 229 nm que atravessa um volume confinado de água dentro de uma região prescrita de um corpo sensor; uma combinação de fotodiodo e amplificador de transimpedância configurada para detectar uma medição de corrente (M) de uma porção de amostra de absorbância óptica UV de concentrações de nitrato dissolvidas no volume confinado de água da luz UV centrada em 229 nm, e fornecer sinalização de tensão de amplificador de transimpedância contendo informações sobre uma medição de voltagem de amplificador de transimpedância (M) da porção de amostra da absorbância óptica UV das concentrações de nitrato detectadas; uma combinação de fotodiodo de referência e amplificador de transimpedância configurada para detectar uma porção de referência da luz UV centrada em 229 nm que não atravessa o volume confinado da água e fornecer sinalização de amplificador de tensão de transimpedância de referência contendo informações sobre uma medição de tensão de amplificador de transimpedância de referência (R) de a porção de referência da luz UV que não atravessa o volume confinado da água dentro da região prescrita do corpo do sensor; e um processador de sinal ou módulo de processamento de sinal configurado para: receber a sinalização de tensão do amplificador de transimpedância e a sinalização do amplificador de tensão de transimpedância de referência; e determinar a sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água, que dependem de uma relação logarítmica entre a medição de tensão do amplificador de transimpedância (M) e a medição de tensão do amplificador de transimpedância de referência (R), com base na sinalização de tensão do amplificador de transimpedância e na transimpedância de referência sinal de amplificador de tensão recebido.
2. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador de sinal ou módulo de processamento de sinal é configurado para determinar a medição da absorbância óptica UV com base na seguinte equação: Absorbância = -log (transmitância óptica) = -log (M/a R), onde a é uma constante de proporcionalidade que pode ser ajustada para a normalização do ganho elétrico.
3. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a combinação de fotodiodo e amplificador de transimpedância compreende: um fotodiodo configurado para detectar a luz UV que é gerada pelo LED UV profundo centrado em 229 nm e atravessa o volume confinado da água dentro da região prescrita do corpo do sensor e fornecer sinalização de fotodiodo contendo informações sobre uma fotocorrente medida; e um amplificador de transimpedância configurado para receber a sinalização de fotodiodo e converter a fotocorrente medida em uma tensão medida.
4. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a combinação de fotodiodo de referência e amplificador de transimpedância compreende: um fotodiodo de referência configurado para detectar a porção da luz UV que não atravessa o volume confinado da água e fornecer sinalização de fotodiodo de referência contendo informações sobre uma fotocorrente de referência; e um amplificador de transimpedância de referência configurado para receber a sinalização de um fotodiodo de referência e converter a fotocorrente de referência em uma tensão de referência.
5. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a luz UV atravessa o volume confinado da água ao longo de um comprimento do percurso variável que depende de uma faixa de concentração de interesse para a concentração de nitrato determinada.
6. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o corpo sensor compreende uma célula variável configurada para ser adaptada com um primeiro comprimento do percurso para determinar altas concentrações de nitrato dissolvido na água, ou com um segundo comprimento de percurso para determinar baixas concentrações de nitrato dissolvidas na água, incluindo onde o primeiro percurso é mais curto que o segundo percurso.
7. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor compreende o corpo sensor configurado com um comprimento do percurso do volume confinado da água dentro da região prescrita.
8. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o corpo sensor compreende um espaçador celular configurado dentro de parte do comprimento do percurso.
9. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador de sinal ou módulo de processamento de sinal é configurado para prover a sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água.
10. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a região prescrita do corpo sensor compreende uma câmara de amostragem para conter a água.
11. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor compreende um tubo de quartzo, e a região prescrita do corpo sensor faz parte do tubo de quartzo.
12. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo sensor compreende uma sonda tendo uma câmara de amostragem para conter a água.
13. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a câmara de amostragem é uma construção de duas partes tendo uma primeira subcâmara e uma segunda subcâmara.
14. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que: a primeira subcâmara inclui uma primeira extensão de subcâmara; a segunda subcâmara inclui uma segunda extensão de subcâmara; e a primeira extensão de subcâmara e a segunda extensão de subcâmara são configuradas para formar um primeiro percurso para uma medição de alta concentração ou um segundo percurso para uma medição de baixa concentração.
15. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro percurso para a medição de alta concentração é mais curto do que o segundo percurso para a medição de baixa concentração.
16. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a primeira extensão de subcâmara e a segunda extensão de subcâmara são acopladas juntas e configuradas com uma vedação O-ring entre elas.
17. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a primeira extensão de subcâmara e a segunda extensão de subcâmara são acopladas juntas de modo deslizável.
18. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a região prescrita inclui uma câmara de amostragem; e o aparelho compreende um LED UV configurado em um lado da câmara de amostragem e uma combinação de um filtro e fotodiodo de medição configurados no outro lado da câmara de amostragem.
19. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o sensor compreende um ou mais tubos de luz, cada um configurado para canalizar luz para ou da câmara de amostragem.
20. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor compreende um módulo de substituição de fotodiodo tendo um plugue, uma carcaça de diodo e um diodo de medição disposto nele.
21. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor compreende um módulo de substituição de LED tendo um LED UV profundo, o fotodiodo, o amplificador de transimpedância, o fotodiodo de referência e o amplificador de transimpedância.
22. Sensor óptico de nitrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor é configurado para fornecer monitoramento de multiparâmetros da qualidade de água.
23. Método, caracterizado pelo fato de compreender as etapas para: gerar com um LED UV profundo uma luz UV centrada em 229 nm que atravessa um volume confinado de água dentro de uma região prescrita de um corpo sensor; configurar uma combinação de fotodiodo e amplificador de transimpedância para detectar uma medição de corrente (M) de uma porção de amostra de absorbância óptica UV de concentrações de nitrato dissolvidas no volume confinado de água da luz UV centrada em 229 nm e para fornecer sinalização de voltagem de amplificador de transimpedância contendo informação sobre uma medição de voltagem do amplificador de transimpedância (M) da porção de amostra da absorbância óptica UV das concentrações de nitrato detectadas; configurar uma combinação de fotodiodo de referência e amplificador de transimpedância para detectar uma porção de referência da luz UV centrada em 229 nm que não atravessa o volume confinado da água e para fornecer sinalização de amplificador de tensão de transimpedância de referência contendo informações sobre uma medição de tensão de amplificador de transimpedância de referência (R) da porção de referência da luz UV que não atravessa o volume confinado da água dentro da região prescrita do corpo do sensor; e recebimento em um processador de sinal ou sinalização de módulo de processamento a sinalização de tensão do amplificador de transimpedância e a sinalização do amplificador de tensão de transimpedância de referência; e determinação no processador de sinal ou sinalização de módulo de processamento correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água, com base na sinalização recebida.
24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o método compreende a provisão a partir do processador de sinal ou módulo de processamento de sinal da sinalização correspondente contendo informações sobre a concentração de nitrato dissolvido na água.
25. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o método compreende a determinação com o processador de sinal ou módulo de processamento de sinal da medição da absorbância óptica UV com base na seguinte equação: Absorbância = -log (transmitância óptica) = -log (M/a R), onde a é uma constante de proporcionalidade que pode ser ajustada para a normalização do ganho elétrico.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201662304678P | 2016-03-07 | 2016-03-07 | |
| US62/304,678 | 2016-03-07 | ||
| US201662305742P | 2016-03-09 | 2016-03-09 | |
| US62/305,742 | 2016-03-09 | ||
| PCT/US2017/021075 WO2017155936A1 (en) | 2016-03-07 | 2017-03-07 | Optical nitrate sensor for multiparameter water quality measurement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112018067880A2 BR112018067880A2 (pt) | 2019-01-08 |
| BR112018067880B1 true BR112018067880B1 (pt) | 2022-11-22 |
Family
ID=59724188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BR112018067880-5A BR112018067880B1 (pt) | 2016-03-07 | 2017-03-07 | Sensor óptico de nitrato e método para a medição de multiparâmetros da qualidade de água |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11073475B2 (pt) |
| EP (1) | EP3427019A4 (pt) |
| KR (1) | KR102273852B1 (pt) |
| CN (2) | CN109073455A (pt) |
| AU (1) | AU2017229220C1 (pt) |
| BR (1) | BR112018067880B1 (pt) |
| CA (1) | CA3016601C (pt) |
| WO (1) | WO2017155936A1 (pt) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5895967B2 (ja) * | 2014-04-18 | 2016-03-30 | 栗田工業株式会社 | 濃縮倍数測定装置、濃縮倍数測定方法、及び水質指標値測定方法 |
| US10883925B2 (en) * | 2018-09-24 | 2021-01-05 | Hf Scientific, Inc. | Spectrophotometer for use in explosive atmospheres |
| KR20230011951A (ko) * | 2020-05-20 | 2023-01-25 | 와이에스아이 인코포레이티드 | 확장된 입체각 탁도 센서 |
| CN111650141B (zh) * | 2020-07-06 | 2021-06-22 | 湖南大学 | 一种基于多波长吸光度的水质监测方法、仪器和系统 |
| CN112285047A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-01-29 | 南京大学 | 一种化学需氧量与硝态氮水质监测探头及方法 |
Family Cites Families (61)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2810117A1 (de) * | 1978-03-09 | 1979-09-13 | Interatom | Kuevette und vorrichtung zu ihrem gebrauch |
| DE2823587C3 (de) | 1978-05-30 | 1980-11-20 | H. Maihak Ag, 2000 Hamburg | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Gehalts an organisch gebundenem Kohlenstoff in stark salzhaltigem und organische Substanzen enthaltendem Wasser |
| JPS56153242A (en) | 1980-04-30 | 1981-11-27 | Fuji Electric Co Ltd | measuring device for organic pollution component contained in water |
| DE3223167C2 (de) | 1982-06-22 | 1986-06-19 | Hüls AG, 4370 Marl | Verfahren zum Untersuchen von Wasser, das zersetzungsfähige Kohlenstoff-Verbindungen enthält |
| DE3324606A1 (de) | 1983-07-08 | 1985-01-17 | Dr. Bruno Lange Gmbh, 1000 Berlin | Vorrichtung zum messen und bestimmen des nitratgehaltes von fluessigkeiten |
| US4868127A (en) | 1984-01-10 | 1989-09-19 | Anatel Corporation | Instrument for measurement of the organic carbon content of water |
| CA1273223A (en) * | 1985-06-25 | 1990-08-28 | Richard D. Mclachlan | Methods and apparatus for measuring the light absorbance of a fluid medium |
| US5244811A (en) | 1987-03-02 | 1993-09-14 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organization | Method and system for determining organic matter in an aqueous solution |
| US5132094A (en) | 1990-03-02 | 1992-07-21 | Sievers Instruments, Inc. | Method and apparatus for the determination of dissolved carbon in water |
| AU657477B2 (en) | 1990-05-28 | 1995-03-16 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Apparatus and method for determining concentration of organic carbon in high purity water |
| AU660305B2 (en) | 1991-03-19 | 1995-06-22 | Acer Consultants Limited | Organic pollutant monitor |
| GB9215741D0 (en) * | 1992-07-24 | 1992-09-09 | British Tech Group | Method and apparatus for the measurement of pollutants in liquids |
| DE59310295D1 (de) * | 1992-08-13 | 2002-08-29 | Meinrad Maechler | Spektroskopische Systeme zur Analyse von kleinen und kleinsten Substanzmengen |
| GB2282880B (en) | 1993-10-18 | 1997-07-23 | Welsh Water Enterprises Ltd | Apparatus for measuring characteristics of a liquid |
| FR2719904B1 (fr) | 1994-05-13 | 1996-07-19 | Secomam Sa | Procédé et dispositif pour la caractérisation des matières organiques, azotées et en suspension dans un liquide. |
| DE19500803A1 (de) | 1994-05-25 | 1995-12-14 | Univ Karlsruhe | Vorrichtung zur qualitativen und quantitativen Erfassung organischer Wasserinhaltsstoffe |
| FR2733319B1 (fr) | 1995-04-21 | 1997-05-23 | Air Liquide | Procede et dispositif d'analyse de traces d'impuretes dans un echantillon de gaz au moyen d'une diode laser |
| US5995209A (en) | 1995-04-27 | 1999-11-30 | Pharmacia Biotech Ab | Apparatus for continuously measuring physical and chemical parameters in a fluid flow |
| GB2312278B (en) | 1996-04-19 | 1998-03-04 | Boghos Awanes Manook | Organic and/or biological pollution monitoring of liquids based on UV/visible light absorbtion/scatter and dissolved oxygen measurements |
| WO1998003855A1 (en) | 1996-07-05 | 1998-01-29 | Sievers Instruments, Inc. | Carbon monitoring system for water treatment and purification |
| EP0938672A1 (en) | 1996-11-18 | 1999-09-01 | Tekmar Company | Liquid sample carbon analyzer |
| US6783705B1 (en) | 1997-04-11 | 2004-08-31 | Waters Investments Limited | Calibration medium for wavelength calibration of U.V. absorbance detectors and methods for calibration |
| DE19806854C2 (de) | 1998-02-19 | 2000-02-03 | Maihak Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des organischen Kohlenstoffs(TOC)-)Gehaltes in Flüssigkeiten, insbesondere Reinstwasser |
| DE19908583C2 (de) | 1998-03-05 | 2002-10-24 | Wedeco Uv Verfahrenstechnik Gm | Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der UV-Transmission fließender oder strömender Medien |
| US6444474B1 (en) | 1998-04-22 | 2002-09-03 | Eltron Research, Inc. | Microfluidic system for measurement of total organic carbon |
| DE19902396C2 (de) | 1999-01-22 | 2002-06-27 | Conducta Endress & Hauser | Anordnung zum Messen des Nitratgehalts von Flüssigkeiten |
| DE19947940C2 (de) | 1999-10-06 | 2002-06-27 | Mecotec Mes Regel Computer Tec | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an organischen Kohlenstoffverbindungen in wässrigen Medien |
| JP2001149930A (ja) | 1999-11-26 | 2001-06-05 | Dkk Toa Corp | 紫外線酸化装置 |
| US7769420B2 (en) * | 2000-05-15 | 2010-08-03 | Silver James H | Sensors for detecting substances indicative of stroke, ischemia, or myocardial infarction |
| US6451613B1 (en) | 2000-09-06 | 2002-09-17 | Anatel Corporation | Instruments for measuring the total organic carbon content of water |
| US6525330B2 (en) * | 2001-02-28 | 2003-02-25 | Home Diagnostics, Inc. | Method of strip insertion detection |
| US6562625B2 (en) * | 2001-02-28 | 2003-05-13 | Home Diagnostics, Inc. | Distinguishing test types through spectral analysis |
| DE10228929A1 (de) * | 2002-06-28 | 2004-01-15 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Anordnung zur Messung des Nitratgehaltes in Flüssigkeiten |
| US20040043499A1 (en) | 2002-08-27 | 2004-03-04 | Maria Lee-Alvarez | Dissolved carbon measurement |
| US20040130397A1 (en) * | 2003-01-06 | 2004-07-08 | Mactaggart Iain Ross | Transimpedance amplifier for photodiode |
| AU2003901589A0 (en) | 2003-04-04 | 2003-05-01 | Griffith University | Novel photoelectrichemical oxygen demand assay |
| US9131861B2 (en) | 2004-11-30 | 2015-09-15 | Academisch Medisch Centrum | Pulsed lighting imaging systems and methods |
| JP2006194775A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Shimadzu Corp | 光路長可変型セル、それを使用した吸光度測定方法、並びにそれらを使用したｃｏｄ測定方法及び装置 |
| DE102005007142A1 (de) * | 2005-02-17 | 2006-08-31 | Hach Lange Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Nitrit |
| EP1904826B1 (en) * | 2005-07-14 | 2019-02-20 | Battelle Memorial Institute | Systems and methods for biological and chemical detection |
| GB0522015D0 (en) * | 2005-10-28 | 2005-12-07 | Intellitect Water Ltd | Improvements in or relating to sensing apparatus |
| US7704457B2 (en) * | 2005-11-18 | 2010-04-27 | Patton Charles J | Automatic, field portable analyzer using discrete sample aliquots |
| WO2008089282A2 (en) * | 2007-01-16 | 2008-07-24 | Silver James H | Sensors for detecting subtances indicative of stroke, ischemia, infection or inflammation |
| EP2136205B1 (en) | 2007-03-20 | 2018-02-21 | Shimadzu Corporation | Total organic carbon measuring method |
| DE102007026717B4 (de) | 2007-06-06 | 2009-05-20 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Verfahren zur TOC-Bestimmung von Reinwasser sowie zur Steuerung der Einspeisung von Reinwasser in ein Wassersystem und zur Reinwassererzeugung |
| US7927883B2 (en) * | 2007-11-09 | 2011-04-19 | The Regents Of The University Of California | In-situ soil nitrate ion concentration sensor |
| DE102008028058B4 (de) | 2008-06-12 | 2010-05-12 | Ip-Safetyfirst Gmbh | Auslaufüberwachung von Kläranlagen |
| JP5611547B2 (ja) * | 2008-09-16 | 2014-10-22 | 紀本電子工業株式会社 | 浮遊粒子状物質測定装置およびこれを用いた浮遊粒子状物質測定方法 |
| EP2349932A1 (en) | 2008-11-05 | 2011-08-03 | Age SA | Sensor arrangement and method for water quality monitoring |
| US8144319B2 (en) * | 2009-05-07 | 2012-03-27 | Solum, Inc. | Automated soil measurement device |
| US8527038B2 (en) * | 2009-09-15 | 2013-09-03 | Sotera Wireless, Inc. | Body-worn vital sign monitor |
| WO2011089532A1 (en) | 2010-01-19 | 2011-07-28 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Detection apparatus and detection method |
| WO2011160187A1 (en) | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | An absorption probe for measuring dissolved organic carbon in an aqueous sample |
| CN102042963A (zh) | 2010-10-14 | 2011-05-04 | 长春理工大学 | 紫外光谱法污水总有机碳（toc）在线检测仪 |
| US8981314B2 (en) | 2011-02-10 | 2015-03-17 | Zaps Technologies, Inc | Method and apparatus for the optical determination of total organic carbon in aqueous streams |
| US9499853B2 (en) * | 2011-08-02 | 2016-11-22 | Colorado State University Research Foundation | Biosensing system with extended lifetime via cofactor recycling |
| US9588050B2 (en) * | 2012-02-17 | 2017-03-07 | Shimadzu Corporation | Total nitrogen measurement apparatus |
| US9829464B2 (en) * | 2012-03-15 | 2017-11-28 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Liquid sampling device for use with mobile device and methods |
| JP6159486B2 (ja) | 2014-06-12 | 2017-07-05 | アクシオン バイオシステムズ， インコーポレイテッド | 光学的刺激を有するマルチウェル微小電極アレイ |
| US9568458B2 (en) * | 2014-08-21 | 2017-02-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical sensor for fluid analysis |
| DE202015000747U1 (de) | 2015-02-02 | 2015-04-20 | Wolf-Anno Bischoff | N-Düngesteuerung mittels in-situ Nitrat-Messung, Bedarfsberechnung und N-Dosiereinheit |
-
2017
- 2017-03-07 CN CN201780025164.1A patent/CN109073455A/zh active Pending
- 2017-03-07 CN CN202310964262.9A patent/CN117054361A/zh active Pending
- 2017-03-07 AU AU2017229220A patent/AU2017229220C1/en active Active
- 2017-03-07 US US15/451,853 patent/US11073475B2/en active Active
- 2017-03-07 KR KR1020187028821A patent/KR102273852B1/ko active IP Right Grant
- 2017-03-07 CA CA3016601A patent/CA3016601C/en active Active
- 2017-03-07 EP EP17763863.2A patent/EP3427019A4/en active Pending
- 2017-03-07 BR BR112018067880-5A patent/BR112018067880B1/pt active IP Right Grant
- 2017-03-07 WO PCT/US2017/021075 patent/WO2017155936A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2017229220A1 (en) | 2018-09-27 |
| KR20180118211A (ko) | 2018-10-30 |
| AU2017229220C1 (en) | 2021-09-30 |
| CA3016601C (en) | 2021-09-14 |
| US11073475B2 (en) | 2021-07-27 |
| BR112018067880A2 (pt) | 2019-01-08 |
| EP3427019A4 (en) | 2019-10-23 |
| CN117054361A (zh) | 2023-11-14 |
| KR102273852B1 (ko) | 2021-07-06 |
| US20170254752A1 (en) | 2017-09-07 |
| CA3016601A1 (en) | 2017-09-14 |
| WO2017155936A1 (en) | 2017-09-14 |
| CN109073455A (zh) | 2018-12-21 |
| AU2017229220B2 (en) | 2021-06-24 |
| EP3427019A1 (en) | 2019-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| BR112018067880B1 (pt) | Sensor óptico de nitrato e método para a medição de multiparâmetros da qualidade de água | |
| CA3016594C (en) | Optical nitrate sensor compensation algorithm for multiparameter water quality measurement | |
| Finch et al. | A low power ultra violet spectrophotometer for measurement of nitrate in seawater: introduction, calibration and initial sea trials | |
| CN102012368B (zh) | 上转换发光颗粒多参数检测系统和方法 | |
| Johns et al. | Design and performance of a light‐emitting diode detector compatible with a commercial capillary electrophoresis instrument | |
| US9983122B1 (en) | Aqueous solution constituent analyzer | |
| CN209858408U (zh) | 水质检测设备 | |
| CN105841931A (zh) | 一种光谱响应测试系统及测试方法 | |
| CN203178181U (zh) | 流通池及光电分析装置 | |
| CN103134752B (zh) | 光电分析装置和方法 | |
| Povazhnyi | A fluorometer on the basis of powerful light emitting diodes for determination of the chlorophyll “a” concentration | |
| CN111458302A (zh) | 一种复用ccd的双光路分光光度测量系统及方法 | |
| CN212432972U (zh) | 一种复用ccd的双光路分光光度测量装置 | |
| CN214066915U (zh) | 一种在线式光学污水检测探头 | |
| CN111896320A (zh) | 水样采集装置、水质监测器 | |
| Feng et al. | An instrument for on-line chemical oxygen demand and nitrate in water monitoring | |
| Dana et al. | A new hyperspectral spherical-cavity absorption meter | |
| Fu et al. | Ultra-wide range of concentration measurement assisted by fluorescence intensity distribution imaging | |
| Papadopoulou et al. | A new turbidity meter for monitoring the quality of water | |
| Li et al. | A high-sensitivity and low-cost turbidimeter based on metal capillary cavity | |
| JPS6033392Y2 (ja) | 濁度計 | |
| CN118150492A (zh) | 一种基于光谱法的营养盐传感器结构及其控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B350 | Update of information on the portal [chapter 15.35 patent gazette] | ||
| B06W | Patent application suspended after preliminary examination (for patents with searches from other patent authorities) chapter 6.23 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 07/03/2017, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS |