BR9808788B1 - Dispositivo para a medição da fluorescência excitada por luz - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA A MEDIÇÃO DA FLUORESCÊNCIA EXCITADA POR LUZ". A invenção refere-se a um dispositivo para a medição da fluo- rescência excitada por luz em pelo menos uma camada que contém um ma- terial fluorescente, e para a sua utilização para medir os materiais fluidos os quais efetuam uma têmpera de fluorescência em pelo menos uma das ca- madas fluorescentes.

Os métodos de medição e os dispositivos de medição utilizados comumente até a data tem a desvantagem que a razão de luz fluorescente em relação à luz necessária para excitar a fluorescência é muito baixa, com o resultado que uma separação é requerida e, conseqüentemente, uma mi- niaturização, a qual é necessária para muitas aplicações, até agora não era permitido.

As soluções conhecidas adicionais não alcançam uma separa- ção satisfatória entre a luz de excitação e a luz fluorescente.

Para resolver isto, tem sido utilizado até agora um projeto ótico complicado, dispendioso o qual requer muitos elementos óticos, os quais também são dispendiosos, o resultado sendo, em particular, o surgimento de problemas com a miniaturização e a integração de processo.

As soluções conhecidas também tem a desvantagem que a de- tecção do sinal de medição avançou relativamente devagar e que mais ain- da, erros ocorreram devido à flutuação de acoplamento (flutuação de tempe- ratura, descasamento, ou devido ao acoplamento de modem), e pode ser levado em conta somente com dificuldade. A DD 106 086 descreve uma sonda de medição na qual a fluo- rescência é excitada em uma camada, a luz de excitação sendo direcionada para sobre a camada por uma única fibra ótica a qual circunda, na forma de um anel, pelo menos uma fibra ótica adicional para a luz fluorescente. A luz fluorescente pode ser medida com um detector, e o seu valor medido pode ser utilizado como uma medida do conteúdo ou da concentração de um ma- terial, como uma conseqüência de uma têmpera de fluorescência. É feita utilização para uma medição de referência de uma segunda fibra ótica a qual direciona a luz fluorescente de uma região de camada, a qual é blindada em relação ao meio de medição para sobre um segundo detector.

No entanto, não é possível com esta solução garantir uma de- terminação local concreta e precisa da intensidade de fluorescência detectá- vel sobre a superfície de camada excitada, algo que é, no entanto, também necessário para as medições precisas devido a uma excitação local impreci- samente definida ou disposição não definida, não homogênea do material fluorescente dentro da camada. Mais ainda, uma separação ótica absoluta é necessária para uma medição de referência simultânea ou para medições adicionais para outros materiais.

Em adição, a GB 2265711 A1 descreve um sensor de fibra ótica dentro do qual duas fibras óticas inclinadas a um ângulo específico uma em relação à outra são utilizadas. Neste caso, uma das fibras óticas serve ao propósito de enviar a luz, e a outra fibra ótica serve ao propósito de receber a luz refletida e direcioná-la para sobre um detector adequado. O alinhamen- to das duas fibras óticas a um ângulo uma com a outra é proposto ali de mo- do a conseguir um aumento da faixa de detecção possível de luz refletida, já que é possível conseguir uma sobreposição aumentada do cone de saída de luz com o cone de entrada de luz das duas fibras óticas. A US 3.992.631 descreve um sistema e um método para execu- tar testes imunes à fluorescência nos quais, entre outras, é feita referência à possibilidade de utilizar diferentes fibras óticas em uma disposição de feixe. É portanto o objetivo da invenção propor um dispositivo o qual possa ser de construção miniaturizada e portanto possa ser adaptado flexi- velmente a aplicações diferentes e que atinja uma precisão de medição sa- tisfatória. O dispositivo de acordo com a invenção para medir a fluores- cência excitada por luz em pelo menos uma camada que contém um materi- al fluorescente compreende essencialmente um cabeçote de medição dentro do qual pelo menos uma fonte de luz a qual emite luz de comprimento(s) de onda de excitação de fluorescência(s) na camada ou camadas, e pelo me- nos um detector o qual mede a intensidade da luz fluorescente são contidos. A luz direcionada para sobre a(s) camada(s) de modo a excitar a fluorescên- cia é direcionada para sobre a camada fluorescente via pelo menos um con- dutor ótico. Neste caso, o mesmo condutor ótico também pode direcionar a luz fluorescente sobre o detector. Uma pluralidade de camadas fluorescen- tes podem ser dispostas uma próxima da outra em um modo separado uma da outra localmente ou, se apropriado, parcialmente sobrepostas, e podem ser irradiadas em cada caso com a luz de excitação. É importante que as faces de extremidade dos condutores óticos da luz fluorescente sejam dispostas e/ou alinhadas levando em conta as a- berturas numéricas de todos os condutores óticos, de modo a conseguir uma determinação local precisa dos valores medidos. Uma possibilidade adicio- nal para conseguir este objetivo consiste em alinhar estes condutores óticos com referência a uma ou mais camadas que contenham material(is) fluores- cente(s).

Para a medição, a(s) camada(s) fluorescente(s) está/estão dis- postas sobre a extremidade ou extremidades dos condutores óticos ou sobre um suporte ou um corpo adequados, ou fazem contato com ele.

As fibras óticas são preferivelmente utilizadas como os conduto- res óticos.

Existe assim, em princípio, a possibilidade de dispor uma plurali- dade de camadas fluorescentes diferentes, e utilizando-as com uma ou mais fontes de luz diferentes as quais em cada caso emitem luz com comprimen- tos de onda os quais excitam a(s) fluorescência(s). É, portanto, possível com a ajuda de somente uma medição para detectar uma pluralidade de diferen- tes materiais fluidos os quais executam a têmpera de fluorescência dentro das diferentes camadas.

No entanto, a invenção também pode ser desenvolvida para a utilização de uma pluralidade de fibras óticas as quais direcionam diferentes tipos de luz para diferentes detectores dispostos separadamente uns dos outros.

Assim, por exemplo, a luz de uma fonte de luz pode ser direcio- nada para sobre uma camada fluorescente, dali a luz fluorescente pode ser direcionada por uma segunda fibra ótica para sobre um detector disposto dentro do cabeçote de medição, e, com o propósito de se obter um sinal de referência, a luz de excitação refletida dentro da camada pode ser direciona- da para sobre um segundo detector por uma terceira fibra ótica. A terceira, ou adicional, fibra ótica também pode ser utilizada para uma segunda luz fluorescente.

Neste caso, a camada fluorescente ou uma pluralidade de ca- madas fluorescentes as quais são preferivelmente aplicadas a um substrato que serve como suporte pode ser simplesmente conectada sobre o cabeçote de medição utilizando uma capa ou um suporte intercambiável, assim tor- nando uma simples troca possível. Neste caso, é particularmente vantajoso quando um meio de acoplamento está presente entre o substrato, ao qual a(s) camada(s) fluorescente(s) é/são aplicada(s), e as extremidades das fi- bras óticas, de modo a reduzir as perdas de luz. É favorável para várias aplicações quando pelo menos uma par- te do cabeçote de medição, e neste caso pelo menos a parte a qual contém as fibras óticas, as quais são direcionadas na direção da(s) camada(s) fluo- rescente(s), é de construção flexível, ou a parte superior do cabeçote de medição é pelo menos parcialmente curvada.

De modo a melhorar as propriedades óticas do dispositivo de acordo com a invenção, é vantajoso que um filtro e/ou um sistema ótico de lançamento seja disposto entre a fonte ou fontes de luz e as fibras óticas respectivamente atribuídas, de modo a, por um lado, evitar as perdas de luz e, por outro lado, delimitar a região de comprimento de onda da luz a qual está direcionada para sobre a respectiva camada fluorescente, de modo que os erros de medição possam ser mais ainda reduzidos. É particularmente favorável que os filtros possam ser trocados por outros os quais são ade- quados para outros comprimentos de onda, isto quer dizer para outros mate- riais fluorescentes, e conseqüentemente também outros materiais a serem detectados.

Uma disposição correspondente de desacoplamento de siste- mas óticos e/ou filtros a montante dos vários detectores age do mesmo mo- do.

No dispositivo de acordo com a invenção, no entanto, também é possível de se fazer uso de um feixe de uma pluralidade de fibras óticas, sendo possível dispor as fibras óticas individuais dentro do feixe diferente- mente de modo a ser capaz de detectar os sinais de medição ótimos de luz fluorescente, e a luz refletida da(s) fonte(s) de luz a medição de erros pode ser mais ainda minimizada. A disposição das fibras óticas individuais dentro do feixe pode ser executada neste caso na forma de um anel, em uma vari- ante, e na forma de uma estrela, em uma segunda variante.

No caso de uma disposição na forma de um anel, é possível dis- por uma próxima da outra em um modo alternado intercambiável em um anel externo fibras óticas as quais, por um lado, direcionam a luz de excitação sobre a camada fluorescente e direcionam a luz refletida ali como um sinal de referência para sobre um detector. É então possível dispor em um anel interno a ele as fibras óticas as quais direcionam a luz fluorescente para so- bre pelo menos um detector dentro do cabeçote de medição. Uma fibra ótica adicional a qual do mesmo modo direciona a luz de excitação para sobre a camada fluorescente pode então ser disposta no centro do anel.

Em uma disposição das fibras óticas individuais na forma de uma estrela, é favorável dispor no centro da estrela uma fibra ótica através da qual a luz de excitação é direcionada para sobre a camada fluorescente, e dispor uma próxima da outra na forma de uma estrela em uma intercambi- abilidade alternativa, as fibras óticas com as quais a luz de referência e a luz fluorescente são direcionadas para sobre os detectores. A disposição das respectivas fibras óticas para os vários tipos de luz pode, no entanto, também ser selecionada levando em conta a disposi- ção de diferentes camadas fluorescentes, sendo possível, por exemplo, se- lecionar uma disposição das fibras óticas na forma de um arco circular quando as camadas fluorescentes são preferivelmente construídas como ar- cos circulares e a determinação local é levada em conta.

Em outra modalidade do dispositivo de acordo com a invenção, as fibras óticas individuais não estão, no entanto, dispostas em paralelo mas, pelo menos nas suas regiões de extremidade, isto quer dizer na dire- ção da(s) camada(s) fluorescente(s), são inclinadas em ângulos específicos uma em relação a outra, de modo que, por exemplo, a luz de fluorescência - excitação é direcionada a um ângulo específico, o qual não é igual a 90°, para sobre a camada fluorescente, e está alinhada a um segundo ângulo correspondentemente alinhado pelo menos uma fibra ótica pela qual a luz de referência refletida pode entrar e ser direcionada para sobre um detector.

Uma terceira fibra ótica pode então ser disposta preferivelmente ortogonal- mente em relação à camada fluorescente através da qual a luz fluorescente alcança o detector correspondente.

Em todos estes casos, no entanto, é favorável dispor e/ou ali- nhar as fibras óticas de tal modo que para o propósito de lançar e desaco- plar a luz de excitação e fluorescente as suas faces de extremidade permi- tem uma determinação local da luz fluorescente medida, levando em conta as suas aberturas numéricas. É favorável para as aplicações específicas do dispositivo de a- cordo com a invenção quando, pelo menos na região do cabeçote de medi- ção superior, um aquecedor está presente o qual pode impedir a condensa- ção de, por exemplo, água sobre a(s) camada(s) fluorescente(s). Mais ainda, é favorável utilizar pelo menos um sensor de temperatura e um controlador ou regulador correspondente para manipular o aquecedor de acordo com as condições ambientais, isto quer dizer a temperatura ambiente e a umidade atmosférica, e por meio disto ser capaz de ajustar diferentes temperaturas prescrevíveis na região da(s) camada(s) fluorescente(s) e/ou na região do cabeçote de medição superior. O aquecedor pode neste caso ser disposto na região do cabeçote de medição superior, mas também é possível dispor os elementos de aquecimento apropriados na vizinhança imediata da(s) ca- mada(s) fluorescente(s). Uma possibilidade para isto é de montar o aquece- dor sob o substrato ao qual a(s) camada(s) fluorescente(s) está/estão apli- cada(s). O dispositivo de acordo com a invenção pode ser aperfeiçoado adicionalmente quando a região inferior do cabeçote de medição é construí- do de um modo isolado termicamente com respeito à região do cabeçote de medição aquecido superior.

Pode ser favorável para várias aplicações construir a região do cabeçote de medição superior não somente de um modo flexível mas tam- bém de um modo cônico, sozinho ou em conjunto com um projeto flexível, sendo possível afilar virtualmente até o diâmetro das fibras óticas.

Dependendo do projeto real do dispositivo de medição de acordo com a invenção, é então possível detectar pelo menos um material fluído o qual efetua uma medição quantificável específica de têmpera de fluorescên- cia dentro da camada fluorescente. É possível neste caso detectar diferentes materiais com diferentes camadas fluorescentes as quais estão dispostas uma próxima da outra. No entanto, também é possível em princípio detectar uma pluralidade de materiais direcionando uma luz de diferentes comprimen- tos de onda sobre somente uma camada fluorescente e executando a detec- ção em termos de resolução de comprimento de onda.

Apesar de um sistema de avaliação eletrônico pelo menos parci- almente integrado, o dispositivo de acordo com a invenção deve ser de uma construção pequena e flexível de modo que as mais variadas aplicações se- jam possíveis. Em particular, a construção esguia e, se apropriado, flexível da região do cabeçote de medição superior tem o efeito positivo de que o alinhamento em relação ao local de medição ou em relação a(s) camada(s) fluorescente(s) é possível de um modo simples.

Uma vantagem adicional consiste em que as fibras óticas podem ser utilizadas sem conexões rígidas, tais como os conectores óticos, com o resultado que uma troca é possível apesar de que as fibras óticas são man- tidas fixas e portanto não podem mais se mover, por meio disto sendo pos- sível evitar o ruído modal.

Se uma pluralidade de fibras óticas são utilizadas como um fei- xe, as disposições as mais variadas na extremidade do cabeçote de medi- ção na direção da(s) camada(s) fluorescente(s) podem garantir as condições de medição ótimas e reduzir o componente de luz dispersa tão bem quanto minimizar grandemente a diafonia da luz de excitação, e também é possível neste caso detectar um sinal de referência. A separação espacial e o isolamento térmico adicional da região do cabeçote de medição superior pode otimizar o controle de temperatura na região da(s) camada(s) fluorescente(s) com referência ao consumo de ener- gia, e ao aquecimento desnecessário da região inferior do cabeçote de me- dição são evitados.

Vantagens adicionais da invenção são a iluminação melhor e mais eficaz da(s) camada(s) fluorescente(s), e menos influência da luz ex- terna e dispersa. A invenção pode levar em conta uma pluralidade de concentra- ções de materiais por meio de diferentes tons fluorescentes e/ou sinais de referência. É possível que tais camadas sejam excitadas seletivamente e correspondentemente detectadas. O controle de temperatura ou o aquecimento podem ser execu- tados somente na vizinhança imediata das camadas. Não existe a necessidade de nenhum conector ótico externo o qual poderia levar a problemas de acoplamento. A miniaturização, uma massa inferior e, em adição, o acesso flexível ao meio de medição são possíveis pela separação ótica da ponta de medição e a detecção e a avaliação dos valores medidos. O dispositivo de acordo com a invenção não é somente capaz de uma construção flexível, mas também é econômico de produzir e de ope- rar, já que algumas peças também podem ser substituídas economicamente por serem trocáveis. A invenção deve ser descrita em maior detalhe abaixo utilizando as modalidades exemplares.

No desenho: Figura 1 mostra o projeto diagramático de um primeiro exemplo de um dispositivo de acordo com a invenção;

Figuras 2 2a, 2b mostram as várias disposições de feixes de fibra ótica no cabe- çote de medição superior;

Figuras 3 3a, 3b mostram três exemplos de um cabeçote de medição de acordo com a invenção, em duas vistas em cada caso;

Figura 4 mostra um primeiro exemplo de um suporte o qual pode ser montado sobre cabeçote de medição, em duas vistas;

Figura 5 mostra um segundo exemplo de um suporte o qual pode ser montado sobre cabeçote de medição, em duas vistas;

Figura 6 mostra um terceiro exemplo de um suporte o qual pode ser mon- tado sobre cabeçote de medição, em duas vistas;

Figura 7 mostra um quarto exemplo de um suporte o qual pode ser mon- tado sobre cabeçote de medição, em duas vistas;

Figura 8 mostra um quinto exemplo de um suporte o qual pode ser mon- tado sobre cabeçote de medição, em duas vistas;

Figura 9 mostra um suporte com um condutor ótico plano construído si- metricamente;

Figura 10 mostra dois suportes dispostos simetricamente;

Figura 11 mostra exemplos para lançar a luz para dentro e desacoplando-a das faces de extremidade dos suportes os quais podem ser montados sobre um cabeçote de medição;

Figura 12 mostra um sexto exemplo de um suporte o qual pode ser monta- do sobre cabeçote de medição, em duas vistas;

Figura 13 mostra um sétimo exemplo de um suporte o qual pode ser mon- tado sobre cabeçote de medição, em duas vistas;

Figura 14 mostra um oitavo exemplo de um suporte o qual pode ser mon- tado sobre cabeçote de medição, em duas vistas;

Figura 15 mostra um nono exemplo de um suporte o qual pode ser monta- do sobre cabeçote de medição, em duas vistas;

Figura 16 mostra um corpo o qual pode ser montado sobre um cabeçote de medição;

Figura 17 mostra um corpo o qual pode ser montado sobre um cabeçote de medição;

Figura 18 mostra um corpo o qual pode ser montado sobre um cabeçote de medição;

Figura 19 mostra um primeiro prendedor para as camadas fluorescentes, em três vistas;

Figura 20 mostra um segundo prendedor para as camadas fluorescentes, em três vistas;

Figura 21 mostra um cabeçote de medição para medição com resolução de comprimento de onda; e Figura 22 mostra um cabeçote de medição adicional em duas vistas. O projeto diagramático de uma primeira modalidade exemplar de um dispositivo de acordo com a invenção está representado na Figura 1.

Neste caso é mantida dentro do cabeçote de medição fechado 1 pelo menos uma fonte de luz 2 da qual a luz de excitação é direcionada para sobre uma camada fluorescente 11 via uma filtro 6, o qual é preferido tam- bém um filtro de faixa de passagem intercambiável, pela fibra ótica 3, a qual é guiada através da região do cabeçote de medição superior 17. A luz fluo- rescente da camada fluorescente 11 passa através de uma segunda fibra ótica 15 via um filtro de borda 6, possivelmente intercambiável do mesmo modo, para sobre um detector 4 com o qual a intensidade da luz fluorescen- te pode ser medida, e o detector 4 está conectado a um sistema de avalia- ção eletrônico 9. A luz refletida então passa então como um sinal de referência através de uma terceira fibra ótica 16, do mesmo modo via um filtro 8, o qual pode, novamente, ser substituível, para sobre um segundo detector 5, o qual está conectado a um segundo sistema eletrônico 10.

Neste caso, a troca dos filtros 6, 8 vantajosamente é possível por fora via as aberturas com uma trava.

Um aquecedor 12 o qual está montado em uma ponta metálica 14 de modo a melhorar a condução térmica é então fornecido na região mais superior da região do cabeçote de medição superior 17. Fixo de igual manei- ra no interior da ponta metálica com o propósito de controlar ou regular o aquecedor 12, está um sensor de temperatura 13 cujo sinal de medição é levado para um sistema de controle eletrônico o qual então influência a e- missão de calor.

Duas linhas na parte inferior do cabeçote de medição 1 indica as conexões para um sistema de avaliação eletrônico o qual pode ainda pro- cessar os sinais pré-processados dos sistemas eletrônicos 9 e 10, e mostrá- los e emiti-los. É claro, o número das fontes de luz 2 dos detectores 4 e 5 pode ser aumentada apropriadamente.

Variantes diferentes para possíveis disposições de diferentes fibras óticas são então representadas nas Figuras 2, 2a e 2b. Aqui, a repre- sentação superior na Figura 2 mostra um feixe de diferentes fibras óticas, as fibras óticas cheias 20 direcionando a luz da fonte de luz 2 para sobre a ca- mada fluorescente. As fibras óticas hachuradas 21 direcionam a luz refletida na camada como o sinal de referência sobre o detector 5, e as fibras óticas 22, 23 direcionam a luz fluorescente da camada ou camadas fluorescentes para sobre um ou mais detector(es) 4. Várias disposições de três fibras óticas estão representadas nas representações inferiores esquerda e central, as respectivas funções corres- pondendo àquelas já explicadas no caso da representação acima. Reprodu- zida na representação inferior direita está uma disposição na forma de uma estrela de fibras óticas na qual uma fibra ótica central 20 para excitar a luz e, em troca alternante ao redor da fibra ótica central 20, as fibras óticas 21 e 22 estão dispostas, sendo possível que o número das fibras óticas 21 e 22 dis- postas na forma de uma estrela para seja aumentado como convier.

Nas representações inferiores da Figura 2, mais ainda, a guia das diferentes fibras óticas 20, 21 e 22 na região do cabeçote de medição superior 17 está representada em uma forma preferida. Neste caso, as dife- rentes fibras óticas, dispostas na região externa, em particular, são construí- das em um modo inclinado de modo que é possível atingir uma iluminação melhorada da camada fluorescente, e uma redução na influência de luz ex- terna e de luz dispersa.

Os exemplos representados na Figura 2 não estão somente, no entanto, limitados a um projeto de um cabeçote de medição, de acordo com a invenção, no qual somente uma camada fluorescente é utilizada. Uma plu- ralidade de diferentes camadas fluorescente são utilizadas no cabeçote de medição de acordo com a invenção, uma determinação local das diferentes fibras óticas necessárias para a medição pode ser executada de um modo simples, com o resultado que as condições ótimas podem ser obtidas em cada caso para os vários sinais de fluorescência e de referência.

Em cada caso, as fibras óticas 22 podem, no entanto, ser dis- postas e/ou alinhadas de tal modo que, mesmo levando em conta as suas próprias aberturas numéricas e aquelas das fibras óticas 20 para a luz de excitação, as regiões definidas localmente podem ser detectadas na camada ou camadas.

Um segundo exemplo de um cabeçote de medição 1 de acordo com a invenção está representado na Figura 3, em duas vistas, da qual e- merge que um tal cabeçote de medição tem uma largura menor em relação ao seu comprimento, e portanto, em particular, oferece pré-condições de medição mais favoráveis dentro do meio que flui do que é o caso com, por exemplo, as formas circulares ou quadradas, já que as condições de fluxo, e conseqüentemente também o resultado da medição, podem ser influencia- dos negativamente por, por exemplo, turbulências a qual é produzida, razões de fluxo mais altas ou aumentos de pressão.

Os suportes trocáveis, dos quais uns poucos exemplos estão representados nas Figuras 4 a 15 a serem descritas abaixo, podem então ser montados sobre um tal cabeçote de medição 1.

Como também vai ser visto na Figura 3, as fibras óticas 3, 15, 16 podem ser dispostas em disposições de fila opostas umas às outras em pa- res, as filas sendo alinhadas paralelas ao eixo geométrico longitudinal de um tal cabeçote de medição. É possível neste caso dispor em uma fila exclusivamente as fi- bras óticas 3 para a luz de excitação, e na fila oposta exclusivamente as fi- bras óticas 15, 16 para a luz fluorescente, ou pelo menos em uma fila uma disposição alternada de fibras óticas 3 para a luz de excitação e as fibras óticas 15, 16 para a luz fluorescente.

Acomodados uma vez mais dentro do cabeçote de medição 1 estão as fontes de luz 2, os filtros preferivelmente trocáveis 6 e 8, os siste- mas de lançamento e de desacoplamento ótico 25, os detectores 4 e o sis- tema eletrônico de avaliação e controle 9 correspondente.

Também representados na Figura 3 estão os sensores de tem- peratura 13 e os elementos de aquecimento 12 os quais se projetam do so- quete superior do cabeçote de medição 1 na forma de um pino ou em outra forma adequada, de modo que eles possam ser posicionados e fixos em um modo auto-contido em conexão com os furos de retenção construídos cor- respondentemente nos suportes 30 ou nos corpos 40 (ainda a serem descri- tos).

Os suportes 30 ou corpos 40 podem ser montados sobre a su- perfície de outro modo plana do soquete por meio de um adesivo ótico.

Um cabeçote de medição 1 com um corpo 40 montado de acor- do com a Figura 16 está mostrado na representação direita na Fig. 3a. A Figura 3b mostra um exemplo de um cabeçote de medição 1 sobre o qual, novamente, um suporte 30 ou corpo 40 pode ser montado. O único ou uma pluralidade de elemento(s) de aquecimento 12 pode(m) ser circundado(s) por um material 12.1 que tem boa condutividade térmica.

Representado em duas vistas diferentes na Figura 4 está um primeiro exemplo de um suporte 30 o qual, como representado na Figura 3, pode ser montado sobre um cabeçote de medição 1, e é feito de um material oticamente transparente.

Deve ser notado aqui que, como também aplica-se nas repre- sentações de figura seguintes 5 a 13, as proporções não correspondem às reais, ao invés, para simplificar e melhorar a compreensão, a largura é re- presentada como sendo substancialmente maior do que é o caso em um projeto prático, e em que para a utilização em um meio fluido que flui a largu- ra de um tal suporte 30 é substancialmente menor em relação ao seu com- primento, com o resultado que a resistência do fluxo é mantida correspon- dentemente baixa. O suporte 30 de acordo com a Figura 4 compreende dois mem- bros 30', 30" os quais estão separados oticamente um do outro pelo menos parcialmente por uma camada interposta, preferivelmente refletiva 36.

Neste exemplo, as camadas 32 que contém os materiais fluo- rescentes são aplicadas a ambos os lados externos do suporte 30, e as su- perfícies externas remanescentes 37 são do mesmo modo construídas ou revestidas para serem refletivas. A luz de excitação é agora irradiada via as fibras óticas 3 para dentro de pelo menos uma das duas faces de extremidade dos membros 30', 30" para dentro do suporte transparente 30, e a fluorescência é excitada ali dentro das camadas 32 por reflexão múltiplas. Uma porção da luz fluores- cente é irradiada novamente para dentro do suporte 30 e, pela reflexão das superfícies externas do suporte 30, direcionadas para sobre as fibras óticas 15, 16 para a luz fluorescente pelas faces de extremidade inferiores de um ou ambos os membros 30', 30", e a intensidade da luz fluorescente é detec- tada pelos detectores 4 e, conseqüentemente, a concentração de material pode ser medida como uma conseqüência da têmpera de fluorescência.

Também é vista na representação esquerda da Figura 4 que o fato que as superfícies de limitação superiores do suporte 30 são construí- das inclinadas a um ângulo uma com a outra, o ângulo sendo selecionado tal que as condições de reflexão ótimas possam ser atingidas de acordo com os comprimentos de onda utilizados.

Representado na representação direita da Figura 4 está uma vista ortogonal ao eixo geométrico longitudinal de um tal suporte 30, da qual pode ser visto que uma pluralidade de regiões podem ser separadas otica- mente umas das outras (também possível nos exemplos seguintes) por, por exemplo, camadas refletivas 38, e as camadas diferentes 32.1, 32.2 e 32.3 são aplicadas ou construídas nas regiões. Dadas estas diferentes camadas 32.1 a 32.3, é possível utilizar um cabeçote de medição 1 de acordo com a invenção para determinar uma pluralidade de concentrações de materiais simultaneamente e/ou executar pelo menos uma medição de referência em uma destas regiões. Os mesmos números de referência são utilizados para os elementos idênticos nas figuras seguintes.

Uma variante adicional de um suporte 30 está representada na Figura 5, esta variante diferindo daquelas anteriormente descritas somente no contorno externo. O exemplo, representando na Figura 6 do mesmo modo em du- as vistas, de um suporte 30 o qual pode ser montado sobre um cabeçote de medição 1 de acordo com a invenção corresponde essencialmente a partes do suporte 30 já mencionadas na descrição da Figura 4. O único ponto é que uma cavidade que alcança todo o compri- mento do suporte 30, ou um ou mais recortes, cujas superfícies também es- tão equipadas com um revestimento refletivo 36 é/são construída(s) entre os membros 30' e 30".

Uma fixação auto-fechável sobre o cabeçote de medição 1 pode ser conseguida com esta cavidade ou com o(s) recorte(s).

Construída para este propósito sobre a superfície do cabeçote de medição 1 está uma alma longitudinal apropriada a qual pode acoplar em um modo auto-fechado na cavidade construída dentro do suporte 30, e pode prendê-lo correspondentemente.

Se um ou mais recortes forem construídos no suporte 30, os e- lementos de aquecimento 12 e os sensores de temperatura 13, ou outros, formados e contornados correspondentemente, por exemplo, elementos em forma de pino sem uma função adicional, podem, ser construídos exclusiva- mente para prender um tal suporte 30 sobre o cabeçote de medição 1, ser inseridos dentro dos recortes ou cavidades em um modo auto-fechado e se- rem mantidos ali presos apropriadamente. O suporte 30 do mesmo modo representado em duas vistas na Figura 7 difere do suporte 30 mostrado na Figura 6 novamente somente no achatamento como uma alma na região superior.

No suporte 30 representado na Figura 8, as camadas 32 que contém os materiais fluorescentes são aplicadas na região inclinada superi- or, com o resultado que elas não estão alinhadas paralelas umas às outras, mas estão inclinadas umas em relação às outras.

Um projeto particular foi selecionado no exemplo de um suporte 30 representado na Figura 9. É feito a utilização somente neste caso de um suporte 30 ao qual a(s) camadas(s) 32.1 a 32.3 que contém um ou mais ma- teriais fluorescentes são aplicadas, e, a um espaçamento dele, um condutor ótico plano 35 de outro modo construído simetricamente ambos os quais tem, acima da(s) camada(s) que contém os materiais fluorescentes, uma superfície a qual é inclinada a um ângulo e na qual tanto a luz de excitação quanto a luz fluorescente são refletidas. Neste exemplo, a luz de excitação é lançada exclusivamente para dentro da face de extremidade inferior do su- porte 30 e refletida nela, de modo que a fluorescência é excitada dentro da(s) camada(s) 32. Como as superfícies opostas do suporte 30 e do condu- tor ótico plano 35 são construídas ou revestidas de um modo refletivo so- mente na parte inferior, pelo menos uma porção da luz fluorescente pode passar por reflexão na superfície inclinada do suporte 30 para dentro do condutor ótico plano 35 e pode ser direcionada da sua face de extremidade inferior via as fibras óticas apropriadamente dispostas para sobre os detecto- res para o propósito de medir a intensidade de fluorescência. No entanto, ao invés das camadas refletivas 36, também é possível introduzir um meio de refração menos forte dentro do interespaço de um modo que produza o mesmo efeito, este estado de coisas também sendo válido para os exemplos de acordo com as Figuras 6 a 8.

Mais ainda, ao invés do condutor ótico plano 35, também é pos- sível utilizar um segundo suporte 30, de modo que uma disposição simétrica possa ser alcançada, em cujo caso então também é possível por meio disto aplicar diferentes camadas 32.

No exemplo representado na Figura 10, por contraste, por e- xemplo de acordo com a Figura 9, as camadas 32 que contêm os materiais fluorescentes são construídas ou aplicadas na região superior, inclinada dos suportes 30.

Nos suportes 30 representados na Figura 4 até a Figura 15, as camadas 32 que contêm os materiais fluorescentes podem ser aplicadas diretamente nas superfícies correspondentes dos suportes 30. Em outra va- riante, no entanto, as camadas 32 que contêm os materiais fluorescentes podem ser aplicadas antecipadamente em um substrato transparente prefe- rivelmente na forma de placa e podem ser presas subseqüentemente a ele sobre o respectivo suporte 30 no local respectivo, sendo possível para este propósito fazer o uso de conexões auto-fechantes e/ou fechadas à força que atuam mecanicamente sozinhas ou em conjunto com um agente de ligação oticamente adequado, ou por um tal agente de ligação sozinho. A Figura 11 representa as possíveis variantes da construção das faces de extremidade dos suportes 30 ou dos condutores óticos planos 35 dentro dos quais ou dos quais a luz de excitação ou a luz fluorescente pos- sam ser respectivamente lançadas ou desacopladas, estas faces de extre- midade sendo correspondentemente inclinadas em todos estes exemplos tais que a reflexão nos membros 30', 30" dos suportes 30 possa ser otimiza- da, por um lado, para a excitação da fluorescência e, por outro lado, para o alinhamento da luz fluorescente a ser medida.

Nestes casos, a parte superior do cabeçote de medição 1, sobre o qual um tal suporte 30 deve ser montado, deve ter uma forma complemen- tar de modo a evitar perdas óticas. O mesmo também se aplica aos suportes 30 dos exemplos de acordo com as Figuras 14 e 15.

As Figuras 12 e 13 mostram possibilidades adicionais de como um suporte 30 pode ser construído, somente as formas em U modificadas ligeiramente tendo sido representadas aqui como exemplo.

As Figuras 14 e 15 mostram os suportes giratoriamente simétri- cos 30 cujas partes superiores são de construção cônica, e nos quais as camadas 32.1 e 32.2 que contêm materiais fluorescentes estão dispostas ou construídas na forma de um anel circular ao redor da superfície lateral exter- na do suporte 30, se apropriado sobre um suporte adicional, construído a- propriadamente, ou diretamente sobre a superfície.

Os dois exemplos das Figuras 14 e 15 diferem somente na cons- trução do revestimento refletivo 36. Em ambos os exemplos, a luz é lançada para dentro e desacoplada do suporte 30 através das faces de extremidade rebaixadas conicamente.

Representado na Figura 16 está um corpo 40 feito de um mate- rial oticamente dispersor tal como, por exemplo, um poliéster com carga de oxido de titânio, oxido de alumínio ou oxido de zircônio, ao qual, por sua vez, as camadas 32.1 e 32.2 que contêm os materiais fluorescentes são aplica- dos diretamente ou sobre um substrato plano.

Um tal corpo 40, o qual também pode ser designado como uma placa difusora, pode ter recortes ou cavidades 42 as quais estão dimensio- nadas e dispostas de tal modo que o corpo 40 possa ser montado sobre um cabeçote de medição 1 como representado, por exemplo, na Figura 3. Neste caso, a luz de excitação é irradiada para dentro do corpo 40 pela fibra ótica 3 e distribuída ali difusamente, como um resultado da qual uma excitação uni- forme de fluorescência é conseguida dentro das camadas 32 e pelo menos uma porção da luz fluorescente é redirecionada para dentro do corpo 40, e direcionada deste para dentro das fibras óticas 16 e 15, sobre os detectores 4 com o propósito de medir a intensidade de fluorescência.

Também é possível que a luz fluorescente possa ser lançada para dentro das fibras óticas 15, 16 de uma face de extremidade da(s) ca- mada(s) 32, e pode por meio disto ser direcionada para sobre o(s) detec- tores) 4, 5.

Um tal corpo 40 pode, no entanto também consistir de um mate- rial oticamente transparente o qual é fornecido sobre as superfícies expostas com um revestimento refletível, e a superfície do corpo 40 é construída em um modo oticamente difusor na região das camadas 32 que contêm os ma- teriais fluorescentes.

Uma tampa 41 com um corpo 40, o qual pode ser construído, por sua vez, como já apresentado na descrição da Figura 16, está mostrada na Figura 17, e sobre o corpo 40, por sua vez, pelo menos uma camada 32 que contém um material fluorescente está disposta ou construída ali. Como estava representado, por exemplo, na Figura 1, a tampa 41 pode então ser montada sobre um cabeçote de medição 1, e neste caso a disposição e o alinhamento das fibras óticas 15 e 16 para a luz fluorescente deveríam ser executados para correspondem aqueles das respectivas camadas 32.1 ou 32.3.

Um exemplo adicional de um corpo 40 o qual já pode ser cons- truído, como mencionado acima, está representado na Figura 18.

Um tal corpo 40, pode, por sua vez, ser feito facilmente disponí- vel em um modo simples como uma parte intercambiável, como também é o caso para a tampa 41 de acordo com a Figura 17 e o corpo 40 de acordo com a Figura 16.

Se, como também representado na Figura 3a, o corpo 40 de a- cordo com a Figura 18 está montado sobre um cabeçote de medição 1, a luz da fonte de luz 2 passa relativamente precisamente para dentro do meio do corpo 40 e é espalhada ali difusamente e a fluorescência é excitada dentro das camadas 32.1 e 32.3 virtualmente simultaneamente. A luz fluorescente retrorrefletida para dentro do corpo 40 passa via os membros 40' e 40" do corpo 40 e as fibras óticas 15 via um sistema ótico 25 para sobre um fotode- tector 4, sendo possível que um filtro ótico 8 seja disposto a montante do último, e a avaliação dos sinais de medição sendo executada com o sistema eletrônico 9 integrado dentro do cabeçote de medição 1.

As Figuras 19 e 20 representam dois exemplos de prendedores 43 sobre o qual é possível prender as camadas 32.1 e 32.2 que contêm os materiais fluorescentes. Estas camadas 32.1 e 32.2 são aplicadas preferi- velmente em um substrato transparente plano, reto, o qual pode ser preso sobre o prendedor 43 em um modo auto-contido e/ou com um agente de ligação.

Um prendedor 43 assim preparado pode ser prontamente mon- tado e preso sobre, por exemplo, um corpo 40 o qual pode, se apropriado, ser um componente permanente de um cabeçote de medição 1, como está representado na Figura 3a.

Representado na Figura 21 está um exemplo adicional de um cabeçote de medição 1 de acordo com a invenção, sobre cuja ponta superior está disposta, por sua vez, uma camada 11 dentro da qual pelo menos um material fluorescente está contido. Disposto, por sua vez, debaixo desta ca- mada 11 está um sensor de temperatura 13 e um elemento de aquecimento 12, o objetivo sendo, se necessário, impedir a formação de condensados sobre a camada 11. A luz de excitação é mais uma vez lançada para dentro da fibra ótica 3 partindo da fonte de luz 2 via um sistema ótico 53 e um filtro inter- cambiável 6, e direcionada para sobre a camada 11. A luz fluorescente exci- tada passa via a fibra ótica 15, os sistemas óticos 52 e o filtro intercambiável 8 para dentro de um espectômetro 50, para o propósito da medição de com- primento de onda resolvido, para os diferentes detectores 54' e 54" via um optoacoplador 51.

Um exemplo adicional de um cabeçote de medição 1 de acordo com a invenção está representado na Figura 22, em duas vistas. Neste ca- so, a luz de excitação da fonte de luz 2 é lançada somente sobre um lado para dentro de um membro 30' ou 30" de um suporte 30 tal como está repre- sentado nas Figuras 4 a 15, e desacoplada novamente do respectivo outro membro 30' ou 30" ou de ambos os membros 30' e 30", e direcionada para sobre os detectores 4 de modo a determinar a intensidade da fluorescência.

Claims (20)

1. Dispositivo para medição da fluorescência excitada por luz, o qual tem pelo menos uma camada (11, 32), a qual é aplicada a um suporte (14, 30) e contém um material fluorescente, com pelo menos uma fonte de luz (2), a qual emite uma luz de pelo menos um comprimento de onda que excita a(s) fluorescência(s) na(s) camada(s) (11, 32), a qual é direcionada através do suporte (14, 30) sobre a(s) ca- mada(s) (11) por pelo menos um primeiro condutor ótico (3, 15, 16), a luz fluorescente sendo direcionada por pelo menos um segundo condutor ótico (15) sobre pelo menos um detector (4) para determinação da intensidade da luz fluorescente, caracterizado pelo fato de que as faces de extremidade de todos os condutores óticos (3, 15, 16, 20, 21, 22, 23) estão dispostas umas em relação as outras, levando em conta as suas aberturas numéricas, ou estão dispostas com referência a pelo menos uma camada (11, 32) que contém um material fluorescente, sendo aplicada ao suporte (14, 30), e o condutor ótico (20, 21,22), o qual está disposto como um feixe na forma de um anel, está disposto com um condutor ótico (20, 22) no interi- or do anel, para a luz de excitação ou para a luz fluorescente, ou uma plura- lidade de condutores óticos (3, 15, 16) opostos uns aos outros em pares dis- postos em filas, de tal modo que uma alocação da intensidade de fluorescência mensurável é alcançável, e a(s) fonte(s) de luz (2), os condutores óticos (3, 15, 16, 20, 22) e o(s) detector(es) (4, 5) são mantidos dentro de um cabeçote de medição (1).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos a parte do cabeçote de medição (17) a qual prende a(s) extremidade(s) externa(s) dos condutores óticos (3, 15, 16) é/são de construção flexível.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza- do pelo fato de que a região do cabeçote de medição superior (17) é pelo menos parcialmente curvada.

4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, ca- racterizado pelo fato de que um filtro (7, 8), um sistema de filtros trocáveis e/ou um sistema ótico de lançamento (20) está/estão dispostos em cada ca- so entre a fonte de luz (2) e o condutor ótico (3) e/ou entre o detector (4) e condutor ótico (15).

5. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, ca- racterizado pelo fato de que uma pluralidade de condutores óticos (20, 21, 22) estão dispostos na forma de um anel, um arco circular e/ou uma estrela sobre a extremidade do cabeçote de medição (17) que aponta na direção da(s) camada(s) fluorescente(s).

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os condutores óticos (20) para a luz de excitação e a luz de referência (21) ou uma luz fluorescente adicional estão dispostos em um modo alternado em um anel externo, e os condutores óticos (22) para a luz fluorescente estão dispostos em um anel interno.

7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, ca- racterizado pelo fato de que os condutores óticos (3, 15, 16, 20, 21, 22) para a luz de excitação, a luz fluorescente e a luz de referência ou uma luz fluo- rescente adicional estão inclinados em ângulos diferentes com as suas ex- tremidades apontando na direção da camada fluorescente.

8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, ca- racterizado pelo fato de que está disposto sobre a região do cabeçote de medição superior um aquecedor (12) que tem um sensor de temperatura (13) e um controlador ou regulador o qual está disposto dentro do cabeçote de medição e mantém uma temperatura predeterminável na(s) camada(s) fluorescente(s) (11) e/ou na região do cabeçote de medição superior (17).

9. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, ca- racterizado pelo fato de que o suporte (30), o qual é transparente para a luz de excitação e a luz fluorescente, tem regiões de superfície pelo menos par- cialmente polidas ou refletivas (36, 37) e/ou está circundado ali por um meio de baixo índice de refração, e está montado em um modo intercambiável sobre o cabeçote de medição (1).

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a luz de excitação é lançada para dentro do suporte (30) com a ajuda de pelo menos um condutor ótico tal que a luz de excitação é totalmente refletida pelo menos na região da camada (32), e uma reflexão total amortecida ocorre.

11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracteri- zado pelo fato de que o suporte (30) é construído de um modo alongado em um plano.

12. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o suporte (30) está subdividido ao longo do seu eixo geométrico longitudinal em uma pluralidade de regiões (30.1, 30.2, 30.3).

13. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que sobre a face de extremidade oposta a sua face de extremidade dentro da qual a luz de excitação pode ser lançada, o suporte (30) tem uma superfície angular e uma camada (32) a qual contém um material fluorescente e na qual a luz de excitação e fluorescente é refle- tida na direção de um condutor ótico plano (35) construído simetricamente em relação ao suporte (30), e a luz da sua superfície angular é direcionada para sobre uma face de extremidade disposta na outra extremidade do con- dutor ótico (35), e dali pelo menos a luz fluorescente é direcionada para so- bre um detector (4) via pelo menos um condutor ótico (15), o suporte (30) e o condutor ótico plano (35) sendo dispostos a um espaçamento um do outro e/ou sendo oticamente separados tão distante quanto para dentro da região das superfícies angulares.

14. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que o suporte (30) é de uma construção em forma de U, os dois membros (30', 30") estão dispostos pelo menos parcialmente espaçados e/ou estão oticamente separados um do outro, e a luz de excita- ção pode ser lançada para dentro de uma face de extremidade de um mem- bro (30') via pelo menos um condutor ótico, e pelo menos a luz fluorescente pode ser desacoplada via a face de extremidade do outro membro (30") para dentro de pelo menos um condutor ótico adicional.

15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que os dois membros (30', 30") do suporte em forma de U (30) estão conectados na forma de um arco, uma cunha ou um cone, ou por meio de uma alma angular (30'").

16. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que os elementos de aquecimento (12) e/ou ou sensores de temperatura (13) são integrados ou podem ser introduzidos dentro do suporte (30).

17. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que entre um condutor ótico para a luz de fluores- cência - excitação e uma camada (32) que contém material fluorescente, um corpo transparente (40) feito de um material oticamente difusor está dispos- to, ou uma superfície difusora que aponta para a camada (32) é construída ou disposta sobre o corpo (40).

18. Dispositivo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o corpo (40) é formado de um material oticamente transpa- rente o qual contém partículas difusoras de luz e/ou é seletor de comprimen- to de onda.

19. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que pelo menos um condutor ótico (16) adicional direciona a luz refletida para sobre um detector (5) adicional para detectar um sinal de referência.

20. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que a região aquecida superior é isolada termica- mente com respeito à região inferior, na qual a(s) fonte(s) de luz (2) e o(s) detector(es) (4, 5) encontram-se fixos.