CH711093A2 - Optical detection of various substances and their concentrations in a liquid or gaseous medium. - Google Patents
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Abstract
Das Verfahren und die entsprechende Vorrichtung betreffend einer Detektionsvorrichtung für Verunreinigungen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium. Diese beruht auf einem ATR-Sensor (3), dem die Strahlung einer Strahlungsquelle (1) zugeführt wird. Die Strahlung kann durch eine externe Modulationsvorrichtung (2) oder intern durch Steuerung des Stromes moduliert werden. Der ATR-Sensor (3), in den intensitätsmodulierte Strahlung eingekoppelt wird, besteht aus einer vornehmlich 180-Grad-Biegung, einer Spirale, einer Spule oder einer Wellenstruktur eines mehrfach gebogenen optischen Wellenleiters mit Krümmungen (4´´´) wie in Fig. 4 , an der sich flüssige oder feste Adsorbate (8) anlagern können. Der optische Wellenleiter kann teilweise mit einem Mantel (4, 4´) versehen sein. Eine Vorrichtung (9´´´) kann vorhanden sein, welche es erlaubt, den Radius der Biegung, der Spirale, oder den Krümmungen der Wellenstruktur zu verändern. Dies kann auch eine periodische Veränderung sein, was zu einer Modulation der Strahlungsauskopplung aus dem optischen Wellenleiter führt. Die aus der ATR-Sonde auslaufende Strahlung wird dem Strahlungsdetektor (7), insbesondere einem pyroelektrischen Detektor, zugeführt, dem ein Monochromator (6), vornehmlich in Form eines abstimmbaren Fabry-Perot-Filters, vorgeschaltet ist.The method and the corresponding device relating to a detection device for impurities in a liquid or gaseous medium. This is based on an ATR sensor (3), to which the radiation of a radiation source (1) is supplied. The radiation may be modulated by an external modulation device (2) or internally by controlling the current. The ATR sensor (3), into which intensity-modulated radiation is coupled, consists of a predominantly 180-degree bend, a spiral, a coil or a wave structure of a multiply bent optical waveguide with curvatures (4 '' ') as shown in FIG. 4, at which liquid or solid adsorbates (8) can attach. The optical waveguide may be partially provided with a jacket (4, 4 '). A device (9 '' ') may be present, which allows to change the radius of the bend, the spiral, or the curvatures of the wave structure. This may also be a periodic change, resulting in a modulation of the radiation extraction from the optical waveguide. The expired from the ATR probe radiation is the radiation detector (7), in particular a pyroelectric detector, fed to which a monochromator (6), primarily in the form of a tunable Fabry-Perot filter, is connected upstream.
Description
Einleitungintroduction
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die entsprechende Vorrichtung zur optischen Deterktion von Stoffgemischen und der Konzentrationen von einzelnen Stoffen. Dies können Stoffgemische in einem pharmazeutischen Prozess, wie beispielsweise eines Bioreaktors, sein, oder sie können zur Bestimmung des Verunreinigungsgrades eines flüssigen oder gasförmigen Reinigungsmediums dienen. In einem Bioreaktorprozess ist es von grossem Nutzen, wenn die Edukte, Zwischenprodukte und/oder Endprodukte in einem Prozessverfahren gemessen werden können. Somit kann eine Echtzeit-Regelung des Prozessverfahrens durchgeführt werden und damit Prozessoptimierungen vorgenommen werden, welche die Produktqualität steigern und/oder Prozessverluste und Prozesskosten vermindern. Da von vielen Stoffen die Infrarotspektren bekannt und bei geeigneter Eichung auch absolute Konzentrationen messbar sind, kann mit geeigneten Signalverarbeitungsalgorithmen eine Trennung der einzelnen Substanzen und die Bestimmung deren Konzentrationen erreicht werden. Insbesondere ist das Prinzip von grossem Nutzen, in einem Waschprozess um den Verunreinigungsgrad des flüssigen oder gasförmigen Reinigungsmediums zu bestimmen, da anhand dieser Verunreinigung des Mediums der Zustand des Waschgutes beurteilt werden kann. Das bedeutet einerseits, dass der Waschprozess vorzeitig abgebrochen werden kann, oder andererseits in einem folgenden Waschprozess Reinigungsmittel, insbesondere Detergenzien, zusätzlich beigefügt, respektive reduziert, werden können. Beim Waschgut kann es sich um Textilien, Geschirr, oder technische Komponenten handeln. The invention relates to a method and the corresponding apparatus for the optical Deterktion of mixtures and the concentrations of individual substances. These may be mixtures of substances in a pharmaceutical process, such as a bioreactor, or they may be used to determine the level of contamination of a liquid or gaseous cleaning medium. In a bioreactor process, it is of great benefit if the reactants, intermediates and / or end products can be measured in a process process. Thus, a real-time control of the process method can be carried out and thus process optimizations are carried out, which increase the product quality and / or reduce process losses and process costs. Since the infrared spectra of many substances are known and with suitable calibration also absolute concentrations can be measured, a separation of the individual substances and the determination of their concentrations can be achieved with suitable signal processing algorithms. In particular, the principle is of great use in a washing process to determine the degree of contamination of the liquid or gaseous cleaning medium, as based on this contamination of the medium, the state of the laundry can be assessed. On the one hand, this means that the washing process can be stopped prematurely, or, on the other hand, in a subsequent washing process, cleaning agents, in particular detergents, can additionally be added or reduced. The laundry may be textiles, crockery, or technical components.
[0002] Bei allen Arten von Prozesskontrolle ist es äusserst hilfreich die Konzentrationen und Gemischsubstanzen zu kennen, insbesondere auch bei Prozessverfahren, die in einem Bioreaktor oder einem Waschprozess stattfinden. In all types of process control, it is extremely helpful to know the concentrations and mixture substances, especially in process processes that take place in a bioreactor or a washing process.
[0003] Optische Methoden, insbesondere die Infrarotspektroskopie im nahen und im mittleren Spektralbereich, gegebenenfalls auch im fernen Infrarot, eignen sich zur Beurteilung des Verunreinigungsgrades eines Reinigungs-Mediums, da in Frage kommende Verunreinigungen sehr spezifisch Strahlung absorbieren. Zusätzlich erlauben solche Methoden in-situ-Untersuchungen des flüssigen Mediums. Optical methods, in particular the infrared spectroscopy in the near and medium spectral range, possibly also in the far infrared, are suitable for assessing the degree of contamination of a cleaning medium, since impurities which can be absorbed very specifically absorb radiation. In addition, such methods allow in situ investigations of the liquid medium.
[0004] Ein Problem kann das Spektrum des Reinigungsmediums selbst darstellen. Sehr gravierend ist die Situation, wenn als Reinigungsmedium Wasser verwendet wird, da Wasser im nahen und mittleren Infrarotbereich sehr starke Absorptionen aufweist. Diese Wasserabsorptionen machen es fast unmöglich, in wässrigen Umgebung Infrarotmessungen durchzuführen. A problem may be the spectrum of the cleaning medium itself. The situation is very serious when water is used as the cleaning medium, since water has very strong absorptions in the near and middle infrared range. These water absorptions make it almost impossible to perform infrared measurements in aqueous environments.
[0005] Es ist allerdings festzuhalten, dass die sogenannte ATR-Technik es erlaubt, im Wasser suspendierte oder gelöste Stoffe zu detektieren. ATR steht für Attenuated Total Reflection. Flüssige oder festkörperförmige Anlagerungen (Adsorbate) an einer total reflektieren Oberfläche stören die Totalreflexion in jenem Spektralbereich, wo das Adsorbat Strahlung absorbiert. Diese Störungen bewirken, dass die Transmission durch die totalreflektierende ATR-Sonde reduziert wird. Die total-reflektierende ATR-Sonde kann ein Kristall sein, oder ein optischer Wellenleiter. Durch geeignete Wahl des Brechungsindexes und des Einfallwinkels in den Kristall kann erreicht werden, dass der Strahl knapp total-reflektierend durch den Kristall verläuft. In diesem Falle reagiert die transmittierte Strahlung sehr empfindlich auf das Adsorbat. Nebst mit Kristallen, können auch mit optischen Wellenleitern ATR-Sonden realisiert werden. Bekanntlich besteht ein optische Wellenleiter aus einen Kern (Core), der von einer Schicht mit etwas erhöhtem Brechungsindex (Ciading) umgeben ist. Diese Anordnung erlaubt, dass der optische Strahl für kleine Strahleinfallswinkel in den optischen Wellenleiter in demselben geführt wird (interne Totalreflexion). In einer Biegung des Wellenleiters kann die Bedingung für die interne Totalreflexion verletzt werden. Es findet eine teilweise Auskopplung der Strahlung aus dem Wellenleiter statt. In dieser Situation der teilweisen Verletzung der internen Totalreflexion ist der optische Wellenleiter empfindlich gegenüber Anlagerungen (Adsorbaten). Die Stärke dieser Verletzung der internen Totalreflexion hängt von der lokalen Krümmung des Wellenreiters ab und kann modeliert werden durch beispielsweise mechanische Änderung der Krümmung. Diese mechanische Änderung kann periodisch ausgeführt sein, oder so eingestellt werden, dass für die spezifischen Substanzen und die Anordnung, die geeignetste Krümmung für die Messung verwendet werden kann. Optische Wellenleiter sind in der Regel von einem schützenden Mantel umgeben. In der ATR-empfindlichen Region des Wellenleiters muss auf diese Ummantelung verzichtet werden. ATR Sonden basierend auf Wellenleitern, haben oft den Vorteil, preislich viel günstiger zu sein gegenüber solchen mit Kristallen, insbesondere solchen welche Diamanten benutzen. It should be noted, however, that the so-called ATR technique makes it possible to detect suspended or dissolved substances in the water. ATR stands for Attenuated Total Reflection. Liquid or solid deposits (adsorbates) on a totally reflecting surface disturb the total reflection in the spectral region where the adsorbate absorbs radiation. These perturbations cause the transmission through the totally reflecting ATR probe to be reduced. The totally-reflecting ATR probe may be a crystal or an optical waveguide. By a suitable choice of the refractive index and the angle of incidence in the crystal can be achieved that the beam passes almost totally reflecting through the crystal. In this case, the transmitted radiation is very sensitive to the adsorbate. In addition to crystals, ATR probes can also be realized with optical waveguides. As is well known, an optical waveguide consists of a core surrounded by a layer of somewhat increased refractive index (ciadation). This arrangement allows the optical beam to be guided into the optical waveguide in the same for small beam incidence angles (total internal reflection). In a bend of the waveguide, the condition for the total internal reflection can be violated. There is a partial decoupling of the radiation from the waveguide. In this situation of partial violation of total internal reflection, the optical waveguide is sensitive to adsorbates. The magnitude of this total internal reflection violation depends on the local curvature of the rider and can be modeled by, for example, mechanically changing the curvature. This mechanical change may be periodic, or adjusted so that, for the specific substances and the arrangement, the most suitable curvature can be used for the measurement. Optical waveguides are usually surrounded by a protective sheath. In the ATR-sensitive region of the waveguide must be dispensed with this sheathing. Waveguide based ATR probes often have the advantage of being much cheaper in price compared to those with crystals, especially those using diamonds.
[0006] Die aus dem optischen Wellenleiter austretende Strahlung wird einem optischen Detektor zugeführt. Prinzipiell spielt es keine Rolle welche Art von Detektor verwendet wird; Verwendung finden Thermopiles, welche auf dem Seebeck Effekt beruhen, pyroelektrische Detektoren, welche auf der Wärmempfindlichkeit von Kristallstrukturen beruhen (eine Ladungsverschiebung und somit eine elektrische Spannung erzeugen), oder galvanomagnetische Sensoren, welche mit Halbleiter-Bandlücken arbeiten. Pyroelektrische Detektoren eignen sich zur Detektion der Strahlung im nahen und mittleren IR-Bereich, wo die meisten chemischen Substanzen sehr selektiv und stark absorbieren. Während viele der bekannten IR-Sensoren zur Verminderung des Rauschens nur gekühlt (unter –20 °C) benutzbar sind, können pyroelektrische Detektoren bei Raumtemperatur betrieben werden. Die Detektion mittels pyroelektrischen Detektoren beruht auf einem rein thermischen Vorgang. Dadurch ist die Lichtempfindlichkeit – etwa gegenüber gekühlten IR-Dioden – gering und die Elemente können nur bei niedriger Frequenz betrieben werden. Da aber der Aufwand für die Kühlung wegfällt, lassen sich mit pyroelektrischen Detektoren ein sehr preisgünstiges IR-Spektrometer realisieren. The emerging from the optical waveguide radiation is fed to an optical detector. In principle it does not matter which type of detector is used; Thermopiles based on the Seebeck effect are used, pyroelectric detectors, which rely on the thermal sensitivity of crystal structures (a charge shift and thus generate an electrical voltage), or galvanomagnetic sensors, which work with semiconductor band gaps. Pyroelectric detectors are suitable for detecting near and mid IR radiation, where most chemical substances absorb very selectively and strongly. While many of the known IR sensors are only cooled (below -20 ° C) to reduce noise, pyroelectric detectors can be operated at room temperature. The detection by means of pyroelectric detectors is based on a purely thermal process. As a result, the sensitivity to light - for example compared to cooled IR diodes - is low and the elements can only be operated at low frequency. But since the cost of cooling is eliminated, can be realized with pyroelectric detectors, a very low-cost IR spectrometer.
[0007] Die Selektivität des Nachweises des Adsorbats kann erreicht werden, indem monochromatische Strahlung bei anwendungsspezifischen Frequenzen verwendet wird. Es kann natürlich auch eine breitbandige und/oder speziell polarisierte Strahlung verwendet werden, um parallele Messungen zu ermöglichen. Auch könnte ein Interferometer zur Spektralbestimmung verwendent werden, hat aber den kommerziellen Nachteil eines viel höheren Preises als Monochromatoren. Als Monochromatoren können Interferenz-Filter, Kristalle, optische Gitter oder Fabry-Perot-Filter in Frage kommen. Bei Kristallen und Gittern kann die Abstimmung auf eine gewünschte optische Frequenz durch eine Verdrehung des Kristalls, respektive des Gitters, gegenüber dem einlaufenden Strahl erreicht werden, beim Fabry-Perot-Filter durch Änderung des Abstandes der Filterplatten. Neuerdings existieren pyroelektrische Detektoren, welche mit einem Fabry-Perot-Filter versehen sind, welches letzteres elektrostatisch abgestimmt werden kann. The selectivity of detection of the adsorbate can be achieved by using monochromatic radiation at application specific frequencies. Of course, broadband and / or specially polarized radiation may also be used to allow parallel measurements. Also, an interferometer could be used for spectral determination but has the commercial disadvantage of a much higher price than monochromators. Monochromators may be interference filters, crystals, optical gratings or Fabry-Perot filters. In the case of crystals and gratings, the tuning to a desired optical frequency can be achieved by twisting the crystal or the grating relative to the incoming beam, in the case of the Fabry-Perot filter by changing the spacing of the filter plates. Recently exist pyroelectric detectors, which are provided with a Fabry-Perot filter, which latter can be electrostatically matched.
[0008] Um absolute Konzentrationen zu bestimmen oder um Alterungsprozesse des Sensors zu kompensieren, kann eine differenzielle Messung durchgeführt werden. Dabei kann man mit einer oder mehreren Referenzlösungen eines gewünschten Stoffgemisches Referenzspektra erzeugt werden. Eine Eichung kann mit signalanalytischen Algorithmen erreicht werden. Bei einem Waschprozess kann eine differenzielle Messung beispielsweise am Anfang des Waschprozesses stattfinden, bei welchem nur das eigentliche Waschmedium ohne Zusätze durch den Sensor geleitet wird, und man so ein Referenzspektrum erhalten kann. Je nach Anordnung können solche Referenzmessungen auch mit Zusätzen (z.B. Waschdetergenzien) oder während des Waschprozesses gemacht werden, indem man einen speziellen Sensorspühlzyklus einbaut. Somit können schleichende Sensorabweichungen und Sensoralterungs- oder andere Sensorkompensationen einfach durchgeführt werden. In order to determine absolute concentrations or to compensate for aging processes of the sensor, a differential measurement can be performed. In this case one can generate reference spectra with one or more reference solutions of a desired substance mixture. A calibration can be achieved with signal-analytical algorithms. In a washing process, a differential measurement, for example, take place at the beginning of the washing process, in which only the actual washing medium is passed through the sensor without additives, and you can get a reference spectrum. Depending on the arrangement, such reference measurements can also be made with additives (e.g., detergent detergents) or during the washing process by incorporating a special sensor scavenging cycle. Thus, creeping sensor deviations and sensor aging or other sensor compensations can be easily performed.
Aufgabenstellungtask
[0009] Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu beschreiben, um Stoffgemische und die Konzentrationen dieser Stoffe zu ermitteln, insbesondere für Konzentrationen von Substanzen in Gemischen in einem Bioreaktor und für den Nachweis des Verunreinigungsgrades eines flüssigen oder gasförmigen Reinigungs-Mediums. The object of the invention is to describe a method and a corresponding device to determine mixtures and the concentrations of these substances, in particular for concentrations of substances in mixtures in a bioreactor and for the detection of the degree of contamination of a liquid or gaseous cleaning medium ,
[0010] Die Aufgabe wird nach dem in Anspruch 1 vorgestellten Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung gemäss Anspruch 5 gelöst. The object is achieved by the method presented in claim 1 and the corresponding device according to claim 5.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
[0011] Die Erfindung soll anhand folgender Zeichnungen erläutert werden: <tb>Fig. 1<SEP>ist eine Darstellung einer Detektionsvorrichtung für Verunreinigungen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium, bestehend aus einer Strahlungsquelle (1), einer Modulationsvorrichtung (2), einem als ATR-Sonde (3) dienender optischer Wellenleiter mit kritisch gekrümmten Biegungen (4), der mindestens in der Biegung (4) nicht von einem Mantel (5, 5 ́) umgeben ist, einem abstimmbaren Monochromator (6) und einem Strahlungssensor (7). Der Radius der Biegung (4), wo sich Adsorbate (8) anlagern können, ist durch eine mechanische Vorrichtung (9) periodisch veränderbar oder sie kann in eine fixe Position gebracht werden. <tb>Fig. 2<SEP>zeigt eine analoge Darstellung zu Fig. 1 , wobei die ATR-Sonde (3 ́) als Spirale (4 ́) ausgebildet ist und der Radius der Spirale durch eine mechanische Vorrichtung (9 ́) periodisch verändert oder in eine fixe Position gebracht werden kann. <tb>Fig. 3<SEP>veranschaulicht den Aufbau der ATR-Sonde (3 ́ ́), die als Spule (4 ́ ́) ausgebildet ist und auf einem Spulenkörper (10) aufgewickelt ist und der Radius der Spule (4 ́ ́) durch eine mechanische Vorrichtung (9 ́ ́) periodisch verändert oder in eine fixe Position gebracht werden kann. <tb>Fig. 4<SEP>zeigt eine ATR-Sonde (3 ́ ́ ́) mit einer Pantograf-ähnlichen Parallelverschiebe-Vorrichtung mit Antrieb (9 ́ ́ ́), Scharnieren (11, 11 ́), Pantograf-Halterung (13) und Wellenleiterhalterungen (12) versehen ist, welche bewirkt dass die kritischen Krümmungsradien des Wellenleiters periodisch verändert oder in eine fixe Position gebracht werden können.The invention will be explained with reference to the following drawings: <Tb> FIG. 1 <SEP> is a representation of a detection device for impurities in a liquid or gaseous medium, consisting of a radiation source (1), a modulation device (2), as an ATR probe (3) optical waveguide with critically curved bends (4) at least in the bend (4) is not surrounded by a jacket (5, 5), a tunable monochromator (6) and a radiation sensor (7). The radius of the bend (4), where Adsorbate (8) can attach, is periodically changed by a mechanical device (9) or it can be brought into a fixed position. <Tb> FIG. 2 <SEP> shows an analogous representation to FIG. 1, wherein the ATR probe (3) is designed as a spiral (4) and the radius of the spiral is changed periodically by a mechanical device (9) or into a fixed position can be brought. <Tb> FIG. 3 <SEP> illustrates the structure of the ATR probe (3), which is formed as a coil (4) and wound on a bobbin (10) and the radius of the coil (4) by a mechanical device (9) can be changed periodically or brought into a fixed position. <Tb> FIG. 4 shows an ATR probe (3) with a pantograph-like parallel displacement device with drive (9), hinges (11, 11), pantograph mount (13) and waveguide mounts (12 ), which causes the critical radii of curvature of the waveguide to be periodically changed or brought into a fixed position.
[0012] Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Detektionsvorrichtung für Verunreinigungen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium, beruhend auf einer ATR-Sonde. Eine Strahlungsquelle 1 steht in Verbindung mit einer Modulationsvorrichtung 2. Die Strahlungsquelle 1 kann beispielswese eine UV-Quelle, eine LED, oder ein thermischer Strahler sein. Damit steht ultraviolette, sichtbare, nah-infrarote, mittel-infrarote oder fern-infrarote Strahlung zur Verfügung, wobei aber die nahen und mittleren Infrarot-Bereiche die grösste Bedeutung haben. Die periodische Modulation der Strahlungsintensität kann mit einer externen Modulationsvorrichtung 2, etwa in Form einer rotierende Sektorscheibe, einer elektronischen Blende, et cetera, vorgenommen werden, oder strahlungsquellen-intern über die Modulation des Stromes, der die Strahlungsquelle 1 betreibt. Fig. 1 shows the basic structure of a detection device for contaminants in a liquid or gaseous medium, based on an ATR probe. A radiation source 1 is in communication with a modulation device 2. The radiation source 1 can be, for example, a UV source, an LED, or a thermal radiator. Thus, ultraviolet, visible, near-infrared, medium-infrared or far-infrared radiation is available, but the near and mid-infrared regions are the most important. The periodic modulation of the radiation intensity can be carried out with an external modulation device 2, for example in the form of a rotating sector disk, an electronic shutter, et cetera, or inside the radiation source via the modulation of the current which operates the radiation source 1.
[0013] Die intensitätsmodulierte Strahlung der Strahlungsquelle 1 wird in eine ATR-Sonde 3 eingekoppelt. Diese besteht im vorliegenden Fall aus einer – vornehmlich 180-Grad-Biegung 4 in einem Teil eines optischen Wellenleiters, der gegebenenfalls teilweise von einem Mantel 5, 5 ́ umgeben ist. In mindestens einem Teil des optischen Wellenleiters mit der Biegung 4 ist kein Mantel 5,5 ́ vorhanden. Dort besteht eine Empfindlichkeit gegenüber flüssigen oder festen angelagerten Adsorbaten 8. Eine Vorrichtung 9 ist vorhanden, welche es erlaubt, den Radius der Biegung 4 des optischen Wellenleiters periodisch zu verändern, was zu einer Modulation der Strahlungsauskopplung aus dem optischen Wellenleiter führt und somit zu einer Modulation der Empfindlichkeit gegenüber Adsorbaten 8. Die Vorrichtung 9 kann auch dazu dienen, den Krümmungsradius der Biegung 4 in eine geeignete fixe Position zu bringen. The intensity-modulated radiation of the radiation source 1 is coupled into an ATR probe 3. This consists in the present case of a - mainly 180-degree bend 4 in a part of an optical waveguide, which may be partially surrounded by a jacket 5, 5. In at least part of the optical waveguide with the bend 4, no cladding 5, 5 is present. There is a sensitivity to liquid or solid adsorbed adsorbent 8. A device 9 is provided, which allows to change the radius of the bend 4 of the optical waveguide periodically, resulting in a modulation of the radiation extraction from the optical waveguide and thus to a modulation The sensitivity to adsorbates 8. The device 9 can also serve to bring the radius of curvature of the bend 4 in a suitable fixed position.
[0014] Die aus der ATR-Sonde 3 auslaufende Strahlung wird dem Strahlungsdetektor 7, insbesondere einem pyroelektrischen Detektor, zugeführt, dem gegebenenfalls ein Monochromator 6 vorgeschaltet ist, der zu einer Monochromatisierung der Strahlung führt. Grundsätzlich kann der Monochromator 6 auch vor der ATR-Sonde 3 in den Strahl eingefügt sein. Besondere Beachtung gilt der Kombination eines pyroelektrischen Detektors 7 mit einem elektrostatisch abstimmbaren Fabry-Perot-Filter 6. The expiring from the ATR probe 3 radiation is the radiation detector 7, in particular a pyroelectric detector supplied, which optionally a monochromator 6 is connected upstream, which leads to a monochromatization of the radiation. In principle, the monochromator 6 can also be inserted in front of the ATR probe 3 into the beam. Particular attention is paid to the combination of a pyroelectric detector 7 with an electrostatically tunable Fabry-Perot filter 6.
[0015] Fig. 2 zeigt ebenfalls den prinzipiellen Aufbau einer Detektionsvorrichtung für Verunreinigungen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium, wobei die ATR-Sonde 3 aber nicht aus einer Biegung 4 eines optischen Wellenleiters, sondern aus einer Spirale 4 ́ mit mindestens einer Windung besteht. Die Zuleitungen zur Spirale können von mindestens einem Mantel 5, 5 ́ umgeben sein. Mindestens ein Teil der Spirale ist nicht mit einem Mantel versehen, sodass ein Adsorbat 8, in fester oder flüssiger Form, detektiert werden kann. Eine Vorrichtung 9 ́ kann vorhanden sein, welche es erlaubt, den Radius der Spirale 3 ́ des optischen Wellenleiters periodisch zu verändern, was zu einer Modulation der Strahlungsauskopplung aus dem optischen Wellenleiter führt. Die Vorrichtung 9» kann auch dazu dienen, den Krümmungsradius der Biegung 4 ́ in eine geeignete fixe Position zu bringen. Fig. 2 also shows the basic structure of a detection device for impurities in a liquid or gaseous medium, wherein the ATR probe 3 but not from a bend 4 of an optical waveguide, but consists of a spiral 4 with at least one turn. The supply lines to the spiral can be surrounded by at least one jacket 5, 5. At least a part of the spiral is not provided with a jacket, so that an adsorbate 8, in solid or liquid form, can be detected. A device 9 may be provided which allows the radius of the spiral 3 of the optical waveguide to be changed periodically, resulting in a modulation of the radiation extraction from the optical waveguide. The device 9 can also serve to bring the radius of curvature of the bend 4 in a suitable fixed position.
[0016] Fig. 3 zeigt weiter den prinzipiellen Aufbau einer Detektionsvorrichtung für Verunreinigungen in einem flüssigen Mediums, wobei die ATR-Sonde aber nicht aus einer Biegung 4 eines optischen Wellenleiters oder einer Spirale 4 ́, sondern aus einer Spule 4 ́ mit mindestens einer Windung besteht. Die Zuleitungen zur Spirale können von einem Mantel 5, 5 ́ umgeben sein. Mindestens ein Teil der Spule ist nicht mit einem Mantel versehen, sodass Adsorbate 8 detektiert werden können. Der spulenförmige optische Wellenleiter kann auf einem Spulenkörper 10 aufgewickelt sein. Eine Vorrichtung 9 ́ ́ kann vorhanden sein, welche es erlaubt, den Radius des optischen Wellenleiters periodisch zu verändern, was zu einer Modulation der Strahlungsauskopplung aus dem optischen Wellenleiter führt oder den Radius der Biegung 4 ́ ́ in eine gewünschte fixe Position zu bringen. Fig. 3 further shows the basic structure of a detection device for impurities in a liquid medium, wherein the ATR probe but not from a bend 4 of an optical waveguide or a spiral 4, but from a coil 4 with at least one turn consists. The supply lines to the spiral can be surrounded by a jacket 5, 5. At least a part of the coil is not provided with a jacket, so Adsorbate 8 can be detected. The coil-shaped optical waveguide can be wound on a bobbin 10. A device 9 may be provided which allows the radius of the optical waveguide to be changed periodically resulting in a modulation of the radiation output from the optical waveguide or to bring the radius of the bend 4 into a desired fixed position.
[0017] Fig. 4 zeigt eine ATR-Sonde 3 ́ ́ ́ in Form eines wellenförmig gebogenen und krümmungsmodulierbareren Wellenleiters, mittels Wellenleiter-Halterungen (12) welche Teil der pantografischen Parallelführung sind, bestehend aus Pantograf-Halterung (13) und den beweglichen und fixen Scharnieren (11, 11 ́) ist. Diese Form zeichnet sich durch Einfachheit der Herstellung, guter Reinigungsmöglichkeiten und einfache Messungen an mehreren Stellen aus. Die Anzahl N rhombenförmiger Elemente der pantographisehen Parallelführung kann je nach Anwendung gewählt werden um 2(2N-1) kritische Krümmungsbereiche zu erhalten. Adsorbate (8) an kritischen Krümmungstellen beeinflussen die Lichtauskopplung gemäss ATR Messungsprinzip. Die Vorrichtung 9 ́ ́ ́ kann auch dazu dienen den Krümmungsradien der Biegungen in eine geeignete fixe Position zu bringen. Fig. 4 shows an ATR probe 3 in the form of a wavy curved and curvature modulatable waveguide, by means of waveguide holders (12) which are part of the pantographic parallel guide, consisting of pantograph holder (13) and the movable and fixed hinges (11, 11). This form is characterized by simplicity of manufacture, good cleaning possibilities and simple measurements in several places. Depending on the application, the number of rhombic elements of the pantographic parallel guidance can be chosen to obtain 2 (2N-1) critical areas of curvature. Adsorbates (8) at critical points of curvature influence the light extraction according to the ATR measurement principle. The device 9 can also serve to bring the radii of curvature of the bends in a suitable fixed position.
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CH (1) | CH711093B1 (en) |
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2015
- 2015-05-28 CH CH00765/15A patent/CH711093B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH711093B1 (en) | 2017-02-28 |
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