CN100380113C - 用于光学分析的非插入式装置和管道装配的光透射装置 - Google Patents

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Abstract

一种管道装配的光透射装置(10)，其用于允许对经过由光透射材料制成的加工管线管道(14)中的物质进行光学分析。该装置(10)包括：适合于以可拆开方式绕该管道部分固定的夹子(24)。当夹子(24)装配在管道部分上时，该夹子(24)形成与该管道部分相交的光程。

Description

用于光学分析的非插入式装置和管道装配的光透射装置
技术领域
本发明一般涉及光谱学，并且特别是涉及一种用于允许对通过给定加工厂加工管线的管道部分的物质进行光谱分析的非插入式装置。
背景技术
利用光谱学对例如化学、制药、石油、半导体和食品产品加工业的加工厂所用的各种溶液的化学成份和物理性质进行监控是已知的。通常，这种光谱分析是通过从加工厂的加工管线对被分析的物质进行提取样品并对收集的样品用近红外到远红外辐射从其中穿过来进行光谱测定分析而执行的。
如果不用上述方法，最好直接通过加工管线的管道部分执行在线测试，并且当如果加工管线包括用光透射材料制成的、直接通过该现存管道部分的管道部分时，这样做可以避免加工管线的改动。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种光透射装置，其适合装配在加工管线的管道部分的外部，以用于允许对通过该管道部分循环的物质进行光谱分析。
本发明的另一个目的在于提供对物质的在线分析，而不需要从加工管线对该物质提取样品，该物质通过该加工管线进行循环。
本发明的再一个目的是提供一种光透射装置，其用于允许对通过加工管线循环的物质进行光谱分析，而在当该加工管线包括由光透射材料制成的管道部分时不需要对该加工管线进行改动。
因此，根据本发明，提供一种非插入式(non-intrusive)装置，其用于允许对通过加工管线的光透射管道部分的受限制(confined)加工流进行光谱分析，该装置包括：适合装配在光透射管道部分外部的夹子，所述夹子至少部分地由光透射材料制成，并且能够连接光源以便引导光束横向通过该管道部分。
这里，术语光谱分析的意图是指借助于电磁谱来探查物质或物体，特别是其化学成份和物理性质分析。
这里，术语光的意图是指包括在电磁谱中的所有波长的光，包括电磁谱的紫外、可见和红外部分。
根据本发明的另一个一般方面，提供一种管道装配的光透射装置，其用于允许对通过加工管线管道部分的物质进行光谱分析，其中所述的管道部分是用光透射材料制成的，该管道装配的光透射装置包括：适合于绕该管道部分以可拆开方式固定的夹子，当所述夹子绕该管道部分固定时，所述夹子形成与该管道部分交叉的光程(opticalpath)。
附图说明
上面已经一般地描述了本发明的性质，下面将参考附图详细描述本发明，附图以说明方式示出本发明的优选实施例，且其中：
图1是加工管线的示意透视图，根据本发明的光透射装置装配在该加工管线的外部，以用于允许对通过该加工管线管子的加工流进行光谱分析；
图2是装配在该加工管线一部分上的光透射装置的放大视图；
图3是该光透射装置部分放大的分解图，示出该装置如何以可拆卸方式绕加工管线的一部分进行固定；以及
图4是装配在该加工管线上的光透射装置的剖视图。
具体实施方式
如同将在下面说明的，本发明一般地涉及一种光透射装置10，其适合于绕给定的加工厂的加工管线以可拆卸方式固定，以允许对通过该加工管线循环的物质的成份和/或物理性质进行光学分析。更具体地说，光透射装置10适合于从外部安装在现有加工管线的管道部分，以引导来自远处的光源(未示出)的光束(可见光、近红外光或红外光)通过该管道部分，并且然后将通过该管道部分从被照明物质射出的光传出给光接收传感器(未示出)，例如光谱仪。应当明白，加工管线的管道部分必须用光透明材料或半透明材料制成，例如聚四氟乙烯(PTFE)、其他氟化烃聚合物，以及任何其他光/红外透射材料，以使光能够从其中横向通过。例如，管道部分可以用TeflonTM、玻璃、聚丙烯、聚苯乙烯或其他聚合物制成。
正如下面将会看到的，本发明有利的是能够在线控制和监控加工流而不需要从加工管线提取产品样品。因此，没有那种污染加工流的危险。本发明在包含光透射管道部分的加工管线的工业应用中更为有利，其中能够通过简单地将光透射装置安装在加工管线的光透射管道部分的外部来执行对加工流的控制和监控，也就是，不需要用光透射管道部分替换该加工管线的一段，从而免除任何加工中断。这就是说，在那些应用中，加工管线不需要任何形式的改动。只需要将光透射装置10装配在加工管线的光透射管道部分的外部。
图1是例示出本发明的一个可能应用。更具体地说，图1示出了沾湿台(wet station)12，例如在半导体工业中所用的那种沾湿台。沾湿台12主要由循环管线14构成，该循环管线包括：经TeflonTM管22以封闭循环连接在一起的槽16、过滤器18和泵20。槽16能够容纳各种溶液，例如清洁液、剥离液或蚀刻液。
如图1中所见，光透射装置10直接安装在现有加工管线14的选定管道部分上的TeflonTM管22的外部。光透射装10通常包括夹子24，其适合于以可拆开方式固定在具有不同外径的不同管道或管子上。
夹子24具有空心主体26，其形成外围端部敞开的细长狭槽28，该细长狭槽适合于容纳多个可互换的管道适配器中的一个，其中的一个在图3中用30表示。不同的管道适配器用于每一管道直径，从而使该主体26能够装配在大范围种类的管道上。管道适配器30包括一对从底壁33垂直延伸的间隔开的管道夹持臂32，以用于紧紧地夹持其具有稍大于夹持臂32之间间隔的外径的管道或管子。至少该适配器30的底壁33是用光透射材料制成的，例如但不限于PTFE或其他氟化烃聚合物。一旦正确的适配器被选定并安装在加工管线14的选定管道部分上，主体26被带到适配器30上，以将适配器定位在该主体26的狭槽28内。适配器30被覆盖板34保持夹住在狭槽28内。在覆盖板34用螺钉36以可拆卸的方式固定在主体26上。该覆盖板34设置在其具有细长锁定肋38的下表面，该锁定肋38用于与从管道适配器30的夹持臂32之一横向向外伸出、轴向间隔开的一对锁定钩爪40之间接合，以将适配器30锁定在狭槽28内防止其轴向滑动。
如图4所示，主体26设置在其狭槽28的一侧，且结合有第一连接件41用于容纳第一光光纤电缆42的远端部分。第一光纤电缆42相对的近端与光源(未示出)连接，以用于引导诸如但不限于红外光束(IR光束)或近红外光束(NIR光束)的光束横向通过加工管线14的由TeflonTM管22构成的管道部分。狭槽28的侧壁可以由光透射材料制成，以使光束从其中穿过，或者，作为另一种选择，可以在其中形成一对相对对准的光透射窗口44。该窗口44可以以孔的形式设置。光束被引导成与夹子24装配在其上的管道部分的中心轴相交。
根据本发明的所示实施例，从照明加工溶液射出的光通过TeflonTM管22的管道部分、管道适配器30的底壁33和狭槽28侧壁中的一个侧壁，在经第二光纤电缆48透射到光接收传感器之前被一对平面镜46(见图4)转向180度，该第二光纤电缆48的远端部分用第二连接件50连接在夹子24的主体26。根据本发明的一个实施例，利用铝框架(未示出)将平面镜46装配在夹子24的空心主体26内。应当注意，也可以设置透镜来将被透射的光聚焦到第二光纤电缆48，或作为另一选择，直接聚焦到光接收传感器。而且，还应当注意，第二连接件50可以设置在狭槽28与第一连接件相对的一侧，并与其对准。事实上，各种光学元件可以整体地设置在夹子24的空心主体26内，以使光跟随光源和光接收传感器之间的光程。根据本发明的实施例，夹子24的空心主体26由TeflonTM制成，以保护安放在其内的光学元件不受周围环境的侵蚀。但是，应当明白，夹子24可以用各种材料制成。
在管22由非光学透明或半透明材料制成的情况下，这种管的一部分可以用适当的管道部分替换一次，并且然后当其需要时可以用光透射装置10，而没有进一步改变加工管线的管子。
正如从上述所了解的，本发明能够实现在线光谱检测，以确定通过物质在其内循环的现有管道部分的物质的化学成份和/或性质。
很容易看到，上述的本发明具有许多优点，可以总结如下：不需制备样品，快速安装而没有加工中断，完全不接触，不插入，从而没有污染的可能性等。

Claims (15)

1.一种非插入式装置，其用于允许对通过加工管线的光透射管道部分的受限制加工流进行光谱分析，该装置包括：适合装配在该光透射管道部分外部的夹子，所述夹子至少部分地由光透射材料制成；可连接到所述夹子的输入光纤电缆，用于引导来自光源的光束横向地通过所述管道部分；可连接到所述夹子的输出光纤电缆，用于将来自所述管道部分的光透射到光接收传感器，并且其中，所述夹子包括安放有至少一个光学元件的空心主体，所述空心主体形成外围狭槽，其用于容纳加工管线的光透射管道部分，所述光学元件将透射穿过所述管道部分的光聚焦到所述输出光纤电缆。
2.如权利要求1所述的非插入式装置，其中，所述夹子适合于以可松开的方式绕光透射管道部分固定。
3.如权利要求1所述的非插入式装置，其中，所述夹子是可调节的，以便能够固定在具有不同截面尺寸的光透射管道上。
4.如权利要求1所述的非插入式装置，其中，所述主体形成外围狭槽，用于容纳可互换的管道适配器，该管道适配器适合于夹持具有不同外径的管道。
5.如权利要求4所述的非插入式装置，其中，所述夹子还包括：可拆卸的盖，其用于将所述可互换的管道适配器中所选定的一个保持被夹住在所述外围狭槽内。
6.如权利要求1所述的非插入式装置，其中，所述主体形成外围狭槽，该外围狭槽具有由光透射材料制成的壁。
7.如权利要求6所述的非插入式装置，其中，所述主体具有第一连接件，其适合于连接于所述输入光纤电缆，以引导光束通过所述外围狭槽和通过夹子装配在其上的光透射管道部分，并且其中所述至少一个光学元件包括透镜。
8.如权利要求7所述的非插入式装置，其中，所述主体具有第二连接件，其适合于连接于光接收传感器，该光接收传感器用于接收通过光透射管道和夹子的外围狭槽从加工流发射的光。
9.如权利要求8所述的非插入式装置，其中，所述第二连接件经所述输出光纤电缆可连接于所述光接收传感器。
10.如权利要求1所述的非插入式装置，其中，管道适配器以可拆卸的方式安装在所述狭槽内，所述管道适配器具有底壁，一对间隔开的夹持臂从该底壁延伸，该夹持臂适用于在其之间容纳光透射管道部分，其中，所述管道适配器至少部分地由光透射材料制成。
11.一种管道装配的光透射装置，其与装配在加工管线中的光透射管道部分组合，用于允许对该加工管线中的物质的光学分析，该管道装配的光透射装置包括：以可拆开方式绕该管道部分固定的夹子，当所述夹子绕该管道部分固定时，所述夹子形成与该管道部分相交的光程，其中，所述夹子具有空心主体，所述空心主体形成外围狭槽，其用于容纳加工管线的光透射管道部分，该空心主体具有管道接合部分，通过该管道接合部分所述空心主体以可松开的方式直接装配在光透射管道部分上，所述光程延伸通过所述管道接合部分，用于接收并传导通过该光透射管道部分的光束，并且至少一个光学元件安放在所述主体内，用于收集通过该管道部分透射的光，所述光学元件将透射的光聚焦到输出光纤电缆，所述输出光纤电缆经由设置在所述主体上的连接件可拆卸地耦合到所述夹子。
12.如权利要求11所述的管道装配的光透射装置，其中，所述管道接合部分包括：形成在主体一个面上的端部敞开的狭槽，并且管道适配器以可拆卸的方式安装在所述端部敞开的狭槽内，所述管道适配器具有底壁，一对间隔开的管道夹持臂从该底壁延伸，该夹持臂用于在其之间容纳光透射管道部分，其中，所述管道适配器至少部分地由光透射材料制成。
13.如权利要求11所述的管道装配的光透射装置，其中，所述主体具有第一连接件，其适合于连接于输入光纤电缆，以引导光束通过所述管道接合部分并通过夹子装配在其上的光透射管道部分。
14.如权利要求11所述的管道装配的光透射装置，其中，所述光透射材料选自包含下述各项的组：近红外透射材料和红外透射材料。
15.如权利要求13所述的管道装配的光透射装置，其中，所述管道接合部分由光透射材料制成。
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