CN102272579A - 用于经由多相混合物反向散射的光束来分析混合物的设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于通过被多相混合物(2)反向散射的光束(3)来分析所述混合物的设备，该设备包括：垂直小室(1)，能容纳多相混合物；用于沿小室的方向发射光束(5)的装置(4)，从而光束位于垂直平面(PV)中，其至少覆盖容纳多相混合物(2)的小室的高度(hc)；用于接收被所述多相混合物反向散射的光束(3)的至少一部分的装置(6)，其覆盖在容纳多相混合物(2)的小室的高度(hc)范围内延伸的被反向散射光束(3)高度；光学共轭装置(17)，设置在小室(1)和用于接收反向散射的光束(3)的装置(6)之间，所述接收装置(6)包括矩阵传感器(20)，其形成用于接收被反向散射光束的沿垂直方向和水平方向延伸的表面；用于分析被矩阵传感器(20)接收的反向散射光束的装置(7)，沿小室的方向发射的光束(5)在小室(1)的壁(18)的内表面(10)和多相混合物(2)之间的界面(9)处具有垂直线形(16)，该垂直线形的宽度小于，优选地远小于，多相混合物(2)的自由传输行程(1*)。
Description
技术领域
本发明涉及用于经由多相混合物反向散射的光束来分析所述混合物的设备，包括：
具有垂直范围的容量的小室，其能容纳多相混合物；
用于沿小室的方向发射光束的装置，从而光束沿垂直平面延伸，至少覆盖能容纳多相混合物的小室的高度；
用于接收由所述多相混合物反向散射的光束的装置，其覆盖在能容纳多相混合物的小室的该高度上延伸的被反向散射的光束高度。
背景技术
这种设备例如从文献US 2004/0147563中已知。利用根据该文献的设备对被反向散射的光束的测量不令人满意。这是因为小室与反向散射接收装置之间的任意距离导致测量的空间解析度的较大损失。
还已知文献EP 1 241 467，其涉及用于填充有液体的容器中的杂质的检查的装备和用于检查的系统。该文献中描述的监视设备特别包括发射照射光至透明容器的光源，用于获取被包含在液体中的杂质反射的不规则反射光的图像的装置，和检测液体中的杂质的图像处理装置。
还已知文献WO 2008/092537，其涉及光学表征设备，其中样本被布置在透光容器中，照相机被设置以检测该样本。第一光源被布置以使得样本被光线沿与照相机的视线相反的方向照射穿过。第二光源被布置在与照相机相同的一侧上，且激光光源被布置为横向于照相机的视线。
还已知以申请人名字的文献FR 2 841 983，其涉及用于测量被弥散介质反向散射的光通量(不受到界面处的反射的干扰)的方法和设备；该设备使得可以通过与壁的第二侧上发射的多个光线(与弥散介质被布置的第一侧相反，且沿所述介质的方向，该多个光线能穿透该壁且至少部分被弥散介质沿布置在壁的第二侧上的接收装置的方向反向散射，所述壁能被发射和反向散射的光线穿过，且与弥散介质接触)的相互作用，测量由布置在壁的第一侧上的弥散介质反向散射的光通量。该设备包括：
-用于朝向壁发射光辐射的装置，该光辐射能穿过该壁且到达弥散介质，从而该弥散介质可由此发射多个反向散射光线穿过该壁以形成反向散射点，至少一个中心碟形区域被限定在该散射点中，其中心对应于反向散射点的光形心且其半径等于弥散介质的最大自由传输行程l* max的四倍，反向散射点能被至少部分地成像在接收装置上，
-用于接收穿过该壁的且要形成反向散射点的由弥散介质反向散射的光辐射，这些接收装置至少覆盖从所述点的光形心延伸的方向，
-用于从被弥散介质反向散射的光线抑制来自中心区域且在形成壁与第二侧的界面的表面上经历全反射的光线的装置，
-用于测量被至少部分接收装置接收的光通量的空间取样曲线的装置。
发明内容
本发明的基本目标是要克服该缺点且还提供他优点。更准确地，其包括用于通过被所述混合物反向散射的光束来分析多相混合物的设备，该设备包括：
-小室，具有垂直范围的容量，能容纳多相混合物，
-用于沿小室的方向发射光束的装置，从而光束在垂直平面中延伸，至少覆盖容纳多相混合物的小室的高度，
-用于接收被所述多相混合物反向散射的光束的至少一部分的装置，其覆盖在容纳多相混合物的小室的高度范围内延伸的被反向散射光束高度，
其特征在于，该设备还包括：
-光学共轭装置，设置在小室和用于接收被多相混合物反向散射的光束的至少一部分的装置之间，
-所述接收装置包括设置有多个像素或类似物的矩阵传感器，其形成沿垂直方向和水平方向延伸的表面，
-用于分析被多相混合物反向散射且被矩阵传感器经由光学共轭装置接收的光束的至少一部分的装置，
-沿小室的方向发射的光束在小室的壁的内表面和多相混合物之间的界面处具有垂直线形，该垂直线性的宽度小于，优选地远小于，多相混合物的自由传输行程l*。
由于光学共轭装置，结合用于经由光学共轭装置分析反向散射光束的装置，根据本发明的设备允许由反向散射光束发射的信号的高性能利用。光学共轭装置使得可以特别地捕获被多相混合物的点反向散射的光束的一部分并传输该光束部分至接收装置的一点上；接收装置的确定的点，例如一个或多个像素或类似物，由此被设置为对应于混合物的确定的点，通过将该点与反向散射光的混合物的相邻点分开，这种一对一对应关系优化了由反向散射光的混合物的点传输的光信号的利用。光学共轭装置，结合限定的特定厚度的光束的垂直线形，使得可以获得在被分析高度范围的混合物的分析曲线，其真实地依赖于混合物的散射特性而不是依赖于垂直的光线。
根据有利特征，光学共轭装置包括用于收集和聚焦被反向散射光束的至少一部分的装置，其为双凸透镜类型。
该特征允许在被光束(其自身在垂直平面内延伸)照射的小室高度范围上延伸的多相混合物的点(其反向散射光)和接收装置的点(例如矩阵传感器的像素或类似物，其由相机定义)之间有利地应用的一对一关系。
根据有利特征，设置在小室和用于接收被多相混合物反向散射的光束的装置之间的光学共轭装置被设置为使得接收装置的高度小于能容纳所述多相混合物的小室的高度。
该特征使得可以降低接收装置的尺寸且更特别地降低矩阵传感器或类似物的尺寸，且由此降低设备的成本同时有利于在小室的整个高度范围内分析。该相应设置有利地通过小室和矩阵传感器或类似物之间的光学共轭装置的适当形式和布置获得，以根据需要选择由光学共轭装置产生的适当光学放大倍率。
根据有利特征，根据本发明的设备还包括用于聚焦沿小室的方向发射的光束，该聚焦发生在水平横截面中，在小室的壁的内表面和多相混合物的界面处。
该特征使得可以获得撞击小室-混合物界面的极薄的光束，由此得到非常高的分析解析度。
根据有利特征，根据本发明的设备由此包括用于扩展沿小室的方向发射的光束的装置，以在至少垂直平面中扩展所述光束到覆盖能容纳所述多相混合物的小室的高度，从而光束在小室的壁的内表面和多相混合物的界面处在所述垂直平面中是发散的。
投射发散光束至测量小室上，使得可以，通过改变光束的发散角度或改变产生发散光束的装置和小室之间的距离，将测量高度适应于小室中要被分析的混合物的高度，且更一般的是将撞击小室的光束的高度适应于小室的高度，以使得被分析混合物的高度对应于在混合物-小室界面处撞击小室的光束的高度。分析设备由此被提供，其可比上述现有技术设备更柔性地使用，在现有技术设备中，入射光束的束(其撞击小室且要被用于分析)必须是平行的，因为例如其使得可以容易地改变小室。而且，发散入射光束使得可以使用比小室的高度小的发射装置且还使得可以避免使用非常大且由此昂贵的聚焦装置。
根据有利特征，所述用于沿小室的方向发射光束的装置包括：
-用于产生光束的装置，该光束的所有光线彼此平行，
-所述用于扩展沿小室的方向发射的光束的装置被插置在所述用于产生准直光束的装置和小室之间。
该特征使得可以使用发光源，该发光源比现有技术中使用的发光源更不精细。术语“准直”这这里是用于表示其光线是平行的光束。
根据有利特征，所述用于扩展沿小室的方向发射的光束的装置包括垂直发射凹柱面透镜装置。
根据有利特征，所述聚焦装置被设置在用于产生准直光束的装置和用于在垂直平面中扩展光束的装置之间。
根据有利特征，所述用于沿小室的方向发射光束的装置包括用于产生至少一个发散光束的装置。
根据有利特征，所述聚焦装置包括会聚透镜装置。
根据有利特征，所述聚焦装置包括水平会聚柱面透镜装置。
根据有利特征，所述用于产生至少一个发散光束的装置包括线性光源。
根据有利特征，所述线性光源包括多个发散点光源。
根据有利特征，能容纳所述多相混合物的小室具有垂直正圆柱形状。
根据有利特征，垂直正圆柱形状的小室具有圆形横截面。
附图说明
通过随后阅读本发明的多个示例性实施例和附图，其它特征将变得明显，附图中例子通过非限制性视图给出。
图1示出了根据本发明的设备的第一示例性实施例的示意性透视图，该设备用于通过由多相混合物反向散射的光束来分析所述混合物；
图2示出了根据本发明的设备的第二示例性实施例的示意性透视图，该图是部分的且涉及用于沿小室的方向发射光束的装置；
图3示出了自图2中的例子的上方观察的视图；
图4示出了图2中的例子的侧视图；
图5示出了图1中的例子的部分示意性侧视图，涉及用于接收反向散射光束的装置；
图6示出了类似于图5的视图，示出了反向散射光束的细节；
图7示出了从上方观察的图6的视图，具有方横截面的不同小室；
图8示出了根据本发明的设备的第三示例性实施例的示意性透视图，其为部分的且涉及用于沿小室的方向发射光束的装置；
图9示出了从图8中的例子上方观察的视图；
图10示出了图8中的例子的侧视图；
图11示出了根据本发明的第四实施例的示意性透视图，其为部分的且涉及用于沿小室的方向发射光束的装置；
图12示出了从图11中的例子上方观察的视图；
图13示出了图11中的例子的侧视图；
图14示出了在接收器矩阵传感器上获得反向散射图像的视图，用于任意混合物；
图15示出了根据图14的图像的处理的例子；
图16至18涉及根据本发明的设备的使用的第一例子，用于研究沉淀；
图19和20涉及根据本发明的设备的使用的第二例子，用于研究乳状液的乳酯化；
图21和22涉及根据本发明设备的使用的第三例子，用于乳状液的聚结。
具体实施方式
图1中示意性地示出的，用于经由被多相混合物2反向散射的光束3分析所述混合物的设备包括：
-小室1，具有垂直范围的容量部分，能容纳多相混合物2，
-用于沿小室1的方向发射光束5的装置4，从而光束5沿垂直平面PV延伸，其至少覆盖容纳多相混合物2的小室1的高度hc，
-用于接收由多相混合物2反向散射的光束3的至少一部分的装置6，该至少一部分光束覆盖在容纳多相混合物2的小室1的高度hc的范围内延伸的反向散射光束3高度，
光学共轭装置17，布置在小室1和用于接收由多相混合物2反向散射的光束3的至少一部分的装置6之间，
-接收装置6，包括矩阵传感器20，其设置有多个像素等，形成用于接收穿过光学共轭装置17的反向散射光束3的部分的表面，沿垂直方向和水平方向延伸，
装置7，用于分析由多相混合物2反向散射的且由矩阵传感器20经由光学共轭装置17接收的光束3的该部分。
被分析的多相混合物2可以是任意类型的，例如需要分析各相的多相混合物，特别是作为时间的函数的混合物(例如乳化液或悬浊液)中的分层和沉淀的现象(例如初生现象)的检测和测量。根据本发明的分析设备的应用领域特别包括化学和旁支化学(parachemical)工业，且更通常地是需要分析多相混合物的结构和稳定性或确定混合物的或更通常地是散射介质的结构的所有领域。
具有垂直范围的容量部分的小室1(能容纳多相混合物2)可例如是具有垂直正圆柱形形状的小室，例如具有如图1所示的圆形横截面。其它形状和/或横截面的小室可以是合适的，例如具有多边形(特别是方形)横截面，只要它们具有包括垂直范围(重力可沿该垂直范围施加其作用)的容量，优选地包括被光束5照射的至少一个垂直直壁部分。
该设备优选地包括刚性支撑件(未示出)，该刚性支撑件被布置在一表面上，该表面被相对于重力固定，其使得其可布置和保持：
-小室1，处于其竖直位置中，
-用于沿小室1的方向发射光束5的装置4，和
-用于接收反向散射光束的装置6，包括矩阵传感器20，
-光学共轭装置17。
分析装置7可以是固定至支撑件或设置在连接至其的壳体中的控制电子装置。
根据图1中所示的例子，该设备有利地包括用于扩展沿小室1的方向发射的光束5的装置，以沿至少覆盖容纳多相混合物2的小室1的高度hc的垂直平面PV扩展所述光束，从而光束5在垂直平面PV内在小室1的壁18的内表面10和多相混合物2之间的界面9处是发散的。仍根据图1，这些扩展装置是通过装置4获得，该装置4用于沿小室1的方向发射光束5，该装置4包括用于产生至少一个发散光束31的装置30。发生装置30可例如包括在垂直平面内在源处垂直激光线发散的发生器。
光学共轭装置17允许矩阵传感器20的一个且仅一个点被设置为与被分析的混合物2的表面上的散射图案的每个点对应。测量到达矩阵传感器20的光通量将由此相当于测量散射图案的每个点处的光通量密度。根据反向散射光的一个特性，在壁-混合物界面的每个点处，反向散射光被以在所有方向相等的强度发射。申请人由此观察到，传感器上的强度对应于由产品发射的强度，即使收集光学装置被布置为使得它们在不同角度处接收来自混合物的表面每个点的光。
光学共轭装置17，如图1、5、6或7所示，有利地包括用于收集和聚焦一部分反向散射光束的装置，例如如图所示的简单的双凸透镜19，或是光学上等效类型的，例如成对的或三个一组的等。由光学共轭装置17收集的该部分反向散射光束3还沿水平方向延伸，如图1和7所示，以收集关于在小室1上入射的光的垂直线的两侧上的反向散射光的信息，例如在具有多边形横截面(特别是如图7所示的正方形或矩形)的小室1的情况中的整个被照射壁上，或在具有圆形横截面的小室1的部分(形状为圆柱的弧)上，对于其，入射的垂直光线位于基本上中间位置中，如图1所示。
光学共轭装置17(设置在小室1和用于接收由多相混合物2反向散射的光束3的装置6之间)被有利地设置为使得接收装置的高度hr小于能容纳多相混合物2的小室1的高度hc，如图所示。
光学共轭装置17被有利地布置在与小室1的高度的一半大致相等的高度处，即hc/2，以在混合物2完全填充小室时(未示出)在被照射的混合物2的顶部和底部界面之间等距。而且，双凸透镜19或类似物的平面被优选地布置为平行于被发射装置4照射的界面9，其位于混合物2和与混合物接触的小室1的壁18的内表面10之间。双凸透镜19由其放大率限定，且设置在矩阵传感器20和小室1之间，从而在混合物高度范围内延伸的反向散射光的图像被传输至矩阵传感器20且对应于所述传感器的被选择的高度，如图5所示。类似的原理被用于矩阵传感器20的被选择的宽度，例如用于使得小室1与矩阵传感器20的尺寸匹配，同时考虑小室的宽度，在该宽度范围内希望获得关于反向散射光的信息。图1以透视图示出了该匹配。图6和7示出了混合物2的两个点(希望通过从这些点反向散射的光获得该混合物的信息)和矩阵传感器20的两个点之间在垂直平面中和水平平面中的一对一关系。
如图7所示，光学共轭装置17和矩阵传感器20可有利地被关于垂直平面对称地布置(该垂直平面垂直于小室1的壁18，入射光束被投射其上，且其包括光线)，或关于与沿光线的上面限定的平面交叉且与该上面限定的平面形成角度的平面对称地布置。
图1和5通过线示出了光学范围，这些线分别连接小室1的上和下端至矩阵传感器20的上和下端，该光学范围通过光学共轭装置17的配置来限定，其为小室1的高度和矩阵20的高度之间的希望的比例的函数，且还是小室从矩阵传感器20分开的距离的函数。
图2至4示出了沿小室1的方向发射的光束5的产生的的第二实施例，包括用于沿垂直平面扩展光束的装置。在该替换实施例中，其不同于第一实施例的是用于沿小室1的方向发射光束5的装置的不同实现，根据本发明的设备有利地包括用于聚焦沿小室1的方向发射的光束5的装置14，以将该光束5聚焦(沿水平横截面SH截取)在小室1的壁18的内表面10和多相混合物2之间的界面9处。
在这些图2至4中，用于沿小室1的方向发射光束5的装置4有利地包括：
-用于产生光束12的装置11，其所有光束相互平行，其被称为准直光束12，例如准直激光源，
-用于扩展沿小室1的方向发射的光束5的装置8，其被插置在用于产生准直光束12的装置11和小室1之间，以及
-聚焦装置14，其被布置在用于产生准直光束12的装置11和用于沿垂直平面PV扩展光束5的装置8之间。
用于扩展沿小室1的方向发射的光束5的装置8包括例如在(圆柱的)轴线上的发散透镜装置，例如垂直发散凹柱面透镜13。
聚焦装置14使得可以根据本发明在小室1的壁18的内表面10和多相混合物2之间的界面9处获得沿小室的方向发射的光束5，其具有垂直线形16，且其宽度小于，优选地远小于，多相混合物2的自由传输行程l*，如下对于分析装置7的详述。这些聚焦装置14在图2至4的例子中包括会聚透镜装置15，例如至少水平会聚的柱面透镜：在这些附图中所示的例子中，双凸透镜把产生装置11发射的光束朝向一点聚焦。如图2至4所示，被聚焦的光束5然后穿过垂直发散凹柱面透镜13，该透镜将光束5在到达小室前在垂直平面中将光束5发散，而在水平平面内不改变透镜15对光束5的会聚，如图3所示。聚焦装置14的配置使得可以给根据本发明的设备赋予一光束薄度，该薄度有利地可被改变，例如通过调节透镜或发射源相对于小室的位置。
图8至10示出了沿小室1的方向发射的光束5的产生的第三实施例，包括用于在垂直平面内以第一和第二实施例的方式扩展光束的装置。在该第三实施例中，用于产生发散光束31的装置30包括无遮挡激光源30，其产生初始光束，该光束在水平和垂直平面内发散。该初始光束在水平平面中被聚焦装置14聚焦，该聚焦装置14包括例如水平会聚柱面透镜，如图8和9所示。
图11至13示出了沿小室1的方向发射的光束5的产生的第四实施例，包括用于在垂直平面内以其他实施例的方式扩展光束的装置。在该第四实施例中，用于产生发散光束31的装置30包括线性光源41，该光源包括多个并置发散点光源42，其产生初始光束，该光束在水平和垂直平面内发散。该初始光束在水平平面内被聚焦装置14聚焦，该聚焦装置包括例如会聚共轭透镜，如图11至13所示。
用于发射朝向小室1发射的光束5的装置的多个实施例已经在上面描述。但是，任意用于投射光线的装置都可被使用，例如图像滑动类型的线形罩的投射。不是必需使用相干光源，例如激光。激光是优选的，因为其使得可以相对容易地获得具有高光强度的细光束。
光线16可具有宽度，该宽度使得光线具有细长矩形的形状。矩形具有光学地平均混合物的可能的不规则性的优点。为了分析产品关于重力的稳定性，该形状可包括仅沿垂直轴线伸长任意曲线。光的波长可被作为例如产品的光谱吸收的函数来选择。具体地，通常有利的是在工作中利用产品对其具有很小吸收性的波长。例如，用于石油产品的近红外范围。该光线16的每个光点将被作为产品的局部散射特性的函数而被水平地扩展到更大或更小的范围。由此，几乎理想的光线16将被变形，且加宽至更大或更小的范围。沿高度的该变形(由矩阵传感器20经由光学共轭装置17拾取)将提供关于产品的沿高度的散射特性中的变化的信息。
矩阵传感器20可通过CCD或CMOS类型的2D矩阵来提供。矩阵传感器20和小室1之间的距离直接导致测量的空间解析度的较大损失。这是因为反向散射光实质上包括沿所有方向分布的光线且距离传感器的距离由此导致强烈的模糊效应。为了在不使用共轭光学装置的情况下获得正确的信号俘获，必须将传感器布置在瓶上，其当然与光的射入干涉。传感器可以是透明的，这是可能的，但不是标准的且由此会承受非常大的成本。可以使用非常便宜的视频传感器。柔性特征(入射光线的可改变的薄厚，可变动的成像焦距，相机解析度的各种选择)允许根据本发明的设备被容易地适应于给定族的化学产品且允许容易地设计用于这些族的器械范围，例如用于高散射产品(高解析度)。根据本发明的设备由此允许良好的市场满意度。通过窗口进行的测量(其使得可以将容纳要被分析的混合物的小室放置在适当体积的腔室中(具有约1dm3的量级)。该小体积允许容易进行热和/或湿度水平调节等。
用于分析由多相混合物2反向散射的且由此矩阵传感器6经由光学共轭装置17接收的光束3的部分的装置7现在将借助于图14至15进行描述。
图14至22示出了利用上述设备分析的混合物的例子。
多种算法可被用于处理矩阵传感器20上获得的图像。例如，如图14和15所示，矩阵传感器20的水平线的像素可被选择，对应于小室1上的给定高度h1、h2、等。由此获得光强度曲线(图15)，该光强度是用于每个高度h1、h2等的横向坐标(横坐标)的函数。该曲线被称为“横向曲线”
有利的处理操作可以是那些操作：对于每个测量，即在时间t分析的混合物的高度上的照度，给出作为垂直坐标(高度)的函数的曲线。为此，必须将每个“横向曲线”转换为表示被分析产品的散射特性的简单数字。
“横向曲线”处理的第一例子将简单地是曲线的中心处的光强度的数值。
另一例子是要测量“横向曲线”的宽度。例如，在图15的每个曲线的一半高度处的宽度，或替换地是与该曲线匹配的高斯曲线的宽度，或统计宽度：LX＝[∫I(x)x2dx/∫I(x)dx]1/2，I(x)代表对于横向坐标x(原点在曲线的中心)曲线的光强度。
已知与点光源分开距离r的点P的光强度遵循下面的定律：
I(r)＝I0/r3，
I0代表光源S处的光强度。
申请人已经观察到，沿光线的方向照射被分析的介质导致在反向散射中由接收装置拾取的被反向散射光的扰动，该被反向散射光包括由被照射混合物的确定点反向散射的光合并由所述点的相邻的上或下方的点同时反向散射的光。这些扰动改变了拾取的反向散射信号的性质，且由此有利的是提供特定装置用于在被照射小室的高度范围上的分析，该装置考虑了这些扰动。
申请人已经观察到，在没有吸收时，从光线L分开距离x(x＞＞l*)的点P的光强度不遵循上述法则，但是满足如下的不同定律：
I(x)＝2I0/x2，
该降低与到光源的距离的平方成比例，I0代表点光源L处的光强度。
另一例子将给出这些“横向曲线”的光强度的积分，如图15中的阴影区域所示。这给出了作为高度的函数的产品散射特性中的变化的良好整体信号。相对于第一个处理(仅中心处的高度)，该处理的优点是，它同时得到沿横向轴线的平均值，这大大降低了测量噪音。
可以使用更精妙的处理操作，例如横向曲线的形状的经验的或理论的建模，其包括标记为l*的传输长度参数或替换地标记为la：I(x)＝f(l*，la，x)的吸收长度参数。由此，该理论曲线与通过上述设备中的一个获得的每个“横向曲线”的匹配可被执行，以获得对于每个垂直坐标的一组数字l*和可选的la。
由于窄光线至被分析产品上的射入的组合，其宽度有利地小于l*以及此外被分析产品的la，根据本发明的设备，其多个示例性实施例已经在上面予以描述，使得可以给出吸收(长度la)和散射(长度l*)二者的测量。
应回想到，l*是用于各项同性散射的等效平均自由行程，或换句话说是一距离，超出该距离，进入产品的光子完全失去其初始方向。l*是用于产品的散射特性的特征化的标准物理参数。如果l*，聚焦和光学指数是已知的，例如可以通过本领域技术人员已知的方法来计算颗粒的直径。让我们还回忆，la是光子在被吸收前的行程的长度，其数值对于白色产品是无限的且对于黑暗的产品趋向于零。
由此优选的是使用非常薄的光线(宽度＜＜l*)，以获得曲线形状，其真实地依赖于产品的散射特性而不是依赖于光线自身的轮廓。
由于发射装置4一方面和作为一个组的接收装置6，另一方面和小室1之间的几厘米的距离，可以容易地构造一设备，其利用单个光学头一次分析多个样本的稳定性。光学头被用于表示分析设备的一部分，其包括发生装置4、接收装置6和光学共轭装置17。例如，可设想一种圆盘传送带，其使得可以容纳多个小室，或替换地一排小室于直支撑件上(这些未示出)。在使用一种圆盘传动带的“多容器”构造例子中，光学头在圆盘传送带的中心处旋转以连续地测量要被分析的混合物或产品的每个小室或瓶。由于旋转系统的机械缺陷导致的可能的未对准可通过软件而被较好地校正。在使用线性小室支撑件的“多容器”构造例子中，光学头或小室支撑件相对于彼此平移运动，以连续地测量产品的每个小室。
图16、17和18示出了如上所述的根据本发明的设备的使用的第一例子，用于研究水中的二氧化钛(TiO2)的悬浊液的沉淀。被执行的实验如下：悬浊液具有3.8％的体积分数。二氧化钛颗粒的平均尺寸是2微米。悬浊液被放置在直径为28mm且高度为50mm的具有透明壁的圆柱形容器中。悬浊液首先被匀质化然后被放置在根据本发明的分析设备中。在整个高度范围内在散射方面的测量在13小时内每10分钟测量一次。图17示出了一组曲线，其在处理之后获得，对于在横坐标上定义的每个小室高度，该处理给出了纵坐标上的“横向曲线”之下的面积的数值，如上所述。
图16示出了散射图案的图像的外观。这是原始图像。在图17的曲线上，该曲线的直部分的变化可被观察到(悬浊液的顶部部分)，其清楚地指示沉淀前部的逐渐降低。
例如，沉淀速率可通过作为时间的函数来绘制沉淀前部的高度给出，如图18所示，在该图上，曲线的斜率对应于沉淀速率。这里，例如，发现沉淀速率平均为每小时184.6微米。
图19和20示出了如上所述的根据本发明的设备的使用的第二例子，涉及通过使用如上所述的“曲线下的积分”处理来测量在26分钟内乳化液的分层的例子。油滴，其密度小于水，上升至表面。图19示出了在使用该处理后获得的一组曲线，对于横坐标上定义的每个高度，该处理在纵坐标上给出了“横向曲线”下的面积的数值。图20示出了作为时间(在横坐标上)的函数的分层前部的高度(在纵坐标上)。曲线的斜率表示分层速率。
图21和22示出了如上所述的根据本发明的设备的使用的第三例子，涉及通过使用如上所述的“曲线下的积分”处理来测量在8分钟内乳化液的聚结的例子。油滴合并以形成较大的油滴。该尺寸变化改变了信号的高度。没有粒子迁移，因此信号保持一致。图21示出了针对油滴的聚结而被获得的一组曲线。图22示出了显示了信号中的下降的动力学。
Claims (15)
1.一种用于通过被多相混合物(2)反向散射的光束(3)来分析所述混合物的设备，该设备包括：
-小室(1)，具有垂直范围的容量，能容纳多相混合物，
-用于沿小室的方向发射光束(5)的装置(4)，从而光束在垂直平面(PV)中延伸，至少覆盖容纳多相混合物(2)的小室的高度(hc)，
-用于接收被所述多相混合物反向散射的光束(3)的至少一部分的装置(6)，其覆盖在容纳多相混合物(2)的小室的高度(hc)范围上延伸的被反向散射光束(3)高度，
其特征在于，该设备还包括：
-光学共轭装置(17)，设置在小室(1)和用于接收被多相混合物(2)反向散射的光束(3)的至少一部分的装置(6)之间，
-所述接收装置(6)包括设置有多个像素或类似物的矩阵传感器(20)，其形成用于接收所述至少一部分被反向散射光束的沿垂直方向和水平方向延伸的表面，
-用于分析被多相混合物(2)反向散射且被矩阵传感器(20)经由光学共轭装置(17)接收的光束(3)的所述至少一部分的装置(7)，
-沿小室的方向发射的光束(5)在小室(1)的壁(18)的内表面(10)和多相混合物(2)之间的界面(9)处具有垂直线形(16)，其宽度小于，优选地远小于，多相混合物(2)的自由传输行程(1*)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，光学共轭装置(17)包括用于收集和聚焦所述至少一部分反向散射光束的装置，其为双凸透镜类型的。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，光学共轭装置(17)，设置在小室(1)和用于接收由多相混合物(2)反向散射的光束(3)的装置(6)之间，该光学共轭装置(17)被设置为使得接收装置的高度(hr)小于能容纳所述多相混合物的小室的高度(hc)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，该设备还包括用于聚焦沿小室(1)的方向发射的光束(5)的装置(14)，该聚焦发生在水平横截面(SH)中，聚焦到小室(1)的壁(18)的内表面(10)和多相混合物(2)之间的界面(9)处。
5.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，该设备还包括用于扩展沿小室(1)的方向发射的光束的装置(8)，以在垂直平面(PV)中扩展所述光束到至少覆盖能容纳所述多相混合物(2)的小室的高度(hc)，从而该光束在所述垂直平面(PV)中在小室(1)的壁(18)的内表面(10)和多相混合物(2)之间的界面处是发散的。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述用于沿小室(1)的方向发射光束(5)的装置(4)包括：
-用于产生光束(12)的装置(11)，该光束(12)的所有光线相互平行；
-所述用于扩展沿小室(1)的方向发射的光束(5)的装置(8)被插置在所述用于产生准直光束(12)的装置(11)和小室(1)之间。
7.如权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述用于扩展沿小室(1)的方向发射的光束(5)的装置(8)包括垂直发散凹柱面透镜装置(13)。
8.如权利要求4和权利要求5至7中一项所述的设备，其特征在于，所述聚焦装置(14)被设置在用于产生准直光束(12)的装置(11)和用于在垂直平面(PV)中扩展光束(5)的装置(8)之间。
9.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述用于沿小室(1)的方向发射光束(5)的装置(4)包括用于产生至少一个发散光束(31)的装置(30)。
10.如权利要求4或权利要求5至9中一项结合权利要求4的设备，其特征在于，所述聚焦装置(14)包括会聚透镜装置(15)。
11.如权利要求10所述的设备，当其从属于权利要求9时，其特征在于，所述聚焦装置(14)包括水平会聚柱面透镜装置。
12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述用于产生至少一个发散光束(31)的装置(30)包括线性光源(41)。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述线性光源(41)包括多个发散点光源(42)。
14.如权利要求1至13中任一项所述的设备，其特征在于，能容纳所述多相混合物的小室具有垂直正圆柱形状。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，垂直正圆柱形状的小室具有圆形横截面。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2378270B1 (de) * | 2010-04-15 | 2015-06-24 | SICK Engineering GmbH | Verfahren zur Bestimmung einer Partikelkonzentration und Messvorrichtung |
| FR2997502B1 (fr) * | 2012-10-29 | 2014-12-26 | Commissariat Energie Atomique | Procede d'observation d'especes biologiques. |
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| US9677988B1 (en) * | 2015-07-10 | 2017-06-13 | David E. Doggett | Integrating radiation collection and detection apparatus |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2276581A1 (fr) * | 1974-06-27 | 1976-01-23 | Kolikovitcher Irene | Appareil pour le controle d'ampoules pharmaceutiques |
| DK17791D0 (da) * | 1991-02-01 | 1991-02-01 | Novo Nordisk As | Beholderinspektion |
| US5120979A (en) * | 1991-03-25 | 1992-06-09 | Becton, Dickinson And Company | Apparatus and method for analysis of a sample medium in a gap between a tube and a float |
| US5576827A (en) * | 1994-04-15 | 1996-11-19 | Micromeritics Instrument Corporation | Apparatus and method for determining the size distribution of particles by light scattering |
| FR2720160B1 (fr) * | 1994-05-17 | 1996-07-26 | Gerard Meunier | Procédé et appareil d'analyse des phases d'un mélange polyphasique. |
| US5619043A (en) * | 1994-09-21 | 1997-04-08 | Laser Sensor Technology, Inc. | System for acquiring an image of a multi-phase fluid by measuring backscattered light |
| US6097786A (en) * | 1998-05-18 | 2000-08-01 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for measuring multiphase flows |
| AU778492B2 (en) * | 2000-04-07 | 2004-12-09 | Rohm And Haas Company | Method and apparatus for determining the dispersion stability of a liquid suspension |
| US6691057B2 (en) * | 2001-02-26 | 2004-02-10 | L.U.M. Gesellschaft Fur Labor- Umweltdiagnostic & Medizintechnik Mbh | Method and device for accelerated stability analysis |
| US6937339B2 (en) * | 2001-03-14 | 2005-08-30 | Hitachi Engineering Co., Ltd. | Inspection device and system for inspecting foreign matters in a liquid filled transparent container |
| ITTO20010588A1 (it) * | 2001-06-18 | 2002-12-18 | Infm Istituto Naz Per La Fisi | Procedimento per la misurazione di proprieta' di particelle immerse in un corpo, e relativa apparecchiatura. |
| US6765656B2 (en) * | 2001-12-18 | 2004-07-20 | University Of Wyoming | Apparatus and methods for high throughput analysis of samples in a translucent flowing liquid |
| FR2841983B1 (fr) * | 2002-07-02 | 2004-10-08 | Formulaction | Procede et dispositif permettant de mesurer un flux lumineux retrodiffuse par un milieu disperse, non perturbe par les reflexions aux interfaces |
| FR2856792B1 (fr) * | 2003-06-27 | 2006-09-15 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif de dosage d'un echantillon biologique ou chimique |
| FR2860300B1 (fr) * | 2003-09-25 | 2006-01-27 | Formulaction | Procede et dispositif d'analyse du mouvement dans un milieu diffusant. |
| WO2006023470A1 (en) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Becton, Dickinson And Company | Apparatus for performing optical measurements on blood culture bottles |
| GB2420403A (en) * | 2004-11-23 | 2006-05-24 | Danisco | Analysing a food sample by the use of light scattering |
| EP1928306B1 (en) * | 2005-09-29 | 2021-01-13 | General Hospital Corporation | Optical coherence tomography systems and methods including fluorescence microscopic imaging of one or more biological structures |
| DE102007004346B4 (de) * | 2007-01-29 | 2021-02-11 | Syntegon Technology Gmbh | Vorrichtung zur optischen Charakterisierung |
| DE102007005599B4 (de) | 2007-01-31 | 2024-03-28 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Messrohr für ein Durchflussmessgerät |
| CN100516839C (zh) * | 2007-11-06 | 2009-07-22 | 山东大学 | 一种使用面阵ccd快速测量相干背散射的装置及方法 |
| GB0812455D0 (en) * | 2008-07-08 | 2008-08-13 | Ici Ltd | Methods of and apparatus for determining properties relating to multi-phase systems |
-
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-
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106248603A (zh) * | 2016-09-27 | 2016-12-21 | 济南恒辉科济食品配料有限公司 | 食品悬浊和乳浊体系稳定性测定检测方法及检测装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |