CN102439417A - 用于流体介质的模块化光学传感器系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于流体介质的模块化光学传感器系统，具有测量模块(12)，该测量模块具有可更换的流体室(14)和可更换的光学系统保持装置(16)。流体室具有入口和出口以及用于流体介质的测量空间。光学系统保持装置具有至少一个光学发射器和至少一个光学接收器。该光学系统保持装置在测量模块内相对于流体室定位为使得从光学发射器发出的辐射穿过流体室中的用于流体介质的测量空间并且到达光学接收器。

Description

用于流体介质的模块化光学传感器系统
本发明涉及一种用于流体介质的模块化光学传感器系统。在实验室中借助特殊的测量设备执行关于流体介质的光学分析方法。典型的光学测量检测流体的浑浊度、颜色或吸收性。对于每种光学测量方法在实验室中需要特有的测量结构。对于现场的使用，尤其还为了监控流动的介质的光学特性，已知的测量方法是不适合的。
如在权利要求中说明那样，根据本发明的用于流体介质的模块化光学传感器系统的特征在于大的灵活性和宽的应用范围。借助具有两个光轴的光学系统保持装置可以并行地在测量结构中进行多个测量。例如，在透射光方法中可以在两个不同的波长的情况下确定介质的吸收性。两个测量段以彼此成90°角的方式设置。
然而还可能的是测量吸收性并且与其并行地以90°的角度检测散射光，这与浑浊度测量有关。
由于光学系统保持装置的可更换性，可以以相同的测量结构相继进行不同类型的光学测量。如发光二极管(LED)、光电二极管、激光二极管等等那样的光学元件的使用引起特别紧凑的结构。由于流体室的可更换性，既可以在连续的流动中还可以以单个的样本来测量。此外，可以使用带有用于校准目的的基准样本的流体室。流体室的内面可以配备有如透镜或光栅的光学元件。但是还可以将流体元件集成到流体室中，例如排气元件、过滤器、止回阀。由于系统的主要功能部件的可更换性，在较长的使用持续时间之后总是可以再建立所限定的初始状态。
本发明的主题也是一种用于在模块化传感器系统中使用的光学测量模块，如在权利要求12中说明那样。在此，总地通过测量模块的可更换性、但是还通过流体插入物的可更换性实现大的使用灵活性。
参考附图从下面对多个实施形式的描述中得出本发明其他的特征和优点。在附图中：
-图1示出了根据第一实施形式的模块化光学传感器系统的立体分解图；
-图2示出了光学系统保持装置的放大的立体图；
-图3示出了流体室的放大的立体图；
-图4示出了图3中的流体室的分解图；
-图5示出了用于在模块化传感器系统中使用的光学测量模块的立体图；
-图6示出了用于图5中的测量模块的插入物的立体图；和
-图7示出了在图2中示出的光学系统保持装置的改进方案。
在图1中示出的模块化光学传感器模块由彼此堆叠的方形模块的排构成。组成的模块整体上形成近似立方体形的设备。
流体系统/电子系统-连接模块10形成基座。光学测量模块12安放到该连接模块上。光学测量模块12容纳可更换的流体室14以及可更换的光学系统保持装置16。电子模块18安放到测量模块12上。电子模块18通过所安放的盖部20封闭。
全部的模块均设有通孔22，其用于固定装置(未示出)的引入。此外，模块10、12设有凹陷的穿通部24，其彼此对齐并且连通到模块18中。此外，模块10具有流体入口26和流体出口28。这两者连通到平的凹处30中，该凹处在与模块12对置的表面中形成并且形成用于流体室14的接口。
光学系统保持装置16由支承片32以两个从该支承片的端部彼此间隔地突出(abragenden)的平行的臂34、36构成。在支承片32上以及在臂34、36上安装有用于光学元件的安装开口38。光学元件可以是发光二极管(LED)、光电二极管或者激光二极管。但是还可以在光学系统保持装置16上安装如镜、光栅、棱镜等等的光学元件。
光学系统保持装置16以支承片32以及臂34、36围绕流体室14，其现在参考图3和4详细描述。
流体室14由连接凸缘14a和壳体部件14b构成，该壳体部件在一侧开放并且可以通过连接凸缘14a封闭。壳体部件14b的边缘紧密地插入到连接凸缘14a的槽中。连接凸缘14a可以合适地并且密封地插入到模块10的凹处30中并且具有开口40、42，这些开口与模块10的开口26、28对齐。在连接凸缘14a上安装有两个置换器本体43，其突出到流体室的容积中。
置换器本体43应该避免不期望出现的气泡形成。在流通方法中的测量中，气泡通过置换器本体43破碎并且由于流动率快速地继续运输。
壳体部件14b在其中间区域形成用于所输送的流体介质的测量空间。该测量空间优选是立方体形的并且特征在于，该测量空间被两个等长且彼此垂直的测量段横跨，这些测量段分别在对置的侧面中点之间走向。光学系统保持装置16堆叠在流体室14上，使得臂34、36和支承片32围绕测量空间的三个彼此结合的侧。在光学系统保持装置16上通过两个彼此对置、安装到安装开口38中的光学元件形成光轴A，该光轴穿过流体室14中的用于流体介质的测量空间。垂直于光轴A并且与其相交的第二光轴B通过在光学系统保持装置16上的另外的光学元件来限定。光轴B穿过壳体部件14b中或连接凸缘14a中的两个彼此对置的窗44、46。与窗46对置地可以在模块10的凹处30中设置例如为LED、光电二极管或者镜的光学元件48。
流体室14的安置在支承臂34和36之间并且与两个对置的安装开口38相邻的两个侧面同样就窗而言类似地构建，使得这些侧面适于光学测量。
如可以从图1中得出，光学系统保持装置16在测量模块12中的凹处中的近似与其壁平行地延伸，而流体室14倾斜于此地插入，于是几乎相对于模块12的方形以对角线方式插入。模块10、12、18、20以该序列堆叠并且可拆卸，但是例如借助穿过开口22引导的连接杆或夹紧螺栓牢固地连接。
在传感器系统的使用中，该传感器系统配备有流体室14和光学系统保持装置16的对于相应的应用所必需的装备。在实际的测量开始之前，适宜的会是，进行系统的校准，其方式为暂时地插入流体室，基准样本牢固地包括在该流体室中。然后，测量可以连续地或者以样本方式进行，其方式为流体室14通过流体入口26输送待测量的流体，其然后通过流体出口28排出。根据所使用的配备有光学系统保持装置16的光学元件的类型可以在透射光中进行浑浊度、颜色、吸收性等的测量。还可以借助单个的测量结构进行透射光中的测量并且与其并行地以90°角进行散射光测量。借助分析电路处理测量信号，该分析电路安置在电子模块18中。
光电测量模块的在示出在图5和6中的实施形式可以代替测量模块12与流体室14和光学系统保持装置16一起使用。图5示出了方形或板形的支承体本体50，其可以与其他方形或板形的模块以与图1中所示类似的方式组合。支承体本体50通常具有以对角线方式定向的凹处52，示出在图6中的插入物54可以精确匹配地插入到该凹处中。插入物54形成流体室，以与流体室14或之前说明的实施形式的类似的方式。方形的支承体本体50设有用于光学元件的彼此对置的安装开口56、58。通过这些安装开口限定的光轴以与在之前说明的实施形式类似的方式穿过插入物54的中间的部分并且因此穿过包括在其中的或者流动到其中的流体介质。
光学系统保持装置16a的在图7中示出的实施形式由中间的支承片32a和两个从其端部彼此间隔地突出且平行的臂34a、36a构成。在支承片32a上以及在臂34a、36a上安装有用于光学元件的安装开口38a。这些光学元件可以为发光二极管(LED)、光电二极管、光电三极管或还可以为激光二极管。但是还可以在光学系统保持装置16a上安装例如为镜、光栅、棱镜等等的光学元件。用于光学元件的安装开口38a首先与在图2中类似地设置，使得限定可以相交的两个光轴A和B。此外，在支承片32a上设置有另外的安装开口38b，通过其能够实现第三光轴C，该光轴以45°角相对于轴A和B倾斜并且可以与这两个轴相交。如果将光源插入到开口38b中，则可以借助插入到支承片32a的安装开口中的光接收器测量散射光，其由包含在流体室14(图3)中的半透明或色散的介质来确定。为了检测反射光，可以将用于光接收器的另外的安装开口与安装开口38b对称地设置在支承片32a上。

Claims (13)

1.一种用于流体介质的模块化光学传感器系统，具有测量模块，该测量模块具有能够更换的流体室和能够更换的光学系统保持装置，其中：
-流体室具有入口和出口以及用于流体介质的测量空间；
-光学系统保持装置具有至少一个光学发射器和至少一个光学接收器；
-光学系统保持装置在测量模块内能够相对于流体室定位为使得从光学发射器发出的辐射穿过流体室中的用于流体介质的测量空间并且到达光学接收器。
2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中测量模块与电子系统模块和流体系统/电子系统-连接模块组成立方体形的传感器设备。
3.根据权利要求1或2所述的传感器系统，其中光学系统保持装置具有用于光学元件的安装开口。
4.根据权利要求1至3之一所述的传感器系统，其中光学系统保持装置支承光学元件，这些光学元件沿着至少两个不同的光轴设置。
5.根据权利要求1至4之一所述的传感器系统，其中光学系统保持装置具有两个间隔而平行的臂，这些臂分别支承光学元件并且围绕流体室。
6.根据权利要求5所述的传感器系统，其中光学系统保持装置在三个彼此结合的侧上分别支承光学元件，这些侧均与流体室的侧相邻。
7.根据权利要求5所述的传感器系统，其中流体室的测量空间设置在光学系统保持装置的平行而间隔的臂之间。
8.根据权利要求1至7之一所述的传感器系统，其中在流体系统/电子系统模块中设置有光学元件。
9.根据权利要求1至8之一所述的传感器系统，其中流体室由连接凸缘和具有开放的侧的壳体部件组成，该开放的侧通过连接凸缘封闭。
10.根据权利要求9所述的传感器系统，其中连接凸缘具有置换器本体，该置换器本体突出到流体室的容积中。
11.根据权利要求9或10所述的传感器系统，其中连接凸缘能够紧密地并且形状配合地插入到流体系统/电子系统-连接模块的凹处中。
12.根据权利要求5所述的传感器系统，其中光学系统保持装置在三个彼此结合的侧上并且附加地在倾斜地倾向流体室的面上分别支承至少一个光学元件，所述三个彼此结合的侧均与流体室的侧相邻。
13.一种用于在彼此堆叠的模块所构成的模块化的传感器系统中使用的光学测量模块，具有板形或方形的支承体本体，该支承体本体具有用于合适地容纳能够更换的插入物的凹处和用于容纳光学元件的安装开口，其中插入物形成流体室，该流体室具有流体入口、流体出口和测量空间，该测量空间被在光学元件之间形成的光轴穿过。
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