CN102549401A

CN102549401A - 检测流体流的uv剂量

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Publication number: CN102549401A
Application number: CN2010800435357A
Authority: CN
Inventors: G·格罗伊尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2012-07-04
Also published as: US8546766B2; US20120175524A1; EP2483648A1; RU2012117778A; BR112012006752A2; WO2011039687A1; JP2013506126A; KR20120089302A

Abstract

描述了用于检测流体流的UV剂量的装置和方法。在第一方面，装置22具有用于测量流体的流速的第一传感器装置44和用于测量UV光辐照强度的第二传感器装置50。剂量计算单元36根据传感器装置44，50的测量结果计算剂量值。第一传感器装置包括与流体热接触的电阻部件32。该电部件32可以被电流加热并具有温度相关电阻。因此，该第一传感器装置可以被用于根据电阻部件32的冷却率来确定流体的流速。根据第二方面，装置70包括用于测量UV光辐照强度的至少一个UV传感器部件76。提供用于存储强度或剂量值的数据存储器82和电功率存储器88。该装置适于在流体流内自由飘浮。因此，该装置70可以被插入到流经通道的流体中，并且在装置70已经穿过该通道后，根据存储在数据存储器中的数据确定剂量值。

Description

检测流体流的UV剂量

技术领域

本发明涉及一种用于检测流体流的UV剂量的装置和方法。

背景技术

通过紫外(UV)光对流体(诸如空气和水)进行处理以消毒是公知的。为了得到可靠的结果，相应的处理装置需要确定将被处理的流体已经被足量的UV光辐照以确保预期的消毒水平。

测量剂量值不仅包括测量辐照级，还包括随时间对测量的辐照级进行积分，并且可能的话，在不同的波长和空间方向上进行积分。在移动的被辐照物体(诸如流体流)的情况下，剂量测量额外的不得不例如通过测量流速来考虑流体的运动。

US-A-2004/0061069涉及一种具有UV传感器和智能驱动器的流体处理系统。在该系统内，流体被紫外光辐照。传感器检测UV强度级和流体流的流动。该强度通过光电二极管检测。该流体流的流动通过振动敏感扩音器检测。该系统进一步包括根据测量的参数为UV灯供电的智能驱动器。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测流体流中的UV剂量的简化装置，其可以以非昂贵的小的尺寸制造。

该目的通过根据权利要求1的装置或替换地通过根据权利要求9的装置，以及根据权利要求14的使用该装置的方法来解决。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。

本发明根据两个不同方面建议装置。在本发明的第一方面，装置包括流速传感器，其包括与流体热接触的电阻部件。在本发明的第二方面，装置适于在流体流中自由飘浮并包括数据存储器和电功率存储装置。

根据本发明的第一方面，装置包括第一传感器装置，用于测量流速，第二传感器装置，用于测量UV光照射强度，和剂量计算单元，用于根据传感器装置的测量结果计算剂量值。

第一传感器装置(其被用于测量流体流的流速)包括被设置与流体热接触的电阻部件。该电阻部件在一方面被电加热。在另一方面，由于其可测量温度相关性，因此其温度由其电阻决定。将关于优选实施例详细描述的是，此类电部件可以根据风力测量理论，也就是根据电加热部件冷却率，有利的被用于测量流体的流速。因为电阻部件和流体之间的热接触，冷却率尤其依赖于流体的流速，因此允许该参数的电测量。

如将被详细解释的是，该电阻部件可以是无源部件，诸如电阻或光敏电阻，或例如半导体部件诸如二极管、光电二极管、晶体管或光电晶体管。为了即使对于小的温度变化也能获得显著的测量结果，电阻的高温度相关性是优选的。

如将通过优选实施例的描述进一步明显的是，获得准确的流速测量结果的另一度量(measure)是在部件和流体流之间的小的内部热电阻，也就是良好的热接触。尤其优选的是，来自部件的任何寄生热电阻比来自从部件到流体的热电阻高10倍。

第二传感器装置被提供用于测量UV光辐照的强度。其包括UV光敏电部件。如与优选实施例结合将变得明显的是，UV光敏部件可以是与第一传感器装置中的电阻部件相同类型的部件，例如电阻、二极管、晶体管，或甚至可以是相同的部件，即以便第一传感器装置和第二传感器装置都连接到同一个部件。可能的部件类型是光敏电阻，例如通过厚膜(打印、喷涂、浸渍)或薄膜处理(通过例如溅射、CVD、激光沉积、蒸发、外延(epitactical)生长的材料生长)施加于衬底上的光敏材料、例如生长在衬底(诸如在基于Si的检测器如SiC情况下的硅树脂衬底，或在子组III-V半导体检测器如GaP情况下的蓝宝石)上的光电二极管或光电晶体管。也可以提供一个或两个部件作为安装在公共衬底上的SMD部件。

该装置进一步包括剂量计算单元。该剂量计算单元被连接到第一和第二传感器装置并适于根据这些传感器装置的测量结果计算剂量值。该计算主要包括通过将UV强度测量结果除以确定的流速并且随时间对这些瞬时值积分或求和来计算瞬时剂量值。优选地，剂量计算单元可以用数字计算电路实施，优选是积分电路，诸如微处理器、微控制器或FPGA。应当注意的是，剂量计算单元不必被设置在传感器装置的直接物理邻近区域，只要传感器读数被传输到该单元即可，并可以被完全或部分由在一个或多个处理器上执行的还可用于剂量计算之外的其它任务的软件来实现。

根据本发明的第一方面的装置可以相对不昂贵的制造，同时仍能提供可靠的测量。由于机械部件在流速测量中不是必需的，因此装置具有简单结构并且非常耐用。

如上所描述，在优选实施例中，包括在第一传感器装置中的电阻部件，如果其也是光敏的，也可以被连接到第二传感器装置以作为UV光强度传感器。在这种情况下，优选提供遮蔽装置，其可以选择性的将光敏电阻部件与流体流中的UV光屏蔽。该遮蔽装置是可控的以便以至少第一和第二模式操作，其中在第一模式中，部件被暴露于来自流体的UV光，而在第二模式中，部件被与来自流体的UV光屏蔽。该遮蔽装置可以是机械遮蔽装置诸如可移动快门或可移动镜子，但可以替换实施为电动/光学装置，诸如响应电驱动参数变换光学性质的液晶装置。

而且，如上所述，对于第一传感器装置优选的是根据电阻部件的冷却率测量流体的流速。首先，电阻部件的温度被确定。在优选实施例中，电阻部件然后通过提供一定量电功率的加热电路被加热，并且其电阻被再次确定以获得其内部温度。然后，根据提供的电功率和获得的温度变化确定热阻。如果热阻对流速的相关性已通过校准测量结果或模型计算被预先确定，则因此可以确定流速。

根据本发明的第二方面，一种用于检测流体流中的UV剂量的装置包括：用于测量UV光辐照强度的传感器装置，数据存储器和电功率存储器。该装置适于自由飘浮在流体内。这样，该装置是自主的，也就是说没有例如通过导线物理上连接到外部，且在尺寸和比重上进行了调整以能够在流体流中自由飘浮。

为了执行其剂量测量任务，电功率存储器-比如电池，可充电电池，电容器或其它-为携带的装置的操作提供电功率。来自传感器装置的传感器数据(其对应UV光强度)被存储在数据存储器中。这种数据存储器可以包括存储单独的传感器读数并且可选地存储这些读数的计时信息，但其也可以存储根据单独的传感器读数计算的一个或多个值，比如传感器读数的时间积分(或求和)值。

在相应的测量方法中，所描述的自主检测装置被插入到通过通道导引的流体流中，该通道可以是例如UV处理设备或装置，其接收到一定量的紫外光。该检测装置当在流体中飘浮并穿过该通道时，持续检测UV光辐照并将一个或多个相应强度值存储在数据存储器中。穿过该通道后，根据存储在数据存储器中的数据确定总剂量值。

因此，根据本发明第二方面的装置和方法允许UV光剂量的直接测量。为了获得统计上更可靠的值，可以将同一装置穿过该通道多次，或使用多个自主装置穿过该通道一次或多次。因此，统计信息诸如最大、更重要的是最小UV剂量还有平均剂量可以被确定。

根据优选实施例，该装置包括具有UV透明部分的壳体。该壳体优选地相对于流体密封。该UV透明部分允许在UV传感器被内部设置以从流体中接收UV光的同时将装置相对于流体屏蔽。

根据进一步的优选实施例，该传感器装置包括多个被设置为在不同空间方向上定向的UV光敏部件。因为在精确的术语中，剂量值将包括在所有空间方向上的积分，因此提供多个UV光敏部件提供了更精确的测量。

根据进一步的优选实施例，该装置包括通信单元以从数据存储器传递数据。通信单元可以包括机械连接器，诸如插头，其在装置已经穿过通道一次或多次后连接。优选地，该通信单元提供无线通信，诸如无线电或光通信。

在尤其优选的实施例中，该装置包括用于从时变磁场产生电压的线圈。该电压用于驱动一个或多个传感器、存储装置，或通信单元，或为电功率存储装置充电。该装置因此可以被外部供电，尤其是在通信时。例如，优选在装置穿过通道后通过从读取装置中生成时变电磁场而从装置中读出数据，提示该装置例如通过无线电通信报告其数据。

本发明的这些以及其他方面和特征在结合附图阅读以下本发明的具体实施例的描述时对本领域技术人员来说将变得显而易见。

附图说明

将仅通过举例的方式，参考附图来描述本发明的实施例，其中：

图1示出了UV处理系统的示意性侧视图。

图2示出了UV剂量传感器的第一实施例的示意性截面图。

图3示出了图2的剂量传感器的电路图。

图4示出了剂量传感器的第二实施例的示意性截面图。

图5示出了图4的剂量传感器的电路图。

图6示出了剂量传感器的第三实施例的示意性截面图。

图7示出了剂量传感器的第四实施例的示意性截面图。

图8示出了剂量传感器的第五实施例的示意图。

图9示出了UV处理装置的示意性表示。

图10示出了用于测量流速的热模型的示意图。

具体实施方式

图1示出了UV处理系统10，其包括壁12，其形成通道14，流体例如水或空气流过该通道流送。UV灯16被设置具有在道壁12中面对流体18的窗，以便来自UV灯16的UV光20辐照流经通道14的流体18。

诸如图1中示意性示出的处理系统10的设置是公知的，例如废水处理系统，其中污水被UV灯辐照以使致病微生物失去活性并因此对水消毒。

为了能证明和保证UV光20的消毒效果，期望在流体18的每个部分上进行总辐射光子能量的剂量测量。

UV流体处理装置中的剂量由每表面积中的辐照能量定义，并用J/m²或mJ/cm²测量。例如对于UVC消毒，40mJ/cm²的最小剂量是所期望的。处理系统10中的真实剂量的确认通过生物测试来实现，所谓的挑战测试，其由计算机模拟支持-考虑到使用的UV灯的辐照分布、将被处理的流体内的任意点处的辐照水平和流体的流动模式。

实现特定剂量的关键是流体处理系统10中的UV辐照低，或者流速高，或者二者兼有的那些部分。在规定的生物剂量测定挑战测试中，通过改变流速、流体UV传播和其他参数来测试给定系统的健壮性，以保证在特定工作区域的适当功能。

下面将描述用于检测UV剂量的方法和装置，其可以用于开发流体处理系统10或用于监测其工作。提议的传感器提供关于局部剂量的信息，其优选在位于或接近低UV辐照和/或高流速的临界子区域或子容量处获取。

对于该测量，在系统10中提供电传感器22，其可以如图1所示设置在与UV灯16相对的通道壁12上。

图2示出了UV剂量传感器22的第一实施例，其包括具有直接朝向流体流18的UV透明窗26的壳体24。在壳体24内设置有电路28，其中在印刷电路板PCB31上提供第一电部件32和第二电部件30作为SMD(表面安装器件)部件。

第一电部件32是具有温度相关电阻的部件，诸如NTC或PTC部件。导热部件34被直接提供在电阻部件32上，其与壳体24的外部直接接触，并因此与流体流18直接接触。导热部件34用于建立流体流18和电阻部件32之间的良好的热接触。其优选由具有良好导热性的金属制成，诸如例如铜。本领域技术人员应当认识到所示出的壳体24并且尤其是导热部件34的形状和设计仅仅是为了举例，并且这些形状和尺寸可以根据具体需求进行改变。

第二电部件30是光敏电阻，其通过电阻变化对入射光子流起反应。用于此光敏电阻的典型材料是CdS。被选择用于光敏电阻30的材料类型取决于入射光20的光谱组成。如果来自UV灯16的光20的光谱组成是已知的，并且如果没有其他光源，那么可以选择通常的光敏部件30，即，不仅对UV光而且对其他波长敏感的部件。

在两侧PCB31的背面，提供评估电路36，其在所示的例子中是SMD安装的集成混合电路，其也可替换为通过多个离散的电部件实现。

为壳体24的外侧提供导线连接38，用于电功率提供和传输传感器数据。

图3示出了第一和第二电部件30，32的部分示意性电路图，其连接到评估电路36。

第一电阻部件32与第一可控电压源40和电流检测装置42一起形成第一传感器装置44，而第二UV光敏部件32与第二电压源46和第二电流检测器48一起形成第二可控传感器装置50。

提供控制单元52用于控制第一和第二传感器装置44，50的操作以及用于处理从电流检测装置42，48传送的值。该控制单元52作为剂量计算单元工作并且还与数据存储器54和通信接口56相互作用以存储传感器数据和通过缆线连接38(或者在可替换的实施例中，通信单元56适于的其他通信方式，例如无线电或光数据传输)传输此数据。

在传感器22的操作中，控制单元52持续控制第一和第二传感器装置44，50来测量流体18的流速和入射UV光20的强度二者。

为了测量UV强度，控制单元52驱动电压源46以提供恒定电压。所得到的通过光敏电阻30的电流通过电流检测器48测量。根据可存储在数据存储装置54中的光敏电阻30的已知校准数据，控制单元52因此确定UV光20强度的当前值。由此获得的该测量值被存储在存储器54中。

在后续步骤中或并行地，控制单元52控制第一传感器装置44以利用风力测量原理测量流体18的流速。该测量原理依据第一电部件32在其环境内的热模型。

在图10的模型中，电部件32通过两条并行路径热连接到流体流18：第一路径1表示通过导热部件34进行热传导，并且第二路径2表示(例如通过壳体24)从部件32到流体18的寄生热路径。第一路径被使用作为用于检测流速的模型，而第二路径2表示使用的简化模型中的系统误差。

第一和第二路径1，2二者都包括电部件32和流体18之间的恒定热阻和流速相关热阻。在第一路径1中，Rs表示从电阻部件32到与流体18接触的导热部件34的表面的热阻。Rsc(v)表示流速相关热阻。同样，在第二路径2中，Rp表示电阻部件32和壳体24之间的寄生热阻，而Rpc(v)是代表寄生热阻的流速相关热阻。

风力测定原理依据从电阻部件32检测总热阻的流速相关变化。该信息在简化模型中仅关于具有恒定部分Rs和流速相关部分Rsc(v)的第一路径1被评估。由于该恒定部分在获得的测量结果的评估中可以被轻易地消除，该检测信息因此主要被包括在Rsc(v)中。

代表系统误差的通过第二路径2的寄生热传导因此应相对通过第一路径1的传导是小的；否则，所获得的测量结果将被大部分地由寄生热流决定。

相应地，由通过导热元件34的直接热传导代表的热阻Rs应当比寄生热阻Rp小得多。这优选地通过提供经由导热部件34的良好的热传导，而在其他情况下最小化来自电阻部件32的热流来实现。最优选地，部件32的热绝缘和部件32与流体18之间的热传导应该被选择为使得Rp是Rs的10倍以上。因此，如果例如Rs大约是1K/W，则Rp应当是至少10K/W。

存储在控制单元52的程序内或数据存储器54内的是反映电阻装置32的电阻的温度相关性的表格，即，关系R(T)，其中R是欧姆电阻，T是开氏温度。进一步已知的和存储的是作为流体18的流速v(米每秒)的函数的电阻装置32的热阻Rth(开尔文每瓦特)的相关性。该相关性Rth(v)已经根据先前测量结果或根据模型计算获得。

为了测量流体18的流速v，传感器装置44首先被控制通过在电压源40上施加小的电压并在电流传感器42中测量通过电阻32的得到的小电流，来测量电阻装置32的温度T(并由此测量流体18的温度)。在该上下文中，“小”意味着到电阻32的总电能输入仅导致可以忽略的自发热。欧姆定律U＝R*I被用于确定电阻32的电阻值R，其又被用于通过使用所述的相关性R(T)查找表确定电阻32的内部温度。由于良好的热接触，该值对应于流体18的温度。

在后续步骤中，恒定电输入功率P被施加给电阻32以产生小的但良好的可检测的温度上升。该施加的电功率根据电压源40的电压和在电流传感器42处测量的电流是已知的。该功率P被施加一段时间直到电阻32已经稳定在更高的温度。

电阻32处的温度的上升满足公知的公式ΔT＝Rth*P，其中ΔT是温度差，Rth是热阻并且P是施加的功率。

通过下次测量被加热的电阻32的温度(其再次通过使用欧姆定律和已知的电阻的温度相关性来实现)，能够计算出热阻Rth。

如关于图10所解释的，在忽略寄生影响的简化模型中，电阻32和流体18之间的总热阻Rth能够被表示为对应于从电阻32到流体流18的热传导的恒定贡献Rs，和描述导热元件34和流体18之间的热接触电阻的第二流速相关贡献Rsc(v)。因此，Rth(v)＝Rs+Rsc(v)，其中第一恒定部分Rs描述内部热阻，并且Rsc(v)是由流速v和处理流体的类型(例如水或空气)确定的外部热阻。

为了实现热阻Rth对流速v的强相关性，有利地是使内部热阻Rthi尽可能的小。这可以通过将电阻32安装得与流体良好地热接触(例如直接安装到金属壳体上，或通过将电阻32用诸如铜导热元件34的高导热材料桥接到流体18)来实现。

通过施加上述测量程序，控制单元52控制第一传感器装置44以持续获得被存储在数据存储器54中的流速v的测量结果。

为了获得剂量值，根据获得的流速v和测量的UV辐照度I的值以及根据传感器表面的尺寸(具体地，在流动方向测量的表面的长度d)如下计算局部剂量D：

D＝I*d/v。

为了获得以J/m²计的局部剂量D的值，UV辐照度I以W/m²被测量，测量区域的长度d以m计，流速v以m/s计。为了获得精确的测量结果，推荐对流速和UV辐照传感器部分进行校准。

以上所给公式当然是通过依赖假设流速v和辐照水平I在检测器区域上都不显著变化，并且流速v是直接平行于传感器22的表面区域而简化了事件。这些假设将以这样的方式适用于合适安装的传感器22以便流体18的流动模式和UV辐照模式都不会被破坏。

为了获得总的剂量值，持续获得的局部剂量值D被在时间上进行积分(或对于优选地以均等的时间间隔持续测量的离散值进行求和)。

因此获得的总剂量值，或强度和/或流速的单独的测量结果被存储在存储器54中并可以通过通信接口56进行通信。

图4示出了传感器122的可替换实施例。根据第二实施例的该传感器122在一些部分上对应于根据第一实施例的传感器22。同样的部分由同样的参考数字引用。下面，将解释第二和第一实施例之间的差异。

在根据第二实施例的传感器122中，第一电阻部件被提供为二极管132。UV光敏电部件被提供为光电二极管130。

光电二极管130和二极管132被一起制造为单块传感器元件，其在同一制造处理中被形成在公共衬底131上。该二极管通过半导体处理(薄膜)工艺制造，其中在膜沉积期间形成器件属性并且真空工艺被用于以已知的方式施加或结构化沉积的层。(光电)二极管具有PN结并因此具有不同的多数载流子浓度或类型的空间分离的区域。在光电二极管器件中，通过在零偏压下的光电流或者结的反向偏压测量入射光子流。

光电二极管130的材料的类型取决于入射光20的光谱成分。对于检测UVC辐照，宽带隙半导体材料是优选的：SiC或GaP例如用于非均匀半导体辐照检测器，Si用于更长波长的检测。

虽然可以将二极管132制造的不同于光电二极管130，这两个电部件可以可选地相同的制造。如图4所示，二极管132被相对入射UV光20遮挡，因此其电属性就是二极管的电属性。

因此，第一和第二电部件132，130可以被只按照为一个单块检测元件。

评估电路36驱动包括电部件132，130的传感器装置以与如上结合第一实施例描述相同的方式获得UV强度和流速测量结果。在本例中UV强度根据穿过光电二极管130的光电流来确定。流速v再次根据风力测量原理，利用半导体部件132的强温度相关性来测量。然后，第一二极管132被用作以正向偏压驱动的温度相关电阻，而第二光电二极管130被用作在零偏压或负偏压下的辐照检测。

在进一步可替换的实施例中(未示出)，电部件130，132可以是光电晶体管。在光电晶体管中，集电极-基极结暴露于入射光。生成的基极电流放大该集电极电流。对于对UV辐射敏感的光电晶体管，可以使用如上相关于光电二极管讨论的相同的材料和制造工艺。

因此，单块检测器可以由以下方式之一来制造：

-通过薄膜工艺在一个衬底131上制造两个光电二极管或光电晶体管，第一光电二极管132(或，可替代的：光电晶体管，未示出)被相对入射UV辐射20遮挡，并且第二光电二极管130(可替代的：光电晶体管，未示出)被暴露于UV光。

-通过薄膜或厚膜工艺在一个衬底上制造两个光电电阻元件(未示出)，第一光敏电阻被用作相对UV光20被遮挡的电阻装置32，并且第二光敏电阻被用作暴露于UV光的UV光敏部件30。

-在衬底上安装两个离散的表面安装器件(SMD)光电二极管(或光电晶体管，或光敏电阻)，第一个被UV光20照射而第二个被相对UV光20被遮挡。

在所有这些情形中，UV强度水平直接由光电流或光电阻读数确定，而流速是通过以下确定的：确定处理流体的温度，加热电阻部件并且再次确定内部温度，以及根据温度差、已知的电输入功率和已知的流速相关热阻来计算流速。

在图6中示出本发明的第三实施例。再次，根据第三实施例的传感器322具有与第一和第二实施例共同的部分，其被相同的参考数字指定。以下，将解释不同之处。

在该实施例中，仅有一个单独的电部件64被提供作为用于UV强度测量和流速测量二者的传感器元件。在优选例子中，该部件是以薄膜工艺制造在衬底上的光电二极管64。该光电二极管64被设置在壳体24内以便其对UV光20的暴露可通过机械可移动挡板(shutter)60被有选择地遮挡。取决于机械可移动挡板60的位置，光电二极管64或者从流体18暴露于UV光20，以便其可以被用于以上述方式测量UV强度。或者，光电二极管64完全相对于UV光20被遮挡，以便其表现为普通二极管。由于通过导热元件34的到流体18的良好的热耦合，其因此可以被用于以上述的相同的方式测量流体18的流速。

因此，光电二极管64形成用于检测流体18的流速的第一传感器装置和用于测量UV光20的强度的第二传感器装置二者的一部分。评估单元(未示出)相应地驱动光电二极管64和可移动挡板60，以便依次获取UV强度和流速的测量结果。

图7示出了与图6中示出的第三实施例可比的另一可替代第四实施例。在传感器322中，光电晶体管66被设置为第一和第二传感器装置二者的电部件。代替第三实施例中的外部可移动挡板60，根据第四实施例的传感器322具有可移动镜62，其在较高位置相对入射UV光20屏蔽光电晶体管66，而在较低位置，如图7所示，将UV光20引导到光电晶体管66上。根据第四实施例的传感器322的操作与根据第三实施例的传感器222的操作相同。

在进一步可替代的与以上描述的第三和第四实施例可比的实施例中，传感器具有与流体热接触的也是光敏的电阻部件，例如光电晶体管，光电二极管或光敏电阻(未示出)。与以上描述的第三和第四实施例相比，没有可控遮挡装置，诸如挡板或镜。取而代之，传感器22的评估与灯16的操作同步，以便来自灯16的UV发射是被调制(在最简单的情形中通过开关灯16，或通过有选择地将流体18从灯16屏蔽)。这样，将取决于发射自灯16的UV光20的强度从传感器22获得不同的读数。通过比较使用由灯16的不同辐照而获得的值，UV辐照对传感器信号的影响可以被确定并因此从流速测量结果的评估中去除。因此，在该可替代实施例中，单个部件可以用于辐照和流速测量二者而无需在传感器22处使用可控遮挡装置。

图8示出了根据本发明的第五实施例的传感器70。如图9所示，传感器70可以被使用在UV水处理系统90中以检测被处理的水的UV剂量。

传感器70具有大体上球形形状并包括将内部相对流体密封的壳体72。在壳体内，设置多个对UV透明的窗74，UV传感器部件76被设置在窗74后以便通过窗74被UV光辐照。

传感器部件76(其在优选实施例中为光电二极管)的每个被连接到评估单元78。该评估单元78包括控制单元80(其优选为微处理器)、数据存储器82(其优选为随机存取存储器或闪存)，和用于与外界通信的通信单元84。在所示优选实施例中，通信单元84被连接到线圈86以用于无线电通信或电感耦合，如将被进一步解释的那样。

传感器70还包括电池88(其优选为可充电电池)，以为壳体72内的所有部件供电。因此，传感器70是完全自主的执行其UV剂量测量功能而没有外部连接。

在操作中，评估单元78的控制单元80持续从UV传感器部件76获取传感器读数，并且数字地处理这些值以计算并存储UV剂量值。得到的UV剂量值被存储在存储器82中。

在测量开始时，存储的剂量值通过经由通信单元84接收的重置命令设置为0。

然后，来自所有传感器76的用以覆盖空间方向的宽范围的强度值被按测量间隔而记录，根据测量的强度和测量间隔的持续时间计算相应的剂量值被添加到先前存储在存储器82中的剂量值中。该测量、添加和存储步骤被持续重复以便每次存储在存储器82中的剂量值反映自测量开始时由传感器70接收到的总UV剂量。

如图9所示，多个相同的传感器70可以被用来确定UV处理设备90的适当功能。在设备90中，将被处理的水被通过第一管道92馈送到反应器94。在反应器94中，水被高功率的UV灯98辐照。因此被处理的水被引导通过第二管道96。

为了测量由水接收的UV剂量，提供传感器入口100和传感器出口102，其中如上描述的多个传感器70被插入到第一导管92中的水流中，穿过反应器94并被从第二管道96的水中取出。传感器70适于其预定在其中操作的流体，在当前情况下是水。因此，它们被以这样的尺寸和重量提供以便其比重近似等于流体的比重。因此，它们能在流体内漂浮。优选地，传感器70的比重与流体的比重的差不大于10％。

而且，传感器70在尺寸上适于具体的测量任务。任何将要评估的系统大体上可以被认为是通道，其中至少一个传感器70被在上游插入并与流体一起穿过通道。传感器的尺寸根据通道的特性来选择，也就是说，以便传感器70足够小以至于以穿过通道，并优选地到目前为止小型化到使得通道内流体的流动在很大程度上不被在流体内漂浮的传感器70干扰。

为了评估图9中的水处理设备90，传感器70被插入到入口100中，其存储器82被重置到0。传感器70然后穿过反应器94并从UV灯98获取UV剂量，其取决于诸如其穿过反应器94的路径和水的流速的因素。

在穿过反应器94后，传感器被从出口102取出。然而，先于出口102，它们经过包括线圈的数据读取器104，所述线圈用于通过传感器70的内部通信单元84和其相关的线圈86与传感器70无线通信。读取器104生成包含被发送到每个经过的传感器70的询问指令的时变电磁场。每个传感器70内的通信单元84接收该指令并相应地促使控制单元84从存储器82取回当前UV剂量值。该控制单元80通过通信单元84和线圈86发送作为将在读取器104处接收的调制的时变电磁场的响应信息，以便累积的UV剂量值因此在读取器104处被读取。

如图9所示，除了可以使用单个传感器70，还可以将多个传感器插入到流体流中。优选地，传感器70被多次插入，其中每次读取累积的UV剂量值(并且传感器70然后重置)。这样，不仅可以获得单个剂量测量结果，而且可以获得特别地统计数据，诸如平均暴露量和对于系统90的评估特别重要的最小剂量值。

关于本发明的以上实施例，本领域技术人员将意识到所公开的实施例仅仅是本发明的举例，其可以以各种形式实现。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应解释为限定，而仅仅是作为权利要求的基础和作为用于教导本领域技术人员以实质上任何适当的详细结构以各种方式实现本发明的表述基础。此外，本文使用的术语和短于不是意图限制，而更是提供本发明可以理解的描述。

本文使用的术语“一”或“”一个被定义为一个或多于一个。本文使用的术语多个被定义为二个或多于二个。本文使用的术语另一个被定义为至少第二或更多。本文使用的术语包括和/或具有被定义为包括(即，开放式语言，不排除其他元件或步骤)。权利要求中的任何参考标记不应解释为限制权利要求或本发明的范围。

在相互不同的从属权利要求或不同的实施例中叙述特定措施的事实不表示这些措施的结合不能被有利地使用。

Claims

1.一种用于检测流体流的UV剂量的装置，包括

-用于测量所述流体(18)的流速的第一传感器装置(44)，所述第一传感器装置(44)包括与所述流体(18)热接触的电阻部件(32，132，64，66)，其中电部件(32，132，64，66)可以被电流加热，并且电部件(32，132，64，66)具有温度相关电阻，

-用于测量UV光辐照强度的第二传感器装置(50)，以及

-用于根据所述传感器装置(44，50)的测量结果计算剂量值的剂量计算单元(36)。

2.根据权利要求1的装置，其中

-所述第二传感器装置(50)包括光敏电部件(30，130，64，66)。

3.根据权利要求2的装置，其中

-所述第一传感器装置(44)的所述电阻部件(32，132，64，66)和所述第二传感器装置(50)的所述光敏电部件(30，130，64，66)是相同类型的电部件。

4.根据权利要求3的装置，其中

-所述电阻部件(32，132，64，66)和所述光敏电部件(30，130，64，66)二者都由厚膜工艺、薄膜工艺制造或被提供为SMD部件。

5.根据权利要求3和4之一的装置，其中

-所述电阻部件(32，132，64，66)和所述光敏电部件(30，130，64，66)二者都是以下类型的电部件之一：光电二极管、光电晶体管、光敏电阻。

6.根据上述权利要求之一的装置，其中

-所述电阻部件(64，66)也是光敏的，

-并且其中所述第二传感器装置(50)也被连接到所述电阻部件(64，66)以测量由所述部件(64，66)接收的UV光的强度。

7.根据权利要求6的装置，其中

-提供可控遮挡装置(60，62)，

-其中所述遮挡装置(60，62)可以至少在第一和第二模式中操作，

-所述遮挡装置被设置成使得在所述第一模式中，所述电部件(64，66)被从所述流体(18)暴露于UV光，并且其中在所述第二模式中，所述电部件(64，66)从所述流体相对于UV光而被屏蔽。

8.根据上述权利要求之一的装置，其中

-所述第一传感器部件(44)被布置为在电加热所述电阻部件(32，132，64，66)时根据通过所述流体流(18)的所述电阻部件(32，132，64，66)的冷却率来测量所述流速。

9.一种用于检测流体流的UV剂量的装置，包括：

-用于检测UV光辐照的强度的UV传感器部件(76)，

-用于至少存储强度或剂量值的数据存储器(82)，

-用于存储电功率以用于所述传感器部件(76)和所述数据存储器(82)的操作的电功率存储装置(88)，

-其中所述装置(70)适于在该流体流内自由漂浮。

10.根据权利要求9的装置，所述装置还包括具有至少一个UV透明部分(74)的壳体(72)。

11.根据权利要求9和10之一的装置，其中

-所述装置包括多个面向不同空间方向的UV传感器部件(76)。

12.根据权利要求9-11之一的装置，其中

-所述装置还包括适于从所述数据存储器(82)传送所述值的通信单元(84)。

13.根据权利要求9-12之一的装置，其中

-所述装置包括用于从时变电磁场生成电压的线圈(86)，

-其中所述电压被用于驱动所述传感器部件(76)、所述数据存储装置(82)，和/或所述通信单元(84)，或者被用于对所述电功率存储装置(88)进行充电。

14.一种用于检测流体流的UV剂量的方法，其中

-流体被引导通过通道(92，94，96)，

-其中根据权利要求9-13之一的感测装置(70)被插入到所述流体流中以随其一起流动通过所述通道(92，94，96)，

-其中在所述感测装置(70)已经穿过所述通道(92，94，96)后，根据被存储在所述数据存储器(82)中的数据确定剂量值。

15.根据权利要求14的方法，其中

-多个感测装置(70)被插入到所述流体流中，或者一个或多个所述感测装置(70)被多次插入到所述流体流中。