CN103454251A - 实心体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对浊度传感器进行调整、校准和/或功能检查的实心体(1)，其与至少第一波长的电磁波，特别是光一起工作，并且其中，该实心体(1)至少对第一波长的光是透明的，其特征在于，实心体(1)中提供有至少第一区域(5)，其中，至少第一波长的入射光(3)被散射，其中，散射光(4)是浊度的量度。

Description

实心体

技术领域

本发明涉及一种用于对浊度传感器进行调整、校准和/或功能检查的实心体。

背景技术

本发明意义上的浊度测量是通过特别在淡水、工业用水、废弃水以及瓦斯中使用的浊度传感器执行的。此外，本发明还涉及类似工艺变量的测量，例如固体含量，和污泥(sludge)，或泥(mud)，水平。适用于测定相应工艺变量的测量装置由Endress+Hauser集团公司生产和出售，其具有大量的变型，例如，带有标号“Turbimax CUS51D”和“Turbimax W CUS65”。

通常，传感器被布置于传感器主体中，通过光学手段确定工艺变量。在这种情况下，特定波长的电磁波被从至少一个发射单元发送，由待测介质散射并由接收单元接收。光学部件的电磁波的波长通常位于近红外，例如，在860nm处。然而特别地，在美国市场，也使用白光源。

发射器最常见的是窄带辐射器，例如，发光二极管(LED)。在这种情况下，LED被用于产生位于合适波长范围内的光。作为接收器应用的可以为相应的光电二极管，其从接收到的光线中产生接收器信号，例如，光电流或光电压。

为了使得浊度测量具有可比性，应用浊度标准液(进行检测)，例如，福尔马肼(formazine)。最普通的浊度单位是FAU(福尔马肼衰减单位)、FNU(福尔马肼散射单位)、FTU(福尔马肼浊度单位)、NTU(散射浊度单位)、TU/F(浊度单位/福尔马肼)、EBC(欧洲酿造协会)和ASBC(美国酿造化学家学会)。

通常，浊度传感器通过标准福尔马肼校准。

福尔马肼是一种肼硫酸盐和乌洛托品的混合物。为了得到可再现的结果，福尔马肼的生产必须做得非常小心。

福尔马肼仅具有很低的可存储性。特别是在低浊度值的情况下，可存储性总计只有几个小时。

而且，福尔马肼可能是致诱变的和致癌的。

福尔马肼的一种替代品是以实心体形状的参考材料。相比之下，从避免材料老化这个意义上讲，实心体标准可以储藏更长时间。另外，它们在操作上也存在较少的争议。

直到现在，实心体标准由散射入射光的材料(例如，浑浊合成物质)或以合成方式引入了负责光散射的结构的材料制成。一方面，后者具有可以实现明确的、不同浊度值的优点，另一方面，提供的结构可以被局部地限制在实心体的特定区域。目前，这专门通过玻璃体并在其中掺杂一些折射率不同于玻璃的小的杂质微粒来实现。这种方法类似于在液体中在悬浮微粒上散射光，从而适合作为副标准。然而，在玻璃中掺杂杂质的过程相对复杂和昂贵。

发明内容

因而，本发明的目的在于，提供一种有成本效益的解决方案用于仿效通过悬浮于液体和瓦斯中的微粒散射光。

该目标通过浊度传感器中的实心体来实现，其与在至少第一波长的电磁波，特别是光一起工作，其中，实心体至少对第一波长的光是透明的。在实心体内至少提供有第一区域，其中，至少第一波长的入射光被散射，其中，该散射光是浊度的量度。

在一个有利的实施例中，进入至少第一区域的至少一种能量输入在实心体中导致至少一个微裂缝，其中，该至少一个微裂缝具有小于1000μm，特别的小于500μm，特别的小于250μm的尺寸。本发明意义上的微裂缝可被认为是实心体中的结构变化，即，作为限定的区域，其与周围环境不同。

能量输入使得至少一个微裂缝被以精确的方式引入实心体中。

在一个优选实施例中，提供具有已限定的微裂缝密度的多种微裂缝，其中，微裂缝密度是浊度的量度，其中，本发明意义上的“微裂缝密度”取决于微裂缝的数量、微裂缝的形状、微裂缝的尺寸以及微裂缝彼此之间的间隔。通过改变这些参数中的一个，数量、形状、尺寸和/或微裂缝彼此之间的间隔，可以改变微裂缝的密度。

有利地，微裂缝是均匀分布的，特别是在入射光不是均匀分布的情况下。如果微裂缝是均匀分布的，那么万一光分布变化，所测量的浊度不变，虽然，如果光分布是不均匀的，那么所测量的浊度会发生改变。

微裂缝的密度被实施为使得浊度的量度参照浊度标准液，特别是浊度的量度可以用浊度单位中的至少一个表示，该浊度单位包括FAU、FNU、FTU、NTU、EBC、TEF、ASBC或TU/F，就可以实现一个特殊的优点。如果微裂缝的密度是与浊度标准液相关联的，该实心体可以用作副标准。

在一个实施例中，浊度标准液是福尔马肼。

优选地，能量输入是通过激光实现的。这样，微裂缝可以简单、精确和有成本效益地被引入实心体中。

优选地，实心体包括一组材料中的一个，所述一组材料包括玻璃、蓝宝石、钻石、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯。这些材料大体都具有这样的特性，它们对第一波长的光是透明的，并且微裂缝可以被引入第一区域，使光可以被散射。

实心体被实施成任一长方体的形状，例如，正方体的形状。其他可选的形状包括金字塔形，球形等。典型的实心体的尺寸在数毫米至数厘米的范围内。

在一个有利的进一步发展中，在实心体中提供有多个区域，其被实施为，在每种情况下，可以提供另一种浊度的量度。因为，在实际中，通常有多个点需要被调整、校准或检查，对于使用具有多个区域的单个实心体的传感器可以这样做。

该目标进一步通过浊度传感器来实现，在这样的情况下，实心体被安置在浊度传感器上，浊度传感器通过背散射光、90度散射光、前散射光或透射光的方法中的一个被调整、校准或进行功能检查。

此外，该目标通过方法实现，在该方法的情况下，实心体被放置在浊度传感器上，浊度传感器通过背散射光、90度散射光、前散射光或透射光的方法中的一个被调整、校准或进行功能检查。

附图说明

本发明基于附图被更加详细解释，附图如下所示；

图1a实心体制造步骤的侧视示意图，

图1b例如通过图1a的步骤，生产出的实心体的侧视图，

图2a-c说明三种测量方法的实心体的侧视图，以及

图3实心体的优选实施例的立体图。

在图中，相同的特征设有相同的附图标记。

具体实施方式

本发明中的实心体被赋予附图标记1。实心体1是由一组材料中的一个制成，所述一组材料包括玻璃、蓝宝石、钻石、聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯，并且具有在厘米范围内的尺寸，例如，实心体1被实施成边长为4cm的正方体。正方体具有容易操作的优点。通常，然而，多种选择包括(任一)长方体、金字塔形、球形等。在这种情况下，尺寸不重要。重要的是尺寸要适合于浊度传感器的校准(见下文)。

图1a示出了关键制造步骤。激光7辐射高能量的激光到实心体1上，更准确的说是进入第一区域5。在这种情况下，使用透镜、反射镜(mirror)以及其他可能的光学工具和方法，以便激光束聚焦到区域5中的一个点上。在另一种变形中，一种选择是使用许多激光7，其被聚焦到一个点上，以便在那里产生微裂缝2(见下文)。

第一区域5占用了实心体1的一部分。一种选择是第一区域5包括几个厘米，并且，在最大的情况中，第一区域5占用了全部的实心体1。因为激光7在第一区域5中产生了数百微米的微裂缝2(见下文)，所以第一区域也可以仅为几毫米。

在焦点，激光束的空间和时间能量密度如此高，以致于通过电离和等离子体形成，在那里实心体被热损坏和结晶化(伴随裂缝形成、熔化和蒸发)，同时，焦点之前和之后的宽束既不损坏两个固体表面，也不损坏透镜。所导致的微裂缝被赋予附图标记2。激光7或者实心体1在x、y和z轴方向移动，以得到不同空间位置处的微裂缝2。

本发明意义上的微裂缝2将被当做是实心体中的结构的改变，也就是说，作为一个限定的区域，其与它的环境不同。在这种情况下，可以根据需求选择微裂缝2的形状。典型的形状为米粒状或球形状结构，其具有几百毫米的尺寸，典型值为小于1000μm，特别地小于500μm，特别地小于250μm。

图1b显示了结果。位于第一区域5中的为微裂缝2的常规模式。当然，也可以使用非常规结构。

微裂缝2原则上模拟了液体或瓦斯中的微粒。如果光落在微裂缝2上，则光会被散射。散射的类型和数量是浊度的量度。从而，与每种模式相关联的是特定的浊度值，其中，微裂缝的密度(见下文)确定了散射和随之的浊度。浊度值是基于以下几种单位之一，该几种单位包括FAU、FNU、FTU、NTU、EBC、ASBC或TU/F。可能的浊度值可以为几乎0FNU(非常清的水)至几百，特别地高达几千FNU。

该浊度值与液体标准，例如，福尔马肼，相比，使得激光处理的实心体可以用作副标准。

如果微裂缝2被放置彼此非常接近，模拟大的浊度；则存在高的微裂缝的密度。如果微裂缝2被放置远离彼此，模拟低的浊度；则存在小的微裂缝的密度。

除了微裂缝2彼此之间的间隔，微裂缝2的形状、尺寸和数量也会对微裂缝的密度具有影响，其中，正如已经提到的，微裂缝的密度是浊度的量度，也就是说，如果四个参数(数量、形状、尺寸、间隔)中的至少一个改变了，则都会对微裂缝的密度以及从而对模拟的浊度具有影响。微裂缝2的形状、尺寸、间隔和数量也可以被实施使得可以模拟最多变的介质、颗粒、污泥或泥的类型、细菌等。

图2a-c图示了实心体1的应用。浊度测量装置包括至少一个发射单元8和接收单元9。为了校准浊度测量装置，发射单元8以特定的孔径角8.1朝向实心体1，特别地朝向区域5发送光，例如，波长为860nm的光。在本发明的变形中，使用白光源。实心体1基本上对辐射光3是透明的，但是在区域5中，该光被散射并且散射光4到达以特定的孔径角9.1接收光的接收单元9。

如上所述，由于特定的浊度值与实心体1相关联，因而可以对浊度传感器进行调整、校准和/或功能检查。

图2a-c示出了不同的测量方法。

图2a图示了背散射光法，其中，背散射光被测量。在这种情况下，入射光3和散射光4由箭头表示。图2a中示出发射单元8和接收单元9作为一个单元。当然，使用分开的单元也是一种选择。背散射光可以在不同的角度进行测量。

图2b示出了90度散射光法，在这种情况下，测量散射光4，其相对于辐射光3散射了90度。

图2c示出了透射光法或前散射光法，在这种情况下，透射光或前散射光被测量。前散射光可以在不同的角度进行测量。因此，例如，接收单元9不需要与发射单元8处于同一平面。

图3是一个优选实施例中的实心体1的立体图。在这种情况下，作为第一区域5的补充，提供了第二区域6。在第二区域6中，提供有另一种结构的微裂缝2。在图3中表示为不同数量的微裂缝2。然而通常然而，区域6中也可以使用其他的方式、尺寸、形状等。这样，通过只用一个实心体1，就可以模拟许多不同的浊度值。在这种情况下，只需要改变实心体1的位置或取向。在图3中，区域5和6没有相遇。然而，自然可能或者为了某个特定的应用，区域5和6重叠也是合理的。当然，多于仅两个不同的区域也是有可能的。因此，例如，一种选择是例如第一区域5和第二区域6重叠，使得在重叠的区域形成第三区域。此外，当旋转或移位实心体1、发射单元8和/或接收单元9时，可以得到第四和第五区域，使得入射光3从另一侧照到重叠区域。

附图标记列表

1        实心体

2        微裂缝

3        入射光

4        散射光

5        第一区域

6        第二区域

7        激光

8        发射单元

8.1      8的孔径角

9        接收单元

9.1      9的孔径角

Claims (12)

1.一种用于对浊度传感器进行调整、校准和/或功能检查的实心体(1)，其与至少第一波长的电磁波，特别是光一起工作，并且

其中，所述实心体(1)至少对所述第一波长的所述光是透明的，

其特征在于

至少第一区域(5)被提供在所述实心体(1)中，其中，至少所述第一波长的入射光(3)被散射，其中，所述散射光(4)是浊度的量度。

2.如权利要求1所述的实心体(1)，其特征在于

进入所述至少第一区域(5)的至少一个能量输入在所述实心体(1)中导致至少一个微裂缝(2)。

3.如权利要求2所述的实心体(1)，其特征在于

所述至少一个微裂缝(2)具有小于1000μm，特别的小于500μm，特别的小于250μm的尺寸。

4.如权利要求2或3所述的实心体(1)，其特征在于

提供具有微裂缝密度的多种的微裂缝(2)，

其中，所述微裂缝密度是浊度的量度，

其中，所述微裂缝密度取决于所述微裂缝(2)的数量、形态、尺寸和所述微裂缝(2)彼此之间的间隔。

5.如权利要求4所述的实心体(1)，其特征在于

所述微裂缝(2)是均匀分布的。

6.如权利要求4或5所述的实心体(1)，其特征在于

微裂缝的密度被实施成使得所述浊度的量度参照浊度标准液，特别是使得所述浊度的量度可以以浊度单位中的至少一个表示，所述浊度单位包括FAU、FNU、FTU、NTU、EBC、TEF，ASBC或TU/F。

7.如权利要求6所述的实心体(1)，其中，所述浊度标准液是福尔马肼。

8.如权利要求2至7中的至少一个所述的实心体(1)，其特征在于

所述能量输入是由激光(7)实现的。

9.如权利要求1至8中的至少一个所述的实心体(1)，其特征在于

所述实心体(1)包括一组材料中的一个，所述一组材料包括玻璃、蓝宝石、钻石、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯。

10.如权利要求1至9中的至少一个所述的实心体(1)，其特征在于

在所述实心体(1)中提供有多个区域(5，6)，所述区域被实施为使得，在每种情况下，提供另一个浊度的量度。

11.一种浊度传感器，所述浊度传感器包括了如权利要求1至10中的至少一个所述的至少一个实心体(1)，

在这种情况下，所述实心体(1)被放置在所述浊度传感器上，使得以透射光、前散射光、背散射光或90度散射光的方法之一对所述浊度传感器进行调整、校准或功能检查。

12.一种方法，所述方法用于使用如权利要求1至10中的至少一个所述的至少一个实心体(1)对浊度传感器进行调整、校准或功能检查，

其中，所述实心体(1)被放置在所述浊度传感器上，使得以透射光法、前散射光、背散射光或90度散射光的方法之一对所述浊度传感器进行调整、校准或功能检查。

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