CN105143857A - 具有多个检测通道的荧光计 - Google Patents

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Abstract

一种光学传感器可以具有多个检测通道以检测流体的不同特征。例如，工业清洁和消毒应用中所用的光学传感器可以具有多个检测通道以检测何时系统既清洁又被真正地消毒。在一个实例中，光学传感器包括把光指引到流体中的光学发射器、检测传输透过流体的光的第一光学检测器、检测由流体散射的光的第二光学检测器和检测流体发出的荧光发射第三光学检测器。光学发射器和光学检测器能够位于光学分析区周围。取决于应用，光学发射器可以被放置为把光引导到光学分析区的壁附近而不是光学分析区的中心，这可以提高检测通道的信号强度。

Description

具有多个检测通道的荧光计
技术领域
本公开涉及光学测量设备，更确切地说，涉及监视样本中一种或多种物质浓度的荧光计。
背景技术
在清洁和杀菌操作中，商业用户(如餐馆、旅店、食品和饮料工厂、杂货店等)依靠清洁或杀菌产品的浓度来使该产品有效地起作用。如果清洁或杀菌产品未能有效地起作用(例如由于浓度问题)，可能使商业用户感觉该产品质量较低。终端消费者也可能感觉这样的产品的商业供应商提供的服务差。另外，商业用户会受到政府管控和健康机构调查和/或处罚。所以，对能够监视流体溶液的特征的系统存在着需要，例如来判断产品的浓度是否在指定的浓度范围之内。这对于其他应用可能同样是真实的，比如水养护、害虫防治、饮料和灌注操作、油气精炼和加工操作等。
监视产品浓度的一种方法依赖于监视在该产品的样本(和在样本内的产品)被暴露于预定波长的光时产生的荧光。例如，产品内的化合物或添加到产品的荧光示踪剂在暴露于一定的波长的光时就可以发荧光。然后，产品的浓度能够使用荧光计确定，该荧光计测量化合物的荧光并根据测出的荧光计算化学制品的浓度。
荧光光谱学涉及对所关注样本发射的荧光的检测。它涉及使用激励样本中某些化合物分子中的电子并使它们发射光(即“发荧光”)的光束，通常是紫外(UV)光。有几种类型的测量所发射荧光的荧光计。荧光计一般具有激励辐射能量的源和带有信号处理器和读出设备的检测器。
发明内容
一般来说，本公开针对监视流体样本的荧光设备、系统和技术。根据本公开的荧光计可以包括光学发射器和多个光学检测器以监视流体样本的不同特征。例如，荧光计可以包括光学发射器，它检测来自光学发射器并经过流体样本的光，以确定流体中非荧光物质的浓度。荧光计可以进一步包括另一个光学检测器，它检测来自流体样本的荧光发射，以确定流体中荧光物质的浓度。通过用多个光学检测器配置荧光计，荧光计可以监视受分析流体的不同特征。例如，当用于监视来自工业清洁和消毒操作的水样时，荧光计可以确定冲洗水是否既清洁(如被冲洗出的产品足够少)又包含足够量的消毒剂。
在一些应用中，尽管荧光计的设计能够变化，但是荧光计包括光学发射器，它相对于流体从其中流过的光学分析区偏离。可以使光学发射器偏离，使从光学发射器发出的光被引导向光学分析区的壁附近而不是被引导到光学分析区的中心。这样的布局可以帮助使被例如由于流体混浊或者光学分析区中的壁表面而反射的由光学发射器发出的光的量最小。这种配置转而又可以提高光学检测器在检测来自光学分析区的光时所提供的信号强度。
在一个实例中，介绍了一种光学传感器，它包括光学发射器、第一光学检测器、第二光学检测器和第三光学检测器。光学发射器被配置为把光指引到流体样本中。第一光学检测器被配置为检测由光学发射器发出的并传输透过流体样本的光。第二光学检测器被配置为检测由光学发射器发出的并由流体样本散射的光。第三光学检测器被配置为检测流体样本响应于由光学发射器发出的光而发出的荧光发射。根据所述实例，光学传感器还包括位于光学发射器与流体样本之间的光学发射滤光器、位于第一光学检测器与流体样本之间的第一光学检测滤光器、位于第二光学检测器与流体样本之间的第二光学检测滤光器以及位于第三光学检测器与流体样本之间的第三光学检测滤光器。所述实例进一步指定光学发射滤光器、第一光学检测滤光器和第二光学检测滤光器的每一个都被配置为滤除相同波长的光，使得由第一光学检测器和第二光学检测器检测出的任何光基本上都是从光学发射器发出的并经过流体样本的光。
在另一个实例中，介绍了一种方法，它包括经由光学发射器把光发射到流体样本中。所述实例方法还包括经由第一光学检测器检测从光学发射器发出并传输透过流体样本的光、经由第二光学检测器检测从光学发射器发出并由流体样本散射的光以及经由第三光学检测器检测流体样本响应于由光学发射器发出的光而发出的荧光发射。所述实例方法指定了：经由第一光学检测器检测光和经由第二光学检测器检测光进一步包括对光进行过滤，使得由第一光学检测器和第二光学检测器检测出的任何光基本上都是从光学发射器发出的并经过流体样本中的光。
在另一个实例中，介绍了一种光学传感器系统，它包括外壳，其界定了流体样本从其行进通过来进行光学分析的光学分析区。所述外壳包括光学发射器组件，它承载着被配置为把光指向流体样本中的光学发射器；第一光学发射器组件，它承载着被配置为检测由光学发射器发出并传输透过流体样本的光的第一光学检测器；第二光学发射器组件，它承载着被配置为检测由光学发射器发出的并由流体样本散射的光的第二光学检测器；以及第三光学发射器组件，它承载着被配置为检测流体样本响应由光学发射器发出的光而发出的荧光发射的第三光学检测器。所述外壳还包括位于光学发射器与光学分析区之间的光学发射器窗口、位于第一光学检测器与光学分析区之间的第一光学检测器窗口、位于第二光学检测器与光学分析区之间的第二光学检测器窗口以及位于第三光学检测器与光学分析区之间的第三光学检测器窗口。根据所述实例，第一光学检测器窗口位于光学分析区的与光学发射器窗口相对的一侧，第二光学检测器窗口位于相对于光学发射器窗口的近似90度角处，而第三光学检测器窗口位于光学分析区的与第二光学检测器窗口相对的一侧。
在附图和以下说明中阐述了一个或多个实例的细节。其他特征、目标和优点从说明书和附图以及权利要求书中将显而易见。
附图说明
图1是展示了根据本公开的实例的包括光学传感器的实例流体系统的图。
图2是框图，其展示了可以用在图1的实例流体系统中的实例光学传感器。
图3是可以由图1和图2中的光学传感器使用的光学传感器的实例物理配置的示意图。
图4和图5是图3的光学传感器的剖面图。
图6是图3的光学传感器的实例替代配置的剖面图。
图7是图6的光学传感器的实例替代配置的剖面图。
具体实施方式
以下的具体实施方式在性质上是示范性的，并且不意味着以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，以下实施方式提供了一些实施本发明实例的若干实际展示。为选定的要素提供了构造、材料、尺寸和制造过程的实例，而全部其他要素都采用本发明领域的普通技术人员公知的内容。本领域技术人员将意识到，许多指出的实例具有各种各样的适合替代方式。
光学传感器被用于各种各样的应用中，包括监控工业过程。光学传感器能够实现为便携式、手持设备，被用于定期地分析工业过程中流体的光特征。作为替代，能够把光学传感器在线安装，以连续地分析工业过程中流体的光特征。在两种情况下，光学传感器都可以光学地分析流体样本并确定流体的不同特征，比如流体中一种或多种化学物质的浓度。
作为一个实例，光学传感器往往被用在工业清洁和消毒应用中。在工业清洁和消毒过程期间，典型情况下把水通过工业管道系统泵出，以冲洗管道系统，以冲洗掉管道中驻留着产品以及管道内集结着任何污染。水还可以包含消毒剂，作用为对管道系统清洁和消毒。清洁和消毒过程能够使管道系统准备接收先前在系统上加工的产品以外的新产品和/或不同产品。
光学传感器能够被用于在工业清洁和消毒过程期间，监视流过管道系统的冲洗和/或消毒水的特征。或者是连续地或者是基于间歇的基础，水样被从管道系统中提取并被传送到光学传感器。在光学传感器之内，光被发射到水样之中并被用于评估水样的特征。例如，通过确定水样中残余产品不多或没有残余产品，光学传感器可以判断在管道系统中的残余产品是否已经被充分地从管道冲洗出。例如通过测量由消毒剂响应被发射到水样中的光而发射的荧光信号，光学传感器还可以确定水样中消毒剂的浓度。如果判定在水样中消毒剂的量不足以真正地使管道系统消毒，就增加消毒剂的量以确保该系统真正地消毒。
本公开介绍的光学传感器在一些实例中包括提供多个光检测通道的多个光学检测器。每个光学检测器都位于光学传感器之内相对于光学发射器的不同位置。例如，一个光学检测器可以位于流体通道上光学发射器的对侧，以检测由光学发射器发出的并传输透过流体通道内流体的光。另一个光学检测器可以位于相对于光学发射器90度角处，以检测由光学发射器发出的并由流体通道内流体散射的光。又一个光学检测器可以位于相对于光学发射器的不同90度角处，以检测流体通道内流体响应来自光学发射器的光而发出的荧光发射。
通过配置带有多个光检测通道的光学传感器，光学传感器可以全面地监视来自工业过程的流体样本。例如，当实施为在线清洁和消毒系统的一部分时，光学传感器能够接收流体样本，比如包含消毒剂的冲洗水的样本，并且把光发射到流体样本中。由光学传感器的不同光学检测器响应所发出的光而检测出的光然后可以根据流体样本的特征而变化。例如，在清洁过程开始时获得的流体样本可以包含大量的不透光材料(如管道系统中的残余产品)，使得透射检测器和散射检测器都收不到任何光。随着从系统中提取的流体样本变得逐渐更清洁，传输检测器可以检测出经过流体样本的越来越多的光量，直到透射检测器变得光饱和。不过，在清洁过程的这个时候附近，散射检测器可以开始检测在流体样本内散射的光，以允许在清洁过程中连续地监视流体样本。当光学传感器进一步包括检测荧光发射的检测器时，光学传感器能够监视在水样中的消毒剂的浓度。以这种方式，光学传感器能够使用不同的光学检测器来监视清洁和消毒操作的进展，以及在清洁和消毒操作中使用的消毒剂的浓度。当然，这仅仅是光学传感器的一个实例实施例，其他实施例既是可能的又在设想中。
虽然光学传感器能够具有各种各样的不同配置，但是在一些实例中，光学传感器被设计为具有光学发射器，它偏离流体样本从其行进通过的流体通道的中心。例如，光学发射器可以被布置为把光引导向流体通道的壁附近而不是流体通道的中心。如此配置时，发射到流体通道中的光被流体通道的内表面反射的可能性可以小于光被指向流体通道的中心时。这又转而可以提高由光学检测器检测出的信号的强度，为监视受分析的流体特征提供更强的信号。在服务期间污垢累积到光学传感器上的应用中，产生更强信号的能力能够延长光学传感器能够在清洁与保养之间保持服务的时间长度。
以下将关于图2至图6更详细地介绍实例光学传感器配置。不过，首先将关于图1介绍包括实例光学传感器系统的实例流体系统。
图1是概念图，展示了实例流体系统100，它可以用于生产具有荧光性质的化学溶液，比如展现出荧光性质的消毒剂溶液。流体系统100包括光学传感器102、储存器104、控制器106和泵108。储存器104可以存储浓缩化学制剂，它可以与稀释剂(比如水)混合以产生化学溶液。光学传感器102以光学方式连接到流体通道110并被配置为确定经过流体通道行进的溶液的一个或多个特征。在操作时，光学传感器102可以与控制器106通信，而控制器106能够根据由光学传感器产生的流体特征信息控制流体系统100。
控制器100以通信方式连接到光学传感器102和泵108。控制器106包括处理器112和存储器114。控制器106经由连接线路116与泵108通信。由光学传感器102产生的信号经由有线或无线连接线路被传播到控制器106，在图1的实例中被展示为有线连接线路118。存储器109存储着运行控制器106的软件并也可以存储着由处理器112产生或收到(如来自光学传感器102)的数据。处理器112运行存储器114中存储的软件以管理流体系统100的运行。
正如以下更详细的介绍，光学传感器102被配置为对流经流体通道110的流体样本进行光学分析。在一个实例中，光学传感器102包括把光发射到流体样本中的光学发射器以及测量来自流体样本的光的多个光学检测器(如两个、三个或更多光学检测器)。例如，光学传感器102可以包括光学检测器，它被放置为测量由光学发射器发出的并传输透过流体样本的光。光学传感器102可以进一步包括光学检测器，它被放置为测量由光学发射器发出并基本上在与发射方向正交的方向上散射的光。光学传感器102还可以再进一步包括光学检测器，它被放置并被配置为测量由流体样本发出的荧光发射。在操作时，测量光透射和散射的光学检测器可以被用于测量流体样本的透光度，它可以指示从中提取流体样本的系统的清洁度。测量荧光的光学检测器可以被用于测量流体样本中化学物质(如消毒剂、防腐蚀剂)的浓度。通过提供多个光学检测器，光学传感器102可以测量流体样本的不同光学特征，比如流体样本中不透光材料(例如，从系统中清除的污染物)的量以及流体样本中化学物质的浓度。另外，光学传感器102可以横跨不透光材料浓度的宽广范围测量流体样本的透光度。
与光学传感器102中的光学检测器的数量无关，在以下更详细介绍的一些附加实例中，光学传感器具有光学发射器，被放置为把光引导向光学分析区的壁附近而不是光学分析区的中心。通过移动光学发射器使得其偏离光学分析区的中心，由光学发射器发出的光被光学分析区的内表面反射的可能性可以更小。这转而又可以增加由光学传感器102中光学检测器接收的光量，提高由光学检测器产生的信号强度。
在图1的实例中，流体系统100被配置为产生具有荧光性质的化学溶液。流体系统100能够把在储存器104内存储的一种或多种浓缩化学制剂与水或另一种稀释液体混合，以生产化学溶液。可以由流体系统100生产的实例化学溶液包括但是不限于清洁剂、消毒剂、用于工业冷却塔的冷却水、生物杀灭剂(比如杀虫剂)、抗腐蚀剂、防垢剂、防污剂、洗衣液、免拆卸清洁剂、地板涂料、车辆养护合成物、水养护合成物、洗瓶合成物等。
由流体系统100产生的化学溶液可以响应被光学传感器102引导到溶液中的光学能而发出荧光辐射。光学传感器102然后能够检测出所发出的荧光辐射并根据所发出的荧光辐射的幅度确定该溶液的多个特征，比如溶液中一种或多种化合物的浓度。为了使光学传感器102能够检测出荧光发射，由流体系统100产生的并由光学传感器102接收的流体可以包括展现出荧光特征的分子。在一些实例中，流体包括多环化合物和/或苯分子，具有可以展现出荧光特征的一个或多个取代供电子基团比如，-OH、-NH2和-OCH3。取决于应用，因为由这些化合物给予溶液的功能性质(如清洁和消毒性质)，这些化合物可以自然地出现在由流体系统100产生的化学溶液中。
作为自然荧光化合物的补充或替代，由流体系统100产生的并由光学传感器102接收的流体可以包括荧光示踪剂(也可以称为荧光标记)。荧光示踪剂能够被加入到流体中，专用于给予流体荧光性质。实例荧光示踪剂化合物包括但是不限于萘二磺酸盐(NDSA)、2-萘二磺酸、AcidYellow(酸性黄)7,1,3,6,8-芘四磺酸钠盐和荧光素。
与由流体系统100产生的流体的具体合成物无关，该系统能够以任何适宜方式产生流体。在控制器106的控制下，泵108能够把指定量的浓缩化学制剂机械地泵出储存器104，并将该化学制剂与水混合以产生适合于预期应用的液态溶液。流体通道110然后能够把该液态溶液传送到预期排出位置。在一些实例中，流体系统100可以连续地产生液态溶液流持续一段时间，比如大于5分钟的时间段，大于30分钟的时间段，甚至大于24小时的时间段。流体系统100可以连续地产生溶液的原因在于经过流体通道110的溶液的流可以在该时间段上基本上或整体上不被中断。
在一些实例中，监视流经流体通道110的流体的特征能够有助于确保该流体对于预期下游应用有适当的组份。监视流经流体通道110的流体特征还能够提供反馈信息，如用于调整产生新流体溶液所用的参数。由于这些和其他原因，流体系统100能够包括传感器以确定由该系统产生的流体的多个特征。
在图1的实例中，流体系统100包括光学传感器102。光学传感器102被配置为确定流经流体通道110的流体的一种或多种特征。实例特征包括但是不限于流体内一种或多种化合物的浓度(如从储存器104添加的一种或多种活性剂的浓度以及/或者从流体系统100中管道中被冲洗的一种或多种材料的浓度)、流体温度、流体电导率、流体的pH值、流体运动通过光学传感器的流速以及/或者流体的可以有助于确保通过其分析流体样本的系统运行正常的其他特征。光学传感器102经由连接线路118向控制器106传播所检测出的特征信息。
响应于接收到所检测出的特征，控制器106的处理器112可以把确定的特征信息与存储器114中存储的一个或多个阈值(比如一个或多个浓度阈值)进行对比。根据对比结果，控制器106可以调整流体系统100，如使检测出的特征与该特征的目标值匹配。在一些实例中，控制器106启动和/或停止泵108，或者提高和/或降低泵108的速率，以调整流经流体通道110的化合物的浓度。启动泵108或提高泵108的运转速率能够提高流体中化合物的浓度。停止泵108或降低泵108的运转速率能够降低流体中化合物的浓度。在一些附加实例中，控制器106可以根据确定的特征信息，例如，通过启动或停止控制水流的泵或者通过提高或降低泵运转的速率，来控制与储存器104中化合物混合的水流。尽管在图1的实例流体系统100中未展示，但是控制器106还可以以通信方式耦接到热交换器、加热器和/或冷却器，以根据从光学传感器102收到的特征信息调整流经流体通道110的流体温度。
在流体系统100中光学传感器102可以以许多不同方式实施。在图1所示的实例中，光学传感器102与流体通道110串联放置，以确定流经流体通道110的流体的特征。在其他实例中，管道、管子或其他导管可以被连接在流体通道110与光学传感器102的流动室之间。在这样的实例中，导管能够把光学传感器102的流动室(如流动室的入口)流体地连接到流体通道110。当流体经由流体通道110运动时，一部分流体可以进入导管并经过位于流动室内的传感器头附近，从而允许光学传感器102确定流经流体通道的流体的一个或多个特征。当被实施为直接从流体通道110接收流体时，光学传感器102可以被表征为在线光学传感器。在通过了流动室后，受分析的流体可以返回流体通道110也可以不返回流体通道110，如经由把流动室的出口连接到流体通道的另一个导管。
在再其他的实例中，光学传感器102可以用于确定不流经光学传感器的流动室的固定体积的流体的一个或多个特征。例如，光学传感器102可以被实施为脱机监视工具(如作为手持传感器)，它要求以从流体系统100手工提取的流体样本充填光学传感器。
图1的实例中的流体系统100还包括储存器104、泵108和流体通道110。储存器104可以是存储用于随后传送的化学制剂的任何类型的容器，包括如罐、手提袋、瓶和盒。储存器104可以存储液体、固体(如粉末)和/或气体。泵108可以是任何形式的泵送机械，它供应来自储存器104的流体。例如，泵108可以包括蠕动泵或其他形式的连续泵、正排量泵或者适宜特定应用的任何其他类型的泵。在储存器104存储着固体和/或气体的实例中，泵108可以用不同类型的计量设备替换，该计量设备被配置为把气态和/或固态化学制剂传送到预期排出位置。流体系统100中的流体通道110可以是任何类型的可弯曲或不可弯曲的管道、管线或导管。
在图1的实例中，光学传感器102确定流经流体通道110的流体的特征(如化合物的浓度、温度等)，而控制器106根据所确定的特征以及如存储器114中存储的目标特征控制流体系统100。图2是框图，展示了确定流体介质特征的光学传感器200的实例。传感器200可以被用作流体系统100中的光学传感器102，或者传感器200可以被用在流体系统100以外的其他应用中。
参考图2，传感器200包括控制器220、一个或多个光学发射器222(本文称为“光学发射器222”)以及一个或多个光学检测器，在展示的实例中被显示为包括三个光学检测器：第一光学检测器224A、第二光学检测器224B和第三光学检测器224C(本文统称为“光学检测器224”)。传感器200还包括位于光学发射器222/光学检测器224与光学分析区230之间的光学滤光器225A-225D(统称为“光学滤光器225”)。控制器220包括处理器226和存储器228。在操作时，光学发射器222把光引导到填充光学分析区230的流体样本之中。流体样本在光学分析区230内可以是静态的。作为替代，流体样本可以流经光学分析区230。无论如何，响应由光学发射器222发射的光，一个或多个光学检测器224可以检测出从流体散发的光或者经过流体的光。光学分析区230中流体的特征(如流体中不同化学物质的浓度)可以支配由光学发射器222发射的光是否到达任何或全部光学检测器224。此外，每个光学检测器相对于光学发射器222的位置或配置可以影响光学检测器是否检测到光学发射器222在工作期间发出的光。
在一些实例中，光学传感器200包括附加发射器和/或检测器。例如，光学传感器200可以包括作用为基准检测器的第四检测器224D。在操作时，第四检测器224D可以接收来自光学发射器222的未过滤光，以监视光学发射器的输出强度。控制器220可以调整由光学检测器224A-224C得出的测量结果以补偿光学发射器222的输出变化，正如根据来自第四检测器224D的数据所确定的。
尽管传感器200一般被描述为光学传感器，但是该传感器可以包括一个或多个非光学传感器部件，用于测量流经传感器的流体的附加性质。在图2的实例中，传感器200包括温度传感器221、pH值传感器229、电导率传感器231和流动传感器232。温度传感器221可以感测流经该传感器的流体的温度；pH值传感器229可以确定流经该传感器的流体的pH值；而电导率传感器231可以确定流经该传感器的流体的导电性。流动传感器232可以监视流经该传感器的流体的流速。
在传感器200的配置中，第一光学检测器224A、第二光学检测器224B和第三光学检测器224C的每一个都被放置在光学分析区230的与光学发射器222不同的一侧。确切地说，第一光学检测器224A被放置在光学分析区230的与光学发射器222相对的一侧(如横跨光学分析区在光学发射器的正对面)。第二光学检测器224B被放置在相对于光学发射器222近似90度角处。另外，第三光学检测器224C被放置在光学分析区230的与第二光学检测器224B的相对的一侧并且也在相对于光学发射器222近似90度角处。
图2的实例中的第一光学检测器224A和第二光学检测器224B被配置为检测由光学发射器222引入到光学分析区230中的流体内并经过该流体的光(如或者通过直接透射或通过散射/反射)。第一光学检测器224A能够检测出从光学发射器222横跨光学分析区230传输的光，比如基本上在直线传输通道中横跨光学分析区直接传输的光。第二光学检测器224B能够检测从光学发射器222传输并由光学分析区230内的流体散射/反射的光。例如，第二光学检测器224B能够检测从光学发射器222传输的并相对于光发射方向以正交(如近似90度角)散射的光。图2的实例中的第三光学检测器224C被配置为检测由光学分析区230中的流体响应来自光学发射器222的光而产生的荧光发射。
在操作时，第一光学检测器224A和/或第二光学检测器224B可以被用于确定受分析的流体样本中非荧光物质的浓度，而第三光学检测器224C可以被用于确定受分析的流体样本中荧光物质的浓度。由每个光学检测器224检测的光量能够与存储器228中存储的不同化学浓度级别相关联。所以在使用期间，处理器226能够从每个光学检测器224接收表示由每个光学检测器检测的光量的信号，根据存储器228存储的校准信息比较和/或处理这些信号，并且确定受分析的流体样本中一种或多种化学物质的浓度。通过在光学分析区230的不同侧提供第一光学检测器224A和第二光学检测器224B，与如果传感器包括第一光学检测器224A和第二光学检测器224B仅仅其一相比，传感器200可以在更宽广的浓度范围内确定非荧光物质的浓度。
作为一个实例，传感器200可以被用于监视被用于冲洗包含不透光材料(比如牛奶)的管道系统的冲洗水。传感器200可以在冲洗过程从始至终接收和评估冲洗水的样本。在冲洗过程的开始，传感器200可能收到包含高浓度不透光材料的流体样本。当光学发射器222把光引入这种流体样本中时，第一光学检测器224A和第二光学检测器224B都不会检测到任何光，表明样本中存在着高浓度的不透光材料。随着不透光材料开始被从管道系统中清除，传感器200可以收到包含降低量的不透光材料的流体样本。当光学发射器222把光引入这种流体样本中时，第一光学检测器224A可能检测到传输透过流体样本的一些光，而第二光学检测器224B可能检测到也可能检测不到在流体样本内散射的光。传感器200能够确定不透光材料的浓度，例如，根据从第一光学检测器224A收到的信号幅度和存储器中存储的校准数据。
随着冲洗过程在这个实例中继续，不透光材料可以被进一步从管道系统中清除，如直到管道系统基本上上或完全被清除了不透光材料。所以，传感器200可能收到包含进一步降低量的不透光材料的附加流体样本。当光学发射器222把光引入这种流体样本中时，经过流体样本的光量可能使第一光学检测器224A饱和，因为该流体样本的透光度如此高。不过，第二光学检测器224B可能检测到在流体样本内散射的光。散射的光量可以依赖于如流体样本中不透光材料的浓度和/或流体样本的混浊性。传感器200能够确定不透光材料的浓度，例如，根据从第二光学检测器224B收到的信号幅度和存储器中存储的校准数据。
在冲洗液还包括荧光分子的实例中，例如与消毒剂相关联的实例中，第三光学检测器224C可以检测出响应于光学发射器222发射的光而从流体样本发出的荧光发射。传感器200然后可以确定荧光材料的浓度，例如，根据从第三光学检测器224C收到的信号幅度和存储器中存储的校准数据。以这种方式，传感器200能够提供与多个光学检测器相关联的多个检测通道。不同的光学检测器可以被相对于光学发射器222配置和安排为检测以不同方向和/或不同光波长行进的光。应当认识到，前面讨论的冲洗过程仅仅是实现传感器200的一个实例，本公开不限于这个方面。
为了控制由光学发射器222发射的并由光学检测器224检测的光的波长，传感器200可以包括光学滤光器225。光学滤光器225能够过滤由光学发射器222发射的和/或由光学检测器224收到的光的波长，比如使得仅仅光的某些波长被发射到分析区230之中和/或从光学分析区收到。在图2的实例中，第一光学检测滤光器225A被放置在第一光学检测器224A与光学分析区230之间；第二光学检测滤光器225B被放置在第二光学检测器224B与光学分析区之间；第三光学检测滤光器225C被放置在第三光学检测器224C与光学分析区之间；而光学发射滤光器225D被放置在光学发射器222与光学分析区之间。在操作时，由光学发射器222发射的光经过光学发射滤光器225D。光学发射滤光器225D能够滤除或去除由光学发射器发射的某些波长的光，使得只有选中波长的光经过该光学滤光器。同样，光学检测滤光器225A-225C能够滤除或去除某些波长的光，使得只有选中波长的光被光学检测器224收到。在使用时，基准光学检测器224D能够被放置在传感器200之内各种各样的位置。在不同实例中，基准光学检测器224D能够被放置为接收由光学发射器222发射的但是不被过滤的一部分光、由光学滤光器225D反射的一部分光和/或从光学发射器222经由光学滤光器225D传输的一部分光。
光学滤光器225被设计来滤除的光波长可以变化，如取决于光学分析区230中流体的期待化学合成物以及光学发射器222和光学检测器224的设计参数。在第一光学检测器224A和/或第二光学检测器224B被配置为检测经过流体样本的光的应用中，第一光学检测滤光器225A和第二光学检测滤光器225B可以被配置为使经过光学发射滤光器225D的相同波长的光通过，同时拒绝全部其他波长的光。相反，第三光学检测滤光器225C可以被配置为拒绝(如滤除)由光学发射器222发射的那些波长，而使流体中荧光分子发射的光谱部分所对应的不同波长的光通过。第三光学检测滤光器225C可以滤除与光学发射滤光器225D不同波长的光，因为当光学发射器222把一个频率(如紫外线频率)的光引入到流经光学分析区230的流体之中时，荧光分子可以以不同频率(如可见光频率、不同的紫外线频率)发射光能。
在实践中，第一光学滤光器225A、第二光学滤光器225B和光学发射滤光器225D的每一个都可以是滤除同样波长的光的同样类型的滤光器。相反，第三光学滤光器225C可以被配置为拒绝(如滤除)能够经过第一光学滤光器225A、第二光学滤光器225B和光学发射滤光器225D的全部波长的光，而允许流体样本中的荧光分子被期待发射的光谱中一部分的若干波长的光通过。例如，第一光学滤光器225A、第二光学滤光器225B和光学发射滤光器225D的每一个都可以被配置为滤除波长大于300纳米的光，使得只有波长小于300纳米的光能够经过这些光学滤光器。根据这个实例，第三光学检测滤光器225C可以滤除波长小于300纳米的光，使得只有波长大于300纳米的光能够经过该滤光器。
通过把第一光学滤光器225A和第二光学滤光器225B配置为与光学发射滤光器225D同样的光学滤光器，由第一光学检测器224A和/或第二光学检测器224B在操作期间检测出的任何光(如全部光)基本上将是由光学发射器222发出的、经过了光学发射滤光器225D和流体样本的光。另外，通过把第三光学滤光器225C配置为拒绝经过光学发射滤光器225D的波长的光，由第三光学检测器224C检测出的任何光(如全部光)基本上将是由流体样本中荧光分子发出的光。与此对照，要是第一光学滤光器225A和第二光学滤光器225B让与光学发射滤光器225D不同波长的光通过，第一光学检测器224A和第二光学检测器224B就可能检测到来自除光学发射器222以外的源的光，比如由荧光分子发射的光。同样，如果第三光学滤光器225C让由光学发射器222发射的波长的光通过，第三光学检测器224C就可能检测到来自除荧光分子以外的源的光，比如由光学发射器本身发射的光。
在一些实例中，三个光学滤光器225A、225B和225C全都被配置为拒绝经过光学发射滤光器225D的光的波长，使得由全部三个光学检测器224A、224B和224C检测出的任何光(如全部光)基本上将是由流体样本中荧光分子发出的光。这样的配置可用于检测荧光的多个(如三个)不同光谱区，以同时测量多个光谱分量。例如，来自测量不同光谱区的一个或两个检测器的信号可以用于补偿流体中出现的若干化合物的干扰，以及产生的荧光遮蔽了来自第三检测器的期望信号。作为实例，来自自然物质(比如奶)的荧光可能出现在流体中并可能干扰从流体中正由传感器200测量其浓度的化合物(如清洁剂、消毒剂、示踪剂)发出的荧光。为了有助于补偿这种荧光遮蔽，来自流体的荧光发射的不同光谱区(如不同波长)能够被检测并且被使用来计算地补偿该干扰。
虽然图2的实例中的传感器200包括光学滤光器225，但是在其他实例中，传感器200可以不包括光学滤光器225或者可以具有不同数量或布局的光学滤光器。例如，如果使用激光源提供高度单频的激发光束，可以不需要在光学发射器222与光学分析区230之间放置物理滤光器。另外，如果检测器的光谱敏感度对激发光和/或荧光提供了足够的拒绝，可以不需要检测器的某些或全部光学滤光器225A-225C。作为另一个实例，如果传感器200被配置为测量时间延迟的荧光或散射，可以使用时间过滤而不是物理光谱过滤。在这样的情况下，光学滤光器225可以是存储器228中存储的由处理器226执行的程序，以电子形式过滤由传感器200产生的数据。
图2中的传感器200包括光学发射器222。光学发射器222能够把光能发射到在光学分析区230出现的流体之中。在一些实例中，光学发射器222发射在一波长范围内的光能。在其他实例中，光学发射器222以一个或多个离散波长发射光能。例如，光学发射器222可以以两个、三个、四个或更多离散波长发射。此外，尽管传感器200仅仅展示为只有单一的光学发射器，但是在其他应用中，传感器200可以具有多个(如两个、三个、四个或更多)光学发射器。
在一个实例中，光学发射器222发射紫外(UV)光谱之内的光和/或可见光谱范围内的光。UV光谱之内的光可以包括从近似200nm到近似400nm范围内的波长。可见光谱之内的光可以包括从近似400nm到近似700nm范围内的波长。由光学发射器222发射的光被引入到光学分析区230之内的流体中。响应接收到光能，流体之内的荧光分子可以被激发，使分子产生荧光发射。例如，由光学发射器222引入到流体之中的光可以通过激发流体之内荧光分子的电子而产生荧光发射，使这些分子发射能量(即荧光)。荧光发射可以与光学发射器222发射的能量在不同频率也可以在相同频率，可以在荧光分子之内的受激电子改变能态时产生。由荧光分子发射的能量可以被第三光学检测器224C检测出。
光学发射器222可以在传感器之内以各种各样的不同方式实施。光学发射器222可以包括一个或多个光源，以激发流体之内的分子。实例光源包括发光二极管(LED)、激光器和灯。在一些实例中，如以上讨论，光学发射器222包括光学滤光器以过滤由光源发射的光。光学滤光器可以被放置在光源与流体之间，并且被选择为让一定的波长范围之内的光通过。在一些附加实例中，光学发射器包括准直器，如准直透镜、遮光板或反光镜，其位于光源附近以使从光源发出的光准直。准直器可以降低从光源发出的光的发散，降低光噪声。
传感器200还包括光学检测器224。光学检测器224可以包括检测由光学分析区230之内的受激分子所发出的荧光发射的至少一个光学检测器(如第三光学检测器224C)，以及检测由光学发射器222发出并经过光学分析区中流体的光的至少一个光学检测器(如第一光学检测器224A和/或第二光学检测器224B)。在操作时，由光学检测器224的每个光学检测器检测出的光能的量可以依赖于光学分析区230之内的流体成分。如果光学分析区包含具有一定的性质(如一定的化合物和/或一定的浓度的化学物质)的流体溶液，光学检测器224的每个光学检测器就可以检测到由该流体发射的以及/或者经由该流体传输或由流体散射的一定的级别的荧光能量。不过，如果流体溶液具有不同的性质(如不同的化合物和/或不同浓度的化学物质)，光学检测器224的每个光学检测器就可以检测到由该流体发射的不同级别的荧光能量以及/或者经由该流体透射或由该流体散射的不同级别的光能。例如，如果光学分析区230之内的流体具有第一浓度的荧光化合物，第三光学检测器224C就可以检测出第一幅度的荧光发射。不过，如果光学分析区230之内的流体具有大于第一浓度的第二浓度的荧光化合物，第三光学检测器224C就可以检测出大于第一幅度的第二幅度的荧光发射。
光学检测器224的每个光学检测器都可以在传感器200之内以各种各样的不同方式实施。光学检测器224的每个光学检测器都可以包括一个或多个光电检测器，比如光电二极管或光电倍增器，用于把光信号转换为电信号。在一些实例中，光学检测器224的每个光学检测器都包括在流体与光电检测器之间放置的透镜，用于对从流体收到的光能进行聚焦和/或成形。另外，虽然在图2的实例中的传感器200包括三个光学检测器224A-224C，但是在其他实例中，传感器200可以包括更少的光学检测器(如单个光学检测器，比如224B或224C)或者更多的光学检测器(如四个、五个或更多)。应当认识到，本公开不限于具有任何具体数量光学检测器的传感器。
图2的实例中的传感器200还包括温度传感器221。温度传感器221被配置为感测经过传感器流动室的流体的温度。在多个实例中，温度传感器221可以是双金属的机械温度传感器、电阻温度传感器、光温度传感器或者任何其他适合类型的温度传感器。温度传感器221能够产生表示所感测的温度幅度的信号。
控制器220控制光学发射器222的操作并接收涉及由光学检测器224的每个光学检测器检测出的光量的信号。控制器220还接收来自温度传感器221的涉及与该传感器接触的流体的温度的信号；来自pH值传感器229的涉及与该传感器接触的流体的pH值的信号；来自电导率传感器231的涉及与该传感器接触的流体的电导率的信号；以及来自流动传感器232的涉及流经该传感器的液体的速率的信号。在一些实例中，传感器220进一步处理若干信号，如确定经过流体通道230的流体之内一种或多种化学物质的浓度。
在一个实例中，控制器220控制光学发射器222，以把辐射引入到流体中，并且进一步控制光学检测器224的每个光学检测器，以检测由该流体发出的荧光发射以及/或者经由流体透射或由流体散射的光。控制器220然后处理光检测信息。例如，控制器220能够处理从第三光学检测器224C收到的光检测信息，以确定流体中化学物质的浓度。在流体包括荧光示踪剂的实例中，受关注化学物质的浓度能够根据所确定的荧光示踪剂的浓度而确定。控制器200通过把由第三光学检测器224C从具有未知浓度的示踪剂的流体中检测的荧光发射幅度与由第三光学检测器224C从具有已知浓度的示踪剂的流体中检测的荧光发射幅度进行对比，能够确定荧光示踪剂的浓度。控制器220能够使用以下方程(1)和方程(2)确定受关注化学物质的浓度：
方程1： C c = C m × C 0 C f
方程2：Cm＝Km×(Sx-Zo)
在以上方程(1)和方程(2)中，Cc是受关注的化学物质的当前浓度，Cm是荧光示踪剂的当前浓度，Co是受关注化学物质的标称浓度，Cf是荧光示踪剂的标称浓度，Km是斜坡校正系数，Sx是当前荧光测量信号，而Zo是零移位。控制器220可以进一步根据温度传感器221测量的温度调整受关注化学物质的确定浓度。
控制器220还可以处理从第一光学检测器224A和/或第二光学检测器224B收到的光检测信息，以确定受分析的流体的其他方面，比如流体中非荧光化学物质的浓度。控制器220通过把由第一光学检测器224A和/或第二光学检测器224B从具有未知浓度的物质的流体中检测的光幅度与由第一光学检测器224A和/或第二光学检测器224B从具有已知浓度的物质的流体中检测的光幅度进行对比，能够确定非荧光化学物质的浓度。控制器220可以把确定的浓度与存储器228中存储的一个或多个阈值进行对比。例如，当控制器220被用于监视冲洗水时，控制器可以把非荧光物质的所确定浓度与存储器中存储的一个或多个阈值进行对比。控制器220可以进一步地根据该对比结果调整冲洗过程(如开始、停止或调整冲洗水的速率)。
传感器200中的光学分析区230可以是流体为了光学分析能够停留和/或行进通过的传感器区域。在一个实例中，光学分析区230包括能够通过其发射和接收光的透光材料(如玻璃、塑料、蓝宝石)的管。该管可以定义内径和外径，其中管的壁厚把内径与外径分开。在另一个实例中，光学分析区230是液体从其流动通过而进行光学分析的流动室外壳的区域。尽管光学分析区230被概念性地展示为正方形剖面形状，但是该区域能够界定任何多边形(如三角形、六边形)或弧形(如圆形、椭圆形)，甚至多边形和弧形的组合。另外，虽然光学分析区230可以为任何尺寸，但是在一些应用中，光学分析区比较小以使得充满光学分析区所需的流体量最少。例如，光学分析区230可以界定主剖面尺寸(如直径)小于15毫米(mm)，比如小于10mm或小于5mm。在一个实例中，光学分析区230是管，具有范围从近似10mm到近似4mm的外径，范围从近似3mm到近似1mm的壁厚度，而范围从近似9mm到近似1mm的内径。
传感器200的存储器228存储由控制器220使用或产生的软件和数据。例如，存储器228可以存储由控制器220为了确定由传感器200监视的流体之内的一种或多种化学成分的浓度而使用的数据。在一些实例中，存储器228以把光学检测器224检测出的光与一种或多种化学成分的浓度相关联的方程的形式存储数据。
处理器226运行存储器228中存储的软件以执行在本公开中传感器200和控制器220所属的功能。作为控制器220、控制器106或在本公开中介绍的任何其他设备之内的处理器所介绍的每一个部件都包括一个或多个处理器，比如一个或多个微处理器，数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑电路等，或者以单独形式或者以任何适宜的组合形式。
传感器102(图1)和传感器200(图2)能够具有许多不同的物理配置。图3是能够由传感器102和传感器200使用的传感器的一个实例配置300的示意图。传感器300包括流动室302、光发射/检测组件304、流动室顶盖306以及流动室底盖308。流动室302具有(如从图1中的流体通道110)接收流体的入口310、排出流动室内光学分析后流体的出口312以及入口和出口之间的光学分析区314。
光发射/检测组件304被显示在流动室302之外并可插入其中。光发射/检测组件304包括承载光学发射器的光学发射器组件316、承载第一光学检测器的第一光学检测器组件318、承载第二光学检测器的第二光学检测器组件320以及承载第三光学检测器的第三光学检测器组件322。在操作时，由光学发射器组件316承载的光学发射器能够把光能经由第一光学窗口324发射到光学分析区314中。这个第一光学窗口324可以被称为光学发射器窗口。由第一光学检测器组件318承载的第一光学检测器能够检测到由光学发射器发射的并且横跨光学分析区314传输并经由第二光学窗口326接收的光。第二光学窗口326可以被称为第一光学检测器窗口。由第二光学检测器组件320承载的第二光学检测器能够检测到由光学发射器发射并且经由第三光学窗口328以与发射方向基本上正交的方向散射的光。这个第三光学窗口328可以被称为第二光学检测器窗口。此外，由第三光学检测器组件322承载的第三光学检测器能够经由第四光学窗口330检测到来自光学分析区314之内的荧光发射。第四光学窗口330可以被称作为第三光学检测器窗口。
光学窗口324、326、328和330被显示为位于流动室302之外并可插入其中。当被插入到流动室中时，这些光学窗口可以界定流体密封的透光区域，光能够经由该区域被发射到光学分析区314之中并从光学分析区中检测出。光学窗口324、326、328和330可以包括也可以不包括传输和折射光的透镜、棱镜或其他光学器件。在展示的实例中，通过经由流动室302延伸的插入通道之内放置的球透镜形成光学窗口324、326、328和330。这些球透镜能够由玻璃、蓝宝石或其他适合的透光材料制作。在不同实例中，光学窗口324、326、328和330不可以是可移动的，相反是可以永久地与流动室302成形/配对。
除了流动室302和光发射/检测组件304之外，图3的实例中的传感器300还包括电气连接板332、电缆334和温度传感器336。电气连接板332把光学发射器组件316、第一光学检测器组件318、第二光学检测器组件320和第三光学检测器组件322电气耦接到电缆334。电缆334可以传递向传感器300发送的或由其产生的电信号。电缆334可以向传感器300传送电力也可以不向传感器300传送电力以对传感器的多个部件供电。温度传感器336能够感测进入光学分析区的流体温度并产生所感测的温度对应的信号。
图4是传感器300的剖面展示，取自把第三光学窗口328和第四光学窗口330截开的、图3上指示的Z-Y平面。图3和图4中传感器300的同样组件由同样的引用号标识。正如图4所示，光学窗口324、328和330的每一个都被放置在流动室302之内，以把光引入到光学分析区314之中或者从其接收光。光学分析区314是在流动室302中界定的流体通道，流体能够经由该流体通道越过传感器的光学窗口行进而进行光学分析。在展示的实例中，光学窗口324、328和330位于沿着光学分析区314的共面位置(即图4上指示的X-Y平面中的共面)，例如，使得公共平面经由光学窗口324、328和330的几何中心延伸。第二光学窗口326(图4上未显示)可以位于与光学窗口324、328和330同一平面上。在公共平面上放置光学窗口324、326、328和330可能是有用的，使得位于光学窗口324、328和330之后的光学检测器接收到来自同一平面的光，该光是由位于光学窗口324之后的光学发射器向该同一平面中发射的。如果光学窗口326、328和330偏离光学窗口324被放置的平面，由位于这些窗口之后的检测器检测出的光量，从而由其产生的信号强度，与共面位置相比就可能被减少。
虽然光学传感器300被展示为仅仅具有位于光学发射器222和光学检测器224的共同平面中的单行光学窗口324、326、328和330，但是在光学传感器具有更多的光学发射器和/或检测器的实例中，传感器能够具有附加的一行或多行光学窗口。例如，光学传感器300可以包括两行、三行或多行垂直堆叠(即在图4指示的Z方向)的光学窗口，其中每行中的光学窗口都共面(即在图4指示的X-Y平面中共面)。在一个实例中，光学传感器300包括三行光学窗口，每行都包括一个光学发射器和三个光学检测器。作为另一个实例，光学传感器300包括两行光学窗口，每行都包括两个光学发射器和两个光学检测器。增加传感器300中光学发射器和/或光学检测器的数量能够增加发射到流经流体通道314的流体中和/或从其中检测的光的波长数量。
图4还展示了温度传感器336。温度传感器336被放置在容纳光学检测器358的光罩302的公共容器335之内。温度传感器336延伸穿过容器的底部，使得传感器接触流经光学传感器的流体以感测流体的温度。在该实例中，温度传感器336形成在电路板339上，它是包含光学检测器358的同一块电路板。也就是，单一电路板包含了与光学传感器同样的电子器件用于温度传感器。对使得光学传感器更紧凑，这样的配置可能是有用的。
在一些实例中，传感器300包括附加的非光学传感器组件，比如pH值传感器、电导率传感器和流动传感器。在使用时，每个非光学传感器都可以与被放置在外壳的公共容器之内传感器的若干光学发射器(如用于光学发射器之一的电子器件)和/或若干光学检测器(如用于光学检测器的电子器件)之一形成在公共电路板上。例如，pH值传感器的电子组件可以与一个光学检测器形成在同一电路板上，电导率传感器的电子组件可以与不同光学检测器形成在同一电路板上，而温度传感器336的电子组件可以形成在另一个光学检测器的电路板339上。每个传感器都可以经由光外壳102的各个井(well)的底延伸(如正如图4的温度传感器336所示)，以接触流经传感器的流体。在使用时，流动传感器还可以与若干光学发射器/若干光学检测器之一形成在同一电路板上。作为实例，差分压力流动传感器的电子组件可以与若干光学发射器/若干光学检测器之一形成在同一电路板上，以使位于区域337中的流动传感器测量出口312附近的流动。
图5是沿着图4指示的A-A线所取得的传感器300的剖面展示。图3至图5中的传感器300的同样组件再次由同样的附图标记标识。正如这个实例所示，光学发射器350被放置在第一光学窗口324之后(如居中)，而第一光学检测器352被放置在第二光学窗口326之后(如居中)。第一光学检测器352被放置在光学分析区314的对侧，例如，使得从光学发射器350发射以直线或基本直线方向行进的并经由光学分析区中流体传输的光由第一光学检测器收到。在一些实例中，第一光学检测器352被放置在光学分析区314的对侧，使得位于光学窗口324、326、328和330的公共平面(如图4和图5指示的公共X-Y平面)中并且延伸经过第一光学窗口324的几何中心的轴380横跨光学分析区314与第二光学窗口326相交。例如，延伸经过第一光学窗口324的几何中心的轴380可以与位于光学窗口324、326、328和330的公共平面上的并且延伸经过第二光学窗口326的几何中心的轴382相交。在这样的配置中，第二光学窗口326可以定位为横跨光学分析区314在第一光学窗口324的正对面。在其他实例中，正如以下关于图6更详细地介绍，第二光学窗口326可以定位为横跨光学分析区314在第一光学窗口324的对面，但是可以偏离第一光学窗口(如在图5指示的正的或负的Y方向上)。
在图5实例中，传感器300还包括放置在第三光学窗口328之后(如居中)的第二光学检测器356，以及放置在第四光学窗口330之后(如居中)的第三光学检测器358。第二光学检测器356被放置在关于光学发射器350的近似90度角处，如使得从光学发射器350发射的以直线或基本直线方向行进的光必须以基本正交的方向散射，并且传输透过光学分析区中的流体，以便由第二光学检测器收到。第三光学检测器358被放置为横跨光学分析区314与第二光学检测器356相对。第三光学检测器358也被放置在关于光学发射器350的近似90度角处，如使得从光学发射器350发射的以直线或基本直线方向行进的光必须以基本正交的方向散射，并且经由光学分析区中的流体传输，以便由第三光学检测器收到。
在一些实例中，第二光学检测器356被放置在关于光学发射器350的近似90度角处，使得在光学窗口324、326、328和330的公共平面(如图4和图5上指示的公共X-Y平面)中并且经由第三光学窗口328的几何中心延伸的轴384以近似90度角(如范围从60度到120度的角)与轴380相交。第三光学检测器358可以被放置在关于光学发射器350的近似90度角处，使得在光学窗口324、326、328、330的公共平面(如图4和图5上指示的公共X-Y平面)中并且经由第四光学窗口330的几何中心延伸的轴386以近似90度角(如范围从60度到120度的角)与轴380相交。在不同实例中，轴384和轴386可以彼此相交，使得第三光学窗口可以位于第四光学窗口的正对面，或者轴384和轴386可以彼此偏离(如在图5指示的正的或负的X方向上)，使得第三光学窗口偏离第四光学窗口。以相对于第一光学窗口324(以及位于窗口之后的对应光学发射器)某角度放置第三光学窗口328和第四光学窗口330(以及位于光学窗口之后的对应检测器)，对限制由检测器接收的光量可能是有用的。如果检测器接收太多光，检测器可能变得饱和并停止提供有用的分析信息。
当传感器300按图5中的展示安排时，光学发射器350和光学检测器352、356、358的每一个都可以关于光学分析区314居中，以便朝向光学分析区的几何中心发射光并从其接收光。这样的配置对于提供在传感器300操作期间把光引入其中和接收光的光检测中心区可能是有用的。不过在其他实例中，光学发射器350和光学检测器352、356、358的一个或多个可以偏离光学分析区314，使得不朝向光学分析区的中心发射光以及/或者从其接收光，而是向光学分析区的偏离中心处发射光和/或从其接收光。
申请人已经发现，在一些实例中，移动光学发射器使得发射器把光引入光学分析区的壁附近而不是光学分析区的中心，能够增加被放置为接收来自光学分析区的光的光学检测器所检测出的光量，以及从而从其中产生的信号强度。例如，在把光学发射器偏离以把光引入光学分析区的壁附近而不是光学分析区的中心时，被放置为从光学分析区接收光的光学检测器所产生的信号强度可以增强到近似2倍至近似5倍。由于许多原因，提高的信号强度可能是有用的。作为一个实例，在服务期间光学传感器上堆积了污垢的应用中，产生更强信号的能力能够延长光学传感器在清洁与维护之间可以保持服务的时间长度。
在不希望被任何具体理论限制的情况下，据信与假设把光学发射器放置为把光引入光学分析区的中心相比，相对于光学分析区的中心使光学发射器偏离可以降低在光学分析区中被反射的光量(如由于流体样本的浊度以及/或者光学分析区内外表面的反射)。这转而又能够提高由围绕光学分析区的一个或多个光学检测器所产生的信号强度。
图6是传感器300的替代配置的剖面图，其中光学发射器已经相对于光学分析区的中心偏离。图3至图6中的传感器300的同样部件由同样的附图标记标识。例如，图6的传感器300被展示为包括光学发射器350、第一光学检测器352、第二光学检测器356和第三光学检测器358。光学发射器350被放置在第一光学窗口324之后；第一光学检测器352被放置在第二光学窗口326之后；第二光学检测器356被放置在第三光学窗口328之后；第三光学检测器358被放置在第四光学窗口330之后。光学窗口324、326、328、330的每一个都面向光学分析区314，以把光引入到在光学分析区中出现的流体样本之中并且从其接收光。另外，图6中的传感器300包括位于光学发射器/检测器与光学窗口324、326、328、330之间的光学滤光器225(图2)。在其他实例中，传感器300可以不包括光学滤光器或者可以具有不同数量或布局的光学滤光器。
与图5中的光学传感器300配置对照，在图6的实例配置中，第一光学窗口324(如光学发射器窗口)相对于光学分析区314的中心偏离。具体地说，第一光学窗口324的位置比第三光学窗口328(如第二光学检测器窗口)更接近第四光学窗口330(如第三光学检测器窗口)。在操作时，由光学发射器350发射并经过第一光学窗口324的几何中心在直线方向上行进的光可能未被引入到光学分析区314的几何中心，也未与其相交。相反，与如果把光引入光学分析区的中心相比，通过使光发射窗口324偏离可以把光引向更接近光学分析区314的壁。
例如，在图6中，光学分析区314界定了几何中心388。几何中心388可以是围绕光学分析区边界周边的全部点的算术平均位置。例如，在光学分析区314是圆管时，几何中心388可以是该圆内部中与圆周上全部点等距的点。通过使第一光学窗口324相对于几何中心388偏离，经过光学分析窗口发射的光可以不聚集在光学分析区的几何中心。相反，光可以聚集在光学分析区314的几何中心388与划定光学分析区边界的壁之间的位置。
在图6的实例中，光学分析区314被展示为界定了内径390和外径392的流体管(如玻璃管、石英管、蓝宝石管)，其中内径由该管的壁厚与外径分离。光学窗口324、326、328和330被放置在流体管的外表面附近，并且在一些实例中与其接触。此外，在图6中，光学窗口324、326、328和330是球透镜，具有的直径大于流体管的内径390。对于传感器300，光学窗口324、326、328和330以及光学分析区314的其他配置是可能的。
光学发射器350和/或第一光学窗口324能够以各种各样的不同方式相对于光学分析区314的几何中心偏离。在图6的实例中，光学发射器350和第一光学窗口324相对于第二光学窗口326在负Y方向上移动，使得从第一光学窗口的几何中心直线行进的光被引导为相比于接近第二光学检测器356，更接近第三光学检测器358。在其他实例中，光学发射器350和第一光学窗口324可以相对于第二光学窗口326在正Y方向上移动，使得从第一光学窗口的几何中心直线行进的光被引引导为相比于接近第三光学检测器358，更接近第二光学检测器356。
在一些实例中，光学发射器350和/或第一光学窗口324被定位为使得位于光学窗口324、326、328、330的公共平面中并且延伸经过第一光学窗口324的几何中心的轴380(图5)不与位于光学窗口324、326、328、330的公共平面中并且延伸经过第二光学窗口326的几何中心的轴382相交。虽然第一光学窗口324相对于几何中心388偏离的距离可以变化，如根据光学窗口的尺寸和传感器的配置，但是在一些实例中，第一光学窗口的几何中心从几何中心388偏离(如在图6上指示的正或负Y方向上)范围从近似0.5毫米到近似10毫米的距离，比如范围从近似1毫米到近似3毫米的距离。放置第一光学窗口324使得由光学发射器350发射的光被引向光学分析区314的壁附近，可以提高由光学检测器352、356、358产生的信号强度。
由光学检测器352、356、358检测出的信号强度将依赖于如特定检测器的设计和光学传感器300的配置而变化。在光学传感器300被安排为如图6展示(并且其中光学分析区314是具有3mm内径和5mm外径的石英管，以及第一光学窗口224在负Y方向上偏离1mm)的一个实例中，预期第三光学检测器358将提供19.9微瓦(μW)的荧光信号。相反，如果光学窗口324、326、328和330是绕光学分析区314对称的，使得第一光学窗口324不在负Y方向上偏离，则预期第三光学检测器358在类似条件下(如流经光学分析区314的类似流体)会提供10.5μW的荧光信号。
图7展示了光学传感器300的又一个实例。图7中的光学传感器300与图6中的光学传感器相同，只不过第四光学窗口330和第三光学检测器358已经在负X方向上移动。在光学传感器300被安排如为图7展示(并且其中光学分析区314是具有3mm内径和5mm外径的石英管，第一光学窗口224在负Y方向上偏离1mm，第四光学窗口在负X方向上偏离1mm，而第三光学检测器358在负X方向上偏离2.5mm)的一个实例中，在与以上关于连同图6的实例讨论的类似条件下测试时，预期第三光学检测器358将提供22.2μW的荧光信号。这高于全部部件是绕光学分析区314对称的时和仅第一光学窗口324偏离时的结果。
在本公开中介绍的技术可以至少部分地以硬件、软件、固件或其组合实施。例如，所介绍技术的多个方面可以实施在一个或多个处理器之内，包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其他等效集成或分立逻辑电路，以及这样的组件的任何组合。术语“处理器”可以一般地指任何上述逻辑电路，独立的或与其他逻辑电路组合，或者任何其他等效电路。包括硬件的控制单元还可以执行本公开的一项或多项技术。
这样的硬件、软件和固件可以实施在同一器件之内或若干分开的器件之内，以支持本公开中介绍的多种操作和功能。另外，任何所介绍的单元、模块或部件都可以在一起实施，或者作为分立但是可互操作的逻辑器件分开实施。不同特征被描述为模块或单元是力图突出不同的功能方面，而不一定暗示这样的模块或单元必须由分开的硬件或软件组件实现。相反，与一个或多个模块或单元相关联的功能可以由分开的硬件或软件组件执行，也可以集成在公共的或分开的硬件或软件组件之内。
在本公开介绍的技术也可以嵌入录在或编码在包含指令的非暂时性计算机可读介质中，比如计算机可读存储介质中。嵌入在或编码在计算机可读介质中的指令可以使可编程处理器或其他处理器如在执行这些指令时来执行所述方法。非暂时性计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储器形式，包括如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、硬盘、CD-ROM、软盘、盒式磁带、磁性介质、光学介质或其他计算机可读介质。
已经介绍了多个实例。这些和其他实例都在权利要求书的范围之内。

Claims (22)

1.一种光学传感器，包括：
光学发射器，被配置为把光引导到流体样本中；
第一光学检测器，被配置为检测由光学发射器发出并传输透过流体样本的光；
第二光学检测器，被配置为检测由光学发射器发出并由流体样本散射的光；
第三光学检测器，被配置为检测由流体样本响应于由光学发射器发出的光而发出的荧光发射；
光学发射滤光器，其位于光学发射器与流体样本之间；
第一光学检测滤光器，其位于第一光学检测器与流体样本之间；
第二光学检测滤光器，其位于第二光学检测器与流体样本之间；以及
第三光学检测滤光器，其位于第三光学检测器与流体样本之间，
其中，光学发射滤光器、第一光学检测滤光器和第二光学检测滤光器的每一个都被配置为滤除相同波长的光，使得由第一光学检测器和第二光学检测器检测出的任何光基本上都是从光学发射器发出并经过流体样本的光。
2.根据权利要求1的传感器，其中，第三光学滤光器被配置为基本滤除由光学发射器发出并经过光学发射滤光器的全部波长的光。
3.根据权利要求1的传感器，其中，光学发射滤光器、第一光学检测滤光器和第二光学检测滤光器的每一个都被配置为滤除大于近似300纳米波长的光。
4.根据权利要求1的传感器，进一步包括界定了流体样本能够从其行进通过来进行光学分析的光学分析区的外壳，所述外壳包括承载着光学发射器的光学发射器组件、承载着第一光学发射器的第一光学发射器组件、承载着第二光学发射器的第二光学发射器组件以及承载着第三光学发射器的第三光学发射器组件。
5.根据权利要求4的传感器，其中，外壳进一步包括位于光学发射器与光学分析区之间的光学发射器窗口、位于第一光学检测器与光学分析区之间的第一光学检测器窗口、位于第二光学检测器与光学分析区之间的第二光学检测器窗口以及位于第三光学检测器与光学分析区之间的第三光学检测器窗口。
6.根据权利要求5的传感器，其中，第一光学检测器窗口位于光学分析区的与光学发射器窗口相对的一侧，第二光学检测器窗口位于相对于光学发射器窗口近似90度角处，而第三光学检测器窗口位于光学分析区的与第二光学检测器窗口相对的一侧。
7.根据权利要求5的传感器，其中，光学分析区包括具有内径和外径的管，并且其中光学发射器窗口、第一光学检测器窗口、第二光学检测器窗口和第三光学检测器窗口的每一个都包括被放置为面向管的外径的球透镜。
8.根据权利要求7的传感器，其中，所述管界定了流体样本从其行进通过的几何中心，并且光学发射器窗口相对于管的几何中心偏离，使得通过光学发射器窗口的球透镜的几何中心发射的光不经过管的几何中心。
9.根据权利要求7的传感器，其中，第二光学检测器窗口位于相对于光学发射器窗口近似90度角处，第三光学检测器窗口位于管的与第二光学检测器窗口相对的一侧，以及光学发射器窗口偏离，使得光学发射器窗口的几何中心被定位为相比于接近第二光学检测器窗口，更接近第三光学检测器窗口。
10.根据权利要求1的传感器，进一步包括温度传感器、pH值传感器和电导率传感器。
11.根据权利要求10的传感器，其中，温度传感器的电子器件位于包含第一、第二或第三光学检测器之一的电路板上，pH值传感器的电子器件位于包含第一、第二或第三光学检测器中另一个的电路板上，而电导率传感器的电子器件位于包含第一、第二或第三光学检测器中再一个的电路板上。
12.一种方法，包括：
经由光学发射器把光发射到流体样本中；
经由第一光学检测器检测从光学发射器发出并传输透过流体样本的光；
经由第二光学检测器检测从光学发射器发出并由流体样本散射的光；以及
经由第三光学检测器检测由流体样本响应于由光学发射器发出的光而发出的荧光发射，
其中，经由第一光学检测器检测光和经由第二光学检测器检测光进一步包括对光进行过滤，使得由第一光学检测器和第二光学检测器检测出的任何光基本上都是从光学发射器发出并传递进入流体样本中的光。
13.根据权利要求12的方法，其中，经由第三光学检测器检测荧光发射进一步包括基本上滤除由光学发射器发出的并传递进入流体样本中的全部波长的光。
14.根据权利要求12的方法，其中，经由第一光学检测器检测光包括检测在光分析区的与光学发射器所在位置相对的一侧的光，经由第二光学检测器检测光包括检测相对于光学发射器所在位置在近似90度角处的光，而经由第三光学检测器检测荧光发射包括检测在光分析区的与第二光学检测器所在位置相对的一侧的荧光发射。
15.根据权利要求12的方法，其中，经由光学发射器发射光包括通过球透镜发射光，使得经过球透镜的几何中心的光不被引导向光分析区的几何中心。
16.根据权利要求12的方法，其中，经由光学发射器发射光包括通过光学窗口发射光，使得经过光学窗口的几何中心的光被引导为相比于接近第二光学检测器，更接近第三光学检测器。
17.一种光学传感器系统，包括：
外壳，其界定了流体样本从其行进通过来进行光学分析的光学分析区，外壳包括光学发射器组件，其承载着被配置为把光引导向流体样本中的光学发射器；第一光学发射器组件，其承载着被配置为检测由光学发射器发出并传输透过流体样本的光的第一光学检测器；第二光学发射器组件，其承载着被配置为检测由光学发射器发出并由流体样本散射的光的第二光学检测器；以及第三光学发射器组件，其承载着被配置为检测由流体样本响应于由光学发射器发出的光而发出的荧光发射的第三光学检测器，
其中，外壳包括位于光学发射器与光学分析区之间的光学发射器窗口、位于第一光学检测器与光学分析区之间的第一光学检测器窗口、位于第二光学检测器与光学分析区之间的第二光学检测器窗口以及位于第三光学检测器与光学分析区之间的第三光学检测器窗口，以及
第一光学检测器窗口位于光学分析区的与光学发射器窗口相对的一侧，第二光学检测器窗口位于相对于光学发射器窗口近似90度角处，而第三光学检测器窗口位于光学分析区的与第二光学检测器窗口相对的一侧。
18.根据权利要求17的系统，进一步包括位于光学发射器与光学分析区之间的光学发射滤光器、位于第一光学检测器与光学分析区之间的第一光学检测滤光器、位于第二光学检测器与光学分析区之间的第二光学检测滤光器以及位于第三光学检测器与光学分析区之间的第三光学检测滤光器，其中，光学发射滤光器、第一光学检测滤光器和第二光学检测滤光器的每一个都被配置为滤除相同波长的光，使得由第一光学检测器和第二光学检测器检测出的任何光基本上都是从光学发射器发出的并经过光学分析区的光。
19.根据权利要求18的系统，其中，第三滤光器被配置为基本上滤除由光学发射器发出的并经过光学分析区的全部波长的光。
20.根据权利要求17的系统，其中，光学分析区包括具有内径和外径的管，并且光学发射器窗口、第一光检测窗口、第二光检测窗口和第三光检测窗口的每一个都包括被放置为面对管的外径的球透镜。
21.根据权利要求17的系统，其中，光学分析区界定了流体样本从其行进通过的几何中心，以及光学发射器窗口相对于光学分析区的几何中心偏离，使得通过光学发射器窗口的几何中心发射的光不被引导为经过光学分析区的几何中心。
22.根据权利要求17的系统，其中，光学发射器窗口偏离，使得光学发射器窗口的几何中心被定位为相比于接近第二光学检测器窗口，更接近第三光学检测器窗口。
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