CN110018137A - 光学传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学传感器。光学传感器(3)包括：至少一个光源(1，6)，用于发射透射光(8，7)到介质(5)中；至少一个检测器(2，4)，其中透射光(8，7)在介质(5)中通过荧光反应至少部分地转换成荧光(9)，并且检测器(2)接收荧光(9)，其中能够从荧光(9)生成第一接收器信号，并且其中能够从第一接收器信号确定第一测量值，其中透射光(8，7)利用介质(5)至少部分地散射以形成散射光(10)，并且检测器(4)接收散射光(10)，其中能够从散射光(10)生成第二接收器信号，并且其中能够从第二接收器信号确定第二测量值。本发明还涉及一种用于确定介质的第一和第二测量值的方法。

Description

光学传感器
技术领域
本发明涉及一种光学传感器，其被设计用于确定在介质中的过程自动化技术的被测变量的测量值。
背景技术
例如，传感器是荧光传感器。为了测量荧光，通常用短波长激发光照射介质并检测由介质产生的较长波长的荧光。如图1所示，荧光测量被典型地布置。
荧光传感器3包括光源1和接收器2。光源1发射透射光；接收器接收接收光。由于荧光在所有空间方向上辐射，所以发射和接收光的光路原则上能够彼此成任何角度α。
荧光和非荧光颗粒散射透射光。该散射的透射光还能够进入接收器3并干扰荧光的测量，并导致错误的测量。
发明内容
本发明的目的是最小化荧光测量中的误差。
该目的通过一种光学传感器来实现，该光学传感器包括：至少一个光源，用于将透射光发射到介质中；至少一个检测器，其中透射光在介质中通过荧光反应至少部分地转换成荧光，并且检测器接收荧光，其中能够从该荧光生成第一接收器信号，并且其中能够从第一接收器信号确定第一测量值，其中，透射光利用该介质至少部分地散射以形成散射光，并且检测器接收散射光，其中能够从散射光生成第二接收器信号，并且其中能够从第二接收器信号确定第二测量值。
如上所述，散射颗粒能够干扰荧光的测量。但是，如果由散射颗粒测量的浊度是已知的，则能够补偿这种影响。此外，频繁的散射减少了透射光到介质中的穿透深度，还阻碍了荧光到接收器的返回路径。这种效果还能够利用已知浊度来补偿。
一个优点源于以下事实：单个传感器测量两个不同的参数：荧光和浊度。例如在污水处理厂中，两者都是同时重要的被测变量。在一个实施例中，整个光学传感器被容纳在单个壳体中。
一个优点是现在通过已知的浊度和荧光反应，能够区分荧光和非荧光颗粒。
在一个实施例中，光源至少发射UV辐射和红外辐射。
在一个实施例中，光源是在红外线范围内发射的UV闪光灯。
在一个实施例中，光源设计为LED。
在一个实施例中，光源包括可见光滤光器。结果，仅UV光和IR光进入要测量的介质。IR光不会导致荧光反应，因此用于测量浊度。在一个实施例中，用于荧光测量的滤光器是仅允许可见光通过的带通。否则，接收器接收可见荧光以及可见散射光。
在一个实施例中，传感器包括用于发射第一透射光的第一光源和用于发射第二透射光的第二光源，第一透射光在介质中利用荧光反应转换成荧光，第二透射光利用介质转换变成散射光。
在一个实施例中，第一和第二光源相对于介质布置在不同的光轴上。
在一个实施例中，光源发射具有200-400nm的波长的UV光。
在一个实施例中，至少一个检测器被精确地配置为一个检测器。与延时荧光形成对比，散射光几乎无延迟地从样品中散射回来。因此，能够仅用一个检测器首先检测散射光然后检测荧光。
在一个实施例中，检测器是光谱仪，其中光谱仪被配置为光谱地分离荧光和散射光，并且被配置为从中确定第一和第二测量值。
在一个实施例中，检测器是光电二极管。在一个实施例中，检测器包括具有用于衰减透射光的滤光器的光电二极管。
在一个实施例中，传感器包括用于荧光的第一检测器和用于散射光的第二检测器。
在一个实施例中，第一和/或第二光源以及第一和/或第二检测器被布置为使得至少转换成散射光的透射光和散射光形成90°的角度。
在一个实施例中，传感器被设计为确定水包油含量。
该目的通过一种利用光学方法确定介质的第一和第二测量值的方法来实现，该方法包括以下步骤：将透射光发射到介质中；检测在介质中通过荧光反应从透射光转换的荧光；从该荧光确定第一个测量值；检测利用介质从透射光散射的散射光；以及从散射光中确定第二测量值。
附图说明
参考以下附图进行更详细地说明。
图1示出了荧光测量的典型布置，
图2示出了要求保护的传感器的示意图，以及
图3示出了一个实施例中要求保护的传感器的示意图。
在附图中，相同的特征用相同的附图符号标识。
具体实施方式
在下文中，仅讨论与上述现有技术的不同之处。所要求保护的传感器整体上具有附图标记3并且在图2中以示意图示出。传感器3基本上适合于确定介质5的水包油含量。
光源1朝向介质5发射透射光8。光源是UV光源，其发射具有波长为200-400nm的光。例如，光源1被设计为UV闪光灯。光源1还能够被设计为LED。
UV闪光灯的光谱范围从UV到IR。在光源之后的光束路径中，该装置包括滤光器F3，其抑制光的可见部分。然后闪光灯1与滤光器F3一起仅发射UV和IR，而不发射VIS。
透射光8在介质5中通过荧光反应部分地转换成荧光9。荧光9沿着朝向接收器2的路径，该接收器以任意角度α被布置。角度α是透射光8和荧光9之间的角度。接收器2是光电二极管。光路还可以包含一个或多个透镜或滤光器F1。接收器2同样能够被设计为光谱仪。
在一个实施例中，传感器3包括第二接收器4。透射光8在介质5中散射并且以角度β作为散射光10被测量。角度β可以例如是90°。接收器4也是光电二极管。该光学路径还可以包括滤光器F2。接收器4同样能够被设计为光谱仪。
由于与延时荧光9相比，散射光10几乎没有延迟地从样品中被散射回来，因此能够仅使用单个接收器2来首先检测散射光10作为浊度的测量，然后检测该荧光9。在该实施例中，特别地，激发利用闪光，例如通过闪光灯或LED进行。
接收器2和/或4将所接收的荧光9和散射光10转换成相对应的接收器信号，其中然后能够分别由其确定第一和第二测量值，即，例如介质5的水包油含量和浊度。
光源和接收器经由数据处理设备来控制，诸如微控制器(未示出)。
因此，该第一实施例包括光源1和两个接收器。
光源1、棱镜6、和接收器2布置在单个壳体中。该壳体为管状，具有35-75mm的直径。壳体包括光学窗口，该光学窗口至少可透过透射光8和接收光9。从光源1或接收器2到该窗口的距离约为2-6cm。
一个或多个滤光器F1，F2被配置为波长滤光器，更精确地被配置为干涉滤光器。滤光器F1滤除可见荧光并抑制UV激发光。滤光器F2滤除IR光并抑制可见光和UV光。
图3中的第二示例包括两个光源1，6和接收器2。光源1发射UV范围内的透射光8，并且光源6发射红外范围内的透射光7。透射光8在介质5中通过荧光反应部分地转换成荧光9。荧光9沿着朝向接收器2的路径，接收器2以任何角度α布置。透射光7在介质5中散射并以角度β作为散射光10被测量。光路还包括至少一个滤光器F1。光源1和光源6相对于介质5没有被布置在相同的光轴上。
在该实施例中，接收器2被设计为光谱仪。能够使用光谱仪分离光谱未移位的散射光10和光谱移位的荧光9。然后能够从散射光10和荧光9确定第一和第二测量值，其中然后能够由此确定浊度和荧光。
光谱仪被设计成至少接收透射光7，8，即还有散射光10和荧光9的光谱范围。
在一个实施例中，图3中的接收器也被配置为具有滤光器的光电二极管，其中滤光器抑制UV激发光。UV光源1和IR光源6不同时操作，因此在这种情况下不必将UV和IR光学分离。在作为光谱仪的实施例中，荧光不仅是整体测量的，而且是光谱分解的。
参考符号列表
1 光源
2 接收器
3 传感器
4 接收器
5 介质
6 光源
7 透射光
8 透射光
9 接收光
10 接收光
F1 滤光器
F2 滤光器
F3 滤光器
α 荧光反应之后的角度
β 散射之后的角度

Claims (11)

1.一种光学传感器(3)，包括：
-至少一个光源(1，6)，用于将透射光(8，7)发射到介质(5)中，
-至少一个检测器(2，4)，
其中，所述透射光(8，7)在所述介质(5)中通过荧光反应至少部分地转换成荧光(9)并且所述检测器(2)接收所述荧光(9)，其中，能够从所述荧光(9)生成第一接收器信号，其中，能够从所述第一接收器信号确定第一测量值，
其中，所述透射光(8，7)利用所述介质(5)至少部分地散射，以形成散射光(10)，并且所述检测器(4)接收所述散射光(10)，其中，能够可以从所述散射光(10)生成第二接收器信号，并且其中，能够从所述第二接收器信号确定第二测量值。
2.根据权利要求1所述的光学传感器(3)，
其中，所述光源(1，6)至少发射UV辐射和红外辐射。
3.根据权利要求2所述的光学传感器(3)，
其中，所述光源(1，6)是在红外范围内发射的UV闪光灯。
4.根据权利要求2或3所述的光学传感器(3)
其中，所述光源(1，6)包括用于可见光的滤光器(F3)。
5.根据权利要求1至4中至少一项所述的光学传感器(3)，
包括第一光源(1)，所述第一光源(1)用于发射在介质中通过荧光反应转换成荧光(9)的第一透射光(8)，以及
包括第二光源(6)，所述第二光源(6)用于发射利用介质转换成散射光(10)的第二透射光(7)。
6.根据权利要求5所述的光学传感器(3)，
其中，所述第一光源(1)和所述第二光源(6)相对于所述介质(5)被布置在不同的光轴上。
7.根据权利要求1至6中至少一项所述的光学传感器(3)，
其中，所述至少一个检测器被精确地配置为一个检测器(2)。
8.根据权利要求1至7中至少一项所述的光学传感器(3)，
其中，所述检测器(2，4)是光谱仪，其中，所述光谱仪被配置为光谱分离所述荧光(9)和所述散射光(10)并且从中确定所述第一测量值和所述第二测量值。
9.根据权利要求1至7中至少一项所述的光学传感器(3)，
包括用于荧光(9)的第一检测器(2)和用于散射光(10)的第二检测器(4)。
10.根据权利要求1至9中至少一项所述的光学传感器(3)，
其中，所述第一光源(1)和/或所述第二光源(6)以及所述第一检测器(2)和/或所述第二检测器(4)被布置为使得至少转换成散射光(10)的透射光(8，7)和所述散射光(10)形成90°的角度。
11.一种用于利用光学方法确定介质的第一测量值和第二测量值的方法，包括以下步骤：
-将透射光(8，7)发射到介质(5)中，
-检测在所述介质(5)中通过荧光反应从所述透射光(8)转换的荧光(9)，
-从所述荧光(9)确定所述第一测量值，特别是水包油含量，
-检测利用所述介质(5)从所述透射光(7)散射的散射光(10)，以及
-从所述散射光(10)确定所述第二测量值，特别是浊度。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018121534A1 (de) * 2018-09-04 2020-03-05 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Optisches Messsystem und Verfahren umfassend ein solches
CN112268876A (zh) * 2020-10-14 2021-01-26 天津优可信科技有限公司 一种水质检测单元及水质检测仪

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101300476A (zh) * 2005-10-05 2008-11-05 Swan水质分析仪表公司 测量液体的浊度、荧光度、磷光度和/或吸收系数的光度方法和设备
CN102192871A (zh) * 2010-02-05 2011-09-21 索尼公司 微粒分析设备和微粒分析方法
CN103076310A (zh) * 2012-12-28 2013-05-01 深圳大学 用于物质成份分析的光谱探测系统及其探测方法
CN103492585A (zh) * 2011-04-06 2014-01-01 即时生物检测有限公司 微生物检测装置和方法
CN104198388A (zh) * 2014-09-15 2014-12-10 中国科学院烟台海岸带研究所 一种基于复合光谱测量的在线水质监测装置
US20150111200A1 (en) * 2004-06-30 2015-04-23 Applied Biosystems, Llc Luminescence Reference Standards
CN104597590A (zh) * 2014-12-30 2015-05-06 深圳先进技术研究院 一种超分辨荧光光谱成像显微镜
CN105424617A (zh) * 2016-01-12 2016-03-23 西北工业大学 单根一维纳米材料散射光谱的显微成像测量方法及装置
CN105579831A (zh) * 2013-09-27 2016-05-11 艺康美国股份有限公司 多通道荧光传感器及其使用方法
CN105628678A (zh) * 2016-03-02 2016-06-01 精快激光科技（苏州）有限公司 时间分辨拉曼光谱仪
CN106525807A (zh) * 2017-01-20 2017-03-22 武汉能斯特科技有限公司 一种测量流体延迟发光的方法和装置
CN107024455A (zh) * 2015-12-08 2017-08-08 恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司 用于确定浊度的传感器布置
CN107179285A (zh) * 2017-05-26 2017-09-19 北京汇智精仪科技有限公司 基于紫外可见吸收光谱和荧光光谱的水质监测探头及方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7274443B2 (en) * 2003-12-10 2007-09-25 Custom Sensors And Technology Corrosion monitoring system, optical corrosion probe, and methods of use
JP4660691B2 (ja) * 2005-04-08 2011-03-30 コニカミノルタセンシング株式会社 蛍光試料の光学特性測定方法及びこれを用いた光学特性測定装置

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150111200A1 (en) * 2004-06-30 2015-04-23 Applied Biosystems, Llc Luminescence Reference Standards
CN101300476A (zh) * 2005-10-05 2008-11-05 Swan水质分析仪表公司 测量液体的浊度、荧光度、磷光度和/或吸收系数的光度方法和设备
CN102192871A (zh) * 2010-02-05 2011-09-21 索尼公司 微粒分析设备和微粒分析方法
CN103492585A (zh) * 2011-04-06 2014-01-01 即时生物检测有限公司 微生物检测装置和方法
CN103076310A (zh) * 2012-12-28 2013-05-01 深圳大学 用于物质成份分析的光谱探测系统及其探测方法
CN105579831A (zh) * 2013-09-27 2016-05-11 艺康美国股份有限公司 多通道荧光传感器及其使用方法
CN104198388A (zh) * 2014-09-15 2014-12-10 中国科学院烟台海岸带研究所 一种基于复合光谱测量的在线水质监测装置
CN104597590A (zh) * 2014-12-30 2015-05-06 深圳先进技术研究院 一种超分辨荧光光谱成像显微镜
CN107024455A (zh) * 2015-12-08 2017-08-08 恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司 用于确定浊度的传感器布置
CN105424617A (zh) * 2016-01-12 2016-03-23 西北工业大学 单根一维纳米材料散射光谱的显微成像测量方法及装置
CN105628678A (zh) * 2016-03-02 2016-06-01 精快激光科技（苏州）有限公司 时间分辨拉曼光谱仪
CN106525807A (zh) * 2017-01-20 2017-03-22 武汉能斯特科技有限公司 一种测量流体延迟发光的方法和装置
CN107179285A (zh) * 2017-05-26 2017-09-19 北京汇智精仪科技有限公司 基于紫外可见吸收光谱和荧光光谱的水质监测探头及方法

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US20190187118A1 (en) 2019-06-20
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190716

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