CN110907410A - 光学传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学传感器。本发明涉及一种光学传感器，包括：至少一个光源，其在至少第一传感器层的方向上发射激发光；至少第一传感器层，其中第一传感器层可以与介质进行接触，其中第一传感器层根据入射的激发光和介质的测量值的浓度发出发射光；至少一个接收器，其接收发射光并将其转换为接收信号，其中可以从发射光产生被测变量的测量值；第一光导，其将来自光源的激发光传导到第一传感器层的第一区域上，并将来自传感器层的第一区域的发射光传导到接收器，以及第二光导，其独立于第一光导并且将来自光源的激发光传导到第一传感器层的第二区域上，并将发射光从传感器层的第二区域传导到接收器。

Description

光学传感器
技术领域
本发明涉及一种光学传感器。
背景技术
在传感器尤其是光学传感器的情况下，传感器表面的在废水处理领域中被称为(生物)污垢的污染物会导致测量值随时间而改变或者根本不可能进行进一步的测量。这个问题在废水处理领域中经常会遇到，在这种情况下，用户无法判断出测量值的变化是由过程还是由污垢引起的。
涂覆传感器表面在一定程度上提供了补救措施。结果是，污垢或微生物不能再这么容易地积聚在传感器上。然而，这种涂覆也会影响传感器的敏感层，并因而改变测量性能。
发明内容
本发明的主要目的是检测传感器的传感器层的污染。
该目的通过一种光学传感器得以实现，该光学传感器包括：至少一个光源，其在至少第一传感器层的方向上发射激发光；至少第一传感器层，其中第一传感器层能够与介质进行接触，其中第一传感器层根据入射的激发光和介质的被测变量的浓度而发出发射光；至少一个接收器，其接收发射光并且将其转换为接收信号，其中能够从发射光产生被测变量的测量值；第一光导，其将来自光源的激发光传导到第一传感器层的第一区域上，并且将来自传感器层的第一区域的发射光传导到接收器；以及第二光导，其独立于第一光导并且将来自光源的激发光传导到第一传感器层的第二区域上，并且将来自传感器层的第二区域的发射光传导到接收器。
在一个实施例中，光学传感器包括尤其是至少第一LED的第一光源和尤其是第二LED的第二光源，其中第一光导将来自第一光源的激发光传导到传感器层的第一区域，并且其中第二光导将来自第二光源的激发光传导到传感器层的第二区域。
在一个实施例中，光学传感器包括尤其是至少第一光电检测器的第一接收器和尤其是第二光电检测器的第二接收器，其中第一光导将来自第一区域的发射光传导到第一接收器，并且其中第二光导将来自第二区域的发射光传导到第二接收器。
在一个实施例中，传感器包括两个以上的区域。
在一个实施例中，第一光导和/或第二光导包括光波导、光纤，尤其是玻璃纤维、管或棒，同样尤其是为成束的，用于传导激发光和发射光。在一个实施例中，它们包括例如由聚碳酸酯或透明硅树脂制成的塑料波导。
在一个实施例中，第一区域和第二区域被同心地布置，或者被设置成两个半圆。在一个实施例中，区域是矩形的。
在一个实施例中，第一区域是测量区域，第二区域是控制或参考区域。在这种情况下，从第一区域确定实际的测量值，而第二区域的测量用于控制目的。如果两种测量之间存在差异，则必须进行维护或者至少进行检查。在一个实施例中，第二区域围绕着第一区域。污垢通常由外而内发生。
在一个实施例中，传感器包括第一传感器层和独立于第一传感器层的第二传感器层，其中第一区域布置在第一传感器层上，第二区域布置在第二传感器层上。
在一个实施例中，第一光导和/或第二光导包括Y型波导，其将激发光和/或发射光传导到第一区域和/或第二区域上。
在一个实施例中，光学传感器包括清洁传感器层的清洁装置，尤其是压缩空气清洁装置或超声波清洁装置。
在一个实施例中，一个或多个传感器层被设计成用于测量氧(oxygen)。
在一个实施例中，传感器包括具有约为40mm的直径的基本上圆柱形的壳体，光源、接收器、光导和传感器层被布置在壳体中。
在一个实施例中，传感器采用防爆传感器的形式。因此，传感器可用于爆炸风险增加的区域。
附图说明
参考以下附图更加详细地解释这一点。
图1以一侧面示意图示出了所要求保护的光学传感器。
图2显示了所要求保护的光学传感器的前端。
在附图中，相同的特征用相同的参考标记进行标识。
具体实施方式
所要求保护的光学传感器的整体用参考标记1来表示并且在图1中示出。
下面简要地描述传感器结构。作为示例，传感器1被设计成用于光学地检测氧浓度。其他的被测变量例如CO2和pH也是可能的。
传感器1包括圆柱形的壳体。直径约为40mm。壳体10的材料是不锈钢或坚固的塑料。传感器1主要用于废水处理领域中。
通常，传感器1包括光学活性层，传感器层2、3，传感器层例如被配置为发光层，尤其是荧光层或磷光层。传感器层2、3包括氧敏感分子。传感器层2、3的表面与待测量的介质12进行接触。传感器光学系统14、15即光源4、5，接收器6、7指向传感器层2、3的后端。
在介质12中的氧分压与传感器层2、3中的氧分压之间存在平衡。当将传感器1浸入介质12中时，非常快地建立平衡。
传感器光学系统14、15特别是光源4、5将绿光脉冲(激发光)发射到传感器层2、3中。传感器层2、3中的氧敏感分子利用红光脉冲(发射光)进行“响应”(荧光，磷光)。响应信号的持续时间和强度直接取决于氧含量或氧分压。如果介质12是无氧的，则响应信号长且强度高。氧分子掩蔽了传感器层2、3中的氧敏感分子。结果，响应信号变得较短并且强度较低。响应信号被传感器光学系统14、15尤其是被接收器5、6接收，并转换成相应的信号。
传感器1提供与介质12的氧浓度成比例的信号。在传感器1中计算氧浓度时考虑了介质12的温度和空气压力。除了浓度、饱和指数和分压的变量之外，传感器1还可以以时间单位提供原始的测量值。
连续地监测传感器1的光信号并检查其合理性。如果出现不一致，则会生成错误消息。例如，检测诸如不可思议的高或低的测量值的错误状态，或者由于错误的测量值而导致的错误调节。来自第一和第二区域2、3的测量中出现不同值也属于这种情况，参见下文。
图1示出的传感器1包括第一光导8和第二光导9。第一光导8独立于第二光导9。传感器1包括第一光源4和第二光源5，它们分别指向第一和第二光导8、9。第一和第二光源4、5借助于第一和第二光导8、9将光分别传输到传感器层的第一区域2和第二区域3上。如上所解释的，入射的激发光根据浓度而转换成发射光。发射光又通过光导8、9到达接收器6、7。
图2示出了传感器1的前端11。可以看到污染物13。经常由外而内发生污染。为传感器1配备另外的传输和接收路径8、9，使之有可能检测由于例如光路中的污染物13而引起的变化。通过交替测量和比较测量值，可以检测污染物或缺陷。
两个区域的中间区域通常是第一区域2，其例如被用作实际的测量通道，并且外部区域通常是第二区域3，其例如被用作参考通道。
将第一光导8与第二光导9进行屏蔽。不发生串扰。在一个改进方案中，光导8、9没有彼此进行屏蔽。因此，然后一个接一个地对它们进行测量，并且在来自第一光源4的传输期间计算来自第二接收器7的测量信号(并且反之亦然)。
在一个改进方案中，传感器层的第一和第二区域2、3被布置在共同的传感器层上。在一个改进方案中，第一和第二区域2、3被布置在第一和第二传感器层上，即布置在两个不同的传感器层上。
第二区域3围绕第一区域2同心地布置。在一个改进方案中，区域不是同心地布置而是彼此相邻布置。
区域2、3是环形的；也可以想到其他的形状，例如矩形，也有可能是同心的。具有两个半圆的设计同样是可能的。示出了两个区域，但若干个区域也是可想到的。
在一个实施例中，仅使用了单个光源。在一个实施例中，仅使用了单个接收器。因此，然后使用了Y型光导，其将来自光源的光传导到至少两个区域。因此，光通过Y型光导从传感器层传导到接收器。
光源4、5采用LED的形式。接收器5、6采用光电检测器的形式。光导8、9被设计为光波导、光纤，尤其是玻璃纤维、管或棒，同样尤其是为成束的。
传感器1还包括清洁单元(未示出)，清洁单元例如以规则的间隔或者在故意启动时清洁传感器1的前端11。清洁单元采用例如压缩空气清洁单元或者超声波清洁单元的形式。借助于要求保护的传感器1，可以检测传感器层2、3的污染，并且如果检测到这种污染，则对它进行清洁。
参考标记列表
1 光学传感器
2 传感器层的第一区域
3 传感器层的第二区域
4 第一光源
5 第二光源
6 第一接收器
7 第二接收器
8 第一光导
9 第二光导
10 壳体
11 光学传感器的前端
12 介质
13 污染物
14 第一传感器光学系统
15 第二传感器光学系统

Claims (9)

1.一种光学传感器(1)，包括：
-至少一个光源(4、5)，所述光源在至少第一传感器层的方向上发射激发光，
-至少第一传感器层，其中所述第一传感器层能够与介质进行接触，其中所述第一传感器层根据入射的激发光和所述介质的被测变量的浓度而发出发射光，
-至少一个接收器(6、7)，所述接收器接收发射光并且将其转换为接收信号，其中能够从所述发射光产生所述被测变量的测量值，
-第一光导(8)，所述第一光导将来自所述光源(4、5)的激发光传导到所述第一传感器层的第一区域(2)上，并且将来自所述传感器层的所述第一区域(2)的发射光传导到所述接收器(6、7)，以及-第二光导(9)，所述第二光导独立于所述第一光导(8)，并且将来自所述光源(5、4)的激发光传导到所述第一传感器层的第二区域(3)上，并且将来自所述传感器层的所述第二区域(3)的发射光传导到所述接收器(7、6)。
2.根据权利要求1所述的光学传感器(1)，
其中所述光学传感器包括尤其是至少第一LED的第一光源(4)和尤其是第二LED的第二光源，
其中所述第一光导(8)将来自所述第一光源(4)的激发光传导到所述传感器层的所述第一区域(2)，并且
其中所述第二光导(9)将来自所述第二光源(5)的激发光传导到所述传感器层的所述第二区域(3)。
3.根据权利要求1或2所述的光学传感器(1)，
其中所述光学传感器(1)包括尤其是至少第一光电检测器的第一接收器(6)和尤其是第二光电检测器的第二接收器，
其中所述第一光导(8)将来自所述第一区域(2)的发射光传导到所述第一接收器(6)，并且
其中所述第二光导(9)将来自从所述第二区域(3)的发射光传导到所述第二接收器(7)。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的光学传感器(1)，
其中所述第一光导(8)和/或所述第二光导(9)包括光波导、光纤，尤其是玻璃纤维、管或棒，同样尤其是为成束的，用于传导激发光和发射光。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的光学传感器(1)，其中所述第一区域(2)和所述第二区域(3)被同心地设置，或者被设置成两个半圆。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的光学传感器(1)，
其中所述传感器(1)包括第一传感器层和独立于所述第一传感器层的第二传感器层，并且
其中所述第一区域(2)被布置在所述第一传感器层上，并且所述第二区域(3)被布置在所述第二传感器层上。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的光学传感器(1)，
其中所述光学传感器(1)包括清洁所述传感器层的清洁装置，尤其是压缩空气清洁装置或超声波清洁装置。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的光学传感器(1)，
其中一个或多个传感器层被设计成用于测量氧。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的光学传感器(1)，
其中所述传感器(1)包括具有约为40mm的直径的基本上圆柱形的壳体(10)，其中所述光源(4、5)，接收器(6、7)，光导(8、9)和传感器层被设置在所述壳体(10)中。
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