CN114047103A - 用于检测液体或空气中的颗粒的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于检测液体或空气中的颗粒的系统和方法。本发明提供一种用于检测液体中的外来颗粒的方法和系统，所述方法和系统包括：通过发射器向填充有液体的液体导管发射辐射性的发射脉冲；其中所述发射脉冲包括通过与不同外来颗粒的吸收频率相关联而彼此不同的脉冲；通过接收器接收由于所述多种发射脉冲的发射而传播通过液体的接收脉冲；在所述发射脉冲与所述接收脉冲之间进行比较以提供比较结果；以及基于所述比较结果来确定液体污染。

Description

用于检测液体或空气中的颗粒的系统和方法
本申请是申请日为2016年07月21日，申请号为201680054924.7，发明名称为“用于检测液体或空气中的颗粒的系统和方法”的申请的分案申请。
相关申请
本专利申请要求2015年7月21日提交的序列号为046217的俄罗斯专利申请的优先权，该专利申请的全部内容整体并入本文。
技术领域
本发明涉及测量设备领域。具体而言，水和空气质量监测的新方法和仪器设计是所考虑的主题。所述仪器的方法和设计允许在几秒钟内将空气和水污染数据传送到控制中心以识别污染位置。
背景技术
水的清晰度和浑浊度取决于悬浮的机械杂质的含量。水中的外加剂越多，水的浑浊度就越高并且清晰度就越低。透明度是由深入水中的光束的路径长度来定义，并且取决于光束波长。紫外光束很容易穿过水，而红外光束却很差。净化指数用于评估水质和杂质的含量。
由于人为影响，天然水受到各种物质的污染，使其质量恶化。水质被理解为物理、化学、生物和细菌质量的总和。对水介质的污染改变了这些特性。
发明内容
本申请提供了以下内容：
1)一种用于检测液体中的外来颗粒的方法，所述方法包括：
通过发射器朝向填充有液体的液体导管发射辐射性的发射脉冲；其中所述发射脉冲包括由关联不同外来颗粒的吸收频率而彼此不同的脉冲；
通过接收器接收由于所述多种发射脉冲的发射而传播通过液体的接收脉冲；
在所述发射脉冲与所述接收脉冲之间进行比较以提供比较结果；以及
基于所述比较结果来确定液体污染。
2)根据1)所述的方法，其中所述发射脉冲包括通过与至少三种不同外来颗粒的吸收频率相关联而彼此不同的至少三种脉冲。
3)根据1)所述的方法，其包括：检测所述发射脉冲的强度；检测所述接收脉冲的强度，且其中所述比较包括在所述发射脉冲的强度与所述接收脉冲的强度之间进行比较。
4)根据1)所述的方法，其中所述发射脉冲包括：(a)包含对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；以及(b)包含对应于第二波长范围280至285纳米的第二频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲。
5)根据1)所述的方法，其中所述发射脉冲包括(a)包含对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲，以及(b)包含对应于第三波长范围450至454纳米的第三频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲。
6)根据1)所述的方法，其中所述发射脉冲包括(a)包含对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；(b)包含对应于第二波长范围280至285纳米的第二频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；以及(c)包含对应于第三波长范围450至454纳米的第三频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲。
7)根据1)所述的方法，其包括使用清洁溶液清洁液体导管。
8)根据7)所述的方法，其包括基于所述液体污染来触发清洁所述液体导管。
9)根据7)所述的方法，其包括通过从用于提供液体的第一流体入口和用于提供所述清洁溶液的第二流体入口当中选择所述第二流体入口来清洁所述液体导管。
10)根据1)所述的方法，其中所述发射脉冲包括紫外脉冲和红外脉冲。
11)根据10)所述的方法，其包括通过紫外光源生成所述紫外脉冲并且通过红外光源生成所述红外脉冲。
12)根据11)所述的方法，其中所述紫外光源的光轴垂直于所述红外光源的光轴。
13)根据11)所述的方法，其中所述紫外光源的光轴平行于所述红外光源的光轴。
14)根据11)所述的方法，其中所述紫外光源的光轴指向所述红外光源的光轴。
15)根据1)所述的方法，其包括通过流体入口将液体供应到所述液体导管并且通过流体出口从所述流体导管输出液体。
16)根据15)所述的方法，其中所述流体入口和所述流体出口中的每一者的一部分指向所述流体导管。
17)根据15)所述的方法，其中所述流体入口以流体方式耦接到所述流体出口。
18)根据1)所述的方法，其中所述流体导管具有至少部分透明的内层和反射性外层。
19)根据1)所述的方法，其中所述流体导管具有反射性内层。
20)根据1)所述的方法，其包括通过接收器接收所述接收脉冲；其中所述液体导管是透明管；其中所述接收器和所述发射器以光学方式耦接到所述透明管的第一侧和第二侧，所述第一侧和第二侧彼此相对。
21)根据20)所述的方法，其中所述发射器包括布置在紧靠所述透明管的第一侧之前的发射器透镜，并且所述接收器包括布置在紧靠所述透明管的第二侧之后的接收器透镜。
22)根据21)所述的方法，其中所述发射器透镜之前是发射器分束器，且其中所述接收器透镜之前是接收器分束器。
23)根据1)所述的方法，其包括执行所述发射、接收、比较和确定所述液体污染的步骤的多个迭代。
24)根据23)所述的方法，其包括生成反映所述多个迭代的结果的统计数据。
25)根据23)所述的方法，其中在所述多个迭代中的至少一个迭代之前，从多个液体采样点中选择选定的液体采样点以在所述至少一个迭代期间提供待分析的液体。
26)根据25)所述的方法，其中选择所述选定液体采样点包括在外来颗粒检测系统之间进行选择。
27)根据25)所述的方法，其中选择所述选定液体采样点包括在通往单个外来颗粒检测系统的液体路径之间进行选择。
28)根据23)所述的方法，其中在所述多个迭代中的第一迭代之前，选择第一液体采样点以在所述第一迭代期间提供待分析的液体；且其中在所述多个迭代中的第二迭代之前，选择第二液体采样点以在所述第二迭代期间提供待分析的液体。
29)根据28)所述的方法，其包括在液体经历特定过程之前从所述第一采样点对液体采样；并且在所述液体经过所述特定过程之后从所述第二采样点对液体采样。
30)根据29)所述的方法，通过在所述第一迭代和第二迭代的结果之间进行比较来评估所述特定过程。
31)根据30)所述的方法，其中所述特定过程是液体净化过程。
32)根据31)所述的方法，其中所述评估包括评估所述液体净化过程的效率。
33)根据29)所述的方法，其中所述特定过程限于储存液体。
34)根据23)所述的方法，其中在特定过程的不同阶段之前执行不同迭代。
35)根据34)所述的方法，其中所述不同迭代中的至少两者通过在所述迭代期间发射的脉冲而彼此不同。
36)根据35)所述的方法，其中所述不同迭代中的一者包括发射：(i)包括提供关于所述液体的总体浑浊度的信息的脉冲的第一组脉冲；和(ii)包括对应于某种类型的外来颗粒的第二吸收频率的脉冲的第二组脉冲。
37)根据36)所述的方法，其中所述不同迭代中的另一个迭代包括仅发射包括提供关于所述液体的总体浑浊度的信息的脉冲的第一组脉冲。
38)根据1)所述的方法，其中在所述多种脉冲的发射之前是将气体与初始液体混合以提供液体；且其中确定所述液体污染包括确定所述气体的污染。
39)根据38)所述的方法，其中所述气体是空气。
40)根据38)所述的方法，其中所述初始液体是已知成分的液体。
41)根据38)所述的方法，其中混合所述气体与所述初始液体包括使用起泡瓶。
42)根据41)所述的方法，其包括将所述空气抽吸到所述起泡瓶的输入导管中，所述起泡瓶的底部浸入在液体内。
43)根据42)所述的方法，其包括迫使离开液体的空气在离开所述起泡瓶之前穿过迷宫。
44)根据43)所述的方法，其中所述迷宫防止所述空气在纯垂直路径中从液体传播到所述起泡瓶的空气出口。
45)根据41)所述的方法，其包括使用非平坦浴槽混合所述初始液体和所述空气。
46)根据45)所述的方法，其中所述非平坦浴槽包括凹痕和凸台布置中的至少一者。
47)一种用于检测液体中的外来颗粒的外来颗粒检测系统，所述系统包括：液体导管；发射器，其配置成朝向填充有液体的液体导管发射辐射性的发射脉冲；其中所述发射脉冲包括通过与不同外来颗粒的吸收频率相关联而彼此不同的脉冲；接收器，其配置成接收由于所述多个发射脉冲的发射而传播通过液体的接收脉冲；以及控制器，其布置成在所述发射脉冲与所述接收脉冲之间进行比较以提供比较结果并且基于所述比较结果来确定液体污染。
48)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其中所述发射脉冲包括通过与至少三种不同外来颗粒的吸收频率相关联而彼此不同的至少三种脉冲。
49)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其中所述接收器配置成为检测所述发射脉冲的强度；检测所述接收脉冲的强度，且其中所述控制器配置成在所述发射脉冲的强度与所述接收脉冲的强度之间进行比较。
50)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其中所述发射脉冲包括：(a)包含对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；以及(b)包含对应于第二波长范围280至285纳米的第二频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲。
51)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其中所述发射脉冲包括：(a)包含对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；以及(b)包含对应于第三波长范围450至454纳米的第三频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲。
52)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其中所述发射脉冲包括：(a)包含对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；(b)包含对应于第二波长范围280至285纳米的第二频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；以及(c)包含对应于第三波长范围450至454纳米的第三频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲。
53)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其包括配置成使用清洁溶液清洁所述液体导管的清洁单元。
54)根据53)所述的外来颗粒检测系统，其中所述控制器配置成基于所述液体污染来触发清洁所述液体导管。
55)根据53)所述的外来颗粒检测系统，其包括配置成通过从用于提供液体的第一流体入口和用于提供所述清洁溶液的第二流体入口当选择所述第二流体入口来提供所述清洁溶液的开关。
56)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其中所述发射脉冲包括紫外脉冲和红外脉冲。
57)根据56)所述的外来颗粒检测系统，其中所述发射包括紫外光源和红外光源。
58)根据57)所述的外来颗粒检测系统，其中所述紫外光源的光轴垂直于所述红外光源的光轴。
59)根据57)所述的外来颗粒检测系统，其中所述紫外光源的光轴平行于所述红外光源的光轴。
60)根据57)所述的外来颗粒检测系统，其中所述紫外光源的光轴指向所述红外光源的光轴。
61)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其包括用于将液体供应到所述液体导管的流体入口和用于从所述流体导管输出所述流体的流体出口。
62)根据61)所述的外来颗粒检测系统，其中所述流体入口和所述流体出口中的每一者的一部分指向所述流体导管。
63)根据61)所述的外来颗粒检测系统，其中所述流体入口以流体方式耦接到所述流体出口。
64)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其中所述流体导管具有至少部分透明的内层和反射性外层。
65)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其中所述流体导管具有反射性内层。
66)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其中所述液体导管是透明管，且其中所述接收器和所述发射器以光学方式耦接到所述透明管的第一侧和第二侧，所述第一侧和第二侧彼此相对。
67)根据66)所述的外来颗粒检测系统，其中所述发射器包括布置在紧靠所述透明管的第一侧之前的发射器透镜，并且所述接收器包括布置在紧靠所述透明管的第二侧之后的接收器透镜。
68)根据67)所述的外来颗粒检测系统，其中所述发射器透镜之前是发射器分束器，且其中所述接收器透镜之前是接收器分束器。
69)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其配置成执行液体分析的多个迭代以用于确定液体污染。
70)根据69)所述的外来颗粒检测系统，其中所述控制器配置成生成反映所述多个迭代的结果的统计数据。
71)根据69)所述的外来颗粒检测系统，所述控制器配置成在所述多个迭代中的至少一个迭代之前，从多个液体采样点当中选择用于在所述至少一个迭代期间提供待分析液体的选定液体采样点。
72)根据71)所述的外来颗粒检测系统，其中用于在颗粒检测系统之间进行选择的选择信号被馈送至所述控制器。
73)根据71)所述的外来颗粒检测系统，其中所述控制器配置成在通往单个颗粒检测系统的液体路径之间进行选择。
74)根据69)所述的外来颗粒检测系统，其中所述控制器配置成在所述多个迭代中的第一迭代之前选择用于在所述第一迭代期间提供待分析液体的第一液体采样点；且其中所述控制器配置成在所述多个迭代中的第二迭代之前选择用于在所述第二迭代期间提供待分析液体的第二液体采样点。
75)根据74)所述的外来颗粒检测系统，其中所述外来颗粒检测系统配置成在液体经历特定过程之前从所述第一采样点对液体采样；并且在所述液体经历所述特定过程之后从所述第二采样点对液体采样。
76)根据75)所述的外来颗粒检测系统，其中所述控制器配置成通过在所述第一迭代和第二迭代的结果之间进行比较以评估所述特定过程。
77)根据76)所述的外来颗粒检测系统，其中所述特定过程是液体净化过程。
78)根据77)所述的外来颗粒检测系统，其中所述控制器配置成评估所述液体净化过程的效率。
79)根据75)所述的外来颗粒检测系统，其中所述特定过程限于储存液体。
80)根据69)所述的外来颗粒检测系统，其中所述外来颗粒检测系统配置成在特定过程的不同阶段之前执行不同迭代。
81)根据80)所述的外来颗粒检测系统，其中所述不同迭代中的至少两者通过在所述迭代期间发射的脉冲而彼此不同。
82)根据81)所述的外来颗粒检测系统，其中所述发射器配置成在所述不同迭代中的一者期间发射(i)包括提供关于所述液体的总体浑浊度的信息的脉冲的第一组脉冲以及(ii)包括对应于某种类型的外来颗粒的第二吸收频率的脉冲的第二组脉冲。
83)根据82)所述的外来颗粒检测系统，其中所述发射器配置成在所述不同迭代中的另一个迭代期间仅发射包括提供关于所述液体的总体浑浊度的信息的脉冲的第一组脉冲。
84)根据47)所述的外来颗粒检测系统，其包括配置成将气体与初始液体混合以提供液体的混合单元；且其中所述控制器配置成确定所述气体的污染。
85)根据84)所述的外来颗粒检测系统，其中所述气体是空气。
86)根据84)所述的外来颗粒检测系统，其中所述初始液体是已知成分的液体。
87)根据84)所述的外来颗粒检测系统，其中所述混合单元是起泡瓶。
88)根据87)所述的外来颗粒检测系统，其中所述起泡瓶包括用于将所述空气抽吸到所述起泡瓶的输入导管中的泵，所述起泡瓶的底部浸入在液体内。
89)根据88)所述的外来颗粒检测系统，其包括配置成将离开所述流体的气体朝向所述起泡瓶的出口引导的迷宫。
90)根据89)所述的外来颗粒检测系统，其中所述迷宫防止所述空气在纯垂直路径中从液体传播到所述起泡瓶的空气出口。
91)根据88)所述的外来颗粒检测系统，其中所述起泡瓶具有填充有液体的非平坦浴槽。
92)根据91)所述的外来颗粒检测系统，其中所述非平坦浴槽包括凹痕和凸台布置中的至少一者。
附图说明
在说明书的结论部分中特别指出并且明确地要求保护被视为本发明的主题。然而，在结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，可以最好地理解本发明的构成和操作方法，及其目的、特征和优点，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的外来颗粒检测系统(系统)和液体导管；
图2示出了根据本发明的实施例的接收器和发射器以及流体导管；
图3示出了根据本发明的实施例的发射器；
图4示出了根据本发明的实施例的接收器；
图5示出了根据本发明的实施例的包括起泡瓶的系统；
图6示出了根据本发明的实施例的起泡瓶；
图7示出了根据本发明的实施例的起泡瓶；
图8示出了根据本发明的实施例的系统；
图9示出了根据本发明的实施例的系统和受监测装置；
图10示出了根据本发明的实施例的两个系统和一个受监测装置；
图11示出了根据本发明的实施例的一个系统和一个受监测装置；
图12示出了根据本发明的实施例的多个采样点和一个灌溉系统；
图13示出了根据本发明的实施例的系统和清洁单元；
图14示出了根据本发明的实施例的开关；
图15示出了根据本发明的实施例的系统和多个受监测装置；
图16示出了根据本发明的实施例的系统和采样单元；以及
图17示出了根据本发明的实施例的方法。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以便透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员将会理解，可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、程序和部件以免混淆本发明。
在说明书的结论部分中特别指出并且明确地要求保护被视为本发明的主题。然而，在结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，可以最好地理解本发明的组织和操作方法及其目的、特征和优点。
应了解，为了使说明简单、清楚，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，可以相对于其它元件放大一些元件的尺寸。此外，在认为适当的情况下，可以在附图当中重复附图标记以指示对应或类似的元件。
由于本发明的所示实施例可以大部分使用本领域的技术人员已知的电子部件和电路来实施，因此为了理解和领会本发明的基本概念，并且为了不混淆或偏离本发明的教导，将不会以比如上所述认为必要的程度更大的程度来解释细节。
说明书中对方法的任何引用都应在加以必要的修改后应用于能够执行所述方法的系统。
说明书中对系统的任何引用都应在加以必要的修改后应用于可以由所述系统执行的方法。
远程感测方法应解决污染检测问题，即污染事实调查。所有远程感测方法都是基于纯水与含油水的电学或光学特性的差异。以下技术可称为远程方法：照相方法；基于直接和水面反射的漫射太阳辐射配准的无源方法；基于杂质暴露于强紫外辐射源诱导的荧光光谱配准的方法；辐射测量法和无线电反射法。
还有一种方法是基于航空器成套设备的直接和直接以及水面反射的漫射太阳辐射记录。光谱辐射计或差分辐射计用作记录单元。当使用差分辐射计时，记录两个波长间隔的辐射强度差或反射辐射的两个正交组成部分的强度差。已经在<0.4和>0.6μm中接收到最大对比度。它的缺点是对气象条件的强烈依赖：杂质检测只能在完全阴天时(没有直接太阳辐射的情况下)才可以进行，而且依赖于在地平线以上的太阳高度角。
为了评估位于现场和处于流通模式的经处理的水，使用光学方法的水质监测装置已经得到广泛使用，这意味着基于水清晰度原理。然而，“清晰度”只能给出处理模式规律或异常的概观，而不能量化水中的杂质。除此之外，由于玻璃表面的快速污染，此类装置仅能在有限时间内操作，并且经常不能在受分析的水流过时定期清洁此类表面。
通常，接触式流入浑浊度计是光学浑浊度计或浊度计[Andryeyev V.S.,Popechitelev Ye.P.Laboratory instruments to explore liquid fluids.-L:Mashinostroyeniye.-1981年.-第99至101页]。其普遍的不足之处是发射器和接收器的透明窗口与受控介质直接接触的污染，导致非常高的测量不准确性或甚至仪器故障。存在很多将这个因素减到最小的方法，例如玻璃加热、使用防水剂涂覆玻璃、使用机械收集器、使用可变厚度工作层测量单元等等(Belyakov V.L.Oil and water field treatmentautomation，-M.:Nedra-1988年，-第133页)。它们都非常复杂并且效率低下。
消除窗口污染的有效方式之一是使用提供两个发射器和两个光电接收器的四束电路。按照此类电路操作的装置(GB 2251682，G01N21/49,21/59，公开于1992年7月15日)包含具有受控液体的测量腔室，其壁具有两个发射器和两个光电接收器，其中第一光电接收器的轴线与同其相对的第一发射器的轴线一致并垂直于第二发射器的轴线，并且第二光电接收器的轴线与同其相对的第二发射器的轴线一致并垂直于第一发射器的轴线。发射器和光电接收器的输出连接到信号控制和处理电路。发射器的交替激活允许从每个光电接收器获得两个信号，其中一个信号对应于直接衰减辐射(比浊法)，而第二信号对应于散射辐射(散射测浑法)。接收到的四个信号应代入特殊的数学表达式中，其计算使得最终结果不受每个窗口的清晰度不稳定性的影响。然而，在严重污染的情况下，尤其是在存在粘性相的情况下，此类装置变得不适合使用。
各种非接触式浊度计可用于光学部件与液体介质之间的气隙。它们通常基于提供永久流动恒定液位液体的自由表面的设计，所述自由表面上方安装有发射源。光电接收器安装在同一液体表面上方或垂直于流出的射流。通常，光电接收器的输出信号与悬浮固体浓度成比例。
例如，Sigrist Photometer AG(瑞士)生产的WTM500浑浊度计[RognerA.Turbidity Measurement in drinking water applications-new requirements andapproaches//International Environmental Technology，-第8卷第6期，-1998年.-第9至10页]包括：顶侧开口的主容器，主容器的底侧部分具有支管以供应流体并且底部开口以形成自由下落的均匀流；收集箱，其用于移除在主容器的顶部上方流动并且作为下落射流排出的液体；发射器，其位于液体表面上方并且通过下落射流发送光通量，发射器旁边安装有光电接收器，其轴线垂直于射流方向。发射器和光电接收器输出连接到控制和信号处理电路。
所述装置具有以下缺点：在出口开口由于沉积物而逐渐收缩时，在严重污染条件下维持射流的均匀横截面较复杂，并且光电接收器或发射器的调光和溅射可能性造成测量不准确。
也可使用非接触式流入浑浊度计。该仪器由以下各项组成：顶侧开口的主容器，主容器的底侧部分具有支管以供应液体；收集箱，其用于处置在主容器顶部上方流动的液体；发射器和光电接收器，其位于液体表面上方。主容器垂直布置，第二发射器和第二光电接收器也放置在液体表面上方，发射器和光电接收器的轴线平行且垂直，它们共面，发射器的轴线面向主容器的壁，并且光电接收器的轴线面向容器的中心。第一发射器和光电接收器被垂直不透明的挡板分隔开，其中水平槽位于其表面附近的液体中，底部边缘折叠到容器的中心而不接触主容器底部。第二发射器和光电接收器相对于容器轴线与第一发射器和光电接收器对称地定位，并且也用类似的挡板分隔开，所有发射器和光电接收器的输出均连接到控制和信号处理电路(RU 2235310，G01N21/49，公开于2004年8月27日)。其被认作原型。
相同来源描述了使用光学方法的连续水监测、乳浊液和悬浮液浓度测量。其被认作所要求保护的方法的原型。
根据该方法，受控液体通过管道连续流到主容器。液体沿着容器的中部和两个侧壁上升，接着溢出容器壁。以这种方式，容器的顶部部分具有固定水平的自由液体表面。处置液体被收集在收集箱中，并且通过重力流排入管道。在测量周期开始时，控制和信号处理电路激活发射器的发射脉冲。由于挡板的顶部部分会阻止液体表面反射，并且由于同一挡板的近底部弯曲而导致容器底部反射被切断，因此即使在零颗粒含量的发射器分流下，此类发射也不会导致第一光电接收器闪烁。挡板槽制作成使得可防止发射器的光束在零颗粒含量下达到该槽边缘。悬浮颗粒浓度的增大导致由颗粒水平分散并且经过槽的部分水流增加，其中从左到右通过槽的分散流将根据布格-朗伯-比尔定律以指数相关性减少。水平流在所有方向(包括液体表面方向)上消散。第一光电接收器和第二光电接收器测量来自表面的发射的亮度。此外，在光电接收器的情况下，在第一光电接收器输出处的光电电流I1L将始终高于在第二光电接收器输出处的光电电流I2L，并且浑浊度(颗粒含量c)越高，第一与第二比率倍数将变得越高。L指数对应于左侧有源发射器。所测量得的I1L和I2L值被存储到电路的有效存储器。另外，在同一个电路上关闭发射器，接着打开另一个发射器6(图中右侧)，并且以与第一个操作周期中相同的方式测量第一光电接收器和第二光电接收器的光电电流。在这种情况下，第二光电接收器的光电电流将高于第一光电接收器的光电电流。以类似方式，I1R和I2R值被存储到电路的随机存取存储器。接着，电路计算作为浓度函数的下一个关系式，并且不依赖于数据通信(光学)信道的不稳定性
Figure BDA0003257745230000151
其中R为计算结果，
I1L、I2L──相应地在左侧发射器打开的情况下第一光电接收器和第二光电接收器的光电电流；
I1R、I2R──相应地在右侧发射器打开的情况下第一光电接收器和第二光电接收器的光电电流；
F(c)──悬浮颗粒浓度的某个函数。
接着，使用预先存储到存储器的校准曲线，找到所需浓度
Figure BDA0003257745230000152
其中
Figure BDA0003257745230000153
是与F相反的函数。计算值将通过接口电缆传输到(外部)设备(指示器、控制装置等)。
接着，循环重复。
相同来源描述了非接触式流入浑浊度计，其由以下各项组成：顶部开口的主容器，在底侧部分中设有支管以供应流体；收集箱，其用于处置在主容器的顶部上方流动的液体；发射器和光电接收器，其位于液体表面上方。主容器垂直布置，第二发射器和第二光电接收器也放置在液体表面上方，发射器和光电接收器的轴线平行且垂直，它们共面，发射器的轴线面向主容器壁，而光电接收器的轴线面向容器的中心。第一发射器和光电接收器被垂直不透光的挡板分隔开，其中水平槽位于其表面附近的液体中，并且底部边缘折叠到容器的中心而不接触主容器底部。第二发射器和光电接收器相对于容器轴线与第一发射器和光电接收器对称地定位并且也用相似的挡板分隔开，所有发射器和光电接收器的输出均连接到控制和信号处理电路。
该方法的缺点是其允许基于水面层反射来识别一般污染，但不允许识别污染类别或类型。因此，装置本身的缺点会影响结果的可靠性。装置的缺点在于发射器和光电接收器窗口清晰度的可能恶化(发送器和光电接收器的窗口透明度的可能变化)(由于起雾、飞溅、喷粉和老化)将导致测量不准确，从而导致测量设备的计量可靠性低。发射器和光电接收器的参数不稳定性也会导致测量不准确。液体消耗量的变化会造成微小的(1-3mm)液位变化，液位变化也会导致光电接收器输出处的信号变化。从容器底部和壁的再次反射以及从液体表面的漫反射也会造成明显误差。
本发明提供了一种方法和系统，使得所获取的数据可靠并对装置简化，以相对于液体或空气污染类别获得高质量图片。
通过在液体中基于以下原理进行颗粒检测来获得这种方法的所述技术结果：使光通量从发射器侧穿过被分析液体并且光电接收器记录输出处来自被分析液体的光通量强度，同时使用进入被分析液体的光通量与从其出来的光通量的差异量来评估液体污染。发射器以变化的脉冲频率、脉冲强度和在各种纳米范围内的光波长向被分析液体发送光通量，每个纳米范围对应于特定类型的污染颗粒。针对每个光波长范围，在进入被分析液体的光通量与离开被分析液体的光通量之间进行比较，并且在识别到差异的情况下检测液体中与造成液体吸收性质改变的污染类型对应的添加物。
装置所报告的技术结果借助于液体中颗粒检测系统来实现，该液体中颗粒检测系统包含：光通量源和相对布置的穿过被分析液体的光通量的接收器；用于比较在穿过被分析液体之前和之后的光通量强度的光通量强度比较器单元，其与计算机辅助装置连接以利用液体的吸收特性识别污染类型；以及用于供应被分析液体并且从光通量通过区域移除被分析液体的设施；其配备有带被分析液体供应喷嘴的全玻璃管和带被分析液体移除喷嘴的另一个全玻璃管。发射器是安装在安装有喷嘴以供应被分析液体的玻璃管的末端处的单元。发射器包括：紧靠玻璃管入口之前布置的透镜，透镜之前布置有倾斜的光学透明板，用于将来自特定发光源的光通量引导至透镜，其中该特定发光源定位成使得其发射方向向量朝向该光学透明板定向；以及位于光学透明板上方的光通量强度传感器。用于记录光通量的接收器由安装在安装有被分析液体释放喷嘴的玻璃管的一端处的单元组成，包括与分束器相对的透镜以及来自分束器的光发射的IR和UV接收器。
因此，计算机辅助装置具有控制功能和比较功能，所述控制功能用于将来自各个发射源的光通量以脉冲形式供应给被分析液体，所述脉冲具有多种脉冲频率、强度和在各种纳米范围内的光波长被分析液体，每个纳米范围对应于各个污染颗粒类型，并且所述比较功能用于针对每个光波长范围比较进入被分析液体的光通量和离开此类液体的光通量，并且在识别到差异的情况下识别液体中存在的外来颗粒，所述外来颗粒对应于造成液体吸收性质改变的污染类型。
还在空气中基于以下原理通过颗粒检测来获得这种方法的所述技术结果：使分析空气穿过液体，接着在使空气穿过液体时，从发射器侧供应光通量并使其穿过液体，并且光电接收器记录在液体输出处的光通量强度，同时发射器以变化的脉冲频率、脉冲强度和在各种纳米范围内的光波长向液体发送光通量，所述纳米范围中的每一者对应于特定类型的污染颗粒。针对每个光波长范围在进入液体与离开液体的光通量之间进行比较，并且在识别到差异的情况下检测空气中的添加物，该添加物对应于造成液体吸收性质改变的污染类型。
所述特征是基本的特征，并且与足以获得所需技术结果的一组稳定基本特征创建相互关联。
使用实施例来解释本发明，虽然所述实施例并非仅有的可能方式，但其清楚地表明通过所带来的累积特征达到所需技术结果的可能性。
根据本发明，考虑了在液体中进行颗粒检测(识别)的新方法。
这里的颗粒(或元素)意指能够以微粒或纳米颗粒的形式存在于液体-水中的污染物。这里的污染意指：
-生物学的污染(细菌、病毒、各种微生物等)；
-化学的污染(任何类型的毒素、化学试剂的痕迹、洗涤剂、矿物肥料和无机肥料的碎片、药物制剂等)；
-一般性污染。
液体中颗粒(首先是污染液体的颗粒)的检测方法基于的原理如下：使光通量从发射器侧穿过被分析液体并且光电接收器记录在输出处来自被分析液体的光通量强度，同时使用进入被分析液体的光通量和离开被分析液体的光通量的差异量来评估液体污染。这个原理目前被广泛应用。然而，这种技术只允许检测单一类型或类别的污染。这由液体透明度取决于通过被分析液体的发光波长这一事实造成。结果还受到光反射部件和造成干扰元素的可用性的影响，所述光反射部件和造成干扰元素总是存在于液体或其环境中。
为了允许获得可靠的结果，并且为了提供不仅识别特定类型的污染并且不仅识别总浊度而且还识别详细污染类别或类型的可能性，新方法建议以具有不同脉冲频率、强度和在各种纳米范围内的波长的脉冲从发射器向受到分析的液体供应光通量，每个纳米范围对应于特定类型的污染颗粒。
接着，针对每个光波长范围进行进入被分析液体和离开被分析液体的光通量的比较，并且在发现差异的情况下，识别液体中存在的外来颗粒，其对应于造成液体吸收性质改变的污染类型。
该方法是基于具有特定波长的光对存在于透明液体中(在这种特定情况下为在水中)的微粒的影响的原理。以下分析程序是利用上述原理来实施。
依据分析目的选择的各种波长和强度的光通量穿过被分析液体。因此，280至285纳米长度的波长用于识别生物颗粒。为了识别其它类型的颗粒，应当以某种方式选择波长以对颗粒产生最大影响。以不同频率和强度的脉冲供应光通量。频率调制用于提高噪声稳定性。采用特殊算法控制光通量的上述参数，实现了分析颗粒在液体中的剧烈随机运动。其导致接收传感器感测到受测液体的吸收特性发生改变。使用特殊算法处理所获得的数据。处理结果允许以高灵敏度识别微粒浓度，在1毫升液体中有高达几十个微粒。
以这种方式提供的方法具有足够的通用性，从而允许使用其来设计并制造用于被分析液体和气体两者的装置。
光效被应用于激发液体中的微粒的剧烈随机运动。其导致液体吸收性质改变。
以脉冲供应光通量。改变脉冲频率、强度和光波长，我们得到了被分析液体的光吸收的最大值。
已经开发出允许基于光吸收以高灵敏度水平识别液体中的微粒的算法。
这种技术由以下系统实现，该系统可以按如下方式安装：
-在供水系统中：城市、建筑群、住宅、工业设施和需要持续监测水质的任何其它场所。其使用支管连接到供水系统。所述系统独立运行并且在发生水污染的情况下向控制中心发送界定污染位置和程度的信号。
-开放水域。装置可以安装在开放水域的具有均匀水质的各种地点。使用微型泵(包括在装置的供应范围内)将被分析水抽吸到装置。在发生污染的情况下向控制中心发送指示污染位置和程度的信号。依据水质差异性和具有各种均质度的区域的数量确立每个流域所需要的装置的数量。
根据本发明，液体中颗粒检测系统包含液体通量发射器1和与其相对布置的用于记录穿过被分析液体的光通量的光传感器2，以及被分析液体供应装置3和用于将其带离发光通量的释放装置4(图1和图2)。
所述系统配备有玻璃管5，其一端具有用于供应被分析液体的连接支管6，并且另一端安装有释放被分析液体的连接支管7。
发射器(图3)是安装在玻璃管5的安装有被分析液体支管连接6的一端处的单元8。
所述单元8包括透镜9，其放置在紧靠玻璃管5的入口之前，在透镜9之前布置有倾斜的光学透明板10以将来自11个(LED源И)单独发光辐射源的光/通量引导至透镜9侧，这些发光辐射源布置成使得其辐射向量朝向该光学透明板定向。该单元还包含位于光学透明板上方的光强度传感器12。
用于记录光通量的接收器(图4)是安装在玻璃管5端部的单元13，该单元具有用于释放被分析液体的支管连接7。这个单元13在玻璃透镜出口处包括透镜14。分束器15与透镜14相对布置，并且分束器的光通量接收器IR 16ИUV 17位于分束器之后。
系统基于光通量比较原理进行操作，该原理比较通过被分析液体之前的光通量和通过之后的光通量。通过对应单元将这个数据传送到计算机辅助装置18(也称为控制器)以按照预先编程的算法通过液体吸收特性变化来识别污染类型，按照所述预先编程的算法，每种类型的污染表现为液体光吸收性质在特定光波下减小。该系统还可包括通信单元19，其用于与其它装置(诸如服务器、另一个计算机、另一个液体中颗粒检测系统)通信。通信可为短距离传输、远距离传输、无线通信、有线通信和已知通信类型。
该计算机辅助装置18具有控制功能和比较功能，控制功能用于控制各个光发射源以脉冲形式供应给被分析液体，所述脉冲具有各种脉冲频率、强度和在各种纳米范围内的光波长，其中每个纳米范围对应于单个类型的污染颗粒，并且所述比较功能用于针对每个光波长范围比较进入被分析液体的光通量和离开此类液体的光通量，并且在识别到差异的情况下识别液体中存在的外来颗粒，其对应于造成液体吸收性质改变的污染类型。
这种系统：
a.允许检测各种类型的颗粒(包括生物颗粒)及其浓度，提供高灵敏度。
b.具有相当简单的设计并且制作起来便宜。其中等总体尺寸使得可以将装置放置在不同位置。
c.该装置由于设计简单而具有非常高的可靠性。
d.该装置不需要辅助设施或材料来校准。
e.该装置容易操作并且成本低廉，不需要任何消耗品。
f.能够将分析结果以电子方式传送到控制中心。
使用相同原理来分析空气污染。为了这样做，空气(气体)流过特殊腔室(起泡瓶)，在该处空气(气体)被液体吸收。接着，基于上述方法对液体进行分析。其允许以高灵敏度检测空气(气体)中存在的各种污染颗粒。
所要求保护的用于检测液体中的污染的方法也可用于检测空气中的颗粒。这种替代方法在于，将分析空气传送穿过液体(具有预先设定的已知且不变的光学性质)，接着在空气穿过液体时，从发射器侧将光通量发送穿过液体并且光通量接收器记录在其离开液体时的光通量强度。
于是，以具有可变脉冲频率和在各种纳米范围内的光波长的脉冲将发射器的光通量发送到液体，每个纳米范围对应于特定类型的污染颗粒。接着，针对每个光波长范围将进入液体的光通量和离开液体的光通量进行比较，并且在发现差异的情况下，识别空气中的外来颗粒，其对应于造成液体吸收特性改变的污染类型。
这种替代方法基于与上述液体中污染检测相同的原理工作。当污染空气进入具有已知光学性质的液体时，液体光学性质改变。
参见图5中的允许评估空气污染的装置的流程图。使用泵20(压缩空气泵)抽吸，空气穿过管子21到达填充有液体的浴槽22，在该处空气与液体掺合。于是，空气离开液体(因为管子具有正压力)并且在管子周围的空腔中上升，通过出口连接23释放到大气中。这种装置使用起泡瓶来检测空气中的颗粒。起泡瓶包括：带有两端堵塞的管状体，其中一个堵塞端用作被分析液体浴槽的底部；布置在该主体中用于在浴槽底部方向上供应空气的管子，其中开口使空气从管子穿过进入在管子的底部部分中形成的浴腔。管子外壁和主体内壁具有凸台布置或凹痕以形成从浴槽到大气的迷宫形式的空气通道。
浴槽底部具有凹痕或凸台布置以混合液体和穿过其的空气，并且浴槽区域开口中形成体壁以连接被分析液体供应和移除装置。
该装置还配备有水中颗粒检测系统24，其以与图2至图4所描绘的上述系统相同的方式设计。可靠数据获取算法基于水污染转化为空气污染，反之亦然。
图6示出了用于使用液体(水)检测空气中的颗粒的装置的总体视图和布置。起泡瓶26固定在主体25中(图7)。起泡瓶由管子27组成，其中从抽风扇28将空气供应到其顶部。管子27浸入到浴槽29，并且使其下部在底部开口30附近浸入到浴槽以将压缩空气的部分输出提供到浴腔31。浴腔填充有液体(水)。浴槽设计的特定特征是在空气穿过液体时需要提供空气与水的混合，以形成均匀的气体-液体介质。这是通过布置在浴槽底部并且可能设置在浴槽壁上的凹痕和/或凸台32，或者促进液体和空气起泡(将其混合)的其它元件以及使用迷宫形式排出离开液体的空气来实现。在起泡瓶的管状体内壁和管子27的外表面上还提供有凸台布置33，以便使离开浴槽的空气减速，迷宫形式气流移动通过起泡瓶管状体34壁上的开口释放到大气中，所述开口可用于安装连接支管23。起泡瓶的这些设计特征是刻意形成的，以在整个浴槽中实现液体与空气的均匀混合。这是必须的，因为光学部件的液体分析是在液体在结构组成和体积方面为均匀的条件下进行的。因此，这些凸台或凹痕或其它元件用于将由空气截留的液体飞溅物带回到浴槽。
主体25还包含：起泡瓶26的测压元件35，其与控制阀门36连接；液位传感器37，其安装在储存箱38中，与起泡瓶连接；分配器微泵单元39，其用于维持浴槽和玻璃管中的预设液位，其端部处的单元8和13与根据图2至图4的前述设计完全一致地布置；以及电子控制单元。
单元8和13的连接支管以穿过管子提供液体通道的形式连接至起泡瓶浴槽。
本发明具有工业实用性并且可用于环境监测。
可以提供一种用于检测液体中的颗粒的方法，该方法可包括从发射器侧使光通量穿过被分析液体，并且在其从被分析液体出来时，光通量接收器记录光通量强度，借此使用进入液体的光通量和离开液体的光通量的差异评估液体污染，以各种频率、强度和在各种纳米范围内的光波长的脉冲从发射器将光通量发送到被分析液体，每个纳米范围对应于单个类型的污染颗粒，接着针对每个光波长范围进行进入被分析液体和离开被分析液体的光通量的比较，并且在发现差异的情况下，识别液体中的外来颗粒，其对应于造成液体吸收性质改变的污染类型。
可以提供一种系统。液体中颗粒检测系统包括：光通量发射器和与其相对定位的接收器，接收器用于记录穿过被分析液体的光通量；比较器单元，其用于比较进入被分析液体之前和离开被分析液体之后的光通量的强度，与计算机辅助装置连接以基于液体吸收特性改变来检测污染类型；以及用于供应被分析液体并且从光通量通过区域移除被分析液体的装置，其使用玻璃管完成，所述玻璃管的一端具有用于供应被分析液体的连接支管并且另一端具有用于移除被分析液体的连接支管。发射器是安装在玻璃管的安装有被分析液体供应喷嘴的一端处的单元。发射器包括布置在紧靠玻璃管入口之前的透镜，在其之前布置有倾斜的光学透明板，用于将来自各个光发射源的光通量引导至透镜，其中各个光发射源定位成使得其发射方向矢量朝向该光学透明板定向，以及位于光学透明板上方的光通量强度传感器。用于记录光通量的接收器由安装在光学透明板上方的单元组成。光发射通量接收器是安装在玻璃管的安装有连接支管以移除被分析液体的一端处的单元。这个单元包含布置在玻璃管出口处的透镜，与其相对布置有倾斜的分束器以及用于接收分束器所发射的光的IR和UV传感器。
该系统具有计算机辅助装置，计算机辅助装置具有对各个光源的控制功能，光源以不同频率、强度和在各种纳米范围内的光波长的脉冲向被分析液体供应光通量，每个纳米范围对应于单个类型的污染颗粒，接着针对每个光波长范围进行进入被分析液体和离开被分析液体的光通量的比较，并且在发现差异的情况下，识别液体中的外来颗粒，其对应于造成液体吸收性质改变的污染类型。
该方法可包括将分析空气传送通过液体，接着在空气穿过液体时从发射器侧将光通量发送穿过液体，并且光通量接收器在其离开液体时记录光通量强度。于是，以具有可变脉冲频率和在各种纳米范围内的光波长的脉冲将发射器的光通量发送到液体，每个纳米范围对应于特定类型的污染颗粒。接着，针对每个光波长范围比较进入液体的光通量和离开液体的光通量，并且在发现差异的情况下，识别空气中的外来颗粒，其对应于造成液体吸收特性改变的污染类型。
该系统可包括：起泡瓶，其用于混合空气和水；光通量发射器和相对布置的接收器，该接收器用于记录穿过被分析液体的光通量；比较器单元，其用于比较在进入被分析液体之前和在离开被分析液体之后的光通量，与计算机辅助装置连接以基于液体吸收性质改变来检测污染类型；以及用于供应被分析液体并且从光通量通过区域移除被分析液体的装置，所述系统配备有玻璃管，其一端具有用于供应来自起泡瓶的被分析液体的连接支管并且另一端安装有用于释放被分析液体的连接支管。发射器是安装在玻璃管的安装有被分析液体供应支管连接的末端处的单元，其包括放置在紧靠玻璃管的入口之前的透镜，在该透镜之前定位有倾斜的光学透明板以将来自各个光源的光通量引导至透镜侧，其中各个光源的光向量指向该光学透明板，以及布置在光学透明板上方的光通量强度传感器。用于记录光通量的接收器是安装在玻璃管的安装有被分析液体释放连接支路的一端上的单元，其包括位于玻璃管出口处的透镜和与其相对的倾斜分束器，以及分束器的IR和UV光通量接收器。
用于检测空气中的颗粒的起泡瓶包括：具有两端堵塞的管状体，其中一个堵塞端用作被分析液体浴槽的底部；布置在该主体中用于在浴槽底部方向上供应空气的管子，其中开口使空气从管子穿过进入在管子的底部部分形成的浴腔。管子外壁和主体内壁具有凸台布置或凹痕以形成从浴槽至大气的迷宫形式的空气通道。
起泡瓶具有在浴槽底部上形成的凹痕或凸台布置以混合液体和穿过其的空气。
起泡瓶可具有在浴槽区域的主体壁中形成的开口以连接被分析液体供应和移除装置。
图8示出了根据本发明的实施例的系统。图8示出了其中浴槽22的入口301和浴槽的出口302以液体方式耦接到彼此(离开出口302的流体可在重新进入入口301之前穿过一个或多个液体导管)的系统。流体可经由第一采样点201供应到入口301。一些或全部液体可经由出口303排出(或发送至在入口301与出口302之间的回路外部)。第一采样点201可在分析过程期间以连续或不连续的方式供应液体。出口202可在分析过程之后或期间以连续或不连续的方式排出液体。
图9示出了根据本发明的实施例的系统101和受监测装置201(诸如容器、液体净化器或可以处理液体的任何其它装置)。第一采样点201设在受监测装置201之前。第二采样点202设在受监测装置201之后。
开关111以液体方式耦接到第一采样点201和第二采样点202并且可选择打开哪个采样点。这允许在受监测装置对流体进行操作之前和之后分析液体，并且评估由受监测装置执行的过程的质量、效率(或任何其它参数)。
从系统101输出的液体可被排出或发送到别处。
应注意，不同的受监测装置可能需要不同的液体纯度水平。可能需要液体净化器来向储存容器提供较纯净的液体。偏离要求的液体纯度可能会触发警报。
图10示出了根据本发明的实施例的两个系统101和102以及受监测装置201。
在图10中，不存在开关──系统101分析来自第一采样点201的液体并且系统102分析来自第二采样点202的液体。
从系统101和系统102中的每一者输出的液体可被排出或发送到别处。
图11示出了根据本发明的实施例的系统和受监测装置。
系统101以液体方式耦接到多个采样点201、202和203，并且可(经由开关-未示出)对来自这些采样点的流体进行采样。第一采样点201在受监测装置202(诸如建筑物储水器)之前，第二采样点202和第三采样点203可从受监测装置202的不同位置接收流体。
图12是根据本发明的实施例的多个采样点和灌溉系统。
所述灌溉系统包括水源211、泵212、水处理厂213、分配系统的储水器214、多个支管215、216、217和218(通向不同建筑物)。
第一采样点201位于泵212与水处理厂213之间。
第二采样点202位于水处理厂213与储水器214之间。
第三采样点203位于储水器214之后并且在支管215至218之前。
第四采样点204位于第三采样点之后，但在支管215至218之前。
第五采样点205位于支管215内。
第六采样点206位于支管216内。
第七采样点207位于支管217内。
第六采样点208位于支管218内。
图13示出了根据本发明的实施例的系统和清洁单元。
系统101具有通过开关111馈送(使用流体)的流体入口。系统101可发送用于控制开关111的控制信号。系统101包括(通信单元的)天线191并且还可包括可以将液体输出到下水道(或另一个地方)的出口。
开关111包括第一入口1111和第二入口1112。第一入口1111从第一采样点201(其从导管250采样液体)接收液体。第二入口1112从清洁单元220接收液体(具有清洁材料)。清洁单元可由来自第一采样点201的流体馈送并且可将液体与清洁溶剂混合。
当系统101被清洁时，开关111选择第二入口1112。否则，开关111可选择入口1111。
图14示出了根据本发明的实施例的开关。
第一入口1111之后是第一阀门43。
第二入口1112之后是第二阀门44。
第一阀门和第二阀门之后是混合器41和出口3。
第一阀门43和第二阀门44可被打开或关闭以便确定开关111将输出哪个流体。
清洁单元220示出为包括用于接收与流体(标记为46)混合的清洁材料(诸如清洁溶剂)(48)的容器47。
图15示出了根据本发明的实施例的系统和多个受监测装置。
系统101耦接到开关111，开关111可从第一采样点201和第二采样点202接收流体。第一采样点201在制造单元205、206和207之前，而第二采样点在制造单元205、206和207之后。
制造单元205、206和207可处理液体，可为液体(诸如但不限于牛奶)的来源。
来自制造单元205、206和207的液体可分别由阀门255、256和257控制。存储在清洁溶液储存器221至224中的清洁溶液可在清洁过程期间(例如经由第一采样点201)馈送到制造单元205、206和207。
系统101可将信息(诸如分析结果)传输到控制系统410。可提供任何类型的控制系统410。控制系统可以是有人操作或无人操作的。人员可从系统101接收分析信息。控制系统410可控制系统101和/或开关111和/或第一采样点和第二采样点和/或清洁溶液储存器和/或制造单元205、206和207。
图16示出了根据本发明的实施例的系统和采样单元270。
采样单元270可包括在系统101内。
采样单元270可包括一个或多个容器271，所述容器用于在一旦系统101确定发生了某个事件(例如，液体被某种外来颗粒污染，整体污染水平已经超过阈值和/或低于阈值或等于阈值，某种外来颗粒的总体水平超过阈值和/或低于阈值或等于阈值)时接收流体(在系统101的控制下)。采样单元270的采样可周期性地、以任何预定义方式、以随机方式、以伪随机方式等触发。
一旦采样被触发，采样单元270便获得刚被系统101分析的液体的样本并且将样本存储在容器271中。
容器271可由单元272(例如，冷却器)维持在预定义条件下(例如，在某个温度下)，直到样品(以及有可能，容器271)被取出以进行进一步分析。
采样单元270允许液体的实时采样。
已经发现，包括对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的脉冲的发射提供关于液体的总体浑浊度的信息，包括对应于第二波长范围280至285纳米的第二频率范围内的频率分量的脉冲提供关于细菌的存在的信息，并且包括对应于第三波长范围450至454纳米的第三频率范围内的频率分量的脉冲提供关于有机物质的信息。
根据本发明的实施例，当(a)由于第二频率范围脉冲的发射而检测到的检测信号的强度与(b)由于第一频率范围脉冲的发射而检测到的检测信号的强度之间的比率超过二或三时，可感测到细菌的存在(或细菌大量存在)。
根据本发明的实施例，当(a)由于第三频率范围脉冲的发射而检测到的检测信号的强度与(b)由于第一频率范围脉冲的发射而检测到的检测信号的强度之间的比率超过二或三时，可感测到有机物质存在(或有机物质大量存在)。
在多阶段清洁过程期间，可施加不同的化学物质，并且可通过流体分析的不同迭代来测量这些阶段(至少一个用于阶段完成的完成标准)。最后阶段可包括通过纯水进行清洁，并且分析可包括发射第一频率范围脉冲以及第二频率范围脉冲和第三频率范围脉冲当中的至少一者。可通过使用(例如)仅第一频率范围脉冲来监测先前阶段。可使用任何脉冲组合来监测每个阶段。
图17示出了根据本发明的实施例的方法300。
方法300始于步骤320和330。
步骤320可包括通过流体入口将液体供应到液体导管并且通过流体出口从流体导管输出流体。流体入口和流体出口中的每一者的一部分可指向或不指向流体导管。例如，见图3和4。
流体入口可以流体形式耦接到或不耦接到流体出口。例如，见图8与图9至图12。
流体导管可具有可至少部分透明的内层和反射性外层。在这种流体导管中，脉冲可从内层反射(流体与内层之间的折射差)，也可从外层反射。
使用此类流体导管增大了液体污染测量的灵敏度，因为所接收到的脉冲的数量由于来自内层和外层的反射和/或散射而增大。
流体导管可具有可为反射性的内层。在这种流体导管中，脉冲将从内层反射。
步骤330可包括通过发射器朝向可填充有液体的液体导管发射多个辐射性的发射脉冲。
多个发射脉冲可包括通过与不同外来颗粒的吸收频率相关联而彼此不同的脉冲。
发射脉冲可具有相同强度，或可以在强度上彼此不同。一些脉冲可具有相同强度，而其它脉冲的强度可彼此不同。
例如，发射脉冲可包括与第一外来颗粒关联的第一吸收频率相关联的第一组脉冲，并且可包括与不同于第一外来颗粒的第二外来颗粒关联的第二吸收频率相关联的第二组脉冲。
组的数量(和不同吸收频率的数量)可超过两个，可超过三个，等等。
发射脉冲可包括提供关于流体的总体浑浊度的指示的脉冲。
发射脉冲可包括紫外脉冲和红外脉冲。步骤330可包括通过紫外光源生成紫外脉冲并且通过红外光源生成红外脉冲。
紫外光源的光轴可垂直于或者指向或平行于红外光源的光轴。
步骤330还可包括在发射脉冲穿过液体之前检测发射脉冲的强度。
例如，步骤330可包括发射可包括以下任何组合的发射脉冲：(a)可包括对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；(b)可包括对应于第二波长范围280至285纳米的第二频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；以及(c)可包括对应于第三波长范围450至454纳米的第三频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲。
在步骤330之后可为步骤340，通过接收器接收由于发射脉冲的发射而传播通过液体的接收脉冲。应注意，接收脉冲的数量可不同于发射脉冲的数量。例如，接收脉冲的数量可由于来自液体导管和/或来自液体中的外来颗粒的散射和/或反射而增大。然而，针对另一个实例，接收脉冲的数量可由于一个或多个发射脉冲的总吸收而减少。
步骤340还可包括检测接收脉冲的强度。
步骤330可由发射器执行，所述发射器可包括布置在紧靠透明管的第一侧之前的发射器透镜。步骤340可由接收器执行，所述接收器可包括布置在紧靠透明管的第二侧之后的接收器透镜。在发射器透镜之前可以是发射器分束器，并且在接收器透镜之前可以是接收器分束器。
在步骤330和340之后可以是步骤350，在发射脉冲与接收脉冲之间进行比较以提供比较结果。所述比较可包括在发射脉冲和接收脉冲的强度之间进行比较。比较结果提供关于液体内的脉冲的吸收的指示。比较结果可提供关于每个吸收频率范围的衰减的指示。存在多个发射脉冲和多个接收脉冲，并且可通过对这些多种脉冲的强度应用任何函数(统计或不是统计)来生成比较结果。
在步骤350之后可以是基于比较结果来确定液体污染的步骤360。
衰减与液体污染之间的关系可在学习周期期间进行学习，其可作为查找表或方程式(或以任何其它方式)来提供。映射可在各个外来颗粒之间为不同的，但不一定如此。
可执行步骤320、330、340、350和360的一个或多个迭代。
在步骤320、330、340、350和360的一个或多个迭代之后，该方法可包括使用清洁溶液清洁液体导管的步骤370。
可基于液体污染来触发步骤370(例如，当步骤360确定液体处于将需要清洁液体导管(暴露于液体)的污染范围内时)。所述触发可响应于污染水平和存在所述污染水平的时间周期两者。
步骤370可包括从用于提供液体的第一流体入口和用于提供清洁溶液的第二流体入口当中选择第二流体入口。例如，见图13和14。
当执行步骤320、330、340、350和360的多个迭代时，该方法可包括生成反映多个迭代的结果的统计数据。
根据本发明的实施例，在步骤320之前可为选择要分析哪种液体的步骤310。
步骤310可由外来颗粒检测系统或由另一个实体(诸如但不限于控制系统410)来执行。
例如，步骤310可包括从以液体方式耦接到液体导管的多个采样点当中选择选定采样点。
采样点的选择可涉及从多个液体路径当中对液体路径的选择。
步骤310可包括选择开关的配置(例如，见图9)，选择用于液体分析的系统(例如，见图10)，或者选择液体控制元件的任何其它值(例如，见图15的阀门255、256和257)。
可重复进行一次或多次所述选择──并且可分配步骤320、330、340、350和360的不同迭代用于分析来自不同来源的液体。
根据本发明的实施例，在选择多个迭代中的第一迭代之前，选择第一液体采样点，以在第一迭代期间提供待分析的液体。在进行多个迭代中的第二迭代之前，选择第二液体采样点以在第二迭代期间提供待分析的液体。
执行步骤320、330、340、350和360中的两个(或更多个)迭代可包括在液体经历某一特定过程之前从第一采样点采样液体；并且在液体经过该特定过程之后从第二采样点采样液体。
当发生此类采样时，方法300可包括通过在第一迭代与第二迭代的结果之间进行比较来评估所述特定过程的步骤380。请注意，第一采样点可在一个以上迭代期间被采样，而第二采样点可在一个以上迭代期间被采样。
所述特定过程可为液体净化过程、液体储存、液体制造过程、液体混合过程等。
步骤380可包括评估液体净化过程的效率。
根据本发明的实施例，步骤320、330、340、350和360的多个迭代处于不同的时间点──以便监测特定过程的进展。
可在特定过程的不同阶段之前、期间和/或之后执行不同迭代。
所述不同迭代中的至少两者通过在迭代期间发射的脉冲而彼此不同。
所述不同迭代中的一者可包括发射(i)包括提供关于液体的总体浑浊度的信息的脉冲的第一组脉冲和(ii)包括对应于某种类型的外来颗粒的第二吸收频率的脉冲的第二组脉冲。
所述不同迭代中的另一个迭代可包括仅发射包括提供关于液体的总体浑浊度的信息的脉冲的第一组脉冲。
所述特定过程可为特定系统的清洁过程，清洁过程可包括可通过正使用的清洁材料而彼此不同的多个阶段。所述不同清洁材料的性质(在穿过所述特定系统之后)可使用不同的发射脉冲来监测。
一个或多个阶段的完成可取决于特定系统的清洁度水平。
例如，清洁过程可包括涉及使用干净水的多个阶段。例如，可在清洁过程的最后阶段期间使用干净水。可通过执行步骤320至360的迭代来评估水的清洁度。
根据本发明的实施例，在步骤320之前是将(待评估的)气体与初始液体混合以提供液体的步骤305；且其中确定液体污染包括确定气体的污染。术语“初始液体”是与气体混合以提供液体(被监测)的液体。初始液体可具有已知成分。
气体可为空气。
步骤305可包括以下至少一者：
a.将气体与初始液体混合包括使用起泡瓶。
b.将空气抽吸到起泡瓶的输入导管中，起泡瓶的底部浸入在液体内。
c.迫使离开液体的空气在离开起泡瓶之前穿过迷宫。迷宫可防止空气在纯垂直路径中从液体传播到起泡瓶的空气出口。
d.使用非平坦浴槽混合初始液体和空气。非平坦浴槽可包括凹痕和凸台布置中的至少一者。
在前述说明书中，已经参考本发明的实施例的特定实例描述了本发明。然而，将显而易见的是，可在不偏离如所附权利要求书中所阐述的本发明的较广泛精神和范围的情况下对其做出各种修改和改变。
此外，如果有的话，描述和权利要求书中的术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“在...上方”、“在…下方”等用于描述性目的而不一定用于描述永久相对位置。应当理解，这样使用的术语在适当情况下为可互换的，例如使得本文所描述的本发明的实施例能够在除本文所示或以其它方式描述的方位之外的方位上操作。
如本文所讨论的连接可为适合于从或向相应节点、单元或装置传送信号的任何类型的连接，例如经由中间装置。因此，除非另有暗示或陈述，否则所述连接可例如为直接连接或间接连接。可参照作为单个连接、多个连接、单向连接或双向连接来示出或描述所述连接。然而，不同实施例可改变所述连接的实施方式。例如，可使用单独的单向连接而不是双向连接，反之亦然。而且，多个连接可用串行或以时分多路复用方式传送多个信号的单个连接来替代。同样，携载多个信号的单个连接可被分离成携载这些信号的子集的各种不同连接。因此，传送信号有很多选择。
虽然已经在实例中描述了特定的导电类型或电势极性，但应了解，可颠倒导电类型和电势极性。
本文所描述的每个信号可被设计为正逻辑或负逻辑。在负逻辑信号的情况下，信号为低电平有效，其中逻辑真状态对应于逻辑电平零。在正逻辑信号的情况下，信号为高电平有效，其中逻辑真状态对应于逻辑电平一。请注意，本文所描述的任何信号可被设计为负逻辑信号或正逻辑信号。因此，在另选实施例中，被描述为正逻辑信号的那些信号可被实施为负逻辑信号，并且被描述为负逻辑信号的那些信号可被实施为正逻辑信号。
此外，当提及将信号、状态位或类似设备分别呈现为其逻辑真或逻辑假状态时，本文中使用术语“认定”或“设置”和“否定”(或“解除认定”或“清除”)。如果逻辑真状态是逻辑电平一，则逻辑假状态是逻辑电平零。并且，如果逻辑真状态是逻辑电平零，则逻辑假状态是逻辑电平一。
本领域的技术人员将认识到，逻辑块之间的边界仅仅是说明性的，并且另选实施例可合并逻辑块或电路元件或者对各种逻辑块或电路元件施加功能性的另选分解。因此，应理解，本文中所描绘的架构仅仅是示例性的，并且实际上，可实施实现相同功能性的许多其它架构。
用于实现相同功能性的任何部件布置被有效地“相关联”，使得实现所需要的功能性。因此，本文中组合以实现特定功能性的任何两个部件可被视为彼此“相关联”，使得实现所需要的功能性，而不管架构或中间部件如何。同样地，如此相关联的任何两个部件还可被视为“可操作地连接”或“可操作地耦接”到彼此以实现所需要的功能性。
此外，本领域的技术人员将认识到，上述操作之间的边界仅仅是说明性的。所述多个操作可被组合成单个操作，单个操作可被分布在额外操作中，并且操作可在时间上至少部分地重叠执行。此外，另选实施例可包括特定操作的多个例子，并且可在各种其它实施例中更改操作次序。
然而，其它修改、变化和替代方式也是可能的。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。
在权利要求书中，置于括号之间的任何参考符号不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除除了权利要求中所列举的元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。此外，本文所使用的术语“一”或“一个”被定义为一个或一个以上。另外，在权利要求书中使用诸如“至少一个”和“一个或多个”等介绍性短语不应被解释为暗示由不定冠词“一”或“一个”介绍另一个权利要求元素将包含此类所介绍的权利要求元素的任何特定权利要求限于仅包含一个此类元素的发明，即使当相同权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”或“一个”等不定冠词时。对于定冠词的使用也是如此。除非另有陈述，否则诸如“第一”和“第二”等术语被用来任意地区分这些术语所描述的元件。因此，这些术语不一定旨在指示这些元件的时间或其它优先级。在相互不同的权利要求中列举某些措施的事实并不指示这些措施的组合不能被用来获益。
虽然本文已经示出和描述了本发明的某些特征，但本领域的普通技术人员现在将想到许多修改、替换、改变和等效形式。因此，应理解，所附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真实精神内的所有此类修改和变化。

Claims (10)

1.一种用于检测液体中的外来颗粒的方法，所述方法包括：
通过发射器朝向填充有液体的液体导管发射辐射性的发射脉冲；其中所述发射脉冲包括通过与不同外来颗粒的吸收频率相关联而彼此不同的脉冲；
通过接收器接收由于多种发射脉冲的发射而沿着所述液体导管的长度传播并通过液体的接收脉冲；
其中所述液体导管是透明管；其中所述接收器和所述发射器在所述透明管的长度方向上以光学方式耦接到所述透明管的第一侧和第二侧，所述第一侧和第二侧彼此相对；以及
在所述发射脉冲与所述接收脉冲之间进行比较以提供比较结果；以及
基于所述比较结果来确定液体污染。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射脉冲包括通过与至少三种不同外来颗粒的吸收频率相关联而彼此不同的至少三种脉冲。
3.根据权利要求1所述的方法，其包括：检测所述发射脉冲的强度；检测所述接收脉冲的强度，且其中所述比较包括在所述发射脉冲的强度与所述接收脉冲的强度之间进行比较。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射脉冲包括：(a)包含对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；以及(b)包含对应于第二波长范围280至285纳米的第二频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射脉冲包括(a)包含对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲，以及(b)包含对应于第三波长范围450至454纳米的第三频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射脉冲包括(a)包含对应于第一波长范围750至820纳米的第一频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；(b)包含对应于第二波长范围280至285纳米的第二频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲；以及(c)包含对应于第三波长范围450至454纳米的第三频率范围内的频率分量的一种或多种脉冲。
7.根据权利要求1所述的方法，其包括使用清洁溶液清洁液体导管。
8.根据权利要求7所述的方法，其包括基于所述液体污染来触发清洁所述液体导管。
9.根据权利要求7所述的方法，其包括通过从用于提供液体的第一流体入口和用于提供所述清洁溶液的第二流体入口当中选择所述第二流体入口来清洁所述液体导管。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射脉冲包括紫外脉冲和红外脉冲。
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