CN116261656A - 比浊法测量装置 - Google Patents

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CN116261656A CN202080105681.1A CN202080105681A CN116261656A CN 116261656 A CN116261656 A CN 116261656A CN 202080105681 A CN202080105681 A CN 202080105681A CN 116261656 A CN116261656 A CN 116261656A
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Abstract

描述了比浊法测量装置。比浊法测量装置能够被配置为使得来自传播通过悬浮液的光束的撞击到一个或更多个散射光检测器上的具有不同路径长度的散射光量能够导致基本上等效的灵敏度以及散射光检测器的响应与悬浮液的浊度值之间的相关性。以85‑110°的比浊法角度接收来自传播通过悬浮液的光束的散射光的散射光检测器或多个散射光检测器的响应能够是根据下述方程的，所述方程选自其中x/y＝anxn+an‑1xn‑1+…+a2x2+a1x+a0的一组非线性方程；其中，“n”是大于0的整数；“x”等于悬浮液的浊度值；“y”等于散射光检测器的响应；并且“an”是校准系数。散射光检测器的最大响应出现在取决于有效散射光路径长度的浊度值处。

Description

比浊法测量装置
背景技术
在确定悬浮液介质的颗粒浓度、浊度、雾度或混浊度或者悬浮液介质中颗粒的纯度或不存在时，经常进行比浊法或浊度测定，其中，光束穿过介质，并且散射光量被测量且等同于参考标准。在比浊法测定期间，入射到与传播通过悬浮液介质的光束成约90°的检测器的散射光量基本上与粒度分布(PSD)无关。因此，它是用于未知粒度分布的悬浮液介质的测定的首选方法。
需要一种装置，该装置能够消除现有技术仪器测定中由于确定悬浮液介质中颗粒浓度包括的非比浊法测量而产生的误差。
给定一个包含液体介质中的颗粒悬浮液(例如水中的福尔马肼浊度标准)的24mm直径玻璃小瓶内的样品，并且以与传播通过悬浮液介质的光束的射线路径成85-110°的比浊法角度进行观察，比浊法检测器对于悬浮液介质中颗粒浓度的变化的响应在低浊度值下基本上是线性的。低浊度值进一步被定义为低于100NTU(比浊法浊度单位)的值。在更高的浊度值下，浊度值高于100NTU，撞击比浊法检测器的散射光量与浊度值的增加不成比例地减少。取决于散射光的波长，浊度值在800-10,000NTU之间时，比浊法检测器对于悬浮液介质中颗粒浓度的变化的响应达到最大。悬浮液介质中颗粒浓度的进一步增加导致比浊法检测器响应的降低，从而导致模糊，其中，检测器响应在两个浊度值处相等；大于最大值的浊度值和小于最大比浊法检测器响应的浊度值。现有技术的装置通过包括相对于光的入射光束的射线路径的一个或更多个附加角度的光的非比浊法测量来避免这种歧义；在5-85°之间的后向散射，在110-175°之间的前向散射以及在180°的透过率。现有技术的装置不能独立于悬浮液介质内的粒度而准确地测量悬浮液介质中的高颗粒浓度。未知颗粒成分在非比浊法角度处的散射光检测不准确是由于在非比浊法角度处的检测器对在样品内的粒度分布与在校准或参考标准内的粒度分布相比的变化具有高固有灵敏度的结果。
现有技术装置(例如美国专利No.7491366,Tokhtuev等人)使用90°和180°光学几何结构来测量样品的浊度。Tokhtuev的光学布置进一步测量沿由两个光发射器和四个检测器构成的四个射线路径的浊度。Tokhtuev的现有技术依赖于在90°和180°这两处的散射光测量的混合，其中，180°测量引入了对于样品中颗粒大小的响应。与其他或单一粒度分布的校准标准相比，未知粒度分布的样品的测定结果是错误的。此外，由于对比浊法和透过率项这两者的依赖，Tokhtuev的线性化方程需要五个校准标准，从而导致更复杂、更长时间和更昂贵的校准。Tokhtuev的现有技术装置中的另一个限制是由于入射光束在小瓶的圆柱形表面上的锐角而引入的测量误差。入射光束的锐角入射角创造了这样的条件，其中，在小瓶壁表面处的反射和其他偏振效应导致针对样品小瓶的位置中的微小改变而在检测器处接收到的散射光量的显著变化。在Tokhtuev的其他教导中，公开了光学布置的灵敏度增加，其中，教导了第二平行入射射线路径具有靠近小瓶壁的移动分析区域导致浊度测定的灵敏度增加。
需要一种装置，该装置在测定未知浊度值和未知粒度分布的样品中沿着传播通过悬浮液介质的光束的单条射线路径测量时，能够为两个或更多个散射光路径长度的比浊法观察器展示基本上等效的灵敏度。
除了由于在非比浊法散射角处的粒度依赖性而引入的误差之外，相关误差也存在于现有技术(示例美国专利No.5,506,679,Cooper等人)的装置中，作为相邻响应非比浊法检测器的结果。由于在后向散射角位置的低浊度值处的检测器响应较弱，而前向散射和透过率检测器位置的响应较强，因此存在相邻的非比浊法检测器的响应的突然变化。这在高浊度值与观察角的情况下是相反的。这在相邻的非比浊法检测器响应的转换点处尤其明显，其中对于与入射光束射线路径成非比浊法角度定位的检测器，其灵敏度显著不同。相邻响应的转换点进一步描述为其中在第一非比浊法角度测量的第一散射光检测器停止对浊度值的确定作出贡献并且第二非比浊法角度的第二检测器开始对测定作出贡献的点。与校准条件相比，测定的操作条件的轻微改变会导致在相邻检测器响应的转换点附近所报告的浊度值中明显的不连续性。
考虑到现有技术装置中的另一个问题是在扩展的浊度范围内定义浊度值与观察器响应所需的校准器的数量；扩展范围进一步描述为接近或超过给定观察角的任何一个散射光检测器的最大响应的浊度范围。现有技术装置通常需要四个或更多校准器来确定扩展浊度范围中的浊度值。减少执行校准中使用的校准器数量降低了程序错误的风险、时间、劳动力和拥有装置的生命周期成本。
如前所述，现有技术装置包括非比浊法观察角的检测器，其通过对样品粒度分布敏感的检测器响应的组合或邻接，实现了超过任何一个检测器的最大响应的扩展的浊度测定。
需要一种装置，该装置能够利用新颖的多项式表达式来描述比浊法检测器对于来自传播通过悬浮液介质的光束散射的光量的响应，而不管样品的路径长度或粒度分布如何。新颖的多项式表达式可能需要三个或更少的校准器来确定0和4000NTU范围内的浊度值，从而降低拥有成本并且改进校准过程的质量。
附图说明
图1A是根据本发明的一个实施例的比浊法测量装置的侧视图。
图1B是根据本发明一个实施例的比浊法测量装置的底视图。
图1C是根据本发明的一个实施例的包括横截面线A-A的比浊法测量装置的前视图。
图1D是根据本发明的一个实施例的沿比浊法测量装置的线A-A的横截面图。
图2A是根据本发明的一个实施例的比浊法测量装置的侧视图。
图2B是根据本发明的一个实施例的比浊法测量装置的底视图。
图2C是根据本发明一个实施例的比浊法测量装置外壳的俯视图。
图2D是根据本发明的一个实施例的包括横截面线B-B的比浊法测量装置外壳的侧视图。
图2E是根据本发明的一个实施例的沿比浊法测量装置外壳的线B-B的横截面图。
图3A是根据本发明一个实施例的比浊法测量装置的侧视图。
图3B是根据本发明的一个实施例的比浊法测量装置的底视图。
图4是根据本发明的一个实施例的比浊法测量装置的底视图。
图5是来自两个散射光路径长度的两个比浊法检测器的调整响应曲线图。
具体实施方式
本发明的实施例包括比浊法测量装置，其实施散射光检测器以测量散射光值并且将散射光值的变化与悬浮液中颗粒浓度的变化相关。更具体地，设想的实施例包括实施散射光检测器以测量样品的散射光并且计算样品的散射光值的比浊法测量装置。样品内颗粒浓度的变化可能导致散射光值的变化并且可能与其中颗粒浓度和散射光值之间的关系是已知的标准悬浮液单元相关。通常，比浊法测量装置能够接收来自传播通过悬浮液(例如，水)的光束的散射光。比浊法测量装置能够检测来自两个或更多个具有不同长度的散射光路径的光，其中(多个)检测器的灵敏度基本上等于悬浮液介质中颗粒浓度变化的灵敏度。每个散射光路径长度都能够在对应的浊度值处引起最大响应。比浊法测量装置能够对样品的粒度分布的变化基本上不敏感。比浊法测量装置对悬浮液浊度值的变化的响应能够用与单个多项式方程高度相关的方式来描述，而不管路径长度如何。
能够实施比浊法测量装置以测量散射光值。例如，比浊法测量装置能够测量来自悬浮液中颗粒的散射光，并且将散射光值与光散射悬浮液标准(诸如福尔马肼(例如NTU))相关。如果样品中颗粒的反照率(即白度)相对于装置校准的标准较低，则报告的颗粒浓度值将低于预期，或者是错误的。从悬浮液中的未知颗粒样品散射的光量能够产生等效于校准悬浮液的相对响应(例如，NTU中的浊度值)。
比浊法测量装置的实施例能够允许完成低浊度和高浊度样品这两者的测定，而不会由于样品的粒度分布与校准或参考标准的粒度分布的变化而引入误差。此外，比浊法测量装置能够通过消除非比浊法散射光观察器来降低误差，并且减少描述比浊法检测器响应所需的校准器数量，而不管测定中包含的路径长度的数量如何。
值得注意的是，以85-110°的比浊法角度接收来自两个或更多个散射光路径长度的传播通过悬浮液的光束的散射光的两个或更多个光检测器的响应变化与悬浮液介质中颗粒浓度的变化能够基本上等效。例如，以85-110°的比浊法角度接收来自传播通过悬浮液的光束的两个或更多个波长的散射光的光检测器的灵敏度能够基本上等效于悬浮液中颗粒浓度的增量变化。
以85-110°的比浊法角度接收来自传播通过悬浮液介质的光束的散射光的光检测器的响应能够是根据下述方程的，所述方程选自其中x/y＝anxn+an-1xn-1+…+a2x2+a1x+a0的一组非线性方程。其中“n”是大于0的整数，“x”等于悬浮液的浊度值，“y”等于散射光检测器的响应，并且“an”是校准系数。
以85-110°的比浊法角度接收来自传播通过悬浮液的光束的散射光的光检测器的校准系数“an”能够是根据下述方程的，所述方程选自其中x/y＝anxn+an-1xn-1+…+a2x2+a1x+a0的相同阶的一组非线性多项式方程，并且可以从一组数量大于或等于所选方程的数值项的光散射校准器确定。
比浊法测量装置的实施例能够展示但不限于以下特性：(i)以85-110°的比浊法角度接收来自传播通过悬浮液的光束的两个或更多个散射光路径长度的散射光的一个或更多个光检测器的最大响应能够在可能取决于散射光路径长度的浊度值处发生；(ii)以85-110°的比浊法角度接收来自传播通过包含一个或更多个波长的颗粒的悬浮液的光束的散射光的一个或更多个光检测器的响应能够引起对应于一个或更多个散射光路径长度的比浊法检测器响应；(iii)应用于以85-110°的比浊法角度接收来自传播通过第一散射光路径长度的悬浮液的光束的散射光的散射光检测器的响应的标量能够导致在选择的浊度值处第二散射光路径长度处的散射光检测器的等效响应；(iv)并且沿射线路径传播的入射光束强度的改变不会引起以85-110°的比浊法角度接收来自传播通过包含两个或更多个散射光路径长度的颗粒的悬浮液的光束的散射光的光检测器的响应比率的变化。
在实施例中，能够实施比浊法测量装置以测量悬浮液的散射光值。比浊法测量装置能够包括但不限于电磁辐射源、束采样器、第一电磁辐射检测器、第二电磁辐射检测器和第三电磁辐射检测器。第二电磁辐射检测器能够(i)适于接收散射电磁辐射，并且(ii)以与电磁辐射源的输出的射线路径大约成85-110°的角度定向。第三电磁辐射检测器能够(i)适于接收散射电磁辐射，并且(ii)以与电磁辐射源的输出的射线路径大约成85-110°的角度定向。基于接收散射电磁辐射的第二电磁辐射检测器和第三电磁辐射检测器的由比浊法测量装置确定的散射光值的变化能够基本上等效于在低浊度值下悬浮液中颗粒浓度的变化。
在一个实施例中，能够实施比浊法测量装置以测量悬浮液的散射光值。比浊法测量装置能够包括但不限于电磁辐射源、束采样器、位于束采样器附近的第一电磁辐射检测器、第二电磁辐射检测器和第三电磁辐射检测器。第二电磁辐射检测器能够(i)适于接收散射电磁辐射，(ii)位于容器的底部附近，并且(iii)以与电磁辐射源的输出的射线路径大约成85-110°的角度定向。第三电磁辐射检测器能够(i)适于接收散射电磁辐射，(ii)位于容器的底部附近，并且(iii)以与电磁辐射源的输出的射线路径大约成85-110°的角度定向。基于接收散射电磁辐射的第二电磁辐射检测器和第三电磁辐射检测器的由比浊法测量装置确定的散射光值的变化基本上等效于在低浊度值下悬浮液中颗粒浓度的变化。
在实施例中，能够实施比浊法测量装置以测量悬浮液的散射光值。比浊法测量装置能够包括但不限于电磁辐射源、束采样器、位于束采样器附近的第一电磁辐射检测器、第二电磁辐射检测器和第三电磁辐射检测器。第二电磁辐射检测器能够(i)适于接收散射电磁辐射波，(ii)位于容器的底部附近，并且(iii)以与电磁辐射源的输出的射线路径大约成85-110°的角度定向。第三电磁辐射检测器能够(i)适于接收散射电磁辐射波，(ii)位于容器的侧面附近，并且(iii)(a)以与电磁辐射源的输出的射线路径大约成85-110°的角度定向，并且(b)基本上垂直于第二电磁辐射检测器定向。基于接收散射电磁辐射的第二电磁辐射检测器和第三电磁辐射检测器的由比浊法测量装置确定的散射光值的变化基本上等效于在低浊度值下悬浮液中颗粒浓度的变化。
在实施例中，能够实施比浊法测量装置以测量悬浮液的散射光值。比浊法测量装置能够包括但不限于发射第一波长的电磁辐射的第一电磁辐射源，发射第二波长的电磁辐射第二电磁辐射源，以及适于以与第一电磁辐射源和第二电磁辐射源的输出的射线路径成85-110°的比浊法角度接收散射光的电磁辐射检测器。基于接收在第一波长和第二波长上的电磁辐射的电磁辐射检测器的由比浊法测量装置确定的散射光值的变化基本上等效于在悬浮液中颗粒浓度的变化。
在实施例中，能够实施比浊法测量装置以测量悬浮液的散射光值。比浊法测量装置能够包括但不限于小瓶、光发射器、束采样器、第一光检测器、第二光检测器、透镜、场阑(field stop)、光捕获表面和暗参考表面。能够实施小瓶以用于容纳悬浮液。光发射器能够适于将预定波长的光束沿第一射线路径投射通过悬浮液。束采样器能够适于将光束的一部分重导向到参考光检测器。第一光检测器能够适于接收具有第一散射光路径长度的散射光，并且以与传播通过悬浮液的光束的第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位。第二光检测器能够适于接收具有第二散射光路径长度的散射光，并且以与传播通过悬浮液的光束的第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位。透镜能够位于第二光检测器与小瓶之间以在悬浮液内形成第二光检测器的图像。场阑能够位于透镜与第二光检测器之间。场阑能够包括限制第二光检测器的图像的场角的孔隙以在光的入射光束传播通过界面时从入射光束排除光散射。光捕获表面能够适于衰减未被悬浮液散射的光束的能量。基于在第一散射光路径长度上接收散射光的第一光检测器和在第二散射光路径长度上接收散射光的第二光检测器的由比浊法测量装置确定的散射光值的变化能够基本上等效于在悬浮液中颗粒浓度的变化。
在实施例中，能够实施比浊法测量装置以测量悬浮液的散射光值。比浊法测量装置能够包括但不限于小瓶、光发射器、束采样器、第一光检测器和第二光检测器。小瓶能够适于容纳悬浮液。光发射器能够适于将预定波长的光束沿第一射线路径投射通过悬浮液。束采样器能够适于将光束的一部分导向到参考检测器。第一光检测器能够接收具有第一散射光路径长度的散射光，并且能够以与传播通过悬浮液的光束的第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位。第二光检测器能够接收具有第二散射光路径长度的散射光，并且能够以与传播通过悬浮液的光束的第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位。基于在第一散射光路径长度上接收散射光的第一光检测器和在第二散射光路径长度上接收散射光的第二光检测器的由比浊法测量装置确定的散射光值的变化基本上等效于在悬浮液中颗粒浓度的变化。
在实施例中，能够实施比浊法测量装置以测量悬浮液的散射光值。比浊法测量装置能够包括但不限于小瓶、第一光发射器、第二光发射器、束采样器、光检测器、透镜、场阑、光捕获表面和暗参考表面。能够实施小瓶用于容纳悬浮液。第一光发射器能够适于将第一波长的第一光束沿第一射线路径投射通过悬浮液。第二光发射器能够适于将第二波长的第二光束沿第一射线路径投射通过悬浮液。束采样器能够适于将第二光束和第一光束的一部分重导向到参考光检测器。光检测器能够(i)适于接收来自第一光束和第二光束的散射光，并且(ii)以与第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位。透镜能够位于光检测器与小瓶之间以在悬浮液内形成光检测器的图像。场阑能够位于透镜与光检测器之间。场阑能够包括限制光检测器的图像的场角的孔隙以从入射光束排除光散射。光捕获表面能够适于衰减未被悬浮液散射的第二光束和第一光束的能量。基于接收来自第一光束的散射光和来自第二光束的散射光的光检测器的由比浊法测量装置确定的散射光值的变化基本上等效于在悬浮液中颗粒浓度的变化。
在实施例中，能够实施比浊法测量装置以测量悬浮液的散射光值。比浊法测量装置能够包括但不限于小瓶、宽带光发射器、散射光检测器、透镜、场阑、第一带通滤波器和第二带通滤波器。能够实施小瓶用于容纳悬浮液。宽带光发射器能够适于将光束沿第一射线路径投射通过悬浮液。散射光检测器能够适于接收散射光，并且能够以与传播通过悬浮液的光束的第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位。透镜能够位于散射光检测器与小瓶之间以在悬浮液内形成散射光检测器的图像。场阑能够位于透镜与散射光检测器之间。第一带通滤波器和第二带通滤波器能够分别位于场阑与散射光检测器之间。第一带通滤波器能够适于使第一波长的散射光通过。第二带通滤波器能够适于使第二波长的散射光通过。基于接收来自传播通过悬浮液的光束的两个或更多个波长的散射光的散射光检测器的由比浊法测量装置确定的散射光值的变化基本上等效于在低颗粒浓度下悬浮液中颗粒浓度的增加的变化。
本发明能够体现为装置、系统、方法和/或计算机程序产品。因此，本发明能够以硬件和/或软件(包括固件、常驻软件、微代码等)的形式体现。此外，本发明能够采用在计算机可用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该介质具有包含在该介质中的计算机可用或计算机可读程序代码以供指令执行系统使用或与其结合使用。在一个实施例中，本发明能够体现为非暂时性计算机可读介质。在本文档的场境中，计算机可用或计算机可读介质能够包括但不限于能够包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的任何介质。
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本说明书和所附权利要求中使用的术语“约”是指给定值的正负20％。
本说明书和所附权利要求中使用的术语“一般”和“基本上”表示大部分，或针对大部分。
方向和/或关系术语，诸如但不限于左、右、最低点、顶点、顶部、底部、垂直、水平、后部、前部和横向是彼此相关的，并且取决于适用元件或物品的特定定向，并且相应地用于帮助描述各种实施例并且不一定旨在被解释为限制。
术语“光电检测器”、“光电传感器”、“比浊法检测器”、“比浊法观察器”、“观察器”、“光检测器”、“散射光检测器”和“电磁辐射检测器”，如说明书中和所附权利要求所使用的，能够互换使用并且指的是被配置为检测光或其他电磁辐射的装置。
本说明书和所附权利要求书中使用的术语“浊度”、“雾度”、“混浊度”和“散射光值”指的是由于介质内的悬浮颗粒导致的样品或标准悬浮液的光散射特性。
本说明书和所附权利要求中使用的术语“软件”是指程序、过程、规则、指令、以及与系统操作有关系的任何相关联文档。
本说明书和所附权利要求中使用的术语“固件”是指计算机程序、过程、规则、指令、以及永久包含在硬件装置中并且也能够是闪存软件的任何相关联文档。
本说明书和所附权利要求中使用的术语“硬件”是指系统的物理、电气和机械部分。
本说明书和所附权利要求中使用的术语“计算机可用介质”或“计算机可读介质”是指能够包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的任何介质。计算机可用或计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁、光学、电磁、红外、或半导体系统、装置、设备或传播介质。作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。
本说明书和所附权利要求中使用的术语“信号”是指一种信号，其具有一个或更多个特性设置或以在信号中编码信息的方式改变。应当理解，能够实现发送信号的无线方式，包括但不限于蓝牙、Wi-Fi、声学、RF、红外线和其他无线方式。
比浊法测量装置的第一实施例
参照图1A至1D，示出了比浊法测量装置的第一实施例100的详图。第一实施例比浊法测量装置100能够被实施以测量介质中悬浮颗粒的浓度。
如图1A至1D总体所示，比浊法测量装置100能够包括但不限于电磁辐射源102、束采样器104、第一光电检测器(或光检测器)106、第二光电检测器(或光检测器)108、以及第三光电检测器(或光检测器)110。比浊法测量装置100能够被实施以测量存储在具有盖162的小瓶160中的样品150中的悬浮颗粒的浓度。第一光检测器106能够被实施为参考光检测器。光检测器106、108、110中的每一个都能够被配置为检测由电磁辐射源102生成的电磁辐射。
电磁辐射源102可以是发光二极管(或光发射器)。比浊法测量装置100的入射光束能够由发散角被限制为2.5°或更小的从光发射器102发出的电磁辐射的射线的准直构成。入射光束的波长通常能够由给定应用的监管要求或标准实践来确定。对于饮用水中特定物质的确定，各种美国环境保护署(USEPA)的方法优先地要求入射光束由400-700nm的可见光谱内的波长构成，而符合ISO方法7027则要求入射光束由830-890nm之间的近红外波长构成。其他监管要求还规定了散射光检测器对向的收集角以及对于询问光束的射线路径的测量角。为了符合饮用水的法规要求，比浊法角度通常被指定为以与入射光束的射线路径成90°为中心。在其他监管和非监管应用中，85-110°的比浊法角度与散射光的测定相干，并且共享对悬浮液介质中不同大小的颗粒的无差异性质。
如图1B所示，由感兴趣波长(例如，预定波长)构成的光能够从光发射器102辐射并且沿着第一射线路径111传播。来自光发射器102的辐射光能够由在束采样器104的凸光学表面104a处的折射准直。凸光学表面104a可以由可以传输至少一部分感兴趣波长的光学材料(例如，Schott NBK7)构成。传播通过束采样器104的光能够在束采样器104的斜边104b处被部分反射，于是一部分光能够沿着重导向的射线路径111a在内部重导向以入射到参考光检测器106上。在一个实例中，参考光检测器106能够借助于光学粘合剂112结合到束采样器104的相对面104c。入射到参考光检测器106上的光量能够与准直光的功率成比例。
由于环境影响或输入功率改变导致的从光发射器102辐射的光量的变化能够被确定为在参考光检测器106处生成的电信号的变化(例如，其中参考光检测器106是光电二极管)。通过与参考信号的变化成比例地调整散射光信号，能够将参考信号应用于样品150的浊度值的确定。未在光学表面斜边104b处内部反射的光能够沿第一入射射线路径111b折射并且能够导向通过样品150。样品的体积能够被限制为小瓶160和盖162内的体积。小瓶160的圆柱形侧面和底部能够允许传输至少一部分感兴趣波长并且允许观察来自传播通过样品150的入射光束的散射光。通常，小瓶160能够由玻璃制成。例如，能够实施通常用于液体介质的浊度测定的硼硅酸盐玻璃。
第二光检测器108和第三光检测器110能够各自实施为散射光检测器。散射光检测器108和110能够位于小瓶150的透明底部下方，沿着第一入射射线路径111b，并且以与第一入射射线路径111b成大约90°的比浊法角度在空间上以“D”的中心到中心距离分开。
参照图1C，示出了比浊法测量装置100的前视图。图1C中包含横截面线A-A。
参照图1D，示出了沿来自图1C的横截面线A-A的横截面图。示出了第一射线路径111、第二射线路径113、第三射线路径115、第一入射射线路径111b、第二入射射线路径113b、第三入射射线路径115b、第一散射射线路径113c和第二散射射线路径115c。值得注意的是，与第一射线路径111类似，第二射线路径113和第三射线路径115的一部分能够被重新导向到参考光检测器106。当沿第二入射射线路径113b和第三入射射线路径115b传输通过样品150的射线在遇到样品150中的颗粒114、116时受到光散射，至少一部分入射光能够沿着第一散射射线路径113c和第二散射射线路径115c散射。由第一散射光检测器108沿第二散射射线路径115c接收的散射光的路径长度能够比由第二散射光检测器110沿第一散射射线路径113c接收的散射光的路径长度短。散射光路径长度能够被定义为散射光在样品150内行进以撞击散射光检测器108、110之一的总距离。
光散射梯度的虚拟区域(A、B和C)也在图1D中描绘。当光传播通过样品150时，光能够沿着曲折路径散射，从而降低入射光束的强度。与区域B和C相比，区域A是散射路径长度更短的区域。由于光散射，入射光束的强度能够随着入射光束从区域A传播到区域C而降低。随着样品150内的颗粒浓度增加，散射光检测器108、110的响应能够基本上以相同的速率增加。散射光检测器108、110的特征在于对于如图5的曲线图所示的低浊度值，分别对于第一散射路径长度L1和第二散射路径长度L2拥有基本上相同的灵敏度。随着样品的浊度进一步增加，对于每个散射光检测器108、110能够达到最大浊度值，其中样品150的浊度的任何附加的增加能够导致散射光检测器的响应降低。
散射光检测器108、110的最大响应能够是唯一的。与短散射光路径长度的比浊法检测器的响应相比，沿散射光路径长度接收散射光的比浊法检测器的响应产生更大的信号值并且能够在低浊度值下达到最大响应。在发明的实践中不明显；无论散射光路径长度如何，比浊法散射光检测器的响应都能够以下述等式3的一般表达式的形式，与悬浮液介质的浊度强相关地描述为其中x/y等于多项式方程的一组非线性方程。其中“n”大于“0”，“x”等于浊度值，“y”等于检测器响应，并且“an”是校准系数。在本发明的创新中，本文原则上公开了一阶、二阶和n阶的比浊法响应方程，如：
x/y ＝ a1x + a0 (1)
x/y ＝ a2x2 + a1x + a0 (2)
x/y ＝ anxn + an-1xn-1 + … + a2x2 + a1x + a0 (3)
接收不同散射光路径长度的散射光的一个或更多个比浊法检测器的校准系数“an”导致根据从同阶的一组非线性多项式方程(3)中所选的方程的共同的特性响应，其可以由一组数量大于或等于所选方程的数值项的校准器确定。
在一个实施方式中，非线性一阶多项式方程(1)用于表征样品的准线性浊度范围中比浊法测定的检测器响应，并且二阶方程(2)或高阶方程(3)能够更适合表征对于超过准线性浊度范围的浓度的比浊法检测器响应。准线性浊度范围能够被进一步描述为小于或等于100NTU的比浊法浊度单位(NTU)值，以用于包含在24mm小瓶内并且由从白光发光二极管(LED)发出的光束询问的样品。用于描述响应曲线的方程的阶直接与定义响应函数的系数所需的校准点或校准器的最少数量相关。对于二阶表达式，最少需要3个校准点来定义表达式的系数。方程(2)的最大(或峰值)响应出现在：
ymax ＝ √a0/a2 (4)
其中，“a0”和“a2”是方程(2)的系数。
散射光检测器108、110的响应曲线的交点能够用作报告样品150的浊度值的准则。能够从第一散射光检测器(例如，短路径长度检测器)108的响应代替第二散射光检测器(例如，长路径长度检测器)110的响应来确定所报告的浊度值大于或等于散射光检测器108、110的响应曲线的交点。以与传播通过悬浮液介质的光束成85-110°的比浊法角度接收散射光的散射光检测器108、110的灵敏度能够基本上等效于在低浊度值的悬浮液介质中颗粒浓度的增加的变化。因此，调整响应曲线的交点能够用于控制第一散射光检测器108与第二散射光检测器110之间的增益差异，或用于选择散射光路径长度以用于报告样品150的浊度值。不同路径长度的一个或更多个比浊法检测器对于散射光量的响应的交点能够被调整为选择的浊度值，作为应用于一条响应曲线相对于另一条响应曲线的缩放(或增益因子)的乘积。该比例因子能够通过在小于两个或更多个散射路径长度的最低峰值浊度值的所选浊度值处评估的两条响应曲线的比率来确定。
比浊法测量装置100的实施例包括从沿着单个射线路径传播通过样品150的光束接收不同散射光路径长度的浊积物(turbaries)的散射光的两个或更多个比浊法观察器(例如，光检测器)的共同操作模式。能够通过沿着图1B的入射射线路径111b定位散射光检测器108、110来实现改进，其中，接收散射光的每个散射光检测器经历传播通过小瓶160和样品150的光束的强度的成比例变化。光束的强度的变化能够是小瓶160和样品150的可变性的结果。小瓶160的可变性能够包括但不限于小瓶160相对于入射光束的射线路径和比浊法检测器的位置、小瓶160的材料缺陷(例如条纹)、小瓶160壁内的气泡和夹杂物、以及表面异常，诸如划痕、指纹、灰尘和污垢。样品150的可变性能够包括但不限于悬浮液介质中颗粒的重量分层、悬浮液介质中不同比重的颗粒以不同速率的沉淀、和/或由于混合而引入样品中的气泡引起的干扰。能够对接收来自两个或更多个散射光路径长度的样品中浊度的散射光的一个或更多个比浊法检测器有共同影响的入射光束强度的变化能够产生非常一致的浊度值的确定，而不管由于入射光束改变的共性而导致的路径长度。相比之下，沿着来自一个或更多个不同发射器的不同射线路径的两个或更多个入射光束进行的测定更容易由于沿着两个不同的射线路径的入射光束的强度中的不同而导致两个所报告的浊度值之间的差异。
比浊法测量装置的第二实施例
为了在悬浮液介质的颗粒浓度的测定中实现低量化极限(quantization limit)，比浊法观察者必须能够区分对于浓度增加的变化的响应与无关的响应。与光响应无关的散射光检测器的响应是噪声。撞击到散射光检测器上从而引起与来自入射光束的样品的光散射无关的响应的光是杂散光。杂散光响应的贡献者包括但不限于散射光检测器的视场超过样品内入射光束的观察范围，以及散射光检测器的视场内存在外部或环境光。
参考图2A至2B，示出了比浊法测量装置的第二实施例200的详图。能够实施第二实施例比浊法测量装置200以减轻杂散光以实现低量化极限。参考图2A，示出了比浊法测量装置200的侧视图。参考图2B，示出了比浊法测量装置200的底视图。
如一般所示，比浊法测量装置200能够包括但不限于电磁辐射源202、束采样器204、第一光电检测器(或光检测器)206、第二光电检测器(或光检测器)208、透镜210、场阑212、第三光电检测器(或光检测器)214、球体216和光阱218。能够实施比浊法测量装置200以测量存储在具有盖262的小瓶260中的样品250中悬浮液颗粒的浓度并且减轻杂散光。
第一光检测器206能够实施为参考光检测器。第二光检测器208和第三光检测器214能够各自实施为散射光检测器。光阱218能够实施为入射光束光阱。球体216能够实施为暗参考表面。
示出了第一射线路径211、第二射线路径213、第三射线路径215、第一入射射线路径211b、第二入射射线路径213b、第三入射射线路径215b、第一散射射线路径215c和第二散射射线路径213c。值得注意的是，与第一射线路径211类似，第二射线路径213和第三射线路径215的一部分能够被重新导向到参考光检测器206。当沿第二入射射线路径213b和第三入射射线路径215b传输通过样品250的射线在遇到样品250中的颗粒220、222时受到光散射，至少一部分入射光能够沿着第一散射射线路径215c和第二散射射线路径213c散射。
透镜210、场阑212、第二散射光检测器214和球体216能够(i)沿着光轴223以85-110°的比浊法角度与第二入射射线路径213b对齐，并且(ii)与第一散射光检测器208正交对齐。透镜210能够将第二散射光检测器214的有源区域的图像投射到小瓶260的中心。透镜210和场阑212相对于第二散射光检测器214和小瓶260的位置和直径能够限制第二散射光检测器214的投射图像的场角以排除在界面处的光散射，在该界面上传播通过小瓶260和样品250的入射光束经历折射率变化并且引起入射光束的光散射。入射光束和样品250沿着第二入射射线路径213b的相互作用产生的光散射能够沿着比浊法射线路径213c撞击到第二散射光检测器214上。
球体216的暗参考表面216b能够吸收感兴趣波长并且能够起到衰减进入球体孔隙216a的光的作用，该光来自杂散光或来自借助于撞击到暗参考表面216b上的残留未吸收光的多次内反射的样品250的光散射。暗参考表面216b的表面构成、结构和光洁度可以选自多种材料和表面特征以衰减进入球体孔隙216a的光。例如，能够实施由黑色丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)塑料构成的半抛光球面。能够选择暗参考表面216b的吸收率以将表面照度(illuminance)降低到小于由第二散射光检测器214通过透镜210和场阑212观察到的所需量化极限。球体216的球体孔隙216a的直径能够保持尽可能小和实用，足以包含场阑212的图像，如边缘射线221a、221b和221c所示。在样品250的悬浮液介质中不存在光散射颗粒的情况下，第二散射光检测器214的信号能够是杂散光的结果以及暗参考表面216b的表面亮度(luminance)。为了确保杂散光足够低，光阱218能够吸收未因入射光束沿着第一入射射线路径211b传播通过小瓶260和样品250而散射的光以防止光重新进入环绕小瓶260的表面。
如所示，光阱218能够包括两个或更多个光吸收表面。沿着第一入射射线路径211b进入光阱孔隙218a的光能够顺序地传播到光吸收表面218b、218c和218d，如图2A所示。未在表面218b处被吸收的残余光能够沿着第一反射射线路径211c被导向到表面218c。随后，未在表面218c处被吸收的光能够沿着第二反射射线路径211d被导向到表面218d。未在表面218d处被吸收的残余光能够沿着反射射线路径211d、211c向后反射以基本上防止光重新进入环绕小瓶260的表面并且防止杂散光撞击到散射光检测器208、214上。光阱218的表面成分、结构和表面光洁度可以选自多种材料和表面特征以衰减进入光阱孔隙218a的光。在一个示例中，能够实施由半抛光黑色ABS塑料构成的平坦表面。能够选择光阱218的表面(即，表面218b、218c和218d)的吸收率以将反射光的量限制为小于10％。结果，沿着第一入射射线路径211b向后反射的未被吸收的光量能够减少到已经进入光阱218的光的～0.105(或～1/10,000th)。对于撞击到光阱表面上的光的每次入射，光阱表面218b、218c和218d的吸收率能够根据在入射角处的表面的反射率的乘积影响光阱218的衰减。
散射光检测器208、214能够拥有与散射光检测器108、110的第一实施例中描述的对于样品250的浊度值变化的比浊法响应和灵敏度相同的特性。散射光检测器208、214能够接收分别根据与悬浮液中的颗粒220、222相遇而沿着散射光线路径213c和215c散射的光。无论散射光路径长度如何，散射光检测器208、214对传播通过悬浮液介质的光束的响应都能够以上文先前描述的等式(3)的形式，与悬浮液介质的浊度强有关地被相关地描述为其中x/y等于多项式方程的一组非线性方程。
参照图2C至2E，第二实施例比浊法测量装置200被示出在外壳270中。外壳270是用于将比浊法测量装置200的部件组装在一起的一个示例结构并且不意味着限制。值得注意的是，外壳270的变体能够被修改以容纳本文描述的每个所述比浊法测量装置。参照图2C，示出了外壳270的顶视图。参照图2D，示出了外壳270和小瓶260的侧视图。图2D还包括横截面线B-B。参照图2E，示出了沿横截面线B-B的外壳270的横截面图。
总体参照图2C至2E，外壳270能够包括上部构件272和下部构件274，其能够被配置成与容纳在其中的比浊法测量装置200的部件配合在一起。外壳270还能够包括束采样器安装座276、电磁辐射源安装座278、半球280、光阱安装座282、散射光检测器安装座284、小瓶插托286、场透镜288和场透镜安装座290。值得注意的是，设想了其中场透镜288和场透镜安装座290能够从外壳移除的实施例。例如，在其中光发射器202是激光二极管的情况下。在一些情况下，如果场透镜288没有被安装到场透镜安装座290中，则场透镜安装座290可以用作孔隙(或挡板)。在一个实例中，当场透镜288被直接安装到外壳270中时，能够去除场透镜安装座290。能够实施场透镜安装座290以将场透镜288居中在入射光束内。能够实施场透镜288以减少光束的发散，使得光束的范围落在光阱孔隙218a内。
如所示，外壳270能够被配置成布置如前述和在图2A至2B示出的比浊法测量装置200的部件。值得注意的是，能够实施类似的外壳以配置如在图1A至1D示出的第一实施例比浊法测量装置100的部件。此外，类似类型的外壳可以被实施以配置与第一实施例和第二实施例比浊法测量装置100、200类似的下文描述的实施例的部件。
比浊法测量装置的第三实施例
根据本发明的其他实施例，以85-110°的比浊法角度接收来自传播通过悬浮液介质的光束的不同路径长度的散射光的散射光检测器的灵敏度在低浊度值下基本相同并且实现对悬浮液介质的不同浊度值的最大响应。根据光散射理论，来自传播悬浮液介质中颗粒样品的光束的散射光的路径长度取决于入射光的波长和颗粒的大小。还已知的是以85-110°散射到入射光束的射线路径的光最不依赖于悬浮液介质中颗粒的大小。
比浊法观察器对于撞击到观察器上的散射光的波长变化的响应取决于悬浮液介质中颗粒的光散射属性、悬浮液介质的吸收、以及对于比浊法观察器的波长响应。作为水性介质中颗粒测定的主要标准，基于福尔马肼的浊度不是单一颗粒大小，而是在0.1到10微米之间的范围，这与饮用水中病原体的兴趣颗粒大小一致。福尔马肼的波长依赖性大约等于λ-2并且属于瑞利和米氏光散射理论的范畴。另有说明，福尔马肼悬浮液的散射光路径长度随着波长的增加而变短并且随着散射光波长的减小而变长；与470nm相比，波长为660nm的光的散射光路径长度大约是一半。
与先前实施例的原理一致的是由比浊法观察器在85-110°的角度处从传播通过悬浮液介质的光束接收的散射光量，观察器对于悬浮液介质内的颗粒浓度变化的响应(i)对于不同散射光路径长度的两个或更多个比浊法观察器在低浊度值下能够基本上等效(ii)能够是根据下述方程的，所述方程选自其中x/y等于以“anxn+an-1xn-1+…+a2x2+a1x+a0”的形式的多项式表达式的一组非线性方程，其中“n”是大于0的整数，“x”等于悬浮液介质的浊度值，“y”是比浊法观察器的响应，并且“an”是校准系数，(iii)能够在不同散射光路径长度的不同浊度值下达到最大响应，并且(iv)能够缩放到不同散射光路径长度的观察器的等效响应值。
参照图2A至2B，示出了比浊法测量装置的第三实施例300的详图。第三实施例比浊法测量装置300能够被配置成使得散射光检测器从包括沿着重合射线路径传播通过悬浮液介质的两个或更多个不同波长的光束接收两个或更多个路径长度的光散射。光散射能够以不同的时间间隔以第一路径长度的第一波长和第二路径长度的第二波长撞击到散射光检测器上。接收来自两个或更多个散射光路径长度的散射光的一个或更多个散射光检测器能够通过选择撞击到散射光检测器上的散射光波长来实现。
如所示，比浊法测量装置300能够包括但不限于第一电磁辐射源301、第二电磁辐射源302、束采样器304、第一光电探测器(或光探测器)306、第二光电探测器(或光检测器)308、透镜310、场阑312、球体316和光阱318。第一和第二电磁辐射源301、302能够实施为发光二极管(或光发射器)。第一光检测器306能够实施为参考光检测器。第二光检测器308能够实施为散射光检测器。透镜310、场阑312、球体316和光阱318能够类似于第二实施例部件来实施。
第一光发射器301能够沿第一射线路径320辐射并且第二光发射器302能够沿第二射线路径322辐射。在电控制中，能够选择第一光发射器301和第二光发射器302以在沿着第一和第二射线路径320、322的不同时间间隔处发射光。来自第一光发射器301和第二光发射器302的光能够由束采样器304准直和部分反射。部分反射的光束可以沿着第一反射射线路径320a和第二反射射线路径322a入射到参考光探测器306上。球体316的球体孔隙的直径能够保持尽可能小和实用，足以包含场阑312的图像，如边缘射线321a、321b和321c所示。为了确保杂散光足够低，光阱318能够吸收未因入射光束沿着重合射线路径320b、322b传播通过小瓶360和样品350而散射的光以防止光重新进入环绕小瓶360的表面。
由于折射，未由束采样器304内部反射的光能够沿着重合的射线路径传播。例如，第一入射射线路径320b和第二入射射线路径322b能够重合。来自第一光发射器301和第二光发射器302的光能够包括由其中不发射光的隔离带分开的不同波长。从颗粒315沿第一散射射线路径320c和第二散射射线322c散射的光的一部分能够由散射光检测器308通过透镜310和场阑312接收。由透镜310形成的散射光检测器308的图像能够沿着光轴323落在样品350内。场阑312的图像(即，由透镜310形成的散射光检测器308的视场范围)能够通过球体孔隙316a沿光轴323以与第一和第二入射射线路径320b、322b成85-110°的比浊法角度落入到球体316内。未被传播通过样品350的入射光束的相互作用散射的光能够通过光阱孔隙318a进入光阱318并且能够在其中的光吸收表面上衰减以防止光重新进入以照亮与环绕小瓶360的表面。
本发明的第三实施例包括一个比浊法观察器和一个入射射线路径，通过消除前两个实施例的空间分离的散射光路径进一步减少了共模误差。沿重合射线路径320b、322b传播通过小瓶360和样品350的入射光束能够经历与来自样品350的光散射无关的与比浊法观察器基本上相同的光学效应。散射光检测器308能够区分不同路径长度的散射光，作为对来自在不同的时间间隔处沿着从第一光发射器301和第二光发射器302发射的重合射线路径320b、322b传播通过样品350的每个不同波长的光束的散射光量的量度。以85-110°的比浊法角度接收来自传播通过悬浮液介质的光束的两个或更多个波长的散射光的光检测器的灵敏度能够基本上等效于在低颗粒浓度下悬浮液介质中颗粒浓度的增加的变化。
沿重合射线路径320b、322b传播的光的波长的选择可以在本发明的范围内以多种替代方式完成，而不管束采样器304或参考光检测器306是否存在。例如，波长选择装置包括宽带光发射器和单色器、波长可调谐振腔、或其他波长可调光发射器。
比浊法测量装置的第四实施例
参照图4，示出了比浊法测量装置的第四实施例400的底视图。第四实施例比浊法测量装置400能够包括与第二实施例和第三实施例比浊法测量装置200、300类似的部件。
如所示，比浊法测量装置400能够包括但不限于电磁辐射源402、束采样器404、第一光电检测器(或光检测器)406、第二光电检测器(或光检测器)408、透镜410、场阑412、球体416和光阱418、第一带通滤波器420和第二带通滤波器422。电磁辐射源402可以是宽带光发射器(或宽带发光二极管)。宽带光发射器402能够沿第一射线路径430辐射。第一光检测器406能够实施为参考光检测器。第二光检测器408能够实施为散射光检测器。
如所示，光束能够沿着第一射线路径430从宽带光发射器402辐射。来自光发射器402的辐射光能够通过在束采样器404的凸光学表面处的折射来准直。传播通过光采样器404的光能够在束采样器404的斜边处被部分反射，于是一部分光能够沿着重导向射线路径430a在内部被重导向以入射到参考光检测器406上。没有在光学表面斜边处内部反射的光能够沿着入射射线路径430b折射并且能够被导向通过样品450。
球体416的球体孔隙的直径能够保持尽可能小和实用，足以包含场阑412的图像，如边缘射线421a、421b和421c所示。为了确保杂散光足够低，光阱418能够吸收未因入射光束沿着重合射线路径430b传播通过小瓶460和样品450而散射的光以防止光重新进入引起环绕小瓶460的表面的辐射度。
从颗粒415沿散射射线路径430c散射的光的一部分能够由散射光检测器308通过透镜410、场阑412和带通滤波器420、422中的一个接收。由透镜410形成的散射光检测器408的图像能够沿着光轴423落在样品450内。场阑412的图像(即，由透镜410形成的散射光检测器408的视场范围)能够通过球体孔隙416a沿光轴423以与入射射线路径430b成85-110°的比浊法角度落入到球体416内。
散射光检测器408能够以大约85-110°接收来自传播通过两个或更多个散射光路径长度的样品450的宽带光的入射光束的通过两个或更多个带通滤波器420、422传输的散射光。在一个示例中，宽带光发射器能够是在450-700nm之间的可见光谱中发射光的白光LED。值得注意的是，带通滤波器的中心波长中的分离越大，散射光路径长度的差异就越大。通过带通滤波器420、422传输的散射光能够以不同的时间间隔沿着散射射线路径430c撞击到散射光检测器408上。未通过带通滤波器420、422传输的光能够被吸收和/或拒绝以防止散射光撞击到散射光检测器408上。
当第一带通滤波器420移动到位置420a并且第二带通滤波器422代替第一带通滤波器420在散射光检测器408前面的位置时，撞击到散射光检测器408上的散射光能够是通过第一带通滤波器420的长散射光路径长度和通过第二带通滤波器422的短散射光路径长度的量度。交换滤波器位置可以以多种机械方式实现。例如，滤波器420、422能够安装在旋转轮内并且旋转到位置。在另一个实例中，滤波器420、422能够安装在线性地移动到位的滑动托架内。在又一个实例中，散射光的波长选择能够通过单色仪完成。
本领域的技术人员还容易认识到，可以通过本发明范围内的替代方式来实现沿散射射线路径430c传播的不同波长的宽带散射光的同时量度，例如但不限于；通过由波长选择性像素或堆叠波长选择性半导体光电结排列构成的多色仪或色光传感器。
以85-110°的角度接收来自传播通过悬浮液介质的光束的两个或更多个波长的散射光的光检测器的灵敏度基本上等效于在低浓度颗粒下悬浮液介质中颗粒浓度的增加的变化。
可替代的实施例和变体
附图中所示和/或上文描述的各种实施例和变体仅仅是示例性的，并不意味着限制本发明的范围。应当理解，鉴于本公开的益处，本发明的许多其他变体已经被考虑，这对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。根据所附权利要求阅读的本发明的所有变体旨在并预期在本发明的范围内。尽管设想了具有一个或两个散射光检测器的实施例，但应当理解，能够实施两个或更多个散射光检测器而不超出本发明的范围。

Claims (52)

1.一种用于测量悬浮液的散射光值的比浊法测量装置，所述比浊法测量装置包括：
电磁辐射源；
束采样器；
第一电磁辐射检测器；
第二电磁辐射检测器，所述第二电磁辐射检测器(i)适于接收散射电磁辐射并且(ii)以与所述电磁辐射源的输出的射线路径大约成85-110°的角度定向；以及
第三电磁辐射检测器，所述第三电磁辐射检测器(i)适于接收散射电磁辐射并且(ii)以与所述电磁辐射源的所述输出的所述射线路径大约成85-110°的角度定向；
其中，基于接收散射电磁辐射的所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的所述散射光值的变化基本上等效于在低浊度值下所述悬浮液中颗粒浓度的变化。
2.根据权利要求1所述的比浊法测量装置，其中，所述电磁辐射源是发光二极管。
3.根据权利要求1所述的比浊法测量装置，其中，所述第三电磁辐射检测器位于比所述第二电磁辐射检测器更远离所述电磁辐射源。
4.根据权利要求1所述的比浊法测量装置，其中，所述第一电磁辐射检测器(i)位于所述束采样器附近，并且(ii)用于确定来自所述电磁辐射源的电磁辐射束的功率。
5.根据权利要求1所述的比浊法测量装置，其中，所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器位于容器的底部附近。
6.根据权利要求5所述的比浊法测量装置，其中，所述悬浮液位于所述容器内部。
7.根据权利要求1所述的比浊法测量装置，其中，所述第三电磁辐射检测器基本上垂直于所述第二电磁辐射检测器定向。
8.根据权利要求7所述的比浊法测量装置，其中(i)所述第二电磁辐射检测器位于容器的底部附近，并且(ii)所述第三电磁辐射检测器位于所述容器的侧面附近。
9.根据权利要求7所述的比浊法测量装置，所述装置还包括：
场透镜；以及
场阑；
其中，所述第三电磁辐射检测器、所述场透镜和所述场阑定向在轴上。
10.根据权利要求9所述的比浊法测量装置，其中，所述场透镜位于最接近所述容器，所述第三电磁辐射检测器位于最远，并且所述场阑位于所述场透镜与所述第三电磁辐射检测器之间。
11.根据权利要求1所述的比浊法测量装置，其中，所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的响应是根据下述方程的，所述方程选自由x/y＝anxn+an-1xn-1+…+a2x2+a1x+a0定义的一组非线性方程。
12.根据权利要求11所述的比浊法测量装置，其中，(i)“n”是大于0的整数，(ii)“x”等于所述悬浮液的所述浊度值，(iii)“y”等于所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的所述响应，并且(iv)“an”是校准系数。
13.根据权利要求12所述的比浊法测量装置，其中，所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的最大响应发生在取决于所述散射电磁辐射的路径长度的所述悬浮液的散射光值处。
14.根据权利要求1所述的比浊法测量装置，其中，所述第二电磁辐射检测器在与所述第三电磁辐射检测器不同的路径长度上接收散射电磁辐射。
15.根据权利要求1所述的比浊法测量装置，其中(i)所述第二电磁辐射检测器接收第一路径长度的散射电磁辐射，(ii)所述第三电磁辐射检测器接收第二路径长度的散射电磁辐射，并且(iii)所述第一路径长度不同于所述第二个路径长度。
16.根据权利要求1所述的比浊法测量装置，其中(i)所述散射光值的所述变化至少基于所述悬浮液内所述颗粒浓度的变化；并且(ii)所述散射光值的所述变化与颗粒浓度和散射光值之间的关系是已知的标准悬浮液单元相关。
17.一种用于测量悬浮液的散射光值的比浊法测量装置，所述比浊法测量装置包括：
电磁辐射源；
束采样器；
第一电磁辐射检测器，所述第一电磁辐射检测器位于所述束采样器附近；
第二电磁辐射检测器，所述第二电磁辐射检测器(i)适于接收散射电磁辐射，(ii)位于容器的底部附近，并且(iii)以与所述电磁辐射源的输出的射线路径大约成85-110°的角度定向；以及
第三电磁辐射检测器，所述第三电磁辐射检测器(i)适于接收散射电磁辐射，(ii)位于所述容器的所述底部附近，并且(iii)以与所述电磁辐射源的所述输出的所述射线路径大约成85-110°的角度定向；
其中，基于接收散射电磁辐射的所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的所述散射光值的变化基本上等效于在低浊度值下所述悬浮液中颗粒浓度的变化。
18.根据权利要求17所述的比浊法测量装置，其中，所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的响应是根据下述方程的，所述方程选自由x/y＝anxn+an-1xn-1+…+a2x2+a1x+a0定义的一组非线性方程。
19.根据权利要求18所述的比浊法测量装置，其中(i)“n”是大于0的整数，(ii)“x”等于所述悬浮液的所述浊度值，(iii)“y”等于所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的所述响应，并且(iv)“an”是校准系数。
20.根据权利要求19所述的比浊法测量装置，其中，所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的最大响应发生在取决于所述散射电磁辐射的路径长度的所述悬浮液的散射光值处。
21.根据权利要求17所述的比浊法测量装置，其中，所述第二电磁辐射检测器在与所述第三电磁辐射检测器不同的路径长度上接收散射电磁辐射。
22.根据权利要求17所述的比浊法测量装置，其中(i)所述第二电磁辐射检测器接收第一路径长度的散射电磁辐射，(ii)所述第三电磁辐射检测器接收第二路径长度的散射电磁辐射，并且(iii)所述第一路径长度不同于所述第二路径长度。
23.根据权利要求17所述的比浊法测量装置，其中(i)所述散射光值的所述变化至少基于所述悬浮液内所述颗粒浓度的变化；并且(ii)所述散射光值的所述变化与颗粒浓度和散射光值之间的关系是已知的标准悬浮液单元相关。
24.一种用于测量悬浮液的散射光值的比浊法测量装置，所述比浊法测量装置包括：
电磁辐射源；
束采样器；
第一电磁辐射检测器，所述第一电磁辐射检测器位于所述束采样器附近；
第二电磁辐射检测器，所述第二电磁辐射检测器(i)适于接收散射电磁辐射波，(ii)位于所述容器的底部附近，并且(iii)以与所述电磁辐射源的输出的射线路径大约成85-110°的角度定向；以及
第三电磁辐射检测器，所述第三电磁辐射检测器(i)适于接收散射电磁辐射波，(ii)位于所述容器的侧面附近，并且(iii)(a)以与所述电磁辐射源的所述输出的所述射线路径大约成85-110°的角度定向，并且(b)基本上垂直于所述第二电磁辐射检测器定向；
其中，基于接收散射电磁辐射的所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的所述散射光值的变化基本上等效于在低浊度值下所述悬浮液中颗粒浓度的变化。
25.根据权利要求24所述的比浊法测量装置，其中，所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的响应是根据下述方程的，所述方程选自由x/y＝anxn+an-1xn-1+…+a2x2+a1x+a0定义的一组非线性方程。
26.根据权利要求25所述的比浊法测量装置，其中(i)“n”是大于0的整数，(ii)“x”等于所述悬浮液的所述浊度值，(iii)“y”等于所述第二电磁辐射检测器和所述第三电磁辐射检测器的所述响应，并且(iv)“an”是校准系数。
27.根据权利要求24所述的比浊法测量装置，其中，所述第二电磁辐射检测器在与所述第三电磁辐射检测器不同的路径长度上接收散射电磁辐射。
28.根据权利要求24所述的比浊法测量装置，其中(i)所述第二电磁辐射检测器接收第一路径长度的散射电磁辐射，(ii)所述第三电磁辐射检测器接收第二路径长度的散射电磁辐射，并且(iii)所述第一路径长度不同于所述第二路径长度。
29.一种用于测量悬浮液的散射光值的比浊法测量装置，所述比浊法测量装置包括：
第一电磁辐射源，所述第一电磁辐射源发射第一波长的电磁辐射；
第二电磁辐射源，所述第二电磁辐射源发射第二波长的电磁辐射；
电磁辐射检测器，所述电磁辐射检测器适于以与所述第一电磁辐射源和所述第二电磁辐射源的输出的射线路径成85-110°的比浊法角度接收散射光；
其中，基于接收在所述第一波长和所述第二波长上的电磁辐射的所述电磁辐射检测器的所述散射光值的变化基本上等效于在所述悬浮液中颗粒浓度的变化。
30.根据权利要求29所述的比浊法测量装置，其中，所述电磁辐射检测器的响应是根据下述方程的，所述方程选自由x/y＝anxn+an-1xn-1+…+a2x2+a1x+a0定义的一组非线性方程。
31.根据权利要求30所述的比浊法测量装置，其中(i)“n”是大于0的整数，(ii)“x”等于所述悬浮液的所述浊度值，(iii)“y”等于所述电磁辐射检测器的所述响应，并且(iv)“an”是校准系数。
32.根据权利要求29所述的比浊法测量装置，其中，所述电磁辐射检测器在与所述第二波长上的散射电磁辐射不同的路径长度上接收所述第一波长上的散射电磁辐射。
33.一种用于测量悬浮液的散射光值的比浊法测量装置，所述比浊法测量装置包括：
小瓶，所述小瓶用于容纳悬浮液；
光发射器，所述光发射器适于将预定波长的光束沿第一射线路径投射通过所述悬浮液；
束采样器，所述束采样器适于将所述光束的一部分重导向到参考光检测器；
第一光检测器，所述第一光检测器适于接收具有第一散射光路径长度的散射光，并且以与传播通过所述悬浮液的所述光束的所述第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位；
第二光检测器，所述第二光检测器适于接收具有第二散射光路径长度的散射光，并且以与传播通过所述悬浮液的所述光束的所述第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位；
透镜，所述透镜定位在所述第二光检测器与所述小瓶之间以在所述悬浮液内形成所述第二光检测器的图像；
场阑，所述场阑定位在所述透镜与所述第二光检测器之间，并且包括限制所述第二光检测器的所述图像的场角的孔隙，以在入射光束传播通过界面时从所述入射光束排除光散射；
光捕获表面，所述光捕获表面适于衰减未被所述悬浮液散射的所述光束的能量；以及
暗参考表面；
其中，基于在所述第一散射光路径长度上接收散射光的所述第一光检测器和在所述第二散射光路径长度上接收散射光的第二光检测器的所述散射光值的变化基本上等效于在所述悬浮液中颗粒浓度的变化。
34.根据权利要求33所述的比浊法测量装置，其中，所述参考检测器确定所述光束的功率。
35.根据权利要求33所述的比浊法测量装置，其中，所述小瓶对预定波长的至少一部分是透明的。
36.根据权利要求33所述的比浊法测量装置，其中，折射率的变化发生在所述小瓶和所述悬浮液处。
37.根据权利要求33所述的比浊法测量装置，其中，所述暗参考表面是球形的形状并且具有低于所述场阑成像在其上的所述第二光检测器的量化极限的表面辐射。
38.根据权利要求33所述的比浊法测量装置，其中(i)所述第一光检测器位于所述小瓶的底部附近，并且(ii)所述第二光检测器位于所述小瓶的侧面附近并且基本上垂直于所述第一光检测器定向。
39.一种用于测量悬浮液的散射光值的比浊法测量装置，所述比浊法测量装置包括：
小瓶，所述小瓶适于容纳悬浮液；
光发射器，所述光发射器适于将预定波长的光束沿第一射线路径投射通过所述悬浮液；
束采样器，所述束采样器适于将所述光束的一部分导向到参考检测器；
第一光检测器，所述第一光检测器用于接收具有第一散射光路径长度的散射光，并且以与传播通过所述悬浮液的所述光束的所述第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位；
第二光检测器，所述第二光检测器用于接收具有第二散射光路径长度的散射光，并且以与传播通过所述悬浮液的所述光束的所述第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位；
其中，基于接收在所述第一散射光路径长度上的散射光的所述第一光检测器和接收在所述第二散射光路径长度上的散射光的第二光检测器的所述散射光值的变化基本上等效于在所述悬浮液中颗粒浓度的变化。
40.根据权利要求39所述的比浊法测量装置，其中，所述参考检测器确定所述光束的功率。
41.根据权利要求39所述的比浊法测量装置，其中，所述小瓶对预定波长的至少一部分是透明的。
42.根据权利要求39所述的比浊法测量装置，其中，所述第一光检测器和所述第二光检测器各自位于所述小瓶的底部附近。
43.一种用于测量悬浮液的散射光值的比浊法测量装置，所述比浊法测量装置包括：
小瓶，所述小瓶用于容纳悬浮液；
第一光发射器，所述第一光发射器适于将第一波长的第一光束沿第一射线路径投射通过所述悬浮液；
第二光发射器，所述第二光发射器适于将第二波长的第二光束沿所述第一射线路径投射通过所述悬浮液；
束采样器，所述束采样器适于将所述第二光束和所述第一光束的一部分重导向到参考光检测器；
光检测器，所述光检测器(i)适于接收来自所述第一光束和所述第二光束的散射光，并且(ii)以与所述第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位；
透镜，所述透镜定位在所述光检测器与所述小瓶之间以在所述悬浮液内形成所述光检测器的图像；
场阑，所述场阑定位在所述透镜与所述光检测器之间，并且包括限制所述光检测器的所述图像的场角的孔隙以从入射光束排除光散射；
光捕获表面，所述光捕获表面适于衰减未被所述悬浮液散射的所述第一光束和所述第二光束的能量；以及
暗参考表面；
其中，基于接收来自所述第一光束的散射光和来自所述第二光束的散射光的所述光检测器的所述散射光值的变化基本上等效于在所述悬浮液中颗粒浓度的变化。
44.根据权利要求43所述的比浊法测量装置，其中，所述光检测器的响应是根据下述方程的，所述方程选自由x/y＝anxn+an-1xn-1+…+a2x2+a1x+a0定义的一组非线性方程。
45.根据权利要求44所述的比浊法测量装置，其中，(i)“n”是大于0的整数，(ii)“x”等于所述悬浮液的所述浊度值，(iii)“y”等于所述光检测器的所述响应，并且(iv)“an”是校准系数。
46.一种用于测量悬浮液的散射光值的比浊法测量装置，所述比浊法测量装置包括：
小瓶，所述小瓶用于容纳悬浮液；
宽带光发射器，所述宽带光发射器适于将光束沿第一射线路径投射通过所述悬浮液；
散射光检测器，所述散射光检测器适于接收散射光，并且以与传播通过所述悬浮液的所述光束的所述第一射线路径成85-110°的比浊法角度定位；
透镜，所述透镜定位在所述散射光检测器与所述小瓶之间以在所述悬浮液内形成所述散射光检测器的图像；
场阑，所述场阑定位在所述透镜与所述散射光检测器之间；以及
第一带通滤波器，所述第一带通滤波器定位在所述场阑与所述散射光检测器之间，所述第一带通滤波器适于使第一波长的散射光通过；
第二带通滤波器，所述第二带通滤波器定位在所述场阑与所述散射光检测器之间，所述第二带通滤波器适于使第二波长的散射光通过；
其中，基于接收来自传播通过所述悬浮液的所述光束的两个或更多个波长的散射光的所述散射光检测器的所述散射光值的变化基本上等效于在低颗粒浓度下所述悬浮液中颗粒浓度的增加的变化。
47.根据权利要求46所述的比浊法测量装置，其中，所述场阑包括孔隙，所述孔隙限制所述散射光检测器的所述图像的场角以从入射光束排除光散射。
48.根据权利要求46所述的比浊法测量装置，其中，所述装置还包括光捕获表面，所述光捕获表面适于衰减未被所述悬浮液散射的所述光束的能量。
49.根据权利要求46所述的比浊法测量装置，其中，所述装置还包括暗参考表面，所述暗参考表面拥有低于所述场阑成像在其上的所述散射光检测器的量化极限的表面辐射。
50.根据权利要求46所述的比浊法测量装置，其中，所述装置还包括束采样器，所述束采样器适于将所述光束的一部分重导向到参考光检测器。
51.根据权利要求46所述的比浊法测量装置，其中，所述散射光检测器的响应是根据下述方程的，所述方程选自由x/y＝anxn+an-1xn-1+…+a2x2+a1x+a0定义的一组非线性方程。
52.根据权利要求51所述的比浊法测量装置，其中，(i)“n”是大于0的整数，(ii)“x”等于所述悬浮液的所述浊度值，(iii)“y”等于所述散射光检测器的所述响应，并且(iv)“an”是校准系数。
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