CN117309770A - 用于颜色测量系统的流动池 - Google Patents

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Abstract

描述用于颜色测量系统的流动池，包括主体，主体具有通过流体通路连接的流体入口和流体出口。提供用于允许光透射到流动池中的入射窗连同被构造成将光源耦合到流动池的耦合器。入射窗固定地联接到流动池的主体，且耦合器由耦合器安装件承载，耦合器安装件独立于入射窗附接到流动池的主体。

Description

用于颜色测量系统的流动池
技术领域
本发明涉及用于颜色测量系统的流动池，特别是涉及用于在整个制造过程中连续监测颜色质量中采用的颜色测量系统的流动池。
背景技术
流动池用于颜色测量系统中，用于例如由食用油精炼厂在制造过程中连续监测颜色质量。这种系统通常用于具有液体流的精炼厂和其它过程中，并且需要不断地测量和监测液体的颜色。颜色测量系统能够近实时地提供客观颜色数据，客观颜色数据能够被反馈用于自动过程控制和优化。特别地，颜色测量系统能够被用于成分浓度的测量、痕量污染物的早期检测和质量保证分析。
提供流动池，液体通过该流动池。随着液体流过流动池，光束穿过液体。在光束已经通过流动池之后从光束收集光，并且从收集的光的光谱分析确定液体的颜色。
流动池通过光纤与测量系统隔离，这些光纤用于将流动池连接到光源和测量系统的检测器。通常，光纤将光递送到被设置在流动池的主体中的入射窗，并且光在穿过被设置在流动池的主体中的出射窗之后被收集，其中液体的流动路径在入射窗和出射窗之间延伸。用透镜收集光，并将光引导到另一光纤并引导到检测器上。
入射光纤被保持到位以将光束瞄准在接收透镜处，使得光束沿着光轴行进(该光轴沿着入射光纤的长度延伸)，通过入射窗进入到流动池的主体中，然后经由出射窗出射，在那里，光束应当然后穿过收集透镜的中心并沿着出射光纤的长度行进到检测器。入射光纤和出射光纤被安装到入射窗和出射窗。这导致了在通过收集透镜的中心并沿着出射光纤的长度实现在入射光纤与期望光轴之间的高水平对准的问题。这是因为入射窗和出射窗被安装在弹性垫圈上以提供必要的密封以防止流体泄漏。通常，光学耦合器被用于将每一个光纤保持邻近入射窗和出射窗，并且该光学耦合器必须设有多轴可调节对准机构以补偿随着垫圈被压缩而引入的未对准。
恒定液体流和恒定测量提供关于液体颜色的实时数据，因此快速反映颜色的任何变化。选择流动池的长度以提供在入射窗和出射窗之间的路径长度，该路径长度足以以所需的精度测量液体的颜色。较长的路径长度以及因此较长的流动池用于较浅的着色液体，以提高颜色深度并因此提高在颜色之间的分辨率。通过流动池的液体流也影响颜色测量，并且实现对流的充分控制提出另一个问题。平滑而不是湍流提供了较好的准确性，以及在整个流动路径上的一致流动。流动路径中的死点导致在相对宽的时间段上产生的液体混合物的颜色测量，并且因此影响在该时刻及时对液体进行颜色确定的准确性：相反，使死点最小化确保颜色测量提供通过流动池的液体的较好快照。
通过液体的光透射通常通过分光光度法测量，例如通过以10nm分辨率或更小分辨率在可见光光谱(380nm至780nm)上使用二极管阵列分光光度计来测量。这种分光光度法允许使用国际上识别的颜色坐标系例如CIELAB和CIE xyY；随后将比色数据数学转换为如标准化体例如ISO、CIE、AOCS、ASTM和DGF所引用的工业特定色标。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及一种用于颜色测量系统的流动池。所述流动池包括：主体；流体入口，所述流体入口用于接受流体的流入；流体出口，所述流体出口用于提供所述流体的流出；和穿过所述流动池的所述主体的流体通路，所述流体通路连接所述流体入口和所述流体出口，从而允许流体从所述流体入口流动到所述流体出口。提供入射窗，所述入射窗用于允许光透射到所述流动池中，其中所述入射窗固定地联接到所述流动池的所述主体。所述流动池还包括耦合器，所述耦合器被构造成将光源耦合到所述流动池，其中所述耦合器由耦合器安装件承载，所述耦合器安装件独立于所述入射窗而附接到所述流动池的所述主体。
这种布置是有利的，因为耦合器由附接到流动池的主体的耦合器安装件承载。此外，耦合器安装件独立于入射窗附接到流动池的主体。这允许在定位耦合器中的较好精度，因为它避免了当窗的位置由于相关联的垫圈而相对不准确时安装到窗时出现的对准问题。这种精度可以受助于附接到流动池的主体的耦合器安装件，而无需形成密封。
可选地，所述耦合器被构造成相对于所述流动池上的所述主体以固定的对准和位置支撑光导(诸如光纤或光管)。所述耦合器安装件可以适用于允许附接到所述流动池的所述主体，以确保所述耦合器的正确位置和对准。例如，其中所述耦合器可以被构造成在中心支撑所述光导，并且所述耦合器安装件可以适用于在保持所述耦合器的中心位置的位置中附接到所述流动池的所述主体。所述耦合器安装件可以经由螺栓或螺钉被固定到所述流动池的所述主体，所述螺栓或螺钉与支撑所述光导的所述耦合器的中心等距地布置。
可选地，所述流动池进一步包括承载所述入射窗的入射窗安装件，其中所述入射窗安装件包括附接装置，以允许所述入射窗以可移除的方式附接到所述流动池的所述主体。所述附接装置可以包括与所述主体的协作螺纹匹配的螺纹。所述入射窗的内表面可以限定所述流体通路的一部分，并且所述入射窗安装件可以形成密封以防止流体从所述流体通路逸出。所述入射窗安装件可以旋拧到流管的主体上，以压缩介于所述主体和所述入射窗安装件之间的垫圈，从而形成密封。
所述入射窗可以位于所述流动池的所述主体中的凹部内。所述凹部可以至少部分地由凸缘限定，并且所述耦合器安装件可以附接到所述凸缘。所述耦合器和所述耦合器安装件可以通过间隙与所述入射窗及所述入射窗安装件完全分离。例如，所述入射窗可以完全位于所述凹部内，并且所述入射窗和所述入射窗安装件可以就座于所述凹部，从而产生所述间隙。
可选地，所述耦合器可以紧邻所述入射窗定位。
所述入射窗和所述入射窗安装件可以包括被熔合到保持器的窗。这种布置避免了在窗和保持器之间需要垫圈。所述入射窗可以包括玻璃例如硼硅酸盐玻璃。所述入射窗安装件可以包括金属保持器诸如不锈钢保持器。
所述耦合器可以包括准直透镜，所述准直透镜可操作以使进入所述流动池的光准直。此外，所述耦合器安装件可以包括滤波器保持器，所述滤波器保持器被构造成将光学滤波器保持在所述耦合器和所述入射窗之间。该光学滤波器可以用于测试和校准颜色测量系统。
所述耦合器可以被构造成相对于所述流动池的所述主体以固定取向和位置支撑光导，使得来自所述光源的光沿着光轴穿过所述流体通路。所述入射窗安装件可以被构造成将入射窗保持为与所述光轴成直角。
可选地，所述流动池进一步包括用于允许光从所述流动池透射出的出射窗，其中所述入射窗和所述出射窗被布置为隔着所述流体通路的至少一部分彼此面对，使得光沿着所述光轴从所述入射窗行进到所述出射窗。所述出射窗可以固定地联接到所述流动池的所述主体。所述流动池可以进一步包括光学收集器，所述光学收集器被构造成收集穿过所述出射窗的至少一部分的光并将收集的光传送到光学检测器，其中所述光学收集器由收集器安装件承载，所述收集器安装件独立于所述出射窗而附接到所述流动池的所述主体。再一次，这允许定位和对准的更大准确度，这次是光学收集器。所述收集器可以被构造成相对于所述流动池上的所述主体以固定的取向和位置支撑光导。所述收集器安装件可以适用于允许附接到所述流动池的所述主体，以确保所述收集器的正确位置和对准。所述收集器可以被构造成在中心支撑所述光导，并且所述收集器安装件适用于在保持所述收集器的中心位置的位置中附接到所述流动池的所述主体。所述收集器安装件可以经由螺栓或螺钉固定到所述流动池的所述主体，所述螺栓或螺钉与支撑所述光导的所述收集器的中心等距地布置。
所述流动池可以进一步包括承载所述出射窗的出射窗安装件，其中所述出射窗安装件包括附接装置，以允许所述出射窗以可移除的方式附接到所述流动池的所述主体。所述附接装置可以包括与所述主体的协作螺纹匹配的螺纹。所述出射窗的内表面可以限定所述流体通路的一部分，并且所述出射窗安装件可以形成密封以防止流体从所述流体通路逸出。所述出射窗安装件可以旋拧到流管的主体上，以压缩介于所述主体和所述出射窗安装件之间的垫圈。所述出射窗可以位于所述流动池的所述主体中的凹部内，所述凹部可以至少部分地由凸缘限定，并且所述收集器安装件可以附接到所述凸缘。所述收集器和所述收集器安装件可以通过间隙与所述出射窗及所述出射窗安装件完全分离。所述收集器可以紧邻所述出射窗定位。所述收集器安装件可以附接到所述流动池的所述主体而不形成密封。所述出射窗和所述出射窗安装件可以包括被熔合到保持器的窗，诸如被熔合到金属保持器的玻璃窗，例如被熔合到不锈钢保持器的硼硅酸盐玻璃窗。所述收集器可以包括收集透镜和准直透镜。
本发明还在于一种颜色测量系统，所述颜色测量系统包括：光源；光引导装置；任何上述流动池；光收集装置；和光检测器。所述光引导装置被构造成将来自所述光源的光引导到所述入射窗，并且所述光收集装置被构造成将离开所述流动池的光引导到所述光检测器。所述光引导装置可以包括光导(诸如光纤或光管)和/或透镜(诸如准直透镜)。所述光收集装置可以包括一个或更多个透镜(诸如双凸透镜和/或准直透镜)和/或光导(诸如光纤或光管)。所述光检测器可以是分光光度计诸如二极管阵列分光光度计。
根据第二方面，本发明在于一种用于颜色测量设备的流动池。所述流动池包括：用于接受流体的流入的流体入口；用于提供所述流体的流出的流体出口；以及连接所述流体入口和所述流体出口的流体通路，从而允许流体从所述流体入口流动到所述流体出口。所述流动池还包括用于允许光透射到所述流动池中的入射窗和用于允许光从所述流动池透射出的出射窗。所述入射窗和所述出射窗被布置成隔着所述流体通路的至少一部分彼此面对，使得从所述入射窗行进到所述出射窗的光穿过沿着所述流体通路从所述流体入口流动到所述流体出口的流体。所述流体通路包括锥形孔，所述锥形孔在第一端处具有相对宽的横截面且在第二端处具有相对窄的横截面，其中所述第一端被定位成离所述流体入口比所述流体出口近，并且所述第二端被定位成离所述流体出口比所述流体入口近。
这种在流体流的方向上变窄的锥形孔导致压差。这又导致更快的流体流，这减少了在通过流动池的流体流中的死点的形成。
所述流体通路可以包括从所述第一端延伸到所述第二端的截头圆锥形孔。所述截头圆锥形孔的侧壁可以以0.5°至10°或0.75°至5°或1°的角度会聚。而且，可以通过提供具有比所述流体入口的孔小的横截面面积的流体出口的孔来进一步辅助产生所述压差。
可选地，所述流体入口被定位成邻近于所述入射窗和所述出射窗中的一个，并且所述流体出口被定位成邻近于所述入射窗和所述出射窗中的另一个。这确保经过这些窗的强流体流，该强流体流有助于保持窗清洁。例如，所述流体入口的孔的一侧可以与所述入射窗和所述出射窗中的一个对准，并且所述流体出口的一侧可以被定位成邻近于所述入射窗和所述出射窗中的另一个。
所述锥形孔的所述第一端可以由所述入射窗和所述出射窗中的一个形成，所述锥形孔的所述第二端可以由所述入射窗和所述出射窗中的另一个形成。所述入射窗和所述出射窗可以具有形成所述第一端和所述第二端的平坦表面，并且这些平坦表面可以被对准成平行。
可选地，所述流体入口被布置成通过所述锥形孔的所述侧壁排出流体，并且所述流体出口被布置成通过所述锥形孔的所述侧壁接收流体。所述流体入口可以包括流体入口通道，并且所述流体出口可以包括流体出口通道。所述流体入口通道和所述流体出口通道的纵向轴线可以与所述流体通路的所述锥形孔的纵向轴线成直角对准。
本发明还在于一种颜色测量系统，所述颜色测量系统包括：光源；光引导装置；任何根据本发明的第二方面的流动池；光收集装置；和光检测器，其中所述光引导装置被构造成将来自所述光源的光引导到所述入射窗，并且所述光收集装置被构造成将离开所述出射窗的光引导到所述光检测器。
所述光引导装置可以包括光纤和/或透镜(例如准直透镜)。所述光收集装置可以包括一个或更多个透镜(诸如双凸透镜和/或准直透镜)和/或光纤。所述光检测器可以是分光光度计诸如二极管阵列分光光度计。
还提供根据以下条款的流动池和颜色测量系统。
1.一种用于颜色测量系统的流动池，包括：
主体；
流体入口，所述流体入口用于接受流体的流入；
流体出口，所述流体出口用于提供所述流体的流出；
穿过所述流动池的所述主体的流体通路，所述流体通路连接所述流体入口和所述流体出口，从而允许流体从所述流体入口流动到所述流体出口；
入射窗，所述入射窗用于允许光透射到所述流动池中，其中所述入射窗固定地联接到所述流动池的所述主体；以及
耦合器，所述耦合器被构造成将光源耦合到所述流动池，其中所述耦合器由耦合器安装件承载，所述耦合器安装件独立于所述入射窗而附接到所述流动池的所述主体。
2.根据条款1所述的流动池，其中所述耦合器被构造成相对于所述流动池的所述主体以固定的对准和位置支撑光导，并且可选地，所述光导是光纤。
3.根据条款2所述的流动池，其中所述耦合器安装件适用于允许附接到所述流动池的所述主体，以确保所述耦合器的正确位置和对准。
4.根据条款3所述的流动池，其中所述耦合器被构造成在中心支撑所述光导，并且所述耦合器安装件适用于在保持所述耦合器的中心位置的位置中附接到所述流动池的所述主体。
5.根据条款4所述的流动池，其中所述耦合器安装件经由螺栓或螺钉固定到所述流动池的所述主体，所述螺栓或螺钉与支撑所述光导的所述耦合器的中心等距地布置。
6.根据任何在先条款所述的流动池，进一步包括承载所述入射窗的入射窗安装件，其中所述入射窗安装件包括附接装置，以允许所述入射窗以可移除的方式附接到所述流动池的所述主体。
7.根据条款6所述的流动池，其中所述附接装置包括与所述主体的协作螺纹匹配的螺纹。
8.根据条款6或7所述的流动池，其中所述入射窗的内表面限定所述流体通路的一部分，并且所述入射窗安装件形成密封以防止流体从所述流体通路逸出。
9.根据条款8所述的流动池，其中所述入射窗安装件旋拧到所述流动池的所述主体上，以压缩介于所述主体和所述入射窗安装件之间的垫圈。
10.根据条款6至9中的任何条款所述的流动池，其中所述入射窗位于所述流动池的所述主体中的凹部内，所述凹部至少部分地由凸缘限定，并且所述耦合器安装件附接到所述凸缘。
11.根据条款10所述的流动池，其中所述耦合器和所述耦合器安装件通过间隙与所述入射窗及所述入射窗安装件完全分离。
12.根据条款11所述的流动池，其中所述耦合器紧邻所述入射窗定位。
13.根据任何在先条款所述的流动池，其中所述耦合器安装件附接到所述流动池的所述主体而不形成密封。
14.根据任何在先条款所述的流动池，其中所述入射窗和所述入射窗安装件包括被熔合到不锈钢保持器的硼硅酸盐玻璃窗。
15.根据任何在先条款所述的流动池，其中所述耦合器包括准直透镜。
16.根据任何在先条款所述的流动池，其中所述耦合器安装件包括滤波器保持器，所述滤波器保持器被构造成将光学滤波器保持在所述耦合器和所述入射窗之间。
17.根据任何在先条款所述的流动池，其中所述耦合器被构造成相对于所述流动池上的所述主体以固定取向和位置支撑光导，使得来自所述光源的光沿着光轴穿过所述流体通路。
18.根据条款17所述的流动池，其中所述入射窗安装件被构造成将入射窗保持为与所述光轴成直角。
19.根据条款17或18所述的流动池，进一步包括用于允许光从所述流动池透射出的出射窗，其中所述入射窗和所述出射窗被布置为隔着所述流体通路的至少一部分彼此面对，使得光沿着所述光轴从所述入射窗行进到所述出射窗。
20.根据条款19所述的流动池，其中所述出射窗固定地联接到所述流动池的所述主体，且进一步包括光学收集器，所述光学收集器被构造成收集穿过所述出射窗的至少一部分的光并将收集的光传送到光学检测器，其中所述光学收集器由光学收集器安装件承载，所述光学收集器安装件独立于所述出射窗而附接到所述流动池的所述主体。
21.根据条款20所述的流动池，其中所述光学收集器被构造成相对于所述流动池上的所述主体以固定的取向和位置支撑光纤。
22.根据条款21所述的流动池，其中所述光学收集器安装件适用于允许附接到所述流动池的所述主体，以确保所述光学收集器的正确位置和对准。
23.根据条款22所述的流动池，其中所述光学收集器被构造成在中心支撑所述光导，并且所述光学收集器安装件适用于在保持所述光学收集器的中心位置的位置中附接到所述流动池的所述主体。
24.根据条款23所述的流动池，其中经由与支撑所述光导的所述光学收集器的中心等距地布置的螺栓或螺钉，所述光学收集器安装件被固定到所述流动池的所述主体。
25.根据条款19至24中的任何条款所述的流动池，进一步包括承载所述出射窗的出射窗安装件，其中所述出射窗安装件包括附接装置，以允许所述出射窗以可移除的方式附接到所述流动池的所述主体。
26.根据条款25所述的流动池，其中所述附接装置包括与所述主体的协作螺纹匹配的螺纹。
27.根据条款25或26所述的流动池，其中所述出射窗的内表面限定所述流体通路的一部分，并且所述出射窗安装件形成密封以防止流体从所述流体通路逸出。
28.根据条款27所述的流动池，其中所述出射窗安装件旋拧到所述流动池的所述主体上，以压缩介于所述主体和所述出射窗安装件之间的垫圈。
29.根据条款25至28中的任何条款所述的流动池，其中所述出射窗位于所述流动池的所述主体中的凹部内，所述凹部至少部分地由凸缘限定，并且所述光学收集器安装件附接到所述凸缘。
30.根据条款29所述的流动池，其中所述光学收集器和所述光学收集器安装件通过间隙与所述出射窗及所述出射窗安装件完全分离。
31.根据条款30所述的流动池，其中所述光学收集器紧邻所述出射窗定位。
32.根据条款31所述的流动池，其中所述光学收集器安装件附接到所述流动池的所述主体而不形成密封。
33.根据条款25至32中的任何条款所述的流动池，其中所述出射窗和所述出射窗安装件包括被熔合到不锈钢保持器的硼硅酸盐玻璃窗。
34.根据条款20至33中的任何条款所述的流动池，其中所述光学收集器包括收集透镜和准直透镜。
35.一种颜色测量系统，包括：光源；光引导装置；根据任何在先条款所述的流动池；光收集装置；和光检测器，其中所述光引导装置被构造成将来自所述光源的光引导到所述入射窗，并且所述光收集装置被构造成将离开所述流动池的光引导到所述光检测器。
36.根据条款20至34中的任何条款所述的流动池，进一步包括：
出射窗，所述出射窗用于允许光从所述流动池透射出；并且其中：
所述入射窗和所述出射窗被布置成隔着所述流体通路的至少一部分彼此面对，使得从所述入射窗行进到所述出射窗的光穿过沿着所述流体通路从所述流体入口流动到所述流体出口的流体；并且
所述流体通路包括锥形孔，所述锥形孔在第一端处具有相对宽的横截面且在第二端处具有相对窄的横截面，其中所述第一端被定位成离所述流体入口比所述流体出口近，并且所述第二端被定位成离所述流体出口比所述流体入口近。
36A.一种用于颜色测量设备的流动池，包括：
流体入口，所述流体入口用于接受流体的流入；
流体出口，所述流体出口用于提供所述流体的流出；
流体通路，所述流体通路连接所述流体入口和所述流体出口，从而允许流体从所述流体入口流动到所述流体出口；
入射窗，所述入射窗用于允许光透射到所述流动池中；以及
出射窗，所述出射窗用于允许光从所述流动池透射出；并且其中：
所述入射窗和所述出射窗被布置成隔着所述流体通路的至少一部分彼此面对，使得从所述入射窗行进到所述出射窗的光穿过沿着所述流体通路从所述流体入口流动到所述流体出口的流体；并且
所述流体通路包括锥形孔，所述锥形孔在第一端处具有相对宽的横截面且在第二端处具有相对窄的横截面，其中所述第一端被定位成离所述流体入口比所述流体出口近，并且所述第二端被定位成离所述流体出口比所述流体入口近。
37.根据条款36或36A所述的流动池，其中所述流体通路包括截头圆锥形孔，所述截头圆锥形孔从所述第一端延伸到所述第二端。
38.根据条款37的流动池，其中所述截头圆锥形孔的侧壁可以以0.5°至10°或0.75°至5°或1°的角度会聚。
39.根据条款36、36A、37或38中的任何条款所述的流动池，其中所述流体出口的孔具有比所述流体入口的孔小的横截面面积。
40.根据条款36、36A、37、38或39中的任何条款所述的流动池，其中所述流体入口被定位成邻近于所述入射窗和所述出射窗中的一个，并且所述流体出口被定位成邻近于所述入射窗和所述出射窗中的另一个。
41.根据条款40所述的流动池，其中所述流体入口的孔的一侧与所述入射窗和所述出射窗中的一个对准，并且所述流体出口的一侧被定位成邻近于所述入射窗和所述出射窗中的另一个。
42.根据条款36、36A、37、38、39、40或41中的任何条款所述的流动池，其中所述锥形孔的所述第一端由所述入射窗和所述出射窗中的一个形成，所述锥形孔的所述第二端由所述入射窗和所述出射窗中的另一个形成。
43.根据条款42所述的流动池，其中所述入射窗和所述出射窗具有形成所述第一端和所述第二端的平坦表面，并且这些平坦表面被对准成平行。
44.根据条款36、36A、37、38、39、40、41、42或43中的任何条款所述的流动池，其中所述流体入口被布置成通过所述锥形孔的侧壁排出流体，并且所述流体出口被布置成通过所述锥形孔的侧壁接收流体。
45.根据条款44所述的流动池，其中所述流体入口包括流体入口通道，并且所述流体出口包括流体出口通道，并且所述流体入口通道和所述流体出口通道的纵向轴线与所述流体通路的所述锥形孔的纵向轴线成直角对准。
46.一种颜色测量系统，包括：光源；光引导装置；根据条款36、36A、37、38、39、40、41、42、43、44或45中的任何条款所述的流动池；光收集装置；和光检测器，其中所述光引导装置被构造成将来自所述光源的光引导到所述入射窗，并且所述光收集装置被构造成将离开所述出射窗的光引导到所述光检测器。
附图说明
为了能够更容易理解本发明，现在将仅通过示例参考附图，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的流动池的组装透视图；
图2是图1的流动池的替代组装透视图；
图3是图1的流动池的分解透视图；
图4是图1的流动池的替代分解透视图；
图5是图1的流动池的主体的剖视图；
图6是图1的流动池的组装的流动池的剖视图；
图7是图1的流动池的光学布置的示意图；
图8是根据本发明的第二实施例的流动池的主体的组装透视图；
图9是图8的流动池的主体的剖视图；
图10是根据本发明的第三实施例的流动池的主体的组装透视图；并且
图11是图10的流动池的主体的剖视图。
具体实施方式
根据本发明的第一实施例的流动池100在图1和图2中以它的组装形式被示出。该流动池100包括在每一端处由端帽组件(即，上游外端帽104和下游外端帽106)界定的伸长主体102。上游内端帽105和下游内端帽107分别将主体102与上游外端帽104和下游外端帽106分开。
流体入口108和流体出口110分别被设置在主体102的底部和顶部上，其中该入口108邻近上游内端帽105定位，并且该出口110邻近下游内端帽107定位。入口108设有配件诸如配件，以允许连接到流体运载管(未示出)，该流体运载管将流体在压力下输送到流动池100。类似地，出口110设有配件诸如/>配件，以允许连接到将流体运载离开流动池100的流体运载管(未示出)。
上游外端帽104设有入站光学耦合器112，并且下游外端帽106设有出站光学耦合器114，该入站光学耦合器112和该出站光学耦合器114形成光学系统148的一部分，该光学系统148测量流过流动池100的流体的颜色。来自光源(未示出)诸如激光器的光沿着入站光纤136行进到流动池100、通过入站光学耦合器112、穿过在流体入口108和流体出口110之间的流动路径的一部分、通过出站光学耦合器114，并且沿着出站光纤138行进到检测器(未示出)。因此，入站光学耦合器112和出站光学耦合器114沿着光轴116对准，该光轴116沿着主体102的纵向轴线延伸穿过流动池100。
图3和图4的分解图更详细地示出了光学连接。入站光学耦合器112包括三个部分，即耦合器主体112a、准直透镜112b(例如消色差透镜)和连接器部分112c(例如SMA纤维连接器)。将该准直透镜112b胶合在耦合器主体112a的内部，并且耦合器主体112a旋拧到上游外端帽104中的带螺纹的中心孔口134中。连接器部分112c的一端在耦合器主体112a内轴向移动。耦合器主体112a包含平头螺钉(未示出)，该平头螺钉支承抵靠连接器部分112c的侧面，以将连接器部分112c保持在期望的轴向位置处。连接器部分112c的另一端设有外螺纹，该外螺纹允许将光纤136的端在连接器部分112c内固定到位。在这方面，光纤136的端可以设有SMA纤维连接器。
出站耦合器114具有对应的设计，因此也具有耦合器主体114a、准直透镜114b(例如消色差透镜)和连接器部分114c。
图3和图4还示出上游内端帽105覆盖入射窗组件118。该入射窗组件118包括被熔合到保持器的玻璃窗，这排除了对玻璃窗周围的垫圈的需求。例如，硼硅酸盐玻璃可以被熔合到不锈钢保持器。这种窗组件118可从英国格洛索普(Glossop)的Visilume获得(www.visilume.com)。入射窗组件118安置在被形成于主体102的上游端中的凹部122中。入射窗组件118设有带螺纹的周边部分(未示出)，该周边部分与被设置在环绕凹部122的内螺纹上的互补螺纹协作，使得入射窗组件118可以被旋拧到主体102上。为了防止流体从流动池100泄漏，垫圈120(例如PTFE垫圈)被夹在主体102和入射窗组件118上设置的凸缘之间。一对孔119(其中一个孔119在图4中可见)被设置在入射窗组件118的外面中。这些孔119接收被用于将入射窗组件118紧密地旋拧到位的工具，从而压缩垫圈120并形成所需的流密密封。
入射窗组件118是顶帽形的，并且凹部122具有对应的形状以接收入射窗组件118。在凹部122和入射窗组件118之间提供小间隙以帮助定位入射窗组件118，使得玻璃窗被保持与光轴116成直角，并且其中光轴116穿过玻璃窗的中心。凹部122的深度和入射窗组件118的高度使得：整个入射窗组件118就座于被设置在主体102的上游端中的凹部122，如图6中最佳所见。
如从图3、图4和图6能够清楚地看出，流动池100设有出射窗组件124，该出射窗组件124以与对于主体102的上游端的方式相同的方式旋拧到被设置在主体102的下游端中的另一凹部128中，以压缩另一垫圈126(诸如PTFE垫圈)。出射窗组件124还设有一对孔125，以允许上述工具被用于将出射窗组件124旋拧到凹部128中。
有利地，将光学耦合器112和114安装到主体102独立于将窗组件118和124安装到主体102。光学耦合器112和114安装到外端帽104和106，并且外端帽104和106以独立于窗组件118和124的方式附接到流动池100的主体102。现在将关于主体102的上游端描述如何实现这一点。
主体102的上游端设有两个端帽，即上游外端帽104和上游内端帽105。使用两件构造以允许另外的部件被安装在上游外端帽104和上游内端帽105之间(如下文将描述)，但是可以替代地使用单件上游端帽。
上游外端帽104和上游内端帽105当被安装到主体102时彼此抵靠，并且上游外端帽104和上游内端帽105通过螺栓(在该实施例中为六个)被附接到主体102。在上游外端帽104和上游内端帽105的周边中分别在对应部位处设置螺栓孔130和131，使得上游外端帽104和上游内端帽105在被螺栓连接到主体102时对准，其中它们的中心存在于光轴116上。主体102的上游端设有绕边沿的六个盲螺纹螺栓孔132，该边沿限定了入射窗组件118存在于的凹部122。螺栓延伸穿过螺栓孔130和131。被设置在上游外端帽104中的螺栓孔130是阶梯形的，使得拧紧这些螺栓将上游外端帽104压靠上游内端帽105，上游内端帽105又压靠主体102。上游外端帽104和上游内端帽105以及主体102的直立端面设有精确平坦的凸缘，这些精确平坦的凸缘确保上游外端帽104和上游内端帽105以及主体102的直立端面以精确的取向彼此抵靠，在该取向中，上游外端帽104和上游内端帽105均与光轴116保持成直角。另外，由于入射窗组件118对主体102的上游端形成流密密封，因此上游外端帽104和上游内端帽105不需要形成流密密封。这意味着在上游外端帽104和上游内端帽105与主体102之间不需要垫圈。消除对垫圈的需求是非常有利的，否则由于弹性垫圈将如何变形的不可预测性，垫圈将损害上游外端帽104和上游内端帽105的对准。
如从图3、图4和图6能够清楚地看出，流动池100在主体102的下游端处设有端帽106和107的类似布置。
在常规的流动池设计中，光学耦合器112和114被安装到入射窗118和出射窗124，且因此经受由垫圈120和126的不精确压缩引起的入射窗118和出射窗124中的位置的变化所引起的对准不准确。相比之下，本发明的实施例看到被耦合到外端帽104和106的光学耦合器112和114。如刚才所述，当定位和对准外端帽104和106时能够实现的精度高得多，因为在这些连接中不使用弹性垫圈。
如上所述，准直透镜112b在耦合器主体112a中被胶合到位，以采用笔直沿着延伸穿过流动池100的主体102的光轴116的正确对准。出站光学耦合器114的准直透镜114b也被胶合到位，使得它也与光轴116对准，并且出站光学耦合器114的准直透镜114b面对入站光学耦合器112的准直透镜112b。此外，入站光纤136完全旋拧到连接器部分112c上以形成牢固连接。进而，连接器部分112c可以在耦合器主体112a内轴向移动，以改变光纤136和准直透镜112b的轴向间隔。连接器部分112c通过上述平头螺钉被保持在期望的轴向位置处。该轴向移动调节从入站光纤136的端到准直透镜112b的距离，从而改变光束的准直的程度。
因此，来自光源的光沿着入站光纤136行进并穿过入站准直透镜112b，如图7中所能够看到。然后，光穿过入射窗118并穿过流动池100的主体102。一些光通过出射窗124离开并穿过出站光学耦合器114的准直透镜114b，然后在出站光纤138上沿着出站光纤138行进。为了确保尽可能多的光沿着出站光纤138通过，如图7中所示，在出射窗124和出站光学耦合器114之间放置收集透镜140(例如双凸透镜)。
该收集透镜140被容纳在凹部141中，该凹部141被设置在下游内端帽107的下游端面中，并且通过用六个螺栓而紧固到位的下游外端帽106的压缩力而将收集透镜140保持到位：该压缩力作用在O形环142上，该O形环142用于将收集透镜140以它的正确位置和对准来安置在凹部141中。收集透镜140相对于光轴116保持成直角，并且其中收集透镜140的中心在光轴116上。
收集透镜140具有比出射玻璃窗略小的直径。这是因为在窗玻璃的边缘的周围有一些光学畸变，窗玻璃在该边缘处被熔合到保持器。例如，可以使用19mm直径的玻璃窗来给出15mm可用直径。然后，可以使用具有20mm直径和12mm的有效直径的双凸收集透镜140来收集更多的光并将它向下聚焦到出站光学耦合器114的准直透镜114b中。典型的流动池不包括这样的收集透镜，而是仅依赖于准直透镜114b，这导致仅收集光束的中央6mm。
光学系统148将光发送通过流动池100，使得光沿着从流体入口108到流体出口110的流动路径的一部分行进。可以连续地或非连续地提供光，例如使用脉冲束。在穿过流动池100中的流体之后在检测器处接收的光例如通过使用二极管阵列分光光度计以分光光度法测量，以确定当光穿过时流动池100中的流体的颜色。该读数的精度受到通过流动池100的流体流的影响。例如，流中的死点引起流体的混合，使得测量的流体的“年龄”变化，而不是当前流体的真实快照。而且，流体流中的湍流会引起由于气泡的产生而导致的不准确。
仔细地选择流动池100的设计，以优化通过流动池100的流体流。流动池100设有中心孔150，该中心孔150从主体102的上游端处的入射窗组件118延伸到主体102的下游端处的出射窗组件124。孔150渐缩，使得它从主体102的上游端处的相对宽的直径d1变窄到主体102的下游端处的相对宽的直径d2。例如，孔150可以具有10°或小于10°的锥度。入口108和出口110延伸穿过主体102的侧面以进入锥形孔150。入口108的孔d108与主体102的上游端处的孔d1的尺寸匹配，并且出口110的孔d110与主体102的下游端处的孔d2的尺寸匹配，即d108＝d1且d110＝d2。因此，入口108的孔d108大于出口110的孔d110。从入口108到出口110的孔尺寸的逐渐减小产生了在流动池100上的压力差，该压力差增加流动速度并因此使流中(特别是在出口110的周围)的死点最小化。
另外，入口108紧邻入射窗组件118定位，并且出口110紧邻出射窗组件124定位。将入口108和出口110中的每一个的边缘定位成接近与每一个窗组件118和124的窗玻璃的内侧面成直线，确保了经过窗玻璃的恒定流体流，该恒定流体流用于保持窗玻璃清洁。
如在图3和图4中最佳所见，上游外端帽104和上游内端帽105在被固定在一起时形成从上孔口延伸的插槽152。该插槽152被设置为在入站光学耦合器112和入射窗组件118之间接收能够被插入到光束中的滤波器(未示出)。这些滤波器可以用于测试和校准颜色测量系统。当流动池100是空的或者填充有非常浅的着色流体时，这些过滤器可以用于初始设置时的绝对透射率测量，并且还用于当流动池100中有着色流体时的相对测量。插槽152设有盖154，该盖154抵靠O形环156安置，从而防止碎屑进入插槽152。替代地，可以使用由柔性塑料或橡胶制成的单件盖154。
本领域技术人员将理解，在不偏离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，以上实施例可以在许多不同方面变化。
例如，根据被测量的液体的透明度，可以使用具有不同长度的流动池100。图8和图9示出与不太透明的液体一起使用的流动池100，并且因此需要通过流过流动池100的液体的较短路径长度的光。因此，主体102的长度以及因此孔150在图8和图9的流动池100中较短。孔150仍然从主体102的上游端到下游端渐缩。如之前那样，孔150可以具有10°或小于10°的锥度。像图1至图6的流动池100那样，入口108的孔大于出口110的孔。因此，实现了在流动池100上的压差以减小死点的风险。另外，图8和图9的流动池100的设计对应于图1至图6的流动池100的设计。
图10和图11示出在入口108和出口110之间具有甚至更短的流动路径的流动池100的另一设计。在该流动池100中，入口108和出口110直接彼此对置放置。这意味着从入射窗组件118到出射窗组件124的光束延伸穿过流动路径，而不是与通过流动池100的流动路径的一部分上的流体流成直线地延伸。而且，孔150横向于光束地与入口108及出口110成直线地延伸。在该实施例中，由于孔150的短长度，孔150可以从入口108到出口110变窄，或者可以不变窄。像图1至图9的流动池100那样，入口108的孔大于出口110的孔。因此，实现了在流动池100上的压力差以减小死点的风险，即使这种死点不太可能具有直接流动路径而不是图1至图9的流动池上的s形流动路径。在其它情况下，图10和图11的流动池100的设计对应于图8和图9的流动池100的设计。
虽然上述十个实施例包括设有配件的入口108和出口110，但是可以使用其它配件，诸如推入配合连接件。
上述实施例包括两个窗，一个用于光进入，另一个用于光出射。然而，可以使用仅单个窗，光通过该单个窗进入和出射。可以将反射镜与该单个窗对置放置，以将光反射回通过流体并从该单个窗反射回。反射的光可以被沿着入站光纤136向回引导，或者出站光纤138可以被附接到也被安装在上游外端帽104上的第二光学耦合器。
上述实施例具有位于流动池100的上游端处的入射窗118和位于流动池100的下游端处的出射窗124。然而，可以交换位置，使得入射窗118位于下游端处，并且出射窗124位于上游端处。

Claims (15)

1.一种用于颜色测量系统的流动池，包括：
主体；
流体入口，所述流体入口用于接受流体的流入；
流体出口，所述流体出口用于提供所述流体的流出；
穿过所述流动池的所述主体的流体通路，所述流体通路连接所述流体入口和所述流体出口，从而允许流体从所述流体入口流动到所述流体出口；
入射窗，所述入射窗用于允许光透射到所述流动池中，其中所述入射窗固定地联接到所述流动池的所述主体；以及
耦合器，所述耦合器被构造成将光源耦合到所述流动池，其中所述耦合器由耦合器安装件承载，所述耦合器安装件独立于所述入射窗而附接到所述流动池的所述主体。
2.根据权利要求1所述的流动池，其中所述耦合器被构造成相对于所述流动池的所述主体以固定的对准和位置支撑光导，并且可选地，所述光导是光纤。
3.根据权利要求2所述的流动池，其中：
所述耦合器安装件适用于允许附接到所述流动池的所述主体，以确保所述耦合器的正确位置和对准；
所述耦合器被构造成在中心支撑所述光导，并且所述耦合器安装件适用于在保持所述耦合器的中心位置的位置中附接到所述流动池的所述主体；并且
所述耦合器安装件经由螺栓或螺钉被固定到所述流动池的所述主体，所述螺栓或螺钉与支撑所述光导的所述耦合器的中心等距地布置。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的流动池，进一步包括承载所述入射窗的入射窗安装件，其中所述入射窗安装件包括附接装置，以允许所述入射窗以可移除的方式附接到所述流动池的所述主体。
5.根据权利要求4所述的流动池，其中所述入射窗的内表面限定所述流体通路的一部分，并且所述入射窗安装件形成密封以防止流体从所述流体通路逸出。
6.根据权利要求5所述的流动池，其中所述入射窗安装件旋拧到所述流动池的所述主体上，以压缩介于所述主体和所述入射窗安装件之间的垫圈。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的流动池，其中所述入射窗位于所述流动池的所述主体中的凹部内，所述凹部至少部分地由凸缘限定，并且所述耦合器安装件附接到所述凸缘。
8.根据权利要求7所述的流动池，其中所述耦合器和所述耦合器安装件通过间隙与所述入射窗及所述入射窗安装件完全分离，并且可选地，所述耦合器紧邻所述入射窗定位。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的流动池，其中所述耦合器安装件附接到所述流动池的所述主体而不形成密封。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的流动池，其中所述耦合器包括准直透镜。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的流动池，其中所述耦合器安装件包括滤波器保持器，所述滤波器保持器被构造成将光学滤波器保持在所述耦合器和所述入射窗之间。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的流动池，其中所述耦合器被构造成相对于所述流动池上的所述主体以固定取向和位置支撑光导，使得来自所述光源的光沿着光轴穿过所述流体通路；并且
所述流动池进一步包括用于允许光从所述流动池透射出的出射窗，其中所述入射窗和所述出射窗被布置为隔着所述流体通路的至少一部分彼此面对，使得光沿着所述光轴从所述入射窗行进到所述出射窗。
13.根据权利要求12所述的流动池，其中所述出射窗固定地联接到所述流动池的所述主体，且进一步包括光学收集器，所述光学收集器被构造成收集穿过所述出射窗的至少一部分的光并将收集的光传送到光学检测器，其中所述光学收集器由光学收集器安装件承载，所述光学收集器安装件独立于所述出射窗而附接到所述流动池的所述主体。
14.根据权利要求13所述的流动池，其中：
所述光学收集器被构造成相对于所述流动池上的所述主体以固定的取向和位置支撑光导；
所述光学收集器安装件适用于允许附接到所述流动池的所述主体，以确保所述光学收集器的正确位置和对准；
所述光学收集器被构造成在中心支撑所述光导，并且所述光学收集器安装件适用于在保持所述光学收集器的中心位置的位置中附接到所述流动池的所述主体；并且
经由与支撑所述光导的所述光学收集器的中心等距地布置的螺栓或螺钉，所述光学收集器安装件被固定到所述流动池的所述主体。
15.一种颜色测量系统，包括光源、光引导装置、根据前述权利要求中的任一项所述的流动池、光收集装置和光检测器，其中所述光引导装置被构造成将来自所述光源的光引导到所述入射窗，并且所述光收集装置被构造成将离开所述流动池的光引导到所述光检测器。
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