DE102006019770A1 - Optischer Sensor - Google Patents

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Abstract

Ein optischer Sensor besitzt eine Lichtquelle, die in einem ersten Gehäuse angeordnet ist und ein Lichtsignal abgibt, und einen Empfänger, der in einem zweiten Gehäuse angeordnet ist. Das Lichtsignal tritt an einer ersten Durchbrechung, die in abgedichteter Weise von einer zumindest teiltransparenten ersten Abdeckung verschlossen ist, aus dem ersten Gehäuse aus, durchläuft ein zu untersuchendes Medium, tritt an einer zweiten Durchbrechung, die in abgedichteter Weise von zumindest einer teiltransparenten zweiten Abdeckung verschlossen ist, in das zweite Gehäuse ein und wird von einem Empfänger empfangen. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest eine der Abdeckungen mit dem zugeordneten Gehäuse verklebt ist. Die zumindest eine Abdeckung ist in einer Ausnehmung des zugeordneten Gehäuses angeordnet und liegt auf ihrer dem Medium abgewandten Seite mit einem Randbereich an einer Schulter des Gehäuses an.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor mit einer Lichtquelle, die in einem 1. Gehäuse angeordnet ist und ein Lichtsignal abgibt, und einem Empfänger, der in einem 2. Gehäuse angeordnet ist, wobei das Lichtsignal an einer 1. Durchbrechung, die in abgedichteter Weise von einer zumindest teiltransparenten 1. Abdeckung verschlossen ist, aus dem 1. Gehäuse austritt, ein zu untersuchendes Medium durchläuft und an einer 2. Durchbrechung, die in abgedichteter Weise von zumindest einer teiltransparenten 2. Abdeckung verschlossen ist, in das 2. Gehäuse eintritt und von dem Empfänger empfangen wird, wobei zumindest eine der Abdeckungen mit dem zugeordneten Gehäuse verklebt sind.
  • Ein derartiger Sensor dient der Erfassung der Veränderung der Lichttransmission durch ein zu überprüfendes Medium während eines vorbestimmten Zeitraums, wobei es sich bei dem Medium um eine Flüssigkeit oder auch um ein Gas handeln kann.
  • Sensoren der genannten Art finden in vielen Bereichen der pharmazeutischen Industrie, der Biotechnologie und der Lebensmittelindustrie Anwendung. Beispielhaft soll im Folgenden von der Überwachung des Zellwachstums in einer Flüssig keit ausgegangen werden, jedoch ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Sensors darauf nicht beschränkt.
  • Ein Sensor bekannter Bauart umfasst eine Lichtquelle in Form einer Glühlampe, die in einem 1. Gehäuse angeordnet ist. Nahe der Lichtquelle ist in dem 1. Gehäuse eine Durchbrechung ausgebildet, in die in abgedichteter Weise eine transparente Abdeckung aus Glas oder Kunststoff eingesetzt ist, so dass ein Fenster gebildet ist, durch das das von der Lichtquelle abgegebenen Licht aus dem 1. Gehäuse austreten kann. Die Abdeckung kann die Lichtstrahlen entweder im wesentlichen unverändert hindurchlassen, es ist jedoch auch möglich, dass die Abdeckung gleichzeitig ein Filter, eine Linse oder ein anderes optisches Bauteil bildet oder entsprechende Funktionen in die Gestaltung der Abdeckung integriert sind.
  • Der optische Sensor umfasst desweiteren einen lichtempfindlichen Empfänger, der in einem 2. Gehäuse angeordnet ist. Nahe dem Empfänger ist in dem 2. Gehäuse eine Durchbrechung ausgebildet, die ebenfalls in abgedichteter Weise von einer zumindest teiltransparenten Abdeckung verschlossen ist. Da die Lichtquelle und der Empfänger und somit das 1. und das 2. Gehäuse während der Messung einen vorbestimmten Abstand einnehmen und beibehalten müssen, ist es üblich, die beiden Gehäuse einstückig miteinander zu verbinden oder sogar in einem gemeinsamen Bauteil auszubilden.
  • Zur Messung des Zellwachstums wird der Sensor in die die Zellen enthaltende Flüssigkeit eingesetzt und die Lichtquelle gibt Licht vorbestimmter Lichtintensität ab. Das Licht tritt durch die nahe der Lichtquelle angeordnete Abdeckung hindurch, durchläuft die Zellflüssigkeit und tritt anschließend an der dem Empfänger zugeordneten Abdeckung in das 2. Gehäuse ein und wird von dem Empfänger empfangen.
  • Der Empfänger gibt ein entsprechendes Signal bezüglich der empfangenen Lichtintensität an eine Steuervorrichtung ab. Beim Durchlaufen der Zellflüssigkeit wird ein Teil des Lichtes absorbiert und reflektiert. Je stärker das Zellwachstum ist und je mehr Zellen sich somit innerhalb der Zellflüssigkeit befinden, desto größer ist der Grad der Absorption und Reflexion, d.h. desto weniger Licht kommt bei dem Empfänger an. Aus der Intensität des vom Empfänger erfassten Lichts lässt sich somit ein Rückschluss auf das Zellwachstum innerhalb der Zellflüssigkeit ziehen.
  • Für die ordnungsgemäße Funktion des optischen Sensors ist es notwendig, dass keine Zellflüssigkeit in die Gehäuse eintreten darf. Aus diesem Grund sind die fensterartigen Abdeckungen unter Zwischenschaltung von ein oder mehreren Ringdichtungen, sogenannten O-Ringen an dem Gehäuse gehalten. Damit ist jedoch das Problem verbunden, dass sich insbesondere im Bereich der Ringdichtungen Nischen und Taschen bilden, die nach Gebrauch des optischen Sensors schwer zu reinigen sind, so dass die Gefahr besteht, dass sich in diesen Nischen und Taschen Mikrobakterien entwickeln, was aus hygienischen Gründen nicht akzeptabel ist.
  • Es ist auch bekannt, die fensterartige Abdeckung mit dem Gehäuse zu verkleben. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine Klebverbindung relativ weich ist und es insbesondere bei einem hohen Druck innerhalb des zu überwachenden Mediums zu geringen Verschiebungen der Abdeckung infolge elastischer Verformung der Klebstoffschicht kommen kann, wodurch die optischen Eigenschaften des Sensors verändert und gegebenenfalls die Messergebnisse verfälscht sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der genannten Art zu schaffen, bei dem die Abdeckung auch bei hohem Mediumdruck sicher gehalten ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen optischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Auch erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest eine der Abdeckungen und vorzugsweise beide oder alle Abdeckungen mit dem jeweils zugeordneten Gehäuse verklebt sind. Die Klebstoffschicht füllt dabei den Spalt, der zwischen der Abdeckung und dem Gehäuse gebildet ist, vorzugsweise vollständig aus, so dass die Ausbildung von Taschen oder Nischen, in denen sich Mikrobakterien bilden können, zuverlässig vermieden ist.
  • Zusätzlich ist vorgesehen, dass die zumindest eine Abdeckung oder auch alle Abdeckungen jeweils in einer Ausnehmung des zugeordneten Gehäuses angeordnet sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Abdeckung nicht aus dem Gehäuse hervorsteht, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Abdeckung so in die Ausnehmung eingesetzt wird, dass sie mit ihrer Außenseite glatt und stufenlos in die benachbarten Bereiche des Gehäuses übergeht.
  • Das Einsetzen der Abdeckung in eine Ausnehmung des Gehäuses ermöglicht es darüber hinaus, auf der dem Medium abgewandten Seite der Abdeckung an dem Gehäuse eine Schulter vorzusehen, die als Ringschulter vollständig um die Ausnehmung umlaufen oder sich zumindest über einen Teilbereich des Umfangs der Ausnehmung erstrecken kann. Wenn die Abdeckung in die Ausnehmung eingesetzt ist, liegt sie auf ihrer dem Medium abgewandte Seite mit einem radialen Randbereich an der Schulter an. Dies hat zur Folge, dass die Abdeckung in einem Medium, das unter einem relativ hohen Druck steht, infolge des Mediumdrucks gegen die Schulter gespannt wird, wodurch eine Verschiebung der Abdeckung zuverlässig vermieden und eine genaue Beibehaltung der Position der Abdeckung gewährleistet ist, so dass die optischen Eigenschaften des Sensors unabhängig vom Mediumdruck gleich bleiben.
  • Vorzugsweise besitzt die Ausnehmung eine umlaufende Wandung und die Abdeckung eine radial äußere Umfangsfläche, wobei gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass eine Klebstoffschicht den Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche der Abdeckung und der benachbart außenseitig dazu angeordneten Wandung der Ausnehmung vollständig ausfüllt.
  • In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen, dass die Abdeckung unmittelbar, d.h. ohne Zwischenschaltung von weiteren Bauteilen oder Schichten auf der Schulter des Gehäuses aufliegt. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen der Abdeckung und der Schulter des Gehäuses eine Dichtung und insbesondere eine vollständig umlaufende Ringdichtung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Dichtwirkung noch weiter verbessert wird, wenn die Abdeckung infolge des Mediumdrucks gegen die Schulter gespannt wird.
  • Alternativ oder zusätzlich zu der Dichtung kann zwischen der Abdeckung und der Schulter auch eine weitere Klebstoffschicht angeordnet sein, die der zusätzlichen Abdichtung und Positionierung der Abdeckung dient.
  • Als Lichtquelle kann eine herkömmliche Glühlampe verwendet werden, in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Lichtquelle eine Licht emittierende Diode (LED) ist.
  • Weiter Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
  • 1 eine ausschnittsweise schematische Schnittdarstellung durch einen optischen Sensor und
  • 2 eine vergrößerte ausschnittsweise Darstellung der Halterung einer Abdeckung.
  • Ein in 1 dargestellter optischer Sensor 10 umfasst ein 1. Gehäuse 11, in dem eine Lichtquelle 12 in Form einer Licht emittierenden Diode gehalten ist, die über eine Leitung 13 mit elektrischer Energie versorgt wird. Auf der Licht-Abgabeseite der Lichtquelle 12 ist im Gehäuse 11 ein Lichtkanal 11c ausgebildet, der in einer Durchbrechung 14 des Gehäuses 11 mündet. Der Lichtkanal 11c weist im Bereich der Durchbrechung 14 einen vergrößerten Querschnitt auf, so dass eine im wesentlichen zylindrische Ausnehmung 11a (siehe 2) gebildet ist, die auf der der Innenseite des Gehäuses 11 zugewandten Seite eine umlaufende ringförmige Schulter 11b besitzt. In die Ausnehmung 11a des Gehäuses 11 ist eine zumindest teiltransparente 1. Abdeckung 15 eingesetzt, bei der es sich beispielsweise um eine Glas- oder Kunststoffplatte handeln kann und die mit dem Randbereich ihrer der Lichtquelle 12 zugewandten Oberfläche an der Schulter 11b der Ausnehmung 11a anliegt. Wie insbesondere 2 zeigt, geht die der Lichtquelle 12 abgewandte Außenseite der 1. Abdeckung 15 glatt und stufenlos in die benachbarten Bereiche des 1. Gehäuses 11 über.
  • Die 1. Abdeckung 15 weist eine umlaufende radial äußere Umfangsfläche 15a auf, die der Wandung der Ausnehmung 11a unter Bildung eines geringen Spaltes 23 gegenüberliegt. Der Spalt 23 ist vollständig mit einer Klebstoffschicht 16 ausgefüllt, durch die die 1. Abdeckung 15 in der Ausnehmung 11a gehalten ist.
  • Die 1. Abdeckung 15 kann entweder unmittelbar auf der Schulter 11b des 1. Gehäuses 11 aufliegen, es ist jedoch auch möglich, zwischen der Schulter 11b und der 1. Abdeckung 15 ein zusätzliches umlaufendes Dichtungselement, z.B. einen dünnen O-Ring, und/oder eine zusätzliche Klebstoffschicht anzuordnen.
  • Gemäß 1 umfasst der optische Sensor 10 desweiteren ein 2. Gehäuse 17, in dem ein lichtempfindlicher Empfänger 18 angeordnet ist, der Signale beispielsweise bezüglich der festgestellten Lichtintensität über eine Leitung 19 an eine nicht dargestellt Steuervorrichtung abgibt. In dem 2. Gehäuse 17 ist eine 2. Durchbrechung 20 ausgebildet, in der eine zumindest teiltransparente 2. Abdeckung 21 in abgedichteter Weise gehalten ist. Die Ausbildung der Halterung der 2. Abdeckung 21 im 2. Gehäuse 17 entspricht der Halterung der 1. Abdeckung 15 im 1. Gehäuse 11, weshalb zwecks Vermeidung von Wiederholungen auf die dortigen Erläuterungen verwiesen werden soll. Wesentlich ist dabei, dass die 2. Abdeckung 21 durch eine umlaufende Klebstoffschicht 22 in der Ausnehmung des 2. Gehäuses 17 gehalten ist.
  • Wie 1 zeigt, ist zwischen den beiden Gehäusen ein zu untersuchendes Medium M angeordnet, bei dem es sich beispielsweise um eine Zellflüssigkeit handeln kann. Während des Betriebes des optischen Sensors 10 gibt die Lichtquelle 12 Licht ab, das durch die 1. Abdeckung 15 hindurchtritt, dann das Medium M durchläuft, an der 2. Abdeckung 21 in das 2. Gehäuse 17 eintritt und dort von dem Empfänger 18 erfasst wird. Wenn entsprechende Messungen über einen ausreichend langen Zeitraum durchgeführt werden, lässt sich durch Veränderung der Intensität des vom Empfänger 18 erfassten Lichtes ein Rückschluss auf eine Veränderung oder Trübung des Mediums ziehen.

Claims (7)

  1. Optischer Sensor (10) mit einer Lichtquelle (12), die in einem 1. Gehäuse (11) angeordnet ist und ein Lichtsignal abgibt, und einem Empfänger (12), der in einem 2. Gehäuse (17) angeordnet ist, wobei das Lichtsignal an einer 1. Durchbrechung (14), die in abgedichteter Weise von einer zumindest teiltransparenten 1. Abdeckung (15) verschlossen ist, aus dem 1. Gehäuse (11) austritt, ein zu untersuchendes Medium (M) durchläuft und an einer 2. Durchbrechung (20), die in abgedichteter Weise von zumindest einer teiltransparenten 2. Abdeckung (21) verschlossen ist, in das 2. Gehäuse (17) eintritt und von dem Empfänger (18) empfangen wird, wobei zumindest eine der Abdeckungen (15, 21) mit dem zugeordneten Gehäuse (11, 17) verklebt ist, dadurch ge kennzeichnet, dass die zumindest eine Abdeckung (15, 21) in einer Ausnehmung (11a) des zugeordneten Gehäuses (11, 17) angeordnet ist und auf ihrer dem Medium (M) abgewandten Seite mit einem Randbereich an einer Schulter (11b) des Gehäuses (11) anliegt.
  2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Abdeckung (15, 21) mit ihrer Außenseite glatt und stufenlos in die benachbarten Bereiche des zugeordneten Gehäuses (11, 17) übergeht.
  3. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Abdeckung (15, 21) eine Umfangsfläche (15a) aufweist und dass eine Klebstoffschicht (16) einen Spalt (23) zwischen der Umfangsfläche (15a) und der Wandung der Ausnehmung (11a) vollständig ausfüllt.
  4. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (15, 21) unmittelbar auf der Schulter (11b) des Gehäuses (11) aufliegt.
  5. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abdeckung (15, 21) und der Schulter (11b) des Gehäuses (11) eine Dichtung angeordnet ist.
  6. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abdeckung (15, 21) und der Schulter (11b) des Gehäuses (11) eine weitere Klebstoffschicht angeordnet ist.
  7. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) eine Licht emittierende Diode (LED) ist.
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