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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weiter
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
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1 eine
ausschnittsweise schematische Schnittdarstellung durch einen optischen
Sensor und
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2 eine
vergrößerte ausschnittsweise Darstellung
der Halterung einer Abdeckung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.