DE102008037275B4

DE102008037275B4 - Refraktometer

Info

Publication number: DE102008037275B4
Application number: DE102008037275A
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Isehara Amamiya; Yoshinori Isehara Nakashima; Kiminori Isehara Sekiguchi; Junichi Isehara Matsumoto; Yoshiaki Isehara Torigoe
Original assignee: Atago Co Ltd
Current assignee: Atago Co Ltd
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2008-08-11
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2028-08-12
Also published as: US7916285B2; JP2009047436A; CN101368906A; DE102008037275A1; US20090046277A1

Abstract

Refraktometer (10), aufweisend:
ein Gehäuse (12), das ein Eintauchelement (16) aufweist, wobei das Eintauchelement (16) eine Öffnung (18) an einem Ende (10a) aufweist;
ein Substrat (26), das in einem Innenraum des Eintauchelements (16) angeordnet ist;
eine Lichtquelle (28), die an dem Substrat (26) angeordnet ist;
einen Lichtempfangssensor (30), der an dem Substrat (26) angeordnet ist;
ein Prisma (20), das eine erste Fläche (20a), die der Lichtquelle (28) und dem Lichtempfangssensor (30) zugewandt angeordnet ist, eine zweite Fläche (20b), die an der Öffnung (18) derart angeordnet ist, dass die zweite Fläche (20b) in Kontakt mit einer Probenflüssigkeit bringbar ist, um eine Grenzfläche zwischen der zweiten Fläche (20b) und der Probenflüssigkeit zu bilden, und eine dritte Fläche (20c) zum Totalreflektieren des Lichts, das von der Lichtquelle (28) emittiert wird und an der Grenzfläche reflektiert wird, und zum Abbilden des Lichts auf eine Lichtempfangsfläche des Lichtempfangssensors (30) aufweist;...

Description

Die Erfindung betrifft ein Refraktometer zum Messen der Art und Konzentration einer in einer Flüssigkeit gelösten Substanz.
Mit Bezug auf 8 ist ein Refraktometer 200 ( Japanisches Patent mit der Nummer 2004-150923 ), allgemein bekannt als ”digitales Refraktometer”, das ein Prisma 202, eine Lichtquelle 204 und einen Lichtempfangssensor 206 aufweist, bekannt. Das Refraktometer 200 projiziert das Licht von der Lichtquelle 204 auf die Grenzfläche zwischen der Probenflüssigkeit S und dem Prisma 202, wandelt das reflektierte Licht mittels des Lichtempfangssensors 206 in ein elektrisches Signal und ermittelt den Brechungsindex der Flüssigkeit gemäß dem elektrischen Signal von dem Lichtempfangssensor. Da der Brechungsindex einer Flüssigkeit in Beziehung zu der Art und der Konzentration der Substanz steht, welche in der Flüssigkeit gelöst ist, werden Refraktometer als Geräte zum Messen der Konzentration von löslichen Substanzen in einer Flüssigkeit, zum Beispiel als Saccharometer zum Messen des Zuckergehalts verwendet.
Das Refraktometer 200 ist derart konstruiert, dass zur Messung eine Probenflüssigkeit S auf das Prisma 202 geträufelt wird. Somit besteht darin ein Problem, dass das Refraktometer 200 nicht in der Lage ist zu arbeiten, wenn das Prisma in eine Flüssigkeit eingetaucht wird. Darüber hinaus besteht ein anderes Problem darin, dass das Refraktometer 200 nicht in der Lage ist zu arbeiten, wenn das Prisma in Kontakt mit der Schnittfläche einer Frucht oder ähnlichem gebracht wird, da wie in 8 gezeigt, die Fläche 202a des Prismas 202, die die Probenflüssigkeit S berührt, tiefer als der die Fläche 202a umgebende Probenumgebungsbereich 208 liegt.
Ein Ziel der Erfindung besteht somit darin, ein kompaktes Refraktometer bereitzustellen, welches sowohl dann betrieben werden kann, wenn das Prisma des Refraktometers in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, als auch dann, wenn es in Kontakt mit der Schnittfläche einer Frucht gebracht wird.
Ein erfindungsgemäßes Refraktometer weist die Merkmale im Anspruch 1 auf.
Mit der Erfindung wird ein kompaktes Refraktometer bereitgestellt, welches sowohl dann betrieben werden kann, wenn das Prisma in eine Probenflüssigkeit getaucht ist, als auch dann betrieben werden kann, wenn es in Kontakt mit der Schnittfläche einer Frucht gebracht wird.
Zu den Zeichnungen:
1 ist eine perspektivische Ansicht des Refraktometers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist eine Seitenansicht des Refraktometers, von der Richtung II-II in 1 aus gesehen;
3 ist ein Querschnitt des Refraktometers in 2 längs der Richtung III-III;
4 ist ein Querschnitt des Eintauchelements des Refraktometers;
5 ist ein Blockdiagramm des Refraktometers in 1;
6 veranschaulicht den Zustand des Refraktometers in 1, das zur Messung in eine Testflüssigkeit eingetaucht ist;
7 veranschaulicht den Zustand des Refraktometers in 1, das zur Messung in Kontakt mit der Schnittfläche einer Frucht gebracht wird;
8 ist der Querschnitt eines Refraktometers nach dem Stand der Technik.

10: Refraktometer,
12: Gehäuse,
16: Eintauchelement,
18: Öffnung,
20: Prisma
20a: erste Fläche,
20b: zweite Fläche,
20c: dritte Fläche,
22a: Startknopf,
22b: Resetknopf,
24: Anzeigeelement,
26: erstes Substrat,
28: Lichtquelle,
30: Lichtempfangssensor,
32: Wand,
32a: Außenfläche,
34: Temperatursensor,
42: zweites Substrat,
46: Steuerungselement,
54: CPU Schaltkreis,
56: Energieversorgungsschaltung,
60: Abdeckung,
62: Batterielagereinheit,
74: Batterieabdeckung,
α: Winkel,
β: Winkel,
γ: Winkel.

Wie in der perspektivischen Ansicht in 1 gezeigt, hat ein Refraktometer 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Allgemeinen eine längliche Form. Insbesondere wird die Höhe des Refraktometers, wie in 1 gezeigt, längs der vertikalen Richtung gemessen, von einem ersten Ende 10a zu einem zweiten Ende 10b größer. Indessen ist die Breite des Refraktometers 10, längs der horizontalen Richtung gemessen, im Wesentlichen konstant, wie es in der Seitenansicht von links in 2 gezeigt ist. Nachstehend wird die Längsrichtung des Refraktometers mit z-Richtung, die Höhe als y-Richtung und die Breite als x-Richtung bezeichnet.
In dem bevorzugten Refraktometer 10 beträgt die Länge L₁ etwa 80 bis 120 mm, die Höhe H₁ des ersten Endes 10a etwa 7 bis 18 mm, die Höhe H₂ des zweiten Endes 10b etwa 7 bis 40 mm und die Breite W etwa 5 bis 20 mm. Somit kann das Refraktometer 10 wie ein Stift in der Hand gehalten werden.
Wiederum mit Bezug auf 1 weist das Gehäuse 12 des Refraktometers 10 einen Hauptkörper 14 und ein Eintauchelement 16 auf, welches in eine Probenflüssigkeit eingetaucht werden kann. Das Eintauchelement 16 ist auf der Seite des ersten Endes 10a des Refraktometers angeordnet. Das Eintauchelement 16 hat eine längliche Form. Die Länge L₂ des Eintauchelements 16 längs der z-Richtung beträgt bevorzugt etwa 5 bis 150 mm. Eine Öffnung 18 ist an der Vorderseite des Eintauchelements 16 vorgesehen, ausgestattet mit einem Prisma 20, welches mit der Probenflüssigkeit in Kontakt kommen soll. Das Eintauchelement 16 ist aus irgendeinem arzneimittelresistenten Material wie zum Beispiel PBT-Harz (Polybutylenterephthalat) und ABS-Harz (Acrylnitrilbutadienstyrol) oder irgendeinem anderen korrosionsbeständigen Material wie zum Beispiel rostfreiem Stahl und Aluminiumformen oder Zinkformen, die mit Nickel, Nickelchrom, PTFE (Polytetrafluorethylen) oder dergleichen beschichtet sind, bevorzugt aus rostfreiem Stahl hergestellt und noch bevorzugter aus austenitischem rostfreien Stahl wie zum Beispiel SUS316 hergestellt. Demzufolge kann das Eintauchelement 16 in eine Flüssigkeit mit hoher Korrosion, wie zum Beispiel Zitronen- oder Orangensaft, Lebensmittelessig, Salzlösung, Sojasoße, Öl und dergleichen getaucht werden.
Das Refraktometer 10 weist an dem Hauptkörper 14, Bedienelemente 22a und 22b zum Starten der Messung bzw. Zurücksetzen des Refraktometers und ein Anzeigeelement 24 zum Anzeigen des Messergebnisses, wie zum Beispiel eine Flüssigkristallanzeige auf. Der Hauptkörper 14 ist aus einem thermoplastischen Harz hergestellt, bevorzugt ist er aus ABS-Harz hergestellt. Folglich kann das Refraktometer 10 nicht herausfallen, wenn es in einen Behälter, zum Beispiel ein Glas (wie in 6 gezeigt), eingetaucht ist, da der Schwerpunkt des Refraktometers in dem Eintauchelement 16 liegt, das aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.
Mit Bezug auf den Querschnitt in 3 ist ein erstes Substrat 26, das sich in der zx-Ebene erstreckt, in dem Innenraum des Eintauchelements 16 angeordnet. Das erste Substrat 26, das auf der Seite des ersten Endteils 10a des Refraktometers 10, das heißt auf der Seite des vorderen Endes des Eintauchelements 16 angeordnet ist, hält eine Lichtquelle 28, einen Lichtempfangssensor 30 und ein Prisma 20.
Mit Bezug auf den Teilquerschnitt in 4 sind die Lichtquelle 28 und der Lichtempfangssensor 30 auf der gleichen Fläche 26a des ersten Substrats 26 befestigt. Insbesondere sind die Lichtquelle 28 und der Lichtempfangssensor 30 längs der z-Richtung voneinander räumlich getrennt angeordnet, wobei die Lichtquelle 28 näher zu dem vorderen Ende des Eintauchelements 16 (wie in 3 gezeigt) liegt.
Die Lichtquelle 28 besteht bevorzugt aus einer LED (lichtemittierende Diode). Zum Beispiel kann eine oberflächenmontierte LED-Anordnung mit einer Abmessung von 1,6 mm Länge × 0,8 mm Breite × 0,45 mm Höhe als Lichtquelle 28 verwendet werden. Der Lichtempfangssensor 30 kann aus einem eindimensionalen Bildsensor, wie zum Beispiel einem CCD (charge coupled device = ladungsgekoppeltes Bauelement) und einem CMOS (complementary metal Oxide semiconductor = komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) bestehen. Beispielsweise kann ein linearer Bildsensor mit CCDs, der eine Abmessung von 1,0 mm Länge × 8,8 mm Breite × 0,645 mm Höhe aufweist, als Lichtempfangssensor 30 verwendet werden.
Eine erste Fläche 20a des Prismas 20 ist zu der lichtemittierenden Fläche 28a der Lichtquelle 28 und der Lichtempfangsfläche 30a des Lichtempfangssensors 30 zugewandt angeordnet. Das Prisma 20 ist bevorzugt im Abstand von etwa 1,0 bis 1,5 mm zu der Fläche 26a des ersten Substrats 26 angeordnet. Somit ist der Umgebungsraum des Prismas 20 mittels Befestigens der Lichtquelle 28 und des Lichtempfangssensors 30 auf der derselben Fläche 26a desselben Substrats 26 und mittels deren Ausrichtung in Richtung derselben Fläche 20a des Prismas 20 minimiert. Daher kann der Durchmesser des Eintauchelements 16 so klein hergestellt werden (wie in 3 gezeigt), was somit ein kompaktes Refraktometer 10 (wie in 3 gezeigt) ermöglicht.
Mit Bezug auf 3 ist die zweite Fläche 20b des Prismas 20 in der Öffnung 18 angeordnet, die auf der Wand 32 an dem vorderen Ende 16a des Eintauchelements 16 angeordnet ist. Das Prisma 20 ist an der Öffnung 18 mittels des Randbereichs der zweiten Fläche 20b befestigt. Die zweite Fläche 20b ist gegenüber dem Refraktometer 10 durch die Öffnung 18 freigelegt, so dass sie in Kontakt mit der Probenflüssigkeit kommt, wodurch eine Grenzfläche zwischen der zweiten Fläche und der Probenflüssigkeit gebildet wird. Darüber hinaus liegt die zweite Fläche 20b in derselben Ebene wie die äußere ebene Fläche 32a der Wand 32, die die Öffnung 18 umgibt. Daher kann die zweite Fläche 20b zur Messung in Kontakt mit der Schnittfläche einer Frucht gebracht werden.
Mit Bezug auf 4 wiederum reflektiert die dritte Fläche 20c des Prismas 20 das Licht, das von der Lichtquelle 28 emittiert wurde und von der Grenzfläche zwischen dem Prisma 20 und der Probenflüssigkeit S auf die Lichtempfangsfläche 30a des Lichtempfangssensors 30 reflektiert wurde, total. Insbesondere wird das Licht La, das von der Lichtquelle 28 auf die zweite Fläche 20b fällt, welche die Grenzfläche zwischen der Probenflüssigkeit S und dem Prisma 20 darstellt, in einen gebrochenen Lichtstrahl und einen reflektierten Lichtstrahl Lb entsprechend dem relativen Brechungsindex der Probenflüssigkeit S und des Prismas 20 aufgeteilt, fällt der reflektierte Lichtstrahl Lb auf die dritte Fläche 20c. Die dritte Fläche 20c reflektiert den reflektierten Lichtstrahl Lb von der zweiten Fläche 20b total auf die Lichtempfangsfläche 30a des Lichtempfangssensors 30. Die dritte Fläche 20c funktioniert als Reflektor anstelle einer getrennten Einrichtung, wie zum Beispiel eines Lichtleiters, eines Spiegels und einer Linse, und bildet das Licht, das von der Lichtquelle 28 emittiert wurde und von der Grenzfläche zwischen der Probenflüssigkeit S und dem Prisma 20 reflektiert wurde, auf die Lichtempfangsfläche 30a des Lichtempfangssensors 30 ab, welcher an dem gleichen Substrat 26 wie die Lichtquelle angeordnet ist.
Die Winkel α, β und γ zwischen den drei Flächen 20a, 20b und 20c werden von dem Brechungsindex des Prismas 20, dem bevorzugten Messbereich des Brechungsindexes und der Totalreflexion des Lichtes von der zweiten Fläche 20b an der dritten Fläche 20c festgelegt. Darüber hinaus sind die Abmessungen der Flächen 20a, 20b und 20c durch die Abmessung des Lichtempfangssensors 30 und durch die bevorzugte Auflösung festgelegt.
Der Brechungsindex des Prismas 20 ist durch die zu detektierende lösliche Substanz in der Flüssigkeit festgelegt und liegt bevorzugt etwa im Bereich 1,4 bis 2,4. Wenn der Brechungsindex des Prismas 20 1,6 beträgt und der Messbereich ungefähr zwischen 1,33 und 1,55 liegt, beträgt der Winkel α zwischen der ersten Fläche 20a und der zweiten Fläche 20b etwa zwischen 25 und 45°, der Winkel β zwischen der zweiten Fläche 20b und der dritten Fläche 20c etwa 95 bis 120° und der Winkel γ zwischen der dritten Fläche 20c und der ersten Fläche 20a etwa 15 bis 60°.
Ein Temperatursensor 34 ist an der Fläche 26a des ersten Substrats 26 zwischen der Lichtquelle 28 und dem Lichtempfangssensor 30 befestigt. Der Temperatursensor 34 weist bevorzugt einen Temperatursensor mit einer Platinschicht auf. Ein Temperatursensor mit einer Platinschicht, der eine Abmessung von 1,6 mm Länge × 0,8 mm Breite × 0,45 mm Höhe aufweist, kann als Temperatursensor 34 verwendet werden.
Darüber hinaus ist eine Aussparung 36 auf der ersten Fläche 20a des Prismas 20 ausgebildet, die dem Temperatursensor 34 zugewandt ist. Ein wärmeleitendes Element 38 ist in der Aussparung 36 zum Kontaktieren sowohl des Temperatursensors 34 als auch des Prismas 20 angeordnet. Ein wärmeleitendes Element 38 ist bevorzugt aus wärmeleitendem Gummi hergestellt.
Wiederum mit Bezug auf 3 ist ein optischer Trägerrahmen 40 ferner auf der Fläche 26a des ersten Substrats 26 zum Halten des Prismas 20 ebenso wie zum Abschirmen der Lichtquelle 28 gegenüber Streulicht befestigt. Der optische Trägerrahmen 40 ist bevorzugt aus einem thermoplastischen Harz wie zum Beispiel PC (Polycarbonat), ABS-Harz (Acrylnitrilbutadienstyrol), PPE-Harz (Polyphenylenether) und dergleichen hergestellt.
Ein zweites Substrat 42 ist mit dem ersten Substrat 26 am Ende der Basis 26b des Eintauchelements verbunden. Die Bedienelemente 22a und 22b, ein Anzeigeelement 24 und ein Steuerungselement 46 werden an dem zweiten Substrat 42 gehalten (wie in 5 gezeigt). Das zweite Substrat 42 erstreckt sich längs der yz-Ebene in dem Innenraum innerhalb des Hauptkörpers 14 und bildet einen rechten Winkel mit dem ersten Substrat 26, das sich längs der zx-Ebene erstreckt. Insbesondere bilden eine Seitenfläche 44a eines Erweiterungsteils 44 des zweiten Substrats 42, das sich innerhalb des Eintauchelements 16 erstreckt, und die Fläche 26a des ersten Substrats 26 eine T-förmige Anordnung und sind dann miteinander mittels Weichlötens verbunden. Auf diese Weise kann die Verdrahtung zwischen dem ersten Substrat 26 und dem zweiten Substrat 42 ohne irgendwelche Drähte verbunden werden.
Mit Bezug auf das Blockdiagramm in 5, das die primären Komponenten des Refraktometers 10 veranschaulicht, weist das Steuerungselement 46 einen Verstärkerschaltkreis 48, der mit dem Lichtempfangssensor 30 verbunden ist, einen Widerstands-/Spannungswandlerschaltkreis 50, der mit dem Temperatursensor 34 verbunden ist, einen A/D-Wandlerschaltkreis 52, der mit dem Widerstands-/Spannungswandlerschaltkreis 50 verbunden ist, einen CPU-Schaltkreis (Recheneinheit) 54, der mit dem Verstärkerschaltkreis 48 und dem A/D-Wanderschaltkreis 52 verbunden ist, und eine Energieversorgungsschaltung 56 auf, die mit dem CPU-Schaltkreis 54 verbunden ist.
Der Verstärkerschaltkreis 48 verstärkt das elektrische Signal S₁, das von dem Lichtempfangssensor 30 ausgegeben wird. Der Widerstands-/Spannungswandlerschaltkreis 50 wandelt den Widerstandswert R, der von dem Temperatursensor 34 ausgegeben wird, in einen Spannungswert V. Der A/D-Wandlerschaltkreis 52 wandelt den Spannungswert V, der von dem Widerstands-/Spannungswandlerschaltkreis 50 ausgegeben wird, in ein Digitalsignal S₂.
Der CPU-Schaltkreis 54 weist einen Speicher (nicht gezeigt) auf, welcher ein Programm zum Wandeln des elektrischen Signals S₃, das von dem Verstärkerschaltkreis 48 ausgegeben wird, in einen Konzentrationswert und ein Programm zum Wandeln des Digitalsignals S₂, das von dem A/D-Wandlerschaltkreis 52 ausgegeben wird, in einen Temperaturkompensationswert speichert.
Darüber hinaus weist der CPU-Schaltkreis 54 einen Speicher (nicht gezeigt) auf, welcher mit einem Startknopf 22a und einem Resetknopf 22b des Bedienelements verbunden ist, und welcher ein Programm speichert, welches abläuft, wenn der Resetknopf 22b zur Korrektur aktiviert ist. Der CPU-Schaltkreis 54 weist einen weiteren Speicher (nicht gezeigt) auf, welcher ein Programm zum selektiven Ausführen irgendeines Detektionsmodus im Stapelbetrieb, in dem nur eine Detektion durchgeführt wird, wenn der Startknopf 22a gedrückt ist, und eines sequenziellen Detektionsmodus (zum Beispiel eine Detektion pro 5 Sekunden und 60 Detektionen insgesamt), in welchem mehrere sequenzielle Detektionen durchgeführt werden, wenn der Startknopf 22a gedrückt ist. Der Detektionsmodus kann zum Beispiel mittels Drückens des Startknopfes 22a und des Resetknopfs 22b zur gleichen Zeit geschaltet werden.
Die Energieversorgungsschaltung 56 versorgt den CPU-Schaltkreis 54 und andere Schaltungen, die Lichtquelle 28 und das Anzeigeelement 24 mit Energie.
Wiederum Bezug nehmend auf 3 sind der Hauptkörper 14 des Gehäuses 12 und das Eintauchelement 16 über das erste Ende 14a des Hauptkörpers 14 mittels der Basis 16b des Eintauchelements 16 miteinander in Eingriff gebracht und sind dann miteinander verbunden. Der Hauptkörper 14 ist ferner mit dem Eintauchelement 16 mittels Schrauben 58a und 58b oder dergleichen verbunden. O-förmige Ringe 59a und 59b sind an dem Verbindungsteil des Hauptkörpers 14 und des Eintauchelements 16 angeordnet.
Das Gehäuse 12 weist ferner eine Abdeckung 60 auf, die mit dem zweiten Ende 14b des Hauptkörpers 14 in Eingriff steht. Ebenso wie der Hauptkörper 14 ist die Abdeckung 60 aus einem thermoplastischen Harz hergestellt, bevorzugt hergestellt aus ABS-Harz. Ein O-förmiger Ring 61 ist an dem Verbindungsteil des Hauptkörpers 14 und der Abdeckung 60 bereitgestellt.
Eine Batterielagereinheit 62 ist an dem zweiten Ende 10b des Refraktometers 10 zum Lagern der Batterie bereitgestellt. Die Batterielagereinheit 62 weist ein Batteriefach 66, das mittels einer Trennwand 64 definiert ist, die an dem zweiten Substrat 42 angeordnet ist, und einen ersten Kontakt 68 und einen zweiten Kontakt 70 auf, die in dem Batteriefach 66 angeordnet sind und elektrisch mit der Energieversorgungsschaltung 56 verbunden sind (wie in 5 gezeigt). Das Batteriefach 66 weist eine Öffnung 72, die auf der Abdeckung 60 angeordnet ist, zum Laden/Entladen der Batterie auf.
Die Batterielagereinheit 62 weist ferner eine Batterieabdeckung 74 zum Öffnen/Schließen der Öffnung 72 auf. Die Batterieabdeckung 74 ist mittels eines Stifts 76 an der Abdeckung 60 drehbar montiert. Die Batterieabdeckung 74 weist einen Vorsprung 78 auf, der im Eingriff mit der Öffnung 72 steht. Eine ringförmige Rille 80 ist an dem Rand des Vorsprungs 78 bereitgestellt, wobei ein Dichtring (nicht gezeigt) in der ringförmigen Rille 80 angeordnet ist. Die Batterieabdeckung 74 ist bevorzugt aus einem elastischen Material wie zum Beispiel einem thermoplastischen Elastomer, PP-Harz (Polypropylen) und dergleichen hergestellt. Der Dichtring ist aus Ethylenpropylendienmonomer (EPDM) hergestellt.
Mit Bezug auf 5 wird der Betrieb des Refraktometers 10 beschrieben.
Wenn das Prisma 20 in Kontakt mit der Probenflüssigkeit gebracht wird und der Startknopf 22a gedrückt ist, leuchtet die Lichtquelle 28 auf.
Das auf das Prisma 20 einfallende Licht, das von der Lichtquelle 28 emittiert wurde, wird an der Grenzfläche zwischen der Probenflüssigkeit und dem Prisma 20 in einen gebrochenen Lichtstrahl und einen reflektierten Lichtstrahl entsprechend dem kritischen Winkel der Totalreflexion, der durch den relativen Brechungsindex der Probenflüssigkeit und des Prismas 20 definiert ist, aufgeteilt. Der reflektierte Lichtstrahl wird von der dritten Fläche 20c des Prismas 20 totalreflektiert (wie in 3 gezeigt), wird somit auf dem Lichtempfangssensor 30 abgebildet und mittels des Lichtempfangssensors 30 in ein elektrisches Signal S₁ gewandelt. Das elektrische Signal wird dann mittels des Verstärkerschaltkreises 48 verstärkt und an den CPU-Schaltkreis 54 gesendet.
Der Temperatursensor 34 detektiert die Temperatur des Prismas 20 und gibt einen Widerstandswert R entsprechend dem Temperaturwert aus. Der Widerstandswert R wird mittels des Widerstands-/Spannungswandlungsschaltkreises 50 in einen Spannungswert V gewandelt und wird ferner mittels des A/D-Wandlerschaltkreises 52 in ein Digitalsignal S₂ gewandelt, welches an den CPU-Schaltkreis 54 gesendet wird.
In dem CPU-Schaltkreis 54 wird ein Brechungsindex gemäß dem elektrischen Signal S₃ ermittelt, das von dem Verstärkerschaltkreis 48 ausgegeben wird. Der Brechungsindex wird dann mittels des Digitalsignals S₂ kompensiert, das von dem A/D-Wandlerschaltkreis 52 ausgegeben wird, so dass ein Konzentrationswert, wie zum Beispiel der Zuckergehalt, erzeugt wird, welcher auf dem Anzeigeelement 24 angezeigt wird.
Das Refraktometer 10 kann wie folgt hergestellt werden.

(a) Eine Aussparung 36 wird auf dem Prisma 20 ausgebildet und die drei Flächen 20a, 20b und 20c werden geschliffen. Die Verdrahtung wird auf dem ersten und dem zweiten Substrat 26 und 42 ausgebildet. Der CPU-Schaltkreis 54 und andere Schaltkreise, der Startknopf 22a und der Resetknopf 22b und das Anzeigeelement 24 und dergleichen werden auf dem zweiten Substrat 42 angeordnet.
(b) Die Lichtquelle 28, der Lichtempfangssensor 30 und der Temperatursensor 34 werden auf der Fläche 26a des ersten Substrats 26, wie in 4 gezeigt, befestigt. Als nächstes wird der optische Trägerrahmen 40, nachdem das wärmeleitende Element 38 in der Aussparung 36 des Prismas 20 angeordnet wurde, zum Halten des Prismas 20 auf dem ersten Substrat 26 mittels eines Verbindungselements, wie zum Beispiel Schrauben befestigt. Demzufolge wird die erste Fläche 20a des Prismas 20 der lichtemittierenden Fläche 28a der Lichtquelle 28 und der Lichtempfangsfläche 30a des Lichtempfangssensors 30 zugewandt angeordnet.
(c) Die Seitenfläche 44a des Erweiterungsteils 44 des zweiten Substrats 42 wird an die Fläche 26a des ersten Substrats 26 angelegt. Das zweite Substrat 42 wird mit dem optischen Trägerrahmen 40 mittels eines Verbindungselements, wie zum Beispiel Schrauben verbunden und wird mit dem ersten Substrat 26 mittels Weichlötens verbunden. Auf solche Weise wird die Verdrahtung des ersten Substrats 26 und des zweiten Substrats 42 verbunden und werden die Lichtquelle 28, der Lichtempfangssensor 30 und der Temperatursensor 34 an dem ersten Substrat 26 mit dem CPU-Schaltkreis 54 und anderen Schaltkreisen auf dem zweiten Substrat 42 verbunden.
(d) Der Hauptkörper 14 und die Abdeckung 60 werden mit einem thermoplastischen Harz wie zum Beispiel ABS-Harz spritzgegossen. Das Eintauchelement 16 wird aus rostfreiem Stahl mittels Metallformverfahren und dergleichen geformt. Die Batterieabdeckung 74 der Batterielagereinheit 62, die aus einem thermoplastischen Elastomer geformt ist, wird an der Abdeckung 60 montiert.
(e) Die Basis 16a des Eintauchelements 16 wird mit dem ersten Ende 14a des Hauptkörpers 14 in Eingriff gebracht. Dann wird das Gerät von der Seite des zweiten Endes 14b des Hauptkörpers 14 eingesetzt, werden das Hauptelement 14 und das Eintauchelement 16 miteinander durch Schrauben 58a und 58b verbunden.
(f) Die verbundenen ersten und zweiten Substrate 26 und 42 werden in den Innenraum des Hauptkörpers 14 und des damit verbundenen Eintauchelements 16 eingesetzt, was der zweiten Fläche 20b des Prismas 20 ermöglicht, durch die Öffnung 18 des Eintauchelements 16 freigelegt zu sein. Dann wird das Prisma 20 derart angeordnet, dass die zweite Fläche 20b in der gleichen Ebene wie die Fläche 32a liegt, die die Öffnung 18 umgibt. Der Randbereich der zweiten Fläche 20b wird an der Öffnung 18 mittels eines Haftmittels befestigt.
(g) Die Abdeckung 60 wird mit dem zweiten Ende 14b des Hauptkörpers 14 in Eingriff gebracht, so dass das Refraktometer 10 fertiggestellt ist.

Gemäß dem oben beschriebenen Refraktometer 10 kann das Eintauchelement 16 des Refraktometers 10 mittels Bereitstellens eines Eintauchelements 16 an einem Ende des Refraktometers 10 und Anordnens des Prismas 20 in der Öffnung 18 des Eintauchelements 16 zur Messung in eine Flüssigkeit eingetaucht werden (wie in 6 gezeigt) anstatt die Probenflüssigkeit wie im Stand der Technik auf dem Prisma 20 aufzuträufeln.
Mittels Anordnens der Fläche 20b des Prismas 20 in der gleichen Ebene wie der Fläche 32a, die das Prisma 20 umgibt, kann die Fläche 20b des Prismas 20 zur Messung in Kontakt mit der Schnittfläche einer Frucht (wie in 7 gezeigt) gebracht werden. Auf solche Weise kann der Zuckergehalt in einer Frucht oder dergleichen bestimmt werden, ohne dass die Frucht ausgepresst werden braucht. Ferner kann irgendwelche Probenflüssigkeit, die auf der Fläche 20b des Prismas 20 und der sie umgebenden Fläche 32a zurückgeblieben ist, leicht wegzuwischen sein.
Mittels Anordnens der Lichtquelle 28 und des Lichtempfangssensors 30 an dem gleichen Substrat 26 kann die Lichtquelle 28 und der Lichtempfangssensor 30 leicht positioniert werden. Ferner kann die Verdrahtung der Substrate 26, 42 durch direktes Verbinden des ersten Substrats 26 und des zweiten Substrats 42 ohne elektrische Drähte miteinander verbunden werden. Somit kann das Refraktometer 10 leichter und kostengünstiger hergestellt werden.
Mittels Anordnens der Lichtquelle 28 und des Lichtempfangssensors 30 auf dem gleichen Substrat 26 kann die Position der Lichtquelle 28 und des Lichtempfangssensors 30 exakt ermittelt werden und braucht nicht angepasst zu werden, wenn sie einmal angeordnet sind. Folglich ist das Refraktometer 10 kompakter, da kein Raum für das Anpassen der Position benötigt wird.
Da das Refraktometer 10 eine wasserdichte Struktur aufweist, kann es als Ganzes gereinigt werden. Ferner kann das Refraktometer 10 zur Online-Messung in Rohren angeordnet sein. Wenn die Online-Messung ausgeführt wird, kann der sequenzielle Detektionsmodus ausgewählt werden, um mehrere sequenzielle Detektionen durchzuführen.
Während die Erfindung insbesondere mit Bezug auf ihre exemplarischen Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Ausführungsbeispiele nicht die Erfindung beschränken sollen. Die Komponenten können durch irgendwelche Komponenten, die die gleiche Funktion haben, ersetzt werden.
Die Erfindung ist sehr gut geeignet zum Messen der Konzentration von löslichen Substanzen in einer Flüssigkeit auf einfache und genaue Art und Weise.

Claims

Refraktometer (10), aufweisend: ein Gehäuse (12), das ein Eintauchelement (16) aufweist, wobei das Eintauchelement (16) eine Öffnung (18) an einem Ende (10a) aufweist; ein Substrat (26), das in einem Innenraum des Eintauchelements (16) angeordnet ist; eine Lichtquelle (28), die an dem Substrat (26) angeordnet ist; einen Lichtempfangssensor (30), der an dem Substrat (26) angeordnet ist; ein Prisma (20), das eine erste Fläche (20a), die der Lichtquelle (28) und dem Lichtempfangssensor (30) zugewandt angeordnet ist, eine zweite Fläche (20b), die an der Öffnung (18) derart angeordnet ist, dass die zweite Fläche (20b) in Kontakt mit einer Probenflüssigkeit bringbar ist, um eine Grenzfläche zwischen der zweiten Fläche (20b) und der Probenflüssigkeit zu bilden, und eine dritte Fläche (20c) zum Totalreflektieren des Lichts, das von der Lichtquelle (28) emittiert wird und an der Grenzfläche reflektiert wird, und zum Abbilden des Lichts auf eine Lichtempfangsfläche des Lichtempfangssensors (30) aufweist; und eine Recheneinheit, die mit dem Lichtempfangssensor (30) zum Ermitteln des Brechungsindexes basierend auf der Ausgabe des Lichtempfangssensors (30) verbunden ist.
Refraktometer (10) nach Anspruch 1, wobei das Eintauchelement (16) aus korrosionsbeständigem Material hergestellt ist.
Refraktometer (10) nach Anspruch 2, wobei das korrosionsbeständige Material rostfreier Stahl ist.
Refraktometer (10) nach Anspruch 1, wobei das Eintauchelement (16) eine ebene Fläche (32a) aufweist, die die Öffnung (18) umgibt, wobei die ebene Fläche (32a) in der gleichen Ebene wie die zweite Fläche (20b) des Prismas (20) liegt.
Refraktometer (10) nach Anspruch 1, wobei das Refraktometer (10) ferner ein Anzeigeelement (24) zum Anzeigen des Messergebnisses, das mit der Recheneinheit verbunden ist, aufweist.
Refraktometer (10) nach Anspruch 1, wobei der Winkel (α) zwischen der ersten (20a) und der zweiten Fläche (20b) des Prismas (20) zwischen 25 und 45° beträgt und der Winkel (β) zwischen der zweiten (20b) und der dritten Fläche (20c) des Prismas (20) zwischen 95 und 120° beträgt.
Refraktometer (10) nach Anspruch 1, wobei zwischen einem Detektionsmodus im Stapelbetrieb, in dem eine einzige Detektion ausgeführt wird, und einem sequenziellen Detektionsmodus, in dem mehrere Detektionen sequenziell ausgeführt werden, ausgewählt werden kann, um ihn auszuführen.