DE102009020459A1

DE102009020459A1 - Submersible sensor for optical analysis of fluid medium i.e. drugs, has rod-shaped partial bodies mechanically connected with one another by distance piece, where distance piece is variably designed for adjusting layer thickness

Info

Publication number: DE102009020459A1
Application number: DE102009020459A
Authority: DE
Inventors: Joachim Mannhardt; Franz J. Fähler
Original assignee: PHARMA TEST APPARATEBAU GmbH; PHARMA TEST APPBAU GmbH; J&M Analytik AG
Current assignee: Pharma Test Apparatebau De GmbH
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-11-11

Abstract

The sensor has rod-shaped partial bodies (1a, 1b) mechanically connected with one another by a distance piece (2). The bodies comprise optical conductors (4a, 4b) for guiding optical measuring radiation. Coupling and decoupling prisms (6a, 6b) are provided for overcoupling of the measuring radiation from one of the bodies to another body. The bodies are arranged at a distance from each other with a layer thickness in an area of the overcoupling of the radiation, where the distance piece is variably designed for adjusting the layer thickness and made from plastic or stainless steel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tauchsonde zur Ermittlung von Stoffkonzentrationen, insbesondere in flüssigen Medien. Derartige Tauchsonden werden nach dem Stand der Technik beispielsweise dadurch realisiert, dass optische Strahlung mittels eines Lichtwellenleiters in ein zu vermessendes flüssiges Medium eingebracht wird, in diesem Medium über eine bestimmte Schichtdicke D hinweg freioptisch verläuft und in einen weiteren Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, durch welchen die optische Strahlung das Medium wieder verlässt. Danach wird die austretende optische Strahlung spektroskopischen Untersuchungen zugeführt, woraus sich beispielsweise das Lösungsverhalten von Arzneimitteln in Flüssigkeiten über der Zeit ermitteln lässt.The The invention relates to a submersible probe for determining substance concentrations, especially in liquid media. Such immersion probes are realized according to the prior art, for example by that optical radiation by means of an optical waveguide in a is introduced to be measured liquid medium, in this Medium over a certain layer thickness D away optically runs and is coupled into another optical waveguide, through which the optical radiation leaves the medium again. Thereafter, the emergent optical radiation is spectroscopic Examinations supplied, from which, for example, the Dissolution behavior of drugs in liquids over to determine the time.

Eine gattungsgemäße Tauchsonde ist in dem US-Patent US 6,580,506 B2 beschrieben. Dort wird die optische Strahlung über in gebogenen Röhren angeordnete Fasern in das zu vermessende Medium eingebracht. Dabei sind die Röhren in ihrem unteren Bereich in der Weise gebogen, dass sich die beiden Enden der Fasern in einem bestimmten Abstand D, der Schichtdicke, im zu vermessenden Medium gegenüberliegen und die aus der einen Faser austretende Strahlung in die andere Faser eingekoppelt wird. Der Abstand der beiden Stirnseiten der Fasern ist dabei durch die Geometrie von fest mit den gebogenen Röhren verbundenen Verbindungsstücken und durch die Geometrie der Röhren selbst fest vorgegeben.A generic immersion probe is in the U.S. Patent US 6,580,506 B2 described. There, the optical radiation is introduced via arranged in bent tubes fibers in the medium to be measured. In this case, the tubes are bent in their lower region in such a way that the two ends of the fibers are opposed at a certain distance D, the layer thickness, in the medium to be measured and the radiation emerging from one fiber is coupled into the other fiber. The distance between the two end faces of the fibers is fixed by the geometry of fixedly connected to the bent tubes connecting pieces and the geometry of the tubes themselves.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Tauchsonde mit erhöhter Flexibilität, insbesondere im Hinblick auf die Schichtdicke, anzugeben.The Invention sets itself the task of a submersible probe with increased Flexibility, in particular with regard to the layer thickness, specify.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Tauchsonde mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung.These The problem is solved by the immersion probe with the in claim 1 specified characteristics; the dependent claims relate to advantageous Embodiments and developments of the invention.

Die erfindungsgemäße Tauchsonde zur optischen Analyse von flüssigen Medien zeigt zwei durch ein Distanzstück mechanisch verbundene stabförmige Teilträgerkörper, welche Mittel zur Führung optischer Messstrahlung aufweisen. Daneben sind Mittel zur Überkopplung von in den Teilträgerkörpern geführter optischen Messstrah lung von einem der Teilträgerkörper in den anderen vorhanden und die Teilträgerkörper sind im Bereich der Überkopplung der optischen Messstrahlung mit einer Schichtdicke D von einander beabstandet. Erfindungsgemäß ist das Distanzstück zur Einstellung einer vorgegebenen Schichtdicke D variabel ausgeführt. Unter „variabel” ist zu verstehen, dass das Distanzstück wechselbar, also gegen ein anderes Distanzstück mit anderer Geometrie austauschbar ausgebildet sein kann. Ferner kann die Variabilität des Distanzstückes darin bestehen, dass es hinsichtlich seiner Einbauweise, also insbesondere hinsichtlich seiner räumlichen Orientierung in Bezug auf die übrigen Bestandteile der Tauchsonde variabel sein kann. Daneben kann auch die Geometrie des Distanzstückes selbst gegebenenfalls verändert werden, so dass sich auch hierdurch eine Änderung der Schichtdicke D ergibt. Auch eine Kombination dieser Möglichkeiten ist denkbar. Der Wechsel des Distanzstücks oder die Änderung der geometrischen Form bzw. der Einbauorientierung kann dabei insbesondere unter Verwendung einer hydraulischen, pneumatischen oder auch elektrischen Aktuatorik erfolgen, so dass die Einstellung der gewünschten Schichtdicke automatisiert vorgenommen werden kann. Schichtdicken bis in den Bereich von ca. 0,1 mm bis 20 mm können mit der erfindungsgemäßen Tauchsonde realisiert werden.The Inventive immersion probe for optical analysis of liquid media shows two by a spacer mechanically connected rod-shaped partial carrier bodies, which comprise means for guiding optical measuring radiation. In addition, means for overcoupling in the sub-carrier bodies guided optical Messstrah ment of one of the sub-carrier body present in the others and the sub-carrier bodies are in the range of the coupling of the optical measuring radiation with a layer thickness D from each other. According to the invention the spacer for setting a predetermined layer thickness D variable executed. Under "variable" is to understand that the spacer exchangeable, ie against another spacer with other geometry interchangeable can be trained. Furthermore, the variability of the Spacer in that it is in terms of its Installation way, so in particular with regard to its spatial Orientation with respect to the remaining components of the immersion probe can be variable. In addition, also the geometry of the spacer even be changed if necessary, so that too This results in a change in the layer thickness D. Also one Combination of these possibilities is conceivable. The change of the spacer or the change of the geometric Form or the installation orientation can in particular under use a hydraulic, pneumatic or electric actuator done so that the adjustment of the desired layer thickness can be automated. Layer thickness up to the Range of about 0.1 mm to 20 mm can with the invention Immersion probe can be realized.

Das Distanzstück kann aus einem Edelstahl oder einem Kunststoff oder auch aus einem anderen Material gebildet sein.The Spacer can be made of a stainless steel or a plastic or be formed from a different material.

Die mechanische Verbindung des Distanzstückes mit den Teilkörpern kann als lösbare Verbindung, insbesondere als Schraubverbindung, Schwalbenschwanzverbindung oder auch als magnetische Verbindung ausgeführt sein.The mechanical connection of the spacer with the part bodies can be used as a detachable connection, in particular as a screw connection, Dovetail connection or as magnetic connection be executed.

Das Distanzstück selbst kann als Polyeder, insbesondere als quaderförmiger Körper ausgebildet sein. Diese Variante der Erfindung gestattet es, allein durch eine Veränderung der Einbauorientierung des Distanzstückes auf einfache Weise eine Änderung der Schichtdicke D zu erreichen.The Spacer itself can be used as polyhedra, especially as be formed cuboid body. These Variant of the invention allows, alone by a change the installation orientation of the spacer to simple Way to achieve a change in the layer thickness D.

Daneben kann das Distanzstück in der Weise ausgebildet sein, dass sich seine geometrische Form dahingehend ändern lässt, dass sich seine räumliche Erstreckung im Bereich zwischen der Teilträgerkörpern ändert. Hierzu kann das Distanzstück bspw. in der Art eines Parallelogramms vergleichbar mit einer „Nürnberger Schere”, also einer gelenkartigen Anordnung aus mehreren gekreuzten Stäben, ausgebildet sein.Besides the spacer may be formed in such a way that to change its geometric shape to that effect, that its spatial extent is in the range between the sub-carrier bodies changes. For this the spacer can, for example, in the manner of a parallelogram comparable with a "Nuremberg scissors", So a joint-like arrangement of several crossed rods formed be.

Die Mittel zur Führung optischer Messstrahlung in den Teilträgerkörpern können als Lichtwellenleiter, insbesondere als UV-Fasern zur Führung der optischen Messstrahlung ausgebildet sein; ferner ist auch eine frei optische Übertragung der optischen Messstrahlung in den Teilkörpern denkbar.The Means for guiding optical measuring radiation in the subcarrier bodies can be used as optical waveguides, in particular as UV fibers be designed to guide the optical measuring radiation; Furthermore, a free optical transmission of the optical measuring radiation is also possible conceivable in the partial bodies.

Zur Überkopplung der Messstrahlung von einem Teilträgerkörper in den anderen können Prismen aufweisen verwendet werden, durch welche die Messstrahlung umgelenkt werden kann; ferner können hierzu auch Spiegel zur Anwendung kommen.To the overcoupling the measuring radiation from a subcarrier body in the others may have prisms, through which the measuring radiation can be deflected; furthermore This also mirrors are used.

Nachfolgend werden exemplarische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.The following are exemplary Ausfüh tion forms of the invention explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigt:It shows:

1 eine exemplarische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tauchsonde, 1 an exemplary embodiment of the immersion probe according to the invention,

2 eine Draufsicht von der Seite des Distanzstücks 2 auf die erfindungsgemäße Tauchsonde; und 2 a plan view from the side of the spacer 2 to the immersion probe according to the invention; and

3 in einer Ausschnittsvergrößerung eine Variante zur Umlenkung der optischen Messstrahlung. 3 in a partial enlargement a variant for deflecting the optical measuring radiation.

1 zeigt eine exemplarische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tauchsonde. Die Tauchsonde zeigt dabei als Teile des Sondenkörpers 1 die beiden Teilkörper 1a und 1b, die jeweils als im Wesentlichen hohlzylindrische Körper ausgebildet sind. In einem stirnsei tigen Bereich der beiden Teilkörper 1a bzw. 1b ist das Distanzstück 2 in der Weise angeordnet, dass die beiden Teilkörper 1a und 1b im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Im Innenraum der beiden Teilkörper 1a bzw. 1b sind die beispielsweise als UV-Fasern ausgebildeten Lichtwellenleiter 4a bzw. 4b angeordnet, die sich bis in den dem Distanzstück 2 abgewandten stirnseitigen Bereich der Teilkörper 1a bzw. 1b erstrecken. In diesem Bereich werden die Lichtwellenleiter 4a bzw. 4b durch die Ferrule 5a bzw. 5b mechanisch fixiert. Die Stirnseiten der Lichtwellenleiter 4a und 4b werden von jeweils einer Seitenfläche des Einkoppelprismas 6a bzw. des Auskoppelprismas 6b abgeschlossen. Die andere Seitenflächen der Prismen 6a bzw. 6b stehen jeweils mit den Fenstern 8a bzw. 8b in Verbindung. Im Betrieb verläuft die optische Messstrahlung in der UV-Faser 4b in Richtung des Auskoppelprismas 6b. Die optische Messstrahlung tritt dann an der Stirnseite der UV-Faser 4b aus und wird durch das Auskoppelprisma 6b in Richtung des Fensters 8b umgelenkt und durchtritt dieses. Das Fenster 8b kann dabei als planparallele Platte oder auch Linse, insbesondere als Plankonvexlinse ausgebildet sein. Danach passiert die Strahlung freioptisch eine Messstrecke in dem zu analysierenden Medium, die mit der Schichtdicke D bezeichnet ist. Nach dem Passieren der Schichtdicke D tritt die optische Strahlung durch das Fenster 8a in den Innenbereich des Teilkörpers 1a ein, wo sie von dem Einkoppelprisma 6a in Richtung der Stirnseite der UV-Faser 4a umgelenkt und in diese eingekoppelt wird. Dabei kann das Fenster 8a in analoger Weise wie das Fenster 8b ausgebildet sein. Die optischen Komponenten der Anordnung wie z. B. die Mittel zur Überkopplung der Messstrahlung, bspw. Mikrolinsen aus Quarzglas, können zur mechanischen Fixierung – bspw. durch die Verwendung eines CO₂-Lasers – mit einander verbunden, insbesondere verschmolzen sein. Die in die Faser 4a eingekoppelte optische Strahlung wird danach einer in der 1 nicht dargestellten Analysevorrichtung zugeführt. Aus der 1 wird erkennbar, dass die Schichtdicke D im Wesentlichen von der Geometrie des Distanzstücks 2 abhängig ist. Im vorliegenden Beispiel ist das Distanzstück 2 als im Wesentlichen planparalleler Block ausgebildet, der mit den Teilkörpern 1a bzw. 1b verschraubt ist. Die lösbare Schraubverbindung ermöglicht es dabei, einerseits den beispielsweise als Quader oder als beliebigem Polyeder gestalteten Block in verschiedene Einbaupositionen zwischen den beiden Teilkörpern 1a und 1b zu drehen und so eine variable Schichtdicke D zu erreichen. Mit anderen Worten können bestimmte, vorab ausgewählte Schichtdicken zur Messung dadurch ausgewählt werden, dass der Block 2 jeweils in der entsprechenden Position mit den beiden Teilkörpern 1a bzw. 1b verschraubt wird. Die Einstellung der gewünschten Schichtdicke d kann dabei dadurch erleichtert werden, dass die jeweils zu wählenden mit den Teilkörpern 1a bzw. 1b zu verschraubenden Flächen des Blocks bzw. des Polyeders mit einer Beschriftung oder auch mit einer entsprechenden Farbcodierung versehen werden. Der Block 2 muss dabei nicht zwingend mit den Teilkörpern verschraubt werden; denkbar sind auch andere lösbare Verbindungen wie beispielsweise eine magnetische Verbindung, eine Klemmung oder eine Schwalbenschwanzführung bzw. ein Bajonettverschluss. 1 shows an exemplary embodiment of the immersion probe according to the invention. The immersion probe shows as part of the probe body 1 the two part bodies 1a and 1b , which are each formed as a substantially hollow cylindrical body. In a frontal area of the two partial bodies 1a respectively. 1b is the spacer 2 arranged in such a way that the two part bodies 1a and 1b essentially parallel to each other. In the interior of the two body parts 1a respectively. 1b are formed, for example, as UV fibers optical waveguide 4a respectively. 4b arranged, extending into the spacer 2 facing away from the frontal region of the body part 1a respectively. 1b extend. In this area are the optical fibers 4a respectively. 4b through the ferrule 5a respectively. 5b mechanically fixed. The front sides of the optical fibers 4a and 4b are each of a side surface of the coupling prism 6a or the decoupling prism 6b completed. The other side surfaces of the prisms 6a respectively. 6b stand each with the windows 8a respectively. 8b in connection. During operation, the optical measuring radiation passes through the UV fiber 4b in the direction of the decoupling prism 6b , The optical measuring radiation then occurs at the end face of the UV fiber 4b out and gets through the decoupling prism 6b in the direction of the window 8b diverted and passes through this. The window 8b can be designed as a plane-parallel plate or lens, in particular as Plankonvexlinse. Thereafter, the radiation passes through a free-optical measuring section in the medium to be analyzed, which is denoted by the layer thickness D. After passing through the layer thickness D, the optical radiation passes through the window 8a in the interior of the body part 1a where they are from the coupling prism 6a towards the front of the UV fiber 4a is diverted and coupled into this. The window can do this 8a in a similar way as the window 8b be educated. The optical components of the arrangement such. For example, the means for coupling the measuring radiation, for example. Microlenses made of quartz glass, for mechanical fixation - for example, by the use of a CO ₂ laser - connected to each other, in particular fused. The in the fiber 4a coupled optical radiation is then one in the 1 supplied to analysis device, not shown. From the 1 It can be seen that the layer thickness D is essentially based on the geometry of the spacer 2 is dependent. In the present example, the spacer 2 formed as a substantially plane-parallel block, with the part bodies 1a respectively. 1b is screwed. The detachable screw connection makes it possible, on the one hand, for example, designed as a cuboid or as any polyhedron block in various mounting positions between the two part bodies 1a and 1b to rotate and so to achieve a variable thickness D. In other words, certain preselected layer thicknesses may be selected for measurement by the block 2 in each case in the corresponding position with the two partial bodies 1a respectively. 1b is screwed. The setting of the desired layer thickness d can be facilitated by the fact that each to be selected with the part bodies 1a respectively. 1b To be screwed surfaces of the block or the polyhedron are provided with a label or with a corresponding color coding. The block 2 does not necessarily have to be screwed to the part bodies; Also conceivable are other releasable connections such as a magnetic connection, a clamp or a dovetail guide or a bayonet lock.

Im Betrieb ist die in 1 gezeigte Tauchsonde in der Weise in das zu vermessende Medium eingetaucht, dass die Überkopplung der optischen Messstrahlung von einem Teilkörper 1b in den anderen 1a in horizontaler Richtung erfolgt, was dazu führt, dass die Bildung von Luftblasen, welche die Messung stören könnten, vermieden wird.In operation, the in 1 immersion probe shown in the manner immersed in the medium to be measured, that the coupling of the optical measuring radiation of a partial body 1b in the others 1a takes place in the horizontal direction, which leads to the formation of air bubbles, which could interfere with the measurement, is avoided.

2 zeigt eine Draufsicht von der Seite des Distanzstücks 2 auf die erfindungsgemäße Tauchsonde. Gut erkennbar ist dabei die Anordnung des Distanzstücks 2 zwischen den beiden Teilkörpern und die Führung der Lichtwellenleiter 4a bzw. 4b im Inneren der hohl ausgebildeten Teilkörper 1a bzw. 1b. 2 shows a plan view from the side of the spacer 2 to the immersion probe according to the invention. Well recognizable is the arrangement of the spacer 2 between the two sub-bodies and the leadership of the optical fibers 4a respectively. 4b inside the hollow part body 1a respectively. 1b ,

3 zeigt in einer Ausschnittsvergrößerung eine Variante zur Umlenkung der optischen Messstrahlung in dem dem Distanzstück 2 abgewandten Teil eines der Teilkörper. In der gezeigten Variante ist im Bereich der Stirnseite des Lichtwellenleiters 4 die Mikrolinse 11 angeordnet. Der Mikrolinse 11 benachbart befindet sich der Spiegel 12 zur Umlenkung der optischen Strah lung, die aus dem Fenster 8 aus- bzw. eintritt. Es ist denkbar, beide Teilkörper anstatt der in 1 gezeigten Variante mit der in 3 skizzierten Ein- bzw. Auskoppeloptik zu versehen; daneben ist es auch vorstellbar, Mischformen anzuwenden; d. h. die Einkoppelseite mit der in 1 gezeigten Optik auszustatten, wohingegen die Auskoppelseite mit der in 3 vorgestellten Optik versehen wird. Auch der umgekehrte Fall ist möglich. 3 shows in a partial enlargement a variant for deflecting the optical measuring radiation in the spacer 2 remote part of one of the part bodies. In the variant shown, in the region of the end face of the optical waveguide 4 the microlens 11 arranged. The microlens 11 adjacent is the mirror 12 for redirecting the optical radiation coming out of the window 8th exit or enter. It is conceivable, both partial body instead of in 1 shown variant with the in 3 sketched input or output optics; besides, it is conceivable to use mixed forms; ie the Einkoppelseite with in 1 equipped optics, whereas the Outcoupling side with the in 3 featured optics is provided. The reverse case is possible.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 6580506 B2 [0002]

Claims

Immersion probe for optical analysis of liquid media, with two by a spacer ( 2 ) mechanically connected rod-shaped subcarrier bodies ( 1a . 1b ), which means ( 4a . 4b ) for guiding optical measuring radiation and wherein means ( 6a . 6b ) for the coupling of in the sub-carrier bodies ( 1a . 1b ) guided optical measuring radiation from one of the sub-carrier body ( 1b ) in the other ( 1a ) are present and wherein the sub-carrier body ( 1a . 1b ) in the region of the coupling of the optical measuring radiation with a layer thickness (D) are spaced from each other, characterized in that the spacer ( 2 ) is made variable to set a predetermined layer thickness (D).

Immersion probe according to claim 1, characterized that the mechanical connection as a detachable connection is trained.

Immersion probe according to claim 2, characterized in that that the mechanical connection designed as a screw connection is.

Immersion probe according to claim 2, characterized in that that executed the mechanical connection as a dovetail joint is.

Immersion probe according to claim 2, characterized in that that the mechanical connection is designed as a magnetic connection is.

Immersion probe according to one of claims 1-5, characterized in that the spacer ( 2 ) is designed as a polyhedron, in particular as a cuboid body.

Immersion probe according to claim 1, characterized in that the spacer ( 2 ) is formed in such a way that its geometric shape can be changed so that its spatial extent in the region between the sub-carrier bodies ( 1a . 1b ) changes.

Immersion probe according to one of the preceding claims, characterized in that the means ( 4a . 4b ) for guiding optical measuring radiation in the subcarrier bodies ( 1a . 1b ) are formed as optical waveguides, in particular as UV fibers for guiding the optical measuring radiation.

Immersion probe according to claim 1, characterized in that the means for coupling prisms ( 6a . 6b ) exhibit.

Immersion probe according to claim 1, characterized in that the means for coupling mirror ( 12 ) exhibit.