DE102015116386A1 - Optical system for analyzing a medium - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein optisches System (1) zum Analysieren eines Mediums (2), umfassend eine Lichtquelle (3) zum Emittieren von Lichtstrahlen (4) durch das Medium (2), einen Empfänger (5) zum Empfangen der Lichtstrahlen (4), mindestens eine erste Blende (6) zum Begrenzen der Lichtstrahlen (4) der Lichtquelle (3), mindestens eine Linse (7) zum Abbilden der mindestens ersten Blende (6) auf den Empfänger (5), mindestens eine zweite Blende (8) zwischen der mindestens einen Linse (7) und dem Medium (2).The invention relates to an optical system (1) for analyzing a medium (2) comprising a light source (3) for emitting light beams (4) through the medium (2), a receiver (5) for receiving the light beams (4), at least one first diaphragm (6) for limiting the light beams (4) of the light source (3), at least one lens (7) for imaging the at least first diaphragm (6) on the receiver (5), at least one second diaphragm (8) between the at least one lens (7) and the medium (2).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System zum Analysieren eines Mediums.The invention relates to an optical system for analyzing a medium.
Zum Analysieren von Medien, insbesondere Flüssigkeiten in der Prozessmesstechnik werden häufig automatische Analysatoren eingesetzt. Die Bestimmung der Messgröße erfolgt in diesen Geräten häufig durch eine optische, z. B. photometrische oder spektrometrische Messung.Automatic analyzers are often used for analyzing media, in particular liquids in process measurement technology. The determination of the measured variable is often carried out in these devices by an optical, z. B. photometric or spectrometric measurement.
Leuchtdioden sind weit verbreitete Lichtquellen für optische Messungen. Ist die Messstrecke relativ lang, so ist ein definiertes Strahlenbündel aus Lichtstrahlen notwendig. Die einfachste Lösung ist ein Strahlenbündel aus parallelen Lichtstrahlen. Dabei treten jedoch verschiedene Probleme auf. Zum einen macht sich bei kleinen Durchmessern des Strahlenbündels, wie sie in automatischen Analysatoren in der Regel auftreten, störend bemerkbar, dass die Lichtquelle keine perfekte Punktlichtquelle ist. Leuchtdioden z. B. enthalten einen LED-Chip mit endlicher Ausdehnung. Daher kann die Leuchtdiode nicht einfach in den Brennpunkt einer Linse platziert werden, um ein paralleles Strahlenbündel zu erzeugen. Zum anderen sind bei kleinen Strahldurchmessern kleine Linsen mit kleinen Brennweiten notwendig. Solche Linsen sind schwierig zu justieren. Ferner muss für eine korrekte optische Ausrichtung der LED-Chip mittig auf der optischen Achse platziert werden. Dies kann aufgrund von Bauteiltoleranzen und Toleranzen beim Bestückungsvorgang nicht garantiert werden und macht eine nachträgliche Justierung notwendig.Light-emitting diodes are widely used light sources for optical measurements. If the measuring path is relatively long, a defined beam of light rays is necessary. The simplest solution is a beam of parallel rays of light. However, there are various problems. On the one hand, with small diameters of the beam, as they usually occur in automatic analyzers, it is annoyingly noticeable that the light source is not a perfect point light source. Light-emitting diodes z. B. include a LED chip with finite extent. Therefore, the light emitting diode can not be easily placed in the focal point of a lens to produce a parallel beam. On the other hand, small lenses with small focal lengths are necessary for small beam diameters. Such lenses are difficult to adjust. Furthermore, for proper optical alignment, the LED chip must be placed in the middle of the optical axis. This can not be guaranteed due to component tolerances and tolerances in the assembly process and makes a subsequent adjustment necessary.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System zum Analysieren eines Mediums anzugeben, dessen Lichtquelle ohne Justierung montierbar ist.The invention has for its object to provide an optical system for analyzing a medium whose light source can be mounted without adjustment.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist ein optisches System zum Analysieren eines Mediums, umfassend eine Lichtquelle zum Emittieren von Lichtstrahlen durch das Medium, einen Empfänger zum Empfangen der Lichtstrahlen, mindestens eine erste Blende zum Begrenzen der Lichtstrahlen der Lichtquelle, mindestens eine Linse zum Abbilden der mindestens ersten Blende auf den Empfänger, mindestens eine zweite Blende zwischen der mindestens einen Linse und dem Medium.The object is achieved by the subject invention. The invention relates to an optical system for analyzing a medium comprising a light source for emitting light rays through the medium, a receiver for receiving the light beams, at least a first aperture for limiting the light beams of the light source, at least one lens for imaging the at least first aperture on the receiver, at least one second aperture between the at least one lens and the medium.
Die Lichtquelle ist in diesem System ohne Justierung montierbar, weil die Strahlgeometrie durch die Positionen der ersten Blende und der Linse definiert werden, und zwar unabhängig von der toleranzbehafteten Position der Lichtquelle.The light source is mountable in this system without adjustment because the beam geometry is defined by the positions of the first aperture and the lens, regardless of the position of the light source subject to tolerances.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das optische System dermaßen dimensioniert, dass ein Durchmesser der mindestens zweiten Blende einer Bildgröße der ersten Blende auf dem Detektor entspricht.According to an advantageous development, the optical system is dimensioned such that a diameter of the at least second diaphragm corresponds to an image size of the first diaphragm on the detector.
Gemäß einer vorteilhaften Variante ist die mindestens erste Blende an einer der Lichtquelle zugewandten Fläche zumindest teilweise reflektierend für die Lichtstrahlen der Lichtquelle ausgestaltet, wobei ein Detektor vorgesehen ist, um die von der mindestens ersten Blende reflektierten Lichtstrahlen zu überwachen.According to an advantageous variant, the at least first diaphragm is embodied on a surface facing the light source at least partially reflecting for the light beams of the light source, wherein a detector is provided in order to monitor the light beams reflected by the at least first diaphragm.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch ein Spektrometer umfassend ein erfindungsgemäßes optisches System gelöst.The object of the invention is also achieved by a spectrometer comprising an optical system according to the invention.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch ein Analysegerät zur Bestimmung einer Messgröße einer flüssigen Probe, umfassend:
- – eine Messzelle,
- – mindestens einen Flüssigkeitsbehälter enthaltend eine Behandlungsflüssigkeit, insbesondere ein oder mehrere Reagenzien, zur Behandlung der flüssigen Probe,
- – eine Verfahrenstechnik-Einrichtung umfassend eine Förder- und Dosiervorrichtung zur Förderung und Dosierung der flüssigen Probe aus der Probensammeleinheit und der Behandlungsflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in die Messzelle;
- – einen, insbesondere fotometrischen Messaufnehmer, umfassend das erfindungsgemäße optische System, zur Bereitstellung mindestens eines mit der Messgröße der in der Messzelle enthaltenen, mit der Behandlungsflüssigkeit behandelten flüssigen Probe korrelierten Messsignals, gelöst.
- - a measuring cell,
- At least one liquid container containing a treatment liquid, in particular one or more reagents, for the treatment of the liquid sample,
- A process engineering device comprising a conveying and metering device for conveying and metering the liquid sample from the sample collecting unit and the treatment liquid from the liquid container into the measuring cell;
- A, in particular photometric, sensor, comprising the optical system according to the invention, for providing at least one measurement signal correlated with the measured variable of the liquid sample contained in the measuring cell and treated with the treatment liquid.
Die flüssige Probe entspricht in dieser Ausgestaltung der Erfindung dem zuvor erwähnten Medium durch das die Lichtstrahlen nach Passieren der Blende transmittiert werden, bevor sie auf den Empfänger treffen.The liquid sample in this embodiment of the invention corresponds to the aforementioned medium through which the light rays are transmitted after passing through the aperture before they strike the receiver.
Das Analysegerät kann eine elektrische Datenverarbeitungsanlage umfassen, die Messwerte der Messgröße anhand von durch den Empfänger des optischen Systems bereitgestellten Messsignalen ermittelt. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann außerdem dazu ausgestaltet sein, das Analysegerät, insbesondere die Verfahrenstechnik-Einrichtung zur Erfassung von Messwerten zu steuern.The analyzer may comprise an electrical data processing system which determines measured values of the measured variable on the basis of measurement signals provided by the receiver of the optical system. The data processing device may also be configured to control the analysis device, in particular the process engineering device for acquiring measured values.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following drawing. It shows:
Das optische System erzeugt mittels der Linse
Das optische System
Die erste Blende
Abstandselemente zwischen den optischen Komponenten sorgen für die korrekten Abstände. Die Komponenten (Erste Blende
Wird der Abbildungsmaßstab etwas größer gewählt, können auch Linsen mit größerer Brennweite verwendet werden. Mit den größeren mechanischen Abmessungen und der größeren Brennweite sind solche Linsen unempfindlicher gegen Einbautoleranzen.If the magnification chosen is slightly larger, lenses with a larger focal length can also be used. With the larger mechanical dimensions and larger focal length, such lenses are less sensitive to installation tolerances.
Aus dem Messsignal wird eine Analysemessgröße, z. B. eine Ionenkonzentration ermittelt. Die Flüssigkeit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Optisches System Optical system
- 22
- Medium medium
- 33
- Lichtquelle light source
- 44
- Lichtstrahlen light rays
- 55
- Empfänger receiver
- 66
- Erste Blende First aperture
- 77
- Linse lens
- 88th
- Zweite Blende Second aperture
- 99
- Detektor detector
Claims (5)
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