DE2612497A1 - Verfahren und vorrichtung zum feststellen von festen fremdstoffen in einer fluessigkeit - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum feststellen von festen fremdstoffen in einer fluessigkeitInfo
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Description
HOFFMANN · EITLE & PARTNER
PATENTANWÄLTE DR. ING. E.HOFFMANN · DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K.HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEH N
D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · TELEFON (089) 9Π087 · TELEX 05-29619 (PATHE)
Anwaltsakte 27 873
Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen von festen Fremdstoffen in einer Flüssigkeit«
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Feststellen von festen Fremdstoffen, die in einer transparenten Flüssigkeit vorhanden sein können, welche in einen transparenten
Behälter gefüllt wird.
Verschiedene Typen von Verfahren zum Untersuchen von Flüssigkeit durch Verwendung eines fotoelektrischen Elementes sind
unter den makroskopischen Prüfverfahren zum Überprüfen und Aus-
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sondern von Flüssigkeit, in denen feste Fremdstoffe oder Verunreinigungen
vorhanden sind, bekannt und werden verwendet, welche im Gemisch z.B. in medizinischen Flüssigkeiten, flüssigem
Nahrungsmittel oder Getränken, Cosmetica, flüssigen Chemikalien und Reagenzen im flüssigen Zustand vorhanden sein
können, die in einem transparenten Behälter enthalten sind, beispielsweise in einer Ampulle, einem kleinen Glasgefäß,
in Flaschen oder anderen Arten von Behältern.
Die ERfindung schafft Verbesserungen des Verfahrenstyps, bei
welchem die Lichtintensität von durch die zu prüfende Flüssigkeit hindurchtretendem Licht gemessen wird und bei welchen insbesondere
ein Behälter, wie eine Ampulle, beleuchtet wird, und dann ein fotoelektrisches Element das Ausmaß der Abschirmung
des Lichtstrahls durch Fremdstoffe mißt, welche in der Flüssigkei im Behälter vorhanden sein können. Das fotoelektrische Element
erhält Lichtstrahlen, welche durch die Flüssigkeit im Behälter ohne Unterbrechung hindurchtreten, falls keine Fremdstoffe in
der Flüssigkeit vorhanden sind. Wenn jedoch ein Fremdstoff in der Flüssigkeit vorhanden ist, wird ein Teil des Lichtstrahles
durch den Fremdstoff unterbrochen, so daß der das fotoelektrische Elemente erreichende Anteil des Lichtstrahles absinkt. Durch
Messen dieses Absinkens kann somit die Menge an Fremdstoffen in der Flüssigkeit bestimmt werden.
Allgemein gesprochen ist der Wirkungsgrad des Anzeigesystems für eine feste Fremdsubstanz umso besser, je höher die Rotations
geschwindigkeit eines rotierenden Abtastkopfes ist an einem aus optischen Fasern aufgebauten Linien-Kreis-Umsetzer, der in dem
oben erwähnten System verwendet wird, in welchem der durch die Flüssigkeit hindurchtretende Lichtstrahl gemessen wird, weil
die Wahrscheinlichkeit des Feststeilens des Fremdstoffes wegen einer zufallsverteilten Bewegung des Fremdstoffes umso höher ist.
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je höher die Betriebsgeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit
ist. Jedoch verursacht eine Steigerung der Rotationsgeschwindigkeit Über etwa 5000 UPm hinaus Schwierigkeiten in der
mechanischen Struktur.
Durch die Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung
geschaffen, welche das genaue Nachweisen des Fremdstoffes ermöglicht, der in einer speziellen Bewegung in der Flüssigkeit
in Schwebe gehalten ist. Gemäß der ERfindung wird durch die Verwendung von zwei rotierenden Abtastköpfen unter Beibehaltung
einer konventionellen Geschwindigkeit im wesentlichen derselbe Effekt erreicht/ wie der Effekt, welcher durch Vergrößern der
Drehgschwindigkeit des Abtastkopfes in der konventionellen Vorrichtung um das Doppelte erzielt werden kann.
Insbesondere schafft die Erfindung ein Verfahren zum Prüfen einer
transparenten Flüssigkeit auf das Vorhandensein eines festen Fremdstoffes mit Hilfe der Lichtabschirmung durch den Fremdstoff,
wobei ein verschlossener transparenter Behälter, der mit einer transparenten Flüssigkeit gefüllt ist, zum Rotieren des festen
Fremdstoffes in der Flüssigkeit in Drehung versetzt wird, Licht durch die Flüssigkeit in dem Behälter projiziert wird und die
Intensität des durch den Behälter hindurchtretenden Lichtstrahles gemessen wird. Die Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet,
daß zwei rotierende Abtastköpfe, die koaxial zur Mittelachse eines aus optischen Fasern zusammengesetzten Linien-Kreis-Umsetzers
ausgerichtet sind, vorgesehen und zwei fotoelek- '· trische Elemente entsprechend an die Köpfe angeschlossen sind.
Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung durch welche eine gute Balance zweier rotierender Abtastköpfe
der aus optischen Fasern aufgebauten Linien-Kreis-Umsetzer
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erhalten wird, so daß ei? a hohe Rotationsgeschwindigkeit
erreicht werden kann. His.rbei sind die beiden rotierenden Abtastköpfe bei symmetrischer Position an dem kreisförmigen
Ende des aus optischen Pasern aufgebauten Linien-Kreis-Umsetzers angeordnet.
Außerdem schafft die Erfindung eine praktische und vorteilhafte Gestaltung des mechanischen Teils des Vorrichtungsanschlusses,
wobei die Schaftteile zweier rotierender Abtastköpfe in entgegengesetzte Richtungen weisend an der Mittelachse
des Umsetzers angeordnet werden und fotoelektrische Elemente an jeden der Ausgangsanschlüsse angeschlossen werden.
Alternativ ist die Vorrichtung so gestaltet, daß die entsprechenden rotierenden Teile (d.i. die Schaftteile und die Eingangsanschlüsse) zweier rotierender Abtastköpfe optisch über einen
Reflektor an optische Fasern in der Drehachse angeschlossen werden.
Beim konventionellen Verfahren wurde ein einziger rotierender Abtastkopf verwendet. Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung
hingegen werden zwei rotierende Abtastköpfe verwendet, so daß derselbe Effekt erzielbar ist, als wenn die Rotationsgeschwindigkeit
des Abtastkopfes in derkonventionellen Vorrichtung um das Doppelte heraufgesetzt würde. Durch die erfindungsgemäße
Lösung ist somit die Leistungsfähigkeit des Systems beträchtlich verbessert.
Zusammenfassend schafft die Erfindung im wesentlichen ein verbessertes
Verfahren zum Prüfen einer in einen transparenten Behälter wie eine Ampulle gefüllten Flüssigkeit auf Fremdstoffe,
die in der Flüssigkeit vorhanden sein können, wobei der Behälter
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in Drehung versetzt wird, Licht durch die Flüssigkeit in dem Behälter projiziert wird, die Lichtintensität von den durch
den Behälter hindurchtretenden Lichtstrahlen gemessen wird und der Grad an Lichtabschirmung bestimmt wird, die durch das
Vorhandensein der Stoffe verursacht wird, wobei insbesondere zwei rotierende Abtastköpfe an einem aus optischen Fasern
aufgebauten Linien-Kreis-Umsetzer vorgesehen sind und zwei fotoelektrische Elemente an die Köpfe angeschlossen sind.
Hierdurch wird mit konventioneller Geschwindigkeit im wesentlichen derselbe Effekt wie derjenige erzielt, der erhalten
werden kann, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Abtastkopfes verdoppelt würde.
WEitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der
folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die Zeichnung ersichtlich. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Anordnungsschema einer Vorrichtung,
Fig. 2 eine vergrößerte spezifische Ansicht eines aus optischen Fasern aufgebauten Linien-Kreis-Umsetzers, der als Abtastvorrichtung
in Fig. 1 verwendet werden kann,
Fig. 3a und 3b Längsschnitte rotierender Abtastköpfe gemäß bevorzugten Ausführungsformen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle 1 durch eine Kondensorlinse 2 gleichgerichtet, die
vor der Lichtquelle angeordnet ist und die zu untersuchende Ampulle A beleuchtet, welche fest auf einem umlaufenden Drehtisch
3 abgestützt ist. Der umlaufende Drehtsich 3 wird mit hoher Geschwindigkeit in Drehung versetzt und dann plötzlich ■
abgestoppt. Jedoch setzen sowohl die Flüssigkeit in der Ampulle
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als auch der Fremdstoff, welcher mit der Flüssigkeit vermengt
ist, ihre Drehbewegung aufgrund ihrer Trägheit fort. Eine Abbildungslinse 4 bildet das Bild des Fremdstoffes auf ein
Linearende 5 einer Anordnung 6 aus optischen Fasern in einem optischen FaserSystemabtaster ab, so daß das Bild des Fremdstoffes
verhindert, daß der Lichtstrahl von der Lampe 1 die Lichtaufnahmefläche der optischen Faser, d.i. das Linearende
der Faseranordnung erreicht. Die Verdunklung (d.i. das Bild des Fremdstoffes) an dem Linearende aufgrund der Abschirmung
des Lichtstrahles wird auf ein kreisförmiges Ende 7 durch die optischen Fasern ebenso wie Helligkeitsflecke an dem Linearende
übertragen, welche durch das Auftreffen von nicht abgeschirmten Licht hervorgerufen werden. Der Dunkel- oder Hellzustand
des kreisförmigen Endes 7 wird durch umlaufende Abtastköpfe 8 und 8' aufgenommen und durch diese aufdie Lichtaufnahmefläche
der fotoelektrischen Elemente 9 end 9· übertragen und
darin in elektrische Impulssignale umgesetzt, welche in den Verstärkern 10 und 101 verstärkt werden.
Jeder der rotierenden Abtastköpfe 8 oder 8' ist aus optischer
Faser (Lichtleitstäben) gebildet und enthält ein Eingangsende 16 oder 16", einen Armteil 17 oder 17', einen Schaftteil
18 oder 18' und ein Ausgangsende oder einen Ausgangsanschluß
19 bzw. 19'.
Auf diese Weise wird das Vorhandensein von festen Fremdsubstanzen in das Vorhandensein von elektrischen ImpulsSignalen umgeetzt,
wodurch geprüft werden kann, ob die feste Fremdsubstanz in der Flüssigkeit in der Ampulle vorhanden ist oder nicht.
In dem aus einem optischen Fasersystem aufgebauten Abtaster ist ein Linien-Kreis-Umsetzer aus einer Vielzahl von optischen
Fasern (Lichtlei'tstäben) aufgebaut, welche entsprechende feine
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Lichtaufnahmeflächen haben und zusammen in einer Linie aufeinander
ausgerichtet sind. Jede optische Faser hat eine Querschnittsabmessung,
welche der Geringstabmessung des nachzuweisenden Fremdkörpers entspricht (genau der Abmessung des Bildes
des kleinsten nachzuweisenden Körpers). Die Lichtaufnahmeflächen werden jeweils eine nach der anderen abgetastet.
Ein Beispiel der Abtastvorrichtung wird nun beschrieben: Wie aus Fig. 2 ersichtlich, welche eine vergrößerte Perspektivansicht
des aus optischen Fasern aufgebauten Linien-Kreis-Umsetzers
darastellt, ist die optische Fasersystem-Abtastvorrichtung
11 aus einen Linien-Kreis-Umsetzer unter Verwendung eine
Vielzahl von optischen Fasern 6, von denen jede einen Durchmesser von 100 μ hat, rotierenden Abtastköpfen 8 und 81 und fotoelektrischen
Elementen 9 und 9' aufgebaut. Viele optische Fasern bilden zusammen an dem einen Ende ein Linearende 5 in der
Richtung parallel zur Längsrichtung der Ampulle und bilden mit dem anderen Ende ein kreisförmiges Ende 7 (dadurch bilden
die Fasern die Linien-Kreis-Umsetzerstruktur).
Die entsprechenden Eingangsenden 16 und 16' der rotierenden
Abtastköpfe 8 und 8' können entlang des kreisförmigen Endes 7 laufen und dieses abtasten. Die Ausgangsenden 19 und 19' der
Köpfe 8 und 8' sind optisch an die Lichtaufnahmeflächen der
fotoelektrischen Elemente 9 und 91 angeschlossen. Jedoch ist der
Kopf 8' optisch über eine optische Faser 15 an das Element 9'
angeschlossen. Jede einzelne Lichtaufnahmefläche am Linearende 5 dieser optischen Fasern mit beträchtlicher Helligkeit durch
den Lichtstrahl von der Lichtquelle beleuchtet, der durch die Ampulle hindurchtritt, welche mit hoher Geschwindigkeit in
Drehung gebracht wurde und dann plötzlich abgestoppt wurde.
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Wenn jedoch momentan das Bild des Fremdstoffes über eine oder mehrere Lichtaufnahmeflächen des Linearendes 5 läuft (d.i. über
eine oder mehrere Endflächen der optischen Fasern), werden eine
oder mehrere Lichtaufnahmeflächen der optischen Fasern abgedunkelt,
da der Fremdstoff den Lichtstrahl von der Lichtquelle daran hindert, die Lichtaufnahmefläche zu erreichen. Die optischen
Fasern 6 übertragen den Hell- oder Dunkelzustand an dem Linearende 5 auf das Kreisende 7 und die umlaufenden Abtastköpfe
werden entlang des Kreisendes 7 zum Aufnehmen des Hell- oder Dunkelzustandes an jeder Endfläche der optischen Fasern am
Kreisende 7 rotierend angetrieben und dann setzen die fotoelektrischen Elemente den jeweiligen Zustand in eine entsprechende
elektrische STromstärke um. Danach werden die Prüfstücke entsprechend
diesen elektrischen Signalen in eine Prüfstückgruppe mit Fremdstoffen und eine Prüfstückgruppe ohne Fremdstoffe
unterteilt.
Die Eingangsenden 16 und 16· der beiden rotierenden Abtastköpfe
8 und 8' sind optisch an das Kreisende 7 des aus optischen
Fasern aufgebauten Linien-Kreis-Umsetzers angeschlossen und die Wellenteile 18 und 18' sind entlang der gemeinsamen Mittelachse
ineinander in entgegengesetzen Richtungen auf der Drehwelle 12
angeordnet, wobei jedes Ausgangsende 19 und 19' entsprechend an
lichtelektrische Elemente-angeschlossen ist. Die Armteile 17 und 17' können in einem Arbeitswinkel ausgerichtet sind, jedoch
wird es bevorzugt, daß sie um 180° gegeneinander versetzt sind. Die beiden Eingangsenden 16und 161 sind optisch an das Kreisende
7 der optischen Fasern 6 an zwei symmetrischen Positionen des Kreises angeschlossen, so daß eine gute Gleichgewichtslage erhalten
und beibehalten wird und eine hohe Drehgeschwindigkeit angewendet werden kann. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß
dieser Winkel nicht auf 180° bei der ERfindung beschränkt ist.
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Fig. 3a und 3b zeigen zwei Ausführungsformen der beiden Abtastköpfe.
Gemäß Fig. 3a sind die Schaftteile der umlaufenden Abtastköpfe 8 und 8· an der rotierenden Abtastwelle 12 befestigt
und an der gemeinsamen Drehachse der Köpfe 8 und 8 * angeordnet.
Gemäß Fig. 3b sind die umlaufenden Abtastköpfe 8 und 81 optisch
an optische Fasern 14 und 14' über einen Reflektor 13, wie eine
Spiegel, ein Prisma od.dergl. mit zwei entsprechenden Reflexionsfläche angeschlossen und fest an einer rotierenden Abtastwelle
12 abgestützt, die an der gemeinsamen Drehachse der Köpfe angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung läßt sich die hohe Prüfgenauigkeit selbst dann erreichen, wenn der Fremdstoff ein geringes Reflexionsvermögen
hat, weil der Fremdstoff das Ankommen des Lichtstrahles an der Lichtaufnahmefläche der optischen Fasern verhindert und
dies zum Nachweisen verwendet wird, so daß dadurch Signale erhalten werden mit einem vergrößerten Störabstand (S/N-Verhältnis)
Außerdem führt die Verwendung von zwei umlaufenden Abtastköpfen zu einem praktikablen Nachweisen des Fremdstoffes, welcher in
spezieller Bewegung in der Flüssigkeit in Schwebe gehalten ist, -.zu im wesentlichen demselben Effekt, wie derjenige, der
durch Vergrößerung der Drehgeschwindigkeit des Abtastkopfes um das Doppelte erhalten wird. Jedoch kann die Geschwindigkeit bei
der erfindungsgemäßen Lösung in der üblichen Grenze gehalten werden. Ferner wird durch die beiden erfindungsgemäßen Abtastköpfe
eine gute Auswuchtung der umlaufenden Abtastköpfe erreicht und eine zweckmäßige und hochgeeignet mechanische Lösung
erhalten.
Da ein Fremdstoff, welcher ein Bild mit der Abmessung des Durchmessers
dieser optischen Fasern erzeugt, der kleinste Fremdstoff ist, der nachgewiesen werden kann, kann die Geringstabmessung
des Fremdkörpers wahlweise geändert oder gewählt werden durch Einstellung der Vergrößerung der Abbildungslinse.
Die Lichtaufnahmeflächen der optischen Fasern können so angeordnet sein, daß sie zwei oder mehrere untereinander parallele
Linien bilden. 609842/0668
-Patentansprüche-
Claims (4)
- Patentansprüche.j Verfahren zum Prüfen einer Flüssigkeit auf das Vorhandensein eines festen Fremdstoffes, wobei ein verschlossener transparenter Behälter, der mit einer transparenten Flüssigkeit gefüllt ist, zum Drehen des Stoffes in der Flüssigkeit in Drehung versetzt wird, Licht durch die Flüssigkeit in dem Behälter projiziert wird und dann die Intensität des durch den Behälter hindurchtretenden, von dem Stoff abschijpbaren Lichstrahlens gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei rotierende Abtastköpfe vorgesehen werden, die koaxial zur Mittelachse eines aus optischen Fasern aufgebauten Linien-Kreis-Umsetzers ausgerichtet sind, und daß zwei fotoelektrische Elemente entsprechend an die Köpfe angeschlossen werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei umlaufenden Äbtastköpfe derart vorgesehen werden, daß ihre entsprechenden Schaftteile entlang der Mittelachse in entgegengesetzte Richtung weisend angeordnet sind, und entsprechend an zwei fotoelektrische Elemente angeschlossen sind.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei umlaufenden Abtastköpfe symmetrisch am kreisförmigen Ende des Umsetzers angeordnet werden.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Drehteile der beiden umlaufenden Abtastköpfe und der Drehwellenteil optisch über einen Reflektor miteinander verbunden sind.609842/0668 _u_Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Ermitteln der Menge von festen Fremdstoffen, welche in einer transparenten Flüssigkeit vorliegen können, die einen transparenten Behälter gefüllt ist, entsprechend der von einem Lichtstrahl abgegebenen Lichtmenge, der von dem Stoff wenigstens teilweise abgeschirmt wird, gekennzeichnet durch einen umlaufenden Drehtisch (3), auf welchem ein transparenter Behälter, der mit Flüssigkeit gefüllt iet, festlegbar und mit dem Drehtisch in Drehung versetzbar ist, eine Lichtquelle (1) zum Projizieren von Lichtstrahlen auf den Behälter durch ä.nfc Kondensorlinse (2), eineAbbildungslinse (4) zum Focussieren des durch den transparenten Behälter hindurctitretenden Strahles, einen aus optischen Fasern aufgebauten Abtaster (11) mit zwei rotierenden Abtastköpfen, einem fotoelektrischen Element (9) und einem Verstärker (10).609842/0668
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- 1976-03-24 GB GB7611889A patent/GB1542091A/en not_active Expired
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