DE3512839A1

DE3512839A1 - Fuehler fuer teilchen in einem fluid

Info

Publication number: DE3512839A1
Application number: DE19853512839
Authority: DE
Inventors: Scott M. Alta Loma Calif. Dick; Edward F. Court Redlands Calif. Patterson
Original assignee: Wehr Corp
Current assignee: Wehr Corp
Priority date: 1984-04-11
Filing date: 1985-04-10
Publication date: 1986-01-02
Also published as: GB2157428A; JPS61884A; US4624567A; GB2157428B; GB8508674D0

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Fühler zum Messen und Zählen von Teilchen, die in einem Fluid enthalten sind,und insbesondere Fühler vom Blockierungs- oder Verdunklungstyp.

Bisherige Fühler für Teilchen in einem Fluid von der Blockierungsart umfassen zwei rostfreie Stahlblöcke, die zwei nahe beabstandete, ebene Oberflächen aufweisen, die einen Fluidspalt bilden, typischerweise 100 μπι breit, durch den das zu analysierende Fluid strömt. Jeder Block weist eine Durchbohrung auf, die beide eine gemeinsame Längsachse senkrecht zu den ebenen Oberflächen haben, und jede Bohrung enthält einen transparenten Stab mit inneren und äußeren Enden, wobei das innere Ende eines jeden Stabes zu der ebenen Oberfläche des rostfreien Stahlblockes ausgerichtet ist, die den Stab hält, so daß die inneren Enden der Stäbe durch den Fluidspalt voneinander getrennt sind. Einer der Stäbe, im folgenden als der maskierte Stab bezeichnet, ist an beiden Enden mit einem Paar Maskenplatten überdeckt, die identische, zueinander ausgerichtete, rechteckige öffnungen aufweisen. Eine Lichtquelle ist nahe dem äußeren Ende des maskierten Stabes angeordnet , und ein optisches Erfassungssystem befindet sich nahe dem äußeren Ende des anderen Stabes, der im folgenden als der unmaskierte Stab bezeichnet wird.

Von der Lichtquelle ausgehende Lichtstrahlen treten durch die öffnung in der Maskenplatte, die das äußere Ende des maskierten Stabes überdeckt, in den maskierten Stab ein. Die Größe dieser öffnung 35

weist typischerweise eine Querabmessung von 150 μΐη auf. Die Lichtstrahlen werden von den Innenwänden des maskierten Stabes reflektiert, bis sie durch die Öffnung in der Maskenplatte, die das innere Ende des Stabes überdeckt, austreten. Die Lichtstrahlen überqueren dann den Fluidspalt zwischen den Blöcken und treten in das innere Ende des unmaskierten Stabes ein, laufen durch den Stab und treten an dem äußeren Ende des unmaskierten Stabes aus, wo sie von dem optischen Erfassungssystem erfaßt werden.

Teilchen in dem Fluid, die durch den Fluidspalt hindurchgehen, blockieren einen Teil der Lichtstrahlen, wodurch sie einen Schatten erzeugen, welcher von dem optischen Erfassungssystem wahrgenommen wird.

Eine Schwierigkeit bei diesen herkömmlichen Fühlern vom Blockierungstyp für Teilchen in einem Fluid besteht darin, daß das optische Erfassungssystem getäuscht werden kann. Da das optische Erfassungssystem nur Schatten und nicht die tatsächlichen Teilchen in dem Fluid sieht, hängt die Größe eines Teilchens, wenn es von dem optischen Erfassungssystem gemessen wird, von der Größe des von dem Teilchen geworfenen Schattens ab, und die Anzahl der Teilchen in dem Fluid, wie sie von dem optischen Erfassungssystem gemessen werden, hängt von der Anzahl der einzelnen von den Teilchen in dem Fluid geworfenen Schatten ab.

Um einen Schatten zu erzeugen, muß sich ein Teilchen in dem Sichtvolumen des Fühlers befinden, d.h. dem Volumen, welches von den Lichtstrahlen beleuchtet wird, die von dem maskierten Stab durch den Spalt hindurch zu dem unmaskierten Stab verlaufen.

Das tatsächliche Sichtvolumen bei herkömmlichen Fühlern ist eine abgeschnittene Pyramide, deren kleineres Ende die Öffnung an dem inneren Ende des maskierten Stabes bildet und deren Basis das innere Ende des ° unmaskierten Stabes ist. Wegen der Form dieses tatsächlichen Sichtvolumens erzeugt ein Teilchen in der Nähe des unmaskierten Stabes einen wesentlich größeren Schatten als ein Teilchen nahe dem unmaskierten Stab, so daß ein Teilchen nahe dem maskierten Stab als ¹^ viel größer erfaßt wird als das gleiche Teilchen nahe dem unmaskierten Stab. Größenfehler von bis zu 20 : 1 können auftreten.

Auch beträgt wegen der großen Abmessung des tatsächlichen Sichtvolumens bei herkömmlichen Fühlern die maximale Teilchenzahl pro Volumeneinheit/Fluid, die genau gezählt werden kann, ungefähr 5,555 Teilchen/mm. Je größer das Sichtvolumen ist, desto kleiner ist die Teilchenzahl pro Volumeneinheit/Fluid, die genau gezählt werden kann. Der Grund hierfür liegt darin, daß eine genaue Zählung unabhängig von der Teilchengröße nur erreicht wird, wenn sich jeweils nur ein Teilchen in der Zeit in dem Sichtvolumen befindet. Die Erfassungseinrichtung kann nicht zwischen der Lichtblockierung oder Schatten von zwei Teilchen in dem Sichtvolumen zur gleichen Zeit unterscheiden, so daß sich ein elektrisches Signal ergibt, welches gleich einem scheinbar größeren Teilchen ist, wenn diese Bedingung vorliegt. Eine Verringerung der Größe d_es Sichtvolumens verringert die Wahrscheinlichkeit dafür, daß sich zwei Teilchen gleichzeitig in den Sichtvolumen befinden. Somit erhöht eine Verringerung der Größe des Sichtvolumens die Teilchenzahl pro Volumeneinheit/Fluid , die genau gezählt werden kann.

Selbstverständlich kann die Größe des Sichtvolumens bei einem herkömmlichen Fühler einfach dadurch verringert werden, daß die mechanischen Abmessungen bzw. Verhältnisse des Fühlers verkleinert werden, jedoch ergibt dies Schwierigkeiten bezüglich erhöhter Anforderungen an den Betriebsdruck, niedrerer Probenflußgeschwindigkeiten und einer Strömungsunterbrechung durch Verstopfen der mikroskopischen Fühlerzone durch die zu messenden und zu zählenden Teilchen. Ferner ändert eine solche Verringerung der Abmessungen bei einem herkömmlichen Fühler nicht die Form des Sichtvolumens, nämlich ein Pyramidenstumpf, so daß Größenfehler weiterhin auftreten.

Der Erfinder dieser Anmeldung hat erkannt, daß das optimale Sichtvolumen ein rechteckförmiger Körper ist, der sich über den Fluidspalt erstreckt und einen Querschnitt aufweist, der gleich der Fläche der Öffnung in der Maskenplatte ist, die das innere Ende des maskierten Stabes überdeckt. Dieses Sichtvolumen ist optimal zum Teil wegen seiner Form. Ein sich in diesem befindendes Teilchen wirft ungefähr den gleichen Schatten, ob es sich nahe dem unmaskierten Stab oder nahe dem maskierten Stab befindet.

Dieses Sichtvolumen ist auch optimal, da es das kleinste erreichbare Sichtvolumen ist, so daß Zählfehler äußerst klein gemacht werden können.

Dieses optimale Sichtvolumen kann nur erreicht werden, wenn ein äußerst gut kollimiertes Lichtbündel durch die Öffnung am äußeren Ende des maskierten Stabes übertragen wird, und dies ist sehr schwierig, wenn nicht unmöglich bei diesen kleinen Abmessungen (150 μπι) im Rahmen der heutigen Technologie.

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Eine andere Schwierigkeit, die sowohl Größenfehler als auch Zählfehler hervorruft, besteht darin, daß Streulicht, welches das optische Erfassungssystem erreicht, die Teilchenerfassung beeinträchtigt. Streulicht kann das optische Erfassungssystem beispielsweise dadurch erreichen, daß es am inneren Ende des unmaskierten Stabes oder dem äußeren Ende des maskierten Stabes eintritt und durch den Stab oder die Stäbe zu dem optischen Erfassungssystem übertragen wird. Streulicht, welches in die Stäbe unter nahezu irgendeinem Winkel eintritt, wird schließlich zu dem optischen Erfassungssystem übertragen.

Eine weitere Schwierigkeit bei den herkömmlichen Fühlern besteht darin, daß die Öffnungen an den gegenüberliegenden Enden des maskierten Stabes perfekt ausgerichtet sein müssen, um einen maximalen Energiedurchtritt zu erhalten, und das tatsächliche Sichtvolumen zu minimalisieren.

Die Erfindung schafft einen Fluidteilchenfühler

zum Messen und Zählen von in einem Fluid enthaltenen Teilchen. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Fluidteilchenfühler erste und zweite Bündel allgemein paralleler, länglicher Faseroptik. Jede Faseroptik weist eine Längsachse und entgegengesetzte, zu der Längsachse querverlaufende Endflächen auf. Jede Faseroptik überträgt Licht über ihre Länge, wobei die Lichtstrahlen in eine Faseroptik nur durch eine Endfläche und nur innerhalb eines vorbestimmten Einfallswinkels eintreten können. Die Lichtstrahlen verlassen die Faseroptik nur durch die der Eintrittsendfläche gegenüberliegende Endfläche und nur innerhalb eines vorbestimmten Projektionswinkels bzw. Austrittswinkels.

Die Bündel der Phaseroptik weisen jeweils eine Längsachse und entgegengesetzte innere und äußere Enden auf, und die Längsachse des ersten Bündels ist ungefähr kollinear mit der Längsachse des zweiten Bündels. Das innere Ende des ersten Bündels ist nahe von dem inneren Ende des zweiten Bündels beabstandet derart, daß das erste und zweite Bündel längs der Längsachse eng beabstandet sind, um einen Spalt zu bilden, durch den das die Teilchen enthaltende Fluid strömt. Der Fluidteilchenfühler umfaßt auch eine Einrichtung, um Licht zu dem äußeren Ende des ersten Bündels zu übertragen und eine Einrichtung, um die von dem äußeren Ende des zweiten Bündels ausgesandte Lichtmenge zu erfassen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform sind das erste und zweite Bündel in Bohrungen durch einen ersten und einen zweiten rostfreien Stahlblock enthalten. Der erste Block weist eine ebene Oberfläche und eine Durchbohrung auf, wobei die Längsachse der Bohrung senkrecht zu der ebenen Oberfläche verläuft und das erste Bündel derart enthält, daß das innere Ende des ersten Bündels zu der ebenen Oberfläche des ersten Blockes ausgerichtet ist. Der zweite Block weist eine ebene Oberfläche und eine durchgehende Bohrung auf, wobei die ebene Oberfläche des zweiten Blockes parallel zu und eng beabstandes von der ebenen Oberfläche des ersten Blockes verläuft, um den Spalt für den Durchgang des die Teilchen enthaltenden Fluids zu bilden. Die Durchbohrung des zweiten Blockes weist eine zu der ebenen Oberfläche des zweiten Blockes senkrchte Längsachse auf und enthält das zweite Bündel derart, daß das innere Ende des zweiten Bündels zu der ebenen Oberfläche des zweiten Blockes ausgerichtet ist.

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Ferner umfaßt der Fluidteilchenfühler vorzugsweise eine erste Maskenplatte, die gegen das äußere Ende des ersten Bündels anliegt und dieses überdeckt, und eine zweite Maskenplatte, die gegen das äußere Ende des zweiten Bündels anliegt und dieses überdeckt. Die ersten Maskenplatte weist in ihr eine e'rste Öffnung auf, so daß Licht von der Lichtübertragungseinrichtung zu wenigstens einer, aber nicht zu allen optischen Fasern an dem äußeren Ende des ersten Bündels übertragen wird, und die zweite Maskenplatte weist eine zweite Öffnung auf, welche die gleiche Größe wie die erste Öffnung hat und ermöglicht, daß Licht von wenigstens einer wenn nicht allen der optischen Fasern am äußeren Ende des zweiten Bündels zu der Lichterfassungseinrichtung ausgesandt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Querabmessung der ersten und zweiten Öffnung ungefähr 1 50 μΐη.

Ferner ist die Lichtübertragungseinrichtung des *® Fluidteilchenfühlers vorzugsweise Licht und die Lichterfassungseinrichtung vorzugsweise ein optisches Erfassungssystem.

Ein Vorteil des Fluidteilchenfühlers nach der Erfindung besteht darin, daß er das optimale Sichtvolumen liefert. Wegen der Form des Sichtvolumens des Fühlers erzeugt ein Teilchen einen Schatten nur einer Größe unabhängig von seiner Lage in dem Sichtvolumen. Deshalb werden Größenfehler im wesentlichen ausgeschlossen.

"^ Wegen der Größe des Sichtvolumens ist die Teilchenzahl pro Volumeneinheitfluid, die genau gezählt werden kann, stark erhöht. Die maximale Teilchenkonzentration, die mit dem Fluidteilchenfühler nach der Erfindung genau gemessen werden kann, ist ungefähr acht mal größer als die maximale Teilchenkonzentration, die mit herkömmlichen Fühlern gemessen werden kann.

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* Ein weiterer Vorteil des Fluidteilchenfuhlers nach der Erfindung besteht darin, daß mit ihm Fluide analysiert werden können, die wesentlich schmutziger bzw. trüber als die schmutzigsten Fluide sind, die mit ° herkömmlichen Fühlern gemessen werden können, ohne daß es erforderlich wäre, die mechanischen Abmessungen des Fühlers stark zu verringern. Dies verhindert die Schwierigkeit bezüglich erhöhter Betriebsdruckanforderungen, in hohem Maße verringerter Probenflußgeschwindigkeiten und Strömungsblockierungen durch Verstopfen der mikroskopischen Fühlerzone durch die zu messenden und zu zählenden Teilchen.

Ein weiterer Vorteil des Fluidteilchenfuhlers nach der Erfindung besteht darin, daß die öffnungen an den äußeren Enden der Faseroptikbündel nicht genau zueinander ausgerichtet sein müssen.

Ein anderer Vorteil des Fluidteilchenfuhlers nach der Erfindung liegt darin, daß die Faseroptik das in die erste Öffnung eintretende Licht in das Sichtvolumen konzentriert.

Ein anderer Vorteil des Fluidteilchenfuhlers nach der Erfindung besteht darin, daß Streulicht oder Licht, welches von außerhalb des Einfallswinkels der Faseroptik herkommt, nicht zu dem optischen Erfassungssystem übertragen wird.

Weitere Vorteile der Erfindung werden für den Durchschnittsfachmann beim Studium der folgenden, ins Einzelne gehenden Beschreibung,der Ansprüche und der Zeichnungen offensichtlich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Fluidteilchenfühlers nach der Erfindung,.

Fig. 2 eine Endansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1,
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Fig. 3 eine Endansicht des ersten Bündels der Faseroptik längs der Linie 3-3 in Fig. 1 und

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Fühlerbereiches in größerem Maßstab bei einem Fluidteilchenfuhler nach dem Stand der Technik.

Bevor eine Ausführungsform der Erfindung im einzelnen erläutert wird, soll darauf hingewiesen werden, daß die Erfindung bei ihrer Anwendung nicht auf die Einzelheiten der Konstruktion und Anordnung der Teile beschränkt ist, wie sie in der folgenden Beschreibung angegeben oder in den Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen annehmen und in unterschiedlicher Weise eingesetzt und durchgeführt werden. Auch soll darauf hingewiesen werden, daß die Ausdrücke und Wortwahl, die hier zum Zwecke der Beschreibung verwendet wird, nicht als einschränkend anzusehen sind.

Fig. U zeigt das tatsächliche Sichtvolumen eines Fluidpartikelfühlers 200 nach dem Stand der Technik. Wie einleitend erörtert worden ist, schafft dieses tatsächliche Sichtvolumen verschiedene Schwierigkeiten. Die zwei Hauptschwierigkeiten sind Größenfehler und

Zählfehler. Die Zählfehler ergeben eine eingeschränkte, maximale Teilchenkonzentration, die genau gezählt werden kann. Ferner führt eine Verringerung der mechanischen Größen bzw. Abmessungen bei einem Fluidteilchenzähler nach dem Stand der Technik, um die maximale Teilchenkonzentration zu erhöhen, die genau gezählt werden kann, zu weiteren Schwierigkeiten, zu denen gehören: erhöhte Betriebsdruckanforderungen, verringerte Probenflußgeschwindigkeiten und Strömungsblockierung durch Verstopfen des mikroskopischen Fühlerbereiches durch die zu messenden und zu zählenden Teilchen.

Größenfehler ergeben sich aufgrund der Pyramidenform des tatsächlichen Sichtvolumens bei den Fluidteilchenfühlern nach dem Stand der Technik. Wie in Fig. 4 gezeigt, wirft ein Teilchen 202, welches sich nahe der Öffnung 208 bei dem Fühler 200 nach dem Stand der Technik befindet, einen größeren Schatten als ein Teilchen 206, welches weiter von der Öffnung 208 entfernt ist, so daß das der Öffnung nähere Teilchen 202 als viel größer als das andere Teilchen 206 erfaßt wird.

Zählfehler ergeben sich aus der relativ großen Größe des Sichtvolumens bei den herkömmlichen Fühlern. Zählfehler treten auf, da das optische Erfassungssystem den Schatten oder verringertes Licht erfaßt, sder aber sich nur ein Teilchen innerhalb des Sichtvolumens befindet, wenn tatsächlich zwei Teilchen innerhalb des Sichtvolumens gleichzeitig sind. Da eine Zunahme der Größe des Sichtvolumens die Wahrscheinlichkeit dafür erhöht, daß sich zwei Teilchen in dem Sichtvolumen gleichzeitig befinden, führt das große Sichtvolumen beim Stand der Technik zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit von Zählfehlern. Beispielsweise

würde bei den in Fig. 4 gezeigten Verhältnissen das optische Erfassungssystem bei dem Fühler 200 nach derr. Stand der Technik nur ein Teilchen erfassen, obgleich zwei innerhalb des Sichtvolumens vorhanden sind. Ferner ist zu erkennen, daß, wenn ein drittes Teilchen in dem Schatten des Teilchens 202 vorhander, wäre, das dritte Teilchen überhaupt nicht erfaßt würde.

Sowohl Größenfehler als auch Zählfehler ergeber, sich ebenfalls durch Streulicht, welches das optische Erfassungssystem erreicht, weil Streulicht das Erfassen vor. "falschem" Licht bewirkt.

In Fig. 1 ist der Fluidteilchenfühler 10 nach der Erfindung dargestellt. Rostfreie Stahlblöcke 12 und sind dicht voneinander beabstandet, um einen Fluidspalt, der in Fig. 1 gezeigt ist, zu bilden. Jeder dieser Blöcke 12 und 14 weist eine durchgehende Bohrung 16

^O bzw. 18 auf, wobei jede Bohrung eine Längsachse senkrecht zu den parallelen, ebenen Oberflächen hat, die der. Fluidspalt bilden. Idealerweise haben die Bohrungen 16 und 18 eine gemeinsame Längsachse, jedoch anders als bei Fühlern nach dem Stand der Technik müssen die Längsachsen nur ungefähr kollinear sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform enthält jede der Bohrungen 16 ur.c 18 ein Bündel von allgemein parallelen, länglichen Faseroptiken, wobei das erste Bündel 22 der Phaseroptik in der Bohrung 16 des ersten Blockes 12 und das zweite Bündel 24 der Faseroptik in der Bohrung des zweiten Blockes'14 enthalten ist. Jedes Bündel der Faseroptiken weist ein inneres und ein äußeres Enäe auf, und die inneren Enden der Bündel 22 und 2^L sind mit den ebenen Oberflächen ausgerichtet, die d_er. Fluidspalt bilden, so daß sich die inneren Ender.

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auf gegenüberliegenden Seiten des Fluidspaltes befinden.

Dem äußeren Ende des ersten Bündels 22 der Faseroptik benachbart ist eine Lichtquelle 26 und nahe dem äußeren Ende des zweiten Bündels 24 der Faseroptik befindet sich ein optisches Erfassungssystem 28. Von der Lichtquelle 26 ausgesandtes Licht geht durch das erste Bündel 22 der Faseroptik, den Fluidspalt (es sei denn, er ist durch Teilchen verstopft) und durch das zweite Bündel 24 der Faseroptik hindurch, von dem das Licht zu dem optischen Erfassungssystem 28 übertragen wird.

Jede Faseroptik weist eine Längsachse und gegenüberliegende, quer zu der Längsachse verlaufende Endoberflächen auf. Jede Faseroptik überträgt längs ihrer Länge Licht, wobei die Lichtstrahlen in eine F aseroptik nur durch eine Endoberfläche eintreten können und dies nur innerhalb eines vorbestimmten Einfallswinkels bzw. Erfassungswinkels. Die Lichtstrahlen treten aus der Faseroptik nur durch die Endoberfläche aus, die der Eintrittsendoberfläche gegenüberliegt, und dies nur innerhalb eines vorbestimmten Projektionswinkels bzw. Austrittswinkels.

Der Einfalls- und der Austrittswinkel der Faseroptik sind in Fig. 1 dargestellt. Wegen des Eintrittswinkels ist es für Streulicht schwierig, in eine Faseroptik zu gelangen. Allgemein gesehen tritt nur Licht von der Lichtquelle 26 in die Faseroptik des ersten Bündels 22 ein, und nur von dem ersten Bündel ausgesandtes Licht gelangt in das zweite Bündel 24 und wird zu dem optischen Erfassungssystem 28 übertragen. Somit werden Größen- und Zählfehler, die durch Streulicht hervorgerufen werden, im wesentlichen ausge-

schlossen. Der beschränkte Austrittswinkel ergibt den Vorzug von weniger Streulicht innerhalb des Fluidspaltes und einer Lichtkonzentration innerhalb des

Sichtvolumens.
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Eine erste Maskenplatte 30 überdeckt das äußere Ende des ersten Bündels 22 der Faseroptik. In der ersten Maskenplatte ist eine kleine Öffnung 32, vorzugsweise mit einer Querabmessung von ungefähr 150 μπι und rechteckförmig, die ermöglicht, daß Licht von der Lichtquelle auf wenigstens eines, aber nicht alle der optischen Fasern des ersten Bündels 22 übertragen wird. Eine zweite Maskenplatte 34 überdeckt das äußere Ende des zweiten Bündels 24 der Faseroptik. Die zweite Maskenplatte weist eine kleine Öffnung auf, die von der gleichen Größe wie die Öffnung 32 ist und die ermöglicht, daß Licht zu dem optischen Erfassungssystem 28 von wenigstens einer, aber nicht allen der optischen Fasern des zweiten Bündels 24

^^u ausgesandt wird. Die Öffnungen 32 und 36 müssen nicht exakt zueinander ausgerichtet sein. Wegen der Eigenart von Faseroptiken, wie es vorhergehend beschrieben worden ist, begrenzt die Öffnung 32 an dem äußeren Ende des ersten Bündels 22 der Faseroptik wirkungsvoll

^ΔΌ den beleuchteten Bereich auf beiden Enden des ersten Bündels 22. Anders ausgedrückt, die Öffnung 32 bestimmt die Anzahl und die Lage der einzelnen Fasern, die durch die Lichtquelle 26 "aktiviert" werden sollen. Nur jene von der Öffnung 32 freigelassenen und von der

Maskenplatte 30 nicht überdeckten Fasern werden aktiviert. Alle anderen Fasern sind von der Lichtquelle 26 durch die erste Maskenplatte 30 abgeschirmt und bleiben deshalb über ihre gesamte Länge dunkel. Fig. 3 zeigt die Wirkung der Öffnung 32, wobei auf

das innere Ende des ersten Faserbündels 22 der Faser-

BAD

optik geblickt wird. Zum Zwecke der Erläuterung sind nur vier Fasern innerhalb der Fläche der Öffnung dargestellt, obgleich eine Anordnung von bis zu 900 Fasern innerhalb von 150 μπι² ohne weiteres bei der heutigen Faseroptiktechnik möglich ist.

In der gleichen Weise bestimmt die Öffnung 36 am äußeren Ende des zweiten Bündels 24 der F aseroptik die Anzahl und Lage der aktivierten F asern in dem zweiten Bündel 24. Nur jene Fasern, die von der Öffnung 36 freigelassen und von der Maskenplatte 3^ nicht überdeckt sind, werden aktiviert. Alle anderen F asern in dem zweiten Bündel 24 sind von dem optischen Erfassungssystem 28 durch die zweite Maskenplatte 3^ abgeschirmt, so daß sie kein Licht zu dem optischen Erfassungssystem 28 übertragen können. Fig. 2 ist eine Endansicht des Fluidteilchenfühlers 10, die die aktivierten F asern des zweiten Bündels 24 zeigt, die von der Öffnung 36 am äußeren Ende des zweiten Bündels 24 freigegeben sind. Wiederum sind nur vier Fasern zur Erläuterung gezeigt.

Da nur die von der Öffnung 36 freigegebenen Fasern an dem äußeren Ende des zweiten Bündels 24 Licht zu dem optischen Erfassungssystem 28 übertragen können, kann nur Licht, welches von den gleichen F asern an dem inneren Ende des zweiten Bündels 24 empfangen worden ist, zu dem optischen Erfassungssystem 28 übertragen werden. Da die Öffnung 32 an dem äußeren Ende des ersten Bündels 22 bestimmt, welche Fasern des ersten Bündels 22 Licht zu den Phasern des zweiten Bündels übertragen, wird das wirkungsvolle Sichtvclumen des Fluidteilchenfühlers durch die Öffnungen 32 und 36 an den äußeren Enden der Bündel 22 und 24 bestimmt. Das tatsächliche Sichtvolumen ist bei der bevorzugten

Ausführungsform ein rechteckiger Körper, der an seinem einen Ende die aktivierten Fasern an dem inneren Ende des ersten Bündels 22 und an dem anderen Ende die aktivierten Fasern an dem inneren Ende des zweiten Bündels 24 aufweist. Dies ist in Fig. 1 dargestellt.

Das tatsächliche Sichtvolumen des Fluidteilchenfühlers 10 ist auch das optimale Sichtvolumen. Als Ergebnis hiervon sind Größenfehler im wesentlichen ausgeschlossen und Zählfehler sind minimiert, so daß die Teilchenanzahl pro Einheitsvolumen/Fluid die gemessen werden kann, maximal ist.

Größenfehler sind ausgeschlossen, weil Teilchen identischer Größe in dem Sichtvolumen Schatten identischer Größe unabhängig von ihrer Nähe zu dem ersten Bündel 22 der Phaseroptik werfen. Dies tritt auf, weil die Lichtstrahlen in dem effektiven Sichtvolumen des Fühlers 10 in wirkungsvoller Weise parallel sind, da sie im wesentlichen geradlinig über den Fluidspalt übertragen werden, anders als bei den Lichtstrahlen bei dem Fühler 200 nach dem Stand der Technik.

Zählfehler sind minimal, da die Größe des Sichtvolumens minimiert ist, und somit die Wahrscheinlichkeit , daß sich zwei Teilchen in dem Sichtvolumen gleichzeitig befinden, minimiert ist. Da Zählfehler minimiert sind, kann der Fluidteilchenfühler 10 Fluide analysieren, die wesentlich schmutziger als die schir.utzigsten Fluide sind, die von Fühlern nach dem Stand der Technik analysiert werden können.

Verschiedene andere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen angegeben.

Claims

Patentansprüche

1. Fluid-Teilchenfühler zum Messen und Zählen von in einem Fluid enthaltenen Teilchen, gekennzeichnet durch

ein erstes Bündel (22) von allgemein parallelen, länglichen Lichtübertragungselementen, wobei das erste Bündel (22) von Lichtübertragungselementen eine Längsachse und einander entgegengesetzte innere und äußere Enden aufweist, jedes der Elemente eine Längsachse und quer zu der Längsachse verlaufende, entgegengesetzte Endoberflächen besitzt und Licht längs seiner Länge überträgt, wobei die Lichtstrahlen in die Elemente nur durch die Endoberflächen und nur innerhalb eines vorbestimmten Erfassungswinkels eintreten können, der von der Längsachse aus gemessen ist, und die Lichtstrahlen die Elemente nur durch die Endoberfläche, die der Endoberfläche gegenüberliegt, durch die die Lichtstrahlen eintraten, und nur innerhalb eines vorbestimmten Austrittswinkel austreten können, der von der Längsachse aus gemessen ist,

BAD

durch ein zweites Bündel (2¹I) allgemein paralleler, länglicher Lichtübertragungselemenj;e, wobei das zweite Bündel (24) eine Längsachse und entgegengesetzte innere und äußere Enden aufweist,

durch eine Einrichtung (12, 14) zum Halten des ersten (22) und zweiten (24) Bündels, derart, daß die Längachsen des ersten und zweiten Bündels (22, 24) in etwa kollinearund das innere Ende des zweiten Bündels (24) dicht von dem inneren Ende des ersten Bündels (22) beabstandet ist, um einen Spalt zu bilden, durch den das die Teilchen enthaltende Fluid strömt,

durch eine Einrichtung (26) zum Übertragen von Licht zu dem äußeren Ende des ersten Bündels (22), und

¹^ durch eine Einrichtung (28) zum Erfassen der Lichtmenge, die von dem äußeren Ende des zweiten Bündels (24) ausgesandt wird.

S₁ 2. Fluid-Teilchenfühler zum Messen und Zählen von

^O in einem Fluid enthaltenen Teilchen, gekennzeichnet durch

ein erstes Bündel (22) von allgemein parallelen, länglichen, optischen Fasern, wobei das erste Bündel (22) eine Längsachse und entgegengesetzte innere

^° und äußere Enden aufweist,

durch ein zweites Bündel (24) von allgemein parallelen, länglichen, optischen Fasern, wobei das zweite Bündel (24) eine Längsachse und entgegengesetzte innere und äußere Enden aufweist,

3® durch eine Einrichtung (12, 14) zum Stützen des ersten und zweiten Bündels (22, 24), so daß die Längsachse des ersten und zweiten Bündels (22, 24) ungefähr Kollinearsind und daß das innere Ende des zweiten Bündels (24) dicht von dem inneren Ende des ersten Bündels (22) beabstandet ist, um einen Spalt zu

BAD OR^rO"-"/

bilden, durch welchen das die Teilchen enthaltende Fluid strömt,

durch eine Einrichtung (26) zur Übertragung von Licht zu dem äußeren Ende des ersten Bündels und durch eine Einrichtung (28) zum Erfassen der von dem äußeren Ende des zweiten Bündels (24) ausgesandten Lichtmenge.

3. Fluid-Teilchenfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner vorgesehen sind

eine erste Maskenplatte (30), die an das äußere Ende des ersten Bündels (22) anstößt und dieses überdeckt, wobei die erste Maskenplatte (30) eine erste Öffnung (32) aufweist, so daß Licht von der Lichtübertragungseinrichtung (26) zu wenigstens einer, aber nicht allen optischen Fasern an dem äußeren Ende des ersten Bündels (22) übertragen wird, und

eine zweite Maskenplatte (3*0, die an das äußere \

Ende des zweiten Bündels (24) anstößt und dieses überdeckt, wobei die zweite Maskenplatte (34) eine zweite Öffnung (36) mit der gleichen Größe wie die erste Öffnung (32) aufweist, derart, daß Licht von wenigstens einer aber nicht allen optischen Fasern an dem äußeren Ende des zweiten Bündels (2*O zu der Lichterfassungseinrichtung (28) ausgesandt wird.

4. Fluid-Teilchenfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtübertragungseinrichtung Licht ist und daß die Lichterfassungseinrichtung ein optisches Erfassungssystem (28) ist.

5. Fluid-Teilchenfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Quermaß der ersten und zweiten öffnung (32, 36) ungefähr 150 \xm beträgt.

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6. Fluid-Teilchenfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Halten des ersten und zweiten Bündels (22, 24) umfaßt

einen ersten Block (12) mit einer ebenen Oberfläche und einer durch den ersten Block (12) hindurchgehenden Bohrung (16), wobei die Bohrung (16) in dem ersten Block (12) eine zu der ebenen Oberfläche des ersten Blockes (12) senkrechte Längsachse aufweist und das erste Bündel (22) enthält derart, daß das innere Ende des ersten Bündels (22) mit der ebenen Oberfläche des ersten Blockes (12) ausgerichtet ist, und

einen zweiten Block (14), der eine ebene Oberfläche und eine durch den zweiten Block (14) hindurchgehende Bohrung (18) aufweist, wobei die ebene Oberfläche des zweiten Blockes (14) parallel zu und nahe von der ebenen Oberfläche des ersten Blockes (12) beabstandes ist, um den Spalt zu bilden, durch den das die Teilchen enthaltende Fluid hindurchströmt, und wobei die Bohrung (18) durch den zweiten Block (14) eine zu der ebenen Oberfläche des zweiten Blockes (14) senkrechte Längsachse aufweist und das zweite Bündel (24) enthält derart, daß das innere Ende des zweiten Bündels (24) zu der ebenen Oberfläche des zweiten Blockes

(14) ausgerichtet ist.

7. Fluid-Teilchenfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß er ferner aufweist

eine erste Maskenplatte (30), die an das äußere Ende des ersten Bündels (22) anstößt und diese überdeckt, wobei die erste Maskenplatte (30) eine erste Öffnung (32) derart aufweist, daß Licht von der Lichtübertragungseinrichtung (26) zu wenigstens einer aber nicht allen optischen F asern an dem äußeren Ende des ersten Bündels (22) übertragen wird, und

eine zweite Maskenplatte (3*0, die an das äußere Ende des zweiten Bündels (2*0 anstößt und dieses überdeckt, wobei die zweite Maskenplatte (3*0 eine zweite Öffnung (36) derselben Größe wie die erste öffnung

(32) aufweist derart, daß Licht von wenigstens einer aber nicht allen optischen Fasern an dem äußeren Ende des zweiten Bündels (24) zu der Lichterfassungseinrichtung (28) ausgesandt wird.

8. Fluid-Teilchenfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichne t, daß die Lichtübertragungseinrichtung ein Licht ist und daß die Lichterfassungseinrichtung ein optisches Erfassungssystem (28) ist.

9. Fluid-Teilchenfühler zum Messen und Zählen von in einem Fluid enthaltenen Teilchen, gekennzeichnet durch

einen ersten Block (12), der eine ebene Oberfläche und eine durch den ersten Block (12) hindurchgehende Bohrung (16) aufweist, wobei die Bohrung (16) in dem ersten Block (12) eine zu der ebenen Oberfläche des ersten Blockes (12) senkrechte Längsachse aufweist,

ein erstes Bündel (22) von allgemein parallelen, länglichen, optischen Fasern, wobei das erste Bündel (22) entgegengesetzte innere und äußere Enden aufweist und das erste Bündel (22) in der Bohrung (16) in dem ersten Block (12) enthalten ist derart, daß das innere Ende des ersten Bündels (22) zu der ebenen Oberfläche des ersten Blocks (12) ausgerichtet ist,

eine Einrichtung (26) zum Übertragen von Licht zu dem äußeren Ende des ersten Bündels (22), eine erste Maskenplatte (30), die an das äußere Ende des ersten Bündels (24) anstößt und dieses über-

deckt, wobei die erste Maskenplatte (30) eine erste Öffnung (32) aufweist derart, daß Licht von der Lichtübertragungseinrichtung (26) zu wenigstens einer aber nicht allen optischen Fasern an dem äußeren Ende des ersten Bündels (22) übertragen wird,

einen zweiten Block (14), der eine ebene Oberfläche und eine durch den zweiten Block (14) hindurchgehende Bohrung (18) aufweist, wobei die ebene Oberfläche des zweiten Blockes (14) parallel zu und nahe von der ebenen Oberfläche des ersten Blockes (12) beabstandet ist, um einen Spalt für den Durchgang für das die Teilchen enthaltende Fluid zu bilden, wobei die Bohrung (18) des zweiten Blockes (14) eine zu der ebenen Oberfläche des zweiten Blockes (14) senkrechte und zu der Längsachse der Bohrung (16) in dem ersten Block (12) kollineare Längsachse aufweist,

ein zweites Bündel (24) von allgemein parallelen, länglichen, optischen Fasern, wobei das zweite Bündel (24) entgegengesetzte innere und äußere Enden aufweist und in der Bohrung (18) des zweiten Blockes (14) enthalten ist derart, daß das innere Ende des zweiten Bündels (24) zu der ebenen Oberfläche des zweiten Blockes (14) ausgerichtet ist, wobei das innere Ende des zweiten Bündels (24) nahe von dem inneren Ende des ersten Bündels (22) auf gegenüberliegenden Seiten des Spaltes beabstandes ist, durch welchen das die Teilchen enthaltende Fluid strömt,

eine zweite Maskenplatte (34), die an das äußere Ende des zweiten Bündels (24) anstößt und dieses überdeckt, wobei die zweite Maskenplatte (34) eine zweite Öffnung (36) mit derselben Größe wie die erste Öffnung (32) aufweist derart, daß Licht von wenigstens einer aber nicht allen der optischen Fasern an dem äußeren Ende des zweiten Bündels (24) durch die zweite Öffnung

(36) hindurch ausgesandt wird, und

ß/i r

eine Einrichtung (28) zum Erfassen der durch die zweite Öffnung (36) ausgesandten Lichtmenge.