ES2314541T3

ES2314541T3 - Fuente de radiacion cortada.

Info

Publication number: ES2314541T3
Application number: ES05023622T
Authority: ES
Inventors: Robert Nathan Hunt; Atul Khettry; Matthew Rey Vila
Original assignee: Bayer MaterialScience LLC
Current assignee: Covestro LLC
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: PL1655587T3; MXPA05011816A; CN1782694A; ATE411512T1; EP1655587A1; PT1655587E; DE602005010367D1; EP1655587B1; US7151265B2; CA2525354A1; US20060097181A1; CA2525354C

Abstract

Una fuente de radiación óptica cortada que comprende una fuente (7) de radiación óptica, medios (11) para colimar la radiación procedente de la fuente (7) de radiación óptica, si es necesario, medios (10) para dirigir la radiación colimada hasta un punto focal, una lámina (15) con un indicador (18) de troceador, medios de ajuste para la lámina (15), medios para hacer que la lámina (15) vibre a la frecuencia (19) resonante de la lámina (15), y un detector (23) de radiación para recibir y detectar radiación cortada, caracterizada porque a) la fuente de radiación óptica cortada está compuesta por (i) un componente (1) de fuente de radiación que comprende un primer alojamiento (4) compuesto por un material que es suficientemente rígido para soportar los elementos presentes en el mismo de manera que esos elementos no se desviarán ni se moverán durante el uso, (ii) un componente (2) de corte que comprende un segundo alojamiento (5) compuesto por un material que es suficientemente rígido para soportar los elementos presentes en el mismo de manera que esos elementos no se desviarán ni se moverán durante el uso, (iii) un componente (3) de conector de fibra óptica que puede situarse en una cavidad (20) en el componente (2) de corte y que comprende un tercer alojamiento (6) compuesto por un material que es suficientemente rígido para soportar los elementos presentes en el mismo de manera que esos elementos no se desviarán ni se moverán durante el uso, y (iv) medios (13, 14) para alinear el primer alojamiento (4) con el segundo alojamiento (5), b) la fuente (7) de radiación óptica, los medios (11) para colimar la radiación procedente de la fuente (7) de radiación óptica, si es necesario, y los medios (10) para dirigir la radiación colimada hasta un punto focal están soportados en el primer alojamiento (4) que opcionalmente comprende además medios (8) para detectar la intensidad de radiación procedente de la fuente (7) de radiación óptica, y, opcionalmente, medios para ajustar la intensidad de radiación (9) procedente de la fuente (7) de radiación óptica, c) la lámina (15) con un indicador (18) de troceador, los medios de ajuste para la lámina (15), los medios para hacer que la lámina (15) vibre a la frecuencia (19) resonante de la lámina (15), y el detector de radiación para recibir y detectar radiación cortada (23) están soportados en el segundo alojamiento (5), con la condición de que (v) la lámina (15) tenga un primer extremo fijado a una pared del segundo alojamiento (5) y un segundo extremo que puede moverse libremente, (vi) el indicador (18) de troceador esté situado en ángulo recto con respecto al segundo extremo de la lámina (15) y esté situado para recibir la vibración que se origina a partir de la lámina (15) pata cortar la radiación óptica procedente de la fuente (7) de radiación óptica en el punto focal, (vii) los medios de ajuste para la lámina (15) comprendan medios (16,17) para ajustar la presión sobre la lámina (15) para alinear el punto (18) de reposo del indicador de troceador, con la radiación colimada y el punto focal, (viii) el componente (2) de corte comprenda una cavidad (20) para sujetar el componente (3) de conector de fibra óptica de manera que una fibra (12) óptica se sitúe en el punto focal, (ix) el componente (2) de corte comprenda medios (21) para sujetar el componente (3) de conector de fibra óptica cuando está situado en la cavidad (20), (x) el detector (23) de radiación esté situado para recibir y detectar radiación cortada que emana de una abertura (22) en el componente (3) de conector de fibra óptica cuando el conector está situado en la cavidad (20), y d) los elementos del componente (3) de conector de fibra óptica soportados en el tercer alojamiento (6) comprenden: (xi) una fibra (12) óptica con una cara de extremo situada en el punto focal para recibir la radiación óptica cortada procedente del componente (2) de corte y para transmitir la radiación óptica recibida hasta una ubicación alejada, y (xii) una abertura (22) en el alojamiento (6) del componente (3) de conector de fibra óptica, abertura que está situada suficientemente próxima a la cara de extremo de la fibra (12) para emitir radiación que ha entrado en la fibra (12) a un ángulo fuera del ángulo del cono de aceptación de la fibra.

Description

Fuente de radiación cortada.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a una fuente de radiación cortada, preferiblemente, una fuente de radiación óptica cortada que es útil en dispositivos analíticos tales como fotómetros y espectrofotómetros, particularmente en fotómetros para monitorizar procedimientos de producción químicos.

Se conocen y están disponibles dispositivos fotométricos y espectrofotométricos para analizar materiales y monitorizar procedimientos de reacción. Estos dispositivos comparan la radiación emitida por una fuente con radiación procedente de la misma fuente que se ha transmitido y alterado mediante el material de muestra que está evaluándose.

Una técnica empleada para mejorar la precisión de las mediciones realizadas con fotómetros y espectrofotómetros es "el corte" de la radiación. En esta técnica, se interrumpe el flujo de radiación a intervalos regulares o se "corta". Es necesaria una señal cortada para el acoplamiento CA de etapas de amplificador con el fin de mejorar la estabilidad térmica. Una señal cortada permite el uso de filtros electrónicos sintonizados a la frecuencia cortada para reducir el ruido de fondo. El uso de una señal de referencia procedente de un troceador permite el procesamiento de la señal, a veces denominado como amplificación sincronizada, para reducir el ruido de fondo.

Se emplean filtros electrónicos y una señal de referencia, por ejemplo, en el aparato de comparación de señales descrito en la patente estadounidense 2,678,581. En este aparato dado a conocer, se interrumpe un haz de luz o se pulsa a una cierta frecuencia predeterminada mediante una rueda cortadora o un obturador giratorio accionado por un motor. Se usa un espejo sectorizado giratorio para desviar los pulsos de luz a lo largo de una de dos trayectorias, y que actúa eficazmente como un segundo troceador a una tasa de pulsos inferior. Dos espejos fijos dirigen los pulsos de luz hacia un segundo espejo sectorizado giratorio, en fase con el primer espejo sectorizado giratorio, para dirigir la luz hacia un elemento sensible a la luz. Pueden compararse diversas propiedades de una muestra, tales como características espectrales o características de reflectancia, por medio de dispositivos adecuados situados en la(s) trayectoria(s) de los pulsos de luz dirigidos. La tasa de repetición de pulsos de luz se hace sustancialmente mayor que la tasa de conmutación del haz proporcionando varios sectores abiertos en el obturador y usando espejos sectorizados semicirculares complementarios. Los pulsos de luz recibidos por el elemento sensible a la luz se convierten en pulsos eléctricos, que se acoplan de manera capacitiva entre etapas del amplificador para eliminar la desviación CC dependiente de la temperatura. La señal se hace pasar a través de filtros electrónicos sintonizados a la frecuencia del troceador para restringir el ancho de banda y reducir el ruido de fondo. Entonces se procesa la señal mediante un amplificador sincronizado que se sincroniza mecánicamente con la tasa de corte de los espejos sectorizados de conmutación de haz. Esto da como resultado una disminución del ancho de banda, una disminución del ruido y un aumento de la sensibilidad.

Una desventaja de usar una rueda cortadora giratoria tal como la que se da a conocer en el documento U.S. 2,678,581 es el desgaste de las piezas móviles y la estabilidad de la frecuencia del troceador. Sin embargo, un troceador de diapasón no tiene piezas móviles de desgaste y tiene una frecuencia resonante natural. Por estos motivos, se ha usado un troceador de diapasón en varios experimentos en espacio profundo, en los que la fiabilidad es esencial. Un troceador de este tipo lo fabrica en los EE.UU. por Electro-Optical Products Corporation y está disponible de Boston Electronics Corporation. Sin embargo, un troceador de diapasón no es adecuado para su uso en todas las aplicaciones, particularmente en las que hay limitaciones de espacio. Se usa un troceador de lámina vibrante para aquellas aplicaciones en las que hay limitaciones espaciales porque puede empaquetarse en un menor espacio que un troceador de diapasón.

Se han usado también troceadores ópticos en dispositivos tales como el termómetro infrarrojo dado a conocer en la patente estadounidense 5,653,537 en el que la luz emitida desde un objeto se conduce hasta un detector a través de cable de fibra óptica. El detector genera salidas eléctricas. Estas salidas o señales entonces se amplifican y linealizan. Sin embargo, a diferencia de los pirómetros de la técnica anterior, los pirómetros dados a conocer en esta patente no recogen de manera continua ni cortan repetidamente la luz recogida antes de que entre en los detectores. En su lugar, la luz infrarroja recogida se refleja en un espejo dicroico y luego se hace pasar a través de un troceador piezoeléctrico para cortar la luz infrarroja. El corte se logra a través de la oscilación de una lámina vibrante accionada por elementos piezoeléctricos. La luz infrarroja cortada entra entonces en un cable de fibra óptica y se retransmite a través de ese cable hasta un detector infrarrojo que reenfoca la luz y luego divide el haz de la luz infrarroja en dos bandas de longitud de onda ancha. Una de estas dos bandas de longitud de onda ancha se estrecha mediante un filtro óptico y se detecta mediante un detector infrarrojo. La otra banda de longitud de onda ancha se detecta directamente mediante otro detector infrarrojo cuyo punto de corte de longitud de onda superior limita la banda de longitud de onda. Los detectores generan una señal CA que entonces se amplifica y linealiza antes de retransmitirse hasta un conversor analógico-digital que genera la señal enviada a un microprocesador.

El documento GB-A 823667 da a conocer una fuente de radiación cortada que comprende una fuente de radiación, medios de colimación, medios para dirigir la radiación colimada hasta un punto focal, una lámina con un indicador de troceador, medios de ajuste para la lámina y medios para hacer que la lámina vibre así como un detector de radiación situado para recibir y detectar radiación cortada.

El documento US 2002/0071123 da a conocer un fotómetro de celda de flujo que comprende una fibra óptica y un detector de radiación que recibe la radiación emitida desde la superficie de salida de la fibra óptica.

En estos y la mayoría de los demás dispositivos fotométricos, espectrofotométricos y pirométricos conocidos, la alineación de la fuente de luz con los medios para retransmitir esa luz a la muestra y al detector es un factor que influye en la precisión de la medición y restringe las ubicaciones en las que deben colocarse tales dispositivos a sitios alejados de los reactores en los que se están llevando a cabo reacciones químicas. Los dispositivos conocidos también presentan problemas con el ajuste del factor de trabajo del dispositivo de corte. El uso de piezas móviles sujetas a desgaste por el uso introduce el potencial de problemas de imprecisión y fiabilidad.

Por tanto, sería ventajoso desarrollar un conjunto de fuente de radiación cortada que pudiera incluirse fácilmente en dispositivos fotométricos, espectrofotométricos y otros tipos de dispositivos analíticos incluso cuando esos dispositivos están situados en zonas de producción, sin la necesidad de la realineación de la fuente de luz con el troceador de manera continuada o la interrupción de la medición para la sustitución de piezas móviles desgastadas tras un número limitado de usos.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar una fuente de radiación cortada, preferiblemente, una fuente de radiación óptica que puede incorporarse fácilmente en dispositivos analíticos incluso cuando los dispositivos analíticos están situados en entornos de producción.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar una fuente de radiación cortada, preferiblemente, una fuente de radiación óptica con desviación reducida y una relación señal-ruido mejorada.

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar una fuente de radiación cortada, preferiblemente, una fuente de radiación óptica que se caracteriza por la facilidad de alineación de la fuente de radiación y el ajuste del factor de trabajo del troceador.

También es un objeto de la presente invención proporcionar una fuente de radiación cortada, preferiblemente, una fuente de radiación óptica que tiene un número mínimo de piezas móviles.

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar una fuente de radiación cortada que tiene un detector integrado para controlar la intensidad de la radiación.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar una fuente de radiación cortada que tiene medios integrados de acoplamiento de la radiación cortada procedente de la fuente en una fibra óptica para la transferencia a una ubicación alejada.

También es un objeto de la presente invención proporcionar una fuente de radiación cortada que tiene medios para extraer una parte del haz cortado procedente de la fuente de radiación que está acoplado en una fibra óptica sin reducir el rendimiento energético total de la fibra.

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar una fuente de radiación cortada que tiene un detector integrado que se acciona mediante un haz extraído de la fibra para emitir un pulso eléctrico en fase con el troceador para sincronizar un amplificador sincronizado.

Estos y otros objetos que resultarán evidentes para los expertos en la técnica se logran mediante el dispositivo de la presente invención que se forma alojando la fuente de radiación, los componentes de corte óptico y de conector de fibra óptica descritos con más detalle en el presente documento de manera que esos componentes se mantienen en su sitio durante el uso.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista isométrica de una realización de la fuente de radiación cortada de la presente invención en la que se muestran detalladamente el componente de fuente de radiación, el componente de corte y el componente de conector de fibra óptica.

La figura 2 es una vista frontal de la realización de la fuente de radiación cortada mostrada en la figura 1.

Descripción detallada de la presente invención

La presente invención se refiere a una fuente de radiación cortada (preferiblemente, radiación óptica) que es adecuada para su uso en fotómetros, espectrofotómetros y otros dispositivos analíticos en los que se usa el corte de radiación para mejorar la precisión o el rendimiento del instrumento.

La fuente de radiación cortada de la presente invención está compuesta por (1) un componente de fuente de radiación, (2) un componente de troceador y (3) un componente de conector de fibra óptica. Cada uno de estos componentes está situado en un alojamiento de tal manera que los elementos de cada uno de estos componentes no se moverán de manera inesperada durante el uso.

Los elementos clave del componente de fuente de radiación son (a) una fuente de radiación y (b) medios para dirigir la radiación emitida por la fuente hasta un punto focal. En el caso de que la radiación emitida por la fuente de radiación no esté colimada o no lo esté en la medida deseada, en el componente de fuente de radiación pueden incluirse ventajosamente medios para colimar la radiación.

Los elementos clave del componente de corte incluyen (a) una lámina que puede resonar y que está fijada en un extremo y se mueve libremente en el otro extremo, (b) un indicador de troceador situado en ángulo (preferiblemente en un ángulo de 90°) con respecto al extremo móvil de la lámina, (c) medios para ajustar la presión sobre la lámina, (d) medios para hacer que la lámina vibre a su frecuencia resonante y (e) un detector de radiación. Los medios (c) de ajuste de la presión deberían permitir alinear el indicador de troceador cuando está en reposo con el punto focal de la radiación procedente del componente (1) de fuente de radiación. El detector (e) de radiación debería situarse de manera que reciba la radiación cortada que emana del componente de conector de fibra óptica.

Los elementos clave del componente de conector de fibra óptica incluyen (a) fibra óptica y (b) un alojamiento con (c) una abertura. La fibra óptica se sitúa de manera que termina en el punto focal de la radiación procedente del componente (1) de fuente de radiación. El alojamiento para la fibra óptica recubre la mayor parte de la fibra óptica y servirá por lo general como medio para sujetar la fibra óptica en la posición correcta. La abertura (c) en el alojamiento (b) deja una parte mínima de la fibra óptica expuesta. Esta abertura (c) se sitúa de manera que cualquier radiación emitida a través de esa abertura puede detectarse por el detector (e) de radiación del componente (2).

En una de las realizaciones preferidas de la presente invención, en el componente de fuente de radiación se incluyen medios para detectar la intensidad de la radiación emitida por la fuente y medios para ajustar la cantidad de radiación que ha de cortarse.

En otra realización preferida de la presente invención, el indicador de troceador se forma por una sección de la lámina resonante en el extremo móvil de esa lámina.

En otra realización de la invención, un amplificador sincronizado se sincroniza con la salida de un pulso eléctrico que está en fase con el troceador, pulso eléctrico que se deriva de la radiación emitida en la abertura del alojamiento del componente de fibra óptica.

La fuente de radiación cortada de la presente invención se describirá más detalladamente con referencia a las figuras 1 y 2.

En cada una de la figuras 1 y 2, se ilustran los tres componentes principales del dispositivo de la presente invención, es decir, el componente 1 de fuente de radiación, el componente 2 de troceador y el componente 3 de conector de fibra óptica. El alojamiento 4 para el componente 1 de fuente de radiación, el alojamiento 5 para el componente 2 de troceador y el conector 6 del componente 3 de conector de fibra óptica deben realizarse cada uno de un material que resista el entorno en el que va a utilizarse el dispositivo y que sea suficientemente rígido para soportar los elementos de cada uno de estos componentes de tal manera que esos elementos no se muevan o se desvíen durante el uso de la fuente de radiación cortada. Los alojamientos 4 y 5 y el conector 6 están realizados cada uno preferiblemente con un metal tal como aluminio, acero inoxidable o bronce, aunque también puede emplearse cualquier otro material que sea suficientemente fuerte y duradero para resistir las condiciones en las que va a utilizarse el dispositivo. Los alojamientos 4 y 5 mostrados en las figuras 1 y 2 se realizaron en planchas de metal de aluminio con calidad para aviones, aleación 6061, que se habían cortado por láser para alojar los elementos que habían de incluirse en ese alojamiento. A continuación estas planchas se apilaron y unieron entre sí. Aunque no es una característica necesaria de la invención, en la figura 1 se muestran orificios 24 en los que pueden insertarse tornillos para ilustrar un procedimiento para montar el dispositivo de la presente invención en una mesa o poste u otra superficie en la ubicación en la que va a utilizarse el dispositivo. Otros medios para sujetar las planchas apiladas y montar el alojamiento formado por tales planchas resultarán evidentes para los expertos en la técnica. También sería posible "moldear" secciones del (de los) alojamiento(s) y unirlo(s) mediante cualquiera de las técnicas conocidas por los expertos en la técnica. Los alojamientos 4 y 5 deben ser al menos suficientemente grandes para que todos los componentes necesarios encajen dentro del (de los) alojamiento(s) de tal manera que cada uno de esos componentes pueda funcionar adecuadamente y no se mueva de manera inesperada durante el uso. Por supuesto es deseable que los alojamientos sean lo más pequeños posible por motivos de espacio y economía, pero no hay limitación técnica con respecto al tamaño máximo de los alojamientos.

En el alojamiento 4, una fuente 7 de radiación colimada está situada en una abertura que es suficientemente grande para alojar esa fuente de radiación. La fuente 7 de radiación debe mantenerse estacionaria en el alojamiento 4. Se prefiere mantener la fuente 7 de radiación estacionaria haciendo la abertura en la que está situada la fuente 7 de radiación suficientemente grande para permitir su colocación en ese alojamiento 4 pero suficientemente pequeña para que la fuente 7 de radiación no pueda moverse libremente por la misma. Sin embargo, es posible hacer la fuente 7 de radiación estacionaria insertando la fuente 7 de radiación en una carcasa o base montada de manera permanente en el alojamiento 4, carcasa o base que se ha diseñado para mantener la fuente de radiación en su sitio. La fuente 7 de radiación puede ser cualquier fuente de radiación visible, ultravioleta y/o de infrarrojo cercana ("NIR") conocida por los expertos en la técnica. Se prefiere que la radiación emitida por la fuente 7 de radiación esté colimada, sin embargo, entra dentro del alcance de la presente invención usar cualquier fuente de radiación. La radiación que no está colimada cuando se emite puede colimarse mediante técnicas conocidas por los expertos en la técnica, tal como mediante el paso por una lente esférica. Ejemplos de fuentes de radiación preferidas incluyen lámparas de filamento de tungsteno y diodos emisores de luz. La selección de una fuente de radiación apropiada dependerá, por supuesto, de la aplicación particular para la que se usará la fuente óptica cortada.

Es deseable mantener la intensidad de la fuente de radiación a un nivel constante. Aunque el ajuste de la intensidad no es necesario cuando la fuente de radiación se selecciona para cumplir los requisitos específicos para ese troceador óptico o cuando se sustituya esa fuente de radiación antes de que se aproxime al final de su vida útil, es generalmente ventajoso incluir medios para ajustar la intensidad de radiación porque tal capacidad de ajuste permite una mayor flexibilidad en la selección de la fuente de radiación y la capacidad de continuar utilizando la fuente de radiación después de que haya pasado su rendimiento máximo.

En la realización de la invención ilustrada en la figura 1, el ajuste de la intensidad de radiación puede llevarse a cabo monitorizando la radiación procedente de la fuente 7 con el detector 8 y utilizando la salida del detector 8 para accionar un bucle de realimentación servo (no mostrado) que controla el accionamiento de la fuente 7 de radiación. El punto de ajuste del accionamiento de la fuente 7 puede ajustarse mediante un iris 9 óptico ajustable (también mostrado en la figura 2). Es posible por supuesto operar el conjunto de fuente de radiación cortada sin detector 8 ni iris 9. Sin embargo, se prefiere incluir estos elementos o algunos otros elementos conocidos por ser útiles para ajustar la intensidad de radiación en el componente 1 de fuente de radiación.

Cualquiera de los detectores de radiación conocidos que pueda detectar radiación a las longitudes de onda seleccionadas para el uso en el dispositivo de la presente invención puede utilizarse como detector 8. Detectores preferidos incluyen fototransistores y diodos de silicio fotoconductores o fotovoltaicos. Cualquier medio para aumentar o disminuir la cantidad de radiación emitida desde la fuente 7 de radiación puede utilizarse como medio de ajuste de radiación o iris 9. Los expertos en la técnica conocen medios de ajuste adecuados. Tales medios de ajuste incluyen un tornillo roscado fino.

En la realización de la invención ilustrada en la figura 1, la fuente 7 de radiación está situada en el alojamiento 4 de modo que la radiación colimada emitida alcance el medio 10 de dirección de haz. El medio 10 de dirección de haz se emplea en esta realización de la invención porque los medios 11 de condensación y la fibra 12 óptica no están sobre el eje de la fuente 7. Sin embargo, el medio 10 de dirección de haz no tiene que estar incluido en el componente 1 de fuente de radiación si los medios 11 de condensación y la fibra 12 óptica están sobre el mismo eje que la radiación colimada emitida por la fuente 7 de radiación.

En el aparato ilustrado en la figura 1, el medio 10 de dirección de haz está situado en el alojamiento 4 de modo que puede recibir radiación desde la fuente 7 de radiación y dirigir esa radiación recibida a los medios 11 de condensación de radiación. Sin embargo, también sería posible situar el medio 10 de dirección de haz en el alojamiento 5 siempre que el medio 10 de dirección de haz todavía pueda recibir radiación colimada y dirigir esa radiación recibida a los medios para dirigir la radiación colimada hasta un punto focal. El medio 10 de dirección de haz puede ser cualquiera de los medios conocidos para dirigir radiación tales como espejos o prismas. Los medios de dirección de haz preferidos incluyen espejos y prismas de conducción de haz. Cuando se usa, el medio 10 de dirección de haz debe ser al menos suficientemente grande para capturar la radiación colimada, preferiblemente, tendrá una anchura que sea aproximadamente igual al diámetro de la fuente 7 de radiación.

Los medios 11 de condensación de radiación no tienen que estar situados en el alojamiento 4 tal como se muestra en la figura 2. Los medios 11 de condensación de radiación también pueden situarse en cualquier punto en el que puedan recibir la radiación colimada emitida desde la fuente 7 de radiación y condensar esa radiación hasta un punto focal. Sin embargo se prefiere que los medios 11 de condensación de radiación se sitúen en el alojamiento 4 en un punto por debajo del medio 10 de dirección de haz.

Los medios 11 de condensación de radiación pueden ser cualquiera de los condensadores de radiación conocidos. Se prefieren lentes esféricas, particularmente lentes esféricas de zafiro que tienen diámetros desde 1 mm hasta 10 mm. Los medios 11 de condensación condensan la radiación hasta un punto focal (no mostrado) en el que está situada la fibra 12 óptica para recibir esa radiación.

Ubicados en la base del alojamiento 4 hay postes 13 de alineación (ilustrados con mayor claridad en la figura 2). Los postes 13 de alineación están colocados para ajustarse en cavidades 14 de recepción ubicadas en el alojamiento 5 y forman de este modo el alojamiento completo para la fuente óptica cortada de la presente invención. También entra dentro del alcance de la presente invención ubicar cavidades 14 de recepción en la base del alojamiento 4 y postes 13 de alineación en la superficie superior del alojamiento 5. El número de postes 13 de alineación y cavidades 14 de recepción, si se usan, será por lo general de al menos 2 postes de alineación y 2 cavidades de recepción, preferiblemente, al menos tres postes y 3 cavidades, lo más preferiblemente, 4 postes de alineación y 4 cavidades de recepción. Estos postes 13 de alineación y cavidades 14 de recepción no son características esenciales de la presente invención sino que se incluyen ventajosamente porque facilitan una alineación adecuada de los alojamientos 4 y 5 y por tanto una alineación adecuada de los elementos incluidos en estos alojamientos. Los postes 13 de alineación pueden estar realizados de cualquier material que resista las condiciones de uso. Particularmente se prefieren metales tales como clavijas de metal laminado. Los postes 13 de alineación y las cavidades 14 serán suficientemente largos o profundos para que el alojamiento completo se mantenga intacto y ninguno de los alojamientos 4 y 5 se mueva o desplace durante el uso.

Una lámina 15 que puede vibrar está situada en el alojamiento 5 de modo que el movimiento del indicador 18 de troceador cortará el haz que entra en la fibra 12 óptica. En la realización de la invención ilustrada en la figura 1, la lámina 15 está situada de manera que es vertical con respecto a la abertura en el alojamiento 5. Se prefiere tal disposición vertical. Un extremo de la lámina 15 puede moverse con relativa libertad mientras que el movimiento de la lámina en el otro extremo está restringido por soportes 16 y los medios para ajustar el factor 17 de trabajo del troceador. En el extremo de la lámina 15 que puede moverse con relativa libertad se sitúa el indicador 18 de troceador. El indicador 18 de troceador puede estar formado a partir de la parte terminal de la lámina 15 o puede unirse al extremo móvil de la lámina 15. En el conjunto de troceador ilustrado en la figura 1, el indicador 18 de troceador estaba formado mediante el giro de noventa grados de la parte terminal de la lámina 15. Sin embargo puede usarse cualquiera de los indicadores de troceador conocidos por los expertos en la técnica. El indicador 18 de troceador mostrado en la figura 1 es particularmente ventajoso porque no hay riesgo de separación del indicador de troceador de la lámina.

La lámina 15 puede realizarse de cualquier material flexible que pueda hacerse vibrar. Materiales adecuados incluyen metales ferrosos, acero para muelles y película de polímero suficientemente rígida. Los metales ferrosos se prefieren cuando los medios para hacer que la lámina vibre son una bobina de solenoide. Cualquiera de las láminas resonantes piezoeléctricas conocidas puede usarse también como lámina 15. Cuando se usa una lámina resonante piezoeléctrica, el material de activación preferido es un poli(fluoruro de vinilideno) tal como el que está disponible comercialmente con la denominación Kynar PVDF. La lámina 15 debería ser por lo general suficientemente larga para que la lámina 15 con el indicador 18 de troceador tenga una resonancia natural entre 100 Hz y 1000 Hz, y tenga una deflexión superior a dos veces el diámetro de la fibra 12 óptica. Con el fin de ajustar la frecuencia de resonancia de la lámina 15, la longitud, espesor y anchura de la lámina, puede variarse el módulo de Young del material de la lámina, o el peso del indicador 18 de troceador para lograr la frecuencia deseada. La frecuencia de resonancia óptima de la lámina depende del detector principal usado en el espectrómetro o fotómetro u otro dispositivo analítico en los que se incorporará la fuente de radiación cortada de la presente invención. Para un detector de sulfuro de plomo, la frecuencia de resonancia óptima es de 600 Hz.

En el dispositivo ilustrado en las figuras 1 y 2, la lámina vibrante estaba fabricada a partir de un bloque de acero para muelles de aproximadamente 1,6 pulgadas (4,0 cm) de longitud, 0,19 pulgadas (0,5 cm) de ancho y 0,023 pulgadas (0,058 cm) de espesor. La parte de lámina vibrante más allá de los soportes 16 era de aproximadamente 1,0 pulgadas (2,5 cm) de longitud y 0,09 pulgadas (0,23 cm) de ancho. La parte del indicador 18 de troceador estaba formada a partir de la parte terminal de la lámina 15 y era de 0,15 pulgadas (0,38 cm) de longitud y 0,19 pulgadas (0,48 cm) de ancho. Este conjunto lámina/indicador resonaba a aproximadamente 450 Hz.

En la técnica se conocen ampliamente los medios para hacer que la lámina 15 vibre. En las figuras 1 y 2, la vibración de la lámina 15 se induce por el solenoide 19. También es posible usar una lámina resonante piezoeléctrica como lámina 15. Cuando se usa una lámina resonante piezoeléctrica, no es necesario el solenoide 19 para provocar la vibración de la lámina y el solenoide 19 puede omitirse del componente de corte.

El factor de trabajo del troceador puede ajustarse mediante cualquiera de las técnicas conocidas por los expertos en la técnica. El ajustador 17 del factor de trabajo del troceador mostrado en las figuras 1 y 2 es un tornillo que cuando se gira lo suficiente aplica presión a o descarga presión de la lámina 15. La aplicación o descarga de presión sobre la lámina 15 entre los soportes 16 hace que la lámina se doble y que el indicador 18 de troceador cambie su posición. Cuando el indicador 18 de troceador está situado entre los medios 11 de condensación de radiación y el punto focal en el que la fibra 12 óptica recibe la radiación condensada de tal manera que el borde del indicador 18 de troceador en reposo está alineado sobre el centro de la fibra óptica 12 y bloquea el 50% de la cara de la fibra óptica, generará un factor de trabajo del 50% sobre la radiación cortada procedente de la fuente 7. Un cambio en la posición de reposo del indicador 18 de troceador cambia el factor de trabajo del haz cortado. Un haz de radiación cortada cuando se detecta y procesa por un amplificador sincronizado producirá una señal máxima con un factor de trabajo del 50%.

El componente 3 de conector de fibra óptica está compuesto por el alojamiento 6 de conector, la fibra 12 óptica y la abertura 22. La fibra 12 óptica está situada dentro del alojamiento 6 de conector de tal manera que al menos una parte de la fibra 12 óptica estará expuesta en la abertura 22. Se prefiere que la fibra 12 óptica esté fijada dentro del alojamiento 6 de conector de algún modo, preferiblemente con un material adhesivo de algún tipo. Se prefiere particularmente resina epoxídica clara.

En la fuente de radiación cortada mostrada en las figuras 1 y 2, la fibra 12 óptica termina en el alojamiento 6 de conector de fibra que está situado en una ubicación tal que la radiación cortada condensada se recibirá por la fibra 12 óptica en el punto focal de la radiación que ha pasado a través del condensador 11. En la figura 1, el conector 6 de fibra óptica está insertado en la cavidad 20 del alojamiento 5. El alojamiento 6 de conector de fibra está fijado en su sitio en el alojamiento 5 con el tornillo 21. Sin embargo también podría encajarse a presión o atornillarse en su sitio o fijarse mediante un adhesivo o de cualquier otra manera conocida por los expertos en la técnica. La abertura 22 de alojamiento 6 de conector expone la fibra 12 óptica y cualquier material presente sobre la superficie de esa fibra (por ejemplo, resina epoxídica) al detector 23. Aunque la abertura 22 se muestra como una muesca en forma de V en las figuras 1 y 2, no se requiere ninguna forma particular para la abertura 22. La abertura 22 también podría ser un corte fresado recto sobre la superficie del conector 3 o cualquier otra forma que exponga al menos una parte de la fibra 12 óptica. La abertura 22 no tiene que tener ningún tamaño particular aunque se prefiere que la abertura sea al menos suficientemente grande para permitir que el detector 23 detecte una radiación suficiente. En el dispositivo ilustrado en las figuras 1 y 2, la abertura 22 era suficientemente grande para exponer 0,125 pulgadas (0,317 cm) de fibra óptica.

Los expertos en la técnica saben que no todos los rayos de haz de radiación que inciden sobre la cara de extremo de una fibra óptica se propagarán con éxito a lo largo del núcleo interno de la fibra y emergerán en el otro extremo. Sólo aquellos rayos que entren dentro del ángulo de cono de aceptación de la fibra se propagarán a lo largo del núcleo interno. Aquellos rayos que queden fuera del ángulo de cono de aceptación se refractarán en el revestimiento de la fibra y se perderán. Son estos rayos "perdidos" los que detecta el detector 23 de radiación a través de la abertura 22. Cuando la fibra óptica se mantiene en su sitio dentro del alojamiento 6 mediante un adhesivo, una parte de los rayos que se refractan en el revestimiento penetrarán en el adhesivo (preferiblemente, resina epoxídica) que cementa la fibra 12 al alojamiento 6 de conector e iluminarán la resina epoxídica o el adhesivo. La radiación que ilumina la resina epoxídica puede detectarse fácilmente por el detector 23 de radiación que detecta la fase del ciclo de radiación cortada modulada por el indicador 18 de troceador óptico.

La selección de la fibra óptica que va a usarse en el aparato de la presente invención se basa en el tipo particular de radiación que va a cortarse y entra dentro de las habilidades de la técnica. Por ejemplo, cuando la radiación que está cortándose se encuentra en el intervalo de infrarrojo cercano (NIR), se prefiere fibra de vidrio que tiene un contenido en hidroxilo (OH) muy bajo porque el contenido en hidroxilo OH absorbe aproximadamente 1400 nm y afectaría de manera adversa a la transmisión de la radiación NIR. Sin embargo, cuando la radiación que está cortándose se encuentra en el intervalo ultravioleta (UV), el contenido en hidroxilo de la fibra óptica no interfiere con la transmisión de radiación UV. La fibra óptica usada en el aparato de la presente invención tendrá por lo general un diámetro desde aproximadamente 300 hasta aproximadamente 1000 \mum, preferiblemente desde 400 hasta 600 \mum y tendrá capacidad de propagación de rayos multimodo.

La fibra 12 en el componente 3 de conector puede usarse para conectar la fuente de radiación cortada de la presente invención a una sonda (no mostrada) que ha de insertarse en el material o flujo que está evaluándose. Cualquiera de las sondas conocidas puede usarse con el dispositivo de corte de radiación de la presente invención. La selección de la sonda se basará en el tipo de análisis que esté llevándose a cabo y la naturaleza del material o flujo que esté analizándose.

La fibra 12 en el componente 3 de conector también puede usarse para conectar la fuente de radiación cortada de la presente invención con otros dispositivos analíticos.

En la sección 22 del componente 3 de conector de fibra ilustrado en las figuras 1 y 2, la resina epoxídica sobre la superficie de la fibra 12 óptica se ilumina con rayos que entran en la fibra 12 en un ángulo superior al ángulo de aceptación de la fibra que han penetrado en el revestimiento y después en la resina epoxídica. Esto rayos iluminadores pueden usarse para monitorizar la radiación que cae sobre la cara de la fibra sin reducir la cantidad de radiación que se transmite dentro del núcleo de la fibra.

Una vez descrita de este modo la invención, se da el siguiente ejemplo que es ilustrativo de la misma.

Ejemplo

Se construyó un dispositivo correspondiente al mostrado en las figuras 1 y 2 a partir de los siguientes materiales:

Alojamiento 4: planchas de aluminio de aleación 6061 que se habían cortado por láser para alojar los elementos del componente 1 de fuente de radiación, apiladas y unidas entre sí con resina epoxídica y clavijas laminadas de acero.

Alojamiento 5: planchas de aluminio de aleación 6061 que se habían cortado por láser para alojar los elementos del componente 2 de troceador, apiladas y unidas entre sí con resina epoxídica y clavijas laminadas de acero.

Alojamiento 6: fabricado a partir de un conector SMA de fibra óptica convencional.

Fuente 7 de radiación: lámpara de filamento de tungsteno que emitía radiación a longitudes de onda desde 400 nm hasta 2500 nm que está disponible comercialmente por Gilway Lamps (n° I1025).

Detector 8 de la intensidad de radiación: \\[2.1mm]{}\hskip0.4cm detector que está disponible comercialmente por DigiKey (pieza n° QSC114 {}\hskip0.4cm -ND).

Ajustador 9 de la intensidad de radiación: \\[2.1mm]{}\hskip0.4cm tornillo mecanizado 4/40.

Medio 10 de dirección de haz: un primer espejo de superficie que tiene un ancho de 0,25 pulgadas. (0,635 cm).

Condensador 11 de radiación: una lente esférica de zafiro que tiene un diámetro de 0,25 pulgadas (0,635 cm) que está disponible comercialmente por Edmund Scientific (n° H43-831).

Fibra 12 óptica: fibra de vidrio de bajo OH de 500 \mum de diámetro de RoMack Fiber Optics

Postes 13 de alineación: clavijas laminadas de acero de 1/16 pulgadas que tienen una longitud de 0,625 pulgadas (1,59 cm).

Cavidades 14 de recepción: cortadas en el alojamiento 5, 0,125 pulgadas (0,318 cm) de profundidad.

Lámina 15: fabricada a partir de muelle de rebobinado Stihl (pieza n° LB05A02) con dimensiones de 0,187 pulgadas (0,475 cm) de ancho por 0,024 pulgadas (0,061 cm) de espesor. La primera sección en contacto con postes 16 de puente medía 0,438 pulgadas (1,11 cm) de longitud por 0,187 pulgadas (0,475 cm) de ancho. La segunda sección que se movía libremente medía 1,00 pulgada (2,54 cm) de longitud por 0,188 pulgadas (0,47625 cm) de ancho.

Postes 16 de puente: clavijas de acero de 1/32 pulgadas que eran de 0,25 pulgadas de longitud (0,635 cm).

Ajustador 17 del factor de trabajo del troceador: \\[2.1mm]{}\hskip0.4cm tornillo mecanizado 4/40.

Indicador 18 de troceador: sección terminal de la lámina 15 en un ángulo de 90° con respecto a la parte estacionaria de la lámina 15 y con dimensiones de 0,150 pulgadas (0,381 cm) de longitud y 0,189 pulgadas (0,48 cm) de ancho.

Solenoide 19: Bobina de solenoide extraída de un relé Tyco (pieza n° T90S1D12-5).

Cavidad 20: cavidad cortada del alojamiento 5 con dimensiones de 0,125 pulgadas (0,317 cm) de diámetro y 0,5 pulgadas (1,27 cm) de longitud.

Tornillo 21 de conector: tornillo mecanizado 4/40.

Abertura 22: abertura que expone 0,125 pulgadas (0,317 cm) de fibra óptica mecanizada a partir del alojamiento 6.

Detector 23 de fase: detector que está disponible comercialmente por DigiKey (pieza n° QSC114-ND).

Claims

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```
1. Una fuente de radiación óptica cortada que comprende

una fuente (7) de radiación óptica,

medios (11) para colimar la radiación procedente de la fuente (7) de radiación óptica, si es necesario,

medios (10) para dirigir la radiación colimada hasta un punto focal,

una lámina (15) con un indicador (18) de troceador,

medios de ajuste para la lámina (15),

medios para hacer que la lámina (15) vibre a la frecuencia (19) resonante de la lámina (15), y

un detector (23) de radiación para recibir y detectar radiación cortada,

caracterizada porque

a)

la fuente de radiación óptica cortada está compuesta por

(i)

un componente (1) de fuente de radiación que comprende un primer alojamiento (4) compuesto por un material que es suficientemente rígido para soportar los elementos presentes en el mismo de manera que esos elementos no se desviarán ni se moverán durante el uso,

(ii)

un componente (2) de corte que comprende un segundo alojamiento (5) compuesto por un material que es suficientemente rígido para soportar los elementos presentes en el mismo de manera que esos elementos no se desviarán ni se moverán durante el uso,

(iii)

un componente (3) de conector de fibra óptica que puede situarse en una cavidad (20) en el componente (2) de corte y que comprende un tercer alojamiento (6) compuesto por un material que es suficientemente rígido para soportar los elementos presentes en el mismo de manera que esos elementos no se desviarán ni se moverán durante el uso, y

(iv)

medios (13, 14) para alinear el primer alojamiento (4) con el segundo alojamiento (5),

b)

la fuente (7) de radiación óptica, los medios (11) para colimar la radiación procedente de la fuente (7) de radiación óptica, si es necesario, y los medios (10) para dirigir la radiación colimada hasta un punto focal están soportados en el primer alojamiento (4) que opcionalmente comprende además medios (8) para detectar la intensidad de radiación procedente de la fuente (7) de radiación óptica, y, opcionalmente, medios para ajustar la intensidad de radiación (9) procedente de la fuente (7) de radiación óptica,

c)

la lámina (15) con un indicador (18) de troceador, los medios de ajuste para la lámina (15), los medios para hacer que la lámina (15) vibre a la frecuencia (19) resonante de la lámina (15), y el detector de radiación para recibir y detectar radiación cortada (23) están soportados en el segundo alojamiento (5), con la condición de que

(v)

la lámina (15) tenga un primer extremo fijado a una pared del segundo alojamiento (5) y un segundo extremo que puede moverse libremente,

(vi)

el indicador (18) de troceador esté situado en ángulo recto con respecto al segundo extremo de la lámina (15) y esté situado para recibir la vibración que se origina a partir de la lámina (15) pata cortar la radiación óptica procedente de la fuente (7) de radiación óptica en el punto focal,

(vii)

los medios de ajuste para la lámina (15) comprendan medios (16,17) para ajustar la presión sobre la lámina (15) para alinear el punto (18) de reposo del indicador de troceador, con la radiación colimada y el punto focal,

(viii)

el componente (2) de corte comprenda una cavidad (20) para sujetar el componente (3) de conector de fibra óptica de manera que una fibra (12) óptica se sitúe en el punto focal,

(ix)

el componente (2) de corte comprenda medios (21) para sujetar el componente (3) de conector de fibra óptica cuando está situado en la cavidad (20),

(x)

el detector (23) de radiación esté situado para recibir y detectar radiación cortada que emana de una abertura (22) en el componente (3) de conector de fibra óptica cuando el conector está situado en la cavidad (20), y
```
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```
d)

los elementos del componente (3) de conector de fibra óptica soportados en el tercer alojamiento (6) comprenden:

(xi)

una fibra (12) óptica con una cara de extremo situada en el punto focal para recibir la radiación óptica cortada procedente del componente (2) de corte y para transmitir la radiación óptica recibida hasta una ubicación alejada, y

(xii)

una abertura (22) en el alojamiento (6) del componente (3) de conector de fibra óptica, abertura que está situada suficientemente próxima a la cara de extremo de la fibra (12) para emitir radiación que ha entrado en la fibra (12) a un ángulo fuera del ángulo del cono de aceptación de la fibra.
2. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que la fuente (7) de radiación óptica es una lámpara de filamento de tungsteno.
3. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que la fuente (7) de radiación óptica es una lámpara que emite radiación infrarroja cercana.
4. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que la fuente (7) de radiación óptica es un diodo emisor de luz.
5. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 4, en la que la fuente (7) de radiación óptica es un diodo emisor de luz que puede emitir radiación ultravioleta, visible e infrarroja cercana.
6. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que cada uno del alojamiento primero (4) y segundo (5) está compuesto por metal.
7. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que cada uno del alojamiento primero (4) y segundo (5) está compuesto por planchas metálicas apiladas que se han unido entre sí.
8. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que los medios para dirigir la radiación colimada hasta un punto (10) focal son un prisma de conducción de haz.
9. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 8, en la que los medios para dirigir la radiación colimada hasta un punto (10) focal son un prisma de conducción de haz de 45 grados.
10. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que los medios para dirigir la radiación colimada hasta un punto (10) focal son un espejo de conducción de haz.
11. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 10, en la que los medios para dirigir la radiación colimada hasta un punto (10) focal son un espejo plano.
12. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que los medios (11) para colimar la radiación son una lente esférica de zafiro.
13. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 12, en la que la lente esférica de zafiro tiene un diámetro desde 3 hasta 10 mm.
14. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que los medios (9) para ajustar la intensidad de radiación son un perno o tornillo.
15. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que los medios (8) para detectar la intensidad de radiación son un fototransistor.
16. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que los medios (8) para detectar la intensidad de radiación son un diodo fotovoltaico o fotoconductor.
17. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que los medios (13,14) para alinear el primer alojamiento (4) con el segundo alojamiento (5) comprenden postes (13) montados sobre el primer alojamiento (4) que pueden insertarse en cavidades (14) correspondientes del segundo alojamiento (5).
18. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que la lámina (15) está hecha de acero para muelles.
19. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que la lámina (15) tiene desde 15 hasta 50 mm de longitud, desde 3 hasta 10 mm de altura y desde 0,2 hasta 0,8 mm de espesor.
20. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que el indicador (18) de troceador es una extensión de la lámina (15) que se ha formado girando el extremo móvil de la lámina (15) 90 grados.
21. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que la lámina (15) se acciona magnéticamente.
22. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 21, en la que los medios para hacer que la lámina (15) vibre a la frecuencia (19) resonante de la lámina (15) son una bobina de solenoide.
23. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 1, en la que la lámina (15) es una lámina resonante piezoeléctrica.
24. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 23, en la que el material de accionamiento piezoeléctrico es poli(fluoruro de vinilideno).
25. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 23 en una señal de CC o CA pulsante se usa para proporcionar resonancia a la lámina (15).
26. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 25, en la que la señal de CC o CA tiene una frecuencia entre 30 y 1000 Hz.
27. La fuente de radiación cortada según la reivindicación 25, en la que la señal de CC o CA tiene una frecuencia entre 400 y 600 Hz.
28. Un fotómetro que incluye la fuente de radiación cortada según la reivindicación 1.
29. Procedimiento para monitorizar una reacción química, que comprende:

(a)

insertar una sonda que está conectada al fotómetro según la reivindicación 28 en una corriente de reacción y

(b)

revisar la salida del fotómetro.
30. El procedimiento según la reivindicación 29, en el que la sonda es una celda de flujo continuo.