JP2005098813A - Apparatus and method for performing in-situ and instantaneous measurement on characteristics of liquid - Google Patents

Apparatus and method for performing in-situ and instantaneous measurement on characteristics of liquid Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a method for performing in-situ measurement, on at least one of the characteristics of a liquid housed in a container. <P>SOLUTION: The apparatus for measuring at least one of the characteristics of the liquid below a surface comprises (a) a housing having a front end; (b) at least one probe assembly at the front end of the housing comprising an inert gas generating means, comprising an inert gas source, conduit for guiding an inert gas to the front end of the housing, and a means for moving a downstream-side flow from the inert gas source and a stable volume of the inert gas to the front end of the housing and the interface of the liquid and the probe assembly to any depth or angle in the liquid; (c) a radial beam assembly, comprising both a means for generating a radial beam sufficient for vaporizing a part of the liquid into a species to be detected and a means for transmitting the radial beam to the interface between the liquid and the stable volume of inert gas through the front end of the housing; (d) and a detection means for receiving the species to be detected and detecting at least one of the characteristics of the liquid, on the basis of the species to be detected. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば、溶けた金属のような液体の特性を原位置で即時に測定するための装置及び方法に一般的に関する。
液体は静止又は流れている状態であることもできる。即時の測定は、液体の内部及び液体の表面を含む任意の位置から行うことができる。
測定が液体の表面下で行われるとき、連続した流れの下での安定した量の不活性ガスが、検出種を発生させるための液体への放射ビームの急速かつ正確な通過を可能とするために液体及び装置の境界面で提供され、望ましい特性を決定するために分析される。
代わりに、液体から生じる種を検出することにより装置を、放射線を全く出さない静止モードで操作することもできる。
The present invention relates generally to an apparatus and method for instantaneously measuring the properties of a liquid, such as a molten metal, in situ.
The liquid can also be stationary or flowing. Immediate measurements can be taken from any location including the interior of the liquid and the surface of the liquid.
When the measurement is performed below the surface of the liquid, a stable amount of inert gas under a continuous flow allows a rapid and accurate passage of the radiation beam into the liquid to generate the detection species Provided at the interface of the liquid and device and analyzed to determine the desired properties.
Alternatively, the device can be operated in a stationary mode that does not emit any radiation by detecting species originating from the liquid.

濃度及び配合の定量的測定及び定性的測定を含むがこれに限定はされない、液体の様々な特性の測定は、様々な産業上の利用性において非常に重要である。
液体が容器内に収容されている時、液体のサンプルを得、該サンプルを分析するために研究所のような離れた位置へ運ぶことにより測定を定期的に行うことができる。
定量的測定及び定性的測定は研究所で行われ、その後、液体の配合の調節がなされるべきかどうかを決定するために容器のオペレーターに戻される。
液体の濃度及び配合を測定する計測は既知であるが、このような測定を行い容器のオペレーターに情報を伝える時間は、金属の生産(例えば、鋼鉄或いはアルミニウムの生産)上問題となる。
The measurement of various properties of liquids, including but not limited to quantitative and qualitative measurements of concentration and formulation, is very important in various industrial applications.
When liquid is contained in a container, measurements can be taken periodically by obtaining a sample of the liquid and transporting the sample to a remote location, such as a laboratory.
Quantitative and qualitative measurements are made in the laboratory and then returned to the container operator to determine whether adjustments to the liquid formulation should be made.
Measurements that measure liquid concentration and formulation are known, but the time to make such measurements and communicate information to the container operator is a problem in metal production (eg, steel or aluminum production).

例として、鋼鉄の製造中に配合をしっかりと制御することは、高品質の製品の生産に重要である。製鉄所のオペレーターは、溶けた金属の配合の微調整を行う義務がある。
現在、溶けた金属のサンプルは炉から取り出され、鋼鉄の成分配合を決定する分光測定が行われる研究所へ送られる。
分析結果は、溶けた金属の実際の配合が望ましいものであるかどうかを決定する炉のオペレーターに戻される。
もし、望ましいものでなければ、関連する、溶けた金属の成分を調節することにより配合の調整がなされる。
As an example, tightly controlling the formulation during steel production is important for the production of high quality products. Ironworks operators are obliged to make fine adjustments to the melted metal mix.
Currently, molten metal samples are removed from the furnace and sent to a laboratory where spectroscopic measurements are made to determine the composition of the steel components.
The analysis results are returned to the furnace operator to determine if the actual composition of the molten metal is desirable.
If not desired, the formulation is adjusted by adjusting the relevant melted metal components.

溶解状態の製品の組成分析を終えるまでに時間がかかるので、望ましい製品(例えば、鋼鉄)の生産速度上問題となる。
液体の配合の調整が外部の研究所を用いるよりも短時間でなされるように、溶けた金属及び溶融ガラスのような液体の原位置での分析のための装置及び方法を用いることが望ましい。
そのようなアプローチの1つは、本明細書中において参考として参照される、カールホフ等による米国特許第4,995,723号及び関連する米国特許第4,993,834号により開示されている。
これら参照は、溶けた金属を収容する容器の側面で静止したコンジットを提供することにより溶けた金属の要素を分析する方法を開示する。
レーザ・ビームは、コンジット内及び溶けた金属の表面へ導かれる。レーザ・ビームの相互作用によって形成されるプラズマによって光は発生し、溶けた金属は、レンズ・システムを介した導光板と結合し、導光板によってスペクトロメータ157へ通される。
システムは、表面上だけで溶けた金属の測定を提供し、コンジットが固定された位置にあるために定位置での測定を行う。
Since it takes time to finish the composition analysis of the dissolved product, there is a problem in the production rate of a desired product (for example, steel).
It is desirable to use an apparatus and method for in-situ analysis of liquids such as molten metal and molten glass so that adjustment of the liquid formulation is made in a shorter time than using an external laboratory.
One such approach is disclosed by Karlhof et al., US Pat. No. 4,995,723 and related US Pat. No. 4,993,834, referenced herein by reference.
These references disclose a method for analyzing molten metal elements by providing a conduit that is stationary on the side of the container containing the molten metal.
The laser beam is directed into the conduit and to the surface of the molten metal. Light is generated by the plasma formed by the interaction of the laser beam, and the molten metal combines with the light guide plate through the lens system and is passed by the light guide plate to the spectrometer 157.
The system provides a measurement of molten metal only on the surface and takes a measurement in place because the conduit is in a fixed position.

他の固定コンジット・システムは、本明細書中において参考として参照される、ケートによる米国特許第5,830,407号及び第6,071,466号により開示されている。固定されたコンジットは、溶けた金属を収容する容器の底に挿入される。固定されたコンジットの中央のパイプは、溶けた金属内で開口部を維持する圧力下で透明なガスを運ぶ。
ガスの流れは、溶けた金属をコンジットの侵入から防ぐための十分な静水頭を有する。点検窓アセンブリは、溶けた金属を直接見ることを可能とし、光度計又はスペクトロメータ157のような光学感知装置は、溶けた金属の配合を決定するために用いられる。
溶けた金属の測定は溶けた金属内の1ヶ所の固定された位置のみで行われる。
Other fixed conduit systems are disclosed in US Pat. Nos. 5,830,407 and 6,071,466 by Kate, which are incorporated herein by reference. The fixed conduit is inserted into the bottom of the container containing the molten metal. The central pipe of the fixed conduit carries clear gas under pressure that maintains the opening in the molten metal.
The gas flow has a sufficient hydrostatic head to prevent molten metal from entering the conduit. The inspection window assembly allows direct viewing of the molten metal and an optical sensing device such as a photometer or spectrometer 157 is used to determine the melted metal formulation.
Melted metal measurements are made only at one fixed location within the molten metal.

上記参照に記載のシステムには、いくつもの不利な点がある。これら従来技術のシステムは、溶けた金属の表面又は溶けた金属内の1ヶ所のいずれかの固定位置から全ての測定がなされなければならない固定されたコンジットを用いる。
溶けた金属組成は、単一容器内の配合中において変化することもあるので、そのようなシステムは不都合である。
溶けた金属の配合の調整の際に用いられる正確さは、溶液槽全体の配合の部分的な高精度の読み取りに依存する。
上記参照のように、もし分析のために1ヶ所の固定位置のみが提供されるならば、溶けた金属全体の分析の正確さは妥協したものとなる。
There are a number of disadvantages to the system described above. These prior art systems use a fixed conduit in which all measurements must be made from either a fixed position on the surface of the molten metal or at one location within the molten metal.
Such a system is disadvantageous because the molten metal composition may change during compounding in a single container.
The accuracy used in adjusting the melted metal formulation depends on a partial high accuracy reading of the overall solution bath formulation.
As referenced above, if only one fixed location is provided for analysis, the accuracy of the analysis of the entire molten metal is compromised.

更に、上記の従来技術の不都合さは、器具がプローブと相互作用する角度に関係する。溶けた金属はガスよりも高密度なので、カールホフ等によって開示されるデバイスは、測定を行うためのガスの安定した泡を維持することができない。
より重い溶けた原材料は、あらゆるガスと入れ代わって炉の壁の孔の中に流れる。従って、ガスは、機器の外側に溶けた原材料を維持するために継続的に流れる。
この継続的な流れは、ガスと溶けた原材料の間で非静止境界面を生じ、光学的焦点が合うように境界面が静止するとき最も正確な測定過程を非常に複雑にする。
一定の圧力は、デバイスの外側に溶けた原材料を維持するために必要とされるので、例えば、ガス供給ラインの漏れによるガス圧の損失は、望ましい測定への悪影響を与え、機器に損害を与える。
Further, the disadvantages of the prior art described above relate to the angle at which the instrument interacts with the probe. Because molten metal is denser than gas, the device disclosed by Karl Hof et al. Cannot maintain a stable bubble of gas for making measurements.
The heavier melted raw material flows in holes in the furnace wall, replacing any gas. Thus, the gas flows continuously to maintain the melted raw material outside the instrument.
This continuous flow creates a non-stationary interface between the gas and the melted raw material, making the most accurate measurement process very complicated when the interface is stationary so as to be optically focused.
A constant pressure is required to maintain the melted raw material outside the device, for example, loss of gas pressure due to leaks in the gas supply line adversely affects the desired measurement and damages the instrument .

ケートによって開示されるデバイスは、同様の不都合な点を有する。垂直方向は静止表面を維持することができるが、もし圧力が失われれば、カールホフ等の発明のように装置は破壊され、溶けた原材料は失われる。
また、ケートの発明の場合、ガスの垂直のコラムは静止しているが、もしガスが十分な規模の妨害のために槽に放出されたら特に不安定であり、ガスの残りは流れる可能性が高く、溶けた原材料はチューブ中に流れる。
The device disclosed by Kate has similar disadvantages. The vertical direction can maintain a stationary surface, but if pressure is lost, the device is destroyed and the melted raw material is lost, as in the invention of Karl Hof et al.
Also, in the case of Kate's invention, the vertical column of gas is stationary, but it is particularly unstable if the gas is released into the tank due to a sufficiently large blockage and the remainder of the gas may flow. High and melted raw material flows into the tube.

ケートの発明の更に不都合な点は、炉の底から必要とされる接近に関する。市販の炉の底へ接近する事は、炉の重量により典型的には非常に困難である。
炉の底に位置するポートと共に労働者がいる階への溶けた原材料の災害をもたらす漏出の可能性がある。ポートが片側にある場合、容器中の溶けた原材料の高さがポートの高さより下がるまで材料は漏出する。
容器の底に位置するポート及びガスを収容し、炉内へ短距離のみ延長するコラムと共に、炉内に収容される、溶けた金属の略全ての容積は、ガス圧の損失がある場合、漏出することがある。
A further disadvantage of Kate's invention relates to the approach required from the bottom of the furnace. Access to the bottom of a commercial furnace is typically very difficult due to the weight of the furnace.
There is a potential for a leak of melted raw material to the floor where the workers are located along with the port located at the bottom of the furnace. If the port is on one side, the material leaks out until the melted raw material height in the container drops below the port height.
Nearly all the volume of molten metal contained in the furnace, with the port and gas located at the bottom of the vessel and with a column extending only a short distance into the furnace, will leak if there is a loss of gas pressure There are things to do.

ケートとカールホフ等のシステムの別の不都合な点は、分析が実施される位置に関する。カールホフ等の発明は、炉の側面の溶けた原材料のサンプルを取り、ケートの発明は、炉の底の近くの溶けた原材料のサンプルを取る。これらの位置は、槽全体を代表しない、溶けた原材料を含むこともある。
炉のオペレーターが合金化元素を槽に導入するとき、オペレーターは合金化元素を槽内に十分に行き渡る様に混合しようと試みる。
しかしながら、機械攪拌を導入することが困難な場合、原材料の混合を通して炉の側面に合金化元素を確実に近づけることは最も困難である。
もし合金化元素が槽の至る所に拡散するならば、側面に合金化元素がたどり着くには最も長い時間がかかる。拡散が完了する前に融解が行われるならば、側面付近でのサンプルの採取は、槽全体を代表するものとはならない。
また、溶解ガラスの場合、熱い材料がポケットのように上昇する流れ及び冷たい材料の下向する流れのような、熱的に生じる大量の流れがある。
これら上昇する及び下向する流れは、均一な融解を防ぐ、或いは均一な融解をより困難にする傾向がある。
Another disadvantage of systems such as Kate and Karl Hof relates to where the analysis is performed. The invention of Karl Hof et al. Takes a sample of molten raw material on the side of the furnace, and the invention of Kate takes a sample of molten raw material near the bottom of the furnace. These locations may contain melted raw materials that are not representative of the entire bath.
When the furnace operator introduces the alloying element into the vessel, the operator attempts to mix the alloying element so that it is well distributed within the vessel.
However, when it is difficult to introduce mechanical agitation, it is most difficult to reliably bring the alloying element close to the side of the furnace through mixing of raw materials.
If alloying elements diffuse throughout the bath, it takes the longest time for the alloying elements to reach the sides. If melting takes place before diffusion is complete, taking a sample near the side does not represent the entire bath.
In the case of molten glass, there is also a large amount of thermally generated flow, such as a flow of hot material rising like a pocket and a downward flow of cold material.
These upward and downward flows tend to prevent uniform melting or make uniform melting more difficult.

金属の定量的測定及び定性的測定を行う他の方法は、レーザ誘起ブレークダウン分光法(LIBS)システムを用いる。そのようなシステムは、通常、代表的な量の異質のサンプルにプラズマを形成する強度で照射するために十分な出力のレーザ・パルスを採用する事を通して原材料を原位置で即時に分光分析するための装置を提供する。
プラズマは、レーザ・パルスによって気化され、イオン化された少量の材料から構成される。プラズマ中、材料の分子は分離され、原子は荷電状態へ励起される。プラズマが冷却されるにつれて、荷電した原子(イオン)は、波長において特に特定の元素の原子に対し波長電磁波を発する。
相違する波長を分解する能力があるスペクトロメータ157で電磁放射を観察することにより、放射されたサンプル中の元素を識別することができる。
放射の強度を定量化し、参照とするサンプル及び/又は様々な原子定数を用いた計算を通して比較し、材料中の元素原子の濃度を確認することができる。
Another method for quantitative and qualitative measurement of metals uses a laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) system. Such a system is usually for immediate spectroscopic analysis of raw materials in situ through employing a laser pulse with sufficient power to irradiate a representative amount of a heterogeneous sample at an intensity that produces a plasma. Equipment.
The plasma is composed of a small amount of material that is vaporized and ionized by a laser pulse. In the plasma, the molecules of the material are separated and the atoms are excited to a charged state. As the plasma is cooled, charged atoms (ions) emit wavelength electromagnetic waves, especially at specific elemental atoms in wavelength.
By observing the electromagnetic radiation with a spectrometer 157 capable of resolving different wavelengths, the elements in the emitted sample can be identified.
The intensity of the radiation can be quantified and compared through calculations with reference samples and / or various atomic constants to confirm the concentration of elemental atoms in the material.

固体サンプルを分析するために用いられる、そのようなシステムの例は、サブサビ等により米国特許第5,781,289号及び第6,008,896号で開示されている。
エイビンソンは、米国特許第5,664,401号で、LIBSシステムを溶けた原材料のガスに適用し、ガスの測定された配合から溶解物の配合を推察し、溶けた金属を分析する。
シン等は、米国特許第5,751,416号で、液体の表面のみにLIBSシステムを用いて直接液体材料を分析する方法を記載する。上記の各参照は、本明細書中に参考として組み入れられる。
An example of such a system used to analyze solid samples is disclosed in US Pat. Nos. 5,781,289 and 6,008,896 by Sub-Sabi et al.
Avinson, in US Pat. No. 5,664,401, applies the LIBS system to the melted raw material gas, infers the melt mix from the measured mix of gas, and analyzes the melted metal.
Shin et al., US Pat. No. 5,751,416, describes a method for analyzing liquid material directly using the LIBS system only on the surface of the liquid. Each of the above references is incorporated herein by reference.

本明細書中に参考として組み入れられるキムの米国特許第4,986,658号には、LIBSシステムを用いた溶解物の表面下で溶けた原材料を分析する方法が記載されている。
参照の発明の設計には、いくつもの欠点がある。まず、デバイスの高価なアセンブリ(すなわち、スペクトロメータ157及びレーザ50)が炉に非常に接近して設けられている点である。これらアセンブリが炉に落ちる又は溶けた金属に接触する、或いはアセンブリが許容限界を超える温度にさらされる(例えば、冷却システムの故障)といういずれかの事故の場合には、機器への投資は損失となる。
この危険性は、参照の発明の設計を複雑にし、熱シールド及び冷却システムの使用を必要とする。この複雑さはシステムのコストを増し、破損する可能性のあるサブシステムの数を増やし、潜在的に装置の損失を導く。
またプローブは、任意の浮遊するスラグを放出するために溶解物の表面の2,3センチ下に限られている。
またシステムは、炉内で任意の感知できる範囲に沈めることができない。
Kim U.S. Pat. No. 4,986,658, incorporated herein by reference, describes a method for analyzing melted raw materials under the surface of the lysate using a LIBS system.
The design of the reference invention has a number of drawbacks. First, an expensive assembly of devices (ie, spectrometer 157 and laser 50) is provided in close proximity to the furnace. In the event of an accident where these assemblies fall into the furnace or come into contact with molten metal, or the assemblies are exposed to temperatures exceeding acceptable limits (eg, cooling system failure), the investment in equipment is a loss. Become.
This risk complicates the design of the referenced invention and requires the use of heat shields and cooling systems. This complexity increases the cost of the system, increases the number of subsystems that can be damaged, and potentially leads to equipment loss.
The probe is also limited to a few centimeters below the surface of the lysate to release any floating slag.
Also, the system cannot be submerged to any sensitive range in the furnace.

参照の設計の他の重要な点は、溶解物のサンプルを取る位置の数が限定されていることである。スペクトロメータ157とレーザ50の配置は、ちょうど溶けた原材料の上になるので、参照される米国特許第4,986,658号は、プローブの外側を延長し、光学アセンブリの焦点距離を変更するように、実質的に設計を変えないことには溶解物のより深い場所を厳密に調べることができない。
またプローブは、垂直以外の角度で挿入することができず、炉の上端からのアクセスするように炉の設計の応用性が更に制限される。
上述したように、複数の位置で溶けた原材料のサンプルを取ることは、実質的に溶解物の分析により良い。
Another important aspect of the reference design is the limited number of locations from which the lysate is sampled. Since the placement of the spectrometer 157 and laser 50 is just above the melted raw material, the referenced US Pat. No. 4,986,658 extends the outside of the probe to change the focal length of the optical assembly. In fact, it is not possible to scrutinize deeper places of the lysate without substantially changing the design.
Also, the probe cannot be inserted at an angle other than vertical, further limiting the applicability of the furnace design to access from the top of the furnace.
As mentioned above, taking samples of raw material melted at a plurality of locations is substantially better for analysis of the lysate.

米国特許第4,986,658号の装置の別の欠点は、金属製造設備中に行き渡る複数のプローブの配置を妨げることである。レーザとスペクトロメータ157をプローブのハウジングに結合することにより、複数のプローブを配置することはプラント・オペレーターに多くのレーザとスペクトロメータの購入を強いることになり費用が非常に高くなる。   Another disadvantage of the apparatus of US Pat. No. 4,986,658 is that it prevents the placement of multiple probes throughout the metal manufacturing facility. By coupling the laser and spectrometer 157 to the probe housing, placing multiple probes forces the plant operator to purchase many lasers and spectrometers and is very expensive.

参照の装置は、不活性ガスが溶けた原材料に流れないので更に不都合である。不活性ガスを溶けた原材料に流すことには2つの利点がある。まず、不活性ガスは、レーザ・パルスが同一の原材料の分析を行わないように溶解物を局所的にかき混ぜることができる。次に、不活性ガスの流れは、溶けた原材料の内側から汚染物質を除去することができる。このことは2通りの方法で起こる。溶解物中に溶けた望ましくないガスが上昇するように不活性ガスに混合され、従って溶解物から除去される。
また通常、浮いて来てすくい取られる汚染物質は、泡でかき回され、さもなければより早く上昇する。
汚染物質を除去するための不活性ガスの使用の実行は、当業者には既知である。
The reference device is further disadvantageous because the inert gas does not flow into the melted raw material. There are two advantages to flowing an inert gas through a molten raw material. First, the inert gas can locally agitate the lysate so that the laser pulse does not analyze the same raw material. The inert gas stream can then remove contaminants from the inside of the melted raw material. This happens in two ways. Undesirable gases dissolved in the lysate are mixed with an inert gas so as to rise and are therefore removed from the lysate.
Also, pollutants that normally float and are scooped up are bubbled and otherwise rise faster.
The practice of using an inert gas to remove contaminants is known to those skilled in the art.

従って、もし、装置が液体内或いは表面の複数の位置で迅速にサンプルを取れるように、液体が静止し、流れ、移動するにも関わらず液体の少なくとも1つの特性を測定することができるような装置が提供されたならば、液体の原位置での即時の測定を実行する技術において著しい進歩である。
液体の表面へ違った角度で液体内に挿入することができ、もしシステムが故障しても液体或いは装置のアセンブリのどちらも損失を受けない装置を提供することは、技術において更に著しい進歩である。
Thus, if the liquid is stationary, flows and moves, at least one property of the liquid can be measured so that the device can quickly take a sample in the liquid or at multiple locations on the surface If an apparatus is provided, it is a significant advance in the technology that performs immediate in-situ measurement of liquids.
It is a further significant advance in the art to provide a device that can be inserted into the liquid at different angles to the surface of the liquid and that will not suffer any loss of the liquid or the assembly of the device if the system fails. .

比較的高価な構成(例えばレーザ)を使用し、構成の不必要な重複を排除し、より効率の良い測定を行うための装置及び方法を提供することは、技術において更に進歩した点である。   It is a further advancement in the art to provide an apparatus and method for using a relatively expensive configuration (eg, a laser), eliminating unnecessary duplication of the configuration, and making more efficient measurements.

装置が液体の表面下に沈められ、液体への不活性ガスの供給が、a)液体を精製する、b)液体のより多くの代表的なサンプルが分析されるように液体をかき混ぜる、c)センサーの操作を妨げる液体内のガスの泡を生じないことにより測定の妨害を防ぐ、ことを補助する測定を行うための装置及び方法を提供することは、技術において更に進歩した点である。   The device is submerged under the surface of the liquid, and the supply of inert gas to the liquid a) purifies the liquid, b) stirs the liquid so that more representative samples of the liquid are analyzed, c) It is a further advancement in the art to provide an apparatus and method for performing measurements that assists in preventing measurement interference by not creating gas bubbles in the liquid that interfere with sensor operation.

米国特許第4,986,658号公報U.S. Pat. No. 4,986,658

(発明の要約)
本発明は、例えば、溶けた金属のような液体の特性の原位置での即時の測定及び/又は定量的測定及び定性的測定を行うための装置及び方法に一般的に関する。液体は静止或いは流れている状態である。本発明は、液体の表面及び液体の内部の任意の位置からそのような測定を行う能力がある。
(Summary of the Invention)
The present invention relates generally to devices and methods for making in-situ and / or quantitative and qualitative measurements of the properties of a liquid, such as, for example, a molten metal. The liquid is stationary or flowing. The present invention is capable of performing such measurements from any location within and within the liquid surface.

請求項1に係る発明は、a)前端を有するハウジングと、b)不活性ガス源からなる不活性ガス発生手段、不活性ガスをハウジングの前端に導くコンジット、及び不活性ガス源からの下側の流れ、不活性ガスの安定した容積をハウジングの前端と液体の境界面及びプローブ・アセンブリを前記液体中任意の深さ又は角度に移動するための手段からなる、ハウジングの前端における少なくとも1つのプローブ・アセンブリと、c)液体の一部分を検出種へ気化するのに十分な放射ビームを生じるための手段と、ハウジングの前端を通して放射ビームを液体と安定した容積の不活性ガスとの間の境界面に送るための手段からなる放射ビーム・アセンブリと、d)検出種を受け取り、該検出種から液体の少なくとも1つの特性を検出するための検出手段とからなる表面下の液体の少なくとも1つの特性を測定するための装置に関する。
請求項2に係る発明は、不活性ガス発生手段が不活性ガスのハウジングの前端への継続した流れを生じるための手段から更になることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項3に係る発明は、放射ビームを生じるための手段がハウジングの外部に配置されることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項4に係る発明は、放射ビームを生じるための手段がハウジングの内部に配置されることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項5に係る発明は、複数のプローブ・アセンブリからなる請求項1の装置に関する。
請求項6に係る発明は、少なくとも1つのプローブ・アセンブリが液体内に配置されることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項7に係る発明は、少なくとも1つのプローブ・アセンブリが液体の表面又は表面を越えた位置に配置されることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項8に係る発明は、液体が溶けた原材料であることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項9に係る発明は、液体が溶けた金属又は溶解ガラスであることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項10に係る発明は、放射ビーム・アセンブリが、電磁スペクトルからの少なくとも1つの波長からなる放射ビームを形成するための手段からなることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項11に係る発明は、X線、紫外線、無線、赤外線及びマイクロ波からなる群から少なくとも1つの波長が選択されることを特徴とする請求項10の装置に関する。
請求項12に係る発明は、放射ビームがレーザ・ビームであることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項13に係る発明は、放射ビームが音波ビームであることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項14に係る発明は、検出手段がスペクトロメータ157であることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項15に係る発明は、検出手段がラジオメーターであることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項16に係る発明は、レーザ誘起ブレークダウン分光システムからなる請求項12の装置に関する。
請求項17に係る発明は、前記ハウジングの前端部がノズル・アセンブリからなり、該ノズルアセンブリが不活性ガスが液体に接触することを可能にする少なくとも1つの第1開口部と、液体と接触している不活性ガスを安定した容量に維持するための圧力制御手段からなることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項18に係る発明は、前記圧力制御手段が、不活性ガスをハウジングと液体の界面から離れるように移動させる少なくとも1つのチャンネルからなることを特徴とする請求項17の装置に関する。
請求項19に係る発明は、前記チャンネルが、不活性ガスを受け取るための第1開口部と、前記装置が前記特性を決定するために作動して位置している時、少なくとも1つの第1開口部よりも上に位置する第2開口部からなることを特徴とする請求項18の装置に関する。
請求項20に係る発明は、前記装置内の温度を制御するための温度制御手段から更になる請求項17の装置に関する。
請求項21に係る発明は、前記温度制御手段が、不活性ガスの安定な容量に接触はしていないが近接しているガス又は液体の第2の流れから更になることを特徴とする請求項20の装置に関する。
請求項22に係る発明は、前記第2開口部が、液体の表面よりも下に位置することを特徴とする請求項19の装置に関する。
請求項23に係る発明は、前記第2開口部が、液体の表面よりも上に位置することを特徴とする請求項19の装置に関する。
請求項24に係る発明は、不活性ガスの安定した容量を形成するために用いられたガスから、余分なガスを取り除くための余剰ガス排出手段から更になることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項25に係る発明は、前記不活性ガスを生み出す手段が、複数の不活性ガスの流れを界面に送るための複数のコンジットから更になることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項26に係る発明は、液体が容器に含まれており、該容器が、プローブ・アセンブリが該容器の側壁に挿入されることを可能にするために、該容器の縦軸に対して角度θを形成するように構成されているハウジングの前端部を有していることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項27に係る発明は、前記角度θが約45度であることを特徴とする請求項26の装置に関する。
請求項28に係る発明は、液体と不活性ガスの安定な容量の界面における液体の表面を検出するための界面検出アセンブリから更になる請求項1の装置に関する。
請求項29に係る発明は、前記界面検出アセンブリがハウジングの前端部に電気回路手段を更に含み、該電気回路手段が液体の表面に接触した時、電気回路を形成することを特徴とする請求項28載の装置に関する。
請求項30に係る発明は、前記液体が電気伝導性の液体であることを特徴とする請求項29の装置に関する。
請求項31に係る発明は、前記液体が流れていることを特徴とする請求項1の装置に関する。
請求項32に係る発明は、少なくとも1つのプローブ・アセンブリが流動状態の液体の表面よりも上に配置されていることを特徴とする請求項31の装置に関する。
請求項33に係る発明は、少なくとも1つのプローブ・アセンブリが液体より上に固定され吊るされていることを特徴とする液体の表面において液体の少なくとも1つの特性を測定するための請求項1記載の装置に関する。
請求項34に係る発明は、複数のプローブ・アセンブリからなる請求項1記載の装置に関する。
請求項35に係る発明は、複数のプローブ・アセンブリが液体を含む容器内の異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項33の装置に関する。
請求項36に係る発明は、複数のプローブ・アセンブリが容器内に異なる深度で配置されていることを特徴とする請求項34記載の装置に関する。
請求項37に係る発明は、複数のプローブ・アセンブリが、僅かな放射ビーム・アセンブリと動作可能に接続されていることを特徴とする請求項33記載の装置に関する。
請求項38に係る発明は、複数のプローブ・アセンブリが単一の放射ビーム・アセンブリと接続されていることを特徴とする請求項36記載の装置に関する。
請求項39に係る発明は、複数のプローブ・アセンブリがより少数の検知手段と接続されていることを特徴とする請求項33記載の装置に関する。
請求項40に係る発明は、複数のプローブ・アセンブリが単一の検知手段と接続されていることを特徴とする請求項39記載の装置に関する。
請求項41に係る発明は、レーザ・ビームを検知手段のための液体及び液体からの検出種へ伝達するための光空洞からなる請求項12記載の装置に関する。
請求項42に係る発明は、放射ビーム・アセンブリがアーク放電器としてなることを特徴とする請求項1記載の装置に関する。
請求項43に係る発明は、液体から離れて配置されるとともにアーク放電器へ電気的に接続される電極からなり、前記アーク放電器によって、液体から検出種を発生するために、アークが電極から液体へ移動するための十分な電気エネルギーを発生させることを特徴とする請求項42記載の装置に関する。
請求項44に係る発明は、放射ビーム・アセンブリが、ノイズ割合へ信号を高めるための方法において、複数の放射パルスを安定した界面へ送るための方法からなることを特徴とする請求項1記載の装置に関する。
請求項45に係る発明は、放射ビーム・パルスは共線であることを特徴とする請求項43記載の装置に関する。
請求項46に係る発明は、レーザ誘導ブレークダウン分光法システムから発生する音波信号を測定するためのセンサーから更になる
請求項16記載の装置に関する。
請求項47に係る発明は、測定される液体の特性が密度と流量を含むことを特徴とする超音波線アセンブリからなる放射線ビーム・アセンブリを特徴とする請求項1記載の装置に関する。
請求項48に係る発明は、a.前端を有するハウジングと、b.少なくとも1つのハウジングの前端に設けられたプローブ・アセンブリであって、前記液体の任意の深度もしくは角度にプローブ・アセンブリを動かすための手段からなる前記プローブ・アセンブリと、c.液体の一部を検出種に揮発させるのに十分なビーム放射を発生する手段とハウジングの前端を通じて液体と安定した量の不活性ガスの境界面へと放射線ビームを伝達する手段からなる放射線ビーム・アセンブリと、d.検出種を受け取るとともに前記検出種から少なくとも1つの液体の特性を検知する検知手段とからなる液体の表面のもしくはその下の少なくとも1つの特性を測定する装置に関する。
請求項49に係る発明は、放射線ビーム・アセンブリと液体の間の防護壁であり、その前記防護壁は放射線ビームを、検出種を発生させるために通過させることができることから更になる請求項48記載の装置に関する。
請求項50に係る発明は、少なくとも1つのプローブ・アセンブリが容器の中に含まれる液体の最初の部分に向けられていると共に、少なくとも1つの他のプローブ・アセンブリが流れている液体の次の部分に向けられていることを特徴とする請求項5の装置に関する。
請求項51に係る発明は、1.a.前端を有するハウジングと、b.少なくとも1つのハウジングの前端のプローブ・アセンブリであって、不活性ガス源と不活性ガスをハウジングの前端へと導くコンジットからなり、不活性ガス源からの流れの下にハウジングの前端と液体の境界面に安定した量の不活性ガスを提供し、プローブ・アセンブリを任意の液体の深度もしくは角度へと動かす不活性ガス手段からなる前記プローブ・アセンブリと、c.液体の一部を検出種に揮発させるのに十分なビーム放射を発生する手段とハウジングの前端を通じて液体と安定した量の不活性ガスの境界面へと放射線ビームを伝達する手段からなる放射線ビーム・アセンブリと、d.検出種を受け取るとともに前記検出種から少なくとも1つの液体の特性を検知する検知手段とからなる少なくとも1つの装置を設置すること、2検出種から少なくとも1つの液体の特性を測定すること、からなる液体の表面のもしくはその下の少なくとも1つの液体の特性を測定する方法に関する。
The invention according to claim 1 includes: a) a housing having a front end; b) an inert gas generating means comprising an inert gas source; a conduit for guiding the inert gas to the front end of the housing; and a lower side from the inert gas source. At least one probe at the front end of the housing, comprising a flow of gas, a stable volume of inert gas, a boundary between the front end of the housing and the liquid interface and a means for moving the probe assembly to any depth or angle in the liquid An interface between the assembly and c) means for generating a radiation beam sufficient to vaporize a portion of the liquid into the detection species, and the radiation beam through the front end of the housing and the liquid and a stable volume of inert gas. A radiation beam assembly comprising means for delivering to the detector, and d) detection for receiving the detection species and detecting at least one property of the liquid from the detection species A device for measuring at least one property of the liquid below the surface consisting of the stage.
The invention according to claim 2 relates to the apparatus of claim 1, characterized in that the inert gas generating means further comprises means for generating a continuous flow of inert gas to the front end of the housing.
The invention according to claim 3 relates to the apparatus according to claim 1, characterized in that the means for generating the radiation beam are arranged outside the housing.
The invention according to claim 4 relates to the apparatus of claim 1, characterized in that the means for generating the radiation beam are arranged inside the housing.
The invention according to claim 5 relates to the apparatus of claim 1 comprising a plurality of probe assemblies.
The invention according to claim 6 relates to the apparatus according to claim 1, characterized in that at least one probe assembly is arranged in the liquid.
The invention according to claim 7 relates to the apparatus of claim 1, characterized in that the at least one probe assembly is arranged at a surface of the liquid or at a position beyond the surface.
The invention according to claim 8 relates to the apparatus according to claim 1, wherein the raw material is a material in which a liquid is dissolved.
The invention according to claim 9 relates to the apparatus according to claim 1, wherein the liquid is a molten metal or molten glass.
The invention according to claim 10 relates to the apparatus of claim 1 wherein the radiation beam assembly comprises means for forming a radiation beam comprising at least one wavelength from the electromagnetic spectrum.
The invention according to claim 11 relates to the apparatus according to claim 10, characterized in that at least one wavelength is selected from the group consisting of X-rays, ultraviolet rays, radio waves, infrared rays and microwaves.
The invention according to claim 12 relates to the apparatus of claim 1, wherein the radiation beam is a laser beam.
The invention according to claim 13 relates to the apparatus of claim 1, wherein the radiation beam is a sound beam.
The invention according to claim 14 relates to the apparatus according to claim 1, wherein the detecting means is a spectrometer 157.
The invention according to claim 15 relates to the apparatus according to claim 1, characterized in that the detection means is a radiometer.
The invention according to claim 16 relates to the apparatus of claim 12, comprising a laser-induced breakdown spectroscopy system.
The invention according to claim 17 is characterized in that the front end of the housing comprises a nozzle assembly, the nozzle assembly being in contact with the liquid and at least one first opening that allows the inert gas to contact the liquid. 2. The apparatus of claim 1 comprising pressure control means for maintaining the inert gas at a stable capacity.
The invention according to claim 18 relates to the apparatus according to claim 17, wherein the pressure control means comprises at least one channel for moving the inert gas away from the interface between the housing and the liquid.
The invention according to claim 19 is characterized in that the channel has a first opening for receiving an inert gas and at least one first opening when the device is operatively located to determine the characteristic. The apparatus according to claim 18, comprising a second opening located above the portion.
The invention according to claim 20 relates to the apparatus according to claim 17, further comprising temperature control means for controlling the temperature in the apparatus.
The invention according to claim 21 is characterized in that the temperature control means further comprises a second flow of gas or liquid in close proximity but not in contact with a stable volume of inert gas. It relates to 20 devices.
The invention according to claim 22 relates to the apparatus according to claim 19, characterized in that the second opening is located below the surface of the liquid.
The invention according to claim 23 relates to the apparatus according to claim 19, wherein the second opening is located above the surface of the liquid.
The invention according to claim 24 further comprises surplus gas discharge means for removing excess gas from the gas used to form a stable volume of inert gas. About.
The invention according to claim 25 relates to the apparatus of claim 1, wherein the means for generating the inert gas further comprises a plurality of conduits for sending a plurality of inert gas streams to the interface.
The invention according to claim 26 includes a liquid in the container, the container being angled relative to the longitudinal axis of the container to allow a probe assembly to be inserted into the side wall of the container. 2. The apparatus of claim 1 having a front end of the housing configured to form [theta].
The invention according to claim 27 relates to the apparatus of claim 26, characterized in that said angle θ is approximately 45 degrees.
The invention according to claim 28 relates to the apparatus of claim 1, further comprising an interface detection assembly for detecting the surface of the liquid at the stable volume interface of the liquid and inert gas.
The invention according to claim 29 is characterized in that the interface detection assembly further includes electrical circuit means at the front end of the housing, and forms an electrical circuit when the electrical circuit means contacts the surface of the liquid. The present invention relates to 28 devices.
The invention according to claim 30 relates to the apparatus according to claim 29, wherein the liquid is an electrically conductive liquid.
The invention according to claim 31 relates to the apparatus according to claim 1, wherein the liquid is flowing.
The invention according to claim 32 relates to the apparatus of claim 31, characterized in that at least one probe assembly is arranged above the surface of the fluid in liquid state.
33. The invention according to claim 33 for measuring at least one characteristic of a liquid at the surface of the liquid, wherein the at least one probe assembly is fixed and suspended above the liquid. Relates to the device.
The invention according to claim 34 relates to the apparatus according to claim 1, comprising a plurality of probe assemblies.
The invention according to claim 35 relates to the apparatus of claim 33, wherein the plurality of probe assemblies are arranged at different positions in the container containing the liquid.
The invention according to claim 36 relates to the apparatus according to claim 34, wherein a plurality of probe assemblies are arranged in the container at different depths.
The invention of claim 37 relates to the apparatus of claim 33, wherein the plurality of probe assemblies are operatively connected to a few radiation beam assemblies.
The invention according to claim 38 relates to the apparatus according to claim 36, wherein a plurality of probe assemblies are connected to a single radiation beam assembly.
The invention according to claim 39 relates to the apparatus according to claim 33, characterized in that a plurality of probe assemblies are connected to a smaller number of sensing means.
The invention according to claim 40 relates to the apparatus according to claim 39, wherein a plurality of probe assemblies are connected to a single sensing means.
The invention according to claim 41 relates to an apparatus according to claim 12, comprising an optical cavity for transmitting the laser beam to the liquid for the sensing means and to the detection species from the liquid.
The invention according to claim 42 relates to the apparatus according to claim 1, characterized in that the radiation beam assembly is an arc discharger.
The invention according to claim 43 comprises an electrode disposed away from the liquid and electrically connected to the arc discharger, and the arc is generated from the electrode by the arc discharger to generate a detection species from the liquid. 43. The apparatus of claim 42, wherein the apparatus generates sufficient electrical energy to move to the liquid.
44. The invention according to claim 44 wherein the radiation beam assembly comprises a method for delivering a plurality of radiation pulses to a stable interface in a method for enhancing a signal to a noise ratio. Relates to the device.
The invention according to claim 45 relates to the apparatus according to claim 43, characterized in that the radiation beam pulses are collinear.
The invention according to claim 46 relates to the apparatus according to claim 16, further comprising a sensor for measuring a sound wave signal generated from the laser induced breakdown spectroscopy system.
The invention according to claim 47 relates to an apparatus according to claim 1, characterized in that the radiation beam assembly comprises an ultrasonic beam assembly characterized in that the properties of the liquid to be measured include density and flow rate.
The invention according to claim 48 comprises: a. A housing having a front end; b. A probe assembly at a front end of at least one housing, the probe assembly comprising means for moving the probe assembly to any depth or angle of the liquid; c. A radiation beam comprising means for generating sufficient beam radiation to volatilize a portion of the liquid into the detection species and means for transmitting the radiation beam through the front end of the housing to the interface between the liquid and a stable amount of inert gas. An assembly; d. The present invention relates to an apparatus for measuring at least one characteristic at or below the surface of a liquid comprising a detection means for receiving a detection species and detecting at least one liquid characteristic from the detection species.
49. The invention according to claim 49, further comprising a protective wall between the radiation beam assembly and the liquid, the protective wall being capable of allowing the radiation beam to pass therethrough for generating the detection species. Relating to the device.
The invention according to claim 50, wherein at least one probe assembly is directed to the first portion of liquid contained in the container and at least one other probe assembly is flowing next portion of the liquid. The device of claim 5, wherein
The invention according to claim 51 is: a. A housing having a front end; b. A probe assembly at the front end of at least one housing, comprising an inert gas source and a conduit that directs the inert gas to the front end of the housing, under the flow from the inert gas source, the boundary between the front end of the housing and the liquid Said probe assembly comprising an inert gas means for providing a stable amount of inert gas to a surface and moving the probe assembly to any liquid depth or angle; c. A radiation beam comprising means for generating sufficient beam radiation to volatilize a portion of the liquid into the detection species and means for transmitting the radiation beam through the front end of the housing to the interface between the liquid and a stable amount of inert gas. An assembly; d. Installing at least one device comprising a detection means for receiving a detection species and detecting at least one liquid property from said detection species; and measuring at least one liquid property from two detection species The method relates to a method for measuring properties of at least one liquid at or below the surface.

表面下の液体が用いられるとき、継続した流れの下での安定した体積の不活性ガスは検出種を生じ、望ましい特性を決定するために分析する液体への放射ビームの迅速かつ正確な通過を可能とするために装置と液体に境界面において提供される。   When subsurface liquids are used, a stable volume of inert gas under continuous flow produces a detection species that allows rapid and accurate passage of the radiation beam through the liquid to be analyzed to determine the desired properties. The device and liquid are provided at the interface to enable.

安定した体積の不活性ガスの代わりに、装置は該装置に入る液体に対するバリヤーとしてウィンドーを用いることができる。代わりに、装置は静止しており、装置によって供給されるいかなる放射を用いずに液体から生じる種を検出することができる。   Instead of a stable volume of inert gas, the device can use a window as a barrier to the liquid entering the device. Instead, the device is stationary and can detect species originating from the liquid without any radiation supplied by the device.

本発明の1つの側面として、本発明は、
a)前端を有するハウジングと、
b)不活性ガス源からなる不活性ガス発生手段、不活性ガスをハウジングの前端に導くコンジット、及び不活性ガス源からの下側の流れ、不活性ガスの安定した容積をハウジングの前端と液体の境界面で提供する手段からなる、ハウジングの前端における少なくとも1つのプローブ・アセンブリと、
c)液体の一部分を検出種へ気化するのに十分な放射ビームを生じるための手段と、ハウジングの前端を通して放射ビームを液体と安定した容積の不活性ガスとの間の境界面に送るための手段からなる放射ビーム・アセンブリと、
d)検出種を受け取り、該検出種から液体の少なくとも1つの特性を検出するための検出手段と、
からなる表面下の液体の少なくとも1つの特性を測定するための装置である。
As one aspect of the present invention, the present invention provides:
a) a housing having a front end;
b) Inert gas generating means comprising an inert gas source, a conduit for leading the inert gas to the front end of the housing, and a lower flow from the inert gas source, providing a stable volume of inert gas to the front end of the housing and liquid At least one probe assembly at the front end of the housing, comprising means for providing at the interface of
c) means for generating a radiation beam sufficient to vaporize a portion of the liquid to the detection species and for sending the radiation beam through the front end of the housing to the interface between the liquid and a stable volume of inert gas. A radiation beam assembly comprising means;
d) detection means for receiving the detection species and detecting at least one characteristic of the liquid from the detection species;
An apparatus for measuring at least one characteristic of a subsurface liquid comprising:

装置を用いる液体の表面又は表面下での液体の特性の測定方法は、本発明に包含されている。   Methods for measuring liquid properties at or below the surface of the liquid using the apparatus are encompassed by the present invention.

本発明の他の側面において、ウィンドーは、レーザ・ビームが送られる、プローブ・アセンブリの端に提供され、そのために液体が分析される境界面で安定した容積の不活性ガスを提供する必要性を排除する。   In another aspect of the invention, a window is provided at the end of the probe assembly to which the laser beam is sent, so that there is a need to provide a stable volume of inert gas at the interface where the liquid is analyzed. Exclude.

参照番号がアセンブリを示す以下の図面は、本発明の実施形態を示し、出願の一部を形成する請求項に包含される本発明を限定するものではない。
本発明は、容器の中で静止している液体、又は容器から流れ出る、溶けた金属のような液体の少なくとも1つの特性を、原位置で即時に分析し測定するデバイスに関するものである。
本明細書で用いられている「液体」という用語は、あらゆるタイプの液体について言及するものであり、透明な液体でも、不透明な液体でもよく、液体の温度も特に限定されない。そのような液体は、溶液、希釈液、乳液等と同様に、溶けた金属や溶けたガラスなどの溶けた原材料を含むが、これらに限定されない。
本発明は、液体の表面から又は液体内の任意の箇所から、分析や測定を得ることが可能なプローブ・アセンブリを提供するが、これはプローブ・アセンブリを液体中に浸すことができるからである。
The following drawings, in which reference numerals indicate assemblies, illustrate embodiments of the invention and do not limit the invention as encompassed by the claims that form part of the application.
The present invention relates to a device for immediately analyzing and measuring in situ at least one property of a liquid that is stationary in a container or that flows out of the container, such as a molten metal.
As used herein, the term “liquid” refers to any type of liquid, and may be a transparent liquid or an opaque liquid, and the temperature of the liquid is not particularly limited. Such liquids include, but are not limited to, melted raw materials such as melted metals and melted glass, as well as solutions, diluents, emulsions, and the like.
The present invention provides a probe assembly that can obtain analysis and measurements from the surface of the liquid or from anywhere within the liquid, since the probe assembly can be immersed in the liquid. .

本発明の装置は、移動可能な状態で設けることもできるので、ある位置から別の位置に迅速に移動でき、空間的にちらばった測定値を短時間で得ることができ、組成や濃度等のような液体の特性を決定することを可能にするが、これらの特性に限定されない。これらの特性は、移動性を欠いている典型的な従来の装置を用いては、本発明の装置と同様の速さと正確性をもって得ることはできない。
以下に詳述されるような、本発明のある実施形態においては、装置は、1つ又は2つの表面及び/又は補表面の測定値を同時に得ることができるプローブ・アセンブリを有する。
液体に少し浸された場合、本発明の装置は、比較的冷たい不活性ガスの供給を介して、プローブ・アセンブリと液体の間の安定的な界面を用いる。冷たいガスの供給は、装置の温度を制御し、それにより、分析のための液体の検出種の伝達及び/又は発生及び/又は、検出するために用いられる放射ビーム伝達アセンブリへの損傷なしに、原位置での即時の液体の分析を可能にする。
Since the apparatus of the present invention can be provided in a movable state, it can be quickly moved from one position to another, and spatially dispersed measurement values can be obtained in a short time. Such liquid properties can be determined, but is not limited to these properties. These characteristics cannot be obtained with the same speed and accuracy as the device of the present invention using typical conventional devices lacking mobility.
In certain embodiments of the invention, as described in detail below, the apparatus has a probe assembly that can simultaneously obtain measurements of one or two surfaces and / or complementary surfaces.
When submerged in a liquid, the device of the present invention uses a stable interface between the probe assembly and the liquid via a relatively cool inert gas supply. The supply of cold gas controls the temperature of the device, thereby transmitting and / or generating and / or generating and / or detecting a liquid detection species for analysis without damage to the radiation beam transmission assembly used to detect it. Enables immediate liquid analysis in situ.

プローブ・アセンブリと液体の間の安定した界面は、不活性ガスの流れ、典型的には、連続的な流れと、界面におけるガスの容積の安定性を保証する圧力制御アセンブリによって生み出される安定した容積の不活性ガスである。本発明のこの実施形態を採用している装置と方法は、液体とそれらの構成物からの検出種を生み出す及び/又は検出する構成の機能が、液体に近接していることにより、有害な影響を受けないことを保証する。液体が溶けた金属である時、これは重要な長所である。
この保護が容易にされるのは、比較的冷たいガスの供給から、好ましくは連続的に供給されるガスの安定した容積が形成されるからである。このようにガスは、溶けた金属に近接していることにより極端な温度になるのを免れる。更に、ガスの温度が上昇すると、システムからガスが取り除かれ、冷たいガスと置き換えられるので、装置の温度に敏感な構成に近接しているガス全体の温度は、損傷限界よりも下である。結果として装置の構成は損傷から守られ、正確な操作を保証する。
The stable interface between the probe assembly and the liquid is a stable volume created by an inert gas flow, typically a continuous flow and a pressure control assembly that ensures the stability of the volume of gas at the interface. Is an inert gas. Devices and methods that employ this embodiment of the present invention may be detrimental to the ability of the configuration to generate and / or detect detection species from the liquids and their components due to the proximity of the liquids. Guarantee not to receive. This is an important advantage when the liquid is a molten metal.
This protection is facilitated because a stable volume of gas, preferably continuously supplied, is formed from a relatively cold gas supply. In this way, the gas is free from extreme temperatures due to its proximity to the molten metal. Furthermore, as the gas temperature rises, the gas is removed from the system and replaced with cold gas, so the temperature of the entire gas in close proximity to the temperature sensitive configuration of the device is below the damage limit. As a result, the configuration of the device is protected from damage and ensures correct operation.

上述された不活性ガスを用いることのさらなる長所は、検査する液体を分析するために、装置が液体表面の真下に浸された時に明らかになる。
装置が液体に沈められるに従って、測定が行われる装置の先端における液体の圧力は増加する。もし、ガスの流れが維持されているなら、プローブ・アセンブリ内に溶けた金属が侵入するのを防ぐのに十分な圧力があり、安定な界面の位置は一定の容積で維持される。対照的に、ガスの動かない泡が用いられ、ガスの圧力が適切に増加されなかった場合、溶けた原材料は簡単に装置に侵入することもある。
同様に、プローブ・アセンブリが液体中で上昇し、プローブ・アセンブリの先端における液圧が下がった時、動かない泡の中の高圧ガスは、プローブ・アセンブリから抜け出すこともあり、溶けた原材料が、プローブ・アセンブリに侵入し、損害を与えることもある。本発明に用いられているガスの流れは、圧力の変化を埋め合わせ、装置への損害を防ぐ。
A further advantage of using the inert gas described above becomes apparent when the device is immersed just below the liquid surface to analyze the liquid to be examined.
As the device is submerged in liquid, the pressure of the liquid at the tip of the device where the measurement is taken increases. If the gas flow is maintained, there is sufficient pressure to prevent molten metal from entering the probe assembly, and the stable interface position is maintained at a constant volume. In contrast, if raw gas bubbles are used and the gas pressure is not increased properly, the melted raw material can easily enter the device.
Similarly, when the probe assembly rises in the liquid and the hydraulic pressure at the tip of the probe assembly drops, the high pressure gas in the immobile foam can escape from the probe assembly, and the melted raw material It can penetrate the probe assembly and cause damage. The gas flow used in the present invention compensates for pressure changes and prevents damage to the device.

従来技術の短所を克服するために、本発明の実施形態の1つは、溶けた金属や溶けたガラスのような溶けた原材料を含む液体を分析するための装置と、方法に関するものとなっている。プローブ・アセンブリと液体の間の安定な界面は、検出種を生み出すために用いられる放射ビームが焦点を失うことによって歪まないよう提供されており、それによって生み出されるの検出種の迅速で正確な分析が可能である。
本発明は、同時に複数の測定を行うような、複数の箇所における迅速な測定も提供する。本発明の結果として、組成や濃度等のような液体の少なくとも1つの特性の概要は、必然的に液体の全体において生み出されることができ、経時的な変化も連続的にモニターされることができるが、これらの特性に限定されない。
本発明の改良のおかげで、今では容器内の静止した液体だけではなく、流れる液体の測定も可能になっており、本発明は対応する、溶けた原材料から金属やガラスを生産する産業などの様々な産業分野において重要なインパクトを持つ。
In order to overcome the disadvantages of the prior art, one embodiment of the present invention relates to an apparatus and method for analyzing liquids containing molten raw materials such as molten metal and molten glass. Yes. A stable interface between the probe assembly and the liquid is provided so that the radiation beam used to generate the detection species is not distorted by losing focus, and thus a rapid and accurate analysis of the detection species produced thereby Is possible.
The present invention also provides rapid measurements at multiple locations, such as making multiple measurements at the same time. As a result of the present invention, an overview of at least one property of the liquid, such as composition, concentration, etc., can inevitably be produced throughout the liquid, and changes over time can also be continuously monitored. However, it is not limited to these characteristics.
Thanks to the improvements of the present invention, it is now possible to measure not only the stationary liquid in the container but also the flowing liquid, and the present invention is suitable for industries such as producing metal and glass from molten raw materials. It has important impacts in various industrial fields.

図面に関して、まず図2及び図3に言及すると、静止した状態又は流動できる状態で容器に収納されている液体の少なくとも1つの特性を検出するための本発明の実施形態が示されている。特に、図2に示されているように、後端6と前端8を有するハウジング4から構成される本発明のプローブ・アセンブリ2が提供されている。後述されるように、本発明のこの実施形態において、前端8は液体と安定な界面を形成する。   With reference to the drawings, referring first to FIGS. 2 and 3, an embodiment of the present invention for detecting at least one characteristic of a liquid contained in a container in a stationary or flowable state is shown. In particular, as shown in FIG. 2, a probe assembly 2 of the present invention is provided that comprises a housing 4 having a rear end 6 and a front end 8. As will be described later, in this embodiment of the invention, the front end 8 forms a stable interface with the liquid.

代替的に、本発明は、図18に特に示されているような安定なガス−液体界面の代わりに、装置の前端部の開口部にウィンドー9を採用することもある。この構成は、後述されるように、図13、24、25及び27に示されるような実施形態において採用されることもある。   Alternatively, the present invention may employ a window 9 in the opening at the front end of the device, instead of a stable gas-liquid interface as specifically shown in FIG. This configuration may be employed in embodiments as shown in FIGS. 13, 24, 25 and 27, as will be described later.

ハウジング4に含まれるものは、放射ビーム・アセンブリ10である。放射ビーム・アセンブリ10は、LIBSシステムのようなレーザ・ビーム発信器及び/又はフォーカスアセンブリか(従来技術の図1を参照)、音波ビーム発信器及び/又はフォーカス・アセンブリか(超音波ビームを含む、図13を参照)、スペクトルの様々な部分からの電磁気放射(例えば、X線、図24を参照)のような別のタイプの発信及び/又はフォーカスすることのできるアセンブリである。
アセンブリ10は、ハウジング4の内側又は外側の位置(ハウジングの外側は図2に示されている)からの放射ビームを、適切なケーブル・アセンブリ11を介して受け取り、もし存在するならば、液体−ガス界面に放射ビームを発信し、必要であるならば、液体の少なくとも1つの特性を測定するための検出種を生み出すために、ビームを照射又は、ビームの焦点を合わせる。
検出種から放射している放射は、放射ビーム・アセンブリ10によって集められ、プローブ・アセンブリ2から、一般的に符号13で示される、後に詳述されるような液体の分析を行う装置へ伝達される。
Included in the housing 4 is a radiation beam assembly 10. The radiation beam assembly 10 may be a laser beam transmitter and / or focus assembly such as a LIBS system (see prior art FIG. 1), an acoustic beam transmitter and / or a focus assembly (including an ultrasonic beam). , See FIG. 13), another type of assembly that can emit and / or focus, such as electromagnetic radiation (eg, x-ray, see FIG. 24) from various parts of the spectrum.
The assembly 10 receives a radiation beam from a location inside or outside the housing 4 (the outside of the housing is shown in FIG. 2) via a suitable cable assembly 11 and, if present, liquid- A beam of radiation is transmitted to the gas interface and, if necessary, the beam is illuminated or focused to produce a detection species for measuring at least one property of the liquid.
The radiation emanating from the detection species is collected by the radiation beam assembly 10 and transmitted from the probe assembly 2 to a device for performing liquid analysis, generally indicated at 13 and described in detail below. The

代替的に、本発明は放射を一切伝達しないような方法で作動することもあるが、代わりに、上述し後に図13と関連しても詳述されるような、データの収集のみを行う。   Alternatively, the present invention may operate in a manner that does not transmit any radiation, but instead only collects data as described above and later in detail in connection with FIG.

代替的に、放射を生み出し、発信し、収集する及び/又は焦点をあわせるための放射ビーム・アセンブリ10は、図3と図25で開示されているように、ハウジング4の内側から外側に延長されることもできる。   Alternatively, the radiation beam assembly 10 for generating, transmitting, collecting and / or focusing radiation is extended from the inside to the outside of the housing 4 as disclosed in FIGS. You can also.

ある状況では、放射ビーム・アセンブリ及び/又は分析アセンブリをプローブの内側に含むことは長所になることもある。本発明のある実施形態においては、放射ビーム・アセンブリ10は、キム(Kim)の米国特許第4,986,658号によって開示されているように、当業者に知られているレーザ・ビーム発生アセンブリである。   In some situations, it may be advantageous to include a radiation beam assembly and / or an analysis assembly inside the probe. In one embodiment of the present invention, the radiation beam assembly 10 is a laser beam generating assembly known to those skilled in the art, as disclosed by Kim U.S. Pat. No. 4,986,658. It is.

図3において最もよく示されているように、本発明の実施形態の1つにおいて、レーザ・ビーム発生ビーム・アセンブリ10は、LIBS測定法(レーザ誘起ブレークダウン分光法)を、前述のLIBS誘導プラズマ17の形成を介して、液体20(例として、溶解アルミニウムが挙げられる)に対して行うために、光ファイバーケーブル及び/又は別の光ケーブル・アセンブリ11と共に、十分な出力でパルス・レーザ・ビーム15を伝達する。
当業者に知られている放射ビーム・アセンブリ10は、それ自身のハウジング21に含まれており、パルス・レーザ15を伝達し、一般的に符号34で示されるガス−液体界面にレーザを伝達する。レーザ・ビーム15は、液体の元素組成を代表する要素を有するプラズマ・プルーム17を生み出すために、界面34において液体の一部にエネルギーを与え、液体を気化させる。
典型的には、約1000ナノ秒間続くレーザ・パルスが終了するとすぐ、プラズマ・プルーム17のスペクトルにおける反転が、プラズマ・プルームの熱い内部から比較的冷たい外部へ放射された放射の吸収によって引き起こされる。外部によって放射される放射は、その後、プローブ・アセンブリの内側又は外側に配置されるスペクトロメータ157、ラジオメーター、又は他の放出の種類に適した装置によって短時間の間に測定される。
分析のための検出種を生み出すために、液体に接触する放射ビームを生み出す別の方法は当業者に既知の方法であり、以下詳述される。
As best shown in FIG. 3, in one embodiment of the present invention, the laser beam generating beam assembly 10 performs a LIBS measurement method (laser induced breakdown spectroscopy) using the aforementioned LIBS induced plasma. A pulsed laser beam 15 with sufficient power to be performed on the liquid 20 (for example, molten aluminum) through the formation of 17 together with an optical fiber cable and / or another optical cable assembly 11. introduce.
A radiation beam assembly 10 known to those skilled in the art is contained in its own housing 21 to transmit a pulsed laser 15 and to a gas-liquid interface, generally indicated at 34. . The laser beam 15 energizes a portion of the liquid at the interface 34 to vaporize the liquid to produce a plasma plume 17 having elements representative of the elemental composition of the liquid.
Typically, as soon as the laser pulse lasting about 1000 nanoseconds ends, an inversion in the spectrum of the plasma plume 17 is caused by absorption of radiation emitted from the hot interior of the plasma plume to the relatively cool exterior. The radiation emitted by the outside is then measured in a short time by means of a spectrometer 157, radiometer or other device suitable for the type of emission placed inside or outside the probe assembly.
Other methods for generating a radiation beam in contact with a liquid to generate a detection species for analysis are known to those skilled in the art and are described in detail below.

本発明のある実施形態に沿って、安定した界面をプローブ・アセンブリ2と温度管理された液体の間に不活性ガスの安定した容積の形で形成することのできるノズル・アセンブリが、ハウジング4の前端部8に提供される。   In accordance with an embodiment of the present invention, a nozzle assembly capable of forming a stable interface in the form of a stable volume of inert gas between the probe assembly 2 and the temperature controlled liquid is provided on the housing 4. Provided at the front end 8.

ノズル・アセンブリは、図4において最もよく示される。ノズル・アセンブリ12は、少なくとも1つ、好ましくは複数の分離して設置されたチャンネル16を有する底部14を含んでいる。図4において最もよく示されるように、チャンネル16は、第1開口部17を底部14に有し、第2の離れた開口部19を、底部14の側部に有する。チャンネル16は、供給源23からの不活性ガス(図3を参照)が、ハウジング4からコンジット18を介して開口部25に出るまで移動し、液体との安定な容量の界面を形成することを可能にする。ガスは、その後、もし開口部19が液体の表面よりも下側である場合、チャンネル16から第2開口部19を介して溶けた液体の中に流れる。不活性ガスは、プローブ・アセンブリ2と液体の間で、不活性ガスの安定な容量を維持するために十分な後ろからの圧力を供給する方法で、チャンネル16を経由して供給される。
例えば、もし、プローブが、深さ100cmの溶けたアルミニウムのタンクに浸された場合、タンクの底部における圧力は、海水の圧力のおよそ1.25倍になる。もし、プローブの前端部がタンクの底部に位置しなけらばならないなら、不活性ガスはより大きな圧力(海水の圧力のおよそ1.25倍)で供給されなければならない。
チャンネル16に近接しているノズル・アセンブリ12が示されている図4に特に示されているように、凹形状を底部14に提供することにより、望ましい圧力を維持することが容易になる。特に、この実施形態のプローブ・アセンブリ2は、界面において不活性ガスの発達を可能にする液体の下流に面する。
The nozzle assembly is best shown in FIG. The nozzle assembly 12 includes a bottom 14 having at least one, preferably a plurality of separately installed channels 16. As best shown in FIG. 4, the channel 16 has a first opening 17 at the bottom 14 and a second spaced opening 19 at the side of the bottom 14. Channel 16 allows inert gas (see FIG. 3) from source 23 to move from housing 4 through conduit 18 to opening 25 to form a stable volume interface with the liquid. to enable. The gas then flows from the channel 16 into the dissolved liquid through the second opening 19 if the opening 19 is below the surface of the liquid. The inert gas is supplied via channel 16 in a manner that provides sufficient back pressure between the probe assembly 2 and the liquid to maintain a stable volume of inert gas.
For example, if the probe is immersed in a molten aluminum tank 100 cm deep, the pressure at the bottom of the tank will be approximately 1.25 times the pressure of seawater. If the front end of the probe must be located at the bottom of the tank, the inert gas must be supplied at a greater pressure (approximately 1.25 times the pressure of seawater).
Providing a concave shape at the bottom 14 makes it easier to maintain the desired pressure, as shown in particular in FIG. 4 where the nozzle assembly 12 proximate the channel 16 is shown. In particular, the probe assembly 2 of this embodiment faces the downstream of the liquid that allows the development of inert gas at the interface.

稼働においては、不活性ガスは、圧力を加えられた状態で、ノズル・アセンブリ12から開口部25まで、コンジット18を介して供給される。不活性ガスの圧力は、液体の界面において不活性ガスの安定な容量を形成するのに十分である。一旦、安定な容量が得られた場合、ガスは開口部25を介して入り続ける。同時に、もし、液体が溶けた原材料である場合、温度が急激に上昇したガスの一部は、第1開口部17を経由して、チャンネル16に侵入し、第2開口部19を経由して外に出る。
側部開口部19は、プローブ・アセンブリの底部14に対して、液体の中で比較的やや高い位置にあるので、プローブ・アセンブリの最も前方の表面又は先端に比べると、側部開口部19における液体の圧力はやや低い。この僅かな圧力の違いは、流れているガスを側部開口部19から排出させるのに十分である。
従って、プローブの先端のオープン・チャンバーは、先端の液体の圧力のガスで満たされており、液体の測定に対して敏感に反応する安定なガス−液体界面を作っている。プローブ・アセンブリが上げられた時又は下げられた時、ガスの流れる速度は、先端におけるガスの圧力を液体の圧力と等しくするために側部開口部19を経由して変えられることもあり、それにより、安定な液体−ガス界面を維持する。不活性ガスの流れを維持するための十分な圧力を確保するために、当業者に既知の流れを監視する装置(図示されず)が、不活性ガスの流れが止まらないように、ガス圧力を高めに調整するために必要なこともある。
In operation, inert gas is supplied from the nozzle assembly 12 to the opening 25 via the conduit 18 under pressure. The pressure of the inert gas is sufficient to form a stable volume of inert gas at the liquid interface. Once a stable volume is obtained, the gas continues to enter through the opening 25. At the same time, if the liquid is a raw material melted, a part of the gas whose temperature has increased rapidly enters the channel 16 via the first opening 17 and passes through the second opening 19. I go outside.
Since the side opening 19 is relatively high in the liquid relative to the bottom 14 of the probe assembly, the side opening 19 in the side opening 19 compared to the foremost surface or tip of the probe assembly. The liquid pressure is slightly low. This slight pressure difference is sufficient to drain the flowing gas from the side opening 19.
Thus, the open chamber at the tip of the probe is filled with a gas at the pressure of the liquid at the tip, creating a stable gas-liquid interface that reacts sensitively to liquid measurements. When the probe assembly is raised or lowered, the gas flow rate may be changed via the side opening 19 to make the gas pressure at the tip equal to the liquid pressure, To maintain a stable liquid-gas interface. In order to ensure sufficient pressure to maintain the flow of inert gas, a device (not shown) for monitoring the flow known to those skilled in the art may adjust the gas pressure so that the flow of inert gas does not stop. It may be necessary to adjust higher.

本発明の好ましい実施形態に沿って、不活性ガスは開口部25を介して安定な容量へ連続的に流れ込む状態にあり、チャンネル16を介して安定な容量から離れた状態にあり、部分的には不活性ガスが劇的な温度変化を経験するのを防ぐ。これは、液体が溶けた金属やガラスのような高温にある時に特に重要である。不活性ガスの連続的な流れを維持することによって、不活性ガスの温度は、放射ビーム・アセンブリが比較的一定の冷たい温度に留まり、放射ビーム・アセンブリが放射ビームの歪み及び/又はアセンブリ自身に対する損害を引きこす過度の熱にさらされるのを防ぐ。   In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the inert gas is continuously flowing into the stable volume via the opening 25 and away from the stable volume via the channel 16, in part. Prevents the inert gas from experiencing dramatic temperature changes. This is particularly important when the liquid is at a high temperature such as molten metal or glass. By maintaining a continuous flow of inert gas, the temperature of the inert gas is such that the radiation beam assembly remains at a relatively constant cold temperature so that the radiation beam assembly is free of distortion of the radiation beam and / or the assembly itself. Prevent exposure to excessive heat that causes damage.

チャンネル16は、図22及び23に示されるように、プローブ・アセンブリの本体を超えて延長されることもある。チャンネル16に存在するガスの泡154は、液体−ガス界面を液体の望ましい測定を邪魔する程度にかき混ぜる。図22に示されるように、チャンネル111は液体−ガス界面における泡154の影響を最小限に留めるために、測定地よりも離れて延長することもある。チャンネル111は、図示されるように水平になることもあり、又、液体の表面に向かって上向きになることもある。   The channel 16 may extend beyond the body of the probe assembly, as shown in FIGS. Gas bubbles 154 present in channel 16 stir the liquid-gas interface to the extent that it would interfere with the desired measurement of the liquid. As shown in FIG. 22, the channel 111 may extend away from the measurement site to minimize the effects of bubbles 154 at the liquid-gas interface. The channel 111 may be horizontal as shown or may face upwards toward the surface of the liquid.

他の実施形態を図23において示す。チャンネル113が液体表面まで延設している。この実施形態において、全てのガスはバブリング無しに液体を排出する。十分な圧力が、液体が流出することを防止するためのプローブ・アセンブリ8の前端に於ける液体ガスの界面に存在するために、この実施例において、十分な注意が払わなければならない。何故なら、この実施形態は深度変更を補償しないので、チャンネルそれ自体が同一の機能を十分に実行するガスの流量を圧縮する設計でなくとも、チャンネル113からの空気の流量を制限するバルブ115により、適切な圧力レベルの維持が実施される。このようなチャンネルを設計すること及び/又は圧力を維持するために流量を適当に圧縮するバルブを使用することは従来技術に於ける当業者にとって既知なることである。   Another embodiment is shown in FIG. A channel 113 extends to the liquid surface. In this embodiment, all the gas discharges the liquid without bubbling. Great care must be taken in this embodiment because sufficient pressure exists at the liquid gas interface at the front end of the probe assembly 8 to prevent the liquid from flowing out. Because this embodiment does not compensate for depth changes, a valve 115 that limits the flow of air from the channel 113, even if the channel itself is not designed to compress the flow of gas sufficiently to perform the same function. An appropriate pressure level is maintained. It is known to those skilled in the art to design such a channel and / or to use a valve that suitably compresses the flow rate to maintain pressure.

少なくとも1つは不活性ガスからなる2つのガス流若しくは、1つの液体流及び1つの不活性ガスは、単一の不活性ガス流に代わって使用される。図17に示される如く、プローブ・アセンブリ内の配管は、プローブ・アセンブリの温度感性構成要素の周りを流れるとともに、プローブ・アセンブリの内側又は外側の液体181を排出する第2ガス流又は、液体流を提供する。又、単一ガス流によって提供される熱損傷に対する防護よりも好ましい防護を提供することができる。仮に、水のような液体がガスの代わりに使用された場合、ガスは安定的な界面を作り出す一方で、水が冷却目的で使用される。   Two gas streams, at least one consisting of inert gas, or one liquid stream and one inert gas are used instead of a single inert gas stream. As shown in FIG. 17, the piping in the probe assembly flows around the temperature sensitive component of the probe assembly and discharges the liquid 181 inside or outside the probe assembly. I will provide a. It can also provide better protection than the protection against thermal damage provided by a single gas flow. If a liquid such as water is used instead of gas, the gas creates a stable interface while water is used for cooling purposes.

(図3で示される)プローブ・アセンブリ2と流体20の間の界面34として目的を果たす不活性ガスの流量の安定性及び同一の低温に於ける親密な維持は、チャンネル16と離れて配置される出口ポート25からのガスの連続的な流量を提供する結果である。チャンネル16からの液体20へ回避する不活性ガスは、ポート25からの新しい不活性ガスの供給によって連続的に補充される。本明細書中の用語「安定量」は、例えば、あらゆる測定期間において、界面34での不活性ガスの固定量が維持された際に於ける、開口25から入る新しい不活性ガスの流入とチャンネル16からの不活性ガスの回避の間の調和を意味する。このようにして、ノズル・アセンブリ12は、コンジット18からの不活性ガスの流入とチャンネル16からの不活性ガスの放出の間で確立される調和量によって、不活性ガスの安定量の維持を容易にする。   The inert gas flow stability and intimate maintenance at the same low temperature, which serves as the interface 34 between the probe assembly 2 and the fluid 20 (shown in FIG. 3), is located away from the channel 16. This is the result of providing a continuous flow of gas from the outlet port 25. The inert gas that escapes from the channel 16 to the liquid 20 is continuously replenished by the supply of fresh inert gas from the port 25. As used herein, the term “stable amount” refers to new inert gas inflows and channels entering the opening 25 when, for example, a fixed amount of inert gas at the interface 34 is maintained during any measurement period. Means harmony between avoidance of inert gas from 16. In this way, the nozzle assembly 12 facilitates maintaining a stable amount of inert gas due to the coordinated amount established between the inflow of inert gas from the conduit 18 and the release of inert gas from the channel 16. To.

代替的に、図9で示す如く、コンジット18を介して入るガスの幾つかは、ハウジング4内のポート27から出る。特に、余剰の不活性ガスは、ハウジング4からプローブ・アセンブリ2を取り囲む通路29を介して流れ、コンジット31から出口33へ流れる出口ポート27へ入る。この構成は、プローブ・アセンブリ10を冷却するために供給されるガスの量が、多量なため、界面の安定性に損害を有する、又は、凝固するために液体を冷却する、又は、前端8で液体を入れた場合に測定に害をなす際において、有用である。ポート27とコンジット31から出口33へ流出するガスの総量を制御するために、バルブ35又は、他の流量制御装置がコンジット31に設置される。コンジット31は、ハウジング4の側部に配置される必要は無いが、この機能を実行する場所から任意の位置において配置することができる。   Alternatively, as shown in FIG. 9, some of the gas that enters through the conduit 18 exits the port 27 in the housing 4. In particular, excess inert gas flows from the housing 4 through the passage 29 surrounding the probe assembly 2 and enters the outlet port 27 which flows from the conduit 31 to the outlet 33. This configuration may cause damage to the interface stability due to the large amount of gas supplied to cool the probe assembly 10 or cool the liquid to solidify, or at the front end 8. This is useful when the liquid is put in and the measurement is harmed. A valve 35 or other flow control device is installed in the conduit 31 to control the total amount of gas flowing out of the port 27 and conduit 31 to the outlet 33. The conduit 31 does not need to be disposed on the side of the housing 4, but can be disposed at an arbitrary position from the place where this function is performed.

プローブ・アセンブリは、図3で示す如く、液体へ直角に挿入される必要ない。多くの異なる状況においてプローブ・アセンブリを容易に適応するために、プローブ・アセンブリ10の前端8は、図10で示される液体の表面に対する角度により挿入されるように構成されている。例えば、本発明によって、プローブ・アセンブリは容器の側壁に配置されるポートから挿入されることができる。例えば、仮にプローブ・アセンブリが45度の角度で炉の壁へ挿入される際には、底表面は、水平であり又は、挿入角度θに対応する機械加工がされる底端部を有するリムーバブル・チップ37を提供するために、プローブ・アセンブリの本体の縦軸に関係のある45度で機械加工される。プローブの前端8の角度に対する挿入の角度を一致させることによって、液体表面は、前端8の面に平行となる。この実施形態は、プローブ・アセンブリからの液体表面を維持することができる。不活性ガスを前端8の面と平行になる液体へ運搬するためのチャンネル16を維持することによって、チャンネルは最前端8に関して上昇する。上述した如く、チャンネル16の上昇する位置によって、前端8において不活性ガスの安定量の創出がなされる。
ある適用において、液体ガス界面の正確な位置を知ることは必要である。この例において、液体の表面を正確に決定する界面検知アセンブリを合体させることは、有利である。もし液体が伝導性であれば、界面検知アセンブリのある実施形態は、プローブ・アセンブリの底端に隣接するように位置するベア・エンドを有する電気的なワイヤーからなる電気的回路を使用する。液体ガス界面がベア・エンドに生じる際には、電気回路は2つのワイヤーの間に組み合わされ、このことによって、後述するような適切な行動を行うオペレーター又はシステムのための信号を発する。図19は、チップが前端8に到達するまでプローブ・アセンブリ2の後端6からワイヤー46が低く取り付けられる場合の発明の実施形態の例を示す。ワイヤー46は、検出装置へ接続される。そして、オペレーターは、最小限必要な圧力が電気回路を維持するように使用されるため、自動制御の使用を介して等によりガス圧力を微調整することができる。このようにして、オペレーターは、ワイヤー46と伝導性液体からなる電気回路によって生じる液体ガス界面の正確な位置を保証することができる。従来技術の当業者にとって既知である類似する方法は、オペレーターがプローブ・アセンブリのチップからの界面の最小又は最大の距離を要求する場合に使用される。
The probe assembly need not be inserted perpendicular to the liquid, as shown in FIG. In order to easily adapt the probe assembly in many different situations, the front end 8 of the probe assembly 10 is configured to be inserted at an angle to the surface of the liquid shown in FIG. For example, according to the present invention, the probe assembly can be inserted from a port located on the side wall of the container. For example, if the probe assembly is inserted into the furnace wall at an angle of 45 degrees, the bottom surface is horizontal or has a removable end with a bottom end that is machined corresponding to the insertion angle θ. To provide the tip 37, it is machined at 45 degrees relative to the longitudinal axis of the body of the probe assembly. By matching the angle of insertion with the angle of the front end 8 of the probe, the liquid surface is parallel to the plane of the front end 8. This embodiment can maintain the liquid surface from the probe assembly. By maintaining a channel 16 for carrying an inert gas to a liquid parallel to the plane of the front end 8, the channel rises with respect to the front end 8. As described above, a stable amount of inert gas is created at the front end 8 depending on the rising position of the channel 16.
In certain applications it is necessary to know the exact location of the liquid gas interface. In this example, it is advantageous to incorporate an interface sensing assembly that accurately determines the surface of the liquid. If the liquid is conductive, one embodiment of the interface sensing assembly uses an electrical circuit consisting of an electrical wire having a bare end positioned adjacent to the bottom end of the probe assembly. When the liquid gas interface occurs at the bare end, the electrical circuit is combined between the two wires, thereby generating a signal for the operator or system to take appropriate action as described below. FIG. 19 shows an example of an embodiment of the invention where the wire 46 is mounted low from the rear end 6 of the probe assembly 2 until the tip reaches the front end 8. The wire 46 is connected to the detection device. And since the minimum required pressure is used to maintain the electrical circuit, the operator can fine tune the gas pressure, such as through the use of automatic control. In this way, the operator can ensure the exact position of the liquid gas interface created by the electrical circuit consisting of the wire 46 and the conductive liquid. Similar methods known to those skilled in the art are used when the operator requires a minimum or maximum distance of the interface from the tip of the probe assembly.

界面検知アセンブリは、側開口部19から出るガスの発泡運動が変動の原因となる液体ガス界面を乱す際に有用である。このことが起こるかどうかは、ガス圧力や速度に等の要素、又濃度や粘度等の液体の特性に依存する。この場合、オペレーターは、液体の性質及び/又は測定が行われる環境の依存するデータ収集の方法を多種多様にすることができる。例えば、測定実施期間の実質的な制限などがそれである。例えば、オペレーターが測定イベントを引き起こすための回路の完成を使用することを選択する若しくは、オペレーターが測定の連続的なセットとして行うことを選択する。以後オペレーターは、界面の時間履歴と測定を相関する。上述するメカニズムによって測定されるように、界面が測定のための安定した位置にある時を知ることができる。   The interface sensing assembly is useful in disturbing the liquid gas interface where the foaming motion of the gas exiting the side opening 19 causes fluctuations. Whether this occurs depends on factors such as gas pressure and velocity, and liquid properties such as concentration and viscosity. In this case, the operator can have a wide variety of data collection methods depending on the nature of the liquid and / or the environment in which the measurements are made. For example, a substantial limitation on the measurement period. For example, the operator may choose to use circuit completion to trigger a measurement event, or the operator may choose to do as a continuous set of measurements. Thereafter, the operator correlates the time history of the interface with the measurement. It can be known when the interface is in a stable position for measurement, as measured by the mechanism described above.

幾つかの不活性ガスが液体を入れ、泡として回避する一方で、不活性ガスの安定量は、新しい不活性ガスが側開口部19を経由してチャンネル16から回避することを許容することによって、不活性ガスがコンジット18から入るように維持される。このようにして、コンジット18からの不活性ガスの圧力を制御することによって、不活性ガスの安定量は、新しい不活性ガスの連続的な流れの基において、界面で維持される。不活性ガスの安定量は、新しいガスの固定の流入により制御させる温度であり、又、それ故、液体が溶けた金属である場合に起こる極度の温度に到達することを防止する。プローブ・アセンブリ内に1又は、それ以上の温度センサー(例えば、熱電対)を配置することによって、ガスの温度が管理される。温度センサー42がプローブ・アセンブリの後端6を介して下方に設けられることを示す図2で例示され且つ参照される。この実施例では、温度センサーは外側温度測定デバイス43に接続され、これは伝導ワイヤー44によることが従来技術として既知である。温度センサーからの出力は、ガス圧力がプローブ内で適切な温度を維持するために増加されることを確認するために不活性ガスの流れを制御する圧力調整器によって使用される。   While some inert gas enters the liquid and avoids as bubbles, a stable amount of inert gas is allowed by allowing new inert gas to escape from the channel 16 via the side openings 19. Inert gas is maintained through the conduit 18. In this way, by controlling the pressure of the inert gas from the conduit 18, a stable amount of inert gas is maintained at the interface in the context of a continuous flow of fresh inert gas. The stable amount of inert gas is a temperature that is controlled by a fixed inflow of new gas and therefore prevents reaching the extreme temperature that occurs when the liquid is a molten metal. By placing one or more temperature sensors (eg, thermocouples) within the probe assembly, the temperature of the gas is managed. Illustrated and referenced in FIG. 2 which shows that a temperature sensor 42 is provided below through the rear end 6 of the probe assembly. In this embodiment, the temperature sensor is connected to an outer temperature measuring device 43, which is known in the prior art by a conductive wire 44. The output from the temperature sensor is used by a pressure regulator that controls the flow of inert gas to ensure that the gas pressure is increased to maintain the proper temperature within the probe.

本明細書中の用語「不活性ガス」は、液体から検出種が生成されるとともに、検出種から得られる液体の少なくとも1つの特性を解析する本発明の装置及び方法に影響を与えなければあらゆるガスが利用可能である。このような不活性ガスの例としては、窒素、アルゴンやヘリウムを典型的に含んでいる。不活性ガスは、一般的に不活性ガスと認められるガスに限定されず、本明細書中に意図された以外の状況で素早く反応するガスを含めることができる。又、ある適応において、反応ガスが使用された。このような適応において、反応ガスが測定過程へ幾つかの有用性を提供し、且つ、プローブのための冷却ガス、空気力学窓又はこの両方を兼任することができる。   As used herein, the term “inert gas” refers to any substance that produces a detection species from a liquid and does not affect the apparatus and method of the present invention that analyzes at least one property of the liquid obtained from the detection species. Gas is available. Examples of such inert gases typically include nitrogen, argon and helium. Inert gases are not limited to gases generally recognized as inert gases, and can include gases that react quickly in situations other than those contemplated herein. In some applications, reactive gases were used. In such an application, the reaction gas provides some utility to the measurement process and can also serve as a cooling gas for the probe, an aerodynamic window, or both.

図2から図4に関連して示されるとともに述べられる本発明の実施形態の操作は、図3に示される。図3を参照にすると、固定形内にある解析された液体を含むセラミック炉等の容器30である。不活性ガスの流れのためのコンジット18を有するプローブ・アセンブリ2は、(図2において)符号10によって一般的に示されるとともに炭化珪素チューブ等をハウジング4内に包含する放射ビーム・アセンブリを有するハウジング4を含む。この容器は、液体20(例えば、溶けた金属又はガラス)を含み、プローブ・アセンブリ2はこの表面下に挿入される。流れる不活性ガスにより発生する圧力はプローブ・アセンブリ2と液体20の界面において不活性ガス34の安定量を提供する。不活性ガスの安定量の圧力は、余剰不活性ガスがノズル・アセンブリ12内の各開口部17及び19(図4に示される)を介してチャンネル16から回避することを許容しつつコンジット18からの連続的に流れる不活性ガスによって維持されることが好ましい。放射ビーム(例えば、レーザ・ビーム)は、既知の方法によって光ファイバー・ケーブル11を介してプローブ・アセンブリへ伝達され、液体20の界面において不活性ガス34の安定量からレンズ・ハウジング21内に含まれるレンズによって焦点が合せられる。   The operation of the embodiment of the invention shown and described in connection with FIGS. 2-4 is shown in FIG. Referring to FIG. 3, a container 30 such as a ceramic furnace containing the analyzed liquid in a fixed form. A probe assembly 2 having a conduit 18 for the flow of inert gas is generally indicated by reference numeral 10 (in FIG. 2) and includes a radiation beam assembly including a silicon carbide tube or the like within the housing 4. 4 is included. The container contains a liquid 20 (eg, molten metal or glass), and the probe assembly 2 is inserted below this surface. The pressure generated by the flowing inert gas provides a stable amount of inert gas 34 at the probe assembly 2 and liquid 20 interface. A stable amount of inert gas pressure is applied from the conduit 18 while allowing excess inert gas to escape from the channel 16 through each opening 17 and 19 (shown in FIG. 4) in the nozzle assembly 12. Preferably, it is maintained by a continuously flowing inert gas. A radiation beam (eg, a laser beam) is transmitted to the probe assembly via fiber optic cable 11 in a known manner and is contained in lens housing 21 from a stable amount of inert gas 34 at the interface of liquid 20. The lens is focused.

本発明は、静止状態の液体の特性を検知することが記載される一方で、図5で示す如く本発明は、流動性を有する状況において液体の少なくとも1つの特性を検知することに使用される。図5において図式的に示されるプローブ・アセンブリ2は、静止状態又は流動状態の液体の内部から測定を行うために沈められるとともに、流動状態の液体の表面上にプローブ・アセンブリのチップを配置することによって、静止状態の又は流動状態の液体20の表面の測定を行うことができる。このことは、炉から異なった形状の鋳型へ流し入れることができる金属製の製造物において際立った優位性を有している。この実施形態において、放射ビームは、液体の内部に対向するように検出種を生じるために液体の上側表面に焦点が合せられている。   While the present invention is described as sensing a property of a stationary liquid, the present invention is used to sense at least one property of a liquid in a flowable situation as shown in FIG. . The probe assembly 2 shown diagrammatically in FIG. 5 is submerged for taking measurements from inside a stationary or flowing liquid and placing the probe assembly tip on the surface of the flowing liquid Can measure the surface of the liquid 20 in a stationary or fluid state. This has a significant advantage in metal products that can be poured from furnaces into differently shaped molds. In this embodiment, the radiation beam is focused on the upper surface of the liquid to produce a detection species to face the interior of the liquid.

本発明に従って解析された液体は、タンク又はコンジットの性能を制限する必要はない。本発明は、海、湖や川等における水が自然にある状態、ダムの湖等、人工的に発生する状態における、静止状態又は流動状態にある液体を使用する。   Liquids analyzed in accordance with the present invention need not limit the performance of the tank or conduit. The present invention uses a liquid that is in a static state or a flowing state in a state where water is naturally in the sea, a lake, a river, or the like, or in a state that is artificially generated, such as a dam lake.

もしプローブ・アセンブリ2が液体表面の静止状態若しくは流動状態を解析するためのみに用いられるならば、図11に示す如く放射ビーム・アセンブリを備えるプローブ・アセンブリ2は液体上方で固定して吊るされる。典型的には、数インチから数フィートの高さで吊るされる。図11に具体的に示すように、この配置は符号80で表される液体の流動状態の流れを解析するのに特に適している。放射ビーム・アセンブリと液体の間の距離は検出種によって選択されるであろうこと及び当業者によって一定の手順で定められることは理解されるだろう。   If the probe assembly 2 is used only for analyzing the quiescent state or flow state of the liquid surface, the probe assembly 2 with the radiation beam assembly is fixedly suspended above the liquid as shown in FIG. Typically hung at a height of a few inches to a few feet. As specifically shown in FIG. 11, this arrangement is particularly suitable for analyzing the flow of the liquid flow state denoted by reference numeral 80. It will be appreciated that the distance between the radiation beam assembly and the liquid will be selected by the detection species and will be determined by a person skilled in the art in a certain procedure.

本願発明は複数のプローブ・アセンブリを使用し、単数の若しくは複数の容器に入れられた液体中の複数の場所を測定することも包含する。図6に示すように、典型的な例を示す目的で、2つの容器30aと30bの中にプローブ・アセンブリ2が示されている。プローブ・アセンブリは異なる位置において同じ深度で水中に配置されている。プローブ・アセンブリが容器中の異なる深度で配置されたり、少なくとも一方のプローブ・アセンブリが液体表面に配置されていてもよい。プローブ・アセンブリ2が共通のコンジット36によって互いに連結され、検出種に関する情報を交換し、より少ない数の検知デバイスに該情報を戻すものであってもよい。この目的に対しては、共通のスペクトロメータ157のような単一の検知デバイスが用いられることが好ましい。   The present invention also encompasses the use of multiple probe assemblies to measure multiple locations in a liquid contained in single or multiple containers. As shown in FIG. 6, the probe assembly 2 is shown in two containers 30a and 30b for the purpose of illustrating a typical example. The probe assembly is placed in the water at the same depth at different locations. The probe assembly may be disposed at different depths in the container, or at least one probe assembly may be disposed on the liquid surface. The probe assemblies 2 may be connected to each other by a common conduit 36 to exchange information about the detected species and return the information to a smaller number of sensing devices. For this purpose, a single sensing device such as a common spectrometer 157 is preferably used.

複数の比較的廉価なプローブ・アセンブリが、ここで「多重送信」として説明される検知デバイスと放射ビーム・アセンブリとともに同時に用いられることが出来るように、本願発明の装置は使用されてもよい。各々のプローブ・アセンブリから検出種が収集される間、異なるプローブ・アセンブリに放射ビームを向ける実施形態が図12に示される。レーザ50のような放射ビーム・アセンブリは交互に回転式鏡52を介して各々のプローブ・アセンブリ(図示せず)に照射する。符号56で示される光ファイバ或いは光管それぞれを介して、プローブ・アセンブリのそれぞれに対応する複数のレンズ54のうちの1つに、1つのパルスが入るように、鏡52はレーザと同調する。レーザ・パルスは検知デバイス(例えば、スペクトロメータ157)がLIBS信号171を読み取るのに必要な分以上に時間的間隔が空いているので、鏡が次のパルスに対して正しい位置に回転するのに十分な時間が確保される。検出種に対応して生ずる信号は、スペクトロメータ157によって交互に受け取られ、読み取られる。このことは略同時に異なるプローブ・アセンブリから複数の測定がなされることを可能にする。読み取りは1つの炉(液体を含む同様のデバイス)156から生じ、プローブ・アセンブリはいくつかの炉に挿入されることができる。   The apparatus of the present invention may be used so that multiple relatively inexpensive probe assemblies can be used simultaneously with the sensing device and radiation beam assembly described herein as “multiplex transmission”. An embodiment is shown in FIG. 12 in which the radiation beam is directed to a different probe assembly while detection species are collected from each probe assembly. A radiation beam assembly such as laser 50 alternately irradiates each probe assembly (not shown) via rotating mirror 52. The mirror 52 is tuned to the laser so that one pulse enters one of a plurality of lenses 54 corresponding to each of the probe assemblies, through an optical fiber or tube indicated at 56 respectively. The laser pulse is spaced more than necessary for the sensing device (eg, spectrometer 157) to read the LIBS signal 171 so that the mirror rotates to the correct position for the next pulse. Sufficient time is secured. The signals generated corresponding to the detected species are alternately received and read by the spectrometer 157. This allows multiple measurements from different probe assemblies to be made substantially simultaneously. The reading comes from one furnace (similar device containing liquid) 156 and the probe assembly can be inserted into several furnaces.

この方法の主な利点は、検出種を検知し解析する測定機器と較べてプローブ・アセンブリが廉価であることである。プローブ・アセンブリを多重送信することによって、いくつかの独立したプローブ・アセンブリと比較して十分な節約を達成することが可能となる。   The main advantage of this method is that the probe assembly is inexpensive compared to measuring instruments that detect and analyze the species detected. By multiplexing the probe assembly, it is possible to achieve sufficient savings compared to several independent probe assemblies.

本願発明の装置は、液体中の元素(例えば、亜鉛、ニッケル、アルミニウムなど)の物質や濃度を検知する能力がある。該装置がレーザ・ビーム発生装置とともに用いられるとき、検出種は再度光学的線放射をする。そして、該光線は光ファイバによって集められ、慣習的な手法でスペクトロメータ157のような検知デバイスに伝達される。この特徴的な線放射はスペクトロメータ157によってスペクトルごとに分解される。そしてスペクトロメータ157は精度よく液体中の元素を見極める。加えて、線放射の信号の大きさは量的に測定され、かくして存在する各元素の濃度が判明する。全ての原子は、それがプラズマ状態に励起しているとき、特徴的な多数のスペクトル線を放出する。   The device of the present invention is capable of detecting the substance and concentration of an element (for example, zinc, nickel, aluminum, etc.) in a liquid. When the device is used with a laser beam generator, the detected species again emits optical radiation. The light is then collected by an optical fiber and transmitted to a sensing device such as a spectrometer 157 in a conventional manner. This characteristic line radiation is resolved spectrum by spectrum 157. The spectrometer 157 accurately identifies elements in the liquid. In addition, the magnitude of the line radiation signal is measured quantitatively, thus determining the concentration of each element present. Every atom emits a number of characteristic spectral lines when it is excited to a plasma state.

本願発明に係る装置の利点は、即時にかつ場所を変えずに液体の元素組成を測定することにある。このことは任意の点における液体の特性を連続的に読み取ることを可能とする。このことは、上述したシステムのエンドユーザにとって非常に価値のあることである。例えば、金属製造業者が、溶けた金属サンプルを研究室に送ることなしに合金の成分を知ることが出来る。   The advantage of the device according to the present invention is that it measures the elemental composition of the liquid immediately and without changing location. This makes it possible to continuously read the liquid properties at any point. This is very valuable for the end user of the system described above. For example, a metal manufacturer can know the composition of an alloy without sending a molten metal sample to the laboratory.

本願発明の他の有利な特徴は、高価で取り扱いに注意を要する装置の部分(例えばスペクトロメータ157やレーザ50)が、検知点から分離していることである。そして該部分は損傷を受けないように安全な環境の中に置かれることが出来る。このことは、特に溶融材料の特性を測定する際に有利である。   Another advantageous feature of the present invention is that parts of the device that are expensive and require care (eg, spectrometer 157 and laser 50) are separated from the sensing point. The part can then be placed in a safe environment so as not to be damaged. This is particularly advantageous when measuring the properties of the molten material.

アセンブリに発生するレーザ・ビームが例示されてきたが、光又は結果として生ずる信号(即ち、検出種)を伝達する方法は本願発明に応用できる。1つの例が図7に示されている。図7において、光が通過する空洞若しくは光パイプ60が用いられ、その中をレーザ・ビームや光(即ち、検出種)62が符号64で示される空洞内のプローブ・アセンブリを通過する。必要に応じて、レーザや光62の方向を変えるために、1つ若しくはそれ以上の鏡66が空洞64の中に用いられることも可能である。   Although laser beams generated in the assembly have been illustrated, methods of transmitting light or the resulting signal (ie, the detection species) can be applied to the present invention. One example is shown in FIG. In FIG. 7, a cavity or light pipe 60 through which light passes is used, through which a laser beam or light (ie, a detection species) 62 passes through a probe assembly in the cavity, indicated at 64. One or more mirrors 66 can be used in the cavity 64 to redirect the laser or light 62 as desired.

この光を伝達する方法は、長い距離を高出力のレーザ・パルスを伝達するときに特に有効である。光ファイバ・ケーブルは、光ファイバ・ケーブルが損傷せずに伝達できる出力に限界を有する。光の通過するトンネル或いはパイプの中において、湾曲した鏡及び/又は鏡とレンズの組み合わせは光が所望の経路から逸脱することを防ぐ。他のもう一つの利点は、光パイプは一般に光ファイバ・ケーブルよりも廉価なことである。光パイプは光ファイバと組み合わせて用いられるものであってもよい。   This method of transmitting light is particularly effective when transmitting high power laser pulses over long distances. Fiber optic cables have limits on the power they can transmit without damaging the fiber optic cable. In a tunnel or pipe through which light passes, curved mirrors and / or combinations of mirrors and lenses prevent light from deviating from the desired path. Another advantage is that light pipes are generally less expensive than fiber optic cables. The light pipe may be used in combination with an optical fiber.

加えて、上述のレーザ・アセンブリと関連して、本願発明は、高度に集中した高いエネルギー源を創出するデバイスとともに用いられることが出来る。1つの液体の少なくとも1つの特性を測定するための周知の機構の例においては、解析される微小の原材料を沸騰及びイオン化させる自動車に用いられる電極プラグに似た電気アークが利用される。この工程はLIBS工程に類似している。しかし液体を励起させるレーザ放射の代わりにアークを用いるものである。この目的のために市販の器具が、例えばフィンランドのメトレックス インターナショナル(Metorex International)やドイツのスペクトロ アナリティカル インストゥルメント(Spectro Analytical Instruments)によって販売されている。本願発明では、該アーク・スパーク装置が液体の内部付近に配置させることが出来る。また直接的に光が液体の内部に近づくことを可能とする。プローブ・アセンブリ内を通過する冷却ガス若しくは液体は、図26に示されるように、アークスパーク装置に温度制御された環境をもたらす。本実施形態において、電源は電源133からの配線131を介して電極135に繋がる。電極135がハウジング10内の光線経路に僅かに干渉するために、プローブ・ハウジング8の前端を通って挿入されている。電極と液体の間をスパークが飛び越えるのに十分な大きさの電圧が電極に与えられる。光学アセンブリはスパークによって生じた光及びプラズマによって発光した光を、光ファイバを介して、測定デバイス13に集める。測定装置13は検出種から液体の元素組成を決定する。   In addition, in conjunction with the laser assembly described above, the present invention can be used with devices that create a highly concentrated and high energy source. An example of a well-known mechanism for measuring at least one property of a liquid utilizes an electric arc similar to an electrode plug used in automobiles that boil and ionize the minute raw material being analyzed. This process is similar to the LIBS process. However, arcs are used instead of laser radiation to excite the liquid. Commercial instruments for this purpose are sold, for example, by Metrex International (Finland) or Spectro Analytical Instruments (Germany). In the present invention, the arc spark device can be disposed in the vicinity of the inside of the liquid. Moreover, light can directly approach the inside of the liquid. The cooling gas or liquid passing through the probe assembly provides a temperature controlled environment for the arc spark device, as shown in FIG. In this embodiment, the power source is connected to the electrode 135 via the wiring 131 from the power source 133. The electrode 135 is inserted through the front end of the probe housing 8 to slightly interfere with the beam path in the housing 10. A voltage is applied to the electrode that is large enough for the spark to jump between the electrode and the liquid. The optical assembly collects the light generated by the spark and the light emitted by the plasma into the measuring device 13 via an optical fiber. The measuring device 13 determines the elemental composition of the liquid from the detected species.

液体の特性を測定するための解析機器が例示的に示される。ここでは、LLA製のアクトン リサーチ モデル 300(Acton Research Model 300)やエシェル モデル ESA 3000(Echelle Model ESA 3000)のようなスペクトロメータが示されている。しかしながら、プラズマから検出種を測定可能な任意のデバイスが用いられることが出来る。そのような1つの例が、光の波長の範囲内の総放射線量を測定する放射線計(例えば、オプトエレクトロニクス モデル DET 210 フォトデテクタ(Optoelectronics Model DET 210 Photodetector))である。そのようなデバイスは、少量の元素から濃度測定をする際に、より経済的である。   An analytical instrument for measuring liquid properties is exemplarily shown. Here, spectrometers such as Acton Research Model 300 (Acton Research Model 300) and Echelle Model ESA 3000 (Echelle Model ESA 3000) manufactured by LLA are shown. However, any device that can measure the detected species from the plasma can be used. One such example is a radiometer (e.g., Optoelectronics Model DET 210 Photodetector) that measures the total radiation dose within the wavelength of light. Such a device is more economical when measuring concentrations from small amounts of elements.

代わりに、特に長い距離を経由するのであれば、図7に示されるものに似た配置の光ファイバの接続に代えて、角部に適切に配置された鏡とともに閉箱を構成する光トンネルが用いられてもよい。   Instead, especially over long distances, instead of connecting optical fibers similar in arrangement to those shown in FIG. 7, there is an optical tunnel that forms a closed box with mirrors that are appropriately arranged at the corners. May be used.

代わりに、各々のプローブ・アセンブリに対して1つのレーザ・ビーム・アセンブリが使用でき、全ての放射線が1つの検知デバイス(例えばスペクトロメータ)によって集められてもよい。この構成は、レーザが廉価であり、或いは他の廉価な放射線発生源が用いられるとき有効である。同様にして、もし放射線計若しくは他の廉価な放射線解析装置が用いられるならば、単独のレーザ或いは他の放射線源を多重送信し、各々のプローブ・アセンブリに対する1つの放射線解析機器を用いるのに実用的であるかもしれない。   Alternatively, one laser beam assembly can be used for each probe assembly and all radiation may be collected by one sensing device (eg, a spectrometer). This configuration is effective when the laser is inexpensive or when other inexpensive radiation sources are used. Similarly, if a radiometer or other inexpensive radiation analysis device is used, it is practical to multiplex a single laser or other radiation source and use one radiation analysis instrument for each probe assembly. May be the target.

本願発明にしたがって、レーザ或いはプローブ・アセンブリ2に伝達された他の放射線及び図2及び図3に示すような液体から発光され、プローブ・アセンブリ2から伝達される検出種の両方を伝達する1つのファイバ・ケーブルが示されている。伝達された信号の2つ或いはそれ以上の光ファイバ・ケーブル或いは他のコンジットが同時に用いられることが出来るので、このことは本願発明を限定するものではない。特に、プローブ・アセンブリ2に光を伝達するための光ファイバやプローブ・アセンブリ2からの検出種(例えば、光信号)を中継するための第2光ファイバを用いることは有効である。これは、レーザのような高いエネルギー源にファイバを接続するときに光ファイバの損傷を避けることに多大な注意が払われているためである。更に、プローブ・アセンブリから発光された光を分離するために接続を変更することは、コストや信頼性の問題のために実用的でない範囲にある設計を複雑にするためである。   In accordance with the present invention, a laser or other radiation transmitted to the probe assembly 2 and one of the detected species transmitted from the probe assembly 2 emitted from the liquid as shown in FIGS. A fiber cable is shown. This is not a limitation of the present invention as two or more fiber optic cables or other conduits of the transmitted signal can be used simultaneously. In particular, it is effective to use an optical fiber for transmitting light to the probe assembly 2 or a second optical fiber for relaying a detection species (for example, an optical signal) from the probe assembly 2. This is because great care has been taken to avoid damaging the optical fiber when connecting the fiber to a high energy source such as a laser. Furthermore, changing the connection to separate the emitted light from the probe assembly is to complicate the design to the extent impractical due to cost and reliability issues.

すばやく連続的にパルス化された2又はそれ以上のレーザ又は単一のレーザはノイズ・レイトに対する信号出力を高めるために使用される。図8を参照するとレーザは液体表面上の例えば1mmくらいの一定の距離のところにパルス163化され焦点があてられる。液体表面84上に焦点があてられた第2レーザは大体2ミクロセカンド後にパルス164化される。2つのパルスの組み合わせは単一のレーザで得られる以上の信号を大きく増加する。この方法は、ストラティス・ディ・エヌ(Stratis, D. N.)、エランド・ケー・エル(Eland, K. L.)エンジェル・エス・エム(Angel, S. M.)「Dual-Pulse LIBS Using a Pre-ablation Spark for Enhanced Ablation and Emission」(Applied Spectroscopy, 54, No. 9, 2000,pp. 1270-1274)によって明らかにされていることを参考のために示しておく。   Two or more lasers or a single laser that are rapidly and continuously pulsed are used to increase the signal output to the noise rate. Referring to FIG. 8, the laser is pulsed 163 and focused at a certain distance on the liquid surface, for example, about 1 mm. The second laser focused on the liquid surface 84 is pulsed 164 after approximately two microseconds. The combination of the two pulses greatly increases the signal over that obtained with a single laser. This method is based on Stratis, DN, Eland, KL, Angel, SM, “Dual-Pulse LIBS Using a Pre-ablation Spark for Enhanced Ablation and Emission ”(Applied Spectroscopy, 54, No. 9, 2000, pp. 1270-1274).

レーザ・パルスの進路が、もう一方に対して垂直にするというよりむしろ同一線形順序に(もしくはほぼそのように)並ぶようにするために、本発明での使用において、ストラティス(Stratis)などの装置を変更することができる。この構成の1つの実施形態が図20に示されている。他の構成も可能であり、この図20には実施形態を限定する意図はない。ストラティス(Stratis)等によって記載られ、現在使用されている2つのレーザは、多様な波長を有する。光86の短い方の波長ビーム86と長い方の光の波長ビーム88は、レンズ82によって液体表面84に焦点を合せている。図3に示されるレンズ・ハウジング21のように、通常このアセンブリはハウジングの中にある。通常、レンズに使用される材料は、より長い波長と比較すると短距離でより短い波長光に焦点を合せる。この現象はストラティス(Stratis)などによって明らかにされたアセンブリを同一線形順序に変更するために利用されている。測定処理を始めるために、短い方の波長のレーザ光のパルスが、液体表面上ほぼ1mmのところにある点87にまず伝達され焦点が合せられる。点では、表面上のガスの中でスパークが発生している。長い方の波長の第2レーザ・パルスは数マイクロセカンド後に伝達されるとともに、もし当業者に既知の方法で適切にレンズが選ばれているなら、より長い波長の光は液体89の表面上に焦点を合せられる。そして表面上でLIBSスパークを作り出す。   In order to ensure that the laser pulse path is aligned in the same linear order (or nearly so) rather than perpendicular to the other, in use with the present invention, such as Stratis The device can be changed. One embodiment of this configuration is shown in FIG. Other configurations are possible and this FIG. 20 is not intended to limit the embodiment. The two lasers described and currently used by Stratis et al. Have a variety of wavelengths. The shorter wavelength beam 86 of light 86 and the longer wavelength beam 88 of light are focused on the liquid surface 84 by a lens 82. Like the lens housing 21 shown in FIG. 3, this assembly is usually in the housing. Typically, materials used for lenses focus on shorter wavelength light at shorter distances compared to longer wavelengths. This phenomenon is used to change the assembly revealed by Stratis and others to the same linear order. To begin the measurement process, a pulse of laser light of the shorter wavelength is first transmitted and focused at a point 87, which is approximately 1 mm above the liquid surface. At a point, sparks are generated in the gas on the surface. The longer wavelength second laser pulse is transmitted after a few microseconds, and if the lens is properly selected in a manner known to those skilled in the art, the longer wavelength light is reflected on the surface of the liquid 89. Focused. Then create a LIBS spark on the surface.

更に、本発明によって、ストラティス(Stratis)等の装置は、その表面のみというよりも液体の分析と液体の内側と表面の両方の測定にまで拡大している。どちらか一方もしくは両方のレーザは例えば前述されたような電気スパーク発生機により交換されることが可能である。   Furthermore, the present invention extends devices such as Stratis to the analysis of liquids and the measurement of both the interior and surface of a liquid rather than just its surface. Either or both lasers can be replaced, for example, by an electric spark generator as described above.

LIBS測定の正確度を高める1つの方法は、LIBSスパークから音波信号を測定するためのセンサーを利用することである。図21を参照すると、音波センサー100(例えば、マイク)は、LIBSスパークから生じる音響放射を集める。この信号はワイヤ102によって通常104として示される音波測定装置に伝達される。この音響信号の大きさをLIBS放射の分析に組み込むことで液体濃度の測定の正確度を高めることが分かっている。
この方法は、シャリード・シー(Chaleard C)、モーチェン・ピー(Mauchen P)、ウェビング・アンドレ・ジェイ(Uebbing Andre J)、ラッカー・エル・エル(Lacour L. L.)、ジーステン・シー(Geesten C)の「Correction of Matrix Effects in Quantitative Elemental Analysis with Laser Ablation Optical Emission Spectrometry」(Journal of Analytical Atomic Spectrometry、1997年2月12日、P.P. 183-188)、に記載されているということを参考のためにここに示しておく。
One way to increase the accuracy of LIBS measurements is to utilize sensors to measure acoustic signals from LIBS sparks. Referring to FIG. 21, a sonic sensor 100 (eg, a microphone) collects acoustic radiation resulting from a LIBS spark. This signal is transmitted by wire 102 to a sound wave measuring device, shown generally as 104. It has been found that incorporating the magnitude of this acoustic signal into the analysis of LIBS radiation increases the accuracy of liquid concentration measurements.
This method is described by Chaleard C, Mauchen P, Uebbing Andre J, Lacour LL, and Geesten C. It is shown here for reference that it is described in “Correction of Matrix Effects in Quantitative Elemental Analysis with Laser Ablation Optical Emission Spectrometry” (Journal of Analytical Atomic Spectrometry, February 12, 1997, PP 183-188). Keep it.

プラズマに頼ることなくかつ本発明に含まれている液体中の定性的測定と定量的測定を行うための他の方法がある。その一つの例は図24と25に示されている蛍光X線(XRF)として知られている。
この方法では、X線は適したX線ビーム発生アセンブリによって発生し、分析される液体へと方向付けられる。液体はX線を吸収し、液体の元素組成の波長特性で放射線を放出する。本発明の実施形態における使用のために、例えばマサチューセッツのNiton Corporation of Billericaやフィンランドの Metorex Internationalの 商用ユニットが利用できる。
既存の提供製品の評価は、ロニー・イー・アヤラ・ジメネス(Rony E. Ayala Jimenez)の「Total Reflection Spectrochmica Acta」(Part B 56 2001 pp.2331-2336)で最近発表されている。現在これらのユニットはX線発生と検知ハードウェアを組み合わせて1つの小型ユニットにしている。図24に示されるように、X線のアセンブリをプローブ・ハウジングの内部に設置することで、その検知アセンブリはほぼ液体内部にもたらされることが可能である。図24を参照すると、電気的ワイヤー123は電源127から蛍光X線のアセンブリ125に電力を提供する。
代わりに、電力は、プローブ・アセンブリ8内部に設置されている1つもしくはそれ以上のバッテリーによって提供されることが可能である。蛍光X線アセンブリ125は著名なX線発生装置を含み、X線をプローブ・アセンブリ8の前端に方向付けている。液体から放出されたX線は、蛍光X線のアセンブリに集められ、その結果の測定は、電気的ワイヤー123を通じて測定デバイス121へと伝達される。この電気的信号は、その元素組成を含めた液体の特性についての情報も含んでいる。
There are other methods for making qualitative and quantitative measurements in liquids that do not rely on plasma and are included in the present invention. One example is known as X-ray fluorescence (XRF) shown in FIGS.
In this method, x-rays are generated by a suitable x-ray beam generation assembly and directed to the liquid to be analyzed. The liquid absorbs X-rays and emits radiation with the wavelength characteristics of the elemental composition of the liquid. Commercial units from, for example, the Niton Corporation of Billerica in Massachusetts or Metorex International in Finland can be used for use in embodiments of the present invention.
Evaluation of existing offerings was recently announced in Rony E. Ayala Jimenez's “Total Reflection Spectrochmica Acta” (Part B 56 2001 pp.2331-2336). Currently, these units combine X-ray generation and detection hardware into one small unit. As shown in FIG. 24, by placing the x-ray assembly inside the probe housing, the sensing assembly can be brought about inside the liquid. Referring to FIG. 24, the electrical wire 123 provides power from the power supply 127 to the fluorescent X-ray assembly 125.
Alternatively, power can be provided by one or more batteries installed within the probe assembly 8. The fluorescent X-ray assembly 125 includes a prominent X-ray generator that directs the X-rays to the front end of the probe assembly 8. X-rays emitted from the liquid are collected in an assembly of fluorescent X-rays, and the resulting measurement is transmitted to the measurement device 121 through an electrical wire 123. This electrical signal also contains information about the properties of the liquid including its elemental composition.

例えば、スペースの制約のためにプローブ・アセンブリ内部にX線アセンブリ装置を設置することが実行不可能な場合、装置は図25に示されるようなプローブ・ハウジングとハウジングの長さに指示されるX線の外部に設置される。蛍光X線のアセンブリ125はチューブ127の上に設置されることができ、そのチューブを通じてX線放射が液体に向けて方向づけられている。Niton Corporationは例えばX線を望ましい方向に方向付ける能力を組み合わせる伸縮突出部を持つ蛍光X線ユニットを提供する。   For example, if it is not feasible to install the x-ray assembly device inside the probe assembly due to space constraints, the device will indicate the probe housing and the length of the housing as shown in FIG. Installed outside the line. The X-ray fluorescent assembly 125 can be placed on a tube 127 through which X-ray radiation is directed towards the liquid. Niton Corporation, for example, provides fluorescent X-ray units with telescopic protrusions that combine the ability to direct X-rays in a desired direction.

図13で示されているように、もし液体から得られた検出種が本質的に電磁気を帯びていなければ、例えば音波線のように、その後プローブ・アセンブリ内部、又は隣接するプローブ・アセンブリ外部の変換器70(例えば超音波変換器)を通して、検出種は電気的信号へと変換されることが可能である。信号は、その後プローブ・アセンブリから分析のために電気的ワイヤー74を通じて取り除かれる。もし検出種が電磁気を帯びていれば(すなわち光)、この構成はまた実行されることが可能であるとともに変換器70が電磁気信号を電気的信号に変換する。
随意的にこれらの電磁気信号は無線信号もしくは他の無線通信方法を通じて伝達されることが可能である。プローブ・アセンブリがバッテリーもしくは別の搭載エネルギー源を通じて自己出力能力があるとき、これは有利になる。
As shown in FIG. 13, if the detection species obtained from the liquid is essentially non-electromagnetic, then, for example, as a sound wave, then inside the probe assembly or outside the adjacent probe assembly. Through a transducer 70 (eg, an ultrasonic transducer), the detected species can be converted into an electrical signal. The signal is then removed from the probe assembly through electrical wire 74 for analysis. If the detected species is electromagnetic (ie, light), this configuration can also be performed and the transducer 70 converts the electromagnetic signal to an electrical signal.
Optionally, these electromagnetic signals can be transmitted through wireless signals or other wireless communication methods. This is advantageous when the probe assembly is capable of self-output through a battery or another on-board energy source.

超音波プローブ・アセンブリは、例えば液体の密度や流量を測定するために利用されることが可能である。超音波密度測定プローブは例えばテキサス州オースティンのサーモ・メジャー・テック(Thermo Measure Tech)から市販されている。例えば図27に示されているようなデバイスは距離が離れている2つのプローブ・アセンブリを使用している。1つのプローブ・アセンブリは超音波線を放出し、そしてもう1つのプローブ・アセンブリはその超音波線を受けている。超音波がプローブ・アセンブリ間を行きかう所要時間は液体の密度と相互に関連している。
この方法はプローブ材料と一緒に使用されることを妨げない液体を必要としている。例えば溶けた材料のように、もし液体が非常に高温であるかもしくは一緒に使用することを防げば、その後その機器は使用されることはできない。組み合わせている超音波変換器は、これらのタイプの液体におけるその方法を使用することを可能にしている。
図27に開示されるように、超音波変換器を含む2つのプローブ・アセンブリが液体に挿入される。一方の変換器145は他の変換器147に受け取られる超音波パルスを発する。その信号はワイヤ143を通じての測定デバイス141への往復が伝達される。検知アセンブリと例えば温度や組成のような他の液体の特性の間の距離を知ることで、流体密度は、当業者により計算されることが可能になる。
The ultrasound probe assembly can be utilized, for example, to measure liquid density and flow rate. Ultrasonic density measurement probes are commercially available from, for example, Thermo Measure Tech, Austin, Texas. For example, a device such as that shown in FIG. 27 uses two probe assemblies that are spaced apart. One probe assembly emits ultrasound rays and the other probe assembly is receiving the ultrasound rays. The time required for the ultrasound to travel between the probe assemblies is correlated with the density of the liquid.
This method requires a liquid that does not prevent it from being used with the probe material. If the liquid is very hot or prevents it from being used together, such as, for example, a melted material, then the device cannot be used. The combined ultrasonic transducer makes it possible to use the method in these types of liquids.
As disclosed in FIG. 27, two probe assemblies containing ultrasonic transducers are inserted into the liquid. One transducer 145 emits an ultrasonic pulse that is received by the other transducer 147. The signal is transmitted back and forth through the wire 143 to the measuring device 141. Knowing the distance between the sensing assembly and other liquid properties such as temperature and composition allows the fluid density to be calculated by those skilled in the art.

同様に、液体の流量を決めるために、超音波流量計は、超音波保存が2つのプローブ・アセンブリ間を行きかう所要時間を利用する。この原理に基づいた機器は例えばテキサス州ヒューストンのパナメトリクス(Panametrics Inc.)から市販されている。
密度計の場合について、非常に高温の液体にもしくは同様に一般的な変換器材料といっしょに使用されることを妨げない液体のために、本発明に超音波変換器を組み合わせることは使用される方法を可能にしている。
Similarly, to determine the liquid flow rate, an ultrasonic flow meter utilizes the time required for ultrasonic storage to travel between the two probe assemblies. Devices based on this principle are commercially available from, for example, Panametrics Inc. of Houston, Texas.
For the density meter case, it is used to combine an ultrasonic transducer with the present invention for a liquid that does not prevent it from being used in very hot liquids or with common transducer materials as well. Making the method possible.

超音波と蛍光X線の方法は、プラズマの発生に依存するのではなく、本発明に組み込まれることが可能な液体の特性を測定する方法の例である。これらの方法は液体から放射を開放するとともに検出種をそこから受け取るので、本発明の実勢態様において、それらは代替に使用することができる。防護壁(例えば窓9)は、安定した量のガス、電磁気線もしくは音波線に代わり、図18に示されるように検出種を発生するために使用されることが可能である。   Ultrasound and X-ray fluorescence methods are not examples of plasma generation, but are examples of methods for measuring liquid properties that can be incorporated into the present invention. Since these methods release radiation from the liquid and receive the detection species therefrom, they can be used alternatively in the preferred embodiment of the present invention. A protective wall (eg, window 9) can be used to generate a detection species as shown in FIG. 18 instead of a stable amount of gas, electromagnetic or acoustic radiation.

1つの本発明の適用は溶けた材料を注いでいる間に起きる選択的インラインアロイングである。この適用では、プローブ・アセンブリは、図5と11に示されているように炉156から注がれているときに、容器に入った、溶けた材料の頂部に直接設置される。そのすべての対象元素を測定することとともに原料油を制御するためのフィードバックとしてデータを使用することが可能となる。代わりに、例えばマグネシウムやマンガンのような1つもしくは2つの選択された元素が測定されることが可能である。流動状態の溶けた材料80が注がれながら、これらの元素は炉で合金化されるとともにセンサー(図示せず)での投入で制御されることが可能である。アロイングのバランスは従来の方式の炉ですでに達成されている。もし1つの元素のみが合金化されるとすると、その後少なくとも1つ、典型的には2つの放射計がスペクトロメータの代わりに使用されることが可能である。   One application of the present invention is selective in-line alloying that occurs while pouring molten material. In this application, the probe assembly is placed directly on top of the melted material that entered the container as it is being poured from the furnace 156 as shown in FIGS. Data can be used as feedback to control feedstock as well as measure all of its target elements. Alternatively, one or two selected elements such as magnesium or manganese can be measured. While flowing molten material 80 is poured, these elements can be alloyed in the furnace and controlled by input with a sensor (not shown). Alloying balance has already been achieved in conventional furnaces. If only one element is alloyed, then at least one, typically two, radiometers can be used instead of the spectrometer.

図14に示されるようなインライン・アロイングを実施するために2つもしくはそれ以上のプローブ・アセンブリを使用することは有利である。2つのプローブ・アセンブリ90aと90bは、上述の多重送信技術を使用して、1つのレーザとスペクトロメータ94を共有することができる。この実施形態において、1つのプローブ・アセンブリ90aは注がれる流れを分析し、もう1つのプローブ・アセンブリ90bは静止状態の液体を分析するために炉内に設置される。この実施形態の利点は2段階からなるアロイングが実施されることが可能であることである。第1段階は炉内で実施され、第2段階は注がれる液体の上で実施される。もし1つのアロイング元素が符号96によって示されるように大量に加えられるとともに符号98によって示されるような1つのアロイング元素が少量加えられるならば、これは有効である。更に大量に加えられたアロイング元素は金属の中の静止状態の液体の中で混ぜられる。そこでそれは容易に混ぜられる。加えて、炉内のプローブ・アセンブリ90bは不適合に配合された、融解物の出来事の中で警告を引き起こすために使用されることができる。間断ない炉内でバルブ92又は例えばプラグのような他の材料の流れを止めることができるデバイスの制御175のために使用されることが可能である。それらは配合を誤った際に間断ない溶けた金属の流れ177を止める。  It may be advantageous to use two or more probe assemblies to perform inline alloying as shown in FIG. The two probe assemblies 90a and 90b can share a single laser and spectrometer 94 using the multiplexing technique described above. In this embodiment, one probe assembly 90a analyzes the flow being poured and the other probe assembly 90b is placed in a furnace to analyze a stationary liquid. The advantage of this embodiment is that a two-stage alloying can be performed. The first stage is performed in the furnace and the second stage is performed on the liquid to be poured. This is effective if one alloying element is added in large quantities as indicated by reference numeral 96 and a small amount of one alloying element as indicated by reference numeral 98 is added. In addition, the alloying elements added in large quantities are mixed in a stationary liquid in the metal. There it is easily mixed. In addition, the in-furnace probe assembly 90b can be used to trigger a warning in an incompatible blended melt event. It can be used for the control 175 of a device that can stop the flow of a valve 92 or other material such as a plug in a continuous furnace. They stop the melted metal stream 177 in the event of an incorrect formulation.

本発明の他の適用は、図15に示されるような従来のバッチ炉を連続炉に変換することに関する。この説明は十分であり、アルミニウム産業や他の類似した産業のための新しい作業パラダイムが生じることが可能である。この適用では、プローブ・アセンブリ100は、溶けた金属が注がれている際に再度炉104内の溶けた金属102すぐ上に配置される。しかし、全ての対象元素は読み込まれ、制御されている。炉は連続運転し同時に注ぎ金属106供給源から充填している。炉内では間断なく合金化される。プローブ・アセンブリ100は、分析のため検出種を検知デバイス(例えばスペクトロメータ108)に送るので、1つもしくはそれ以上の元素の濃度について記録がされる。このようにして、条件内で合金であるためにオペレーターは、手動でもしくは自動的にスクラップ金属供給とアロイング元素供給105を調整することが可能である。1つもしくはそれ以上のプローブ・アセンブリはプロセスを促進するために同様に(図14を見る)炉内に設置される。連続運転する炉の利点は重大であるとともに省エネルギー、増産そして排出量の削減を含む。  Another application of the present invention relates to converting a conventional batch furnace as shown in FIG. 15 into a continuous furnace. This explanation is sufficient and new working paradigms for the aluminum industry and other similar industries can arise. In this application, the probe assembly 100 is again placed immediately above the molten metal 102 in the furnace 104 as the molten metal is being poured. However, all target elements are read and controlled. The furnace is operated continuously and simultaneously poured from the metal 106 source. It is alloyed without interruption in the furnace. The probe assembly 100 sends the detection species to a sensing device (eg, spectrometer 108) for analysis so that the concentration of one or more elements is recorded. In this way, the operator can adjust the scrap metal supply and the alloying element supply 105 either manually or automatically to be alloyed within conditions. One or more probe assemblies are similarly installed in the furnace (see FIG. 14) to facilitate the process. The benefits of a continuously operating furnace are significant and include energy savings, increased production and reduced emissions.

本発明の更なる適用は、炉のモデリング(すなわち炉の能力の予測)を改善するために溶けた物の中での熱と物質の移動を測定する診断用ツールとしてのその使用である。スクラップ金属のような原材料又は合金材料は普通に溶けた物の中に加えられる。プローブ・アセンブリは溶けた材料の中の1箇所に浸すことが可能であるとともに新しい材料を加えた結果として生じる、溶けた組成のその変化は時間の関数として測定されることが可能である。新しい材料が加えられた時、そのように溶けた物の組成が変化するかの空間的かつ時間的地図を作り、プローブ・アセンブリ110で異なる箇所で図16に示されるようなこのプロセスは、繰り返されることが可能である。温度測定をプローブ・アセンブリの能力の範囲内に組み合わせることによって、例えば(図2、参照符号42−44)炉の装填の結果生ずる温度変動は同様に地図化されることが可能である。   A further application of the present invention is its use as a diagnostic tool to measure heat and mass transfer in the melt to improve furnace modeling (i.e. prediction of furnace capacity). Raw materials or alloy materials such as scrap metal are usually added into the melted material. The probe assembly can be immersed in one of the melted materials and the change in melt composition resulting from the addition of new material can be measured as a function of time. A spatial and temporal map of how the composition of the melt changes as new material is added, and this process as shown in FIG. 16 at different locations on the probe assembly 110 is repeated. Is possible. By combining temperature measurements within the capabilities of the probe assembly, for example (FIG. 2, refs. 42-44), temperature variations resulting from furnace loading can be mapped as well.

代わりに、溶けた物を長時間安定させる効果を測定されることが可能である。生産において使用される、溶けた金属は典型的に多くの種、いくつかの他より重い種から成り立っているので、もし溶けた物が影響を受けないままであるなら、より思い要素は自然に底部に沈殿し、望ましい均質な要素とは相反して層状になった、融解物を作り出す。今までのところ、停止時間の機能もしくは炉の設置として層化の程度を測定することは不可能である。プローブ・アセンブリを炉の異なる深さの異なる箇所に挿入するとともに停止時間の機能として組成を測定することによって層化のプロセスを学ぶことが可能である。結果として得られる知識を利用してその後層化を避けるために操作手順と炉の設計を変更することができる。   Instead, the effect of stabilizing the melted material for a long time can be measured. The melted metal used in production typically consists of many species, some other heavier species, so if the melted material remains unaffected, the element of thought is more natural It creates a melt that settles to the bottom and is layered against the desired homogeneous elements. To date, it is impossible to measure the degree of stratification as a function of downtime or furnace installation. It is possible to learn the stratification process by inserting the probe assembly into different locations at different depths in the furnace and measuring the composition as a function of downtime. The resulting knowledge can then be used to modify operating procedures and furnace designs to avoid stratification.

層化はまた熱の流れのために生じうる。液体がゆっくりと熱伝導をするとき、例えば溶けたガラスは加熱され、その熱は不均等に熱の流れによって運ばれる。これらの流れはまた溶けた要素を運ぶことが可能である。要素が集中しもしくは、タンクの特定の場所から激減するという結果となる。   Stratification can also occur due to heat flow. When the liquid conducts heat slowly, for example, the molten glass is heated, and that heat is carried unevenly by the flow of heat. These streams can also carry molten elements. The result is a concentration of elements or a drastic drop from a specific location in the tank.

これらの実験から集められた情報は、効率性を高め均質の溶けた物を生産するために、炉と作業手順の再設計に使用されるだろう。終わりに、炉作業や混合タンクを模擬実験するために使用されたコンピュータソフトウェアは正確度を高めるために上述された時間的空間的地図を組み合わせることができる。現在このタイプのソフトウェアは理論計算のみにもしく本発明で集められた物よりもかなり少ない能力データに依存している。   Information gathered from these experiments will be used to redesign furnaces and work procedures to increase efficiency and produce homogeneous melts. Finally, the computer software used to simulate furnace operations and mixing tanks can combine the temporal and spatial maps described above to increase accuracy. Currently this type of software relies not only on theoretical calculations but on much less capability data than the one collected in the present invention.

溶解物質を原位置で分析するための既知の概略図であるレーザ誘起ブレークダウン分光システムである。1 is a laser-induced breakdown spectroscopy system that is a known schematic for in-situ analysis of dissolved material. 本発明の実施形態に沿ったプローブ・アセンブリの断面図である。2 is a cross-sectional view of a probe assembly according to an embodiment of the present invention. 液体が入った容器に沈められた本発明の実施形態に沿ったプローブ・アセンブリの断面図である。2 is a cross-sectional view of a probe assembly according to an embodiment of the present invention submerged in a container containing liquid. FIG. 図3で示される本発明の実施形態に沿ったプローブ・アセンブリの前端の断面図から得られた底面図である。FIG. 4 is a bottom view taken from a cross-sectional view of the front end of the probe assembly according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3. 液体の表面からフローイング・サンプルの測定値を取るためにために用いた本発明の装置の実施形態の線図である。FIG. 2 is a diagram of an embodiment of the apparatus of the present invention used to take measurements of a flowing sample from the surface of a liquid. 複数の容器に収納された液体を分析するための複数のプローブ・アセンブリを採用している本発明の装置の別の実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of an apparatus of the present invention employing multiple probe assemblies for analyzing liquids contained in multiple containers. 溶けた原材料の組成を決定するために、溶けた原材料から光エネルギー分析のためのデバイスへ、光エネルギーのような検出種を伝達するために用いることのできるパイプの概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a pipe that can be used to transfer a detected species, such as light energy, from a molten material to a device for light energy analysis to determine the composition of the melted material. LIBS法のノイズ比に対して信号を強めるための2つのレーザを有するプローブ・アセンブリを示している概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a probe assembly having two lasers for enhancing the signal against the noise ratio of the LIBS method. 装置の前端部において、ガスの安定的な容量を維持する目的のためのガスが余分に存在する時、加圧ガスを空気中に放出するためのバルブを採用している本発明の装置の別の実施形態の断面図である。Another embodiment of the device of the present invention which employs a valve for releasing pressurized gas into the air when there is extra gas at the front end of the device for the purpose of maintaining a stable volume of gas. It is sectional drawing of embodiment. 容器の縦軸に対して、プローブ・アセンブリの挿入を容易にするための角度を付けられた前端部を採用している本発明の装置の別の実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of the apparatus of the present invention that employs an angled front end to facilitate insertion of the probe assembly relative to the longitudinal axis of the container. 流れている液体表面の上から、流れている液体を分析するために装置が用いられた時に採用された本発明の装置の別の実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of another embodiment of the apparatus of the present invention employed when the apparatus is used to analyze flowing liquid from above the flowing liquid surface. 複数のプローブ・アセンブリと、単一放射源と、液体から放出している検出種を測定するための単一機器を採用している本発明の装置の別の実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of another embodiment of an apparatus of the present invention employing a plurality of probe assemblies, a single radiation source, and a single instrument for measuring a detection species emanating from a liquid. 液体中において、定性的及び/又は定量的測定を実施するための超音波変換機を採用している本発明の装置の別の実施形態の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of another embodiment of the apparatus of the present invention employing an ultrasonic transducer for performing qualitative and / or quantitative measurements in liquid. インライン合金製造による金属合金の生産において用いることのできる本発明の実施形態の概略図である。1 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention that can be used in the production of metal alloys by in-line alloy manufacturing. 連続出力炉による金属合金の生産において用いることのできる本発明の実施形態の概略図である。1 is a schematic view of an embodiment of the present invention that can be used in the production of a metal alloy by a continuous power furnace. 容器内の複数の箇所で、液体の特性を同時に測定するために用いることのできる本発明の実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention that can be used to simultaneously measure liquid properties at multiple locations within a container. 装置の前端部において、安定的な容積を維持するために用いられているガスから分離されているガス又は液体の流れが、装置内の温度を稼動可能な温度に維持するために用いられている本発明の装置の別の実施形態の断面図である。At the front end of the device, a gas or liquid stream that is separated from the gas used to maintain a stable volume is used to maintain the temperature in the device at an operable temperature. FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of the apparatus of the present invention. 装置の前端部において、安定的な容積の不活性ガスの代りにウィンドウが採用されている本発明の装置の別の実施形態の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of another embodiment of the apparatus of the present invention in which a window is employed in place of a stable volume of inert gas at the front end of the apparatus. 装置の前端部において、液体の水位を検出するためのアセンブリを提供している本発明の装置の別の実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of the device of the present invention providing an assembly for detecting the liquid level at the front end of the device. 液体の特性を測定するための、同一線上にある2つの異なる波長のレーザを用いている本発明の装置のさらなる実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a further embodiment of the apparatus of the present invention using two different wavelength lasers on the same line to measure the properties of the liquid. 液体から放出される音波エネルギー状態の検出種を検出するための音波センサーを採用している本発明の装置のさらなる実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a further embodiment of the apparatus of the present invention employing a sonic sensor for detecting a detection species of a sonic energy state emitted from a liquid. 液体内部に、流れている不活性ガスを送るための延長された通路を採用している本発明の装置のさらなる実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a further embodiment of the apparatus of the present invention employing an extended passage for delivering a flowing inert gas into the liquid. プローブ・アセンブリの前方の先端部から液体の表面まで、流れている不活性ガスを送るための延長された通路を採用している本発明の装置のさらなる実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a further embodiment of the apparatus of the present invention employing an extended passage for delivering a flowing inert gas from the front tip of the probe assembly to the surface of the liquid. 液体の組成を決定するためのX線蛍光アセンブリを採用している本発明の装置のさらなる実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a further embodiment of the apparatus of the present invention employing an X-ray fluorescence assembly for determining the composition of a liquid. プローブ・アセンブリの外側に位置しているX線蛍光アセンブリを有している図24と同様の本発明の装置のさらなる実施形態の断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view of a further embodiment of the apparatus of the present invention similar to FIG. プローブ・アセンブリの前端部のガス−液体界面において、プラズマを発生させるためのアーク電極を採用している本発明の装置のさらなる実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a further embodiment of the apparatus of the present invention employing an arc electrode for generating a plasma at the gas-liquid interface at the front end of the probe assembly. 超音波変換機を含んでいる2つのプローブ・アセンブリを採用している本発明の装置のさらなる実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a further embodiment of the apparatus of the present invention employing two probe assemblies including an ultrasonic transducer.

符号の説明Explanation of symbols

2・・・・・・プローブ・アセンブリ
4・・・・・・ハウジング
6・・・・・・後端
8・・・・・・前端
9・・・・・・ウィンドー
10・・・・・放射ビーム・アセンブリ
11・・・・・光ファイバ・ケーブル
12・・・・・ノズル・アセンブリ
14・・・・・底部
15・・・・・パルス・レーザ・ビーム
16・・・・・チャンネル
17・・・・・第1開口部
18・・・・・コンジット
19・・・・・第2の離れた開口部
20・・・・・液体
21・・・・・ハウジング
25・・・・・開口部
111・・・・チャンネル
156・・・・炉
2 .... Probe assembly 4 ... Housing 6 ... Rear end 8 ... Front end 9 ... Window 10 ... Radiation Beam assembly 11 ... Fiber optic cable 12 ... Nozzle assembly 14 ... Bottom 15 ... Pulse laser beam 16 ... Channel 17 ... ... first opening 18 ... conduit 19 ... second remote opening 20 ... liquid 21 ... housing 25 ... opening 111 .... Channel 156 ... Furnace

Claims (51)

a)前端を有するハウジングと、
b)不活性ガス源からなる不活性ガス発生手段、不活性ガスをハウジングの前端に導くコンジット、及び不活性ガス源からの下側の流れ、不活性ガスの安定した容積をハウジングの前端と液体の境界面及びプローブ・アセンブリを前記液体中任意の深さ又は角度に移動するための手段からなる、ハウジングの前端における少なくとも1つのプローブ・アセンブリと、
c)液体の一部分を検出種へ気化するのに十分な放射ビームを生じるための手段と、ハウジングの前端を通して放射ビームを液体と安定した容積の不活性ガスとの間の境界面に送るための手段からなる放射ビーム・アセンブリと、
d)検出種を受け取り、該検出種から液体の少なくとも1つの特性を検出するための検出手段と、
からなる表面下の液体の少なくとも1つの特性を測定するための装置。
a) a housing having a front end;
b) Inert gas generating means comprising an inert gas source, a conduit for leading the inert gas to the front end of the housing, and a lower flow from the inert gas source, providing a stable volume of inert gas to the front end of the housing and liquid And at least one probe assembly at the front end of the housing comprising means for moving the interface and the probe assembly to any depth or angle in the liquid;
c) means for generating a radiation beam sufficient to vaporize a portion of the liquid to the detection species and for sending the radiation beam through the front end of the housing to the interface between the liquid and a stable volume of inert gas. A radiation beam assembly comprising means;
d) detection means for receiving the detection species and detecting at least one characteristic of the liquid from the detection species;
An apparatus for measuring at least one characteristic of a subsurface liquid comprising:
不活性ガス発生手段が不活性ガスのハウジングの前端への継続した流れを生じるための手段から更になることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 wherein the inert gas generating means further comprises means for producing a continuous flow of inert gas to the front end of the housing. 放射ビームを生じるための手段がハウジングの外部に配置されることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 wherein the means for generating the radiation beam is located external to the housing. 放射ビームを生じるための手段がハウジングの内部に配置されることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 wherein the means for generating the radiation beam is disposed within the housing. 複数のプローブ・アセンブリからなる請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 comprising a plurality of probe assemblies. 少なくとも1つのプローブ・アセンブリが液体内に配置されることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1, wherein at least one probe assembly is disposed in the liquid. 少なくとも1つのプローブ・アセンブリが液体の表面又は表面を越えた位置に配置されることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the at least one probe assembly is disposed at or beyond a surface of the liquid. 液体が溶けた原材料であることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 wherein the liquid is a molten raw material. 液体が溶けた金属又は溶解ガラスであることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 wherein the liquid is a molten metal or molten glass. 放射ビーム・アセンブリが、電磁スペクトルからの少なくとも1つの波長からなる放射ビームを形成するための手段からなることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 wherein the radiation beam assembly comprises means for forming a radiation beam comprising at least one wavelength from the electromagnetic spectrum. X線、紫外線、無線、赤外線及びマイクロ波からなる群から少なくとも1つの波長が選択されることを特徴とする請求項10の装置。 11. The apparatus of claim 10, wherein at least one wavelength is selected from the group consisting of x-ray, ultraviolet, wireless, infrared and microwave. 放射ビームがレーザ・ビームであることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 wherein the radiation beam is a laser beam. 放射ビームが音波ビームであることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 wherein the radiation beam is a sound beam. 検出手段がスペクトロメータであることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 wherein the detecting means is a spectrometer. 検出手段がラジオメーターであることを特徴とする請求項1の装置。 The apparatus of claim 1 wherein the detecting means is a radiometer. レーザ誘起ブレークダウン分光システムからなる請求項12の装置。   The apparatus of claim 12 comprising a laser induced breakdown spectroscopy system. 前記ハウジングの前端部がノズル・アセンブリからなり、該ノズルアセンブリが不活性ガスが液体に接触することを可能にする少なくとも1つの第1開口部と、液体と接触している不活性ガスを安定した容量に維持するための圧力制御手段からなることを特徴とする請求項1の装置。   The front end of the housing comprises a nozzle assembly that stabilizes the inert gas in contact with the liquid and at least one first opening that allows the inert gas to contact the liquid. 2. The apparatus of claim 1 comprising pressure control means for maintaining capacity. 前記圧力制御手段が、不活性ガスをハウジングと液体の界面から離れるように移動させる少なくとも1つのチャンネルからなることを特徴とする請求項17の装置。   18. The apparatus of claim 17, wherein the pressure control means comprises at least one channel that moves the inert gas away from the housing-liquid interface. 前記チャンネルが、不活性ガスを受け取るための第1開口部と、前記装置が前記特性を決定するために作動して位置している時、少なくとも1つの第1開口部よりも上に位置する第2開口部からなることを特徴とする請求項18の装置。   A first opening for receiving an inert gas; and a first opening located above the at least one first opening when the device is operatively positioned to determine the characteristic. The apparatus of claim 18, comprising two openings. 前記装置内の温度を制御するための温度制御手段から更になる請求項17の装置。   The apparatus of claim 17, further comprising temperature control means for controlling the temperature within the apparatus. 前記温度制御手段が、不活性ガスの安定な容量に接触はしていないが近接しているガス又は液体の第2の流れから更になることを特徴とする請求項20の装置。   21. The apparatus of claim 20, wherein the temperature control means further comprises a second flow of gas or liquid that is not in contact with a stable volume of inert gas but is in close proximity. 前記第2開口部が、液体の表面よりも下に位置することを特徴とする請求項19の装置。   20. The apparatus of claim 19, wherein the second opening is located below the surface of the liquid. 前記第2開口部が、液体の表面よりも上に位置することを特徴とする請求項19の装置。   20. The apparatus of claim 19, wherein the second opening is located above the surface of the liquid. 不活性ガスの安定した容量を形成するために用いられたガスから、余分なガスを取り除くための余剰ガス排出手段から更になることを特徴とする請求項1の装置。   The apparatus of claim 1 further comprising surplus gas discharge means for removing excess gas from the gas used to form a stable volume of inert gas. 前記不活性ガスを生み出す手段が、複数の不活性ガスの流れを界面に送るための複数のコンジットから更になることを特徴とする請求項1の装置。   2. The apparatus of claim 1 wherein the means for producing the inert gas further comprises a plurality of conduits for delivering a plurality of inert gas streams to the interface. 液体が容器に含まれており、該容器が、プローブ・アセンブリが該容器の側壁に挿入されることを可能にするために、該容器の縦軸に対して角度θを形成するように構成されているハウジングの前端部を有していることを特徴とする請求項1の装置。   Liquid is contained in the container, and the container is configured to form an angle θ relative to the longitudinal axis of the container to allow the probe assembly to be inserted into the side wall of the container. The apparatus of claim 1 having a front end of the housing. 前記角度θが約45度であることを特徴とする請求項26の装置。   27. The apparatus of claim 26, wherein the angle [theta] is about 45 degrees. 液体と不活性ガスの安定な容量の界面における液体の表面を検出するための界面検出アセンブリから更になる請求項1の装置。   The apparatus of claim 1, further comprising an interface detection assembly for detecting the surface of the liquid at a stable volume interface of liquid and inert gas. 前記界面検出アセンブリがハウジングの前端部に電気回路手段を更に含み、該電気回路手段が液体の表面に接触した時、電気回路を形成することを特徴とする請求項28載の装置。   29. The apparatus of claim 28, wherein the interface detection assembly further comprises electrical circuit means at a front end of the housing, and forms an electrical circuit when the electrical circuit means contacts a liquid surface. 前記液体が電気伝導性の液体であることを特徴とする請求項29の装置。   30. The apparatus of claim 29, wherein the liquid is an electrically conductive liquid. 前記液体が流れていることを特徴とする請求項1の装置。   The apparatus of claim 1 wherein the liquid is flowing. 少なくとも1つのプローブ・アセンブリが流動状態の液体の表面よりも上に配置されていることを特徴とする請求項31の装置。   32. The apparatus of claim 31, wherein the at least one probe assembly is disposed above the surface of the fluid in liquid state. 少なくとも1つのプローブ・アセンブリが液体より上に固定され吊るされていることを特徴とする液体の表面において液体の少なくとも1つの特性を測定するための請求項1記載の装置。   The apparatus of claim 1 for measuring at least one property of a liquid at the surface of the liquid, wherein the at least one probe assembly is fixedly suspended above the liquid. 複数のプローブ・アセンブリからなる請求項1記載の装置。   The apparatus of claim 1 comprising a plurality of probe assemblies. 複数のプローブ・アセンブリが液体を含む容器内の異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項33の装置。   34. The apparatus of claim 33, wherein the plurality of probe assemblies are located at different locations within the container containing the liquid. 複数のプローブ・アセンブリが容器内に異なる深度で配置されていることを特徴とする請求項34記載の装置。   35. The apparatus of claim 34, wherein the plurality of probe assemblies are disposed at different depths within the container. 複数のプローブ・アセンブリが、僅かな放射ビーム・アセンブリと動作可能に接続されていることを特徴とする請求項33記載の装置。   34. The apparatus of claim 33, wherein the plurality of probe assemblies are operatively connected to a few radiation beam assemblies. 複数のプローブ・アセンブリが単一の放射ビーム・アセンブリと接続されていることを特徴とする請求項36記載の装置。   The apparatus of claim 36, wherein the plurality of probe assemblies are connected to a single radiation beam assembly. 複数のプローブ・アセンブリがより少数の検知手段と接続されていることを特徴とする請求項33記載の装置。   34. The apparatus of claim 33, wherein the plurality of probe assemblies are connected to a smaller number of sensing means. 複数のプローブ・アセンブリが単一の検知手段と接続されていることを特徴とする請求項39記載の装置。   40. The apparatus of claim 39, wherein a plurality of probe assemblies are connected to a single sensing means. レーザ・ビームを検知手段のための液体及び液体からの検出種へ伝達するための光空洞からなる請求項12記載の装置。   13. The apparatus of claim 12, comprising an optical cavity for transmitting the laser beam to the liquid for the sensing means and to the detection species from the liquid. 放射ビーム・アセンブリがアーク放電器としてなることを特徴とする請求項1記載の装置。   The apparatus of claim 1 wherein the radiation beam assembly is an arc discharger. 液体から離れて配置されるとともにアーク放電器へ電気的に接続される電極からなり、前記アーク放電器によって、液体から検出種を発生するために、アークが電極から液体へ移動するための十分な電気エネルギーを発生させることを特徴とする請求項42記載の装置。   Consisting of an electrode spaced apart from the liquid and electrically connected to the arc discharger, said arc discharger being sufficient to move the arc from the electrode to the liquid in order to generate a detection species from the liquid 43. The apparatus of claim 42, wherein the apparatus generates electrical energy. 放射ビーム・アセンブリが、ノイズ割合へ信号を高めるための方法において、複数の放射パルスを安定した界面へ送るための方法からなることを特徴とする請求項1記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the radiation beam assembly comprises a method for delivering a plurality of radiation pulses to a stable interface in a method for enhancing a signal to a noise ratio. 放射ビーム・パルスは共線であることを特徴とする請求項43記載の装置。   44. The apparatus of claim 43, wherein the radiation beam pulse is collinear. レーザ誘導ブレークダウン分光法システムから発生する音波信号を測定するためのセンサーから更になる
請求項16記載の装置。
The apparatus of claim 16, further comprising a sensor for measuring a sound wave signal generated from the laser guided breakdown spectroscopy system.
測定される液体の特性が密度と流量を含むことを特徴とする超音波線アセンブリからなる放射線ビーム・アセンブリを特徴とする請求項1記載の装置。 An apparatus according to claim 1, characterized by a radiation beam assembly comprising an ultrasonic beam assembly characterized in that the properties of the liquid to be measured include density and flow rate. a.前端を有するハウジングと、
b.少なくとも1つのハウジングの前端に設けられたプローブ・アセンブリであって、前記液体の任意の深度もしくは角度にプローブ・アセンブリを動かすための手段からなる前記プローブ・アセンブリと、
c.液体の一部を検出種に揮発させるのに十分なビーム放射を発生する手段とハウジングの前端を通じて液体と安定した量の不活性ガスの境界面へと放射線ビームを伝達する手段からなる放射線ビーム・アセンブリと、
d.検出種を受け取るとともに前記検出種から少なくとも1つの液体の特性を検知する検知手段と、
からなる液体の表面のもしくはその下の少なくとも1つの特性を測定する装置。
a. A housing having a front end;
b. A probe assembly provided at a front end of at least one housing, the probe assembly comprising means for moving the probe assembly to any depth or angle of the liquid;
c. A radiation beam comprising means for generating sufficient beam radiation to volatilize a portion of the liquid into the detection species and means for transmitting the radiation beam through the front end of the housing to the interface between the liquid and a stable amount of inert gas. Assembly,
d. Sensing means for receiving a detection species and sensing a property of at least one liquid from the detection species;
An apparatus for measuring at least one property of or below a surface of a liquid comprising:
放射線ビーム・アセンブリと液体の間の防護壁であり、その前記防護壁は放射線ビームを、検出種を発生させるために通過させることができることから更になる請求項48記載の装置。 49. The apparatus of claim 48, further comprising a protective wall between the radiation beam assembly and the liquid, the protective wall being capable of passing the radiation beam to generate a detection species. 少なくとも1つのプローブ・アセンブリが容器の中に含まれる液体の最初の部分に向けられていると共に、少なくとも1つの他のプローブ・アセンブリが流れている液体の次の部分に向けられていることを特徴とする請求項5の装置。 At least one probe assembly is directed to a first portion of liquid contained in the container and at least one other probe assembly is directed to a next portion of flowing liquid The apparatus of claim 5. 1.a.前端を有するハウジングと、
b.少なくとも1つのハウジングの前端のプローブ・アセンブリであって、不活性ガス源と不活性ガスをハウジングの前端へと導くコンジットからなり、不活性ガス源からの流れのもとにハウジングの前端と液体の境界面に安定した量の不活性ガスを提供し、プローブ・アセンブリを任意の液体の深度もしくは角度へと動かす不活性ガス手段からなる前記プローブ・アセンブリと、
c.液体の一部を検出種に揮発させるのに十分なビーム放射を発生する手段とハウジングの前端を通じて液体と安定した量の不活性ガスの境界面へと放射線ビームを伝達する手段からなる放射線ビーム・アセンブリと、
d.検出種を受け取るとともに前記検出種から少なくとも1つの液体の特性を検知する検知手段と、
からなる少なくとも1つの装置を設置すること、
2検出種から少なくとも1つの液体の特性を測定すること、
からなる液体の表面のもしくはその下の少なくとも1つの液体の特性を測定する方法。
1. a. A housing having a front end;
b. A probe assembly at the front end of at least one housing, comprising an inert gas source and a conduit for directing the inert gas to the front end of the housing, under the flow from the inert gas source; Said probe assembly comprising an inert gas means for providing a stable amount of inert gas at the interface and moving the probe assembly to any liquid depth or angle;
c. A radiation beam comprising means for generating sufficient beam radiation to volatilize a portion of the liquid into the detection species and means for transmitting the radiation beam through the front end of the housing to the interface between the liquid and a stable amount of inert gas. Assembly,
d. Sensing means for receiving a detection species and sensing a property of at least one liquid from the detection species;
Installing at least one device comprising:
Measuring the properties of at least one liquid from two detected species;
Measuring a property of at least one liquid at or below the surface of the liquid.
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