JP2015515624A - 物質の濃度を測定するためのセンサ構成 - Google Patents

Abstract

干渉材料の存在下でオープンサンプル（１３０）中の物質濃度を求めるためのセンサ構成であって、前記物質によって吸収される第１の波長のパルス光（Ｓ１）を発出する第１の光源（２００）と、前記物質を透過する第２の波長のパルス光（Ｓ２）を発出する第２の光源（２１０）と、前記第１および前記第２の波長の発出パルス光（Ｓ１、Ｓ２）の少なくとも一部を、同じ光路に沿ってオープンサンプル（１３０）を通して送る光学手段（２５０、２５２、２５４、３１０、３２０、３３０、３４０）と、サンプル（１３０）を透過した前記第１および前記第２の波長の発出光（Ｓ１、Ｓ２）を受光するように、光路の終端に配置されたサンプル検出器（２３０）と、を備え、前記干渉材料が、前記物質に露出した前記光学手段（２５４、３１０、３４０、２５６）の少なくとも１つに対する付着物として形成され、前記第１の波長および前記第２の波長が、前記干渉材料によって吸収される、センサ構成。

Description

本発明は、センサ構成に関する。より詳細には、本発明は、充填機の殺菌ユニット内の殺菌物質の濃度を測定するためのセンサ構成に関する。

物質の量、有無、または濃度を求める様々なセンサが周知であり、様々な産業において、特定の環境の物理的パラメータを監視し、制御するために広く使用されている。

様々な用途に応じて特別に設計されたセンサを使用する必要があるので、多種多様なセンシング技術が商業化されている。

かかるセンシング技術の１つは光を使用するものであり、この技術では、センサによって、発出光の光路に配置されたサンプルの吸光度および／または透過率の量を求めるものである。したがって、かかるセンサ構成は通常、サンプルの第１の側に配置された光源と、サンプルの反対側に配置された検出器と、吸光度および／または透過率を求めるための制御器とを含む。好ましくは、制御器はまた、検出された透過率および／または吸光度を、サンプル内の特定の物質の量など、サンプルのある量に変換する計算ユニットを含む。

従来技術による光センサの例が、特許文献１、および特許文献２に記載されている。

光センサは、数多くの様々なサンプルに使用することができるため、非常に魅力的である。物質の光吸光度スペクトルは通常、複雑な曲線（ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｕｒｖｅ）であり、そのため、特定の波長の光を選択的に使用することによって、有意なセンサ分解能を得ることができる。

液状食品パッケージングなどの食品加工では、カートンベースのパッケージ材料を折り畳んでパッケージにし、その後そこに液状食品を充填する。国が定める安全基準を遵守するだけでなく、封入済食品の品質を保証するためにも、封入済食品を確実に殺菌することが必要である。しかし、殺菌はまた、パッケージに充填し、密封する前に、パッケージ自体に対しても行わなければならない。

近年の充填機では、パッケージ材料は通常、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）によって殺菌される。殺菌は、パッケージ材料が搬送されるＨ_２Ｏ_２殺菌室で行っても、充填および密封の前に半完成パッケージにＨ_２Ｏ_２ガスを供給するスプレユニットとして行ってもよい。したがって、パッケージ材料が充填前に通過する殺菌ゾーンがある。

Ｈ_２Ｏ_２の光吸光度スペクトルは、光センサによって、充填機の殺菌ゾーンにおけるＨ_２Ｏ_２量を検出し、測定するのに適していることが判明している。かかる光センサではまた、光がＨ_２Ｏ_２を透過して検出器に送られるようにする光レンズおよび窓を使用する必要がある。しかし、液状食品充填機の殺菌ゾーンなどの気体環境では、光学部品に対する付着物によって、測定値のノイズが増大してしまい、したがって測定値の質が低下するものであった。

上述のセンサ構成でも、いくつかの利点が得られるが、干渉材料によって光路に付着物が形成されがちな特定の用途では、かかるセンサ構成の完成品構造は適切でない。

したがって、特に、サンプル内の殺菌物質の量を測定することが極めて重要となる用途向けの改良型センサ構成が求められている。

米国特許第３，８９５，２３３号 欧州特許第０７６２１０７号 米国特許出願第２００３−０２５９０９号

したがって、本発明は、上記で認識された当技術分野における欠点および不都合の１つまたは複数を、単独で、または任意の組合せで軽減、緩和、または解消し、好ましくは添付の特許請求の範囲に記載のシステムを提供することによって、少なくとも上述の問題を解決しようとするものである。

本発明の一目的は、異なる波長の発出光が、サンプル中を通ってサンプル検出器へと同じ光路を辿ることを可能とすることである。

本発明のさらなる目的は、センサ構成の電気ケーブルの量を低減させることである。

さらなる目的は、Ｈ_２Ｏ_２などの反応性物質が、電子部品と直接接触する危険を低減させることによって、センサ構成の質を向上させることである。

したがって、本発明の一概念は、光をパルス化させて発出し、それによって単一のサンプル検出器が、発出光ビームを順次検出し、第１の光ビームと第２の光ビームとが、サンプルを通ってサンプル検出器へと同一の光路を辿ることができるようにするものである。

さらなる概念は、発出光の光路に配置された様々な光学部品に対する付着物として形成される干渉材料の影響を受けないセンサ構成を提供することである。

一態様によれば、干渉材料の存在下でオープンサンプル（open sample）中の物質の濃度を求めるためのセンサ構成が提供される。このセンサ構成は、前記物質によって吸収される第１の波長のパルス光を発出する第１の光源と、前記物質を透過する第２の波長のパルス光を発出する第２の光源と、前記第１および前記第２の波長の発出パルス光の少なくとも一部を、同じ光路に沿ってオープンサンプルを通して送る光学手段と、サンプルを透過した前記第１および前記第２の波長の発出光を受光するように、光路の終端に配置されたサンプル検出器とを備え、前記干渉材料が、前記物質に露出した前記光学手段の少なくとも１つに対する付着物として形成され、前記第１の波長および前記第２の波長が、前記干渉材料によって吸収される。

本発明の別の態様によれば、干渉材料の存在下でサンプル中の物質の濃度を求めるためのセンサ構成が提供される。このセンサ構成は、前記物質、および前記干渉材料によって吸収される第１の波長のパルス光を発出する第１の光源と、前記物質を透過し、前記干渉材料によって吸収される第２の波長のパルス光を発出する第２の光源と、前記第１および前記第２の波長の発出パルス光の少なくとも一部を、同じ光路に沿ってサンプルを通して送る光学手段と、サンプルを透過した前記第１および前記第２の波長の発出光を受光するように、光路の終端に配置されたサンプル検出器とを備える。

第１の光源、第２の光源、およびサンプル検出器は、サンプルの同じ側に配置することができる。こうした配置は、センサ構成がそれほど嵩高くならなくてもよく、さらにサンプル検出器が制御器に近接して位置決めされるので、ケーブルの量がより少なくてすむという点で有利である。

このセンサ構成は、前記第１および前記第２の波長の発出光の、サンプルを透過していない部分を受光する基準検出器をさらに備えることができる。したがって、基準検出器によって、サンプルを透過する前の発出光の正確な測定値が得られることになるため、測定値の質を向上させることができる。

基準検出器は、サンプルの、第１の光源、第２の光源、およびサンプル検出器と同じ側に配置することができる。こうした配置によって、センサ構成の小型性がさらに増す。

このセンサ構成は、第１の光源、第２の光源、サンプル検出器、および基準検出器に接続され、第１の光源および第２の光源をパルス化シーケンスで起動するように構成された制御器をさらに備えることができ、前記制御器は、サンプル検出器および基準検出器から受信した信号を、関連する光源と関連付けるようにさらに構成されている。こうした構成は、サンプル検出器が、波長ごとの別個のサンプル検出器ではなく、単一の検出器として実施することができるという点で特に有利である。

この制御器は、第１の光源および第２の光源がいずれも起動されていない場合に、サンプル検出器および基準検出器から受信した信号を背景光として関連付けるようにさらに構成することができる。したがって、光源を起動したときに、サンプル検出器および基準検出器から受信した信号から背景雑音を減じることができるので、精度を向上させることができる。

第１の光源は、ＵＶ−ＬＥＤでよく、したがって堅牢で、小型であり、信頼性が高く、かつそれほど高価でない機器が使用される。

前記制御器は、第１の光源および第２の光源の温度を制御するように構成することができる。こうした構成は、光源の寿命の長期化を実現することができるだけでなく、光強度および波長分布の変動を低減させることができるという点で有利である。

第１の光源、第２の光源、サンプル検出器、および基準検出器は、サンプルから封止された第１のハウジング内に収容することができる。このように封止することによって、このセンサ構成は、過酸化水素含有サンプルなどの腐食環境に特に適することになる。

第１のハウジングは、第１の光源および第２の光源から発出した光が、第１のハウジングから出て、サンプルに入ることを可能とする第１の光窓と、第１の光源および第２の光源から発出した光が、サンプルから出て、第１のハウジングに入ることを可能とする第２の光窓とを備えることができ、前記センサ構成は、第１および第２の光窓の温度を上昇させるように構成された加熱器をさらに備える。加熱器を設けることによって、サンプル物質が凝縮する危険が低減する。このことに加えて、光窓を加熱することによって、安定剤が付着する危険が少なくなり、こうした安定剤の付着は、測定値の精度に影響を及ぼし得るものである。

前記第１のハウジングは、第１のハウジング内の温度を低下させるための冷却器を備えることができる。したがって、光源をパワーエレクトロニクスに近接して設けることが可能となり、それによってセンサ寸法を低減させることができる。

前記制御器は、受信した検出器信号用の基準値を記憶しているメモリに接続することができ、制御器は、受信した検出器信号が記憶された基準値とは異なる場合に、警告信号を送信するようにさらに構成されている。こうした構成は、光窓が破損し得る危険がある状況に好ましい。かかる破損の場合には、検出された光の強度が期待値から逸脱することになり、したがってガラスの破損のため、警告信号をトリガすることができる。

さらなる態様によれば、液状食品を封入したカートンベースのパッケージを供給することが可能な充填機が提供される。この充填機は、先の態様によるセンサ構成を備える。

カートンベースのパッケージは、充填およびその後の密封前に、前記センサ構成を収容した殺菌ガスマニホルドを含む殺菌ユニットを搬送される開口ボトルとして設けることができ、前記殺菌ガスマニホルドは、開口ボトルの方に向けられた少なくとも１つの殺菌ガス噴出ノズルを含む。

前記センサ構成の制御器は、求められたサンプル内の物質の濃度を殺菌物質供給部に供給するようにさらに構成することができ、それによってサンプル内で必要な物質濃度を実現するためのフィードバックループが実現される。

さらなる態様によれば、センサ構成によって、干渉材料の存在下でサンプル中の物質の濃度を求める方法が提供される。この方法は、先の態様によるセンサ構成を設けるステップと、第１の光源および第２の光源を起動するステップと、サンプル検出器によって、サンプルを透過した前記第１および前記第２の波長の発出光を受光するステップと、受光した発出光に対応する少なくとも１つの信号から、干渉材料の存在下でサンプル中の物質の濃度を求めるステップとを含む。

別の態様によれば、サンプル中の物質の濃度を制御する方法が提供される。この方法は、物質供給部に接続されたサンプルを設けるステップと、先の態様に従ってサンプル内の物質の濃度を求めるステップと、求められた濃度を基準値と比較するステップと、求められた濃度と、基準値との間の差に対応する補正動作パラメータを、前記物質供給部のために求めるステップと、前記補正動作パラメータを前記物質供給部に送信して、サンプル内の物質の濃度を増減させるステップとを含む。

本発明によって可能な上記およびその他の態様、特徴、および利点が、添付の図面を参照しながら説明する以下の本発明の実施形態の説明から明白かつ明瞭となるであろう。

一実施形態によるセンサ構成の概略図である。 一実施形態によるセンサ構成の検出シーケンスを示す図である。 センサ構成を含む充填機の一部の概略側面図である。 ダクトまたはチャンバの壁に設けられたセンサ構成の概略図である。

まず図１を参照すると、センサ構成１００の概略図が示されている。センサ構成１００は、第１のハウジング１１０、第２のハウジング１２０、および少なくとも第１のハウジング１１０と第２のハウジング１２０との間に配置されたサンプル１３０を含む。好ましくは、第１のハウジング１１０は、剛性支持体４００によって第２のハウジング１２０に連結されている。

サンプル１３０は、好ましくはオープンであり、すなわち測定すべき物質がサンプル１３０に流れ込み、そこから流れ出ることが可能である。したがって、一実施形態では、センサ構成１００は、サンプル１３０中に存在する物質をその場で測定できるように少なくとも部分的にサンプル１３０の内側に配置されている。好ましい実施形態では、センサ構成１００は、第２のハウジング１２０がサンプル１３０の内側に配置され、一方第１のハウジング１１０は、少なくとも部分的にサンプル１３０の外側に配置されるように、サンプル１３０に対して位置決めされている。この様子が、オープンサンプルとの境界を画するダクトまたはチャンバの壁５５０に配置されたセンサ構成１００を示す図４にも示されている。

第１のハウジング１１０は、サンプル１３０から封止された閉鎖空間を形成し、第１の光源２００、第２の光源２１０、基準検出器２２０、およびサンプル検出器２３０を収容している。さらに、光源２００、２１０、ならびに検出器２２０、２３０を制御する制御器２４０が、第１のハウジング１１０内に設けられている。

第１のハウジング１１０は、垂直に積み重ねられた２つの小室１１２、１１４にさらに分割されている。上側小室１１２は、電子部品、すなわち制御器２４０、光源２００、２１０、および検出器２２０、２３０を収容している。さらに、追加の電源および／またはコネクタもやはり、ここに収容される。

下側小室１１４は、上側小室１１２から下方に、出射窓２５４、２５６のところまで延びている。第２のハウジング１２０は、サンプル１３０中を通って延びる剛性支持体ロッド４００によって、第１のハウジング１１０に連結されている。

第１の光源２００は、第１の波長、または第１の波長間隔の光Ｓ_１を発出する。第２の光源２１０は、第２の波長、または第２の波長間隔の光Ｓ_２を発出する。第１の波長、または第１の波長間隔は、サンプル１３０中に存在する物質、ならびにサンプル１３０中の望ましくない他の物質によって大部分が吸収されるように選択される。第２の波長、または第２の波長間隔は、サンプル１３０中に存在する物質を大部分が透過するが、サンプル１３０中の望ましくない物質によっては大部分が吸収されるように選択される。望ましくない物質は、例えば光路の付着物として形成され、この望ましくない物質については以下でさらに説明する。

第１の光源２００および第２の光源２１０は、発出光Ｓ_１と発出光Ｓ_２とが互いに９０°向くようにそれぞれ配置される。発出光Ｓ_１、Ｓ_２を２つの別個の光路に分割するビームスプリッタ２５０が、さらに設けられている。第１の光路は、ビームスプリッタ２５０から基準検出器２２０へと直接延び、それによって基準光ビーム、すなわち発出光Ｓ_１、Ｓ_２が、サンプル１３０を通過せずに基準検出器２２０に直接入射している。

第２の光路は、ビームスプリッタ２５０からサンプル検出器２３０へと延び、それによってサンプル光ビーム、すなわち発出光Ｓ_１、Ｓ_２が、サンプル１３０を通過した後、サンプル検出器２３０に入射している。

第２の光路は、発出光Ｓ_１、Ｓ_２を狭ビームにして送るための第１の集束レンズ２５２を含む。さらに、第１のハウジング１１０は、第１のハウジング１１０とサンプル１３０との間で境界面を成す光出射窓２５４を含む。

発出光Ｓ_１、Ｓ_２は、サンプル１３０を通過した後、サンプル１３０と、第２のハウジング１２０との間で入射境界面を成すように配置された光入射窓３１０から第２のハウジング１２０に入る。光Ｓ_１、Ｓ_２が第２のハウジング１２０に透過して入ると、発出光Ｓ_１、Ｓ_２を約１８０°方向変更して送るための１対の反射器３２０、３３０が設けられている。

図１に示す実施形態では、反射器３２０、３３０は、プリズム３５０などの再帰反射器またはレトロフレクタの２つの表面である。このプリズムは、第１の４５°傾斜表面３２０、および第２の４５°傾斜表面３３０を有する切頭直角プリズムとして成形された、いわゆるビーム折返しダブプリズムである。かかるプリズムでは、反射光は入射光と平行に出射する。かかるプリズム内では、全反射が実現され、入射光と反射光との間には、反射損失が全くないか、または僅かな反射損失しか生じない。

このプリズムは、図１から分かるように、入射光がプリズムの最大矩形表面の方へと直角に送られるように配置されている。光は、第１の４５°傾斜表面３２０のところで９０度内方に反射し、第２の４５°傾斜表面３３０へと進み、ここでもう１度９０度内方に反射し、その後プリズムから出射する。したがって、プリズムの光入射点と光出射点とは、互いに位置がずれている。

プリズムの材料は、好ましくは石英ガラスである。石英ガラス製のプリズムは、気相の過酸化水素を用いて殺菌するために必要となる温度に耐えることができる。

あるいは、サファイア製のプリズムを使用してもよい。代替実施形態では、反射器３２０、３３０は、従来の直角プリズムの表面でよい。さらなる代替実施形態では、反射器３２０、３３０は、例えばＵＶ強化アルミニウムコーティングミラーなど、ＵＶ光を反射するのに適したミラーでよい。

したがって、光Ｓ_１、Ｓ_２は、第２のハウジングとサンプル１３０との間で出射境界面を成している光出射窓３４０のところで第２のハウジング１２０から出、それによって光Ｓ_１、Ｓ_２はサンプル１３０を再度透過し、その後光入射窓２５６から第１のハウジング１１０に再度入る。サンプル検出器２３０は、透過光Ｓ_１、Ｓ_２の形状を調整する第２の集束レンズ２５８越しに、第２の光路に配置されている。

したがって第２の光路、すなわちサンプル１３０を通る光路は、Ｓ_１およびＳ_２のどちらをもビームスプリッタ２５０からサンプル検出器２３０へと送る単一の独自経路として設けられている。

反射器３２０、３３０によって光を方向変更して送ることによって、センサ構成１００の全体寸法を低減させることができる。しかし、サンプル１３０を透過する光の光路は、サンプル長さの２倍となり、それによってサンプル１３０内の物質濃度の局所的な変動が、測定値に影響を及ぼし得る危険が少なくなる。

基準検出器２２０は、好ましくは単一の検出器として設けられ、それによって検出された光に対応する信号Ｆ_１が制御器２４０に送信される。

サンプル検出器２３０もやはり、好ましくは単一の検出器として設けられ、それによって検出された光に対応する信号Ｆ_２が制御器２４０に送信される。

したがって、制御器２４０は、検出器２２０、２３０から信号Ｆ_１、Ｆ_２を受信し、第２の光路に存在する望ましくない物質、すなわち干渉材料の影響を補償しながら、サンプル１３０中に存在する所定の物質の量を計算するように構成されている。かかる計算は、様々な方策で行うことができ、その少なくとも１つの例が、同出願人による特許文献３に完全に記載されている。

しかし、その概括的なアルゴリズムについて、以下で簡単に説明することができる。基準検出器２２０は、サンプル１３０を通過していない発出光Ｓ_１、Ｓ_２の光強度に対応する基準信号Ｆ_１を供給する。同様に、サンプル検出器２３０は、サンプル１３０を通過した後の発出光Ｓ_１、Ｓ_２の光強度に対応するサンプル信号Ｆ_２を供給する。したがって、制御器２４０は、異なる４つの光強度値、すなわちｉ）Ｓ_１の基準強度、ｉｉ）Ｓ_２の基準強度、ｉｉｉ）Ｓ_１のサンプル強度、およびｉｖ）Ｓ_２のサンプル強度を受信する。これらの光強度値は、発出光Ｓ_１およびＳ_２をパルス化し、それぞれの光強度値をその対応する光源２００、２１０と関連付けることによって得られる。Ｓ_１のサンプル強度をＳ_１の基準強度と比較することによって、サンプル中に存在する物質、ならびに第２の光路に存在する望ましくない他の物質による全吸収値を得ることができる。さらに、Ｓ_２のサンプル強度をＳ_２の基準強度と比較することによって、干渉材料、すなわち望ましくない物質によって生じる吸収値を得ることができる。次いで、これら２つの値を所定の式に従って処理することによって、サンプル物質の、干渉材料を除外した濃度が得られることになる。

センサ構成１００は、様々な用途において、様々な物質を求めるために使用することができるが、好ましい用途は、液状食品加工技術の範囲であり、食品パッケージ材料殺菌室内の殺菌剤の濃度を求めることである。通常、かかる殺菌は、食品パッケージ材料を過酸化水素ガスに露出させることによって行われる。

かかる用途では、必要となる濃度は、最終的に得られるパッケージ、ならびに消費者に流通することになる封入済製品の品質を確保するために非常に重要となるので、殺菌室内の過酸化水素ガスの正確な濃度を測定することが有利である。気体の過酸化水素が含まれる用途ではさらに、こうした物質がセンサの電子部品と直接接触するのを回避する必要がある。こうした接触回避は、透過窓２５４、２５６を含む第１の封止ハウジング１１０によって実現される。しかし、過酸化水素の使用には通常、当技術分野で周知の様々な安定剤の添加が伴う。かかる安定剤によって、窓２５４、２５６、３１０、３４０を含めた接触表面に付着物が形成される傾向がある。したがって、これらの付着物は、発出光Ｓ_１、Ｓ_２の光路に存在する干渉材料、または望ましくない物質となり得る。したがって、本明細書で提案する実施形態では、実際の過酸化水素濃度を求める際に、かかる付着物の影響を低減させる。

この特定の用途では、第１の光源は、紫外線（ＵＶ）範囲でよく、この光は、過酸化水素だけでなく、安定剤によって形成される付着物によっても吸収される。第２の光源は、干渉材料、すなわち安定剤付着物によって吸収されるが、過酸化水素ガスは透過する可視光を発出することができる。好ましくは、第１の光源２００および／または第２の光源２１０は、少なくとも１つの発光ダイオードを含む。過酸化水素の量を検出するには、第１の光源２００、すなわちＵＶ ＬＥＤが、好ましくは２２０ｎｍから３００ｎｍの範囲の光を発出するように構成され、一方、第２の光源２１０、すなわち可視光ＬＥＤは、好ましくは３５０ｎｍから７００ｎｍの範囲の光を発出するように構成される。

サンプル中の物質の濃度のより効率的で、かつより堅牢な測定値をもたらすための追加の機構もやはり、センサ構成１００に利用可能である。

特定の実施形態では、温度センサ４１０が、支持ロッド４００に配置される。支持体４００は、例えば第２のハウジング１２０を第１のハウジング１１０にしっかりと固定する複数のロッドとして形成することができる。ロッドは、サンプル１３０内の物質がそれらのロッドを介して流れることが可能となるように、互いに分離しておくことができる。一実施形態では、第１のハウジング１１０および第２のハウジング１２０は、円柱として形成され、したがって対向する両端部の周辺にリブが設けられている。サンプル１３０の温度を測定することによって、実際の物質濃度をより正確に求めることが可能となり、その理由は、吸収は物質の量の関数となるからである。しかし、濃度は、量だけでなく、圧力および温度にも依存するので、追加の温度センサ４１０によって、所与の圧力について濃度をより精確に求めることが可能となる。この目的で、温度センサ４１０は、制御器２４０に直接、または遠隔的に接続されている。

このことに加えて、第１のハウジング１１０の下側小室１１４は、第１のハウジング１１０の窓２５４、２５６の温度を上昇させるように構成された加熱器１１６を含む。加熱器１１６は、下側小室１１４を取り囲む加熱コイルとして設けることができるが、他の加熱装置もやはり、特定の用途で使用することができる。

加熱器１１６は、サンプル１３０内の物質の選択に依存していくつかの利点をもたらす。物質が気体の過酸化水素である場合、加熱器によって、窓２５４、２５６に過酸化水素が凝縮する危険が低減することになる。凝縮によって発出光の吸光度が変動することになり得るので、凝縮の危険が低減、さらには解消されると、測定値の向上が実現されることになる。さらに、過酸化水素安定剤が存在し、過酸化水素安定剤は低温表面に付着する能力があるため、窓２５４、２５６を加熱することによって、付着物が形成される危険がより少なくなる。

さらに、第１のハウジング１１０は、第１のハウジング１１０内の温度を低下させるための冷却器１１８を含むことができる。温度を低下させることによって、光源２００、２１０、および検出器２２０、２３０などの電子部品の動作が向上する。冷却器は、内側ハウジング１１０を取り囲む閉鎖系チャネルとして設けることができ、それによって冷水などの冷却流体が、入口１１９ａからこのチャネル系に入り、出口１１９ｂから出る。冷却効率をさらに高めるために、第１のハウジング１１０内で空気を循環させるファンを第１のハウジング１１０の内側に設けてもよい。

好ましくは、制御器２４０は、電子部品の温度を動作中に連続して監視することができるように、第１のハウジング１１０内に配置されたさらなる温度センサから信号を受信する。また、第１のハウジング１１０内の温度が過度になると冷却流体の流れを増大させることができるように、制御器２４０によってフィードバックループを実施することができる。温度が記憶された基準温度を超えた場合に、制御器は、光源２００、２１０のスイッチを切るように適合されている。記憶された基準温度は４５℃であるが、当然ながら別の温度値に設定することもできる。高温の場合には、制御器２４０によってさらに、または代替策として、加熱器１１６のスイッチを切ることができる。上述の対策は、ＬＥＤ、特にＵＶ−ＬＥＤの寿命を長期化させるために取られる。

したがって、基準検出器２２０、およびサンプル検出器２３０は、発出光Ｓ_１、Ｓ_２を受光する単一の検出器として設けられる。しかし、これらの検出器２２０、２３０はそれぞれ、別個の２つの検出器として設けてもよく、その場合各検出器は、発出される波長、または波長間隔の一方だけを検出するように構成される。

しかし、図１には、基準検出器２２０、ならびにサンプル検出器２３０が、全発出光、すなわちＳ_１およびＳ_２の両方を検出することが可能な単一の検出器として設けられた好ましい構成が示されている。Ｓ_１とＳ_２とを堅牢な形で互いに分離するために、制御器２４０は、光源２００、２１０をパルス化して制御する。

図２を参照すると、まずｔ１で、制御器２４０は第１の光源２００を短期間の間起動し、これは第１の波長または波長間隔の光パルスＳ_１に対応する。検出器２２０、２３０は連続動作するように構成されているので、これらの検出器は、発出光Ｓ_１を感知することになるが、この発出光Ｓ_１が光源２００、２１０のどちらから発出されたのかは分からない。制御器２４０によって光源２００がトリガされているので、制御器２４０は、検出された信号を正しい光源２００と関連付けることができる。次の階段ｔ２で、制御器は、第２の光源２１０を短期間の間起動する。即座に、この制御器は、検出された信号を第２の光源２１０と関連付ける。この時点で、制御器２４０は、望ましくないいかなる干渉材料も補償しながら、サンプル１３０中に存在する物質の量を求めることが可能である。しかし、物質の定量化は、ｔ３で第３の検出サンプルを供給することによって、さらに向上させることができる。光源２００、２１０のいずれも起動されていないので、検出される信号は、先に求められた吸光度および／または透過率に影響を及ぼす背景放射に対応することになる。したがって、ｔ３で検出された強度を、ｔ１およびｔ２で先に検出された信号からそれぞれ減じることができる。この手順を、好ましくは構成１００が取り付けられた機器の動作中に繰り返し、この繰返しをｔ４〜ｔ９として示す。背景光を測定する実施形態は、食品加工などの用途で特に有利であり、背景光は第１および／または第２の波長と同じ波長のものでよい。例えば、充填機の殺菌室は、外側からの光、すなわち通常の室内光に曝されることがある。したがって、この光は可視域にある第２の波長と重なり合うことがあるため、かかる背景光を減じることによって、センサ構成の動作および信頼性が向上することになる。

光をパルス化することによって、ＵＶ−ＬＥＤが動作している時間が減少し、したがってＵＶ−ＬＥＤの寿命が長期化する。

制御器２４０はさらに、受信した検出器信号用の基準値を記憶しているメモリに接続することができる。かかる基準値は、通常の動作状態を表すことができ、制御器２４０は、検出された信号が記憶された基準値から逸脱する場合に、警報をトリガするようにさらに構成することができる。こうした構成は、サンプルの状態によって、窓２５４、２５６、３１０、３４０などの機器が破損し得る状態にある場合に、特に有利となり得る。例えば、窓２５４、２５６、３１０、３４０の１つが破損すると、検出される信号Ｆ_１、Ｆ_２の光強度は期待値とは異なることになり、そのため点検またはサポートを指示する警報を発生することができる。

メモリはまた、例えば光源の効率を温度の関数として示す基準値を記憶している。この制御器は、第１および第２の光源２００、２１０の検出温度に関連付けられた、サンプル検出器（２３０）から受信した検出器信号が、記憶された基準値よりも大幅に低い場合に、警告信号を送信するように構成されている。

次に図３に移ると、センサ構成１００の産業的応用例が示されている。充填機の一部が、殺菌ユニット５００として示されており、ここでは充填準備が整ったパッケージ５１０が搬送装置５２０によって導入されている。パッケージ５１０は、好ましくは同じ充填機５００の上流区画内で、予め半分折り畳まれて、一方に開口端５１２を有し、一方に閉止端５１４を有するカートンベースのスリーブを形成している。閉止端５１４は、例えば、首部、肩部、および注ぎ口を密封するキャップを備えるプラスチックアセンブリによって設けられ、この閉止端５１４は、例えばスリーブを形成しているカートンベースのラミネートに射出成形しておくことができる。

殺菌ユニット５００は、ガス殺菌物質（例えば安定剤を含有した、または含有しないＨ_２Ｏ_２）を収容している殺菌ガスマニホルド５３０を含み、パッケージ５１０の内面に殺菌物質を噴霧状に放出するように構成された、いくつかの吐出ノズル５４０を備える。

センサ構成１００は、殺菌物質の濃度を測定し、求めるようにマニホルド５３０内に配置されている。したがってセンサ構成のサンプル１３０は、マニホルド５３０の中身に対応し、少なくとも第１のハウジング１１０は殺菌物質から封止されている。したがってセンサ構成１００は、殺菌ユニット５００の質および堅牢性を正確に求めるように、充填機の動作中に連続して動作するように構成される。好ましくは、センサ構成１００は、マニホルド５３０内、すなわちサンプル１３０内の物質の量を増減させるように、物質供給部（図示せず）に、求められたサンプル１３０内の物質の量を戻すことが可能である。

かかるフィードバックループは、様々な用途で実施することができ、それによって求められた濃度を、所望の濃度に対応する基準値と比較することができる。したがって求められた濃度と、基準値との間の差を、サンプルに接続されている物質供給部の流量などの補正動作パラメータに変換することができる。したがってこのセンサ構成の制御器は、物質供給部に信号を送信して、サンプル内の物質の濃度を増減させるように構成することができる。

特定の実施形態について説明してきたが、添付の特許請求の範囲に規定された範囲から逸脱することなく、このセンサ構成に様々な改変を行うことができることを理解されたい。

１００ センサ構成
１１０ 第１のハウジング
１１２ 上側小室
１１４ 下側小室
１１６ 加熱器
１１８ 冷却器
１１９ａ 入口
１１９ｂ 出口
１２０ 第２のハウジング
１３０ オープンサンプル
２００ 第１の光源
２１０ 第２の光源
２２０ 基準検出器
２３０ サンプル検出器
２４０ 制御器
２５０ ビームスプリッタ
２５２ 第１の集束レンズ
２５４ 第１の光窓
２５６ 第２の光窓
２５８ 第２の集束レンズ
３１０ 光入射窓
３２０、３３０ 反射器
３４０ 光出射窓
３５０ 再帰反射器プリズム
４００ 剛性支持体
４１０ 温度センサ
５００ 殺菌ユニット
５１０ 開口ボトル
５１２ 開口端
５１４ 閉止端
５２０ 搬送装置
５３０ 殺菌ガスマニホルド
５４０ 殺菌ガス噴出ノズル
５５０ ダクトまたはチャンバの壁

Claims (19)

1. 干渉材料の存在下でオープンサンプル（１３０）中の物質の濃度を求めるためのセンサ構成であって、
   前記物質によって吸収される第１の波長のパルス光（Ｓ_１）を発出する第１の光源（２００）と、
   前記物質を透過する第２の波長のパルス光（Ｓ_２）を発出する第２の光源（２１０）と、
   前記第１および前記第２の波長のパルス光（Ｓ_１、Ｓ_２）の少なくとも一部を、同じ光路に沿って前記オープンサンプル（１３０）を通して送る光学手段（２５０、２５２、２５４、３１０、３２０、３３０、３４０）と、
   前記オープンサンプル（１３０）を透過した前記第１および前記第２の波長のパルス光（Ｓ_１、Ｓ_２）を受光するように、前記光路の終端に配置されたサンプル検出器（２３０）と、
   を備え、
   前記干渉材料が、前記物質に露出した前記光学手段（２５４、３１０、３４０、２５６）の少なくとも１つに対する付着物として形成され、前記第１の波長および前記第２の波長が、前記干渉材料によって吸収されることを特徴とするセンサ構成。
2. 前記第１の光源（２００）、前記第２の光源（２１０）、および、前記サンプル検出器（２３０）が、前記オープンサンプル（１３０）の同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ構成。
3. 前記光学手段が、前記オープンサンプル（１３０）の第２の側に配置された反射器（３２０、３３０）を備え、前記反射器（３２０、３３０）がともに、前記第１および前記第２の波長のパルス光（Ｓ_１、Ｓ_２）を前記サンプル検出器へと方向変更して送るように適合されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ構成。
4. 前記反射器（３２０、３３０）が、反射が全反射によって実現される再帰反射器プリズム（３５０）の表面であることを特徴とする請求項３に記載のセンサ構成。
5. 前記第１および前記第２の波長のパルス光（Ｓ_１、Ｓ_２）の、前記オープンサンプル（１３０）を透過していない部分を受光する基準検出器（２２０）をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ構成。
6. 前記基準検出器（２２０）が、前記オープンサンプル（１３０）の、前記第１の光源（２００）、前記第２の光源（２１０）、および前記サンプル検出器（２３０）と同じ側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のセンサ構成。
7. 前記第１の光源（２００）、前記第２の光源（２１０）、前記サンプル検出器（２３０）、および前記基準検出器（２２０）に接続され、前記第１の光源（２００）および前記第２の光源（２１０）をパルス化シーケンスで起動するように構成された制御器（２４０）をさらに備え、前記制御器が、前記サンプル検出器（２３０）および前記基準検出器（２２０）から受信した信号（Ｆ_１、Ｆ_２）を、関連する前記第１および前記第２の光源（２００、２１０）と関連付けるようにさらに構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のセンサ構成。
8. 前記制御器（２４０）が、前記第１の光源（２００）および前記第２の光源（２１０）がいずれも起動されていない場合に、前記サンプル検出器（２３０）および前記基準検出器（２２０）から受信した前記信号（Ｆ_１、Ｆ_２）を背景光として関連付けるようにさらに構成されていることを特徴とする請求項７に記載のセンサ構成。
9. 前記第１の光源（２００）が、ＵＶ−ＬＥＤであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のセンサ構成。
10. 前記制御器（２４０）が、前記第１の光源（２００）および前記第２の光源（２１０）の温度を制御し、前記温度が、記憶された基準温度を超えた場合に、前記第１および前記第２の光源のスイッチを切るように構成されていることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載のセンサ構成。
11. 前記第１の光源（２００）、前記第２の光源（２１０）、前記サンプル検出器（２３０）、および基準検出器（２２０）が、前記オープンサンプル（１３０）から封止された第１のハウジング（１１０）内に収容されていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載のセンサ構成。
12. 前記第１のハウジング（１１０）が、前記第１の光源（２００）および前記第２の光源（２１０）から発出した光（Ｓ_１、Ｓ_２）が、前記第１のハウジング（１１０）から出て、前記オープンサンプル（１３０）に入ることを可能とする第１の光窓（２５４）と、前記第１の光源（２００）および前記第２の光源（２１０）から発出した光（Ｓ_１、Ｓ_２）が、前記オープンサンプル（１３０）から出て、前記第１のハウジング（１１０）に入ることを可能とする第２の光窓（２５６）とを備え、前記センサ構成（１００）が、前記第１および前記第２の光窓（２５４、２５６）の温度を上昇させるように構成された加熱器（１１６）をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のセンサ構成。
13. 前記第１のハウジング（１１０）が、前記第１のハウジング（１１０）内の温度を低下させるための冷却器（１１８）を備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載のセンサ構成。
14. 前記制御器（２４０）が、受信した前記信号（Ｆ_１、Ｆ_２）用の基準値を記憶しているメモリに接続され、前記制御器（２４０）が、受信した検出器信号（Ｆ_１、Ｆ_２）が記憶された前記基準値とは異なる場合に、警告信号を送信するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項７から１３のいずれか一項に記載のセンサ構成。
15. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のセンサ構成（１００）を備えることを特徴とする液状食品を封入したカートンベースのパッケージを供給することが可能な充填機。
16. 前記カートンベースのパッケージが、充填およびその後の密封前に、前記センサ構成（１００）を収容した殺菌ガスマニホルド（５３０）を含む殺菌ユニット（５００）を介して搬送される開口ボトル（５１０）として設けられ、前記殺菌ガスマニホルド（５３０）が、前記開口ボトル（５１０）の方に向けられた少なくとも１つの殺菌ガス噴出ノズル（５４０）を含むことを特徴とする請求項１５に記載の充填機。
17. 前記センサ構成（１００）の前記制御器（２４０）が、求められた前記オープンサンプル（１３０）内の物質の前記濃度を殺菌物質供給部に供給するように構成されることを特徴とする請求項１６に記載の充填機。
18. センサ構成によって、干渉材料の存在下でサンプル中の物質の濃度を求める方法であって、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載のセンサ構成を設けるステップと、
    前記第１の光源および前記第２の光源を起動するステップと、
    前記サンプル検出器によって、前記サンプルを透過した前記第１および前記第２の波長の前記発出光を受光するステップと、
    前記受光した発出光に対応する少なくとも１つの信号から、干渉材料の存在下でサンプル中の物質の濃度を求めるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
19. サンプル中の物質の濃度を制御する方法であって、
    物質供給部に接続されたサンプルを設けるステップと、
    請求項１８に従って前記サンプル内の前記物質の濃度を求めるステップと、
    前記求められた濃度を基準値と比較するステップと、
    前記求められた濃度と、前記基準値との間の差に対応する補正動作パラメータを、前記物質供給部のために求めるステップと、
    前記補正動作パラメータを前記物質供給部に送信して、前記サンプル内の前記物質の前記濃度を増減させるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。

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