KR20210003142A - 유체 물질을 위한 광학 센서 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유체 물질(LS)을 위한 광학 센서 장치(1)에 관한 것으로서, 광학 센서 장치(1)는 탐지 부분(14)을 갖는 장치 몸체(2)를 포함하고, 광학 복사(Re, Rr)의 리시버(21) 및 이미터(20) 중 하나 이상을 포함하는 민감성 광학 부분이 상기 탐지 부분에 연결된다. 탐지 부분(14)은 광학 복사(Re, Rr)에 대해 투명한 재료로 제조되고 내측 표면(23a, 23b) 및 외측 표면(15)을 가지며, 외측 표면(15)은 유체 물질(LS)과 접촉되도록 구성되고 내측 표면(23a, 23b)은 유체 물질로부터 분리되도록 구성된다. 민감성 광학 부분의 이미터(20) 및 리시버(21) 중 하나 이상은 탐지 부분(14)의 내측 표면(23a, 23b)에 광학적으로 결합되어, 광학 복사(Re, Rr)는 특히 유체 물질의 특성에 따라 가변적인 강도 및/또는 각도로 탐지 부분(14)을 통해 적어도 부분적으로 전파된다.
광학 센서 장치(1)는, 유체 물질(LS)의 부피 증가에 의해 야기되는 탐지 부분(14)의 변형을 방지하도록, 특히, 내측 표면(23a, 23b) 및 외측 표면(15) 중 하나 이상의 변형을 방지하도록 구성된 보호 장치를 포함한다. 상기 보호 장치는, 유체 물질(LS)의 부피 증가를 보상하기 위하여, 또는 유체 물질(LS)의 부피 증가에 따라 탐지 부분(14)의 가역적 변위를 가능하게 하기 위하여, 탄성적으로 변형가능한 몸체를 가진 하나 이상의 보상 요소(13)를 포함한다.
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Description
본 발명은, 바람직하게는 자동차의 일반 용기 또는 덕트에 존재하는 유체 물질의 하나 이상의 특성을 탐지하도록 사용되는 광학 타입의 센서 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 바람직하게는, 예를 들어 액체 용액의 농도를 탐지하거나 액체 물질 내의 가능한 불순물의 존재를 탐지하기 위한 정성적 타입의 탐지를 위한 광학 센서 분야에 적용된다.
일반 용기에 함유되어 있거나 일반 덕트에서 흐르는 유체 물질을 제어하기 위하여, 레벨, 온도 및 품질과 같은 특성을 탐지하기 위해 센서를 사용하는 것이 일반적이다. 한 전형적인 예는, 대기로의 질소산화물(NOx) 방출을 감소시키기 위해 고안된 몇몇 타입의 자동차의 배기 가스 배출 시스템에 속한 탱크 또는 덕트로 기재된다.
이를 위하여, 특히, 광범위하게 보급된 시스템은 환원 액체 물질을 배기 라인에 주입하여 가스의 질소 산화물을 감소시킬 수 있는 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction: SCR)이라는 공정에 따른다. 이러한 처리 시스템은 질소 산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 변환하기 위하여 환원제가 배기 가스 흐름에 주입되는 특징을 가진다. 이러한 환원 물질은 일반적으로 물 및 우레아의 용액으로 구성된다.
이러한 시스템의 적절한 작동은, 특히 환원 물질의 조성(composition)에 관한 특성들을 의미하는 정성적 특성에 좌우된다. 이를 위하여, 다양한 타입의 센서 장치가 제안되는데, 그 중에서 본 발명의 목적인, 일반적으로 광 복사의 하나 이상의 이미터 및 하나 이상의 리시버를 포함하는 전기-광학 타입 또는 광-전자 타입의 센서 장치가 제안된다.
일반적으로, 이러한 센서 장치에서, 이미터는 유체 물질과 접촉하는 표면을 가진 프리즘(prism) 또는 이와 유사한 광학 몸체를 통해 복사선(radiation)을 안내한다. 유체 물질과의 경계에서, 복사선의 일부가 물질로 굴절되고, 일부는 반사되는데, 반사된 일부 복사선이 리시버에 의해 탐지된다. 방사선의 반사된 일부는 유체 물질의 굴절률에 직접적으로 비례하는 것으로 간주되어, 해당 물질이 우레아의 용액 또는 물인지를 결정하고 상기 용액의 농도를 결정할 수 있다.
특정 적용예에서, 매우 낮은 온도 상태에서 작동되는 타입의 장치가 고려되는데, 자동차의 경우, 예를 들어, 0℃ 이하의 온도에 노출된 상태에 있는 자동차가 고려된다. 따라서, 측정중인 유체 물질이 동결되어(freeze) 부피가 증가되는 경우가 있다. 유체 물질의 동결은, 일반적으로 장치의 기계적 구조가 일반적으로 견고하고 민감성 광학 부분, 예컨대, 이미터 및 리시버가 임의의 경우에서든 물질로부터 분리된 위치에 있기 때문에, 일반적으로 장치의 고장 위험을 수반하지 않는다.
하지만, 본 출원인은, 유체 물질의 동결로 인한 부피 증가가 종종 광학 프리즘의 표면, 특히 고체-유체 경계에 있는 표면, 또는 특히, 프리즘 또는 프리즘과 통합되는 장치의 몸체 부분이 플라스틱 재료 또는 부서지기 쉬운 재료로 제조될 때, 복사선이 프리즘에 들어가거나 그로부터 나가는 표면들 중 하나가 영구 변형 또는 변위 또는 파손을 초래할 수 있음을 발견하였다. 물질의 압력이 과도하게 증가하는 경우에도, 이와 유사한 문제가 발생할 수 있다.
전술한 표면들 중 하나 이상의 위치 또는 기하학적 형상(geometrical configuration)의 최소 변화조차도 광 복사의 반사각의 변화를 초래할 수 있으며, 이는 특히 탐지 시에 심각한 오류의 원인이 될 수 있는데, 이는 해당 유체 물질의 특성이 전체 반사의 임계각의 원리에 따르며, 이에 따라 해당 광학 복사는 해당 특성에 따라 변경되는 각도로 반사될 수 있기 때문이다.
상기 언급된 문제는, 광학 센서가 부피 증가 또는 과압 가능성이 있는 유체 물질의 특성을 탐지하기 위해 사용되는, 배기 가스 처리 시스템과는 다른 부문에서도 발생한다.
일반적인 관점에서, 본 발명은, 간단하고 경제적으로 바람직하지만 동시에 장기적으로 효율적이고 신뢰할 수 있는 방식으로 적어도 전술한 단점을 해결하는 것을 목적으로 한다. 이러한 관점에서, 본 발명의 목적은, 예를 들어, 물질의 부피 증가 또는 압력 상승으로 인해, 센서 자체의 일부에서 탐지되는 물질에 의해 제공되는 높은 응력 상태에서도 적절하게 기능하거나 및/또는 손상되지 않도록 구성된 광학 타입의 센서 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 첨부된 청구범위에 언급된 특징들을 가진 광 센서 장치에 의해, 이하에서 보다 명확하게 나타날 상기 및 다른 목적이 구현된다. 청구항들은 본 발명에 관해 본 명세서에 제공된 기술적 원리의 필수 부분을 구성한다.
본 발명의 추가 목적, 특징 및 이점들은 순전히 비-제한적인 예로서 제공되고 첨부 된 개략적 도면들을 참조하여 제공되는 하기 상세한 설명으로부터 명확하게 나타날 것이다:
- 도 1은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 개략적인 투시도;
- 도 2 및 3은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 분해 개략도;
- 도 4는 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 한 부분의 개략적인 횡단면도로서, 광학 탐지 장치와 일체형으로 구성되고;
- 도 5 및 6은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치에서 사용될 수 있는 보상 요소의 개략적인 투시도;
- 도 7은 도 5-6의 보상 요소의 개략적인 횡단면도;
- 도 8은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 개략적인 종방향 단면도;
- 도 9는 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 한 부분의 종방향 단면의 개략적인 투시도;
- 도 10은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 한 부분의 횡단방향 단면의 개략적인 투시도;
- 도 11 및 12는, 일반 센서 장치가 아니라, 각각, 제1 사용 상태에 있는, 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 개략적인 횡단면도;
- 도 13 및 14는, 2개의 센서 장치가 각각 제2 사용 상태에 있는, 도 11 및 12와 유사한 개략적인 횡단면도;
- 도 15 및 16은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치에 사용될 수 있는 2개의 보상 요소들의 개략적인 투시도;
- 도 17, 18, 및 19는, 도 15-16에 예시된 타입의 2개의 보상 요소들을 사용하는 센서 장치에 상응하는, 도 8, 9 및 10와 비슷한 단면도;
- 도 20 및 21는, 2개의 상이한 사용 상태들에 있는, 도 17-19에 예시된 타입의 센서 장치의 개략적인 횡단면도;
- 도 22 및 23은, 2개의 상이한 사용 상태들에 있는, 본 발명의 가능한 추가 실시예들에 따른 센서 장치의 개략적인 횡단면도;
- 도 24 및 25는, 2개의 상이한 사용 상태들에 있는, 본 발명의 가능한 추가 실시예들에 따른 센서 장치의 개략적인 횡단면도; 및
- 도 26 및 27은, 2개의 상이한 사용 상태들에 있는, 본 발명의 가능한 추가 실시예들에 따른 센서 장치의 개략적인 횡단면도.
- 도 1은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 개략적인 투시도;
- 도 2 및 3은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 분해 개략도;
- 도 4는 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 한 부분의 개략적인 횡단면도로서, 광학 탐지 장치와 일체형으로 구성되고;
- 도 5 및 6은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치에서 사용될 수 있는 보상 요소의 개략적인 투시도;
- 도 7은 도 5-6의 보상 요소의 개략적인 횡단면도;
- 도 8은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 개략적인 종방향 단면도;
- 도 9는 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 한 부분의 종방향 단면의 개략적인 투시도;
- 도 10은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 한 부분의 횡단방향 단면의 개략적인 투시도;
- 도 11 및 12는, 일반 센서 장치가 아니라, 각각, 제1 사용 상태에 있는, 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치의 개략적인 횡단면도;
- 도 13 및 14는, 2개의 센서 장치가 각각 제2 사용 상태에 있는, 도 11 및 12와 유사한 개략적인 횡단면도;
- 도 15 및 16은 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치에 사용될 수 있는 2개의 보상 요소들의 개략적인 투시도;
- 도 17, 18, 및 19는, 도 15-16에 예시된 타입의 2개의 보상 요소들을 사용하는 센서 장치에 상응하는, 도 8, 9 및 10와 비슷한 단면도;
- 도 20 및 21는, 2개의 상이한 사용 상태들에 있는, 도 17-19에 예시된 타입의 센서 장치의 개략적인 횡단면도;
- 도 22 및 23은, 2개의 상이한 사용 상태들에 있는, 본 발명의 가능한 추가 실시예들에 따른 센서 장치의 개략적인 횡단면도;
- 도 24 및 25는, 2개의 상이한 사용 상태들에 있는, 본 발명의 가능한 추가 실시예들에 따른 센서 장치의 개략적인 횡단면도; 및
- 도 26 및 27은, 2개의 상이한 사용 상태들에 있는, 본 발명의 가능한 추가 실시예들에 따른 센서 장치의 개략적인 횡단면도.
본 설명에서 "일 실시예" 또는 "한 실시예"에 대한 언급은 실시예와 관하여 설명된 특정 형상, 구성 또는 특징이 하나 이상의 실시예에 포함된다는 것을 나타내기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 설명의 다양한 지점에 존재할 수 있는 "일 실시예에서", "한 실시예에서", "다양한 실시예들에서" 등과 같은 문구는 반드시 하나의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 더욱이, 본 발명의 설명에서 정의된 특정 형태, 구성 또는 특징은 하나 이상의 실시예들에서, 적절한 방식으로 결합될 수 있으며, 표현된 것과 다를 수도 있다. 도면부호 및 공간 배열(가령, "상부", "하측", "상측", "바닥" 등)들은 본 명세서에서 단지 편의를 위해 사용되며 따라서 실시예들의 범위 또는 보호 영역을 정의하지 않는다. 또한, 본 발명의 설명 및 첨부된 청구 범위에서, 용어 "외부"는, 본 명세서에 설명된 장치의 적어도 일부의 표면을 나타낼 때, 일반 용기 또는 덕트의 내부를 향하는 표면, 즉 탐지되는 유체 물질과 접촉하는 표면을 가리키며, 용어 "내부"는, 벽의 맞은편 표면, 즉 용기 또는 덕트의 외부(예를 들어, 회로 또는 전기, 전자 또는 광전자 구성요소가 적어도 부분적으로 위치되는)에 위치되는 표면 및 그 어떤 경우에도 물질과 접촉하지 않는 표면을 가리킨다. 마찬가지로, 본 발명의 설명 및 첨부된 청구 범위에서, 용어 "광학 방사선"은, 가령, 자외선(100-400nm), 가시광선(380-780nm) 및 적외선(780nm-1mm)을 포함하여, 100 nm 내지 1 mm의 파장을 가진 방사선의 전자기 스펙트럼의 일부를 의미하는 것임에 유의해야 한다. 또한, 간섭성(coherent) 또는 레이저 타입의 광학 방사선 공급원 및 비-간섭성(non-coherent) 타입의 광학 방사선 공급원 모두 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 이해하면 된다. 또한, 달리 명시되지 않았거나 설명된 문맥에서 분명하지 않은 경우, 예를 들어, 설명된 요소의 몸체를 지칭할 때 및 달리 명시되지 않는 한 용어 "재료"는 단일 재료(예컨대, 플라스틱 재료) 또는 다수 재료의 화합물(예컨대, 복합 재료 또는 재료들의 혼합물)을 나타내는 것으로 이해하면 된다.
도면에서, 서로 유사하거나 기술적으로 동일한 요소를 나타내기 위해 동일한 도면부호가 사용된다.
도 1에서, 본 발명의 가능한 실시예들에 따른 광학 센서 장치가 전체적으로 도면부호 1로 표시된다.
본 명세서에서, 내연기관의 배기 가스 처리 시스템에 속한 덕트 내에서 흐르는, 액체 첨가제 또는 환원제의 하나 이상의 특징을 탐지하기 위하여 장치(1)가 사용된다. 상기 처리 시스템은, 예를 들어, 자동차, 특히 디젤 엔진 자동차의 질소 산화 배출물질을 경감시키기 위하여, 본 발명의 서두에 설명된 것과 같이 SCR 타입으로 구성될 수 있다. 상기 첨가제는, 가령, 상표명 AdBlue™으로 상업적으로 알려진 것과 같이, 우레아 및 증류수의 용액일 수 있다.
대안으로, 예를 들어, 장치(1)는, 첨가제, 또는 일반 유체 물질, 또는 예를 들어, "물-주입" 시스템의 덕트 또는 ADI(Anti-Detonant Injection) 시스템에 속하는 덕트에서 흐르는 물질의 일반 혼합물의 하나 이상의 특징을 탐지하는 데 사용될 수 있다.
장치(1)는 어떤 경우에도 덕트 대신 탱크에 적용될 수 있거나 및/또는 다른 목적 및/또는 자동차 이외의 분야에서 사용될 수 있거나 및/또는 환원제와는 다른 유체 물질의 하나 이상의 특성을 탐지하도록 구성 될 수 있다(때때로 유체 물질 또는 환원제를 언급하는 정의는 상이한 유체 물질에 관해 이해할 수 있다). 일반적으로, 본 발명에 따른 센서 장치의 사용은 물을 포함하고 가능한 동결 가능성이 있는 물질에 대한 광학적 탐지의 경우에 특히 표시된다.
장치(1)는 다수의 부분들로 구성된 지지 구조물 또는 몸체(2)를 가지는데, 이들 중 적어도 일부는 유체 기밀 방식으로 함께 결합된다. 상기 예에서, 제1 몸체 부분이 도면부호 3으로 표시되는데, 이 제1 몸체 부분은, 탐지되는 액체 물질의 함유(containment) 또는 흐름을 위한 공간을 적어도 부분적으로 형성하도록 구성된다. 다음에서, 제1 몸체 부분(3)은 "유압 몸체"로서 식별되는데, 상기 몸체가 액체 물질을 함유하거나 이송하기 위해 구성되기 때문이다. 상기 예에서, 유압 몸체(3)는 실질적으로 컵 형태의 중앙 부분(4)을 가지며, 이 중앙 부분으로부터 2개의 관형 부분(5 및 6)들이 연장되고, 이 두 관형 부분들은 탐지되는 액체 물질을 위한 입구 및 출구로 형성된다. 관형 부분(5 및 6)들은, 액체 물질을 위한 유압 회로, 특히 물질이 순환하는 각각의 유압 덕트들을 위한 유압 결속부(hydraulic attachment)에 연결하기 위한 각각의 커넥터(5a 및 6a)들을 형성하거나 그들에 결합된다. 상기 비-제한적인 예에서, 이를 위하여, 커넥터(5a 및 6a)들은, 각각, 다월(dowel) 또는 이와 유사한 차단 부재(5b 및 6b)를 각각 포함하거나, 또는 보다 일반적으로 신속-결합(quick-coupling) 타입의 유압 결속부들을 포함할 수 있다. 전술한 커넥터는 다른 형태로도 얻을 수 있거나 또는 심지어 생략될 수 있다는 점에서(예컨대, 용접을 통해 고정하거나 2개의 관형 부분(5 및 6)들을 사용 중인 유압 회로의 각각의 덕트에 용접하거나 접착함으로써 고정되기 때문에) 필수는 아니지만 바람직한 특징을 가진다.
게다가, 앞에서 언급한 것과 같이, 장치(1)는 탱크에 결합 될 수 있으며, 이 경우 유압 몸체(3)는 전술한 관형 부분이 없더라도 도면에 예시된 것에 대해 그 밖의 다른 형태로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 본 발명에 따른 장치의 유압 몸체는 탱크에 장착될 수 있거나, 그 몸체(3)는 상기 탱크 몸체의 한 부분에 의해 적어도 부분적으로 직접 형성될 수도 있다.
다양한 실시예들에서, 유압 몸체(3)는 몰딩가능한 열가소성 재료, 가령, 폴리프로필렌(PP), 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 폴리설폰(PSU), 또는 사이클로-올레핀 코폴리머(COC)로 제조된다.
센서 장치(1)의 몸체(2)는 도 2 및 3에서 도면부호 7로 표시된 제2 부분을 포함하는데, 상기 제2 부분은, 컵-형태의 중앙 부분(4)에서, 또는, 보다 일반적으로는, 액체 물질의 흐름 또는 함유를 위해 전술한 공간을 적어도 부분적으로 형성하는 유압 몸체의 한 영역에서, 제1 부분(3)에 결합되도록 구성된다. 몸체 부분(7)은, 광학 장치를 포함한다는 점에서, 즉 장치(1)의 관련 광학-탐지 부분을 형성하거나 및/또는 포함한다는 점을 고려하여, 이하 "센서 몸체"로도 기재될 것이다. 밑에서 볼 수 있듯이, 다양한 실시예들에서, 센서 몸체(7)는 유압 몸체(3) 내에 적어도 부분적으로 수용되거나, 또는 그 외측 표면이 액체 물질에 의해 도달될 수 있도록 몸체에 적어도 결합된다.
다양한 실시예들에서, 센서 장치(1)의 몸체(2)는 제3 몸체 부분(8)을 추가로 포함하는데, 이 제3 몸체 부분은 센서 몸체(7)가 사이에 위치되도록 설정되어 유압 몸체(3)에 결합되도록 구성된다. 몸체 부분(8)은, 센서 장치(1)의 구성요소 부분을 포함한다는 점에서, 이하 "케이싱 몸체"로 식별될 것이다. 다양한 실시예들에서, 케이싱 몸체(8)는 커넥터 몸체(9)를 형성하거나 커넥터 몸체에 결합되는데, 그 내부에 장치(1)의 전기 연결을 위한 단자(terminal)들이 위치된다. 바람직하게는, 마개 뚜껑(10)이 몸체 부분(8)에 결합된다.
특히, 도 2 및 3을 보면, 다양한 실시예들에서, 유압 몸체(3)의 컵-형태의 부분(4)이 기본적으로 바람직하게는 실질적으로 원통형인 벽(4')에 의해 횡방향으로 구획된 하우징(4a)을 형성하는 지를 볼 수 있는데, 상기 하우징(4a)은 상응하는 내부 덕트(11)를 형성하는 각각의 관형 부분(5 및 6)들과 유체 연통하도록 연결된다. 다양한 실시예들에서, 센서 몸체(7)를 수용하도록 구성된 유압 몸체(3)의 영역에서, 시트(12)가 보호 또는 보상 요소(13)의 몸체를 위해 형성되며, 특히, 적어도 부분적으로 탄성적으로 변형가능하여 센서 장치(1)의 보호 장치에 속하는 몸체를 위해 형성되는데, 이는 밑에서 상세하게 기술될 것이다.
상기 예에서, 시트(12)는 몸체(3)의 컵-형태의 부분(4)의 바닥, 또는 센서 몸체(7)의 일반적으로 맞은편 위치에 형성된다.
센서 몸체(7)는 컵-형태의 몸체, 바람직하게는 센서 몸체가 장착되는 상응하는 영역과 짝을 이루는(mating) 주변 프로파일(주변 profile)을 가지는데, 여기서는, 하우징(4a)으로 즉 유압 몸체(3)의 부분(4)의 상응하는 실질적으로 원통형의 벽(4')으로 표시된다.
주변 프로파일의 특정 형태에 상관 없이, 센서 몸체(7)는 장치(1)의 탐지 부분을 포함하도록 형태가 형성되고, 센서 장치(1)의 적어도 민감성 광학 부분과 작동 가능하게 결합되도록 구성되며, 하나 이상의 상응하는 전기-광학 또는 광-전자 구성요소를 포함한다. 상기 예에서, 몸체(7)에 장착된 상기 탐지 부분은 전체적으로 도면부호 14로 표시된다.
다양한 실시예들에서, 탐지 부분(14)은 도 3에서 도면부호 15로 표시된 외부 하측 표면을 가진 센서 몸체(7)의 하나 이상의 바닥 또는 경계 벽(7a)을 포함하며, 이는 액체 물질의 함유(containment) 또는 통과를 위해 전술한 공간의 적어도 일부를 구획하도록 구성된다. 탐지 부분(14)은 바람직하게는 도 2에서 도면부호 16으로 표시된 상기 민감성 광학 부분을 위한 배치 부위(positioning site)를 포함하고, 이는 액체 물질로부터 분리된 경계 벽(7a)의 한 측면, 즉 표면(15)의 맞은편에 위치된 내측 표면에 형성된다. 밑에 기술되는 것과 같이, 다양한 실시예들에서, 배치 부위(16)는 벽(7a)의 표면 또는 내측면, 즉 광 복사(light radiation)의 전파를 위해 구성된 한 부분의 특정 형태를 포함한다.
도 4에서 보면, 바람직한 실시예들에서, 탐지 장치 또는 민감성 광학 부분은 광학 복사의 하나 이상의 이미터 및 광학 복사의 하나 이상의 리시버를 포함하며, 탐지 부분(14)은 광학 복사의 적어도 일부가 이미터로부터 리시버로 전파되도록 구성된다. 다음에서, 단순화를 위해, 전술한 광학 복사가 가시 광선의 주파수에 있다고 가정하지만, 본 발명의 구현을 위해 광학 복사의 주파수가 상이할 수도 있으며, 따라서 가시 광선의 빔 또는 레이에 대해서도 적용된다.
다양한 실시예들에서, 탐지 부분(14)은 적어도 굴절 및/또는 반사에 의해 광의 전파를 위해 구성된 재료의 적어도 일부로 제조되고, 이미터와 리시버 둘 모두는 전술한 부분(14)에 작동 가능하게 결합된다. 상기 재료는, 바람직하게는, 투명 재료, 예를 들어, 사이클로-올레핀 코폴리머(COC), 또는 폴리설폰(PSU), 또는 폴리프로필렌(PP), 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)로부터 선택된 재료이지만, 유리 또는 실리카 또는 실리콘을 포함하는 재료도 가능하다.
다양한 바람직한 실시예들에서, 이미터 및 리시버는 광학 배치 부위(16)에 장착된 단일 광학 모듈 부분이다. 탐지 부분(14)과 같은 이러한 광학 모듈은 본 출원인의 이름으로 출원된 WO 2017/149476 A에 따라 작동되고 얻어질 수 있다.
일반적으로, 그리고, 도 2-4를 보면, 상기 모듈은 전체적으로 도면부호 17로 표시된 지지 및 전기-연결 구조물을 가지는데, 이 구조물은 바람직하게는 일부분이 전기 절연 재료로 제조되고 일부분은 전기 전도성 재료로 제조된다. 특정 실시예에 상관 없이, 광학 모듈의 구조물(17)은 하나 이상의 광 리시버(21) 및 광 이미터(20)의 전기 연결 및 장착을 위해 사전배열된다(prearranged). 이미터(20)는 비-확산식 램버시안-방출 광원일 수 있는데; 예를 들어, 적절한 LED 및/또는 리시버(21)가, 가령, 이미터에 의해 생성된 광 방출을 탐지하기에 적합한 포토-다이오드 또는 포토-디텍터와 같은 2개의 개별 리시버를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 이미터(20) 및 리시버(21)는 각각 일반적으로 서로를 향하지만, 바람직하게는 각각의 축이 교차하도록 서로에 대해 일정 각도로 배열되는 발광 및 수용을 위한 활성 부분을 가진다. 이미터(20) 및 리시버(21)를 위한 상대적 위치 각도는, 탐지 부분(14)에 사용되는 재료의 타입에 따라, 채택하려는 광학 복사의 타입에 따라, 그리고, 탐지하려는 물질의 타입에 따라 실질적으로 좌우된다. 바람직한 각도는, 예를 들어, 본 명세서에서 인용되는 WO 2017/149476에 기재된 각도이다.
다양한 실시예들에서, 특히 광 빔을 선택하거나 집중시키기 위하여, 광학 필터 또는 공간 필터(20a)가 이미터(20)에 결합된다. 공간 필터(20a)는 기본적으로 광학 복사 또는 광을 투과할 수 없는 플라스틱 재료로 제조된 구성요소, 특히, 예를 들어, 구조물(17)에 고정되거나 또는 이미터(20)에 직접 장착된, 특히, 몰딩된 구성요소이다. 필터(20a)는, 바람직하게는, 이미터(20)의 광원의 맞은편 벽에 개구가 제공된 캡(cap)으로서 구성되며, 상기 개구는 이미터 자체에 의해 방출된 광 빔을 필터링하고 선택하거나 또는 집중하기 위해 사전배열된다.
광학 모듈, 즉 이미터(20) 및 리시버(21)를 장치(1)의 전자 장치, 특히 회로 지지부에 전기 연결하기 위해 사용되는 단자가, 지지 및 연결 구조(17)로부터 돌출된다. 이러한 단자들 중 몇몇 단자가 도 2-3 및 8-9에서 도면부호 17a로 표시되며, 전술한 회로 지지부는 PCB로 표시된다.
배치 부위(16)는 기본적으로 경계 벽(7a)의 내측면으로부터 돌출되는, 바람직하게는 수직으로 돌출되는 형태로 구성되며, 광학 프리즘의 실질적인 기능을 수행하도록 구성된다. 이러한 형태는 기본적으로 도 4에서 도면부호 22로 표시된 벽으로 구성되는데, 상기 벽은 벽(7a)과 동일한 재료, 특히 투명 재료 또는 사용된 광 또는 광학 복사에 투과할 수 있는 재료로 제조된다. 벽(22)은, 2개의 맞은편 종방향 에지들에서, 각각 이미터(20) 및 리시버(21)를 향하도록 구성된 2개의 경사진 횡방향 면 또는 표면(23a 및 23b)들을 형성한다.
다시 도 4를 보면, 다양한 실시예들에서, 벽(22)은 바람직하게는 서로에 대해 실질적으로 거울상(specular)인 2개의 직립 부분(22a 및 22b)들을 형성할 수 있도록 중간 공동에 의해 적어도 부분적으로 나뉜다. 전술한 중간 공동은 유리하게는 광학 모듈의 연결 및 지지 구조물(17)의 상응하는 부분을 수용할 수 있고, 2개의 직립 부분(22a 및 22b)들의 상측 단부들은 배치 부속부를 제공하도록 형태가 형성될 수 있으며, 이 배치 부속부들은 도면부호로는 표시되지 않았지만 도 4에서 명확하게 볼 수 있고, 도면부호 24로 표시되며 배치 부위(16)에서, 탐지 부분(14)에서 구조물(17)을 제자리에 고정하기 위해 사전배열된 차단 부재가 결합되도록 구성된다.
다양한 실시예들에서, 상기 부속부 및 부재(24)는 광학 모듈 즉 그 구조물(17)을 위치시키기 위한 탄성 요소(25)를 제자리에 고정시키기 위해 사용된다. 바람직하게는 금속 재료로 제조된 탄성 요소(25)는 전술한 부속부들에 고정할 수 있도록 탭이 있는 홀(도 2 및 3 참조)이 제공된 중앙 부분 뿐만 아니라 이미터(20) 및 리시버(21)가 장착된 영역들에서 광학 모듈의 구조물(17)에 탄성력을 제공하도록 구성된 일반적으로 구부러진 마주보는 탄성 암을 갖는다. 도 4를 보면, 탄성 요소(25)에 의해(즉, 2개의 맞은편 암에 의해) 제공되는 힘으로 인해, 이미터(20)의 한 면에서, 공간 필터(20a)가 경사 표면(23a)에 의해 표시된 광학 표면에서 지탱될 수 있으며 그에 대해 정확하게 위치된다. 리시버(21)의 측면에서, 요소(24)에 제공되는 힘으로 인해, 광학 모듈의 구조물(17)의 의도적으로 제공된 하측 돌출 부분(17b)이 경사 표면(23b)에서 지탱되고, 리시버(21)는 바람직하게는 그로부터 작은 거리에서 광학 표면(23b)을 향한 상태로 유지된다. 결과적으로, 도 4에서 볼 수 있듯이, 광학 모듈의 조립된 상태에서, 한편으로는 이미터(20) 및 다른 한편으로는 리시버(21)를 제공하는 2개의 포토-디텍터들은 각각 벽(22)의 경사 표면(23a 및 23b)들에 대해 일반적으로 평행하면서 서로 마주보도록 설정된다. 광학 표면(23a 및 23b)들의 경사는, 바람직하게는 광학 복사가 광의 입사 및 출사 표면들에 대해 가능한 최대한 수직 방향으로 횡단하여, 공기-고체 및 고체-공기 경계에서 반사를 최소화하도록 계산된다.
다양한 실시예들에서, 본 발명에 따른 센서 장치는 액체 물질의 온도 및 주변 온도, 가령, 장치 자체의 몸체(2) 내의 공기의 온도 중 하나 이상을 탐지하기 위해 하나 이상의 온도 센서를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 하나 이상의 온도 센서, 예를 들어, NTC 타입의 온도 센서는, 경계 벽(7a)의 내측 표면과 실질적으로 접촉하도록, 즉 배치 부위(16)가 형성되는 면과 동일한 면에 있도록 센서 몸체(7)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 예시된 경우(도 2, 3 및 9 참조)에서, 센서 몸체(7)는 온도 센서(31)의 탐지 부분을 위한 시트(30)를 형성하고, 상기 시트의 연결 핀 또는 단자(31a)들은 회로 지지부(PCB)에 전기적으로 연결된다.
다양한 실시예들에서, 가령, 본 명세서에서 예시된 한 실시예에서, 하나 이상의 온도 센서(31)에 의해 이루어진 측정은 온도 센서가 액체 물질과 직접 접촉하지 않는 경우의 간접 측정이다. 실제로, 다양한 실시예들에서, 하나 이상의 온도 센서(31)는 센서 몸체(7) 내에 수용되고 따라서 물질로부터 분리된 위치에 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이를 위하여, 다양한 실시예들에서, 지지부(PCB) 상에 구현된 장치(10)의 제어 회로 장치는 적어도 벽(여기서는 벽(7a))의 존재를 고려하여 수행된 온도 측정의 적절한 보상을 수행하도록 사전배열되며, 이는 온도 센서(31)와 액체 물질 사이에 설정된다(예를 들어, 회로 장치의 메모리에, 실험 분석에 따라 상응하는 수정 매개변수가 포함될 수 있음).
다시 도 1-3을 보면, 바람직하게는 축방향으로 중공인 케이싱 몸체(8)는 유압 몸체(3)와 결합하도록 구성된 하측 부분(8a), 및 뚜껑(10)이 결합되도록 구성된 상측 하우징 부분(8b)을 가진다. 하측 부분(8a)은 바람직하게는 유압 몸체(3)의 중앙 부분(4)의 프로파일과 실질적으로 상응하는 주변 프로파일, 여기서는 실질적으로 원통형의 프로파일을 가지며; 상기 예에서, 부분(8a)은 상기 컵-형태의 부분(4) 내에 부분적으로 수용되도록, 특히, 벽(4')에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이지만(예를 들어, 도 9 및 10 참조), 그 반대의 형상도 가능하다. 두 몸체 부분(8 및 3)들 사이의 상호 고정은 바람직하게는, 하지만 반드시는 아닌, 유체 기밀 방식으로, 임의의 적절한 방법으로, 예를 들어 용접, 접착, 나사 결합 또는 결합 메커니즘, 또는 베이오닛 결합 등의 방법으로 구현될 수 있다. 밑에서 볼 수 있듯이, 그 밖의 다른 실시예들에 따르면, 두 몸체(8 및 3)들은 서로에 대해 변위 가능하거나 이동 가능한 방식으로 결합될 수 있다.
바람직하게는, 케이싱 몸체(8)는 센서 몸체(7)에 기계적으로 고정되지만, 몸체(7 및 8)들은 또한 일체형으로 제조되거나 공동-몰딩될 수 있다(co-moulded). 다양한 바람직한 실시예들에서, 몸체(7 및 8)들은 실질적으로 스냅-작동 타입의 결합 및/또는 베이오닛 타입의 결합에 의해 함께 결합된 별개의 부분들로서 구성되지만, 함께 용접되거나 접착되는 것도 가능하다. 예시된 상기 예에서, 케이싱 몸체(8)의 하측 부분(8a)을 횡단하는 관통 공동의 내부 둘레를 따라, 센서 몸체(7)의 원통형의 주변 벽 외부에 형성된 각각의 시트(7b)들에 결합되도록 구성된 릴리프(8a1)가 제공되며, 상기 릴리프(8a1) 및 시트(7b)는 베이오닛 결합을 제공하기 위해 형태가 형성된다.
바람직하게는, 센서 몸체(7)와 케이싱 몸체(8) 사이에, 탄성 재료, 특히, 예를 들어, 도 2-3에서, 도면부호 26으로 표시된 엘라스토머 재료로 제조된 개스킷이 제공된다. 다양한 실시예들에서, 상기 개스킷(26)은 반드시 밀봉 기능을 수행하는 것은 아니며, 특히 베이오닛 결합, 또는 스냅-작동 결합, 또는 서로에 대해 미리 정해진 움직임을 가능하게 하도록 구성된 그 밖의 다른 타입의 결합 메커니즘에 의해 서로 구속될 때 센서 몸체(7)와 케이싱 몸체(8) 사이에 상대적으로 탄성적인 결합을 가능하도록 하기 위한 것이다. 개스킷(26), 여기서는, 실질적으로 평평한 링 형태로 형성된 개스킷은, 후술하는 몇몇 실시예들에서와 같이 어떠한 임의의 경우에서도 밀봉 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 9 및 10에서 알 수 있듯이, 개스킷(26)은 몸체(7) 및 몸체(8)의 하측 부분(8a)의 주변 부분들에 형성된 릴리프 또는 각각의 주변 스텝 사이에 설정될 수 있는데, 상기 예에서는, 하측 부분(8a)의 내측면에는 스텝(27)이 형성되고, 몸체(7)의 주변 벽의 외측면에는 환형 릴리프 또는 플랜지(28)가 형성된다.
몸체(8)는, 몸체(3)를 형성할 때 사용된 재료와 유사한 재료, 바람직하게는, 몰딩가능한 열가소성 재료(위에서 언급한 것과 같이, 바람직한 재료들은 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리설폰, 또는 사이클로-올레핀 코폴리머임)로 제조될 수 있다.
도 2에서, 케이싱 몸체(8)의 상측 부분(8b)이 어떻게 각각의 관통 공동을 형성할 수 있는 지를 볼 수 있으며, 관통 공동은, 뚜껑(10)과 함께, 센서 장치의 전기 및/또는 전자 구성요소의 적어도 일부를 위한 하우징을 구획한다. 한 바람직한 실시예에서, 상기 구성요소의 적어도 일부는 전술한 지지부(PCB)를 제공하는 전기 절연 기판에 장착된다. 지지부(PCB)는, 바람직하게는, 인쇄 회로를 제작하기에 적합한 재료, 가령, FR4 또는 이와 유사한 유리 섬유 타입의 복합 재료, 또는 세라믹 재료 또는 폴리머-기반 재료, 바람직하게는 몰딩가능한 재료로 제조된다. 유리하게는, 몸체(8)의 부분(8b)에 의해 형성된 하우징 내부에는 핀 또는 이와 유사한 요소와 같은 지지부(PCB)의 배열 및/또는 고정을 위한 요소(8b1)가 제공될 수 있다.
장치(1)의 탐지 및/또는 제어를 위한 전자 구성요소가 지지부(PCB)에 결합되며, 이는 이미터(20) 및 리시버(21)를 포함하는 광학 센서에 연결된다. 상기 구성요소는 바람직하게는 물질의 특징의 하나 이상, 가령, 물질의 품질 또는 조성, 및 가능하다면, 앞에서 언급한 것과 같이, 물질의 온도를 탐지하는 데 관한 신호의 취급 및 처리를 위한 구성요소들을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 상기 구성요소는, 전자 컨트롤러, 예를 들어 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러를 포함하며, 이는 바람직하게는 하나 이상의 처리 및/또는 제어 논리 유닛, 메모리 회로, 입력 및 출력을 포함하며, 그 중에서 아날로그/디지털 타입의 입력을 포함한다. 상기 구성요소는 액체 용액의 품질 및/또는 온도의 탐지에 관한 신호의 컨디셔닝 및/또는 처리를 위한 요소들을 포함한다.
바람직하게는, 장치(1)의 외부 전기 연결을 위한 상응하는 단자들이 지지부(PCB)에 연결되는데, 이 단자들은 도 8-10에서 부분적으로 볼 수 있으며, 도면부호 9a로 표시된다. 상기 단자(9a)들은, 앞에서 언급한 커넥터 몸체(9)와 함께, 예를 들어, 차량에 탑재된 시스템의 전자 제어 유닛에 대한 장치(1)의 외부 전기 연결을 위한 인터페이스 또는 커넥터를 제공한다.
앞에서 이미 언급한 것과 같이, 그리고, 도 9 및 10에서 부분적으로 볼 수 있듯이, 센서 몸체(7)는 유압 몸체(3)의 부분(4)의 벽(4')에 의해 주변 방향으로 구획된 하우징(4a)(도 2 참조)에 적어도 부분적으로 삽입되고, 임의의 경우에서, 바람직하게는 실질적으로 고정된 위치에서 몸체(3)에 결합되며, 경계 벽(7a)의 외측 표면(15)이 액체 물질과 접촉되고 즉, 물질의 함유 또는 흐름을 위한 공간의 적어도 일부를 구획한다. 이런 이유로, 다양한 실시예들에서, 2개의 몸체(3 및 7) 사이에는, 하나 이상의 밀봉 요소(32), 가령, 엘라스토머 재료로 제조된 밀봉 링이 제공된다. 예시된 상기 예에서, 요소(32)는 센서 몸체(7)의 주변 벽과 상기 하우징(4a)(도 2 참조) 내에 형성된 내측 원통형 벽(4b), 즉 벽(4')의 직경보다 작은 직경을 가지며 그와 동심인 벽 사이에 반경방향 타입의 밀봉부를 형성하도록 구성된다. 바람직하게는, 2개의 몸체(3 및 7)들 중 하나 이상은 전술한 밀봉 요소(32)의 배치를 위한 각각의 시트를 형성하며, 상기 예시된 예에서는(도 8-10 참조), 도면부호 7c로 표시된 상기 시트는 센서 몸체(7) 내에, 특히, 주변 벽의 외측면에 형성되는데, 요소(32)는 특히 몸체(3)의 상기 내측 원통형 벽(4b)의 내측면에서 작동하도록 구성된다.
또한, 몸체(3 및 7)들이 상호 정지를 위해 각각의 접합부 또는 대조 표면을 형성하는 것도 바람직하다. 다시, 도 8-10의 예를 보면, 유압 몸체(3)는 이러한 목적을 위해 전술한 내부 벽(4b)을 사용하며, 상측 단부에서, 개스킷(26)을 배치시키기 위해 사용되는 환형 릴리프 또는 플랜지(28)의 하측 표면이 지탱될 수 있다.
도 8-10에서, 장치(1)는 조립된 상태로 예시된다. 앞에 설명한 것과 같이, 다양한 실시예들에서, 센서 몸체(7)는 케이싱 몸체(8)에 고정되고(여기서는 베이오닛 결합을 통해)에, 케이싱 몸체(8)는 유압 몸체(3)에 고정된다. 몸체(7 및 3)들은 유체 기밀 방식으로 결합되며(여기서는 요소(32)에 의해) 몸체(7)의 하나 이상의 표면(여기서는 경계 벽(7a)의 외측 표면(15))이 탐지해야 하는 물질의 함유 또는 통과를 위해 공간의 적어도 일부를 구획한다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 광학 센서 장치는, 몸체(2) 또는 그 탐지 부분(14)의 적어도 일부의 임의의 가능한 손상 또는 변형(따라서 고장을 포함)을 방지하도록 구성된 보호 장치를 포함하며, 이는 물질의 부피 증가 또는 예를 들어 냉각의 경우에, 그에 따라 생성된 추력(thrust)에 의해 야기될 수 있다.
전술한 보호 장치는 적어도 부분적으로 탄성적으로 변형가능 하거나 항복가능한 몸체를 가지는 하나 이상의 보상 요소, 가령, 앞에서 언급한 것과 같이 도면부호 13으로 표시된 보상 요소를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 하나 이상의 보상 요소의 탄성적으로 변형가능한 몸체는 물질의 임의의 가능한 부피 증가를 보상하기 위해 수축하거나, 또는 적어도 부분적으로 가압될 수 있다. 그 밖의 다른 실시예들에서, 하나 이상의 보상 요소의 탄성적으로 변형가능한 몸체는 탐지 부분(14) 또는 이를 통합하는 몸체(7)의 가역적 변위를 가능하게 하기 위해 실질적으로 스프링으로 작동하고, 그에 따라 부피가 증가될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 하나 이상의 보상 요소의 탄성적으로 변형가능한 몸체는 엘라스토머 재료, 또는 탄성 및/또는 적어도 부분적으로는 압축성 폴리머로 제조되는데, 0.1 MPa 내지 1 GPa 사이, 바람직하게는 0.2 MPa 내지 100 MPa 사이, 매우 바람직하게는 0.5 MPa 내지 10 MPa 사이, 특히 1 MPa 내지 5 MPa 사이의 체적 탄성계수(bulk modulus)를 가진다. 바람직하게는, 사용되는 재료는, 5 쇼어 A 내지 100 쇼어 A 사이, 바람직하게는 10 쇼어 A 내지 70 쇼어 A 사이, 매우 바람직하게는 15 쇼어 A 내지 30 쇼어 A 사이의 경도를 가진다.
특히, 실리콘 재료, 가령, 실리콘 엘라스토머 또는 액체 실리콘 고무(LSR) 또는 플루오로 액체 실리콘 고무(FLSR), 바람직하게는 2-구성요소 재료(bicomponent material) 또는 2-구성요소 실리콘을 사용하여, 탄성적으로 변형가능한 몸체를 얻는 것이 유리하다. 다양한 실시예들에 따르면, 탄성적으로 변형가능한 몸체는 센서 몸체(7) 또는 유압 몸체(8)와 함께 공동-몰딩 되거나 오버몰딩 될 수 있다.
도 1-10에 예시된 경우에서, 보상 요소(13)의 몸체는 액체 물질과 접촉하도록 구성되는데, 이 목적을 위해, 앞서 말했듯이, 요소(13)는 몸체(3)의 관형 부분(5 및 6)들에 의해 형성된 덕트(11)들에 대해 실질적으로 중간 위치에 위치된 유압 몸체(3)에 형성된 상응하는 시트(12)에 위치된다. 보다 일반적으로는, 이러한 타입의 적용예에서, 전술한 탄성적으로 변형가능한 몸체가 유체 물질의 함유 또는 통과를 위한 공간의 적어도 일부를 구획하는 것이 바람직하다.
보상 요소(13)의 한 가능한 실시예가 도 5-7에 개략적으로 예시된다. 이들 도면에서, 요소(13)의 탄성적으로 압축가능한 몸체가 도면부호 40로 표시되는데, 상기 몸체는, 바람직하게는, 실질적으로 원형 프로파일을 갖는, 바닥 벽(41) 및 주변 벽(42)을 포함한다.
바닥 벽(41) 및/또는 주변 벽(42)은 바람직하게는 액체 물질의 존재 및/또는 흐름을 가능하게 하도록 구성된 공동 또는 통로(P)를 형성하도록 형태가 형성된다.
이를 위하여, 상기 예에서, 주변 벽(42)은, 바람직하게는, 하지만 반드시는 아닌, 직경 방향으로 맞은편 위치에 배열된 2개의 차단부(42a)를 가진다. 다시, 바람직하게는, 바닥 벽(41)은 중앙 영역(41a)에서 두껍도록 형태가 형성되는데, 보다 명확하게 하기 위하여, 측벽(42)의 차단부(42a)에서는 액체 물질의 유입 및 배출을 위한 램프(ramp) 형태의 경사 표면(41b)들로 형성된다. 또한, 차단부(42a)들에는, 예를 들어 유체-역학적 이유들로 인해 경사 벽들이 제공될 수 있다.
다양한 바람직한 실시예들에서, 탄성적으로 압축가능한 몸체(40)는 탐지 부분(14)의 상응하는 결합 부분 또는 보다 일반적으로는 센서 몸체(7)를 위한 하나 이상의 결합 시트를 형성한다. 바람직하게는, 몸체(40)의 적어도 일부는 몸체(7) 또는 탐지 부분(14)의 적어도 일부와 결합되도록 구성되거나 혹은 적어도 일부에 대해 실질적으로 상호보완적인 형태를 갖는다.
상기 예시된 경우에서, 예를 들어, 주변 벽(42)에 의해 둘러싸인 영역에서, 2개의 횡방향 시트(43)가 특히 바닥 벽(41)에서 형성되고, 이들 각각에, 센서 몸체(7)의 경계 벽(7a) 또는 바닥의 상응하는 하측 돌출 부분이 결합되며, 상기 돌출 부분은 예를 들어 도 3 및 4에서 도면부호 7d로 표시된다. 도 10으로부터, 장착 된 상태에서, 유압 몸체(3)에 형성된 상응하는 시트(12) 내에서 보상 요소(13)의 몸체의 축방향 위치를 보장할 수 있다는 점을 고려할 때, 전술한 하측 돌출 부분(7d)이 시트(43)에 어떻게 결합되는지 명확하게 알 수 있다. 대안으로, 시트(43)로서 형성된 영역은 릴리프로서 구성될 수 있고, 돌출 부분(7d)은 시트로 구성될 수 있거나, 혹은 임의의 경우에서 부분들 사이의 상호 결합 영역(바람직하게는, 실질적으로 미리 정해진 위치에서 고유한 결합을 가능하게 하고 또한 잘못된 위치에 설치될 임의의 위험을 방지하도록 구성된 형태 또는 영역)을 형성하도록 구성된 그 밖의 다른 형태 조합을 가질 수 있다.
유리하게는, 또한, 압축성 몸체(40)의 주변 벽(42)에는 탐지 부분(14) 또는 센서 몸체(7)의 상응하는 결합 부분들과 협력하도록 구성된 하나 이상의 시트들이 제공될 수 있다. 상기 예시된 경우에서, 예를 들어, 주변 벽(42)의 내측면에서, 직경 방향으로 맞은편 위치에서, 2개의 추가 시트(44)(도 7 참조)가 형성되며, 이들 각각에 몸체(7)의 상응하는 반경방향 돌출 부분이 결합되도록 구성되는데, 상기 돌출 부분들은 실질적으로 경계 벽(7a)에서 센서 몸체(7)의 주변 벽의 외측면에 형성된다. 이러한 반경방향 돌출 부분들은, 예를 들어, 도 4 및 10에서 도면부호 7e로 표시된다. 도 10으로부터, 장착된 상태에서, 보상 요소(13)의 반경 방향으로의 결합을 보장하기 위해, 또한, 센서 몸체(7) 및/또는 유압 몸체(3)에 대해 및/또는 상응하는 시트(12) 내에 배치하기 위해, 전술한 돌출 부분(7d)이 어떻게 시트(44)에 결합되는 지를 알 수 있다.
보상 요소(13)와 센서 몸체(7) 사이에 고정 및/또는 배치하기 수단은, 바람직하게는, 외부 하측 표면(15) 및/또는 광학 모듈의 구조물(17)에 대해 보상 요소(13) 자체의 미리 정해진 위치를 결정한다.
바람직하게는, 탄성적으로 압축가능한 몸체(40)와 센서 몸체(7) 사이의 상호 결합을 위한 수단(가령, 수단(44 및 7e))이 제공되는데, 이는 예를 들어 제작 단계에서 함께 결합된 2개의 요소들을 처리할 수 있는 데에도 유용하며, 대안으로, 탄성적으로 압축가능한 몸체(40)와 센서 몸체(7) 사이의 접착 또는 용접을 고려하는 것도 가능할 것이다.
유리하게는, 보상 요소 또는 압축성 몸체는 상호 위치 및/또는 결합 또는 고정을 위해 유압 몸체(3)의 결합 부분 또는 상응하는 형태와 협력하도록 구성된 형태(예를 들어, 시트 또는 릴리프에 의해)를 포함할 수 있는데, 바람직하게는, 이를 위해, 미리 정해진 위치에서만 부분들의 상호 조립(예를 들어, 몸체(40)의 벽(42) 및/또는 벽(41)을 시트(12)에 상호 배치 또는 고정)을 가능하게 하는 수단이 제공된다. 바람직하게는, 보상 요소 또는 탄성적으로 압축가능한 몸체를 유압 몸체(7)에 상호 고정하기 위한 수단, 가령, 결합 또는 용접 또는 접착 수단이 제공되며, 이러한 수단은 예를 들어 제작 단계에서 함께 결합된 2개의 요소들을 처리하는 데 유용하다. 특히, 보상 요소 또는 압축성 몸체를 유압 몸체(3)에 배치 및/또는 고정하기 위한 전술한 수단은, 센서 몸체(7) 및/또는 광학 모듈의 구조물(17) 및/또는 경계 벽(7a)의 외부 하측 표면(15)에 대해 보상 요소 또는 압축성 몸체의 위치를 결정한다.
예시된 상기 예에서, 몸체(7)의 전술한 하측 돌출 부분(7d) 중 하나 이상은 그 외측면에 하나 이상의 종방향 릴리프(7d1)(도 3 및 10 참조)를 가지며, 이는 탄성적으로 압축가능한 몸체(40)에 형성된 상응하는 시트(45)에 동일하게 결합될 수 있다.
부분(7d, 및/또는 7e, 및/또는 7d1)을 상응하는 시트(43, 및/또는 44, 및/또는 45)에 상기와 같이 결합하면, 또한 상응하는 시트(12) 내에서 몸체(40)가 회전하는 위험을 방지하거나, 또는 보상 요소(13)의 몸체(40)가 미리 정해진 위치에서만 상기와 같이 장착될 수 있게 한다.
한편, 시트(12) 내에는, 예를 들어 도 10에서 도면부호 12a로 표시된 하나 이상의 대조 릴리프(contrast relief)가 제공될 수 있으며, 그 위에, 몸체(40)의 바닥 벽(42)의 외측면에 형성된 상응하는 또는 상호보완적인 반경방향 리세스(46)(도 6-7 참조)가 결합되도록 구성된다.
예를 들어, 도 8-10에서 알 수 있듯이, 장치(1)의 조립된 상태에서, 보상 요소(13)는 탐지 부분(14)에 근접하게 및/또는 실질적으로 그 아래에 위치되며, 요소(13)의 몸체의 바닥 벽의 중앙 부분(41a)의 상측 부분은 센서 몸체(7)의 경계 벽(7a)의 외측면(15)에 근접하게 배열되거나 및/또는 향하고, 따라서 액체 물질이 흐를 수 있거나 또는 임의의 경우에서 직경 방향으로 요소(13)를 횡단하는 통로(P)에 존재할 수 있다.
위에서부터 알 수 있듯이, 요소(13)의 적어도 한 부분은 그로부터 일정 거리에서 외측 표면(15)을 향하며, 상기 두 요소 사이의 공간은 액체 물질에 의해 점유될 수 있다(occupied).
전술한 바닥 벽(41)(도 5-7 참조)의 중앙 부분(41a)이 바람직하게는 상대적으로 두껍거나 또는 릴리프 내에서, 한편으로는, 경계 벽(7a)에 의해 나타내어진 액체 물질을 위한 통로의 단면이 줄어들 수 있게 하고, 다른 한편으로는, 상기 벽(7a)에서 요소(13)의 몸체의 압축성 재료의 양을 정확하게 증가시킨다.
액체 물질에 대한 통로의 단면을 감소시키도록 형태가 형성된 바닥 벽(41)은 작은 두께의 동결 물질을 가질 수 있게 하여, 결과적으로 작게 팽창될 수 있게 하고, 경계 벽(7a) 방향으로 낮은 추력을 가질 수 있게 한다. 또 다른 관점에서 보면, 압축성 재료의 양의 증가 또는 큰 두께를 결정하도록 형태가 형성된 바닥 벽(41)은 더 큰 변형을 가능하게 하고, 따라서 특히 경계 벽(7a)의 방향과 반대 방향으로, 동결 물질의 팽창 및/또는 그에 따라 제공된 추력의 더 큰 보상을 가능하게 한다.
도시된 것과 같이, 상기 중앙 부분(41a)의 상류 및 하류에, 보상 요소(13)의 몸체(40)(도 5 참조)의 주변 벽(42)의 차단부(42a)들에서, 전술한 경사진 스트레치(41b)(도 5 및 9 참조)가 제공된다. 이런 방식으로, 입구 영역을 갖는 액체 물질을 위한 통로(P)를 사용할 수 있으며, 그 통로의 단면은 전술한 탐지 영역까지 감소하거나 좁아지고, 그 후에 액체 물질의 출구의 인접한 영역이 이어지며, 통로의 단면은 다시 넓어진다.
바람직하게는, 보상 요소 또는 압축성 몸체는, 보상에 의해, 보호 장치에 제공된 미리 정해진 탐지 영역에, 여기서는 실질적으로 경계 벽(7a)에 상응하는 위치에 액체 물질을 이송하기 위해 적어도 부분적으로(스트레치(41b) 및/또는 통로(P)에 대해) 얻어진다.
본 발명의 기본 원리는 보상 요소(13)를 포함하는 보호 장치가 없는 장치(100)의 경우를 나타내는 도 11-14, 도 11 및 13을 참조하여 설명되며, 도 12 및 14는 본 발명에 따른 장치(1) 즉, 보상 요소(13)를 포함하는 전술한 보호 장치가 제공된 장치를 예시한다.
앞에서 이미 언급한 것과 같이, 본 발명에 따라 제공되는 품질 센서의 일반적인 작동은 광 복사의 굴절/반사, 특히 전체 반사 임계각을 설명하는 광학 법칙에 연결됩니다. 그보다 특히, 이 작동 원리는 액체 물질의 굴절률이 액체 물질의 조성 또는 농도에 따르는 것에 기반한다. 따라서, 측정은 분석해야 되는 액체와 탐지 부분(14)이 형성되는 고체 재료(즉, 이미터(20)와 리시버(21)가 결합된 배치 부위(16) 및 경계 벽(7a)) 사이에서 굴절률이 상승되며, 두 매체 사이의 경계에서 전체 내부 반사의 원리를 이용하는 특징에 좌우된다. 달리 말하면, 공지 원리에 따라, 측정을 위해, 물질의 농도에 따라 달라지는 전체 반사의 임계각의 존재를 이용하는 것이 가능하다. 또한, 이 경우, 본 명세서에서 고려되는 타입의 장치에서도 사용될 수 있는 광학 탐지 원리를 상세하게 설명하기 위해 WO 2017/149476 A를 참조하면 된다.
극단적인 합성에서, 경계 표면(즉, 액체와 접촉하는 벽(7a)의 외측 표면(15))은 임계각 주위의 모든 관심 각도에서, 따라서 입사각이 임계각보다 크거나 작은 각도에서, 이미터(20)에 의해 조명된다(illuminated). 이런 방식으로, 2개의 영역, 즉, 전체적으로 반사된 광선에 의해 충돌되는 영역(임계각보다 큰 입사각을 가진 광선들로부터 나온) 및 낮은 강도를 특징으로 하는 영역 즉 부분적으로 반사된 광선에 의해 충돌되는 영역(임계각보다 작은 입사각을 가진 광선들로부터 나온)이 존재할 것이다. 따라서, 출력에서, 조명 강도가 높은 영역(전체 내부 반사) 및 강도가 낮은 영역(부분 반사) 사이에서 액체의 농도에 따라 분리되는 강도 범위를 얻을 수 있다. 따라서, 2개의 포토-디텍터(21)들를 사용하여, 출력 신호의 변화를 통해, 임계각의 변화, 및 결과적으로 액체 용액의 조성 또는 농도의 변화를 평가할 수 있으며, 궁극적인 분석에서는, 액체 용액의 품질을 평가할 수 있다. 이를 위하여, 포토-디텍터(21)들은, 반사광 빔의 각각의 한 부분을 수용하도록 배치되고, 하나의 포토-디텍터는 임계각보다 큰 입사각을 갖는 고강도 광에 의해 충돌되며, 다른 포토-디텍터는 반사된 빔의 "테일(tail)"에서 저강도 광에 의해 충돌된다.
위에서 언급한 것을 고려하면, 센서 장치의 적절한 작동, 즉 액체 물질의 농도 탐지의 정확성은 탐지 부분의 기하학적 형상(geometry)에 좌우되는데, 특히 이미터(20)와 리시버(21)의 축 및 표면(15) 사이의 각도, 즉 광학 표면(15, 23a 및 23b)들 사이의 상대적인 경사각에 좌우된다.
도 11 및 12는, 도면부호 LS에 의해 표시된 물질이 일반적인 액체 상태에 있는 것으로 이해되는 "정상 작동 상태"로, 장치(100 및 1)의 정상 작동 상태를 각각 도시한다. 두 경우 모두에서, 이미터(20)에 의해 방출된 방사선 빔(Re)은 물질(LS)과 외측 표면(15) 사이의 경계에 충돌하고, 그 뒤, 리시버(21)를 향하는 빔(Rr)에서 부분적으로 반사되는데, 각도는 물질(LS) 자체의 농도에 좌우된다. 앞에서 설명한 것과 같이, 리시버(21)로부터 출력되는 신호의 변화로부터 액체 물질(LS)의 품질을 평가하는 것이 가능하다.
도 13 및 14는 예를 들어 동결로 인한 액체 물질(LS)의 부피 증가의 경우를 예시한다. 이 현상에 대한 보다 즉각적인 이해를 위해, 동결 물질(LS)은 도 11 및 12의 액체 상태의 물질과 상이한 방식으로 나타내어 진다(채워진다). 실질적으로 유사한 상황이, 예를 들어, 소위 래밍(ramming)으로 인해 물질(LS)의 간헐적인 과압이 있을 때, 발생할 수 있다.
도 13은, 어떻게 장치(100)에서 물질(LS)의 부피 증가가 탐지 부분(14)에 제공되는 기계적 응력을 결정하여, 변형, 즉 외측 표면(15)(물질(LS)과의 경계에서) 및/또는 경사진 광학 표면(23a 및/또는 23b)의 기하학적 형상의 변화를 유발하는 지를 도시한다. 도 13에서는 이 현상을 보다 명확하게 나타내기 위해 변형 정도를 의도적으로 과장하고 있다는 점에 유의해야 한다.
도 13으로부터, 어떻게 표면(23a 및 23b)들 중 하나 또는 둘 모두 및/또는 표면(15)의 상기 변형이, 방출된 빔(Re) 및 반사된 빔(Rr)의 각도의 변화를 결정하는 지를 이해할 수 있을 것이다. 하지만, 이러한 변화는 액체 물질(LS)의 농도 변화에 좌우되지 않고, 단지 기계적 이유, 특히 물질의 부피 증가에 의해 결정된 응력 때문이다. 따라서, 이 경우 센서 장치 부분에서 탐지에 심각한 오류가 있을 것이다.
또한, 과도한 변형은 경계 벽(7a)의 고장으로 이어질 수 있으며, 결과적으로 전기 및/또는 광-전자 구성요소가 수용되는 영역에 액체가 침투하여 결과적으로 작동 오류가 발생할 수 있음은 자명하다. 상대적으로 부서지기 쉬운 재료 또는 낮은 탄성을 갖는 재료, 가령, 유리 또는 광학 빔에 투명한 특정 타입의 폴리머로 제조된 경계 벽(7a)의 경우, 파손 위험이 더욱 높아진다.
도 14로부터, 본 발명에 따른 장치(1)에서, 어떻게 액체 물질(LS)의 부피 증가가 경계 표면(15)에 대해 반대 방향으로 "완화"될 수 있는지를 즉 하부 방향으로 압축되는 보상 요소(13)에 의해 흡수되는지를 이해할 수 있을 것이다. 이런 방식으로, 탐지 부분(14)은 기계적 응력을 받지 않고, 그에 따라 기하학적 무결성(geometrical integrity)을 보호하며, 따라서 도 12에 예시된 경우에 대해(분명히, 물질(LS)의 농도에서 변동을 제외하고) 광선(Re 및 Rr)의 각도의 변동이 발생하지 않는다. 물질(LS)의 동결해제(unfreezing) 후에, 보상 요소(13)의 몸체(40)는, 도 12에 도시된 것과 같이, 다시 탄성적으로 자체의 초기 형상으로 형성될 수 있어서, 보호 기능을 복원할 수 있다.
물론, 장치(100)의 경우, 물질(LS)이 동결해제 되어 액체 상태로 복귀하면, 탐지 부분(14)은 더 이상 전술한 기계적 응력을 받지 않게 된다. 하지만, 고장이 발생하지 않은 경우, 물질의 부피 증가에 의해 유도된 기계적 응력으로 인해 센서 몸체의 재료의 탄성 거동의 임계값 초과가 발생할 수 있는데(예컨대, 재료의 항복 또는 가소성 변형의 임계값에 도달), 즉, 영구적인 변형을 일으킬 수 있으며, 이 경우, 탐지 부분(14) 및/또는 경계 벽(7a)의 적어도 일부는 원래의 기하학적 구성을 다시 가지지 않을 수 있다.
결과적으로, 탐지 부분을 형성하는 재료가, 비록 상대적으로 단단하더라도, 최소한의 탄성을 나타낼 수 있지만, 전술한 기계적 응력은 표면(15) 및/또는 표면(23a 및/또는 23b)들의 기하학적 형상을 비가역적인 방식으로 변형할 수 있지만, 오류 탐지는 불가피하다. 이 문제는 본 발명에 따른 장치에서 방지된다.
다양한 실시예들에서, 광학 센서 장치(1)는 각각 탄성적으로 변형가능한 및/또는 적어도 부분적으로는 압축성 몸체를 갖는 2개 이상의 보상 부재를 포함한다.
도 15 및 16은, 본 발명에 따른 장치에서 사용될 수 있으며 도면부호 131 및 132로 표시된 2개의 보상 요소의 가능한 실시예의 개략도이다.
각각의 요소(131 및 132)들은 각각의 탄성적으로 변형가능한 몸체(40)를 가지며, 그 주변 프로파일은 실질적으로 원형 섹터 또는 세그먼트와 같은 형상을 갖는다. 또한, 이 경우, 각각의 몸체(40)는 바닥 벽(41) 및 그 자체의 주변 벽을 가지며, 종방향 벽 부분(42')에 의해 단부에서 반경을 가진 아치형 벽 부분(42)을 포함한다.
또한, 이 경우, 각각의 몸체(40)는 도 5-7을 참조하여 도면부호 43, 44, 45 및 46에 의해 표시된 것과 동일한 하나 이상의 시트를 형성할 수 있거나, 또는 상이한 및/또는 추가 위치 및/또는 고정 수단을 형성할 수 있다. 요소(131 및 132)는, 특히 상응하는 아치형 벽 부분(42)의 반경 방향으로 크기가 형성되고, 특정 거리에서 서로를 향하도록 설정된 종방향 벽 부분(42')과 함께 유압 몸체(3)에 제공된 시트(12) 내에 수용될 수 있으며, 이러한 방식으로 액체 물질을 위한 통로(P)가 2개의 벽 부분(42')들 사이에 형성된다.
도 17-19에서, 조립된 상태에 있는 보상 요소(131 및 132)를 볼 수 있으며, 이러한 요소가 이전 실시예들의 단일 보상 요소(13)를 실질적으로 대체하기 위해 시트(12) 내에 어떻게 배치되는 지를 유의해야 한다. 요소(131 및 132)는, 종방향 벽 부분(42')이 서로를 향해, 바람직하게는 액체 물질의 주 흐름 방향(즉, 유압 몸체(3)의 2개의 관형 부분(5 및 6)들을 연결하는 방향)으로 연장되어, 예를 들어, 도 19에서 명확하게 볼 수 있는 것과 같이 통로(P)를 형성하도록 시트(12)에 위치된다. 물론, 단일 시트(12) 대신에, 전술한 배치를 가능하게 하기 위해 각각의 요소(131 및 132)에 대해 하나씩, 2개의 별개의 시트가 제공될 수 있다.
도 15-19에 예시된 보호 장치의 작동은 앞에서 이미 설명한 것과 실질적으로 유사하다. 예를 들어, 도 20에는, 장치(1)의 정상 작동 상태, 즉 물질(LS)가 액체 상태에 있는 상태가 개략적으로 도시된다. 이미터(20)에 의해 방출된 방사선 빔(Re)은 물질(LS)과 외측 표면(15) 사이의 경계에 충돌하고, 리시버(21)를 향하는 빔(Rr)에서 부분적으로 반사되는데, 각도는 물질(LS)의 농도에 좌우된다.
도 21은 예를 들어 동결로 인한 물질(LS)의 부피 증가의 경우를 예시한다. 이 경우, 물질(LS)의 부피는 액체 상태에 있을 때 물질 자체가 뒤따르는 방향을 횡단하는 방향으로 주로 증가될 수 있으며(즉, 덕트(11) 사이에서 흐름의 정상 방향을 횡단하고) 이는 즉 2개의 보상 요소(131 및 132)에 의해 흡수되며, 하나는 우측으로, 다른 하나는 좌측으로(도면에서 볼 때), 부분적으로는 수직 방향으로 압축된다. 이런 방식으로, 탐지 부분(14)은 기계적 응력을 받지 않으며, 앞서 설명한 것과 같이, 그 방출 및 반사 각도의 정확성 및 기하학적 무결성을 보호한다. 또한, 이 경우, 물질(LS)의 동결해제 후, 보상 요소(131, 132)의 몸체(40)는 도 20에 도시된 것과 같이 다시 탄성적으로 초기 형상으로 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 본 발명에 따라 제공된 보호 장치는 탐지 부분(14)을 지탱하는 장치의 몸체 부분이 동일한 몸체의 또 다른 부분에 대해 제1 위치로부터 제2 위치로 변위될 수 있도록 구성될 수 있으며, 액체 물질의 가능한 부피 증가에 따라, 상기 변위는 보상 요소의 탄성적으로 변형가능한 몸체의 탄성 변형에 의해 허용된다.
이러한 타입의 실시예는 도 22 및 23에 개략적으로 예시된다. 도 22의 장치(1)는 이전에 기술된 실시예들의 구성과 대체로 유사한 구성을 갖는다. 첫 번째 차이점은, 센서 몸체(7)가 유압 몸체(3)에 대해 안내되는 방식으로 결합되며 즉, 유압 몸체에 대해 제어된 방식으로 이동될 수 있다는 점이다. 이를 위하여, 해당 두 몸체 사이에는, 예를 들어 실질적으로 텔레스코픽(telescopic) 방식으로 한 몸체가 다른 몸체에 대해 축방향 슬라이딩 이동(axial sliding)을 가능하게 하는 적절한 안내 수단이 제공될 수 있다. 상기 예에서, 센서 몸체(7)는 안내된 몸체(guided body)로서 기능하며, 유압 몸체(3)는 안내 몸체(guide body)로서 기능하고, 이를 위해 높이가 더 발달하는 부분(4)을 가진다.
보다 특히, 도 22를 보면, 컵-형태의 부분(4)을 횡방향으로 구획하는 주변 벽(4')은 케이싱 몸체(8)의 하측 부분(8a)을 그리드(grid) 할 수 있도록 이전에 예시된 것보다 더 높으며, 케이싱 몸체는 이전 실시예들의 경우와는 달리, 유압 몸체(3)에 고정되지 않는다.
앞에서 설명한 것과 같이, 센서 몸체(7)가 바람직하게는 케이싱 몸체(8)에 고정된다는 것을 고려하면, 몸체(3)에 대한 몸체(8)의 축방향 변위는 결과적으로 몸체(3)에 대한 센서 몸체(7)의 축방향 변위를 야기하고, 그 반대로 마찬가지라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이러한 변위를 가능하게 하기 위해, 장치(1)의 몸체가, 예를 들어 임의의 경우에서 보상 요소를 수용하거나 및/또는 협력하도록 형태가 형성되거나 또는 중공의 추가 외측 몸체 부분, 가령, 도면부호 50으로 표시되고, 이하 "외측 몸체"로도 지칭되는 몸체 부분을 고려하는 것이 바람직하다. 상기 예에서, 외부 몸체(50)는 상측 벽(51) 및 각각의 주변 벽(52)을 가지며, 상기 주변 벽은 바람직하게는 원통형이고 케이싱 몸체(8)의 상측 부분(8b)을 둘러싼다. 외측 몸체(50)는 유압 몸체(3)에 고정되고, 상기 예에서, 외부 몸체(50)의 벽(52)은 몸체(3)의 컵-형태의 부분(4)의 주변 벽(4')의 상측에 고정된 돌출 부분 또는 플랜지(52a)를 가진다.
상기 예에서, 보호 장치에 속하는 보상 요소는 몸체(50 및 8)들 사이에 설정되고 몸체(50) 및 몸체(7)를 몸체(3)의 내부를 향해 밀어 넣도록(또는 적어도 그들을 그 자리에 유지하도록) 장착되는 탄성 요소로 나타나며, 특히 몸체(8)의 부분(8a)의 하측 단부는 몸체(3)의 벽(4b)의 상측 단부에 지지된다. 예시된 특정 경우에서, 보상 요소는 바람직하게는 금속 재료로 제조된 몸체(403)를 가진 스프링(133)으로 표시된다. 바람직한 실시예들에서, 가령, 상기 예시예에서, 스프링(133)은 벨빌 스프링(Belleville spring)이지만, 그 밖의 다른 타입의 스프링, 가령, 리프 스프링, 웨이브 스프링 또는 나선형 스프링일 수도 있다. 상기 예에서, 벨빌 스프링(133)은 몸체(50)의 상측 벽(51)과 케이싱 몸체(8)의 상측 뚜껑(10) 사이에, 바람직하게는 적어도 약간의 사전-하중 상태에서 설정되지만, 스프링은 상이하게 배치될 수 있거나, 또는 복수의 스프링 또는 그 밖의 다른 탄성 요소들로 대체될 수 있다. 벽(51)과 뚜껑(10) 사이의 하우징 공간은 스프링(133)을 위한 배치 시트(123)를 형성하도록 적어도 부분적으로 형태가 형성될 수 있다.
이러한 장치는 스프링(133)에 의해 표시된 보상 요소의 작동이 센서 몸체(7)를 제1 축방향 작동 위치에 유지하는 효과를 갖도록 구성된다.
광학 탐지 모드에 관해 장치(1)의 작동은 앞에서 이미 설명한 것과 유사하다.
도 22는 물질(LS)가 액체 상태에 있는 경우를 예시하고, 도 23은 물질(LS)가 동결되어 결과적으로 부피가 증가하는 경우를 예시한다. 또한, 이 경우, 보호 장치의 작동 원리를 보다 명확하게 이해할 수 있도록 물질(LS)의 부피 증가를 의도적으로 과장하였다.
도 23에서 알 수 있듯이, 물질(LS)의 부피 증가는 센서 몸체(7) 및 이에 결합된 케이싱 몸체(8)를 상부 방향으로 밀어서, 스프링(133)에 의해 구성되는 보상 요소의 탄성 반응력을 극복하는 효과를 가진다. 스프링(133)은 이를 위하여 미리 정해진 반응력을 가지며, 특히 장치(1)의 정상 작동 상태 동안에는 압축을 겪지 않고, 대신에, 이례적인 상태, 가령, 보상 시스템의 작동에 들어가기 위해 액체의 동결과 같은 상태에서의 압축을 겪도록, 미리 정해진 반응력을 가진다.
따라서, 몸체(8)는, 고정된 몸체 부분들에 대해, 즉 점진적으로 평평해지는 벨빌 스프링(133)으로, 몸체(3)에 대해(컵-형태의 부분(4)에 대해서는 실질적으로 텔레스코픽 방식에 있고) 외부 몸체(50)에 대해 상부 방향으로 슬라이딩 이동될 수 있다. 물론, 필요한 상대적인 축방향 변위를 정밀하게 안내하고 그와 동시에 각운동 또는 회전 운동을 방지하기 위하여, 적절한 안내 수단이, 몸체(3 및 8) 사이에 및/또는 몸체(3 및 7) 사이에 및/또는 몸체(8 및 50) 사이에 제공될 수 있다.
도 23에 예시된 제2 축방향 위치로 센서 몸체(7)가 이동되기 때문에, 탐지 부분(14) 및/또는 경계 벽(7a)은 물질(LS)의 부피 증가에 의해 기계적 응력을 받지 않으며, 따라서 이전에 예시 된 다른 실시예들에서와 같이 기하학적 무결성을 보호한다. 마찬가지로, 물질(LS)의 동결해제 과정에서, 즉 얼음으로 인한 추력이 감소하거나 및/또는 중단됨에 따라 스프링(133)은 초기 형상으로 탄성적으로 복귀하려는 경향이 있으며 몸체(7-8)들을 도 22에예시된 각각의 초기 위치로 복귀시킨다.
고정된 유압 몸체(3)에 대한 센서 몸체(7)의 이동에 대한 대안으로서, 장치의 구조물이 역 변위, 즉 고정된 센서 몸체에 대한 유압 몸체의 이동 가능성을 가능하게 하는 것으로 고려될 수 있다.
도 24 및 25는 추가적인 가능한 실시예를 예시하고 있는데, 이 실시예에서, 장치(1)의 보호 장치의 작동이 실질적으로 도 22 및 23을 참조하여 기술된 실시예들에 대해 설명된 동일한 원리에 기초하며, 즉 탄성 방식으로 변형가능한 보상 요소의 작동에 대한 탐지 부분(14)을 지지하는 몸체 부분의 제어된 변위 가능성에 기초한다.
또한, 상기 예에서, 보호 장치에 속하는 보상 요소는 몸체(50 및 8)들 사이에 설정되고 몸체(50) 및 몸체(7)를 몸체(3)의 내부로 밀어 넣거나 또는 그들을 그 자리에 유지하도록 장착되는 탄성 요소로 나타나며, 특히 몸체(8)의 하측 부분(8a)의 하측 단부는 몸체(3)의 벽(4b)의 상측 단부에 지지된다.
도 22-23의 경우와 비교했을 때, 보상 요소의 타입, 여기에서는, 탄성 환형 요소로 표현되는 보상 요소의 타입 및 몸체(8 및 50) 사이에서의 위치가 변경된다. 전술한 탄성 환형 요소는 개스킷으로서도 작동될 수 있으며, 따라서 다양한 실시예들에서, 하나 이상의 보상 요소가 밀봉 요소 등에 의해 구성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 24에 예시된 경우에서, 보상 요소는 도면부호 134로 표시되는 탄성 환형 요소, 가령, 예를 들어 O-링 타입의 탄성 환형 요소, 바람직하게는 엘라스토머 재료 또는 탄성 폴리머로 제조되며 개스킷과 같이 거동할 수 있고 유체 기밀성을 보장하는 탄성 환형 요소이다. 이 환형 요소(134)는 도면부호 32로 표시된 밀봉 요소와 전체적으로 유사할 수 있지만, 요소(32)는 기본적으로 몸체(3 및 7)들 사이에서 반경 방향으로 유체 기밀성을 보장하도록 구성되며, 환형 요소(134)는 밀봉 기능을 반드시 수행할 필요는 없고, 밀봉 기능을 하며, 특히 본 발명에 따른 보상을 위해 축방향으로 탄성적으로 압축되도록 구성된다.
예시된 예를 보면, 환형 요소(134)는 케이싱 몸체(8)의 외측면, 특히 상응하는 시트(124)(여기서는 몸체(8) 자체의 부분(8a 및 8b)들 사이에 형성된 스텝에 의해 제공된)에 설정되어, 외측 몸체(50)의 주변 벽(52)의 플랜지(52a)와 위에서 접촉할 수 있다. 위에서부터 알 수 있듯이, 환형 요소(134)가 축방향으로 압축되지 않은 상태에서, 몸체(8) 및 몸체(7)를 유압 몸체(3)의 내부를 향해 밀거나 또는 도 21에 대해 이미 설명한 것과 유사한 제1 작동 위치에서 그들을 그 자리에 유지한다.
도 25는 물질(LS)의 동결 및 그에 따른 부피 증가의 경우를 개략적으로 예시한다. 위에서부터 알 수 있듯이, 또한, 이 경우에서도, 물질(LS)의 부피 증가는 센서 몸체(7)를 밀고 그에 따라 케이싱 몸체(8)를 상부 방향으로 밀어서, 환형 요소(134)의 탄성 반응력을 극복하는 효과를 가진다. 따라서, 몸체(8)는 축방향으로 점진적으로 압축되고 반경방향으로 팽창되는 환형 요소(134)와 함께 몸체(3) 및 외측 몸체(50)에 대해 상부 방향으로 슬라이딩 이동될 수 있다. 또한, 이 경우, 필요한 상대적인 축방향 변위를 안내하고 그와 동시에 각운동 또는 회전 운동을 방지하기 위하여, 몸체(3 및 8) 사이에 및/또는 몸체(3 및 7) 사이에 및/또는 몸체(8 및 50) 사이에 적절한 수단이 제공될 수 있다.
도 25에 예시된 제2 축방향 위치에서 센서 몸체(7)의 변위로 인해, 탐지 부분(14) 및/또는 경계 벽(7a)은 임의의 기계적 응력을 받음으로써, 이전에 예시된 다른 실시예들에서와 같이, 기하학적 무결성을 보호한다. 물질(LS)의 동결해제 과정에서, 개스킷(134)은 축방향으로 팽창된 초기 형상으로 탄성적으로 복귀하려는 경향이 있으며, 이에 따라 몸체(7-8)가 도 24에 예시된 각각의 초기 위치로 복귀하게 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
마찬가지로, 도 24-25에 예시된 타입의 실시예들에서, 보상 요소가 복수의 축방향으로 변형가능한 탄성 요소들, 예를 들어 몸체 부분(8)의 주변 또는 외주를 따라 서로로부터 일정 거리에 설정된 탄성 요소들로 대체될 수 있다는 점을 고려할 때, 보상 요소는 반드시 탄성 환형 요소로 구성될 필요는 없다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이 경우, 예를 들어, 몸체(8)의 부분(8a 및 8b)들 사이에 형성된 스텝에서, 각각의 나선형 스프링 또는 그 밖의 다른 탄성 요소(예를 들어, 고무 패드)의 하측 단부를 내부에 수용하는 시트가 제공될 수 있으며, 상기 스프링 또는 그 밖의 다른 탄성 요소의 하측 단부에서 플랜지(52a)의 하측 표면이 지탱된다.
탄성 환형 요소(134)는 환형 몸체 또는 몸체(50 및 8) 중 하나 이상과 공동-몰딩되거나 오버몰딩된 엘라스토머 재료로 제조된 복수의 탄성 요소로 대체될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 멤브레인 형태의 엘라스토머 재료로 제조된 환형 몸체는, 예를 들어, 요소(134)를 대체하기 위해, 몸체(3 및 8) 중 하나 이상에서 또는 몸체(3 및 8) 사이에서 오버몰딩 될 수 있으며, 외측 몸체(50)가 반드시 필요하지 않게 된다.
전술한 것과 같이, 본 발명에 따른 센서 장치의 보호 장치의 하나 이상의 보상 요소는 밀봉 요소 등의 형태의 탄성 요소로 구성될 수 있다. 이 경우, 장치의 몸체의 상이한 부분들 사이의 유압 밀봉을 보장하기 위해 사용되는 하나의 동일한 요소가 보상 요소로 기능할 수 있다.
예를 들어, 도 26-27은 도 24-25를 참조하여 설명된 타입의 요소(134)가 몸체(8 및 50) 사이에서 밀봉 요소로서 사용되고 보상 요소로서 사용되는 실시예를 예시하는데, 이전 실시예들의 밀봉 요소(32)는 생략된다. 이러한 타입의 적용예에서, 그리고 밀봉 요소(32)와는 달리, 요소(134)는 몸체(8 및 50) 사이에 일반적으로 축방향 타입의 밀봉을 제공하도록 사전배열된다.
도 26은, 밀봉 요소(32)가 제공되지 않기 때문에 액체 상태의 물질(LS)이 몸체(3, 7, 8 및 50) 사이에 존재하는 틈(gap)으로 개스킷(134)의 시트(124)까지 침투할 수 있다는 차이점을 제외하고는 도 24에 예시된 상태와 유사한 상태를 예시하며, 축방향 밀봉의 작용은 물질(LS)이 몸체(8)의 상측 부분(8b)를 향해, 즉 몸체(50) 내부를 향해 통과하는 것을 방지한다. 물질(LS)은 개스킷(26)에 의해 상기 몸체들 사이에 제공되는 밀봉 작용을 고려할 때 몸체(7 및 8) 내로 침투할 수 없다는 점에 유의해야 한다.
도 27은 액체 물질(LS)의 동결 및 그에 따른 부피 증가의 경우를 예시한다. 도 25의 경우에서와 같이, 물질(LS)의 부피 증가는 그 밖의 다른 센서 몸체(7) 및 케이싱 몸체(8)를 상부 방향으로 밀어서 보상 및 밀봉 요소(134)의 탄성 반응력을 극복하는 효과를 가진다. 따라서 몸체(8)는 몸체(4) 및 외부 몸체(50)에 대해 상부 방향으로 슬라이딩 이동되며, 개스킷(134)은 축방향으로 점진적으로 압축되고 그와 동시에 반경방향으로 팽창되어, 몸체(3, 8 및 50) 사이를 밀봉한다. 또한, 이 경우, 필요한 상대적인 축방향 변위를 안내하고 그와 동시에 각운동 또는 회전 운동을 방지하기 위하여, 몸체(3 및 8) 사이에 및/또는 몸체(3 및 7) 사이에 및/또는 몸체(8 및 50) 사이에 적절한 수단이 제공될 수 있다.
전술한 실시예들에서와 같이, 도 27에 예시된 제2 축방향 위치에서 센서 몸체(7)의 변위로 인해, 탐지 부분(14)은 기계적 응력을 받지 않으며, 물질(LS)의 동결해제 과정에서 보상 및 밀봉 요소(134)는 그 초기 형상이 축방향으로 팽창된 탄성 방식으로 복귀하려는 경향이 있으며, 이에 의해 몸체(7-8)가 도 26에 예시된 각각의 초기 위치로 복귀하게 한다.
또한, 이 경우에, 보상 및 밀봉 요소(134)는 몸체(50 및 8) 사이에서 또는 몸체(3 및 8) 사이에서 공동-몰딩 되거나 오버몰딩 된 엘라스토머 재료로 제조된 환형 몸체로 대체될 수 있다(몸체(3 및 8) 사이에서의 경우 외측 몸체(50)가 필요하지 않을 수 있음).
도 24-25 및 26-27의 실시예를 보면, 외측 몸체(50)의 플랜지(52a)가, 예를 들어, 주변 벽(4')의 상측 영역에서, 유압 몸체(3)에 의해 직접적으로 형성된 기능적으로 유사한 부분으로 대체될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 이러한 관점에서, 보상 및 밀봉 요소(134)는 또한 몸체(8)와 몸체(3) 사이에서 협력하는 것으로 이해할 수 있다.
보다 일반적인 용어로서, 앞에서 도면부호 134로 표시된 것과 동일한 기능을 갖는 개스킷 또는 이와 유사한 요소(이미 언급한 것과 같이, 심지어 오버몰딩된 타입도)가, 고정된 몸체 부분(가령, 예컨대, 몸체(3) 및/또는 몸체(50)) 및 이동가능한 몸체 부분(가령, 예를 들어, 몸체(7 및/또는 몸체(8)) 사이에서, 보상 요소로 작동하거나 보상 및 밀봉 요소로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 26-27의 요소(134)의 기능을 수행하는 개스킷 또는 보상 요소가 상기 요소의 간단한 기하학적 변형으로 몸체(3 및 7)들 사이에 기능적으로 설정될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 24-25 및 26-27의 실시예들의 경우에서 볼 때, 예를 들어, 벽(4')의 상측 영역의 외부에 그리드를 두는 각각의 부분을 가지고 유압 몸체(3)에 고정될 수 있으며 이 경우, 예를 들어, 두 몸체 사이의 고정은 나사 결합 타입이거나 베이오닛 결합 타입으로 구성될 수 있는 링 너트(ring nut) 또는 이와 유사한 환형 요소로 대체될 수 있다는 점에서, 외부 몸체(50)가 반드시 박스-형태의 구성을 가질 필요는 없다는 점에 유의해야 한다.
개스킷 또는 밀봉 요소(32 및/또는 134)는 바람직하게는 실질적으로 타원형 횡단면을 가지지만, 실질적으로 원형 또는 실질적으로 정사각형 횡단면도 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다.
통상의 기술자에 의해, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 명세서에 한 예로서 설명된 광 센서 장치에 대해 다양한 변형이 이루어질 수 있음이 분명하다. 일 실시예에 대해 설명된 개별적인 특성이 이전 예에서 설명 된 것과는 다른 본 명세서에 설명된 다른 실시예들에서 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 마찬가지로 자명하다.
본 발명의 주제를 형성하는 설명된 광학 센서 장치는, 예를 들어, 미리 정해진 임계각 및/또는 광학 장치의 타입에 관한 명백한 구조적 변형을 통해, 연료의 특성들을 탐지하기 위해 및/또는 연료의 혼합물, 가령, 휘발유-에탄올 혼합물 또는 디젤-바이오디젤 혼합물을 구별하기 위해, 또는 연료 또는 일반 액체의 가능한 오염을 탐지하기 위해 사용될 수 있다. 게다가, 이미 언급한 것과 같이, 본 발명에 따른 센서 장치는 자동차 이외의 그 밖의 장치에도 적용할 수 있다.
본 발명은 일반적인 덕트로 흐르는 액체 물질의 특성을 탐지하는 데 사용되는 장치를 특히 참조하여 설명되었지만, 앞서 언급했듯이, 본 발명의 기본 원리는 액체 물질의 용기, 가령, 탱크에 적용될 수 있는 광학 센서 장치를 제공하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명은 반사각의 변화 이외의 원리에 기초하거나 품질 또는 농도의 탐지와는 다른 목적을 갖는 광학 센서의 경우에도 적용될 수 있다.
또한, 장치의 탐지 부분에는 광학 방사의 이미터와 리시버 모두가 반드시 결합될 필요는 없다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 가능한 변형 실시예들에서, 장치는 2개의 공간적으로 구별되는 탐지 부분을 포함 할 수 있으며, 그 사이에는 물질이 탐지되는 흐름이 있고, 하나 이상의 이미터의 한 부분과 하나 이상의 리시버가 다른 부분에 결합된다. 따라서, 본 발명은, 하나 이상의 보상 요소에 결합된, 광학 리시버 및 광학 이미터 중 하나 이상 및 광학 복사에 투명한 하나 이상의 몸체 부분을 포함하는 광학 센서와 같이, 설명된 타입의 장치의 일부 부분만을 언급할 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 보상 요소 또는 하나 이상의 보상 요소는 몸체 부분의 얇은 부분(예를 들어, 몸체(7 및 8) 사이의 연결을 위한 부분)으로 구성될 수 있거나, 또는 도 22-23, 24-25 또는 26-27을 참조하여 설명된 방식으로 보호 장치의 작동을 가능하게 하기 위해, 즉 광학 장치를 지탱하는 몸체 부분(14)의 가역적 변위를 가능하게 하기 위해, 임의의 경우에서 탄성 요소와 같이 작동하도록 사전배열될 수 있다.
이동식 센서 몸체가 있는 장치에서는, 보상 요소는 부피나 압력이 증가하는 물질의 추력 하에서 팽창되며, 따라서, 물질이 동결해제 되거나 정상 작동 압력으로 복귀할 때(즉 예시된 것과 반대로 작동하는 스프링), 초기 위치를 향해 센서 몸체를 끌어 당기는 스프링 또는 이와 유사한 탄성 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 기본 원리는, 동결의 경우 및/또는 압력이 증가하는 경우 부피가 증가할 수 있는, 액체 이외의 유체 물질(예를 들어, 기체)의 경우에도 적용될 수 있다. 위에서 언급한 것과 같이, 설명된 보호 장치는 과압으로 인해 장치의 보다 정교한 유압 부분 내에서 물질의 부피 증가를 방지하는 데에도 사용할 수 있다.
Claims (17)
- 유체 물질의 하나 이상의 특성을 탐지하기 위한 광학 센서 장치(1)로서, 광학 센서 장치(1)는 하나 이상의 탐지 부분(14)을 갖는 장치 몸체(2)를 포함하고, 광학 복사(Re, Rr)의 리시버(21) 및 이미터(20) 중 하나 이상을 포함하는 민감성 광학 부분이 상기 탐지 부분에 연결되며,
하나 이상의 탐지 부분(14)은 광학 복사(Re, Rr)에 대해 투명한 재료로 제조되고 내측 표면(23a, 23b) 및 외측 표면(15)을 가지며, 외측 표면(15)은 유체 물질(LS)과 접촉되도록 구성되고 내측 표면(23a, 23b)은 유체 물질로부터 분리되도록 구성되며,
민감성 광학 부분의 이미터(20) 및 리시버(21) 중 하나 이상은 탐지 부분(14)의 내측 표면(23a, 23b)에 광학적으로 결합되어, 광학 복사(Re, Rr)는 특히 유체 물질의 특성에 따라 가변적인 강도 및/또는 각도로 탐지 부분(14)을 통해 적어도 부분적으로 전파되고,
광학 센서 장치(1)는, 유체 물질(LS)의 압력 또는 부피 증가에 의해 야기되는 장치 몸체(2) 또는 탐지 부분(14) 중 하나 이상의 변형을 방지하도록, 특히, 내측 표면(23a, 23b) 및 외측 표면(15) 사이에서 하나 이상의 변형 또는 파손을 방지하도록 구성된 보호 장치를 포함하며,
상기 보호 장치는, 특히, 유체 물질(LS)의 압력 또는 부피 증가를 보상하기 위하여, 또는 유체 물질(LS)의 압력 또는 부피 증가에 따라 탐지 부분(14)의 가역적 변위를 가능하게 하기 위하여, 적어도 부분적으로 탄성적으로 변형가능 하거나 압축가능한 몸체를 가진 하나 이상의 보상 요소(13; 131-132; 133; 134)를 포함하는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치. - 제1항에 있어서, 하나 이상의 보상 요소(13; 131-132; 134)의 몸체는 유체 물질(LS)과 접촉되도록 구성되는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제2항에 있어서, 하나 이상의 보상 요소(13; 131-132; 134)의 몸체는 유체 물질(LS)의 흐름 또는 함유를 위한 공간(P)의 적어도 일부를 구획하는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 보상 요소는 2개 이상의 보상 부재(131, 132)들을 포함하며, 이들은 각각 하나의 탄성적으로 변형가능한 또는 압축가능한 몸체를 가지는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 보상 요소(13; 131-132; 133; 134)는 장치 몸체(2) 또는 탐지 부분(14)의 상응하는 결합 또는 배치 부분(7d, 7e, 7d1)을 위한 하나 이상의 결합 또는 배치 시트(43, 44, 45)를 형성하는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 장치 몸체(2)는 하나 이상의 보상 요소(13; 131-132; 133; 134)를 위한 배치 시트(12; 123; 124)를 형성하는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 장치 몸체(2)는 유체 물질의 흐름 또는 함유를 위한 공간의 하나 이상의 표면을 형성하는 하나 이상의 제1 몸체 부분(3) 및 탐지 부분(14)을 포함하는 제2 몸체 부분(7)을 포함하며, 제1 몸체 부분(3) 및 제2 몸체 부분(7)은 하나 이상의 제1 밀봉 요소(26, 32; 26, 134)가 삽입됨으로써 함께 결합되는 별개의 부분들로 구성되는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제7항에 있어서, 제2 몸체 부분(7)은 상기 제1 몸체 부분(3)에 대해 제1 위치로부터 제2 위치로 변위될 수 있으며, 유체 물질(LS)의 부피 증가에 따라, 상기 변위는 하나 이상의 보상 요소(133; 134)의 탄성적으로 변형가능한 몸체의 탄성 변형에 의해 허용되는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제7항 또는 제8항에 있어서, 하나 이상의 보상 요소는 하나 이상의 제1 밀봉 요소(134)를 포함하는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 보상 요소(133)의 탄성적으로 변형가능한 몸체는 유체 물질(LS)로부터 분리된 위치에 있는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 보상 요소는 스프링(133), 특히, 벨빌 스프링을 포함하는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제8항 또는 제11항에 있어서, 스프링(133)은 제2 몸체 부분(7)을 상기 제1 위치를 향해 지속적으로 가압하기 위해 제공되는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제7항 또는 제8항에 있어서, 장치 몸체(2)는 제2 몸체 부분(7) 및 제1 몸체 부분(3)으로부터 분리된 부분으로 구성된 하나 이상의 제3 몸체 부분(8; 50)을 포함하며, 제3 몸체 부분(8; 50)은 하나 이상의 각각의 탄성 요소(134)을 삽입함으로써 제1 몸체 부분(3)에 결합되고, 제3 몸체 부분(8; 50)은 바람직하게는 민감성 광학 부분 이외의 탐지 장치의 하나 이상의 구성요소(PCB, 31)를 위한 하우징의 적어도 일부를 형성하는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 제13항에 있어서, 하나 이상의 보상 부재는, 바람직하게는, 환형 밀봉 요소로서 구성되는 탄성 요소(134)를 포함하는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
- 유체 물질의 하나 이상의 특성을 탐지하기 위한 광학 센서 장치(1)로서, 광학 센서 장치(1)는 하나 이상의 탐지 부분(14)을 갖는 장치 몸체(2)를 포함하고, 광학 복사(Re, Rr)의 리시버(21) 및 이미터(20) 중 하나 이상을 포함하는 민감성 광학 부분이 상기 탐지 부분에 연결되며,
하나 이상의 탐지 부분(14)은 광학 복사(Re, Rr)에 대해 투명한 재료로 제조되고 유체 물질(LS)과 접촉되도록 구성된 하나 이상의 표면(15)을 가지며,
민감성 광학 부분의 이미터(20) 및 리시버(21) 중 하나 이상은 탐지 부분(14)의 하나 이상의 표면(23a, 23b)에 광학적으로 결합되고,
광학 센서 장치(1)는 장치 몸체(2)의 하나 이상의 부분 및/또는 하나 이상의 탐지 부분(14)을 보호하기 위한 보호 장치를 포함하며, 상기 보호 장치는 유체 물질의 압력 및/또는 부피 증가로부터 야기되는 장치 파손을 방지하기 위해 사전배열되는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치. - 유체 물질의 하나 이상의 특성을 탐지하기 위한 광학 센서 장치(1)로서, 광학 센서 장치(1)는 하나 이상의 탐지 부분(14)을 갖는 장치 몸체(2)를 포함하고, 광학 복사(Re, Rr)의 리시버(21) 및 이미터(20) 중 하나 이상을 포함하는 민감성 광학 부분이 상기 탐지 부분에 연결되며,
하나 이상의 탐지 부분(14)은 광학 복사(Re, Rr)에 대해 투명한 재료로 제조되고 유체 물질(LS)과 접촉되도록 구성된 하나 이상의 표면(15)을 가지며,
광학 센서 장치(1)는 하나 이상의 탐지 부분(14)의 파손, 변형 또는 고장을 방지하도록 구성된 하나 이상의 탄성적으로 변형가능한 또는 압축가능한 몸체(40)를 포함하는 보호 장치를 포함하며,
- 하나 이상의 탐지 부분(14)은, 적어도 부분적으로는, 사이클로-올레핀 코폴리머(COC), 또는 폴리설폰(PSU), 또는 폴리프로필렌(PP), 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 유리 또는 실리카 또는 실리콘을 포함하는 재료로부터 선택된 재료로 제조되고,
- 탄성적으로 변형가능한 또는 압축가능한 몸체(40)는 엘라스토머 재료 또는 탄성 및/또는 압축성 폴리머를 포함하되, 상기 재료는:
- 0.1 MPa 내지 1 GPa 사이, 바람직하게는 0.2 MPa 내지 100 MPa 사이, 매우 바람직하게는 0.5 MPa 내지 10 MPa 사이, 특히 1 MPa 내지 5 MPa 사이의 체적 탄성계수; 및/또는
- 5 쇼어 A 내지 100 쇼어 A 사이, 바람직하게는 10 쇼어 A 내지 70 쇼어 A 사이, 매우 바람직하게는 15 쇼어 A 내지 30 쇼어 A 사이의 경도; 및/또는
- 실리콘 재료 또는 실리콘 엘라스토머 또는 액체 실리콘 고무(LSR) 또는 플루오로 액체 실리콘 고무(FLSR), 바람직하게는 2-구성요소 재료 또는 실리콘; 및/또는
- 장치 몸체(2)의 하나 이상의 부분과 공동-몰딩 되거나 또는 오버몰딩된 폴리머를 가지는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 센서 장치는:
- 하나 이상의 유압 커넥터(5a, 6a)가 제공된 하나 이상의 관형 부분(5, 6)을 포함하되, 상기 유압 커넥터는, 바람직하게는 신속-결합 타입으로 구성되거나 또는 하나 이상의 플러그 또는 이와 유사한 차단 부재를 포함하거나 또는 용접 또는 접착에 의해 유압 사용자 회로의 하나 이상의 덕트에 대해 고정되도록 구성되며;
- 장치 몸체(2)의 적어도 일부와 결합되도록 구성되거나 또는 실질적으로 상호보완적인 형태를 가진 탄성적으로 변형가능한 또는 압축가능한 몸체(40) 중 하나 이상의 부분을 포함하며;
- 장치 몸체(2)의 하나 이상의 부분 및 보상 요소(13) 사이에서 배치 또는 고정하기 위한 수단을 포함하고;
- 바람직하게는 실질적으로 하나 이상의 탐지 부분(14)에서, 유체 물질을 위한 통로(P) 및 유체 물질을 위한 통로의 한 섹션 중 하나 이상을 감소시키기 위해 형태가 형성된 탄성적으로 변형가능한 또는 압축가능한 몸체(40)를 포함하는, 것을 특징으로 하는 유체 물질을 위한 광학 센서 장치.
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|---|---|---|---|---|
| WO2022232534A1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-11-03 | Custom Sensors & Technology | Sensor and flow cell |
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