NL2002744C2 - Inrichting en werkwijze voor het optisch detecteren van gas. - Google Patents

Inrichting en werkwijze voor het optisch detecteren van gas. Download PDF

Info

Publication number
NL2002744C2
NL2002744C2 NL2002744A NL2002744A NL2002744C2 NL 2002744 C2 NL2002744 C2 NL 2002744C2 NL 2002744 A NL2002744 A NL 2002744A NL 2002744 A NL2002744 A NL 2002744A NL 2002744 C2 NL2002744 C2 NL 2002744C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
light
optical
coupling
sensor
detector
Prior art date
Application number
NL2002744A
Other languages
English (en)
Inventor
Marinus Johannes Slaman
Original Assignee
Advanced Chem Tech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Chem Tech filed Critical Advanced Chem Tech
Priority to NL2002744A priority Critical patent/NL2002744C2/nl
Priority to JP2012504643A priority patent/JP2012523562A/ja
Priority to US13/260,172 priority patent/US20120092673A1/en
Priority to KR1020117024521A priority patent/KR20120016202A/ko
Priority to CN2010800161107A priority patent/CN102439427A/zh
Priority to PCT/NL2010/050190 priority patent/WO2010117277A1/en
Priority to EP10713264A priority patent/EP2417438A1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL2002744C2 publication Critical patent/NL2002744C2/nl

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N2021/7769Measurement method of reaction-produced change in sensor
    • G01N2021/7773Reflection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • G01N21/783Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour for analysing gases

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

Titel: Inrichting en werkwijze voor het optisch detecteren van gas
De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het optisch detecteren van fluïdum, omvattende meerdere optische vezels, die elk zijn voorzien van een sensoreind 5 en een tegenoverliggend koppeleind, waarbij de sensoreinden elk zijn voorzien van een optische sensor met reflecterende eigenschappen die afhankelijk zijn van een eigenschap van het te detecteren fluïdum bij de sensor, zoals de concentratie daarvan, een lichtbron, en een detector.
Onder het optisch detecteren van fluïdum moet in deze octrooiaanvrage worden 10 begrepen het detecteren van een optische verandering (in reflectie) aan het sensoreind van de optische vezels als gevolg van een verandering van een eigenschap van het te detecteren fluïdum. Die eigenschap van het fluïdum is bijvoorbeeld de concentratie van het fluïdum, bijvoorbeeld om de aanwezigheid van dat fluïdum te detecteren. Die eigenschap van het fluïdum kan echter ook de PH-waarde van het fluïdum of de 15 temperatuur van het fluïdum zijn. Bijvoorbeeld kan de inrichting worden toegepast voor het detecteren van waterstofgas, dat bijvoorbeeld vrijkomt bij reacties in een elektrolyt of voor het detecteren van koolwaterstofverbindingen in water of alcohol, enzovoorts. De optische sensoren kunnen in een fluïdum (vloeistof en/of gas) worden gebruikt voor het detecteren van fluïdum (vloeistof en/of gas).
20 Uit NL 1030299 is een waterstofsensor bekend, die is voorzien van een optische schakelinrichting waarvan de reflecterende eigenschappen afhankelijk zijn van de hoeveelheid waterstof die aanwezig is in de ruimte waarin de optische schakelinrichting aanwezig is. De optische schakelinrichting is via optische vezels en een bifurcator verbonden met een lichtbron en een detector. De detector detecteert veranderingen in 25 de reflecterende eigenschappen van de optische schakelinrichting, waaruit de waterstofconcentratie af te leiden is. De detector kan worden verbonden met een aantal optische vezels die verbonden zijn met optische schakelinrichtingen in dezelfde ruimte of in verschillende gebieden. Daarbij worden echter de optische schakelinrichtingen na elkaar uitgelezen door de detector, hetgeen tijdrovend is.
30 Een doel van de uitvinding is een optische inrichting te verschaffen, die eenvoudig meerdere gasindicatoren tegelijkertijd kan uitlezen.
Dit doel is volgens de uitvinding bereikt doordat de inrichting een optisch lichaam omvat, en de koppeleinden van de optische vezels op een afstand van elkaar 2 zijn verbonden met het optische lichaam, en de lichtbron en de detector zodanig zijn aangebracht aan het optische lichaam dat licht vanuit de lichtbron door het optische lichaam wordt geleid en wordt ingekoppeld in de koppeleinden van de optische vezels en licht dat door de optische sensor is gereflecteerd en dat wordt uitgekoppeld uit de 5 koppeleinden van de optische vezels door het optische lichaam wordt geleid en wordt ontvangen door de detector, en de afstand tussen de koppeleinden van de optische vezels zodanig is dat het uitgekoppelde licht uit elk koppeleind afzonderlijk detecteerbaar is. Door het ontwerp van het optische lichaam met de op onderlinge afstand aangebrachte koppeleinden van de optische vezels is het mogelijk om 10 eenvoudig verschillende optische sensoren tegelijk uit te lezen.
Een verder voordeel is dat de kosten en storingsgevoeligheid lager zijn door het koppelen van meerdere optische vezels tegelijk aan een enkele lichtbron en een enkele detector. Ook zijn de montage- en onderhoudskosten relatief laag, omdat het aantal onderdelen beperkt is en de uitlijning en kalibratie eenvoudig kan worden uitgevoerd.
15 In een uitvoeringsvorm zijn de koppeleinden van de optische vezels volgens een rooster verbonden met het optische lichaam, waarbij de detector is voorzien van een beeldvlak voor het ontvangen van het uitgekoppelde licht uit elk koppeleind volgens een rooster van lichtpunten dat overeenkomt met het rooster van de koppeleinden. Het rooster is bijvoorbeeld vierkant of rechthoekig, zodat het rooster van lichtpunten 20 eveneens is gevormd door een vierkant of rechthoekig rooster. Als in dit rooster van lichtpunten een lichtpunt niet of in mindere mate aanwezig is, betekent dit dat de sensor van de bijbehorende optische vezel niet of onvoldoende licht heeft gereflecteerd. Dit geeft informatie over de concentratie van het fluïdum dat aanwezig is ter plaatse van die sensor.
25 Het is mogelijk, dat een eerste optische sensor reflecterende eigenschappen heeft die afhankelijk zijn van de concentratie van een eerste fluïdum, en waarbij een tweede optische sensor reflecterende eigenschappen heeft die afhankelijk zijn van de concentratie van een tweede fluïdum dat verschilt van het eerste fluïdum. Hierbij kunnen de sensoren elk zijn uitgevoerd voor het detecteren van telkens een ander 30 fluïdum, zodat een fluïdumsamenstelling kan worden gemeten, zoals een gassamenstelling van een gasmengsel.
In een uitvoeringsvorm is een eerste optische sensor aangebracht op een eerste plaats, waarbij een tweede optische sensor is aangebracht op een tweede plaats.
3
Hierdoor kunnen fluïdumconcentraties op verschillende plaatsen worden gedetecteerd. Bijvoorbeeld kunnen de sensoren zijn uitgevoerd als waterstofsensoren en zijn die waterstofsensoren op verschillende plaatsen in een waterstofauto aangebracht. Hierdoor is een gelijktijdige detectie van waterstof op die meerdere plaatsen eenvoudig te 5 bereiken.
In een uitvoeringsvorm heeft een eerste sensor reflecterende eigenschappen die veranderen bij een eerste concentratie van een fluïdum, waarbij een tweede sensor reflecterende eigenschappen heeft die veranderen bij een tweede concentratie van hetzelfde fluïdum, die verschilt van de eerste concentratie. De sensoren zijn elk 10 uitgevoerd voor het waarnemen van verschillende concentraties van hetzelfde fluïdum.
Hierdoor kan worden achterhaald hoe groot de concentratie is en hoe snel deze daalt of stijgt.
In een uitvoeringsvorm liggen de koppeleinden van de optische vezels in een gemeenschappelijk koppeleindenvlak waarin licht in- en uitkoppelbaar in die 15 koppeleinden is. De koppeleinden van de optische vezels bepalen een recht koppeleindenvlak. De lichtstralen die uit de verschillende koppeleinden worden uitgekoppeld verlopen in hoofdzaak evenwijdig aan elkaar. Hierdoor kan het bij de detector gedetecteerde beeld van lichtpunten eenvoudig worden herleid tot een bijbehorende optische sensor.
20 Het optische lichaam kan op verschillende manieren zijn uitgevoerd. Het koppeleindenvlak bevindt zich bijvoorbeeld aan een zijde van het optische lichaam, terwijl de lichtbron en de detector zich aan een tegenover dat koppeleindenvlak liggende, lichtdoorlatcndc zijde van het optische lichaam bevinden.
In een uitvoeringsvorm heeft het optische lichaam een eerste lichtdoorlatend 25 oppervlak, dat zich uitstrekt onder een eerste hoek ten opzichte van het koppeleindenvlak, waarbij de lichtbron is aangebracht aan het eerste lichtdoorlatende oppervlak, en waarbij het optische lichaam een tweede lichtdoorlatend oppervlak heeft, dat zich uitstrekt onder een tweede hoek ten opzichte van het koppeleindenvlak, en waarbij de detector is aangebracht aan het tweede lichtdoorlatende oppervlak. Hierdoor 30 kan het licht van de lichtbron met voldoende sterkte de koppeleinden van de optische vezels verlichten, terwijl het uit de koppeleinden uitgekoppelde licht eveneens goed zichtbaar is voor de detector.
4
Bij voorkeur is de eerste hoek en/of de tweede hoek kleiner is dan 35°. De hoek tussen de lichtdoorlatende oppervlakken van de lichtbron en de detector is daarbij bijvoorbeeld 110° of groter. Als de eerste hoek kleiner is dan 35°, kunnen schaduwen ontstaan aan het koppeleindenvlak. Koppeleinden van optische vezels die zich dichter 5 bij de lichtbron bevinden, zullen meer licht inkoppelen, terwijl koppeleinden van optische vezels die het verst van de lichtbron staan eventueel geen licht meer inkoppelen omdat deze in het schaduwvlak staan. Bij een tweede hoek kleiner dan 35° kan de detector eventueel geen licht meer ontvangen van de koppeleinden die het verst van de detector liggen en juist meer van koppeleinden die zich dichter bij de detector 10 bevinden. Om te voorkomen dat koppeleinden in de schaduw belanden, kunnen de koppeleinden dichter naar het centrum van het koppeleindenvlak worden aangebracht.
In een uitvoeringsvorm heeft het optische lichaam een recht lichtdoorlatend oppervlak, dat zich uitstrekt in hoofdzaak evenwijdig aan het koppeleindenvlak, waarbij de lichtbron is aangebracht aan een eerste gedeelte van dat lichtdoorlatende 15 oppervlak en de detector is aangebracht aan een tweede gedeelte van dat lichtdoorlatende oppervlak. Hierdoor kan relatief veel licht in- en uitgekoppeld worden.
Daarbij is het mogelijk, dat de lichtbron aan het eerste gedeelte van het lichtdoorlatende oppervlak de detector aan het tweede gedeelte van het lichtdoorlatende oppervlak omgeeft. De detector bevindt zich in dit geval binnen de lichtbron en in 20 hoofdzaak recht tegenover het koppeleindenvlak waarin licht in- en uitgekoppeld wordt.
In een uitvoeringsvorm omvat het optische lichaam een lichtdoorlatend materiaal, zoals glas of policarbonaat, waarbij het optische lichaam is begrensd door oppervlakken die zijn voorzien van een lichtabsorberende bekleding, met uitzondering 25 van ten minste het lichtdoorlatende oppervlak of de lichtdoorlatende oppervlakken. Hierdoor kan licht niet ongecontroleerd uit het optische lichaam ontsnappen, behalve bij de daarvoor bestemde oppervlakken waar de lichtbron en de detector zijn aangebracht.
De koppeleinden van de optische vezels kunnen op verschillende manieren zijn 30 verbonden met het optische lichaam. Bijvoorbeeld zijn in het optische lichaam gaten aangebracht voor het opnemen van telkens een koppeleind van een optische vezel. De gaten zijn bij voorkeur opgevuld met zogenaamde “index matching fluid” om de nauwkeurigheid van de detectie te verbeteren. Alternatief kan het optische lichaam 5 meerdere lichamen omvatten die tegen elkaar zijn geplaatst. De optische vezels steken bijvoorbeeld door een eerste lichaam tot aan een contactvlak dat tegen het tweede lichaam is aangebracht. Daartussen kan “index matching fluid” zijn voorzien.
Het is mogelijk dat de optische vezels vanaf de koppeleinden in hoofdzaak 5 onderling evenwijdig en op afstand van elkaar in het optische lichaam zijn aangebracht. Hierdoor kunnen de koppeleinden in een rooster worden geplaatst dat een eenvoudig herkenbaar beeld oplevert bij de detector.
In een uitvoeringsvorm is de inrichting voorzien van een beeldherkenningsinrichting voor het automatisch herkennen van het door de detector 10 ontvangen beeld van de koppeleinden die wel of niet door de sensor gereflecteerd licht uitkoppelen. Hierdoor is een snelle en betrouwbare detectie zonder menselijke tussenkomst mogelijk.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het optisch detecteren van fluïdum, omvattende: 15 - het verschaffen van een inrichting omvattende meerdere optische vezels, die elk zijn voorzien van een sensoreind en een tegenoverliggend koppeleind, waarbij de sensoreinden elk zijn voorzien van een optische sensor met reflecterende eigenschappen die afhankelijk zijn van een eigenschap van het te detecteren fluïdum bij de sensor, zoals de concentratie daarvan, een lichtbron, een detector, alsmede een 20 optisch lichaam, waarbij de koppeleinden van de optische vezels op een afstand van elkaar zijn verbonden met het optische lichaam, - het geleiden van licht vanuit de lichtbron door het optische lichaam naar de koppeleinden cn het inkoppclcn van dat licht in de koppeleinden, - het geleiden van het ingekoppelde licht vanaf de koppeleinden door de optische 25 vezels naar de sensoren aan de sensoreinden, - het reflecteren van hoeveelheden licht door de sensoren aan de sensoreinden die afhankelijk zijn van die eigenschap van het te detecteren fluïdum ter plaatse van de sensoren, - het geleiden van het gereflecteerde licht vanaf de sensoreinden door de optische 30 vezels terug naar de koppeleinden, - het uitkoppelen van het gereflecteerde licht uit de koppeleinden en het geleiden van dat gereflecteerde, uitgekoppelde licht vanaf de koppeleinden door het optische lichaam naar de detector en het ontvangen van dat licht door de detector, 6 - het afzonderlijk detecteren van het gereflecteerde, uitgekoppelde licht van verschillende, op onderlinge afstand gelegen koppeleinden.
Het is daarbij mogelijk, dat de koppeleinden van de optische vezels volgens een rooster zijn verbonden met het optische lichaam, waarbij de detector het uitgekoppelde 5 licht uit elk koppeleind ontvangt in een beeldvlak volgens een rooster van lichtpunten dat overeenkomt met het rooster van de koppeleinden.
Er zijn verschillende toepassingen van de werkwijze. Bijvoorbeeld is het mogelijk dat de optische sensoren verschillende soorten fluïdum (vloeistoffen en/of gassen) detecteren of dat de optische sensoren concentraties op verschillende plaatsen 10 detecteren of dat de optische sensoren verschillende concentraties van hetzelfde fluïdum detecteren.
Het door de detector ontvangen beeld van de koppeleinden die wel of niet door de sensor gereflecteerd licht uitkoppelen kan door middel van beeldherkenning automatisch worden herkend.
15 De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening.
Figuur 1 a toont een bovenaanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van een inrichting voor het optisch detecteren van fluïdum.
Figuur lb toont een aanzicht in perspectief van de in figuur la getoonde 20 inrichting.
Figuur 2 toont een achteraanzicht volgens II in figuur la.
Figuur 3 toont een beeld dat wordt waargenomen door de detector van de in figuur la,lb getoonde inrichting.
Figuur 4a-4g tonen verschillende uitvoeringsvormen van een optisch lichaam 25 voor toepassing bij de in figuur la,lb getoonde inrichting.
Figuur 5a toont een bovenaanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van een inrichting voor het optisch detecteren van fluïdum.
Figuur 5b toont een vooraanzicht volgens Vb in figuur 5a.
Figuur 6a-6f tonen verschillende uitvoeringsvormen van een optisch lichaam 30 voor toepassing bij de in figuur 5a getoonde inrichting.
De inrichting voor het optisch detecteren van een fluïdum is in de tekening in zijn geheel aangeduid met 1. De inrichting 1 omvat meerdere optische sensoren 10. Hoewel de inrichting 1 in dit uitvoeringsvoorbeeld negen optische sensoren 10 heeft, kunnen 7 meer of minder sensoren 10 zijn voorzien. Elke optische sensor 10 heeft reflecterende eigenschappen die afhankelijk zijn van de concentratie fluïdum die aanwezig is ter plaatse van de sensor 10. Een dergelijke sensor 10 is algemeen bekend in de stand van de techniek. De sensoren 10 kunnen worden toegepast in een vloeistof of gas om 5 vloeistof of gas te detecteren. In dit uitvoeringsvoorbeeld is de inrichting uit gevoerd voor het optisch detecteren van een gas.
De sensoren 10 zijn in dit uitvoeringsvoorbeeld elk uitgevoerd voor het detecteren van een ander gas. Bijvoorbeeld omvat een eerste sensor 10 een gevoelige laag voor waterstof zodat de reflecterende eigenschappen daarvan veranderen bij een 10 variatie in de waterstofconcentratie om de eerste sensor 10, terwijl een tweede sensor 10 een gevoelige laag voor koolmonoxide omvat zodat de reflecterende eigenschappen daarvan veranderen bij een variatie in de koolmonoxideconcentratie om die tweede sensor 10. In plaats van gevoelige lagen voor waterstof en koolmonoxide kunnen de eerste en/of tweede sensor 10 gevoelige lagen voor andere gassen omvatten, zoals 15 kooldioxide, methaan, zuurstof, ammonia, ammoniak of alcohol. Het is ook mogelijk, dat verdere sensoren 10 zijn uitgevoerd voor het detecteren van telkens weer andere gassen, bijvoorbeeld een van de hierboven genoemde gassen of andere gassen.
In plaats daarvan kunnen de sensoren 10 zijn uitgevoerd voor het detecteren van telkens hetzelfde gas, d.w.z. elke sensor 10 omvat een gevoelige laag voor hetzelfde 20 gas zodat de reflecterende eigenschappen veranderen bij een variatie in de concentratie van dat gas om de sensor 10. Als de sensoren 10 zijn aangebracht op verschillende plaatsen, worden de gasconcentraties op die verschillende plaatsen gedetecteerd. Bijvoorbeeld kunnen verschillende plaatsen worden gecontroleerd op de aanwezigheid van waterstof.
25 In een bijzondere uitvoeringsvorm zijn de sensoren 10 elk voorzien van verschillende gevoelige lagen die elk bij een andere hoeveelheid van hetzelfde gas reageren. Door de signalen van de sensoren 10 met elkaar te vergelijken, is het mogelijk om de absolute gasconcentratie te achterhalen. Ook kan een stijging of daling van de gasconcentratie worden gedetecteerd.
30 Elke optische sensor 10 is aangebracht aan een vrij eind 8 (sensoreind 8) van een optische vezel 7. Elke optische vezel 7 strekt zich uit vanaf het sensoreind 8 tot een koppeleind 9. Elke optische vezel 7 kan licht vanaf het koppeleind 9 naar de optische sensor 10 aan het sensoreind 8 geleiden. Het door de optische sensor 10 gereflecteerde 8 licht, dat afhankelijk is van de gasconcentratie om de sensor 10, wordt door dezelfde optische vezel 7 teruggeleid naar het koppeleind 9.
De koppeleinden 9 van de optische vezels 7 zijn volgens een rooster verbonden met een optisch lichaam 2. In dit uitvoeringsvoorbeeld is het rooster gevormd door 3 x 5 3 optische vezels 7 (zie figuur 2). De koppeleinden 9 bevinden zich op een afstand van elkaar in het rooster.
Het optisch lichaam 2 is gemaakt van een lichtdoorlatend materiaal, bijvoorbeeld glas of een doorzichtige kunststof, zoals policarbonaat. Het optische lichaam 2 is in hoofdzaak blokvormig. Het optische lichaam 2 is begrensd door een benedenoppervlak 10 26, een bovenoppervlak 27 en een omtreksoppervlak 28. In dit uitvoeringsvoorbeeld omvat het omtreksoppervlak 28 twee zijoppervlakken 31, een achteroppervlak 30 en twee vooroppervlakken 18,19. De twee vooroppervlakken 18,19 vormen twee lichtdoorlatende oppervlakken 18,19. De overige oppervlakken 26,27,30,31 van het optische lichaam 2 zijn voorzien van een lichtabsorberende bekleding, zoals donkere of 15 zwarte verf.
De optische vezels 7 zijn in dit uitvoeringsvoorbeeld in het achteroppervlak 30 van het optische lichaam 5 aangebracht. De koppeleinden 9 van de optische vezels 7 liggen in een gemeenschappelijk koppeleindenvlak 14, d.w.z. het koppeleindenvlak 14 is een recht vlak dat is bepaald door de koppeleinden 9 van de optische vezels 7.
20 De koppeleinden 9 van de optische vezels 7 kunnen op verschillende manieren zijn gefixeerd in het gemeenschappelijke koppeleindenvlak 14. In dit uitvoeringsvoorbeeld is een aantal gaten 15 aangebracht in het achteroppervlak 30 van het optische lichaam 5. In elk gat 15 is ccn van dc optische vezels 7 opgenomen. Dc gaten 15 zijn opgevuld met “index matching fluid”.
25 Om de optische vezels 7 is een beschermende kunststof mantel 16 aangebracht, dat in figuur la slechts gedeeltelijk is getekend. De beschermende kunststof mantel 16 is in dit uitvoeringsvoorbeeld over een eindgedeelte van de optische vezels 7 vanaf de koppeleinden 9 verwijderd om een goede optische koppeling tussen de koppeleinden 9 en de “index matching fluid” te waarborgen. De gaten 15 bezitten een gedeelte met een 30 versmalde diameter voor het opnemen van de eindgedeelten van de optische vezels 7 zonder beschermende kunststof mantel 16. Hierdoor is minder “index matching fluid” nodig. Om de optische vezels 7 te versterken bij de bevestiging aan het optische 9 lichaam 2, kunnen de optische vezels 7 daar ook zijn voorzien van een versterkingshuls die de beschermende kunststof mantel 16 omgeeft (niet weergegeven).
Een lichtbron 3 is aangebracht aan het eerste lichtdoorlatende oppervlak 18 van het optische lichaam 2. De lichtbron 3 is in dit uitvoeringsvoorbeeld homogeen. De 5 homogene lichtbron 3 produceert bijvoorbeeld een diffuus lichtvlak bij het eerste lichtdoorlatende oppervlak 18. Een detector 5 is aangebracht aan het tweede lichtdoorlatende oppervlak 19. De detector 5 is bijvoorbeeld uitgevoerd als een tweedimensionale camera, bijvoorbeeld een CCD-camera of CMOS-camera. De detector 5 is optioneel voorzien van een lens voor het scherp stellen op het 10 koppeleindenvlak 14.
De hoek α tussen de lichtdoorlatende oppervlakken 18,19 en het koppeleindenvlak 14 is in dit uitvoeringsvoorbeeld ongeveer 35°. Hierdoor kan de lichtbron 3 alle op onderlinge afstand gelegen koppeleinden 9 verlichten, terwijl alle koppclcindcn 9 ook zichtbaar zijn voor dc detector 5. Dc lichtdoorlatende oppervlakken 15 18,19 sluiten een hoek β van ongeveer 110° in.
De werking van de inrichting 1 voor het optische detecteren van gas is als volgt. De homogene lichtbron 3 produceert licht dat door het optische lichaam 2 wordt geleid en ingekoppeld in de koppeleinden 9 van de optische vezels 7. De optische vezels 7 geleiden het ingekoppelde licht vanaf de koppeleinden 9 naar de sensoren 10 aan de 20 sensoreinden 8. Afhankelijk van de hoeveelheid gas die rond de sensoren 10 aanwezig is, wordt het licht al dan niet of in meer of mindere mate gereflecteerd door de sensoren 10. Bij een voldoende lage gasconcentratie reflecteert de sensor 10 het licht terug door de optische vezels 7 naar de koppeleinden 9. Vervolgens wordt het gereflecteerde licht uit de koppeleinden 9 uitgekoppeld en door het optische lichaam 2 naar de detector 5 25 geleid. Dc detector 5 ontvangt derhalve ccn beeld van het koppeleindenvlak 14, waarin de koppeleinden 9 wel of niet een lichtpunt van gereflecteerd licht verschaffen. Aangezien de koppeleinden 9 zich op afstand van elkaar bevinden, kan het gereflecteerde licht van verschillende koppeleinden 9 afzonderlijk worden gedetecteerd.
30 Een voorbeeld van een door de detector 5 ontvangen beeld van het koppeleindenvlak 14 is weergegeven in figuur 3. Als alle sensoren 10 licht reflecteren, zou ccn 3x3 rooster van lichtpunten zichtbaar zijn. In het in figuur 3 getoonde beeld van het 3x3 rooster van de koppeleinden ontbreken echter de lichtpunten linksmidden, 10 rechtsboven en rechtsonder. Hieruit volgt dat de daarmee overeenkomende sensoren 10 een verhoogde gasconcentratie hebben gedetecteerd, zodat geen of onvoldoende licht is gereflecteerd. Met de inrichting 1 voor het detecteren van een gas is derhalve het uitlezen van meerdere gassensoren tegelijk mogelijk.
5 Het beeld van het koppeleindenvlak 14 kan door beeldherkenningssoftware automatisch worden geanalyseerd. Hierdoor is automatische uitlezing van de verschillende sensoren 10 eenvoudig en snel.
De vorm van het blokvormige optische lichaam 2 kan op verschillende manieren zijn uitgevoerd. Voorbeelden van het blokvormige optische lichaam 2 zijn 10 weergegeven in figuur 4a-4g. In figuur 4a bestaat het optische lichaam 2 uit een stuk, terwijl het optische lichaam 2 volgens figuur 4b uit twee delen is opgebouwd. Het achterste deel is bijvoorbeeld een blokvormig lichaam van zwart materiaal, waar de optische vezels 7 doorheen steken. Het koppeleindenvlak 14 komt overeen met het grensvlak tussen de twee delen.
15 Figuur 4c toont een optisch lichaam 2 met dezelfde werking als het optische lichaam volgens figuur 4a, waarbij de productie eenvoudiger is. In figuur 4d is een uitvoeringsvorm zonder uitstekende hoeken weergegeven. Eventueel worden daarbij de koppeleinden van de optische vezels dichter bij elkaar aangebracht om te vermijden dat koppeleinden in de schaduw komen te liggen. Figuur 4e-4g tonen uitvoeringsvormen 20 van het optische lichaam 2 met ronde vormen.
Figuur 5a toont een tweede uitvoeringsvorm van de inrichting voor het detecteren van een fluïdum, waarbij dezelfde verwij zings cijfers zijn gebruikt voor dezelfde of soortgelijke onderdelen. Deze uitvoeringsvorm verschilt slechts van dc in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm doordat het optische lichaam 2 slechts een lichtdoorlatend 25 vooroppervlak 20 heeft. Het lichtdoorlatende vooroppervlak 20 omvat twee gedeelten 21, 22 (zie figuur 5b). De detector 5 is aangebracht in het centrale gedeelte 22, terwijl de homogene lichtbron 3 is aangebracht aan het gedeelte 21 dat het centrale gedeelte 22 en de detector omgeeft. Figuur 6a-6f tonen dat het optische lichaam 2 in dit geval ook op verschillende manieren kan worden uitgevoerd.
30 De uitvinding is niet beperkt tot de in de tekening weergegeven uitvoeringsvormen. De vakman kan verschillende aanpassingen aanbrengen die binnen de reikwijdte van de uitvinding liggen. Bijvoorbeeld kan de detector ook zijn 11 uitgevoerd als zogenaamde “line array” of “2D array” CCD-detector, zoals een webcam, waarbij bijvoorbeeld meerdere pixels per koppeleind 9 beschikbaar zijn.

Claims (21)

1. Inrichting (1) voor het optisch detecteren van fluïdum, omvattende: - meerdere optische vezels (7), die elk zijn voorzien van een sensoreind (8) en 5 een tegenoverliggend koppeleind (9), waarbij de sensoreinden (8) elk zijn voorzien van een optische sensor (10) met reflecterende eigenschappen die afhankelijk zijn van een eigenschap van het te detecteren fluïdum bij de sensor (10), zoals de concentratie daarvan, - een lichtbron (3), 10. een detector (5), met het kenmerk, dat de inrichting een optisch lichaam (2) omvat, en de koppeleinden (9) van de optische vezels (7) op een afstand van elkaar zijn verbonden met het optische lichaam (2), en de lichtbron (3) en de detector (5) zodanig zijn aangebracht aan het optische lichaam (2) dat licht vanuit de lichtbron (3) door het optische lichaam 15 (2) wordt geleid en wordt ingekoppeld in de koppeleinden (9) van de optische vezels (9) en licht dat door de optische sensoren (10) is gereflecteerd en dat wordt uitgekoppeld uit de koppeleinden (9) van de optische vezels (7) door het optische lichaam (2) wordt geleid en wordt ontvangen door de detector (5), en dat de afstand tussen de koppeleinden (9) van de optische vezels (7) zodanig is dat het uitgekoppelde 20 licht uit elk koppeleind (9) afzonderlijk detecteerbaar is.
2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de koppeleinden (9) van de optische vezels (7) volgens een rooster zijn verbonden met het optische lichaam (2), en waarbij de detector (5) is voorzien van een beeldvlak (12) voor het ontvangen van het 25 uitgekoppelde licht uit elk koppeleind (9) volgens een rooster van lichtpunten dat overeenkomt met het rooster van de koppeleinden. 1 Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij een eerste optische sensor (10) reflecterende eigenschappen heeft die afhankelijk zijn van de concentratie van een 30 eerste fluïdum, en waarbij een tweede optische sensor (10) reflecterende eigenschappen heeft die afhankelijk zijn van de concentratie van een tweede fluïdum dat verschilt van het eerste fluïdum.
4. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een eerste optische sensor (10) is aangebracht op een eerste plaats, en waarbij een tweede optische sensor (10) is aangebracht op een tweede plaats.
5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een eerste sensor (10) reflecterende eigenschappen heeft die veranderen bij een eerste concentratie van een fluïdum, en waarbij een tweede sensor (10) reflecterende eigenschappen heeft die veranderen bij een tweede concentratie van hetzelfde fluïdum, die verschilt van de eerste concentratie. 10
6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de optische sensoren (10) reflecterende eigenschappen hebben die afhankelijk zijn van de PH-waarde van het te detecteren fluïdum.
7. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij de optische sensoren (10) reflecterende eigenschappen hebben die afhankelijk zijn van de temperatuur van het te detecteren fluïdum.
8. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de koppeleinden 20 (9) van de optische vezels (7) in een gemeenschappelijk koppeleindenvlak (14) liggen waarin licht in- en uitkoppelbaar in die koppeleinden (9) is.
9. Inrichting volgens conclusie 8, waarbij het optische lichaam (2) ccn eerste lichtdoorlatend oppervlak (18) heeft, dat zich uitstrekt onder een eerste hoek ten 25 opzichte van het koppeleindenvlak (14), en waarbij de lichtbron (3) is aangebracht aan het eerste lichtdoorlatende oppervlak (18), en waarbij het optische lichaam (2) een tweede lichtdoorlatend oppervlak (19) heeft, dat zich uitstrekt onder een tweede hoek ten opzichte van het koppeleindenvlak (14), en waarbij de detector (5) is aangebracht aan het tweede lichtdoorlatende oppervlak (19). 30
10. Inrichting volgens conclusie 9, waarbij de eerste hoek enkif de tweede hoek kleiner is dan 35°.
11. Inrichting volgens conclusie 8, waarbij het optische lichaam (2) een recht lichtdoorlatend oppervlak (20) heeft, dat zich uitstrekt in hoofdzaak evenwijdig aan het koppeleindenvlak (14), en waarbij de lichtbron (3) is aangebracht aan een eerste gedeelte (21) van dat lichtdoorlatende oppervlak (20) en de detector (5) is aangebracht 5 aan een tweede gedeelte (22) van dat lichtdoorlatende oppervlak (20).
12. Inrichting volgens conclusie 11, waarbij de lichtbron (3) aan het eerste gedeelte (21) van het lichtdoorlatende oppervlak (20) de detector (5) aan het tweede gedeelte (22) van het lichtdoorlatende oppervlak (20) omgeeft. 10
13. Inrichting volgens een van de conclusies 9-12, waarbij het optische lichaam (2) een lichtdoorlatend materiaal omvat, zoals glas of policarbonaat, en waarbij het optische lichaam (2) is begrensd door oppervlakken (26,27,28,30,31) die zijn voorzien van een lichtabsorberende bekleding, met uitzondering van ten minste het 15 lichtdoorlatende oppervlak (20) of de lichtdoorlatende oppervlakken (18,19).
14. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de optische vezels (7) vanaf de koppeleinden (9) in hoofdzaak onderling evenwijdig en op afstand van elkaar in het optische lichaam (2) zijn aangebracht. 20
15. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de inrichting (1) is voorzien van een beeldherkenningsinrichting voor het automatisch herkennen van het door dc detector (5) ontvangen beeld van dc koppeleinden (9) die wel of niet door dc sensoren (10) gereflecteerd licht uitkoppelen. 25
16. Werkwijze voor het optisch detecteren van fluïdum, omvattende: - het verschaffen van een inrichting (1) omvattende meerdere optische vezels (7), die elk zijn voorzien van een sensoreind (8) en een tegenoverliggend koppeleind (9), waarbij de sensoreinden (8) elk zijn voorzien van een optische sensor (10) met 30 reflecterende eigenschappen die afhankelijk zijn van een eigenschap van het te detecteren fluïdum bij de sensor (10), zoals de concentratie daarvan, een lichtbron (3), een detector (5), alsmede een optisch lichaam (2), waarbij de koppeleinden (9) van de optische vezels (7) op een afstand van elkaar zijn verbonden met het optische lichaam (2), - het geleiden van licht vanuit de lichtbron (3) door het optische lichaam (2) naar de koppeleinden (9) en het inkoppelen van dat licht in de koppeleinden (9), 5. het geleiden van het ingekoppelde licht vanaf de koppeleinden (9) door de optische vezels naar de sensoren (10) aan de sensoreinden (8), - het reflecteren van hoeveelheden licht door de sensoren (10) aan de sensoreinden (8) die afhankelijk zijn van die eigenschap van het te detecteren fluïdum ter plaatse van de sensoren (10), 10. het geleiden van het gereflecteerde licht vanaf de sensoreinden (8) door de optische vezels (7) terug naar de koppeleinden (9), - het uitkoppelen van het gereflecteerde licht uit de koppeleinden (9) en het geleiden van dat gereflecteerde, uitgekoppelde licht vanaf de koppeleinden (9) door het optische lichaam (2) naar de detector (5) en het ontvangen van dat licht door de 15 detector (5), - het afzonderlijk detecteren van het gereflecteerde, uitgekoppelde licht van verschillende, op onderlinge afstand gelegen koppeleinden (9).
17. Werkwijze volgens conclusie 16, waarbij de koppeleinden (9) van de optische 20 vezels (7) volgens een rooster zijn verbonden met het optische lichaam (2), en waarbij de detector (5) het uitgekoppelde licht uit elk koppeleind (9) ontvangt in een beeldvlak volgens een rooster van lichtpunten dat overeenkomt met het rooster van de koppeleinden (9).
18. Werkwijze volgens conclusie 16 of 17, waarbij de optische sensoren (10) verschillende soorten fluïdum detecteren.
19. Werkwijze volgens een van de conclusies 16-18, waarbij de optische sensoren (10) concentraties op verschillende plaatsen detecteren. 30
20. Werkwijze volgens een van de conclusies 16-19, waarbij de optische sensoren (10) verschillende concentraties van hetzelfde fluïdum detecteren.
21. Werkwijze volgens een van de conclusies 16-20, waarbij de optische sensoren (10) de PH-waarde of de temperatuur detecteren.
22. Werkwijze volgens een van de conclusies 16-21, waarbij het door de detector (5) 5 ontvangen beeld van de koppeleinden (9) door middel van beeldherkenning automatisch wordt herkend.
NL2002744A 2009-04-10 2009-04-10 Inrichting en werkwijze voor het optisch detecteren van gas. NL2002744C2 (nl)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL2002744A NL2002744C2 (nl) 2009-04-10 2009-04-10 Inrichting en werkwijze voor het optisch detecteren van gas.
JP2012504643A JP2012523562A (ja) 2009-04-10 2010-04-12 気体を光学的に検出するためのデバイスと方法
US13/260,172 US20120092673A1 (en) 2009-04-10 2010-04-12 Device and method for optically detecting gas
KR1020117024521A KR20120016202A (ko) 2009-04-10 2010-04-12 광학적으로 가스를 탐지하기 위한 장치 및 방법
CN2010800161107A CN102439427A (zh) 2009-04-10 2010-04-12 光学检测气体的设备和方法
PCT/NL2010/050190 WO2010117277A1 (en) 2009-04-10 2010-04-12 Device and method for optically detecting gas
EP10713264A EP2417438A1 (en) 2009-04-10 2010-04-12 Device and method for optically detecting gas

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL2002744A NL2002744C2 (nl) 2009-04-10 2009-04-10 Inrichting en werkwijze voor het optisch detecteren van gas.
NL2002744 2009-04-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL2002744C2 true NL2002744C2 (nl) 2010-10-12

Family

ID=41508103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL2002744A NL2002744C2 (nl) 2009-04-10 2009-04-10 Inrichting en werkwijze voor het optisch detecteren van gas.

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20120092673A1 (nl)
EP (1) EP2417438A1 (nl)
JP (1) JP2012523562A (nl)
KR (1) KR20120016202A (nl)
CN (1) CN102439427A (nl)
NL (1) NL2002744C2 (nl)
WO (1) WO2010117277A1 (nl)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201321245D0 (en) * 2013-12-02 2014-01-15 Univ Ireland Dublin Gas sensor
KR101593296B1 (ko) 2014-03-24 2016-02-18 엘지전자 주식회사 공기 조화기 및 그 제어방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0259951A2 (en) * 1986-09-08 1988-03-16 C.R. Bard, Inc. Luminescent oxygen sensor based on a lanthanide complex
JPH0481662A (ja) * 1990-07-25 1992-03-16 Sharp Corp 光応用ガスセンサ
US5320814A (en) * 1991-01-25 1994-06-14 Trustees Of Tufts College Fiber optic array sensors, apparatus, and methods for concurrently visualizing and chemically detecting multiple analytes of interest in a fluid sample
US5608833A (en) * 1995-07-20 1997-03-04 Hughes Electronics Focal-plane detector imaging system with improved optical damage threshold
WO2009017637A1 (en) * 2007-08-01 2009-02-05 Corning Incorporated Optical interrogation system and method for using same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040043501A1 (en) * 1997-05-02 2004-03-04 Baker Hughes Incorporated Monitoring of downhole parameters and chemical injection utilizing fiber optics
US7161165B2 (en) * 2004-07-07 2007-01-09 Opti Sensor Systems, Llc Optical transducer for continuously determining liquid level
NL1030299C2 (nl) 2005-10-28 2007-05-03 Advanced Chem Tech Optische schakelinrichting.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0259951A2 (en) * 1986-09-08 1988-03-16 C.R. Bard, Inc. Luminescent oxygen sensor based on a lanthanide complex
JPH0481662A (ja) * 1990-07-25 1992-03-16 Sharp Corp 光応用ガスセンサ
US5320814A (en) * 1991-01-25 1994-06-14 Trustees Of Tufts College Fiber optic array sensors, apparatus, and methods for concurrently visualizing and chemically detecting multiple analytes of interest in a fluid sample
US5608833A (en) * 1995-07-20 1997-03-04 Hughes Electronics Focal-plane detector imaging system with improved optical damage threshold
WO2009017637A1 (en) * 2007-08-01 2009-02-05 Corning Incorporated Optical interrogation system and method for using same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120016202A (ko) 2012-02-23
WO2010117277A1 (en) 2010-10-14
US20120092673A1 (en) 2012-04-19
EP2417438A1 (en) 2012-02-15
CN102439427A (zh) 2012-05-02
JP2012523562A (ja) 2012-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105954232B (zh) 一种液体折射率测量系统
CN101790679A (zh) 检测透明板体内部的微小异物的方法及其装置
GB2135956A (en) Identification of metal cans
CN101228564B (zh) 用于检测表面上液体的传感器装置
EP3407049A1 (en) Measuring optical array polarity, power, and loss using a position sensing detector and photodetector-equipped optical testing device
CN108398211B (zh) 基于外部源定位的分布式光纤漏水传感器及漏水检测方法
CN101586942B (zh) 接触式光纤测头测量方法及其装置
CN102066909B (zh) 光学测量构件以及用于执行反射测量的方法
CN108507483B (zh) 一种大尺寸光纤预制棒的测量装置
NL2002744C2 (nl) Inrichting en werkwijze voor het optisch detecteren van gas.
CN101762567B (zh) 差分式溶液浓度测量装置及测量方法
CN110763305B (zh) 一种光电式液位测量方法
JP4102135B2 (ja) 液体取扱い装置
CN101571479A (zh) 基于线阵ccd的光学液体浓度测量装置及测量方法
US8901479B2 (en) Sensor assembly for fluid detection and discrimination
JP5992990B2 (ja) Atr測定用の対物光学系およびatr測定装置
CN101839748A (zh) 反射式数字码型全光纤液位传感装置
US8084731B2 (en) Sensor system for liquid detection with lens component having an apex
FI127243B (fi) Menetelmä ja mittalaite Abben luvun jatkuvaksi mittaamiseksi
CN2138298Y (zh) 利用单光纤的浓度传感器
CN201166261Y (zh) 一种检测透明液体断流的光纤探头
CN201413124Y (zh) 接触式光纤测头装置
TW201102876A (en) Optical navigation device with phase grating for beam steering
JP2011150287A (ja) 1本のpofを用いた光送受信装置および光送受信システム
KR20080086091A (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 바이오 센서

Legal Events

Date Code Title Description
V1 Lapsed because of non-payment of the annual fee

Effective date: 20131101