亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：光学传感器元件和光学样品分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求I前序部分的用于在光学样品分析装置中使用的光学传感器元件，所述光学传感器元件包括容纳光学传感器构件的壳体和光学窗ロ。本发明还涉及ー种光学样品分析装置，该光学样品分析装置具有至少ー个光学传感器元件构成为发光元件，并具有至少另ー个光学传感器元件构成为光接收元件。
背景技术：
用于在光学样品分析装置中使用的所述类型的光学传感器元件在本领域例如在WO 2010/059176 Al中是已知的。同一文献还公开了作为光学样品分析装置的示例的浊度仪。文献US 5 446 544中记载了另ー种作为光学样品分析装置的示例的浊度仪。所述类型的光学传感器元件通常包括用于向待分析的样品提供光学界面的光学窗ロ。待分析的样品可为液体或气体。在上述现有技术的光学样品分析装置中，待分析的样品为液体，分析方法为浊度测量。当在光学分析装置中应用光学传感器元件时的挑战之ー是，由于光学窗ロ外部的流体温度与光学窗口内侧上的内部空气温度的差异而在光学传感器元件的内表面上发生水分积聚和起雾。在WO 2010/059176 Al中，通过对光学窗ロ应用一种多层、密封的窗ロ结构来解决水分积聚和起雾的问题。然而，这从制造的角度考虑复杂而又昂贵，并且维护不方便，因为如果仍发生一定程度的起雾，那么必须更换整个光学传感器元件。在US 5 446 544中，通过为光学样品分析装置装备充填有干燥剂干燥材料的托盘来解决水分聚集和起雾的问题，这意味着減少分析装置中的内部大气中的水分。然而，此方案复杂而又昂贵并且维护不方便，因为当干燥剂饱和时，必须分解整个装置以更换干燥齐IJ，或者将施加大量干燥剂材料，这使得装置庞大而又昂贵。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于在光学样品分析装置中使用的光学传感器元件，该光学传感器兀件以简单、成本低和维护方便的方式避免了光学传感器兀件的内表面上的水分聚集和起雾。本发明的又一目的是提供ー种光学样品分析装置，该光学样品分析装置具有至少ー个光学传感器元件构成为发光元件，并且具有至少另ー个光学传感器元件构成为光接收元件，该光学样品分析装置以简单、成本低和维护方便的方式避免了光学传感器元件的内表面上的水分聚集和起雾。根据本发明，通过具有如在权利要求I中指出的特征的光学传感器元件来实现根据光学传感器元件的上述目的。关于该光学样品分析装置，通过根据权利要求13的光学样品分析装置来实现所述目的。
有利的实施例在从属权利要求的特征部分中描述。根据本发明，壳体装备有布置在光学窗口附近的窗口加热装置。加热器构件在光学传感器元件的壳体中紧邻样品窗口设置。加热器用于防止或驱散光学窗口的内表面上随时间推移由于水分进入传感器元件壳体而引起的冷凝物的聚集。在内部冷凝物能够引起光学传感器元件失效的状况下，此特征将有利于进行不间断的测量。根据本发明的有利方面，壳体还包括壳体本体和壳体盖，该壳体盖以可移除的方式连接到壳体本体，使得在组装好的状态下壳体本体和壳体盖形成不漏流体的壳体，并且其中壳体盖装备有可更换的水分控制元件。根据本发明的有利方面，水分控制元件包括容纳在可更换的胶囊中的一块吸水材 料或干燥剂干燥材料。壳体盖装备有胶囊保持部件，或用于吸水材料的支承装置，该支承装置以可移除的方式保持胶囊。因此，吸水材料将吸收光学传感器元件内部中的水分。当吸水材料饱和并不再吸收水分时，以操作员通过用具有新胶囊的新壳体盖替换具有用过的胶囊的壳体盖的方式能够容易地对其进行更换。操作员甚至不必更换单独的罩帽。装有新的吸水胶囊的壳体盖能作为备件储存并且容易更换，不影响传感器元件的其余部分，不需要对传感器元件进行进一步的拆卸以及繁琐的重新组装。这有利于由无专业技能的用户现场对水分控制材料进行简单的更换。由于更换如此容易，所以如果一个壳体盖中每单位负荷的吸水材料的量相对较�。蛏踔聊芤陨愿叩钠德世赐瓿筛�。当然，无专业技能的用户也能容易地更换吸水材料的单独的胶囊,这将节省更换整个壳体盖的材料成本。可选择地,也能通过更换旧盖中的胶囊并且在下一维护周期内安装该更新的盖来重新使用更换后的壳体盖。根据本发明的一个有利方面，用于提供从光学传感器构件到样品的光路的光学窗口被包括在壳体本体中，并且布置在光学窗口附近的窗口加热装置位于壳体本体中。根据本发明的一个有利方面，光学传感器构件包括镜头保持件，该镜头保持件具有面向光学窗口的光学镜头，并且在与光学镜头相对的一侧上具有光学孔。镜头保持件可固定于壳体本体。它将准直镜组件支承在光路中。镜头保持件有利地包括这样的光学器件，该光学器件对实现在光学传感器元件是发光元件的情况下从样品侧上的光学窗口到光源的光路、或者在光学传感器元件是光接收元件的情况下从光学窗口到光接收元件的光路是必要的。通过安装镜头保持件作为包括光路的单独的子单元，为光学传感器元件作为光接收元件或发光元件的�？榛杓频於嘶�。对于这两种应用，壳体本体、壳体盖和镜头保持件能够基本保持不变，并且能通过更换又一构件即光源或光接收元件来实现应用差异，该又一构件能容易地连接到镜头保持件。根据本发明的有利方面，光学传感器元件是光接收元件并且光学传感器构件还包括电气连接到电子电路的测光装置。该测光装置可为光电二极管，其设置在镜头保持件的光学孔处，使得来自光学窗口通过由镜头保持件提供的光路的光被直接导向到光电二极管。在又一有利实施例中，该光电二极管可安装在印刷电路板(PCB)上，该PCB带有用于评价所接收的光并且进一步处理传感器信号的电子电路。因此，PCB的子单元和光电二极管能以�？榛绞讲迦牍庋Т衅髟目翘迥冢越涓脑煳饨邮赵�。根据本发明的有利方面，光学传感器兀件是发光兀件，并且光学传感器构件还包括容纳在光源保持件中的光源，该光源保持件具有第二光学孔，该第二光学孔用于将来自光源的光从光源保持件传出到灯保持件的光学孔内。在本发明的ー个有利实施例中，光源保持件以可移除的方式连接到镜头保持件以形成�？榛⒐獾ピ渲泄庠幢３旨牡诙庋Э子刖低繁３旨墓庋Э锥宰�。灯保持件因此将光源定位在准直仪组件的光学系统中的可再现的对准位置。它有利于光源在光学系统中的可再现的定位。灯保持件有利于由无专业技能的用户现场更换光源。它允许用户在不操作关键的光学表面、并且不触碰发光装置的情况下更换失效的光源。灯保持件能与所有类型的发光装置一起使用，例如与NIR LED或白炽钨丝灯一起使用。作为本发明的新颖方面之一，本发明能实现灯保持件的�？榛杓撇⑶沂咕低繁３旨茏樽拔？榛庋Т衅鞴辜８荼痉⒚鞯挠忠挥欣矫妫庠幢３旨ㄓ牍庠幢３旨逍纬傻墓夤埽糜谠谟忠宦肪渡辖醋怨庠吹墓獾牧硗獾牟糠执庸庠幢３旨�。根据又一有利实施例的光学传感器元件还包括联接到反馈控制电路的基准测光装置，反馈控制电路构造成控制光源的光输出。在本发明的又一有利实施例中，灯保持件和光管两者都可由透明材料制成，例如但不限于透明塑性材料。在此情形中，灯保持件的光管和本体可以例如通过注射模塑在一个步骤中整体生产。具有整体形成的光管的灯保持件提供将一部分光经由整体导光装置传送到基准光电ニ极管上，以利用反馈控制电路控制灯的光输出。因此，具有整体光管的灯保持件将来自分析光源的光引导和集中到光电ニ极管或其它用于光源的反馈控制的光敏区域上。根据本发明的又一有利方面，光源保持件包括用于以可移除的方式将光源保持件固定至镜头保持件的棘爪机构。在ー个有利实施例中，用于牢靠固定在镜头保持件/准直仪中的棘爪机构可以使用整体可变形的人机工程学手指夹持手柄，该手柄可以采用弹性臂的形式设计。根据本发明，对于光学样品分析装置，它装备有至少ー个如上所述的光学传感器元件，其构成为光接收元件，并且装备有至少ー个如上所述的光学传感器元件，其构成为发光元件。在ー个有利的实施例中，根据本发明，光学样品分析装置构造成作为�？榛嵌却衅髯爸貌僮鳎ú饬康ピ咎澹防∷�/排出单元联接到该测量単元本体；如上所述构成为光接收元件的光学传感器元件；如上所述构成为发光元件的光学传感器元件；以及端子盒。在本发明的又一有利实施例中，用于自动清洁与样品相接触的光学窗ロ的清洁器模块联接到测量单元本体。


通过參考附图对实施例的描述来更详细地描述本发明，在附图中图Ia在正视图中示出了光学样品分析装置的实施例，图Ib在左侧视图中示出了图Ia的光学样品分析装置的实施例， 图2a示出了构成为发光装置的根据本发明的光学传感器元件的实施例，图2b示出了构成为光接收装置的根据本发明的光学传感器元件的实施例，图3a在侧视图中示出了根据本发明的灯保持件的实施例，
图3b在正视图中示出了根据图Ia的灯保持件的实施例，图3c在底面视图中示出了根据图Ia的灯保持件的实施例，图4a示出了组装前的根据本发明的灯保持件和光源的实施例，以及图4b示出了组装后的根据图4a的灯保持件和光源的总成。
具体实施例方式图Ia和图Ib示出了根据本发明的�？榛嵌却衅髯爸�2的正视图和侧视图。中央单元是测量单元24，并且样品液体被馈送到测量单元24并且经由馈送/排出单元25从其移除，该馈送/排出单元25通过管道联接机构以可移除的方式联接到测量单元24。构成为发光装置的第一光学传感器元件I和构成为光接收元件的第二光学传感器元件I’进一步附连于测量单元本体24。两个光学传感器元件I、I’成90°角安装，如公知的应用浊度感测原理时那样。另外，清洁器�？�27和端子盒26联接到测量单元24。浊度法是评价由流体中的粒子相对于入射光束成90°角散射的光的光学浊度感测方法。对于水处理中的浊度测量存在世界标准技术规范。USEPA 180. I浊度法、用于水和废水检测的2130B标准方法和IS07027国际标准水质浊度测定1999-12-15、Hach 10133、GLI方法II、Mitchell方法M5331 LED和Mitchell方法M5271激光。所有技术规范用来测量来自具有与样品流体不同的折射率的流体中的悬浮粒子的散射光的强度，所述折射率是与入射光的路径成90°角测量的。为了满足不同政府机构规定的各种波长要求，EPA已批准多种光源来进行浊度测量和报告=USEPA 180. 1-1白炽2200-3000K钨丝，USEPA 180. 1-2LED860nm GLI 4-束，USEPA 180.1-3 LED 660nm 光电倍增管，USEPA180. 1-4 LED 525nmMitchell 方法M5331，USEPA 180. 1-5 Laser 660nm Mitchell 方法M5271，ISO 7027 basicLED 860nm International， ISO 7027 alternate LED 550nm International。图2a示出了构成为发光元件的一个实施例中的光学传感器元件I的示意性截面图。传感器元件I具有壳体本体5和壳体盖6，两者都具有螺纹端部使得它们能组装并拧紧在一起，二者之间具有第一密封装置8例如弹性O形圈以形成防水且不透光的壳体3。壳体本体5具有腿状附件28，该附件28具有由光学窗口 9覆盖的平直端侧，使用窗口密封件29将该光学窗口 9固定在壳体本体上。光学窗口 9附近设有例如形式为电加热线圈的窗口加热装置10。电缆密封套30附连于壳体本体的侧面，从而使得电缆31可防止水和光进入壳体3内部。电缆31提供光学传感器元件I与端子盒26之间的电力和信号连接。电缆31被示出仅部分位于电缆密封套30内。光学传感器构件4插入壳体本体5内，该光学传感器构件4由镜头保持件13和光源保持件19以�？榛绞阶槌桑低繁３旨�13和光源保持件19两者都由棘爪机构23以可分离的方式保持在一起，棘爪机构23包括两个弹性棘爪杆、包括整体可变形的人机工程学手指/姆指夹持手柄。 使用螺钉32将镜头保持件13固定在壳体本体上，螺钉32同时还将印刷电路板(PCB) 33固定在壳体本体上。PCB上具有电子电路并且基准测光装置22附连于其上。镜头保持件在面向光学窗口 9的一侧上的光学镜头14与相对侧上的光学孔15之间提供准直光路。光源保持件19由透明塑性材料制成。它保持光源18，该光源18可以是LED、激光ニ极管或钨丝灯，并且具有第二光学孔20，该第二光学孔20在组装好的位置布置成与镜头保持件13的光学孔15相邻，并且容许来自光源18的光的主要部分进入光路并且以聚焦的方式经光学窗ロ 9离开壳体3。形式为透明臂的光管21与光源保持件成整体，向侧面引导一部分来自光源18的光并且将其导向至基准光电ニ极管22，该基准光电ニ极管22用于利用作为PCB上的电子电 路的一部分的反馈控制电路来控制光源18的光输出。壳体盖6的上部的内侧上设有整体形成在盖壁中的保持固定装置34，该保持固定装置34以可移除的方式保持并支承水分控制元件7。每个水分控制元件7是充填有吸水材料11的胶囊12。如果需要更换水分控制元件，则开启壳体盖6，并且要么单独更换各胶囊12，要么将具有新鲜胶囊的新盖固定在壳体本体上。如果需要更换光源18，则开启盖6并且拆卸光源保持件19。这能通过手动压缩棘爪机构的两个弹性臂而容易地完成，棘爪机构将释放灯保持件19使得它能够容易从镜头保持件13抽出。以完全相同的方式将具有新光源的新灯保持件插入原处。不需要触碰光源。通过由镜头保持件13向灯保持件19提供的引导而自动实现与光路的对准和光管21与基准光电ニ极管的对准。因此由无专业技能的用户通过简单插入动作也能实现灯的更换。通过仅插入装备有新型灯的灯保持件，同样容易改变灯的类型。图2b示出了构成为光接收元件的一个实施例中的光学传感器元件I’的示意性截面图。其与图2a中所述的发光装置的实施例基本相同，除了不再具有灯保持件并且PCB 33已被移除之外。作为替代，测光装置16，例如光电ニ极管，安装在镜头保持件13的光学孔15附近。光电ニ极管16经由触针35安装在同样是PCB形式的电子电路17上。图2a和2b两者中具有相同的附图标记的其它零件或元件在功能上相同。可以看到，通过根据本发明的�？榛杓疲扇菀椎鼗Q光学测量样品分析装置如浊度传感器中的发光�？楹凸饨邮漳？�。图3a、图3b和图3c在侧视图(图3a)、正视图(图3b)和底面视图(图3c)中示出了灯保持件19的详图。上文已详细描述了灯保持件19。在图3a-3c中可以更具体地看到以在臂的外侧上具有齿状凸块的弹性臂形式实现的手指/拇指夹持手柄的可变形的人机工程学设计。还可以看到开槽齿36，该开槽齿36用作棘爪机构的一部分并与镜头保持件中相应的开槽切ロ互相作用，以可移除地将灯保持件保持在镜头保持件中。图4a和图4b图解了利用灯保持件19的可变形的、弹性的夹持手柄将灯保持件19手动插入到镜头保持件13到达正向卡合位置的简单步骤。在图4a和图4b中，示出了灯保持件19位于根据图3a的侧视图位置。可以看到镜头保持件13中的开槽切ロ 37，开槽切ロ 37将灯保持件19卡合在其适当位置以便校正与镜头保持件13的光学对准和准直。在镜头保持件的侧壁中，在外表面区域，设置有沿轴向定向的槽。它们的用途是作为从加热窗ロ 9(參见图2a)驱散湿空气的通道，从而实现空气从窗ロ区域改善的流出，并且进一歩支持窗ロ加热器的防起雾效果。简而言之，根据本发明的光学传感器元件实现的优点和有利效果包括改善的水分处理能力、用于防止冷凝的整体样品窗ロ加热器、容易插入的用户可更换的光源、用户可更换的干燥剂胶囊、独立的发光和光接收对。
在关于光学传感器元件1、1’在浊度传感器装置中的应用方面宽范围地描述了本发明。然而，本领域的技术人员将容易看出，光学传感器元件I、I’的�？榛杓频母拍畈⒉幌抻诖颂囟ㄓτ�。本发明在改善光学传感器中的光控制和水分控制方面的有益效果还能广泛地适用于其它光学分析感测系统和装置，例如但不限于吸收型测量，比如吸收型浊度计、色度计和吸收光谱法。附图标记清单I光学传感器元件2光学样品分析装置3 壳体4光学传感器构件5壳体本体6壳体盖7水分控制元件8第一密封装置9光学窗口10窗口加热装置11吸水材料12 胶囊13镜头保持件14光学镜头15光学孔16测光装置17电子电路18 光源19光源保持件20第二光学孔21 光管22基准测光装置23棘爪机构24测量单元25馈送/排出单元26端子盒27清洁器�？�28腿状附件29窗口密封件30电缆密封套31 电缆32 螺钉
33PCB34保持固定装置
35 触针36开槽齿37开槽切ロ
权利要求
1.一种用于在光学样品分析装置(2)中使用的光学传感器元件(I)，所述光学传感器元件(I)包括容纳至少一个光学传感器构件(4)的壳体(3)和光学窗口(9)， 其特征在于，所述壳体(3)装备有布置在所述光学窗口(9)附近的窗口加热装置(10)。
2.根据权利要求I所述的光学传感器元件(I),其中，所述壳体(3)还包括壳体本体(5)和壳体盖￠)，所述壳体盖(6)以可移除的方式连接到所述壳体本体(5)，使得在组装好的状态下，所述壳体本体(5)和所述壳体盖(6)形成不漏流体的壳体(3)，并且其中所述壳体盖(6)装备有可更换的水分控制元件(7)。
3.根据权利要求2所述的光学传感器元件(I)，其中，所述水分控制元件(7)包括容纳在可更换的胶囊(12)中的一块吸水材料(11)。
4.根据权利要求2所述的光学传感器元件(I)，其中，所述壳体盖装备有用于以可更换的方式保持所述水分控制元件(7)的支承装置。
5.根据权利要求I所述的光学传感器兀件(I)，其中，所述壳体本体(5)包括所述光学窗口(9)，该光学窗口(9)用于提供从所述光学传感器构件(4)到所述样品的光路。
6.根据权利要求I所述的光学传感器兀件(I)，其中，所述光学传感器构件(4)包括镜头保持件(13)，所述镜头保持件(13)具有面向所述光学窗口(9)的光学镜头(14)，并且在与所述光学镜头(14)相对的一侧上具有光学孔(15)。
7.根据权利要求6所述的光学传感器元件(I’)，其中，所述光学传感器元件(I’)是光接收元件，所述光学传感器构件还包括电气连接到电子电路(17)的测光装置(16)。
8.根据权利要求6所述的光学传感器元件(I)，其中，所述光学传感器元件(I)是发光元件，所述光学传感器构件还包括容纳在光源保持件(19)中的光源(18)，所述光源保持件具有用于将来自所述光源(18)的光从所述光源保持件(19)传出的第二光学孔(20)。
9.根据权利要求8所述的光学传感器元件(I)，其中，所述光源保持件(19)以可移除的方式连接到所述镜头保持件(13)，以形成�？榛⒐獾ピ渲兴龉庠幢３旨�(19)的所述第二光学孔(20)与所述镜头保持件(13)的所述光学孔(15)对准。
10.根据权利要求8所述的光学传感器元件(I)，其中，所述光源保持件(19)包括与所述光源保持件(19)整体形成的光管(21)，用于在又一路径上将来自所述光源(18)的光的另外的部分从所述光源保持件(19)传出。
11.根据权利要求10所述的光学传感器元件(I)，其中，所述光学传感器元件(I)还包括基准测光装置(22)，该基准测光装置(22)联接到构造成控制所述光源(18)的光输出的反馈控制电路。
12.根据权利要求9所述的光学传感器元件(I)，其中，所述光源保持件(19)包括棘爪机构(23)，该棘爪机构(23)用于以可移除的方式将所述光源保持件(19)固定至所述镜头保持件(13)。
13.—种具有至少一个根据权利要求6的光学传感器兀件(I’ )和至少一个根据权利要求7的光学传感器元件(I)的光学样品分析装置(2)。
14.根据权利要求13所述的光学样品分析装置(2)，所述光学样品分析装置(2)构造成作为�？榛嵌却衅髯爸貌僮鳎ú饬康ピ咎�(24)，样品馈送/排出单元(25)联接到所述测量单元本体(24);根据权利要求6构成为光接收元件的光学传感器元件(I’ );根据权利要求7构成为发光元件的光学传感器元件(I);以及端子盒(26)。
15.根据权利要求14所述的光学样品分析装置(2)，其中，用于自动清洁与所述样品相接触的光学窗口的清洁器�？�(27)联接到所述测量单元本体。
全文摘要
本发明涉及一种用于在光学样品分析装置(2)中使用的光学传感器元件(1)，包括容纳至少一个光学传感器构件(4)的壳体(3)。该光学传感器元件还包括壳体本体(5)和壳体盖(6)，该壳体盖(6)以可移除的方式连接到壳体本体(5)，使得在组装好的状态下，壳体本体(5)和壳体盖(6)形成不漏流体的壳体(3)，并且其中壳体盖(6)装备有可更换的水分控制元件(7)。本发明还涉及一种构造成作为�？榛嵌却衅髯爸霉ぷ鞯墓庋а贩治鲎爸�(2)，具有至少一个构成为光接收元件的光学传感器元件(1’)和一个构成为发光元件的光学传感器元件(1)。
文档编号G01N21/15GK102636432SQ20121002860
公开日2012年8月15日 申请日期2012年2月9日 优先权日2011年2月9日
发明者埃里克·德科斯塔, 特蕾莎·乔, 约翰·埃韦斯, 萨尼·巴初 申请人:Abb技术股份有限公司