CN104345051B - 用于过程变量的光学测量的装置和包括该装置的测量设备 - Google Patents

用于过程变量的光学测量的装置和包括该装置的测量设备 Download PDF

Info

Publication number
CN104345051B
CN104345051B CN201410374100.0A CN201410374100A CN104345051B CN 104345051 B CN104345051 B CN 104345051B CN 201410374100 A CN201410374100 A CN 201410374100A CN 104345051 B CN104345051 B CN 104345051B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
arm
light
measuring apparatus
sensor element
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
CN201410374100.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104345051A (zh
Inventor
安德烈亚斯·罗贝特
罗尼·迈克尔
克里斯蒂安·范泽洛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
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 Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG filed Critical Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Publication of CN104345051A publication Critical patent/CN104345051A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104345051B publication Critical patent/CN104345051B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0425—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6432—Quenching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6484—Optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems 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
    • G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
    • G01N2021/7786—Fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems 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
    • G01N21/78—Systems 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems 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
    • G01N21/78—Systems 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
    • G01N21/783—Systems 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems 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
    • G01N21/78—Systems 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
    • G01N21/80—Indicating pH value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/08—Optical fibres; light guides
    • G01N2201/0826—Fibre array at source, distributing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/08—Optical fibres; light guides
    • G01N2201/0833—Fibre array at detector, resolving

Abstract

一种用于介质的至少一个过程变量光学测量的装置，包括：光源；光接收器；光学传感器元件；和数据处理单元，该装置中设置光导体，其中该光导体将光源与光学传感器元件连接并且将该光学传感器元件与光接收器连接；其中，该光导体具有第一臂、第二臂和第三臂；第一臂被布置在光源处使得发射的光进入到该第一臂；第二臂被布置在光接收器处使得从第二臂接收的光进入到光接收器；第三臂被布置在光学传感器元件处使得从该第三臂发射的光撞击该光学传感器元件并且从该光学传感器元件接收的光进入到该第三臂。

Description

用于过程变量的光学测量的装置和包括该装置的测量设备
技术领域
本发明涉及一种用于介质中的过程变量，特别是分析过程变量的光学测量的装置，以及涉及一种包括该装置的测量设备。
背景技术
虽然在下文中将基于根据荧光猝灭原理工作的氧传感器来解释本发明，但是本发明的构思并不限于这样的传感器。相反，通过对应的修改，其它过程变量，特别是诸如离子、分子、气体或其它化合物的某些分析物的浓度、pH值或温度同样可由这样的装置测量。适合于确定这样的过程变量的测量设备的大量变型由Endress+Hauser集团公司制造和出售。
传感器包括比如包含光学传感器元件的传感器头。与传感器头相邻的是包含数据处理单元的壳体，其中，光学传感器元件被来自光源的光照射。由光接收器检测的、具有某一光特性的光可能在首先被转换之后被光学传感器元件辐射回，并且光接收器的信号表示由数据处理单元评估的光特性。
从EP2295953A1获知的是用于基于荧光测量来测量溶液中物质浓度的系统。该系统包括光源，该光源将光辐射到待检查的介质中。该发射的光激励光学传感器元件，该光学传感器元件布置成与待检查的介质相接触。在荧光测量中，发射的光由光学传感器元件吸收，并且因此，根据所述过程变量(比如，分析物的浓度)，辐射回另一个波长的光。由光学传感器元件辐射回的辐射由光接收器作为接收的光吸收，被转换成电测量变量并且被转发到数据处理单元。取决于光学传感器元件的性质，光学传感器对不同的颗粒浓度以不同的接收光强度、接收频率、相位角和/或衰变曲线做出反应。
从根本上讲，存在用于相对于光学传感器元件布置光源/光接收器的不同的方法，如下文所解释的。
在具有足够的能量供应的传感器的情况下，可以将光源/光接收器直接布置在光学传感器元件处。然而，这一点在高温传感器的情况下难以实现，因为在光学部件和远离高温测量点布置的数据处理单元之间产生长的且易受干扰影响的连接线。
为避免这种现象，可以将光源和光接收器放置成远离待检查的可能的热介质。然后，可以经单个光导体将光带入光学传感器元件。这一点对于以小结构为特征的紧凑传感器而言不能被实现，因为需要相对大的光导体。
另外，分离的光导体能够被用于光源和光接收器。这比如从EP0940662B1得知。为了最佳测量信号，光导体必须以比如45°的角度指向光学传感器元件。这一点对于紧凑传感器而言再次不能被实现。
DE10218606A1中描述了一种数字传感器，该数字传感器由彼此可释放地连接的两个部件构成：传感器侧部件(插塞头)，传感器元件(在那里是电流地传感器)和数据存储器与该传感器侧部件不可分离地连接；和发送器侧部件(可插拔连接器耦接件或传感器电缆)，传感器侧部件经该发送器侧部件与测量发送器耦接或直接与控制系统耦接。在所描述的两侧之间的数字双向数据传送经磁感应耦合接口非接触地发生。经由非接触磁感应接口的能量传输单向地发生。经由电流地分离的接口的能量传输为传感器侧部件提供相当小的能量。对应的传感器由申请人以商标“Memosens”制造和出售。“Memosens”技术不仅适用于电流地传感器而且在原理上替而适用于被用于确定和监测各种过程变量的任意传感器。
本发明的目的是为紧凑的光学低能量传感器提供最佳光输入和光输出。
发明内容
该目的由用于介质中的过程变量，特别是分析过程变量的光学测量的装置来实现，该装置包括：用于发射光的至少一个光源；用于接收光的至少一个光接收器，其中，该光接收器将接收的光变换成电测量变量；光学传感器元件，其中，该光学传感器元件被安装以至少部分与介质相接触并且将发射的光转换成接收的光；和至少一个数据处理单元，该至少一个数据处理单元用于操作和控制光源和/或用于将电测量变量处理成过程变量。该装置的特征在于设置光导体，其中，光导体将光源与光学传感器元件连接并且将光学传感器元件与光接收器连接，其中，光导体利用多个臂来实施并且具有第一臂、第二臂和第三臂，其中，第一臂被布置在光源处使得发射的光进入到第一臂中，其中，第二臂被布置在光接收器处使得接收的光从第二臂进入到光接收器中，其中，第三臂被布置在光学传感器元件处使得从第三臂发射的光撞击光学传感器元件并且从光学传感器元件接收的光进入到第三臂中，其中，第一臂和第二臂结合以形成第三臂。
因此，将光源(比如，LED)和光接收器(比如，光电二极管)定位成远离可能的热介质成为可能。在其最简单的形式下，光导体具有Y形状。通过应用具有从LED或光电二极管开始的多个臂的光导体，其中，多个臂结合以在光学传感器元件处形成单个臂，最大化光回收成为可能。
在第一有利变型中，光导体被实施为玻璃棒。这是成本有效的解决方案。在这样的情况下，玻璃棒的第一臂和第二臂被弯曲使得它们联结以形成第三臂。如已经提及的，在这样的情况下，Y形状能够产生，即，玻璃棒在一端处被实施为玻璃棒分支。
在第二有利变型中，光导体由光纤束(由多根光纤形成)构成，其中，第一组光纤，即，发射光纤形成第一臂，并且其中，第二组光纤，即，接收光纤，形成第二臂。通过应用柔性光纤，则可以均化可能发生的长度差别。该问题是比如制造相关的或归因于温度波动而出现。
在附加有利变型中，光导体由光纤束(由多根光纤形成)构成，其中，除已经提及的第一组和第二组光纤之外，第三组和第四组光纤被提供。第三或第四组光纤形成光导体的第四或第五臂。另外，第四和第五臂结合以帮助形成第三臂。第一臂发送用于第一过程变量的发射的光，并且第二臂接收用于第一过程变量的接收的光，而第四臂能够发送用于第二过程变量的发射的光，或第五臂接收用于第二过程变量的接收的光。不同的过程变量的示例是比如氧和温度，然而，还有已经提及的过程变量。
在光纤装置的第一有利变型中，发射光纤和接收光纤被布置在第三臂中使得，在第三臂的截面中，发射光纤形成第一圆圈部，并且接收光纤形成第二圆圈部，该第二圆圈部使第一圆圈部变得完整，其中，与第二圆圈部相比，第一圆圈部具有较小的表面面积。
在光纤装置的第二有利变型中，发射光纤和接收光纤同样地被分布在第三臂中。
在光纤装置的第三有利变型中，接收光纤形成内圆圈，并且发射光纤形成绕该内圆圈的共轴外圆环。
为了进一步增加光回收以及为了减小光反射接口的数量，优选地至少一个光学滤波器和/或透镜设置在光导体中，特别是在光源和第一臂之间的接口处，在光接收器和第二臂之间的接口处，以及在光学传感器元件和第三臂之间的接口处。
在有利的实施例中，光导体的光纤的面对光学传感器元件的端部相对于其纵轴线以小于90°的角度被切断。因此，可以进一步最大化光回收，因为发射的光以一定的角度撞击光学传感器元件，并且在由光学传感器元件转换之后然后作为接收的光以一定的角度被接收在接收器中。
在实施例的优选形式中，光学传感器元件被实施为光致发光传感器，特别是被实施为荧光传感器或磷光传感器，其中光学传感器元件在被发射的光激励之后根据所述过程变量发出光以作为接收的光。能够以不同的方式分析在光接收器中接收的光，并且因此，根据所述过程变量，确定光接收器中接收的光。可能的方式包括评估强度、相位角、响应时间等中的差。
在实施例的附加优选形式中，光学传感器元件包括至少一个层，与过程变量相接触的该至少一个层改变至少一个性质，特别是改变颜色，并且根据所述过程变量，吸收发射的光。
优选地，光导体是具有大于0.1的数值孔径的光导体。
在实施例的形式中，一般而言，装置，特别是光源和数据处理单元，因此传感器电子设备的功率消耗小于1W。
该目的进一步由测量设备来实现，该测量设备包括上文描述的装置，其中，该测量设备包括传感器侧部件和发送器侧部件；其中，该装置定位在传感器侧部件上/中；其中，从发送器侧部件至传感器侧部件单向地传输能量，并且双向传输数据，特别是电测量变量和/或过程变量，并且传感器侧部件和发送器侧部件经流电隔离(galvanic isolation)连接彼此耦接，特别是经感应连接彼此耦接，或传感器侧部件和发送器侧部件流电耦接并且经流电隔离连接与控制系统连接。
测量设备是比如用于过程自动化领域中的被测过程变量的测量设备，所述被测过程变量比如分析过程变量，例如分析物的浓度，例如，氧浓度。
附图说明
现在将基于附图更详细地解释本发明，附图如下：
图1为本发明的测量设备，
图2为根据本发明的装置，并且
图3a-c为光导体的第三臂的截面实施例。
具体实施方式
在附图中，相同的特征被提供相同的参考标记。
首先，将探究本发明的测量设备1。在这样的情况下，测量设备1不应被理解为单个部件，而是应被理解为发送器侧部件和传感器侧部件的组合。发送器侧部件例如是上级单元2，例如发送器或控制站。上级单元2包括至少一个数据处理单元。传感器侧部件是经由电缆3而连接的消费器件，例如传感器4。上级单元2和消费器件之间的连接经由接口5、6发生。接口5、6被实施为流电隔离(galvanically isolated)的接口，特别是感应接口。
传感器4经由电缆3被供应能量。此外，数据在传感器4和发送器2之间被双向交换。发送器2的任务的一部分能够通过在传感器4中，特别是在数据处理单元7比如在微控制器中预处理来完成。存储在微控制器7中或在其存储器中的是传感器专用数据，诸如比如名称、序号、制造日期、设备数据、校准数据、固件版本识别、制造商信息、设备驱动程序信息、传感器数据、历史数据、过程数据。
对传感器4的测量数据的评估在发送器2和传感器4之间分配。对传感器4的测量数据的预处理在数据处理单元7中发生。特别地，光源8和光接收器9(参见图2)受到微控制器的控制。在实施例的形式中，提及的任务也由位于电缆中的附加微控制器提供。
传感器4是过程自动化的传感器，特别是光学传感器。因此，示例包括：比如pH传感器、温度传感器、压力传感器、氧传感器、或二氧化碳传感器；用于确定细胞的数量和细胞结构的传感器；用于监测某些有机化合物或金属化合物的传感器；和用于确定化学物质例如某一元素或某一化合物的浓度的传感器。
发送器2此外连接到控制系统或它本身是控制系统的部分。在后一种情况下，传感器4因此比如经由HART、4...20mA、Profibus、ModBus、以太网等直接连接到控制系统。
或者，传感器4还能够包括集成发送器并且因此利用发送器功能并且在给定情况下直接连接到控制系统。传感器和集成发送器则彼此流电耦接(galvanically coupled)。流电隔离(galvanic isolation)则经由与控制系统的连接发生。
图2详细地示出本发明的装置13。位于图2的右侧上的是光学传感器元件11。光学传感器元件11经光导体10与光源8或光接收器9连接。光源8和光接收器9与数据处理单元7耦接。如已经提及的，光源8由数据处理单元7操作。
光源8例如是LED；光接收器9例如是光电二极管。如已经提及的，装置1的能量供应经由感应接口5、6发生，没有大的能量密度经由所述感应接口5、6是可能的。一般而言，在这样的情况下，装置13因此，特别是数据处理单元7、光源8和光接收器9因此传感器电子设备的总能量消耗或总转换功率应小于1W。
与光源8连接的是光导体10的第一臂10.1。与光接收器9连接的是光导体10的第二臂10.2。这些连接受如粘合剂、接头等的影响，其中特定的方法满足光学要求，如在对应的波长下的透明度等。
在一个实施例中，光学滤波器和/或透镜设置在光源8和第一臂10.1之间的、或在光接收器9和第二臂10.2之间的、以及在第三臂10.3和光学传感器元件11之间的接口处(参见下方)。
第一臂10.1和第二臂10.2结合以形成第三臂10.3。第三臂10.3与光学传感器元件11连接，并且光学传感器元件11与介质14相接触。
传感器4被实施为光学传感器，现在将简短地解释该传感器4的操作。光源8经由光导体10.1和10.3将发射的光发送到光学传感器元件11。光学传感器元件11改变发射的光的性质并且发出将被接收的光。这样的接收的光采用经臂10.3和10.2至光接收器9的反向路径。性质改变涉及比如强度、相位角、波长等。改变的大小在这样的情况下直接取决于介质中的被测过程变量，诸如比如某一分析物的浓度，比如，氧浓度。因此，光学传感器元件11被实施为荧光元件或磷光元件。
作为所描述荧光传感器的替代，光学传感器元件11包括至少一个层，该至少一个层在与介质14中的过程变量相接触的情况下改变至少一个性质，即，例如改变颜色，并且根据所述过程变量，吸收发射的光。
如已经提及的，传感器4经由感应接口5、6被供应能量。结果，仅少量的能量是可传输的。传感器通常具有12mm的直径。
图2中的装置能够满足这些能量和空间限制。
光导体10被实施为多臂光导体，在该示例中，被实施为二臂光导体。这些臂结合到传感器侧上的单个臂。
光导体10的可能的实施例是作为玻璃棒的实现方式。相应地，玻璃棒被形成，即，被弯曲、被拉拔等。因此，两个单独的臂结合到单个玻璃棒。
替代方案是将光导体10实施为光纤束，其中该光纤束由多根光纤构成。第一组光纤，即，发射光纤12.1、形成第一臂10.1；第二组光纤，接收光纤12.2，形成第二臂10.2。
在一个变型中，除第一臂10.1和第二臂10.2之外，光导体10还包括光导体的第四或第五臂(这些未示出)。另外，第四和第五臂结合以形成第三臂10.3。如已经提及的，第一臂10.1发送用于第一过程变量的发射的光，并且第二臂接收用于第一过程变量的接收的光，而第四臂允许发送用于第二过程变量的发射的光，或第五臂允许接收用于第二过程变量的接收的光。不同过程变量的示例是比如氧和温度。
必须注意，光学传感器元件11上的由接收光纤12.2覆盖的区域也被发射光纤12.1照射。
光纤是比如粘合的、联结的或以类似方式形成的玻璃光纤(空气/玻璃)、厚内芯光纤(石英/石英)、聚合物涂覆的玻璃(空气/聚合物)、塑料(POF空气/聚合物)或光子晶体光纤(玻璃/空气、聚合物/空气)的光纤。
在光导体10或第三臂10.3的面对光学传感器元件11的一侧上，光纤能够被不同地布置。
图3示出不同选项的示例。在图3a中，光纤分布在第三臂10.3中使得在该第三臂10.3的截面中，发射光纤12.1形成第一圆圈部，并且接收光纤12.2形成第二圆圈部，第二圆圈部使第一圆圈部变得完整。在一个实施例中，第一圆圈部在表面面积上比第二圆圈部小。因此，一组光纤能够具有比如“镰刀”、“半月形”或类似的截面形式。
在图3b中，光纤12.1、12.2以同样分布的方式被布置。在这样的情况下，比如，对称性能够产生。另外，随机分布提供另一种选择。
图3c示出一个装置，在该装置的情况下，接收光纤12.2形成内圆圈并且发射光纤12.1形成环绕内圆圈的共轴外圆环。
为了增加光回收，光导体10的光纤的面对光学传感器元件的端部以与它们的纵轴线成小于90°的角度被切断。这改进对接收的光和发射的光的引导。
为了满足Ex保护的要求，装置13能够至少部分地被封装。在这样的情况下，特别是对数据处理单元7的封装是有益的。
附图标记清单
1 测量设备
2 上级单元
3 电缆
4 消费器件
5 接口
6 接口
7 数据处理单元
8 光源
9 光接收器
10 光导体
10.1 10的第一臂
10.2 10的第二臂
10.3 10的第三臂
11 光学传感器元件
12 光纤
12.1 LED光纤
12.2 光电二极管光纤
13 装置
14 介质

Claims (19)

1.一种测量设备(1)，包括：
用于介质(14)中的至少一个过程变量的光学测量的装置(13)，
其中，所述测量设备(1)包括传感器侧部件(4)和发送器侧部件(2)，
其中，所述装置(13)定位在所述传感器侧部件(4)上/中，
其中，从所述发送器侧部件(2)至所述传感器侧部件(4)单向地传输能量，并且双向传输数据，并且
所述传感器侧部件(4)和所述发送器侧部件(2)经流电隔离连接(5、6)彼此耦接，或所述传感器侧部件(4)和所述发送器侧部件(2)流电耦接并且经流电隔离连接(5、6)与控制系统连接，
所述装置(13)包括：
–用于发射光的至少一个光源(8)，
–用于接收光的至少一个光接收器(9)，其中，所述光接收器(9)把接收的光变换成电测量变量，
–光学传感器元件(11)，其中，所述光学传感器元件(11)被安置以至少部分与所述介质(14)相接触并且把发射的光转换成接收的光，和
–至少一个数据处理单元(7)，所述至少一个数据处理单元(7)用于操作和控制所述光源和/或用于把所述电测量变量处理成所述过程变量，
所述装置的特征在于设置光导体(10)，
其中，所述光导体(10)把所述光源(8)与所述光学传感器元件(11)连接并且把所述光学传感器元件(11)与所述光接收器(9)连接，
其中，所述光导体(10)利用至少三个臂来实施并且具有第一臂(10.1)、第二臂(10.2)和第三臂(10.3)，
其中，所述第一臂(10.1)被布置在所述光源(8)处以使得发射的光进入所述第一臂(10.1)中，
其中，所述第二臂(10.2)被布置在所述光接收器(9)处以使得从所述第二臂(10.2)接收的光进入所述光接收器(9)中，
其中，所述第三臂(10.3)被布置在所述光学传感器元件(11)处以使得从所述第三臂(10.3)发射的光撞击所述光学传感器元件(11)并且从所述光学传感器元件(11)接收的光进入所述第三臂(10.3)中，并且
其中，所述第一臂(10.1)和所述第二臂(10.2)结合以形成所述第三臂(10.3)。
2.如权利要求1所述的测量设备(1)，
其中，所述光导体(10)被实施为玻璃棒。
3.如权利要求1所述的测量设备(1)，
其中，所述光导体(10)包括由多根光纤形成的光纤束，
其中，第一组光纤，即发射光纤(12.1)，形成所述第一臂(10.1)，并且
其中，第二组光纤，即接收光纤(12.2)，形成所述第二臂(10.2)。
4.如权利要求3所述的测量设备(1)，
其中，所述发射光纤(12.1)和接收光纤(12.2)分布在所述第三臂(10.3)中，使得在所述第三臂(10.3)的截面中所述发射光纤(12.1)形成第一圆圈部，并且所述接收光纤(12.2)形成第二圆圈部，所述第二圆圈部使所述第一圆圈部变得完整，
其中，较之所述第二圆圈部，所述第一圆圈部具有较小的表面积。
5.如权利要求3所述的测量设备(1)，
其中，所述发射光纤(12.1)和所述接收光纤(12.2)同样地分布在所述第三臂(10.3)中。
6.如权利要求3所述的测量设备(1)，
其中，所述接收光纤(12.2)形成内圆圈，并且所述发射光纤(12.1)形成环绕所述内圆圈的共轴外圆环。
7.如权利要求1至6中任一项所述的测量设备(1)，
其中，至少一个光学滤波器和/或透镜设置在所述光导体(10)中。
8.如权利要求7所述的测量设备(1)，
其中，所述光学滤波器和/或透镜设置在光源(8)和第一臂(10.1)之间的接口处，在光接收器(9)和第二臂(10.2)之间的接口处，以及在光学传感器元件(11)和第三臂(10.3)之间的接口处。
9.如权利要求1至6中任一项所述的测量设备(1)，
其中，所述光导体(10)的光纤的面对所述光学传感器元件(11)的端部相对于其纵轴线以小于90°的角度被切断。
10.如权利要求1至6中任一项所述的测量设备(1)，
其中，所述光学传感器元件(11)被实施为光致发光传感器，
其中，所述光学传感器元件(11)在被所述发射的光激励之后，根据所述过程变量发出光以作为接收的光。
11.如权利要求10所述的测量设备(1)，
其中，所述光学传感器元件(11)被实施为荧光传感器或磷光传感器。
12.如权利要求1至6中任一项所述的测量设备(1)，
其中，所述光学传感器元件(11)包括至少一个层，与所述介质(14)相接触的该至少一个层改变至少一个性质，并且根据所述过程变量吸收发射的光。
13.如权利要求12所述的测量设备(1)，
其中，所述至少一个性质包括颜色。
14.如权利要求1至6中任一项所述的测量设备(1)，
其中，所述光导体(10)是具有大于0.1的数值孔径的光导体。
15.如权利要求1至6中任一项所述的测量设备(1)，
其中，所述装置(13)的功率消耗小于1W。
16.如权利要求15所述的测量设备(1)，
其中，所述光源(8)和所述数据处理单元(7)的功率消耗小于1W。
17.如权利要求1的测量设备(1)，其中，所述发送器侧部件(2)和所述传感器侧部件(4)双向传输所述电测量变量和/或所述过程变量。
18.如权利要求1的测量设备(1)，其中，所述传感器侧部件(4)和所述发送器侧部件(2)经感应连接彼此耦接。
19.如权利要求1所述的测量设备(1)，所述过程变量是分析过程变量。
CN201410374100.0A 2013-07-31 2014-07-31 用于过程变量的光学测量的装置和包括该装置的测量设备 Active CN104345051B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013108189.4 2013-07-31
DE102013108189.4A DE102013108189A1 (de) 2013-07-31 2013-07-31 Anordnung zur optischen Messung einer Prozessgröße und Messgerät umfassend eine solche

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104345051A CN104345051A (zh) 2015-02-11
CN104345051B true CN104345051B (zh) 2017-05-10

Family

ID=52341757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410374100.0A Active CN104345051B (zh) 2013-07-31 2014-07-31 用于过程变量的光学测量的装置和包括该装置的测量设备

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9488581B2 (zh)
CN (1) CN104345051B (zh)
DE (1) DE102013108189A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015217425A1 (de) * 2015-09-11 2017-03-16 Robert Bosch Gmbh Lichtleitvorrichtung, Messsystem und Verfahren zum Herstellen einer Lichtleitvorrichtung
DE102016123586A1 (de) 2016-12-06 2018-06-07 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Sensormembran für einen optischen und/oder amperometrischen und/ oder potentiometrischen Sensor und amperometrischer oder optischer oder potentiometrischer Sensor
DE102018122510A1 (de) * 2018-09-14 2020-03-19 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Optischer Sensor
DE102019127914A1 (de) * 2018-10-19 2020-04-23 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Eine optochemische Sensoreinheit und ein Verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen Bestimmung eines Analyten in einem Messmedium mit der Sensoreinheit
DE102019207592A1 (de) * 2019-05-23 2020-11-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrisches Energiespeichersystem und Kraftfahrzeug
DE102019118712A1 (de) * 2019-07-10 2021-01-14 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Feldgerät und Gegenstelle
US11274809B2 (en) * 2020-02-21 2022-03-15 Francis J. Henkel Portable beach volleyball lighting system

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5940830A (ja) * 1982-08-31 1984-03-06 浜松ホトニクス株式会社 レ−ザ光パルスを用いた癌の診断装置
DE3518527A1 (de) * 1985-05-23 1986-11-27 Ulrich 8700 Würzburg Schliwa Fluorometer auf impulsbasis
AT390145B (de) * 1986-01-27 1990-03-26 Avl Verbrennungskraft Messtech Verfahren zur bestimmung der konzentration von in einer substanz enthaltenen stoffen, insbesondere von sauerstoff
GB2254417A (en) * 1991-04-05 1992-10-07 Bijan Jouza Photodynamic laser detection for cancer diagnosis
EP0581871B2 (en) 1991-04-29 2009-08-12 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus for optical imaging and measurement
US5647368A (en) * 1996-02-28 1997-07-15 Xillix Technologies Corp. Imaging system for detecting diseased tissue using native fluorsecence in the gastrointestinal and respiratory tract
DE19719422A1 (de) 1997-05-12 1998-11-19 Matthias Dipl Ing Lau Vorrichtung zur Messung von durch Licht angeregter Fluoreszenz und deren Verwendung
FR2775781B1 (fr) 1998-03-06 2000-04-14 Schneider Electric Ind Sa Sonde a fibres optiques
DE19857792A1 (de) * 1998-12-15 2000-07-20 Ulrich Schreiber Ultraempfindliches Chlorophyllfluorometer
DE19903506C2 (de) * 1999-01-29 2002-04-04 Inst Chemo Biosensorik Verfahren, Gefäß und Vorrichtung zur Überwachung der Stoffwechselaktivität von Zellkulturen in flüssigen Medien
US7417238B2 (en) * 1999-12-14 2008-08-26 Uwe Kirschner Device for measuring light-activated fluorescence and its use
US6975898B2 (en) 2000-06-19 2005-12-13 University Of Washington Medical imaging, diagnosis, and therapy using a scanning single optical fiber system
BR0003066A (pt) * 2000-07-21 2002-04-30 Fundacao Oswaldo Cruz Método e dispositivo para detecção microrganismos à fibra óptica
US6899675B2 (en) * 2002-01-15 2005-05-31 Xillix Technologies Corp. Fluorescence endoscopy video systems with no moving parts in the camera
US20120078075A1 (en) * 2002-04-04 2012-03-29 Maynard John D Determination of a measure of a glycation end-product or disease state using tissue fluorescence in combination with one or more other tests
DE10218606A1 (de) 2002-04-25 2003-11-06 Conducta Endress & Hauser Potentiometrischer Sensor
AU2002951841A0 (en) * 2002-09-30 2002-10-24 Swinburne University Of Technology Apparatus
JP2005121461A (ja) * 2003-10-16 2005-05-12 Tama Tlo Kk 光ファイバセンサおよびそれを用いた測定装置
US7190457B2 (en) * 2004-01-13 2007-03-13 Echo Technologies, Inc. Real-time biofilm monitoring system
DE102005006723B3 (de) * 2005-02-03 2006-06-08 Universität Stuttgart Interferometrisches,konfokales Verfahren und interferometrische, konfokale Anordung für optische Datenspeicher, insbesondere Terabyte-Volumenspeicher
DE102005061674B4 (de) * 2005-12-21 2008-01-10 Hochschule Mannheim Faseroptisches Fluoreszenzsensorsystem
US20090131800A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-21 Carestream Health, Inc. Multimodal imaging system for tissue imaging
DE102008011013B4 (de) * 2008-02-25 2014-11-13 Mevitec Gmbh Verfahren und Einrichtung zur komplexen Stoffwechselanalyse
JP5340628B2 (ja) 2008-04-21 2013-11-13 アズビル株式会社 蛍光温度センサ
JP5676852B2 (ja) 2009-03-10 2015-02-25 アズビル株式会社 蛍光温度センサ
DE202009012456U1 (de) 2009-09-12 2009-12-31 Sita Messtechnik Gmbh Einrichtung zum Messen von Stoffkonzentrationen in Lösungen auf Basis einer Fluoreszenzmessung
CN102103081A (zh) 2009-12-16 2011-06-22 中国科学院大连化学物理研究所 一种集束光纤荧光传感器
DE102011100507B4 (de) * 2011-04-29 2020-05-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Tragbares optisches Analysegerät

Also Published As

Publication number Publication date
US9488581B2 (en) 2016-11-08
CN104345051A (zh) 2015-02-11
DE102013108189A1 (de) 2015-02-05
US20150034807A1 (en) 2015-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104345051B (zh) 用于过程变量的光学测量的装置和包括该装置的测量设备
CN103217181B (zh) 一种即插即用型传感器系统以及从即插即用型传感器外围元件获取特征信息的方法
CN104870069B (zh) 多通道，并行传输光模块，及其制造和使用方法
US8396683B2 (en) Cable circuit with digital signal conditioning
US8150227B2 (en) Electrically traceable and identifiable fiber optic cables and connectors
CN104677410B (zh) 传感器和测量装置
CN101681005A (zh) 光编址的rfid元件
CN102571201B (zh) 一种光纤网络管理方法、终端及系统
CN102751559B (zh) 可调节的工业天线支架
CA2797629A1 (en) Networking cable tracer system
US7388222B2 (en) High-temperature optical liquid level sensor
RU2737723C2 (ru) Измерительное устройство для определения физических, химических, биологических свойств и/или состава окружающей среды, чувствительного приёмника как составной части измерительного устройства
US20150224641A1 (en) Cable with marked conductors for identification and sorting
CN103109246A (zh) 用于在自动化技术中确定和/或监测化学或物理过程变量的现场设备
CN201259445Y (zh) 电缆发热在线监测装置
US8901479B2 (en) Sensor assembly for fluid detection and discrimination
CN210720138U (zh) 化肥生产过程中氮含量测量装置
CN103868672A (zh) 在对多路光纤进行接插连接的环境下对光纤连接配对检测方法和系统
US20120218104A1 (en) Signal transmitting apparatus
CN205562064U (zh) 用于测量过程温度的热电偶套管组件
KR101602621B1 (ko) 광섬유 케이블의 광선로 식별 케이블 기구
CN109838774A (zh) 一种锅炉中使用无线信号传输数据的自动传感器
CN109819107A (zh) 一种基于二维码技术的无线双工通讯装置及方法
JP2012170052A (ja) 信号伝送装置
CN105137927A (zh) 无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant