用于探测液相中的固态物质的仪器和方法技术

本发明专利技术涉及一种探测液相中的固态物质的仪器和方法，其中固态物质和液相作为混合物被包装在至少部分透明的容器中，并且其中所述仪器包括处理器单元和照相机以按具有其相应像素值的像素阵列的形式产生数字化图像。仪器还包括保持容器并将运动传递至容器的搅拌器设备，由此将动能传递至混合物。照相机对准容器的透明部分以捕捉运动中的混合物的图像。将在记录阶段期间由照相机捕捉的运动中的混合物的数字化图像传送至处理器单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，其中所述固态物质和液相作为混合物被包装在至少部分透明的容器中。
技术介绍
在许多工业领域中的重复任务，特别是在生产、研究和开发领域中，是检查液体中固态物质的存在，例如粉末、悬浮物等的微粒。另一任务是将处于糊剂、粉末或者颗粒形式的固态物质溶解在液相中。计量进入容器中的一种或多种固态物质，并且加入按重量或者按体积计算的液相，在大多数情况下为水或者例如乙醇的有机溶剂。由所述溶解过程所得到的溶液的浓度关键地取决于所有的固态物质的组分是否已经溶解。使用许多不同的方法和系统来检查液体中固态物质的存在并且监控溶解过程。最简单的方法限于在检查中目测检查液体。在溶液的制备中，可以搅拌容器中的固态物质和液相的混合物，直到定期的目测检查不再显示有任何可见的固体成分。另一方法是基于有关必须将特定的固态物质和特定的溶剂的混合物搅拌多久直到固态物质完全溶解的现有经验。这些方法是低效的，因为目测检查是费劲的，并且如果基于过去的经验来确定搅拌时间，则溶解过程可能花比所需更久。作为另外的难题，目测检查非常易受误差的影响，因为操作人员直接参与大部分处理步骤。作为使操作人员的影响最小化的途径，US5，152，180A中公开了一种用于监控液相中的固态物质的溶解过程的设备，其中将固态物质和液相放入到具有搅拌器的容器中。通过从发射器向液相中发送宽频带的超声波信号并且借助于探测器测量液相的共振频率来监控溶解过程。当固态物质溶解越来越多时，共振频率发生变化，并且当溶解过程完成时这显现了探测的可能性。当所有的固态物质溶解时，共振频率停止变化，并且该设备使用共振频率的该稳定状态作为信号来指示溶解过程的结束。上述说明的设备具有搅拌器可能干扰共振频率的测量的缺点。此外，物质颗粒可能粘附到液体表面上方的容器壁上并且从而未被溶解。此外，发射器和接收器嵌入到容器的外壳壁中，并且因此与溶液接触。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种仪器和方法，由此使得探测液相中的固态物质成为可能，或者由此可以因而在不污染仪器的情况下可以监控至少一种固态物质和液相的混合物的溶解过程。通过根据本专利技术的来解决该任务。一种用于探测液相中的固态物质的仪器包括产生数字化图像的照相机和处理器单元。数字化图像被记录为像素阵列并且该像素具有它们相关联的像素值。固态物质和液4相作为混合物被包装在至少部分透明的容器中。本专利技术的上下文中的术语“部分透明容器”是指形成容器的至少一部分壁是在没有明显吸收的情况下可透射电磁辐射。容器的其余部分不受设计限制的影响，或者其可以被设计成支持本专利技术目的。因此，用于所述仪器的部件需要与所使用的电磁辐射匹配。例如，如果使用日光，并且如果这足以满足混合物的照明，则不强制需要照明设备。然而，如以下所阐明的，建议使用照明设备以获得最好的效果。仪器还包括搅拌器设备以保持容器并将运动传递至容器，由此将动能传递至混合物。注入动能的主要目的是保持容器内部的混合物处于运动。通常，混合物或者溶液在已经关掉搅拌器设备之后依然运动一段时间。如本文稍后将描述的，混合物的这些运动用于探测液相内部的固体物质。注入动能可以实现两个进一步的目的。第一，由于混合和湍流运动，固态物质更迅速地溶入到液相中。因为容器是全封闭式的，所以其可以通过搅拌器设备沿所有方向翻滚和摇动，作为第二目的，所有的固体颗粒将与液相接触以便它们可以被溶解。在本文中的术语“处理器单元”是指任何具有处理和存储数据的能力的设备，例如，主处理器系统、可以连接到仪器的其他部分上的计算机或者便携式计算机，或者还为例如具有设置在搅拌器设备中的处理器的电路板、结合到照相机中的计算机单元或者具有存储器模块的现场可编程门阵列(FPGA)和连接的输入/输出单元的集成概念。容器的透明部分处的照相机旨在产生处于运动中的混合物的图像。在记录阶段，照相机捕捉到运动中的混合物的数字化图像并且将其传送至处理器单元。获取数字化图像的目的是允许在随后的评估程序中将图像的静态部分与动态部分分开。静态部分包括容器的所有部件和容器的附近区域，而动态图像部分涉及在容器内部运动的混合物。利用其中照相机安装在固定位置并且在静止阶段周期性地中断容器的运动的布置来实现产生适用于评估程序的数字化图像的最简单的方法。当然，照相机还可以被牢固地连接至容器，或者其可以在记录阶段与容器同步地运动，以便照相机在记录阶段跟踪容器的每个动作。利用该第二布置，记录阶段不但可以在容器处于静止时而且在其接收动能时进行。根据第三构思，照相机被触发以获取图像的时间可以与容器的特定位置相耦合，以便容器相对于其环境总是出现在相同位置处。作为第四种可能性，随机地获得运动容器的图像，但是这对于随后的评估程序需要相当大的更多计算能力并且因此是不推荐的。在记录阶段期间，生成了至少一系列的运动中的混合物的至少两个数字化图像。为了使这些数字化图像对随后的评估程序有用，优选将其保存在临时存储器中。利用最少两个数字化图像，可以生成运动中的混合物的解析表达(analytical representation)。在本专利技术的第一实施例中，处理器单元通过从第二图像的像素值中减去第一图像的像素值来从相同系列的两个数字化图像中生成解析表达。混合物的运动固态物质颗粒将出现在解析表达中作为对比区，即，作为通过具有不同像素值来区别的区域。在本专利技术的第二实施例中，计算出一系列以前的数字化图像的相交部(intersection)。其次，通过从数字化图像的像素值中减去相交部的像素值来生成解析表达。在该解析表达中，混合物的运动固体成分再次作为对比区出现，即，作为不同像素值的区域。在本专利技术的第三实施例中，借助于至少两个数字化图像的单独的像素值运动的估计来产生出解析表达，其中运动的估计显示出静态图像部分的特征，所有像素的运动矢量从一个图像到另一个的为零。这必须将单独的像素的位置及其像素值与相邻像素的位置及其像素值进行比较，其需要相当大的更多计算能力。在该解析表达中，混合物的运动固体部分再次作为对比区出现，即，作为不同像素值的区域。照相机可以具有透镜或者针孔光圈以将运动中的混合物的图像投影到像平面上。像平面被辐射传感器的二维阵列占据。该辐射传感器的二维阵列以下被称为传感器构件。用于电磁辐射的传感器构件是宽广的种类，例如，CCD(电荷耦合设备)传感器、有源像素传感器、焦平面阵列、X射线传感器构件等。通过照相机以图像元素(即，像素)的二维阵列形式捕获投影到像平面中的二维图像，并且为各像素产生的数据表示颜色和亮度。从运动中的混合物的不同点处反射的光的贡献通常是构成表示特定像素的颜色和强度的像素值。逻辑上，如果使用黑白照相机，则没有颜色数据。当优选将照相机设置成获取整个容器的图像时，则所包括的容器的部分有可能使得更难以获得有意义的评估。举例来说，容器可以是圆柱形横截面的瓶子，在该情况下，容器外围区域中的玻璃的曲率几乎不提供可受评估的运动混合物的图像。然而，原则上，如果容器具有至少一个透明部分，则可以使用任何可封闭的容器，而与其形状无关。可以仅用于分析目的的仪器和容器，意味着将探查未知液体中的固体的存在，或者已经发生了可能的溶解过程，并且将待检查的加工好的溶液注入到容器中，该容器被设置在根据本专利技术的仪器中。然而，合理的工序是在容器自身中制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·恩格尔哈特，G·舒斯特，M·迈耶，B·纽弗，
申请(专利权)人：梅特勒托利多公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：