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制造方法及图纸

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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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专利技术，但是本专利技术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。本专利技术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。
技术实现思路
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的数值孔径的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于介质(14)中的至少一个过程变量——特别是分析过程变量——的光学测量的装置(13)，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)。...

【技术特征摘要】
2013.07.31 DE 102013108189.41.一种测量设备(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...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·罗贝特，罗尼·迈克尔，克里斯蒂安·范泽洛，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE