光学系统技术方案

一种光学系统。本发明专利技术涉及一种用于测量光在介质(5)中的吸收的光学系统(10)，该光学系统包括至少一个用于发送光(13)的光源(1)以及至少一个接收光并将其转换成电信号的光学检测器(3)。该系统(10)的特征在于，系统(10)包括至少一个光导(8)，其中在光源(1)的区域中，光作为参考光被耦合到光导(8)中，其中光导(8)至少被分段地引导经过介质(5)，并且其中光导(8)将参考光引导到检测器(3)上。

optical system

An optical system. The invention relates to an optical system (10) for measuring the absorption of light in a medium (5), which comprises at least one light source (1) for transmitting light (13) and at least one optical detector (3) for receiving light and converting it into electrical signals. The feature of the system (10) is that the system (10) includes at least one photoconductive (8) in which light is coupled to the photoconductive (8) as a reference light in the region of the light source (1), in which the photoconductive (8) is guided through the medium (5) at least in segments, and in which the photoconductive (8) guides the reference light to the detector (3).

【技术实现步骤摘要】
光学系统
本专利技术涉及一种用于测量光在介质中的吸收的光学系统。
技术介绍
“吸收”通常是指波(电磁波、声波以及光)在吸收材料中的吸收。在吸收过程中，传输受到材料的抑制。例如，在过程自动化中的吸收测量用于确定硝酸盐或测量SAC(光谱吸收系数)，例如使得确定污水处理厂中或饮用水中的有机载荷/电荷。图1示出了根据现有技术的基本测量原理。光源1例如脉冲闪光灯的光照射测量段5。介质5位于间隙6中，其中照射到所述介质中的测量光被确定过程变量吸收。测量段包括光学窗口2，在可适用的情况下也包括透镜。分束器7最后将光引导到用于测量光的两个检测器3或用于参考光的检测器3.ref上。在具有检测器3，3.ref的情况下，仅允许测量波长的光通过或者仅允许参考波长的光通过的滤波器4在可适用的情况下分别安装在两个检测器3，3.ref的前方。分束器7也可以布置在间隙6之后。下面将通过举例的方式在硝酸盐测量的基础上解释以上内容。硝化吸收处于约190nm至230nm范围内的紫外光。亚硝酸化作用(nitrition)在该相同的范围内具有相似的吸收。在间隙6中，硝化和亚硝酸化作用吸收与其浓度成比例的处在测量波长214nm范围内的紫外光。如果光源的老化迹象或温度影响对光学探头的测量值没有任何影响，则必须监视光源。在许多应用中，这是通过直接位于光源处的第二检测器系统(光电二极管或光谱仪)实现的(参见图1)。在这种情况下，任何现有的测量和参考滤波器都被设计为相同的(相同的波长)。但是，如果不能使用这种方法，不管是因为探头中不存在第二检测器系统的空间还是因为第二检测器系统太昂贵，而且如果在零液中也不能执行常规的校准，则必须将光源的光在测量比色皿的周围引导到测量检测器或测量光谱仪。对于要在过程中长时间保持并且因此也在光源的必要参考测量期间保持的过程传感器，光源的光因此必须在传感器内沿着不同于测量光束路径的光学路径被引导经过测量段至检测器系统上。由于该参考光束不能位于与测量光束相同的光轴上，为了将参考光束引导经过测量段并且在接收侧上再次引导至检测器系统上，需要各种光学自由光束部件。这些光学自由光束部件例如可以包括透镜、分束器和反射镜(参见例如DE10084057B4)。为了生成稳定的参考信号，还有必要将这些部件正确且牢固地相对于彼此对准。必要的光学自由光束部件占据大量空间，这可能成为越来越小的过程传感器中的一个障碍。光学自由光束部件以及用于其对准的生产成本都很昂贵。此外，光学自由光束部件可能由于例如湿气或蒸发材料积聚而变脏。
技术实现思路
本专利技术是基于容易、成本有效且强壮地监测特别是根据吸收原理起作用的光学系统的光源的目的而做出的。该目的通过一种光学系统来实现，该光学系统包括至少一个用于发送光的光源和至少一个接收光并将其转换为电信号的光学检测器。该系统的特征在于，该系统包括至少一个光导，其中在光源区域中，光作为参考光被耦合到光导中，其中光导至少被分段地引导经过介质，并且其中光导将参考光引导到检测器上。由此产生了一种对机械负载强壮的成本高效的结构。通过使用光导产生了一种柔性结构，例如因此可以自由地放置检测器。而且，与上面提到的现有技术相比，需要更少的光学部件。出于这个原因，而且原则上，产生了一种比现有技术更节省空间的结构。如果光学部件使用较少或者不使用光学部件，则系统不易变脏和定位不准确。在这种情况下，术语“光”不仅指可见光，而且指不可见的红外光和紫外线辐射。“光导”是指短距离或长距离传输光的透明部件，例如单根光纤、光纤束、管或杆。在这种情况下，通过在光导的边界表面上进行反射来实现光导，要么通过作为光导周围的介质具有较低折射率的结果的全反射实现，要么通过边界表面的镜面反射实现。在一个实施例中，光源的光作为测量光在介质的方向上照射，并且在介质中吸收之后被光导引导至检测器上。在一个实施例中，该系统包括光选择器，其将光源的光在测量光和参考光之间进行切换。在一个实施例中，光选择器改变光学光束路径。为此，光选择器包括可折叠的反射镜，或者光导的一端是可移动的，使得测量光或参考光入射到检测器上。用于改变光束路径的其他部件基本上也是可能的。在一个实施例中，光选择器不改变光学光束路径，而是遮挡测量光或参考光，但不遮挡相应的其他光。在一个实施例中，光选择器是移动的光圈。在一个实施例中，光导被设计成Y形，其中单个的分支通向检测器的方向，并且另外两个分支引导参考光或测量光。由于针对测量光和参考光使用相同的光导，所以光导的潜在老化效果也被补偿。在所述的现有技术中，这通过使用若干个自由光束部件是不可能的。在一个实施例中，该系统包括至少一个用于测量光的第一光导和至少一个用于参考光的第二光导。在这种情况下，第一光导和第二光导的类型、直径、材料和/或光纤的数目不同。因此，与现有技术相比，可以扩大光谱透射范围。上面提出的实施例也可以用在Y形波导中。如所描述的那样，各个分支随后具有不同的光导。在其中光导被设计成Y形的一个实施例中，光选择器包括在测量光和参考光之间切换即在测量段和参考段之间切换的光纤开关。在一个实施例中，该系统仅包括一个光导。介质将系统分为光源侧和检测器侧。在一个实施例中，该系统在光源区域中包括至少一个光学部件，该光学部件包括用于将测量光引导到介质方向上的至少一个透镜，特别是双凸透镜。因此，光线可以有效且容易地通过介质被引导到检测器的方向。在一个实施例中，光学部件将测量光聚焦到检测器侧的光导上。在一个实施例中，该系统在检测器侧包括至少一个光学部件，该光学部件包括至少一个将被介质吸收的测量光聚焦到光导上的透镜。该系统包括光轴，该光轴基本上由光源和检测器侧上用于测量光的光导的末端限定。在一个实施例中，检测器被布置成离开系统的该光轴。在一个实施例中，检测器被设计为光谱仪，使得可以显示撞击到检测器上的光的光谱。附图说明将参考以下附图更加详细地进行解释。其中：图1示出了根据现有技术的基本测量原理，图2示出要求保护的系统的实施例，图3示出要求保护的系统的另一个实施例，以及图4示出要求保护的系统的另一个实施例。在附图中，相同的特征用相同的附图标记进行标识。具体实施方式要求保护的光学系统整体上用附图标记10表示。为清楚起见，如在图1中所示的任何必要的光学窗口未在图2-4中画出。光学系统10包括至少一个用于发送光13的光源1。光源是宽带光源，并且被设计为例如氙闪光灯。可替代地，例如使用LED阵列。可能的波长范围包括1,900-1,000nm的范围。系统10包括检测器3。待测介质用附图标记5表示。间隙6例如比色皿位于光源1和检测器3之间。检测器3被设计为光谱仪，使得撞击到检测器3上的光的光谱可以例如被显示在所连接的测量换能器中。在图2的实施例中，光源1在光源区域中的光被耦合到光导8中。光导8被构造成具有分支8.1、8.2、8.3的Y形。单个的分支8.1指向检测器3的方向，或者直接通向检测器3中。在一个实施例中，两个分支也可以直接被导入检测器3中。在这种情况下，例如使用了公共套箍。两个分支因此直接导入检测器3中。这也可以利用多个光导来实现。使用了用于在测量段和参考段之间切换的光选择器7(图2中未示出，但可参见图3-4)。光导8的第一单个分支8.3被用于测量段(“测量光”)；第二分支8.2被用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量光在介质(5)中的吸收的光学系统(10)，包括：‑至少一个用于发送光(13)的光源(1)，以及‑至少一个光学检测器(3)，所述光学检测器接收光并将其转换成电信号，其特征在于，所述系统(10)包括至少一个光导(8)，其中在所述光源(1)的区域中，光作为参考光被耦合到所述光导(8)中，其中所述光导(8)至少被分段地引导通过所述介质(5)，并且其中所述光导(8)把所述参考光引导到所述检测器(3)上。

【技术特征摘要】
2017.07.12 DE 102017115660.71.一种用于测量光在介质(5)中的吸收的光学系统(10)，包括：-至少一个用于发送光(13)的光源(1)，以及-至少一个光学检测器(3)，所述光学检测器接收光并将其转换成电信号，其特征在于，所述系统(10)包括至少一个光导(8)，其中在所述光源(1)的区域中，光作为参考光被耦合到所述光导(8)中，其中所述光导(8)至少被分段地引导通过所述介质(5)，并且其中所述光导(8)把所述参考光引导到所述检测器(3)上。2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中光作为测量光由所述光源(1)在所述介质的方向上照射，并且光在所述介质(5)中吸收之后被所述光导(8)引导到所述检测器(3)上。3.根据权利要求2所述的系统(10)，所述系统包括光选择器(7)，所述光选择器(7)把所述光源(1)的光在测量光和参考光之间切换。4.根据权利要求1至3中的一项所述的系统(10)，其中所述光导(8)被设计成Y形(8.1，8.2，8.3)，其中单个的分支(8.1)通向所述检测器(3)的方向，另两个分支(8.2，8.3)引导参考光或...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂洛·克尔奇奇默，弗兰克·麦克勒，亚历杭德罗·瓦克托里斯，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE