光学过程传感器、测量头、测量系统和校准验证方法技术方案

本发明专利技术涉及光学过程传感器、测量头、测量系统和校准验证方法。本发明专利技术公开了用于测量容器中介质的至少一个测量变量的光学过程传感器，尤其是光谱仪，包括：壳体；壳体中的光源，用于发出发射光；壳体中的光接收器，用于接收接收光；第一光学/机械接口，包括从壳体突出的第一光学段，以及第一机械段，第一光学段具有第一路径和第一光导，并具有第二路径和第二光导，第一光导被设计成使得发射光被从光源经由第一光导引导到第一路径中，并将发射光从壳体解耦，第二光导被设计成使得接收光耦合到壳体的内部，并被从第二路径经由第二光导引导到光接收器，第一机械段被设计成壳体的整体部分。本发明专利技术也公开了测量头、包括两者的光学测量系统和方法。统和方法。统和方法。

【技术实现步骤摘要】
光学过程传感器、测量头、测量系统和校准验证方法


[0001]本专利技术涉及一种光学过程传感器，一种匹配的测量头，一种包括 两者的测量系统，以及一种用于校准和/或验证的方法。

技术介绍

[0002]本申请意义中的“过程传感器”是指用于优化、分析和控制现场 级生产过程的传感器，诸如用在化学或制药行业中。这些过程传感器 可以在正在进行的过程中进行定性和定量分析。例如，实时检测物理 或化学参数并用于系统控制或调节。
[0003]DE 20 2013 101 907 U1解释说，通过这样的过程传感器，有必要 不时清洁样品室或传感器，为此，尤其是可以使用短波辐射，诸如伽 马辐射，或者甚至可以使用高温。因而，相当大的风险与测量探头的 相对敏感的光学元件相关联；尤其是强辐射或高温也会导致测量探头 的光学部分损坏，所以必须采取措施保护敏感光学元件在被清洁时免 受损伤甚至损坏。DE 20 2013 101 907 U1在这方面提出与待检查的样 品直接接触的部分是可拆卸的，以便在清洁期间可以容易地将其从传 感器的敏感部分移除。
[0004]例如，用于食品和制药行业的光学传感器必须定期验证其正确操 作模式。这里要测试的特性受美国药典(USP)和欧洲的相应等效法规 等约束。例如，这些特性为波长正确性、光度正确性或线性、散射光 行为以及关于波长的分辨率能力。
[0005]对于上述测试，比色皿形式的测试流体和固体标准或带有相应证 书的滤光器套件可用于实验室装置。实验室装置可以通过这些标准以 简单的方式被验证。为此，将比色皿标准或滤光器引入要验证的仪器 的光束路径中。
[0006]由于无法访问光束路径，所以该过程无法使用过程传感器；其特 别受保护从而不受恶劣过程环境的影响。过程传感器经常与测量单元 一起工作，测量单元经由光导与光源和光接收器一起被连接到解耦测 量系统。为了验证测量系统，相应测量单元上的光导被移除并且被连 接到比色皿支架。
[0007]存在在光束路径中具有狭槽的实施例，机械适配的滤光器(通常 是固体滤光器)可以被带入光束路径中。这些解决方案的缺点在于， 在这种情况下通常无法使用具有认证值的标准。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目标是以简单的方式验证和校准过程传感器。
[0009]该目标通过一种用于测量容器中介质的至少一个测量变量的光学 过程传感器来实现，该传感器包括：壳体；壳体中的光源，该光源用 于发出发射光；壳体中的光接收器，该接收器用于接收接收光；以及 第一光学/机械接口，包括第一光学段，其从壳体突出，具有第一路径 和第一光导，其中，第一光导被设计成使得发射光被从光源经由第一 光导引导到第一路径中，并且将发射光从壳体解耦，并且具有第二路 径和第二光导，其中，第二光导被设计成使得接收光耦合到壳体内部 并且被从第二路径经由第二光导引导到光接收器，
以及第一机械段， 其被设计成壳体的整体部分。
[0010]下面进一步讨论具有所述光学传感器的解决方案的优点，主要与 一起形成光学测量系统的测量头相互作用。
[0011]一个实施例规定，第一和第二光导被设计为光波导。
[0012]一个实施例规定，第一和第二路径被设计成两个单独的杆状、特 别是圆柱形的延伸部，它们特别地通过螺纹接合、胶粘、焊接或通过 压配合连接到壳体上，其中，第一和第二光导在延伸部内被引导。
[0013]一个实施例规定，第一和第二路径尤其分别包括位于远离过程传 感器的端部区域处的光学元件，尤其是窗口和/或透镜，其中，光学元 件对于发射光和接收光是透明的。
[0014]一个实施例规定，传感器被设计成光谱仪。
[0015]该目标还通过一种光学过程传感器实现，其被设计成测量容器中 介质的至少一个测量变量，测量头包括：壳体，其被设计成将传感器 连接到容器；第二光学/机械接口，其包括与第一光学段互补的第二光 学段。
[0016]在一个实施例中，第二光学段被设计成壳体中的凹部。
[0017]第一光学段包括第三路径，第三路径接收发射光并将其耦合到壳 体的内部。
[0018]在一个实施例中，第三路径将发射光引导到偏转元件。
[0019]第一光学段包括第四路径，第四路径接收发射光，引导发射光通 过介质流过的区域，其中，发射光被介质转换成接收光，并且第四路 径将接收光从壳体解耦。
[0020]第二光学/机械接口包括第二机械段，第二机械段与第一机械段互 补并且被设计成壳体的整体部分。
[0021]一个实施例规定，测量头在壳体中包括偏转元件，偏转元件将发 射光或接收光从第三路径偏转到第四路径中，反之亦然。
[0022]在一个实施例中，介质流过的区域被设计成壳体中的进一步的凹 部。
[0023]在一个实施例中，测量头因而包括光学过程传感器，其被设计成 测量容器中介质的至少一个测量变量，测量头包括：壳体，其被设计 成将传感器连接到容器；第二光学/机械接口，其包括第二光学段，第 二光学段与第一光学段互补并被设计成壳体中的凹部，第三路径，其 接收发射光，将发射光耦合到壳体的内部，并将发射光引导到偏转元 件，以及第四路径，其接收来自偏转元件的发射光，将发射光引导通 过介质流过的区域，其中，发射光被介质转换成接收光，并且将接收 光从壳体解耦，以及第二机械段，第二机械段与第一机械段互补并被 设计成壳体的整体部分，偏转元件，其被布置在壳体中以及介质流过 的区域，其被设计成壳体中的进一步的凹部。
[0024]在一个实施例中，测量头包括光学过程传感器，其被设计成测量 容器中介质的至少一个测量变量，测量头包括：壳体，其被设计成将 传感器连接到容器；第二光学/机械接口，其包括第二光学段，第二光 学段与第一光学段互补并被设计成壳体中的凹部，第三路径，其接收 发射光，将发射光耦合到壳体的内部，引导发射光通过介质流过的区 域，其中，发射光被介质转换成接收光，并且将接收光引导到偏转元 件，以及第四路径，其接收来自偏转元件的接收光并且将其从壳体解 耦，以及第二机械段，第二机械段与第一机械段互补并被设计成壳体 的整体部分，偏转元件，其被布置在壳体中以及介质流过的区域，其 被设计成壳体中的进一步的凹部。
[0025]介质流过的路径因而可以被布置在第三或第四路径中。
[0026]在每个传感器和测量头上使用光学/机械接口使得可能将各种类 型的测量头(诸如浸入式探头或流量单元)与过程传感器解耦。结果， 测量头可以保留在过程中并保持密封，以用于传感器的进一步验证过 程。
[0027]被移除的带有光学/机械接口的传感器现在可以用于验证过程。通 过将传感器上的测量头替换为用于容纳经过认证的比色皿或滤光器的 验证转换器(被视为测量头的特殊实施例)，可以轻松地检查传感器。
[0028]与实验室光谱仪一样，该验证装置以及能够使用认证标准(比色 皿、滤光器)的可能性使得能够进行过程传感器的完整验证。
[0029]一个实施例规定，偏转元件将发射光偏转180
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量容器中介质的至少一个测量变量的光学过程传感器(1)，尤其是光谱仪，所述传感器包括：
‑
壳体(2)，
‑
所述壳体(2)中的光源(3)，所述光源(3)用于发出发射光(5)，
‑
所述壳体(2)中的光接收器(4)，所述光接收器(4)用于接收接收光(6)，以及
‑
第一光学/机械接口(10)，所述第一光学/机械接口(10)包括
·
第一光学段(11)，所述第一光学段(11)从所述壳体(2)突出，o具有第一路径(12)和第一光导(13)，其中，所述第一光导(13)被设计成使得所述发射光(5)被从所述光源(3)经由所述第一光导(13)引导到所述第一路径(12)中，并且将发射光(5)从所述壳体(2)解耦，以及o具有第二路径(14)和第二光导(15)，其中，所述第二光导(15)被设计成使得所述接收光(6)耦合到所述壳体(2)的内部，并且被从所述第二路径(14)经由所述第二光导(15)引导到所述光接收器(4)，以及
·
第一机械段(21)，所述第一机械段(21)被设计成所述壳体(2)的整体部分。2.一种用于光学过程传感器(1)的测量头(51)，所述光学过程传感器(1)被设计成测量容器中介质的至少一个测量变量，所述测量头(51)包括：
‑
壳体(52)，所述壳体(52)被设计成将所述传感器(1)连接到所述容器，
‑
第二光学/机械接口(60)，所述第二光学/机械接口(60)包括
·
第二光学段(61)，所述第二光学段(61)与第一光学段(11)互补，o第三路径(62)，所述第三路径(62)接收发射光(5)，并且将所述发射光(5)耦合到所述壳体(52)的内部，以及o第四路径(64)，所述第四路径(64)接收发射光(5)，将所述发射光(5)引导通过所述介质流过的区域(68)，其中，所述发射光(5)被所述介质转换成接收光(6)，并且所述第四路径(64)将接收光(6)从所述壳体(52)解耦，以及
·
第二机械段(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯，
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：