用于检测和描述流体中的单个微粒的传感器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于对流体中的单个粒子（１６）进行检测和描述的传感器系统，其具有：可使流体流过的测量单元（１４）；光源（２；３０），其设置在测量单元（１４）上并产生穿过该测量单元（１４）的光束（４；３６）；以及强度传感器（２６；４４），其与光源（２；３０）相对地设置在测量单元（１４）上，以检测从测量单元（１４）离开的光束，并用于分别检测在至少两个不同的波长范围（λＡ，λＢ）内的光束的强度（ＩＡ，ＩＢ）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测和描述流体中的单个微粒的传感器系统
本专利技术涉及一种用于对流体中的单个粒子进行检测和描述的传感器系统。
技术介绍
在许多应用当中(例如在供水领域)，都希望能够以经济、快捷的方式对微生物进行检测。较为普遍的方法是让微生物在营养土中生长，以进行检测。这种方法通常需要持续24至48小时，因此是相当缓慢的。尤其是在供水时，以食品行业为例，最好能够尽可能快地发现细菌，以便必要时能够停止生产。近年来，已经找到其他不同的方法来确认和量化细菌。这些方法能够更快地工作。然而，此时的问题在于，非常简单的运作方法往往需要大量的细菌，而能够确认少量细菌的方法又都非常昂贵。专利文献US5811251公开了一种基于CCD系统对存活的微生物的数量进行计量的系统。专利文献US5972641和US5518894公开了基于统计方法的快速测试系统，以确定现存的细菌数量。为了确认最小数量的细菌，这些方法需要多达十一个小时的时间。另外，专利文献US5891394、US5858697、US5763203、US5751839和US5663057提出了以荧光和激光灯为基础检测微生物的方法。这些方法的缺点在于需要费用昂贵的激光光源。此外，还公知有免疫测试，它们用于检测某些类型的微生物。但是，运用这些测试是有条件的，并且每个待检测的微生物都会产生抗体，因此它既耗时又昂贵。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提出一种低成本的传感器系统，用于检测和描述流体中的单个粒子。本专利技术的目的通过具有本专利技术特征的传感器系统得以实现。优选的实施方式由在下面的说明以及附图给出。根据本专利技术的传感器系统是以位于流体中的粒子的不同的光吸收特性为基础而建立的。根据本专利技术的传感器系统具有测量单元，待检测的流体流过该测量单元。在测量单元上设置光源，以便使光源产生的光束通过测量单元。也就是说，穿过测量单元的光束由光源产生。此外还设置有强度传感器该强度传感器与光源相对地设置在测量单元上。也就是说，由强度传感器来检测由光源发出并穿过测量单元的光束。测量单元优选构造为，可以使流体连续地流过。因此，测量单元可以例如直接集成于例如饮用水的输水管道中，或集成于例如用于水的泵系统中，从而使所输送的流体，优选是所输送的全部流体，连续通过测量单元。此时可以对流经的流体进行连续分析，从而有可能例如在饮用水供应中对流体，也就是水进行连续的监测。此外，强度传感器设计用于在至少两个不同的波长范围内对光束强度进行独立的检测，由光源发出的光包含在该波长范围内。这样就能够在至少两个不同的波长范围内对强度变化以及特别是对在测量单元中穿过的光的粒子的光吸收进行检测。通过这种方式，可以根据粒子在不同波长下的吸收率来确定各个粒子的特征。特别是可以在流体中将有机分子与无机污染物区分开来。因此，微生物的吸收率在特定的波长范围内具有最小值，而在另一个特定的波长范围内则具有最大值。通过这些特征就能够进行检测。通过利用强度传感器检测这些波长范围，就可以相应地识别各个微生物并进行描述。特别是微生物的DNA和蛋白质的吸收光谱关于吸收光谱的局部最小值和局部最大值是独一无二的，从而可以区分无机污染物和其他粒子。因此，在根据本专利技术的传感器系统中，如果在两个不同的波长范围内利用强度传感器对为分析系统预先给定的特征最大值或最小值进行检测，那么，该传感器系统可以由此推断出在流过测量单元的流体中所存在的微生物。这种检测的精度是非常大的。如果各微生物或细菌在测量单元中通过光束，那么就可以在流体中证实它们的存在。为了对微生物或细菌进行检测，相应地将强度传感器构造为敏感的，以便能够检测单个粒子形式的较小的粒子，优选为小于10μm的粒子，进一步优选为小于5μm的粒子。根据本专利技术，为了识别细菌或微生物，应该使用特征吸收频谱。但是，仅仅是借助于强度传感器确定吸收就是很困难的，因为当光击中粒子时，可能会使部分光线发生散射。当粒子大小与光束的波长具有相同的数量级或小于光束波长时，特别会发生这种现象。这种散射是难以测量的。为此，必须使用可以对沿不同方向散射的光进行检测的传感器。因此，根据本专利技术，替代对吸收本身的确定，还可以通过强度传感器简单地检测强度的变化或抹消这种强度变化包括实际的吸收和光的散射部分。也就是说，当粒子通过光束时，强度的变化涉及到散射的光量和吸收的光量。当在下面的描述中假设要确定吸收时，这种吸收不仅应该被理解为实际的吸收，而且还应被理解为抹消或强度变化，该强度变化除了吸收之外还包括散射的光线部分。与无机污染物相比，DNA和蛋白质的特有的吸收光谱的独特之处在于，它在波长低于大约300nm时具有非常大的吸收。此外，吸收光谱中的局部最小值和局部最大值可以在紫外线范围内来确定。这些特征可以用来借助于强度传感器识别微生物，特别是识别单个的微生物或细菌。因此优选将强度传感器构造为能够检测低于300nm的波长范围。因此没有必要检测整个吸收光谱。相反，检测至少两个波长范围就足够了，其中优选至少一个波长范围位于低于300nm的紫外线范围内。优选将强度传感器构造为，在强度传感器分别检测强度的第一波长范围内，待检测或待识别的粒子具有光吸收的局部最小值。该波长范围优选为在220nm到260nm的波长之间。在该波长范围内，微生物通常具有光吸收的局部最小值。接下来，强度传感器优选构造为，在其中单独检测强度的第二波长范围内，待检测或待识别的粒子具有光吸收的局部最大值。该波长范围优选为在240nm到290nm的波长之间。在该波长范围内，微生物通常具有光吸收的局部最大值。由此，优选将强度传感器构造为，使其至少可以在上述两个波长范围内对由测量单元出来的光束的强度进行检测。在此，相应地将光源构造为，使其能够发出可分析的波长的光。在该波长范围内，基于强度传感器可以检测光吸收，并且例如当低于或高于预先给定的边界值时，可以推断出所存在的微生物，并在必要时还可以推断出具有特征吸收率的特定的微生物。根据另一种优选的实施方式，将强度传感器构造为，存在第三波长范围，利用强度传感器可以在该波长范围中单独检测从测量单元出来的光束的强度。该第三波长范围同样包括由光源发出的光线，在此优选在该波长范围内，待检测的颗粒基本上不吸收光。该波长范围的波长优选在300nm到1100nm之间。微生物或细菌的DNA、蛋白质和其他的组成部分在波长超过300nm时通常没有明显的吸收。为了能够在前面所述的特征波长范围内检测到局部最大值或最小值，优选还可以将强度传感器构造为，使其能够在包括上述特征波长范围的更大的光谱中对强度进行检测，并使所检测到的强度与一个波长范围相对应。传感器系统包括与强度传感器相连接的分析装置，将该分析装置设计为，能够根据所检测到的强度在至少两个已知的波长范围内确认通过光束的粒子的类型。因此，该分析装置可以在这两个波长范围内将实际检测到的强度与预先给定的边界值相比较，并在高于以及低于该边界值时推断出特定的粒子。在此，特别是总是将前面提到的两个波长范围或进一步优选将三个提到的波长范围综合考虑，即在上述波长范围内，根据特定粒子的各自的吸收率对它们进行识别。在此优选同时进行在各个波长范围内的检测，从而总是能够对所有的波长范围内的各个强度进行检测，其中，特定粒子的特征性吸收率是可以预料的。这种同时检测使本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于对流体中的单个粒子（１６）进行检测和描述的传感器系统，其特征在于，具有：能流过流体的测量单元（１４）；光源（２；３０），其设置在所述测量单元（１４）上并产生穿过所述测量单元（１４）的光束（４；３６）；强度传感器（２６；４４），其在所述测量单元（１４）上与所述光源（２；３０）相对地设置，以检测从所述测量单元（１４）离开的光束，并用于分别检测在至少两个不同的波长范围（λＡ，λＢ）内的光束的强度（ＩＡ，ＩＢ）；以及与该强度传感器（２６；４４）连接的分析装置（２８），其设计用于根据检测到的在所述两个波长范围（λＡ，λＢ）内的强度（ＩＡ，ＩＢ）来识别通过所述光束的粒子（１６）的类型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP08020927.32008年12月3日1.一种用于对流体中的单个粒子(16)进行检测和描述的传感器系统，具有：测量单元(14)，集成于输送连续的流体的输送管道中，流体能够连续地流过该测量单元；光源(2；30)，其设置在所述测量单元(14)上并产生穿过所述测量单元(14)的光束(4；36)；强度传感器(26；44)，其在所述测量单元(14)上与所述光源(2；30)相对地设置，以检测从所述测量单元(14)离开的光束，其特征在于，该强度传感器用于分别检测在至少两个不同的波长范围(λA，λB)内的光束的强度(IA，IB)并与分析装置(28)连接，该分析装置(28)设计用于根据检测到的在所述两个波长范围(λA，λB)内的强度(IA，IB)来识别通过所述光束的、能够表明流体中的微生物的粒子(16)的类型，其中，所述分析装置(28)通过从先前检测或存储的无粒子(16)的光束的基本强度(I0,A、I0,B、I0,C)减去实际检测到的强度(IA，IB)，来确定关于所检测的波长范围(λA)的吸收率(AA，AB)；所述分析装置(28)设计成，将对两个不同的波长范围(λA，λB)确定的吸收率(AA，AB)相互比较，并将其比值与存储的用于特定的待识别粒子(16)的比值进行比较。2.如权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述强度传感器(26；44)设计成，使可在其中单独检测强度(IA)的第一波长范围(λA)是小于300nm的波长范围(λA)。3.如权利要求1或2所述的传感器系统，其特征在于，所述强度传感器(26；44)设计成，使在其中可单独检测强度(IA)的第一波长范围(λA)内，待检测的粒子(16)在光吸收(AA)下具有局部最小值，波长优选在220nm到260nm之间。4.如权利要求1或2所述的传感器系统，其特征在于，所述强度传感器(26；44)设计成，在可单独检测强度(IB)的第二波长范围(λB)内，待检测的粒子(16)在光吸收(AB)下具有局部最大值，波长(λB)优选在240nm到290nm之间。5.如权利要求1或2所述的传感器系统，其特征在于，所述强度传感器(26；44)设计成，在可单独检测强度(IC)的第三波长范围(λC)内，待检测的粒子(16)基本上没有光吸收，波...

【专利技术属性】
技术研发人员：安诺斯·本廷安，
申请(专利权)人：格伦德福斯管理联合股份公司，
类型：发明
国别省市：DK