[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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发明，但是本发明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。

本发明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。

发明内容

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。