本發(fā)明涉及一種具有光度浸入式探頭的光度過程測量裝置以及由光度過程測量裝置提供的光度測量方法。

背景技術：

1、一種光度過程測量裝置包括浸入到水池的水中的光度浸入式探頭。水池可以是用于連續(xù)地控制飲用水或用于控制廢水處理過程的過程步驟的水處理廠的一部分。在de?102005?007?142?a1中公開了一種典型的光度浸入式探頭。現(xiàn)有技術的浸入式探頭包括用于提供具有足夠連續(xù)或準連續(xù)光譜的光度光脈沖的光度計閃光燈源，并且包括具有至少兩個單獨的波長選擇性檢測元件的光度檢測器裝置。

2、在現(xiàn)有技術的光度控制器中，波長選擇性檢測元件設置有用于對由檢測元件產生的電脈沖進行積分的脈沖信號積分儀。脈沖信號積分儀是具有飽和電壓的電容器，在測量循環(huán)內的積分過程期間，所述飽和電壓不能被超過，使得在一個脈沖積分循環(huán)內的可積分閃光燈源閃光的數量受到限制。

3、光度過程測量裝置的一般應用環(huán)境可以是非常清澈的飲用水以及高度渾濁的廢水，使得在一個脈沖積分循環(huán)內閃光燈源閃光的最大可接受數量可以在針對導致每個單個電脈沖的相對高的脈沖強度的非常清澈的飲用水的非常少的閃光與針對導致每個單個電脈沖的極低的脈沖強度的非常渾濁的廢水的多于一百次的閃光之間的范圍。然而，應該盡可能多地利用脈沖信號積分儀的容量，以優(yōu)化用于脈沖信號積分儀的電壓的a/d轉換的信噪比。因此，一個脈沖積分循環(huán)的被積分的電脈沖的數量適應于樣本水的渾濁度。

4、測量循環(huán)的一個脈沖積分循環(huán)對于非常清澈的樣本水可以僅具有四個脈沖，或者對于非常渾濁的樣本水可以具有舉例來說多于一百個脈沖。典型的閃光間隔是5?ms到30ms。在脈沖積分循環(huán)之后，提供脈沖信號積分儀的電壓的a/d轉換。a/d轉換間隔通?；ㄙM50ms到100?ms，并且光度計閃光燈源在a/d轉換期間停止，并且不提供光度光脈沖。因此，在舉例來說1分鐘的限定的時間幀內，由閃光燈源產生的光度光脈沖的總數量在對于其中每個脈沖積分循環(huán)僅四次20?ms閃光和許多100?ms?a/d轉換間隔的非常清澈的樣本水每分鐘約1300次閃光與對于其中每個脈沖積分循環(huán)一百次20?ms閃光和僅幾個100?ms?a/d轉換間隔的非常渾濁的樣本水每分鐘2800次閃光基本上不同。

5、這取決于樣本水的渾濁度而導致光度計閃光燈源的非常不同的熱狀況。光度計閃光燈源的熱狀況基本上影響閃光燈源的發(fā)射頻譜，并且每個時間幀的不同閃光數量明顯地影響閃光燈源的壽命。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種提供自適應脈沖積分循環(huán)管理并且具有光度計閃光燈源的改進的熱管理的光度過程測量裝置。

2、該目的借助于具有獨立設備權利要求1的特征的光度過程測量裝置和具有獨立方法權利要求8的特征的光度測量方法來實現(xiàn)。

3、根據本發(fā)明的光度過程測量裝置設置有光度浸入式探頭，所述光度浸入式探頭優(yōu)選地連續(xù)并且完全地浸入到水池的水中。所述浸入式探頭包括光度計閃光燈源，所述光度計閃光燈源用于提供具有合適并且足夠連續(xù)的光譜的光度光脈沖，優(yōu)選地具有聚焦在紫外范圍上以用于確定舉例來說硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度的光譜。優(yōu)選地，所述閃光燈源是高壓氣體放電燈，更優(yōu)選地，氙氣閃光燈。

4、所述光度檢測器裝置包括至少兩個單獨的波長選擇性檢測元件，所述兩個單獨的波長選擇性檢測元件可以是射束分離器、波長選擇性濾波器和光電池的組合，或者包括允許波長選擇性地檢測由所述閃光燈源產生的所述光脈沖在透射穿過水樣本之后的至少兩個離散波長的強度的另一個合適布置。所述光電池可以是硅光電池，并且所述波長選擇性濾波器可以是干涉帶通濾波器。

5、光度計控制器通過觸發(fā)每個閃光燈源脈沖來控制所述光度計閃光燈源。所述光度控制器包括用于每個檢測元件的脈沖信號積分儀，所述脈沖信號積分儀用于對由所述對應檢測元件產生的電脈沖進行積分。所述脈沖信號積分儀優(yōu)選地是電容器。所述光度控制器包括用于轉換所述脈沖信號積分儀的電壓的a/d轉換器。每個脈沖信號積分儀設置有對應的a/d轉換器。每個a/d轉換器設置有高精度轉換觸發(fā)端口。如果所述高精度轉換觸發(fā)端口被電子地觸發(fā)，則啟動高精度a/d轉換。具有高精度的a/d轉換可以花費舉例來說高達100毫秒。

6、所述光度計設置有用于控制脈沖點火開關的閃光燈驅動模塊，所述脈沖點火開關在脈沖積分循環(huán)期間觸發(fā)所述光度計閃光燈源。通常，脈沖頻率可以是可調節(jié)的。優(yōu)選地，所述脈沖頻率對于所述光度過程測量裝置的壽命是完全恒定的。優(yōu)選地，恒定脈沖周期在10ms?到30?ms的范圍內。

7、所述光度計控制器設置有用于使脈沖積分循環(huán)的被積分的循環(huán)脈沖的總數量適應于單個電脈沖的脈沖強度的測量循環(huán)控制器。換句話說，在其之后啟動a/d轉換的脈沖積分循環(huán)的循環(huán)長度和脈沖的總數量適應于樣本水的渾濁度。如果所述樣本水相對清澈，則被產生以限定適應性脈沖積分循環(huán)的光度光脈沖的數量是相對低的。如果所述水樣本相對渾濁，則用以限定適應性脈沖積分循環(huán)的光度光脈沖的所述數量是相對高的。

8、脈沖積分循環(huán)的被積分的循環(huán)脈沖的長度和總數量的調節(jié)通常可以以許多不同的方式實現(xiàn)。

9、這不一定意味著針對每個單個脈沖積分循環(huán)實現(xiàn)這種調節(jié)?？梢造`活地或以固定間隔提供調節(jié)，舉例來說，每第20個脈沖積分循環(huán)提供調節(jié)或每分鐘提供一次調節(jié)。作為從測量循環(huán)的其它測量循環(huán)不是個別地調節(jié)的，而是與是主測量循環(huán)的適應性測量循環(huán)相同。該概念允許花費更多的時間來精確地分析所述主測量循環(huán)而不是隨后的從測量循環(huán)，而基本上不使總體測量循環(huán)頻率劣化。

10、所述測量循環(huán)的長度的靈活調節(jié)允許最大可能程度地利用脈沖信號積分儀和a/d轉換器的電容量，使得樣本水中的物質的定量確定的總體準確度大幅增加。

11、所述光度控制器還設置有用于在任何脈沖積分循環(huán)之后的a/d轉換間隔中轉換脈沖信號積分儀的電壓的a/d轉換器。典型的a/d轉換間隔花費50?ms到100?ms。一旦脈沖積分循環(huán)已經結束，就停止所述光度計閃光燈源，并且觸發(fā)所有a/d轉換器以讀取和數字化對應脈沖信號積分儀的所述電壓。

12、所述光度計控制器設置有用于平衡在時間幀內的光度光脈沖的所述數量的閃光燈熱管理模塊，而所述時間幀是比最長可能的測量循環(huán)長得多的時間參考。來自管理模塊的閃光燈在長時間幀內均衡光度光脈沖的總數量，使得總體光度光脈沖頻率獨立于所述脈沖強度和所得脈沖積分循環(huán)而是恒定的。

13、通常，可以通過調節(jié)脈沖積分循環(huán)內的兩個光度光脈沖之間的周期來提供平衡。優(yōu)選地，所述閃光燈熱管理模塊通過根據需要在所述脈沖積分循環(huán)之間添加適應性暫停間隔來平衡在時間幀內的光度光脈沖的所述數量。所述暫停間隔的長度取決于所述脈沖積分循環(huán)的被積分的測量循環(huán)脈沖的所述總數量，使得在所考慮的時間幀內的光度光脈沖的所述總數量對于不同脈沖積分循環(huán)的可用范圍是基本上恒定的，所述不同脈沖積分循環(huán)具有由不同的脈沖強度所導致的不同總數量的被積分的循環(huán)脈沖。如果所述脈沖積分循環(huán)非常短，則不需要提供暫停間隔。所述測量脈沖積分循環(huán)越長，在兩個后續(xù)脈沖積分循環(huán)之間提供的所述暫停間隔越長。

14、所述光度計控制器優(yōu)選地在所述脈沖積分循環(huán)之間提供適應性暫停間隔，以參考幾分鐘的相對短的時間幀以及至少幾年的測量裝置壽命的長時間幀將所述總體光度光脈沖頻率保持基本上恒定。這種恒定性具有以下物理效果：所述光度計閃光燈源的電極在非常恒定的溫度下被驅動，使得所述光度計閃光燈源的發(fā)射頻譜被一致地維持，并且光度結果在非常長的時間內是一致的。另外，通過對由所述光度計閃光燈源產生的所述光度光脈沖簡單地計數，可以容易地預測所述光度計閃光燈源的總壽命。用于監(jiān)督所述光度計閃光燈源的狀況的其它和更復雜的措施是不必要的。

15、優(yōu)選地，所述熱管理模塊調節(jié)所述脈沖積分循環(huán)之間的所述暫停間隔，使得對于脈沖積分循環(huán)的所有可用長度，在所述時間幀內的光度光脈沖的所述數量的恒定性在10%的公差內。更優(yōu)選地，所述恒定性在5%的公差范圍內。

16、優(yōu)選地，所述適應性暫停間隔由一個或多個附加的a/d轉換間隔限定。由此，使用所述暫停間隔來改進a/d轉換過程的準確度，因為特定來說對于相對長的脈沖積分循環(huán)，實質上增加了a/d轉換的總數量。

17、根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述測量循環(huán)控制器包括循環(huán)模式表存儲器，所述循環(huán)模式表存儲器存儲具有限定的脈沖積分循環(huán)和相關的限定的暫停間隔的差異循環(huán)模式。所述測量循環(huán)控制器根據脈沖積分循環(huán)開始時的脈沖強度而選擇具有限定的脈沖積分循環(huán)和限定的暫停間隔的測量循環(huán)模式。換句話說，所述脈沖積分循環(huán)的所述長度和對應的暫停間隔可以僅從非常有限數量的幾個測量循環(huán)模式選擇。

18、可用測量循環(huán)模式可以舉例來說僅具有帶有4個、8個、16個、21個、32個或64個被積分的電脈沖的脈沖積分循環(huán)。在舉例來說3秒的時間幀內，具有64個被積分的電脈沖的一個單個脈沖積分循環(huán)、各自具有32個被積分的電脈沖的兩個脈沖積分循環(huán)、各自具有21個被積分的電脈沖的三個脈沖積分循環(huán)、各自具有16個被積分的電脈沖的四個脈沖積分循環(huán)、各自具有8個被積分的電脈沖的八個脈沖積分循環(huán)和各自僅具有4個被積分的電脈沖的十六個脈沖積分循環(huán)作為可用測量循環(huán)模式的部分可以是可用的。因此，在所述時間幀內的被積分的電脈沖的總數量總是63或64。相應地調節(jié)和限定相關暫停間隔的長度。

19、在脈沖積分循環(huán)開始時，舉例來說，在兩個或三個被接收且被積分的的電脈沖之后，做出關于適應性脈沖積分循環(huán)的長度或者合適的測量循環(huán)模式的決定。在提供關于所述合適的測量循環(huán)模式的新決定之前，可以針對幾個時間幀或時間間隔維持所選擇的測量循環(huán)模式。

20、使用循環(huán)模式表存儲器相對簡單，并且不需要實質上的計算能力。

21、在脈沖積分循環(huán)期間，通常存在不同的技術方式來監(jiān)測所述脈沖信號積分儀的所述電壓的進展。優(yōu)選地，監(jiān)測不是通過在每個單個閃光燈脈沖之后提供高精度a/d轉換來實現(xiàn)的，因為高精度a/d轉換相對耗時，并且比兩個連續(xù)光度光脈沖之間的間隔花費更多的時間。優(yōu)選地，在一個單個測量循環(huán)內不提供超過五次的所述高精度a/d轉換。更優(yōu)選地，所述高精度a/d轉換根本不用于在脈沖積分循環(huán)期間監(jiān)測所述脈沖信號積分儀的所述電壓的所述進展，而是僅用于在脈沖積分循環(huán)結束時最終確定所有a/d轉換器的所述電壓。

22、優(yōu)選地，所述光度控制器設置有用于在新的測量循環(huán)開始之前同步地復位所有脈沖信號積分儀的積分儀復位開關。在所有a/d轉換器已經在高精度轉換的情況下轉換了所述脈沖信號積分儀的最終電壓之后，觸發(fā)所述積分儀復位開關。所述積分儀復位開關同步地將所有脈沖信號積分儀的所述電壓下拉到零，使得可以開始新的脈沖積分循環(huán)。

23、優(yōu)選地，所述積分目標電壓值比所述脈沖信號積分儀的飽和電壓低至少20%，但是是所述飽和電壓的至少50%。對于引起由所述脈沖信號積分儀接收的相對高的光學和電脈沖的非常清澈的水樣本的情況，所述積分目標電壓值必須基本上低于所述脈沖信號積分儀的所述飽和電壓。所述飽和電壓與所述積分目標電壓值之間的偏離必須高于由所述檢測元件中的任何一個接收的單個光脈沖的最高可能脈沖信號電壓。

24、優(yōu)選地，所述光度控制器設置有對脈沖積分循環(huán)期間的閃光的數量進行計數的閃光計數器，并且設置有存儲在一個單個脈沖積分循環(huán)內閃光的一般最大閃光數量值的最大閃光數量存儲器。當由所述閃光計數器計數的所述閃光的數量等于或超過所存儲的最大閃光數量時，所述光度控制器觸發(fā)所有a/d轉換器的所述高精度轉換觸發(fā)端口。限定在一個測量循環(huán)內的被積分的閃光的一般最大數量是針對所述樣本水意外渾濁或者如果其它因素意外地大量削弱最終由所述波長選擇性檢測元件接收的光的情況的應急（fallback）測量。在該情況下，在所述脈沖信號積分儀中的任何一個的電壓使用已經超過所述所存儲的積分目標電壓值之前終止脈沖積分循環(huán)。在該情況下可以產生警告信號以引起控制和維護動作。

25、優(yōu)選地，所述a/d轉換器分別設置有低精度轉換觸發(fā)端口。優(yōu)選地，如果所有脈沖信號積分儀的所述電壓低于所述所存儲的積分目標值，則所有a/d轉換器的所有低精度轉換觸發(fā)端口可以由所述光度控制器的對應低精度請求端口同步地觸發(fā)。a/d轉換器的低精度轉換通常僅花費幾毫秒，使得所述a/d轉換器的低精度轉換能力可以在脈沖積分循環(huán)的開始時和/或進程中使用，以提供脈沖積分循環(huán)內的光度光脈沖的總數量的預測，直到所有脈沖信號積分儀中的首先一個脈沖信號積分儀的電壓將超過所述所存儲的積分目標電壓值。該預測允許在脈沖積分循環(huán)結束時完美地排定和計劃相對耗時的高精度a/d轉換的時刻。

26、由所述光度計閃光燈源產生的兩個后續(xù)光度光脈沖之間的技術最小時間間隔通常在5?ms到30?ms的范圍內，使得典型a/d轉換器的所述低精度轉換間隔短于閃光間隔，并且因此基本上不影響所述光度計脈沖頻率。

27、根據本發(fā)明的方法權利要求涉及由包括設備權利要求中的一項的特征的光度過程測量裝置提供的光度測量方法，并且包括由光度計控制器控制的以下方法步驟：

28、用所述光度計閃光燈源產生光脈沖，

29、監(jiān)測所述波長選擇性檢測元件的所有脈沖信號積分儀，并且使脈沖積分循環(huán)的被積分的循環(huán)脈沖的總數量適應脈沖強度，和

30、根據被積分的循環(huán)脈沖的數量而在所述脈沖積分循環(huán)之間添加適應性暫停間隔。

31、優(yōu)選地，所述適應性暫停間隔由一個或多個附加的a/d轉換間隔限定。

32、優(yōu)選地，所述測量循環(huán)控制器根據當前脈沖積分循環(huán)的所述脈沖強度而從循環(huán)模式表存儲器選擇循環(huán)模式。