專利名稱:偏置探針的制作方法
偏置探針
本發(fā)明涉及用在光譜研究中的偏置探針，尤其是涉及用在橫向傳輸研究中的探針。
光譜分析，特別是紅外光譜學(xué)是用于檢查樣本并監(jiān)控在線過程的已知技術(shù)。一般， 對于不透光的樣本，已知光譜的光指向吸收并散射在不同波長處的一些光的樣本。光的擴 散地散射的部分例如使用單色儀或干涉儀儀器被收集并分析，以產(chǎn)生吸收光譜，以便特征 化樣本。
光纖探針頻繁地與光學(xué)分析器中的這樣的儀器結(jié)合使用，以便將光引導(dǎo)到樣本并 收集樣本所散射的光。在DeThomas等人的US 6，137，108中公開了一個這樣的探針。在 這里探針包括照明光纖束和兩個收集光纖束，每個在遠端從照明光纖束橫向移開一小段距 離，以便收集經(jīng)受來自樣本的擴散的反射的光。
分析的精確度和靈敏度取決于通過偏置探針從樣本收集的擴散地散射的光的質(zhì) 量和數(shù)量。通常認可，良好的收集效率導(dǎo)致高靈敏度。而且，光與樣本交互作用地越多，可 從所收集的光獲得的信息將越表示大塊樣本。
已知偏置探針的問題是，為了最大化收集效率，于是需要對待分析的樣本優(yōu)化橫 向偏置的大小。展示低散射度的樣本例如脫脂牛奶或乳清允許光進一步傳播到產(chǎn)品中，給 出與非常長的傳輸路徑長度相同的效應(yīng)。用于允許測量的足夠的光將返回到收集光纖，其 從發(fā)射光纖橫向偏移一段相對大的距離。展示中等散射度的樣本例如奶酪、黃油和牛奶將 不允許光足夠深地穿入產(chǎn)品中以提供像傳輸一樣的特性。較高的散射度意味著橫向偏移需 要相對于用于具有低散射特性的樣本的偏移而減小，以便確保足夠的光將到達收集光纖。 展示高散射度的樣本例如乳清粉末和牛奶粉末通常需要在發(fā)射和收集光纖之間的非常短 的橫向傳輸路徑長度，以便獲得足夠的光收集。在這些短間距處，檢測方法變成反射之一而 不是橫向傳輸，且所采樣的材料的量極大地減少了。
本發(fā)明的目的是至少減輕上面提到的問題，并在不同的樣本中提供用于橫向傳輸 測量的偏置探針，每個樣本擁有不同的散射度。
這由偏置探針實現(xiàn)，如在本權(quán)利要求
1中所述并由權(quán)利要求
1表征的。通過提供 在照明通道和收集通道之間的反射表面以將入射光反射回到樣本中，于是照明與樣本的交 互作用增加，且比別的情況多的光傳遞到收集通道，這導(dǎo)致增加的收集效率。反射的數(shù)量隨 著被分析的樣本的增加的散射度而增加。
優(yōu)選地，探針還包括光學(xué)窗，其在探針的遠端處對至少在反射元件和這兩個通道 的遠端中的區(qū)域的所關(guān)注的光學(xué)輻射是透明的，以充當(dāng)在遠端和研究下的樣本之間的間隔 元件。這允許擴散地散射的光直接與反射元件交互作用，并提高元件的效率。
從參考附圖中的圖做出的本發(fā)明的示例性實施方式的考慮和下面的描述中將認 識到這些和其它優(yōu)點，其中

圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)分析器；
圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明的可用在圖1的分析器中的偏置探針的第一實施方 式；以及[0012]圖3示意性示出根據(jù)本發(fā)明的可用在圖1的分析器中的偏置探針的第二實施方 式。圖3(a)是沿著探針的部分截面圖，而圖3(b)是同一探針的遠端的視圖?，F(xiàn)在考慮圖1的光學(xué)分析器2。提供光源4以產(chǎn)生光學(xué)輻射用于傳輸?shù)酱治龅?樣本。光源4可為被選擇成產(chǎn)生并傳輸在所關(guān)注的波長區(qū)域中的多色輻射的多色源或可為 單色輻射源，該單色輻射可以或可以不例如通過結(jié)合具有可移動的色散元件的相關(guān)單色設(shè) 備使用多色發(fā)射源而被掃描。如技術(shù)人員將理解的，光源4的選擇和實現(xiàn)取決于由分析器 2執(zhí)行的研究，并可使用技術(shù)人員可利用的已知構(gòu)造技術(shù)容易地實現(xiàn)。
檢測器6也被包括而作為分析器2的元件，并能以其最簡單的形式只包括適合于 在其檢測表面產(chǎn)生表示輻射密度的輸出信號的檢測器。檢測器6 —般包括已知類型的分光 光度計，例如具有固定或移動的散射元件的單色儀、數(shù)字檢測器陣列(DDA)、傅立葉變換干 涉計或拉曼分光計，所有這些都起作用來在光源4與樣本的交互作用之后從來自光源4的 入射光輻射的分離和可識別的波長區(qū)域產(chǎn)生表示密度信息的輸出信號。
分析器2的分析單元8可操作地耦合成接收來自檢測器6的輸出信號，并使用已 知的技術(shù)處理該信號，以便提供樣本的所關(guān)注的特性例如化學(xué)特性的指示。分析單元8可 用硬線連接到檢測器6，永久地位于與檢測器6相同的外殼中(如本示例性實施方式所示) 或與檢測器6分離的外殼中(例如可以由適當(dāng)編程的個人計算機實現(xiàn))；或可通過遠程通 信鏈路(例如，通過互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)連接)連接到檢測器6，該鏈路可以或可以不整體地或 部分地是無線鏈路。
分析單元8 一般可使用校準(zhǔn)模型，將所關(guān)注的物理、化學(xué)或其它特性鏈接到檢測 器6所收集的光譜的特征，并適合于使該模型適用于該光譜，以便確定樣本的所關(guān)注的特 性。該校準(zhǔn)模型可使用參考樣本的光譜的數(shù)據(jù)庫以已知的方式被構(gòu)造，其中所述特性使用 其它直接的分析技術(shù)被確定。
分析器2還包括光學(xué)探針10，其在這里僅作為例子被示為有兩個光傳輸通道12、 14。這些光通道12、14在探針10的近端16處可釋放地連接到在接合構(gòu)件22處的相關(guān)光 通道18、20。相關(guān)的光通道18、20分別在光源4和檢測器6處終止，并與探針10的光通道 12、14 一起形成連續(xù)的路徑用于到和來自探針10的遠端24的光學(xué)輻射。所有的光通道12、 14、18,20可容易以已知的方式形成，例如通過使用一個或多個光纖。在本實施方式中，光通 道12提供探針的細長照明通道，而光通道14形成探針10的細長收集通道，其在探針10的 遠端24從照明通道12橫向偏移。與遠端24并置并布置在橫向偏置通道12、14之間的是 反射元件26。該反射元件26布置成使得在使用中，從在分析中的樣本散射的入射光反射回 到樣本，其中它將通過該樣本經(jīng)受進一步的散射。
現(xiàn)在考慮圖2，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的并可充當(dāng)圖1的分析器2的探針10的探 針的第一實施方式，其較詳細地顯示了探針10的遠端24。
位于照明通道12和收集通道14(例如，可適當(dāng)?shù)赜梢粋€或多個光纖形成)之間的 是反射元件26，其厚度在附圖中為了清楚起見而被放大。反射元件26可例如為遠端24的 一部分或為沉積在遠端24上或以某個其它方式固定到遠端24的薄反射層，并布置成在遠 離遠端的方向上反射入射的光學(xué)輻射。
對所關(guān)注的光學(xué)輻射透明的窗口 28覆蓋在遠端24上面并與遠端24鄰接，以便在 使用中，它提供厚度t的樣本自由容積，其中光學(xué)輻射可在樣本和反射元件26之間不間斷地傳播，反射元件26例如可甚至形成為與遠端24鄰接的窗口 28的表面上的反射鏡層。以這種方式，甚至來自相對高度散射樣本的充分擴散地散射的輻射可從發(fā)射通道12橫向通 過樣本被傳輸，以被收集通道14收集。
在使用中，窗口 28和反射元件26協(xié)作以產(chǎn)生通過樣本的傳輸路徑長度，該樣本被 “自動調(diào)節(jié)”到在研究中的樣本的散射特性。來自發(fā)射通道12的輻射將通過具有相對低的 散射度的樣本傳輸，以被收集通道14收集，具有來自反射元件26的相對少的反射。當(dāng)待分 析的樣本的散射度增加時，于是與反射元件26的輻射的交互作用也增加。該元件26起作 用來提供通過樣本并到收集通道14的增強的傳輸路徑。
現(xiàn)在考慮圖3，其中根據(jù)本發(fā)明的探針的第二實施方式被示出并可充當(dāng)圖1的分 析器2的探針10。圖3b更詳細地示出圖3a的探針10的遠端24。第二收集通道14’設(shè)置成從照明通道12橫向偏移一段距離，該距離不同于在第一 收集通道14和照明通道12之間的偏移。在本發(fā)明中，遠端24的表面配置成例如通過在該 表面上沉積反射層來充當(dāng)反射元件26。密封件30例如可由布置在遠端26和窗口材料板 32之間的“0”形環(huán)提供，以一起提供厚度t'的樣本自由容積，其中光學(xué)輻射能以類似于在 上面關(guān)于圖2描述的實施方式的方式在樣本和反射元件26之間不間斷地傳播。在本實施 方式中，這樣描述的容積在很大程度上缺乏窗口材料，該材料本身可能引起所關(guān)注的輻射 的不希望有的吸收或散射，例如由于在組成窗口 28的材料中的微小的、甚至微觀的物理缺陷。 將認識到，額外的收集通道或另外的照明通道可包括在探針中，而不偏離所主張 的發(fā)明。而且，開關(guān)可設(shè)置成使得每個通道12、14、14’可選擇性地充當(dāng)照明通道或收集通道。
權(quán)利要求
一種用于用在光學(xué)分析器(2)中的偏置探針，所述探針(10)包括細長照明通道(12)和在所述探針(10)的遠端(24)處從所述照明通道(12)橫向偏移的細長收集通道(14)以及布置在所述遠端(24)處以從其反射入射光的反射元件(26)，其特征在于，所述探針(10)還包括間隔元件(28；30，32)，所述間隔元件(28；30，32)位于所述探針的所述遠端(24)以覆蓋至少所述通道(12，14，14’)和反射元件(26)并對那些區(qū)域中的所關(guān)注的輻射是透明的。
2.如權(quán)利要求
1所述的偏置探針，其特征在于，所述探針(10)還包括一個或更多另外 的收集通道(14’)，每個收集通道(14’ )從所述照明通道(12)橫向偏移，以及所述反射元 件(26)布置在每個另外的收集通道(14’ )和所述照明通道(12)之間。
3.如權(quán)利要求
1或權(quán)利要求
2所述的偏置探針，其特征在于，一個或兩個所述照明通道 (12)和所述一個或更多收集通道(14，14’ )包括光纖布置。
4.如權(quán)利要求
1到3中任一項所述的偏置探針，其特征在于，所述間隔元件(28)定位 成與所述探針的所述遠端(24)鄰接，并在接近所述遠端(24)的表面上有充當(dāng)所述反射元 件的反射層(26)。
5.如權(quán)利要求
1到3中任一項所述的偏置探針，其特征在于，所述間隔元件包括通過密 封件(30)與所述遠端(24)間隔開的窗口(32)。
6.一種光學(xué)分析器(2)，包括偏置探針(10)，所述偏置探針(10)具有細長照明通道 (12)和一個或更多細長收集通道(14)；光源(4)，所述光源(4)在所述探針的近端(16)光 學(xué)地耦合到所述照明通道(12)；以及檢測器(6)，所述檢測器(6)在所述探針的近端(16) 光學(xué)地耦合到所述一個或更多收集通道(14)，其特征在于，所述偏置探針是任一前述權(quán)利 要求所述的探針(10)。
專利摘要
偏置探針(10)具有細長照明通道(12)和在探針(10)的遠端(24)從照明通道(12)橫向移開的細長收集通道(14)。反射元件(26)布置在通道(12，14)之間并布置成在遠離遠端(24)的方向上反射入射的光學(xué)輻射。在遠端(24)處的透明窗口(28)可用來在使用中提供來自樣本材料的自由容積，輻射可通過該樣本材料傳遞到反射元件(26)并從反射元件(26)傳遞。
文檔編號G01N21/85GKCN201773070 U發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200990100041
公開日2011年3月23日 申請日期2009年1月6日
發(fā)明者托尼·麥迪遜 申請人:福斯分析有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan