流體診斷設(shè)備及其使用方法
【專利說明】流體診斷設(shè)備及其使用方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年5月21日提交的美國臨時申請N0.61/825，589的權(quán)益。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本說明書總體上涉及用于流體診斷測量的設(shè)備和方法，并且更具體地，涉及用于對流體進行診斷測量的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]紫外線透射率(UVT)是對穿過流體長度的具有一定波長例如254納米的光的量的測量。UVT值通常被提供為跨該流體長度行進的紫外(UV)光的量的百分比。UVT受被流體中成分吸收和/或重定向的光能的量影響，并且可以被表達為穿過流體樣本并且通過光傳感器檢測到的光的百分比。供參照，具有水中少許成分或無水中成分的蒸餾水具有幾乎100%的UVT，而咖啡可以具有非常低的UVT，比如在5%至10%之間。針對一定流體，比如廢水，監(jiān)測UVT會在例如確定其對消費的適合性中是重要的。然而，精確的測量會由于快速流體流動和裝備的污垢而是困難的。因此，會期望可替代的流體診斷設(shè)備和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個實施方式中，一種診斷設(shè)備包括測量頭、平移校準(zhǔn)元件和校準(zhǔn)元件致動器。測量頭包括診斷光源、光傳感器和測量頭本體。診斷光源在診斷波長λ D下操作，并且測量頭本體跨目標(biāo)流體通路以間隔開的關(guān)系來支承診斷光源和光傳感器，以限定從診斷光源至光傳感器延伸的診斷光路徑。平移校準(zhǔn)元件在診斷波長λ 至少部分透光，并且校準(zhǔn)元件致動器在結(jié)構(gòu)上配置成使平移校準(zhǔn)元件移入和移出目標(biāo)流體通路。平移校準(zhǔn)元件的大小和幾何結(jié)構(gòu)為使得平移校準(zhǔn)元件在被移入目標(biāo)流體通路時占據(jù)基本上全部診斷光路徑。
[0006]在另一實施方式中，一種操作包括測量頭、平移校準(zhǔn)元件和校準(zhǔn)元件致動器在內(nèi)的診斷設(shè)備的方法包括:將診斷設(shè)備的測量頭插入目標(biāo)流體，使得目標(biāo)流體進入目標(biāo)流體通路；使診斷光源發(fā)光；以及測量通過光傳感器檢測到的從診斷光源發(fā)射的光的量，以獲得診斷讀數(shù)。該方法還包括:基于診斷讀數(shù)來計算目標(biāo)流體值；將平移校準(zhǔn)元件移入目標(biāo)流體通路；以及測量穿過平移校準(zhǔn)元件并且通過光傳感器檢測到的從診斷光源發(fā)射的光的量，以獲得校準(zhǔn)讀數(shù)。該方法還包括:基于校準(zhǔn)讀數(shù)來計算校準(zhǔn)值；以及基于校準(zhǔn)值來調(diào)節(jié)目標(biāo)流體值。
【附圖說明】
[0007]附圖中闡述的實施方式本質(zhì)上是說明性并且示例性的，而不意在限制通過權(quán)利要求限定的主題。說明性實施方式的以下詳細(xì)描述可以在結(jié)合以下附圖來閱讀時被理解，在附圖中:
[0008]圖1描繪了根據(jù)本文中示出并且描述的一個或更多個實施方式的流體診斷設(shè)備的主視圖；
[0009]圖2描繪了根據(jù)本文中示出并且描述的一個或更多個實施方式的圖1的流體診斷設(shè)備的測量頭的放大圖；以及
[0010]圖3至圖6描繪了根據(jù)本文中示出并且描述的一個或更多個實施方式的圖1的流體診斷設(shè)備在各個位置下的示意性俯視圖。
【具體實施方式】
[0011]總體上參照圖1，本文中描述的實施方式涉及流體診斷設(shè)備和方法，比如流體紫外線透射率（UVT)監(jiān)測設(shè)備和方法。本文中論述的具體的實施方式涉及水，但是還可以考慮其他的流體，包括化學(xué)制品、制藥流體、飲料和其他的流體。本文中描述的診斷設(shè)備可以在敞開式或封閉式水的方法中使用，并且可以用于對生產(chǎn)線的連續(xù)在線測量或者對包括廢水和飲用水的任意類型流體的離線采樣。本文中論述的診斷設(shè)備可以包括平移校準(zhǔn)原件以及具有光源和光傳感器的測量頭。測量頭可以位于目標(biāo)流體中以測量目標(biāo)流體的診斷質(zhì)量，比如目標(biāo)流體的UVT值。目標(biāo)流體可以流過或者另外地進入在測量頭的光源與光傳感器之間的目標(biāo)流體通路?？梢约せ罟庠?，并且光傳感器能夠操作成檢測穿過目標(biāo)流體通路中的目標(biāo)流體行進并且通過光傳感器檢測到的從光源發(fā)射的光的百分比，以便于獲得目標(biāo)流體值。診斷設(shè)備可以存儲、顯示、和/或傳送通過光傳感器檢測到的光的百分比作為目標(biāo)流體值。
[0012]可以通過校準(zhǔn)元件致動器來致動平移校準(zhǔn)元件，從而將平移校準(zhǔn)元件定位成使得平移校準(zhǔn)元件的基本上全部位于光源與光傳感器之間。平移校準(zhǔn)元件可以具有預(yù)定的和/或已知的診斷值，比如預(yù)定的UVT值。光傳感器可以檢測穿過平移校準(zhǔn)元件的從光傳感器發(fā)射的光的量，并且診斷設(shè)備可以存儲、顯示、和/或傳送該值作為校準(zhǔn)值。在一些實施方式中，診斷設(shè)備可以將該校準(zhǔn)值與例如存儲的查詢表中的已知校準(zhǔn)值進行比較，并且可以基于該校準(zhǔn)值來調(diào)節(jié)目標(biāo)流體值。平移校準(zhǔn)元件還可以包括擦拭器，該擦拭器既接觸接近于光傳感器定位的光傳感器窗又接觸接近于光源定位的光源窗，以去除光源窗和光傳感器窗上的任何污染物累積并且減少會影響光傳感器讀數(shù)的污垢。在其他的實施方式中，擦拭器可以直接接觸光源和光傳感器而不是光源窗和光傳感器窗。
[0013]現(xiàn)在參照圖1和圖2，示出了流體診斷設(shè)備100的一個實施方式。在示出的實施方式中，流體診斷設(shè)備100包括測量頭10、平移校準(zhǔn)元件20和校準(zhǔn)元件致動器30。流體診斷設(shè)備100還包括本體部40和顯示器50。測量頭10包括光源12和光傳感器14。光源12可以是例如發(fā)光二極管（LED)、有機LED、液晶顯示器或者另一光源，并且光源12能夠在診斷波長操作。例如，診斷波長λ D可以在等于約180納米與約300納米之間或者在約180納米與約300納米之間，比如254納米。光源12還可以包括球透鏡封裝件，該球透鏡封裝件可以降低光束發(fā)散。第二短聚焦透鏡（未示出）還可以附接于光源12以允許聚焦于小的光傳感器區(qū)域。球透鏡還可以降低對偏轉(zhuǎn)或滾動的敏感性。
[0014]在光源12是LED的一些實施方式中，光源12可以在9納秒內(nèi)達到完全強度，從而允許光源12在一秒內(nèi)進行若干次通斷電。這可以允許診斷設(shè)備100采集離散測量值。光源12還能夠在各個波長和各個頻率下操作，如以下所述。光源12還可以允許生成不同波長的光并且允許測量在不同波長比如小于200納米的波長下的UVT。這對于依賴于UV處理的氧化性質(zhì)、需要在240納米以下的波長下表征流體的應(yīng)用會是有益的。光源12還可以包括多個光源，每個光源均具有不同的波長，比如，一個光源在240納米下，一個光源在254納米下，以及一個光源在280納米下。這對于利用多色光源、需要跨寬的波長范圍來表征流體的處理應(yīng)用會是有益的。然后可以使光源循環(huán)，以便于針對光源的不同波長采集多個UV
測量值。
[0015]光傳感器14可以例如是配置成檢測從光源12發(fā)射的光的紫外光(UV)傳感器或任意光傳感器。例如，光傳感器14可以是碳化硅鈀(SiC Pd)傳感器，并且可以具有附接于光傳感器14的透鏡，比如球透鏡。光傳感器14還可以使用可替代材料來允許檢測不同波長范圍，比如240納米以下。光傳感器14可以與光源12分離固定距離，從而產(chǎn)生在光傳感器14與光源12之間的診斷流體路徑。
[0016]診斷設(shè)備100沒有使用基于汞的UV燈作為光源12。由于基于汞的UV燈可以具有相對高的操作溫度例如50攝氏度至120攝氏度，所以基于汞的UV燈與目標(biāo)流體之間的溫度差可能導(dǎo)致在光源窗16的外表面上的凝結(jié)?；诠腢V燈的高操作溫度還會促進在光源窗16的外表面上的結(jié)垢，這會由目標(biāo)流體中的有機或無機成分比如鐵、鈣、鎂或其他的成分因基于汞的UV燈生成的熱量而附于光源窗16的外表面造成。光源12的低功率和低熱量生成可以減輕與基于汞的UV燈相關(guān)聯(lián)的結(jié)垢和凝結(jié)問題。
[0017]光源12和光傳感器14被測量頭本體15支承，并且可以被定位成以間隔開的關(guān)系彼此相距。限定診斷光路徑的目標(biāo)流體通路70在光源12與光傳感器14之間。診斷光路徑從光源12延伸至光傳感器14。目標(biāo)流體通路的長度可以變化，并且可以在0.1厘米至5厘米之間，例如1厘米。目標(biāo)流體可以進入并且流過目標(biāo)流體通路70。在圖1中，光源12和光傳感器14被定位成彼此基本上相對，其中，光傳感器14的檢測面被定位成使得檢測面與光源12的發(fā)光部基本上相對。目標(biāo)流體通路70包圍在光源12與光傳感器14之間的區(qū)域，如圖1所示。在其他的實施方式中，光源12和光傳感器14可以按照另