有充足距離以確保在檢測濃度之前將物質(zhì)混合。在一個示范性非限制性實(shí)施例中, 微傳感器可安置于距交叉區(qū)域大約1寸到大約2寸處。此確?;旌线^程與在物質(zhì)的供應(yīng)中 進(jìn)行的任何調(diào)整之間的緊密聯(lián)結(jié),使得在實(shí)質(zhì)體積的混合物流過交叉區(qū)域之前經(jīng)調(diào)整供應(yīng) 影響混合過程。因此,貫穿混合過程嚴(yán)密控制混合物中的物質(zhì)濃度,且在特定實(shí)施例中,可 消除混合槽。
[0084] 如本文中所使用的"測量數(shù)據(jù)"是指可經(jīng)測量(舉例來說,通過濃度傳感器120及 /或可包含于混合設(shè)備100中的其它類型的傳感器)的物質(zhì)的任何性質(zhì)。控制電路118可 經(jīng)配置以基于由濃度傳感器120產(chǎn)生及發(fā)射的測量數(shù)據(jù)而確定所輸出(舉例來說,混合后) 經(jīng)混合物質(zhì)中的輸入物質(zhì)的濃度。替代地或另外,濃度傳感器120可經(jīng)配置以確定經(jīng)混合 物質(zhì)中的輸入物質(zhì)的濃度且將濃度數(shù)據(jù)發(fā)送到控制電路118。如本文中所使用的"濃度數(shù) 據(jù)"是指指示混合后物質(zhì)(其為第一物質(zhì)與一或多種其它物質(zhì)的混合物)中的第一輸入物 質(zhì)的濃度值的數(shù)據(jù)(舉例來說,光學(xué)反射率及折射率)。舉例來說,控制電路118可從濃度 傳感器120接收多個濃度值作為濃度數(shù)據(jù)。如本文中所使用的"濃度值"可指代可用作混 合后濃度的基礎(chǔ)的單濃度值(舉例來說,百分比或Wt% ),如下文關(guān)于圖8及9所討論。替 代地及/或另外,濃度值可指代單濃度值的平均數(shù)。
[0085] 控制電路118可與濃度傳感器120通信地連接以經(jīng)由連接124接收濃度數(shù)據(jù)及/ 或測量數(shù)據(jù)。連接124可包含直接連接(舉例來說,雙絞線布線、光纖電纜、同軸電纜、藍(lán)牙 連接及/或可直接在兩個裝置之間建立的任何其它類型的連接)及/或間接連接(舉例來 說,利用路由器及/或其它類型的單獨(dú)通信裝置的任何類型的連接)。在一些實(shí)施例中,控 制電路118及濃度傳感器120同樣可經(jīng)由任何類型的有線或無線通信手段(直接及/或間 接的)通信。如此,本文中所討論的組件可包含實(shí)施本文中所討論的功能性所需要的任何 硬件、軟件及/或固件。舉例來說,本文中所討論的組件可直接及/或使用可包含公用網(wǎng)絡(luò) (例如因特網(wǎng))、私人網(wǎng)絡(luò)(例如內(nèi)部網(wǎng)絡(luò))或其組合的網(wǎng)絡(luò)連接,且可利用現(xiàn)在可用或以 后開發(fā)的各種網(wǎng)絡(luò)化協(xié)議,包含但不限于基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)議。在一些實(shí)施例中,控 制電路118及濃度傳感器120可經(jīng)由例如串行及/或并行數(shù)據(jù)傳送的通信協(xié)議通信。其它 通信接口可包含點(diǎn)對點(diǎn)、按需、安全發(fā)射或定制通信協(xié)議。如此,在一些實(shí)施例中,控制電路 118可與外殼分開及/或遠(yuǎn)離濃度傳感器120。
[0086] 如上文所討論,控制電路118可經(jīng)配置以經(jīng)由連接124從濃度傳感器120接收濃 度數(shù)據(jù)及/或測量數(shù)據(jù)。濃度數(shù)據(jù)可由測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生,且像本文中所討論的所有數(shù)據(jù)可使 用任何適合協(xié)議及/或連接作為信號(舉例來說,用于濃度數(shù)據(jù)的濃度信號及用于測量數(shù) 據(jù)的測量信號)經(jīng)發(fā)射。
[0087] 控制閥122可經(jīng)配置以基于來自控制電路118的指令而形成物質(zhì)B通道110中的 可調(diào)整"瓶頸"。瓶頸的大小影響物質(zhì)B的流率,其中較小瓶頸導(dǎo)致較慢流率而較大瓶頸導(dǎo) 致較快流率。在一些實(shí)施例中,控制閥122可包含致動器及探針。舉例來說,致動器可為經(jīng) 配置以轉(zhuǎn)動精確且受控制量(舉例來說,使用蝸輪且在控制電路118的指導(dǎo)下)的步進(jìn)電 機(jī)。經(jīng)由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動,探針可經(jīng)配置以可控制地突出到物質(zhì)B通道108中(舉例來說, 經(jīng)由沿第一方向轉(zhuǎn)動步進(jìn)電機(jī))及從物質(zhì)B通道108收回(舉例來說,經(jīng)由沿與第一方向 相反的第二方向轉(zhuǎn)動步進(jìn)電機(jī)),因此分別減小及增加控制閥的開口大小。然而,可使用能 夠可控制地改變物質(zhì)B通道108內(nèi)的物質(zhì)B的流率的實(shí)際上任何適合技術(shù)。舉例來說,控 制閥122還可經(jīng)氣動或壓電驅(qū)動。
[0088] 盡管本文中通常提及以上實(shí)例,但控制閥122可包含導(dǎo)致物質(zhì)移動穿過系統(tǒng)100 的任何適合組件。舉例來說,控制閥122可包含允許特定量的液體在壓力下取決于閥打開 或關(guān)閉的方式而通過的閥。另外或替代地,控制閥122可包含栗、風(fēng)扇及/或經(jīng)配置以引起 物質(zhì)的移動及/或形成物質(zhì)的壓力的任何其它設(shè)備。舉例來說,控制閥122可不具有任何 實(shí)際閥而且為經(jīng)配置以通過在給定時間周期內(nèi)栗送的量來控制物質(zhì)A的流量的栗送系統(tǒng)。 作為另一實(shí)例,控制閥122為經(jīng)配置以控制物質(zhì)A由于重力而流動的速率的閥。
[0089] 在一些實(shí)施例中,控制電路118、濃度傳感器120及控制閥122可配置為閉環(huán)控制 系統(tǒng)。如下文將更詳細(xì)地討論,控制電路118可經(jīng)配置以確定、存儲及/或接收經(jīng)混合物質(zhì) 的目標(biāo)濃度。濃度傳感器120可經(jīng)配置以在經(jīng)混合物質(zhì)流動穿過經(jīng)混合物質(zhì)通道114時實(shí) 時測量經(jīng)混合物質(zhì)。基于經(jīng)混合物質(zhì)的第一測量(或第一組測量),控制電路118可經(jīng)配 置以調(diào)整控制閥122,例如當(dāng)確定混合濃度不處于目標(biāo)濃度或在目標(biāo)濃度范圍內(nèi)時(舉例 來說,當(dāng)混合濃度超出可接受誤差容限時)。舉例來說,控制電路118可基于混合濃度與目 標(biāo)濃度之間的差而確定反饋控制值,所述反饋控制值可用于調(diào)整控制閥122。調(diào)整控制閥 122可導(dǎo)致物質(zhì)B通道110內(nèi)的流率的改變。繼而,此可改變流動穿過經(jīng)混合物質(zhì)通道114 的經(jīng)混合物質(zhì)的濃度,所述濃度可由濃度傳感器120經(jīng)由第二測量(或第二組測量)來檢 測。因此,控制電路118可經(jīng)配置以確定第二反饋控制值(舉例來說,特定數(shù)目個步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)動)及/或在確定新濃度并非目標(biāo)濃度的情況下重新調(diào)整控制閥122??芍貜?fù)所述過程 直到達(dá)到目標(biāo)濃度及/或新目標(biāo)濃度為期望的為止。經(jīng)由所述過程,可產(chǎn)生及更新使?jié)舛?與混合設(shè)備100的反饋控制值相關(guān)的一或多個控制參數(shù)(舉例來說,常數(shù)及/或函數(shù))。
[0090] 在一些實(shí)施例中,每一測量及調(diào)整循環(huán)可在任何適合時間周期(舉例來說,小于 大約100毫秒、小于大約10毫秒、小于大約1毫秒、大約每秒、大約每10秒等等)內(nèi)發(fā)生, 借此允許相對快速的響應(yīng)時間(舉例來說,與一天一次的校準(zhǔn)協(xié)議相比較)以用于準(zhǔn)確地 (舉例來說,在大約〇· ooiwt%內(nèi))達(dá)到目標(biāo)濃度或目標(biāo)濃度范圍(在一或多個誤差容限 內(nèi),下文討論所述誤差容限的實(shí)例)。如此,一些實(shí)施例包含其輸出信號可由控制電路(包 含處理器及其它硬件)接收作為輸入的混合后濃度傳感器,所述控制電路特別地經(jīng)配置以 控制與至少一種其它物質(zhì)混合的至少一種物質(zhì)的量。
[0091] 在一些實(shí)施例中,濃度傳感器122可經(jīng)配置以測量經(jīng)混合物質(zhì)的特性物理性質(zhì) (例如濃度、溫度、露點(diǎn)及/或任何其它物理性質(zhì))(或進(jìn)行用于確定所述特性物理性質(zhì)的測 量)。如上文所討論,輸入物質(zhì)的流率(舉例來說,如可由液體流量控制器及/或其它類型 的流量測量傳感器所測量)僅指示每單位時間通過給定表面的輸入物質(zhì)的體積。如此,兩 種或兩種以上輸入物質(zhì)的流率可僅提供混合后輸出濃度的粗略指示符。在這種意義上,可 使用測量混合后輸出的特性物理性質(zhì)的濃度傳感器122而非測量輸入物質(zhì)的流率的流率 傳感器來達(dá)成較大混合準(zhǔn)確度。
[0092] 濃度傳感器122的一些實(shí)施例可經(jīng)配置以測量(舉例來說)經(jīng)混合物質(zhì)的光學(xué)反 射率(REF)及溫度,所述光學(xué)反射率及溫度接著可用于確定經(jīng)混合物質(zhì)中的一或多種物質(zhì) 的濃度。如此,濃度傳感器122可包含經(jīng)配置以檢測經(jīng)混合物質(zhì)的REF的一或多個光學(xué)傳 感器及經(jīng)配置以測量溫度的一或多個熱敏電阻(及/或一或多個溫度計)。
[0093] 圖2展示根據(jù)一些實(shí)施例來配置的可用于濃度傳感器122中的光學(xué)傳感器200的 實(shí)例。在一些實(shí)施例中,濃度傳感器122可進(jìn)一步包含經(jīng)配置以基于由光學(xué)傳感器進(jìn)行的 測量而確定經(jīng)混合物質(zhì)的折射率(IoR)且及因此濃度的傳感器控制電路。如此,光學(xué)傳感 器200可為微型化、高準(zhǔn)確度(大約0.0 Olwt% )、快速響應(yīng)時間(大約1毫秒)、基于IoR 的濃度傳感器。
[0094] 參考圖2及3,從光源202射出的光入射于可與經(jīng)混合物質(zhì)接觸的窗204 (舉例來 說,藍(lán)寶石窗)上。根據(jù)各種實(shí)施例,經(jīng)混合物質(zhì)可為靜態(tài)的或流動的。光射線從界面(包 含窗204及在窗/物質(zhì)界面206處的感測表面)反射到多通道光檢測器208上。如上文所 討論,可使用REF幾何形狀產(chǎn)生光學(xué)反射率數(shù)據(jù)。反射率數(shù)據(jù)對跨越窗/物質(zhì)接口 206的 光學(xué)密度改變是敏感的。因此,與窗204接觸的經(jīng)混合物質(zhì)的光學(xué)密度與所測量反射率直 接相關(guān)。由于光學(xué)密度與IoR直接相關(guān),因此與窗204接觸的經(jīng)混合物質(zhì)的IoR及因此濃 度可依據(jù)光學(xué)反射率數(shù)據(jù)來確定。
[0095] 參考圖2,濃度傳感器200可包含耦合到襯底212 (舉例來說,印刷電路板(PCB)) 的光源202、熱敏電阻210及多通道光檢測器208、在窗204上的第二熱敏電阻214、鏡216、 玻璃(或其它適合材料)窗218(任選)及窗204(其可由例如藍(lán)寶石、石英、玻璃、硼硅酸 鹽玻璃等等的任何適合電介質(zhì)材料制成)。在一些實(shí)施例中,還可(任選地)包含存儲器芯 片220及偏光器222。濃度傳感器200的電光組件(包含光源202、多通道光檢測器208及 熱敏電阻210)可囊封于梯形光學(xué)外殼224內(nèi)且耦合到襯底212的內(nèi)部表面226。多個導(dǎo)電 引線228可耦合到襯底212的外部表面230。
[0096] 在一些實(shí)施例中,光源202可為發(fā)光二極管(LED)且窗204可由藍(lán)寶石構(gòu)成。為 方便起見,第二熱敏電阻214可附接到窗204的前面或后面。第二熱敏電阻214還可放置 于窗204內(nèi)側(cè)或者在感測表面206處或附近與經(jīng)混合物質(zhì)接觸。
[0097] 窗204可放置為與經(jīng)混合物質(zhì)直接接觸。在一些實(shí)施例中,窗204可由藍(lán)寶石制 成以提供機(jī)械強(qiáng)度、對物質(zhì)攻擊及刮痕的抵抗、耐久性、光學(xué)質(zhì)量、在壓力下的強(qiáng)度、機(jī)械加 工性及可用性。窗204可粘附(舉例來說,經(jīng)由光學(xué)環(huán)氧樹脂或任何其它光學(xué)適合材料) 到光學(xué)外殼224或玻璃窗218。此外,窗204可涂覆有薄材料層(大約20到100 A ),所述 材料具有充分低的密度以允許來自光源202的光完全通過其進(jìn)入經(jīng)混合物質(zhì)。薄涂層可進(jìn) 一步保護(hù)窗204的表面受損壞或劣化,因此延長濃度傳感器200的使用壽命。
[0098] 如上文所討論,濃度傳感器122可進(jìn)一步包含(舉例來說,除光學(xué)傳感器200之 外)傳感器控制電路。傳感器控制電路可經(jīng)配置以操作光學(xué)傳感器200以及濃度及/或測 量數(shù)據(jù)獲取及/或報告。舉例來說,傳感器控制電路可經(jīng)配置以使用數(shù)值方法來從從光學(xué) 傳感器200接收的REF數(shù)據(jù)及/或溫度數(shù)據(jù)提取IoR及因此物質(zhì)濃度。此外,傳感器控制 電路可對從光學(xué)傳感器200接收(舉例來說,經(jīng)由導(dǎo)電引線228)的"原始"數(shù)據(jù)信號執(zhí)行 數(shù)值運(yùn)算以將原始數(shù)據(jù)信號表達(dá)成對于控制電路118恰當(dāng)?shù)男问健_@些數(shù)值運(yùn)算可包含但 不限于背景減除及歸一化、測量數(shù)據(jù)求平均等等。在一些實(shí)施例中,傳感器控制電路及/或 其功能的至少一些功能可實(shí)施于固件及/或集成電路中。替代地及/或另外,控制電路118 可經(jīng)配置以執(zhí)行本文中關(guān)于傳感器控制電路所討論的一或多個功能。類似地,傳感器控制 電路可經(jīng)配置以執(zhí)行本文中關(guān)于控制電路108所討論的一或多個功能。
[0099] 任何適合技術(shù)可用于確定混合物中的物質(zhì)的濃度。在2008年1月15日發(fā) 布的標(biāo)題為"用于液體化學(xué)濃度分析系統(tǒng)的設(shè)備(Apparatus for a Liquid Chemical Concentration Analysis System) " 的共同受讓的美國專利第 7, 319, 523 號及 2010 年 11 月25日公布的標(biāo)題為"感測系統(tǒng)及方法(Sensing System and Method)"的共同受讓的美 國專利公開案第2010-0296079號中進(jìn)一步詳細(xì)地討論用于確定濃度的特定實(shí)例性結(jié)構(gòu)及 技術(shù)。上文引用的兩個專利文件的全部內(nèi)容以引用方式明確地并入本文中。此外,應(yīng)了解, 還可使用不使用REF及/或IoR技術(shù)的濃度傳感器,包含且不限于導(dǎo)電、超聲波、UV可見及 近紅外光譜學(xué)、電化學(xué)及表面等離子共振。
[0100] 與用于混合、摻合、形成尖峰及其它監(jiān)視控制功能及應(yīng)用的非集成系統(tǒng)相比較,例 如混合設(shè)備100的一些集成實(shí)施例可使用較小液體體積且產(chǎn)生較少廢物。舉例來說,液體 流量控制器可需要用作用于接收經(jīng)混合物質(zhì)的容器的混合槽。由于液體流量控制器的慢響 應(yīng)時間(舉例來說,如可由較慢流率測量及所測量混合后輸出濃度與輸入物質(zhì)流率之間的 直接反饋回路的缺乏導(dǎo)致),當(dāng)混合液體達(dá)到目標(biāo)濃度時較大體積的混合液體可暫時存儲 于混合槽中。如此,通過提供比液體流量控制器更迅速的響應(yīng)時間,混合設(shè)備100可針對其 中需要最小可能體積的制造及過程應(yīng)用達(dá)成經(jīng)減少物質(zhì)體積。在不具有混合槽的情況下, 混合設(shè)備100還可具有小于液體流量控制器的占用面積。在這種意義上,混合設(shè)備100的 一些實(shí)施例可不包含經(jīng)配置以存儲混合后輸出化學(xué)品直到達(dá)到目標(biāo)濃度的混合槽。
[0101] 圖Ib展示根據(jù)一些實(shí)施例來配置的實(shí)例性混合設(shè)備130。上文關(guān)于混合設(shè)備100 的組件的討論可適用于混合設(shè)備130且不重復(fù)所述討論以避免使本發(fā)明過分復(fù)雜化。在這 一點(diǎn)上,相似參考數(shù)字貫穿所述論述用于指代相似組件?;旌显O(shè)備130可進(jìn)一步包含可類 似于控制閥122的控制閥132。舉例來說,控制閥132可與控制電路118可通信地連接且用 作閉環(huán)控制系統(tǒng)的一部分。
[0102] 在一些實(shí)施例中,控制閥132可經(jīng)配置以基于來自控制電路118的指令而形成物 質(zhì)A通道108中的可調(diào)整"瓶頸"。如此,控制電路118可經(jīng)配置以控制多個控制閥,包含針 對每一物質(zhì)通道(舉例來說,物質(zhì)A通道108及/或襯底B通道110)的一或多個閥。在一 些實(shí)施例中,控制電路118可經(jīng)配置以在混合后輸出物質(zhì)并非處于目標(biāo)濃度時調(diào)整控制閥 132 (替代控制閥122及/或除控制閥122之外)。
[0103] 圖Ic展示根據(jù)一些實(shí)施例來配置的實(shí)例性混合設(shè)備140。混合設(shè)備140包含濃度 控制器142及144。基于從濃度傳感器120接收的濃度數(shù)據(jù)及/或測量數(shù)據(jù),濃度控制器 142可經(jīng)配置以調(diào)整控制閥122且濃度控制器144可經(jīng)配置以調(diào)整控制閥132。在這種意 義上,一些實(shí)施例可包含經(jīng)配置以控制不同組的控制閥的兩個或兩個以上濃度控制器。
[0104] 圖4展示根據(jù)一些實(shí)施例來配置的實(shí)例性混合設(shè)備400。混合設(shè)備400可進(jìn)一步 包含混合器402。混合器402可經(jīng)配置以確保在經(jīng)混合物質(zhì)的混合后測量之前進(jìn)行恰當(dāng)物 質(zhì)混合(舉例來說,物質(zhì)A與物質(zhì)B的混合)。如此,混合器402可位于交叉區(qū)域112 (其中 物質(zhì)A與物質(zhì)B可組合以形成經(jīng)混合物質(zhì))與濃度傳感器120 (其中可測量經(jīng)混合物質(zhì)) 之間。
[0105] 在一些實(shí)施例中,混合器402可包含經(jīng)配置以在經(jīng)混合物質(zhì)流動穿過混合器402 時擾動經(jīng)混合物質(zhì)的靜態(tài)混合器。舉例來說,靜態(tài)混合器可包含在經(jīng)混合物