本文中所描述的主題涉及用于測(cè)量液體樣品的濁度的濁度計(jì)(turbidimeter)。更具體地，實(shí)施例針對(duì)更有效地從分散于通過(guò)利用圓形設(shè)計(jì)的樣品方案中的顆粒散射的輻射的一種新穎的檢測(cè)器。

背景技術(shù)：

濁度計(jì)測(cè)量在樣品試管或樣品瓶中的液體樣品的濁度。散射式濁度計(jì)通過(guò)將光束投射到樣品試管內(nèi)的液體樣品內(nèi)而確定了樣品試管內(nèi)的液體樣品中懸浮的固體顆粒的濃度。光檢測(cè)器檢測(cè)在(例如，相對(duì)于光束軸線成90°而居中的30°的)立體角(solidangle)的圓錐中所懸浮的固體顆粒所散射的光的量值。

如果濁度計(jì)的光檢測(cè)器檢測(cè)在(所述試管、瓶或樣品容器的)圓周的一個(gè)單個(gè)扇區(qū)中散射的光，因?yàn)榇罅可⑸涔獗粧侂x，則所述光檢測(cè)器的信號(hào)相對(duì)較低。圓形反射鏡和/或棱鏡布置已被設(shè)計(jì)用來(lái)同軸地圍繞所述樣品試管以試圖將散射光(在整個(gè))圓周徑向地引導(dǎo)至所述光檢測(cè)器。這樣的設(shè)計(jì)通常是已知的以增加信噪比(snr)。然而，許多這些裝置對(duì)于它們的(引導(dǎo)散射光朝向所述光檢測(cè)器的)光學(xué)布置的幾何誤差而言是敏感的，并且可以是對(duì)于非均勻樣品(在所述液體樣品中的濁度差異)而言敏感的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

概括而言，實(shí)施例提供了散射式濁度計(jì)檢測(cè)器，包括：基本上圓形的檢測(cè)元件，具有檢測(cè)輻射的多個(gè)連續(xù)的光電二極管陣列；所述基本上圓形的檢測(cè)元件繞樣品而布置以在預(yù)定的角度范圍內(nèi)從所述樣品捕獲散射輻射。

另一實(shí)施例提供濁度計(jì)，包括：光電二極管的陣列，基本上圍封樣品從而使得從樣品中的顆粒散射的光的弧撞擊所述光電二極管的陣列。

另一實(shí)施例提供散射式濁度計(jì)檢測(cè)器，包括：基本上圓形檢測(cè)元件，具有能夠檢測(cè)從預(yù)定角度范圍內(nèi)的樣品所散射的輻射的單個(gè)柔性光電二極管陣列。

另一實(shí)施例提供濁度計(jì)，包括：柔性光電二極管材料，基本上圍封樣品從而使得從樣品中的顆粒散射的光的弧撞擊所述光電二極管的陣列。

另一實(shí)施例提供濁度計(jì)，包括：弧元件，具有弧表面以及一個(gè)或更多個(gè)連接的光引導(dǎo)件，所述弧表面基本上圍封懸浮的樣品并且相對(duì)于入射光束軸線以90度居中，從而使得所述弧表面收集來(lái)自所述樣品中的顆粒的所述散射光并且傳輸所述散射光穿過(guò)所述至少一個(gè)光引導(dǎo)件至至少一個(gè)光電二極管檢測(cè)器。

另一實(shí)施例提供濁度計(jì)，包括：圓錐形收集器；所述圓錐形收集器具有用于接收試管的軸環(huán)；所述軸環(huán)包括光入口通道，所述光入口通道圍封所述試管從而使得來(lái)自所述試管的散射光將進(jìn)入所述軸環(huán)；所述圓錐形收集器的基部端；以及與所述基部端相鄰的檢測(cè)器元件；所述圓錐形收集器包括形成內(nèi)部光路徑的表面，所述內(nèi)部光路徑在內(nèi)部沿著所述圓錐形收集器的周緣將散射光從所述試管反射至所述檢測(cè)器元件位于的基部。

前述是概要，且因而可以包含對(duì)于細(xì)節(jié)的簡(jiǎn)化、概括和省略；因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)領(lǐng)會(huì)到所述概要僅僅是例解性的而非旨在以任何方式加以限制。

為更好理解本實(shí)施例與所述實(shí)施例的其它和另外的特征和優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合附圖參考下列的說(shuō)明。本發(fā)明的范圍將在所附的權(quán)利要求中指出。

附圖說(shuō)明

圖1圖示了示例濁度計(jì)。

圖2圖示了另一示例濁度計(jì)。

圖3圖示了另一示例濁度計(jì)。

圖4圖示了另一示例濁度計(jì)。

圖5圖示了另一示例濁度計(jì)。

具體實(shí)施方式

將易于理解的是，如大致描述并且在本文的附圖中圖示的本發(fā)明的組分可以被布置并且設(shè)計(jì)成除了所描述示例實(shí)施例以外的多種不同配置。因而，如圖所示，示例實(shí)施例的下列更詳細(xì)描述并非旨在限制如權(quán)利要求所主張的實(shí)施例的范圍，而是僅代表示例實(shí)施例。

在整個(gè)此說(shuō)明書中的指代一(個(gè))實(shí)施例等(或相似表述)是指特定特性、結(jié)構(gòu)或與實(shí)施例相結(jié)合而描述的特征被包括于至少一個(gè)實(shí)施例。因而，在整個(gè)此說(shuō)明書中各處出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一(個(gè))實(shí)施例中”等并非必需全部指代相同實(shí)施例。

此外，所描述的特性、結(jié)構(gòu)或特征可以以任何合適方式在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中組合。在下列說(shuō)明中，提供了多種具體細(xì)節(jié)來(lái)給予對(duì)示例實(shí)施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)具體細(xì)節(jié)的情況下，或利用其它方法、組分、材料等等，來(lái)實(shí)踐各種實(shí)施例。在其它實(shí)例中，沒(méi)有詳細(xì)示出或描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作。下列描述僅僅旨在作為示例，并且簡(jiǎn)單地示出了某些示例實(shí)施例。

本文中描述的各種實(shí)施例提供濁度計(jì)，所述濁度計(jì)檢測(cè)來(lái)自圍繞或基本上圍繞樣品容器或試管的弧的光。所述實(shí)施例允許在不使用復(fù)雜的光聚焦幾何形狀的情況下實(shí)現(xiàn)這樣的光檢測(cè)。而是，實(shí)施例提供了用來(lái)直接地檢測(cè)圍繞或基本上圍繞所述樣品容器或試管的弧中的光的機(jī)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，來(lái)自圍繞或基本上圍繞所述樣品容器或試管的弧的光被輸送或重新引導(dǎo)至光檢測(cè)器。

實(shí)施例提供散射式濁度計(jì)檢測(cè)器，包括具有多個(gè)連續(xù)光電二極管陣列的360度元件，所述多個(gè)連續(xù)光電二極管陣列能夠檢測(cè)從大約190nm至大約1100nm的輻射并且被布置成捕獲相對(duì)于所述光束軸線成90度角+/-約15度的散射光。另一實(shí)施例包括檢測(cè)器，所述檢測(cè)器包括具有單一的柔性光電二極管陣列的360度元件，所述光電二極管陣列檢測(cè)從大約190nm至大約1100nm的輻射并且被布置成捕獲相對(duì)于所述光束軸線成90度角+/-約15度的散射輻射。在形成散射式濁度計(jì)的各種實(shí)施例中，這些實(shí)施例可包括所有標(biāo)準(zhǔn)元件，某些標(biāo)準(zhǔn)元件未加以描述。

所圖示的示例實(shí)施例將參考附圖而被最佳地理解。下列描述僅僅旨在作為示例，并且簡(jiǎn)單地示出了某些示例實(shí)施例。

圖1描繪了360度濁度計(jì)檢測(cè)器設(shè)備的第一示例實(shí)施例的橫截面。圖1中示出的示例濁度計(jì)當(dāng)從上方或下方觀察時(shí)是基本上圓形的。瓶110是用于保持樣品溶液例如水(廢水、飲用水，等等)的瓶。所述瓶(也稱為試管)110可以由基本上對(duì)于用來(lái)查詢樣品的輻射(諸如660nm、860nm或880nm輻射)透明的光學(xué)透明/透光材料諸如玻璃或石英制成。所述瓶110可被構(gòu)造成圓柱形，盡管樣品瓶可采取對(duì)于任務(wù)合適的任何形狀。所述瓶110被本身受濁度計(jì)支撐骨架(圖1中未示出)所支撐的瓶支撐件115支撐。

在操作中，所述瓶110承座于瓶支撐件115中，從而使得所述瓶被穩(wěn)固地保持。所述瓶保持器115鄰接檢測(cè)器殼體125，所述檢測(cè)器殼體125可以是基本上圓形并且圍繞所述瓶110的中段的至少一部分。檢測(cè)器殼體125的內(nèi)部可以被內(nèi)襯有光吸收材料155，所述光吸收材料充當(dāng)遮光板以吸收當(dāng)照射時(shí)可從瓶110放射的雜散輻射。所述光吸收材料155也可被置于額外區(qū)域中，例如，沿著所述瓶的長(zhǎng)度尺寸設(shè)置以使得光入射限于預(yù)定角度范圍。非限制性示例光吸收材料是英國(guó)surreynanosystems的vantablack。

所述檢測(cè)器殼體125也可充當(dāng)用于捕獲來(lái)自樣品液體140的散射輻射的光檢測(cè)器(例如，光電二極管130)的支撐結(jié)構(gòu)。圖1的示例中的光電二極管130被連續(xù)地置于檢測(cè)器殼體125的內(nèi)側(cè)上呈圓形，從而使得它們構(gòu)成沿著散射輻射的預(yù)定弧與散射輻射對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器的基本上連續(xù)陣列，圖示為從所收集體積135放射的射線150。

光源120可以是寬帶可見(jiàn)光源，激光器、或發(fā)光二極管(led)。光源120根據(jù)應(yīng)用的具體需要而選擇并且也可與濾光器組合用來(lái)選擇特定波長(zhǎng)。濁度計(jì)的典型波長(zhǎng)是660nm和880nm，盡管這些是非限制性示例，例如可使用860nm+/-30nm。

所述光源120可通過(guò)導(dǎo)致基本上準(zhǔn)直光束145的狹縫或其它光學(xué)元件而提供，基本上準(zhǔn)直光束145入射到透明瓶底部上，由此穿過(guò)瓶110和樣品液體140以創(chuàng)建稱為收集體積135(在圖1中以括號(hào)示出)的樣品液體的照射體積。

收集體積135中的顆粒將被照射，由此用來(lái)隨機(jī)地但平均地在360度上散射所述光。收集的散射光將類似于在邊緣處比中間更厚的光的圓盤。散射光將落到沿著檢測(cè)器殼體125的內(nèi)部而陣列布置的光電二極管30上,并且由此導(dǎo)致從光電二極管130發(fā)射的與散射光的量成比例的、繼而與濁度的量成比例(例如，ntu)的信號(hào)。

圖2中示出第二示例實(shí)施例，其為具有以基本上圓形方式繞所述瓶210布置的圓形光電二極管陣列(pda)230的360度濁度計(jì)檢測(cè)器的立視圖。如前所述，瓶210由準(zhǔn)直光束245輻射，由此導(dǎo)致光250從收集體積235的散射。

散射光250入射到圓形pda230的內(nèi)表面上，由此產(chǎn)生與收集體積235中的對(duì)光進(jìn)行散射的顆粒的數(shù)目成比例的信號(hào)。圓形pda可以由基于薄膜的有機(jī)光電二極管形成。然而，可使用其它材料，包括其它柔性光電二極管材料、或被構(gòu)造成形成基本上圓弧的單獨(dú)部件的光電二極管的陣列、或檢測(cè)器的陣列。

圖2中所示的示例實(shí)施例是繞所述瓶210赤道而成圈的、并且被設(shè)計(jì)用來(lái)捕獲可用散射輻射的預(yù)定豎直分條或部分的pda膜230的相對(duì)窄的帶或條帶。在圖2中，雜散光管理是沒(méi)有明確地圖示的。在理論上，所述檢測(cè)器系統(tǒng)的靈敏度可以僅通過(guò)改變所述柔性pda230的弧范圍而加以調(diào)節(jié)。所述柔性光電二極管230可以構(gòu)造為呈幾乎無(wú)限制的取向以利用全方位散射所述散射光250的具體方向。例如，在檢測(cè)到光的方向和對(duì)向角上能夠?qū)ぶ返亩O管陣列能夠被改變，提供了所述濁度計(jì)可從具有不同物理特征的樣品檢測(cè)出濁度的優(yōu)點(diǎn)。正如將領(lǐng)會(huì)到的，如圖1所示的示例，所采用的檢測(cè)器的布置可基于多種因素(例如，輸入光角度，所采用的試管或樣品容器的類型，等等)而改變。

圖3圖示了第三實(shí)施例。在此實(shí)施例中，濁度計(jì)包括繞所述樣品瓶310的中間點(diǎn)或部分基本上圓形的弧。此處，所述弧捕獲散射光350并且引導(dǎo)散射光350到光導(dǎo)管或引導(dǎo)材料380。在實(shí)施例中，所述光引導(dǎo)件或?qū)Ч懿牧?80可以是光纖或另一合適的波導(dǎo)，例如，光導(dǎo)管(諸如可從altaflo購(gòu)得的altafuor350)。

例如，在圖2中所示的示例實(shí)施例中，所述光纖或波導(dǎo)380可在布置所述柔性pda處的弧的表面處起始。從該處，則所述波導(dǎo)308可彎曲約180度并且與最終向單個(gè)光電二極管或其陣列提供光的所有其它波導(dǎo)(例如，如圖3的示例中在附圖標(biāo)記330處所布置)會(huì)合/接合。

因而，來(lái)自光源的入射光345(例如，紅外光)被穿過(guò)(或圍繞)所述光導(dǎo)管380的入口通道370提供，并且向樣品提供可例如由反射鏡309重新導(dǎo)向的光。在實(shí)施例中，所述瓶被成角度為防止經(jīng)反射的光損傷所述源。此光穿透所述樣品瓶310中的液體樣品并且所述液體樣品中的顆粒產(chǎn)生散射光，其相關(guān)部分350如圖3所示。所述樣品瓶301可例如由如圖3所示的光阻斷器(其可以繼而包括例如結(jié)合圖1的遮光板而描述的光吸收材料，例如光吸收性的vantablack涂層)的方式而被容納。所捕獲的光350隨后由光引導(dǎo)件380(例如，光纖等等)提供給光電二極管，例如如圖3中所示的圓形光電二極管330。

所述結(jié)構(gòu)因而可包括被布置用以從所述圓弧直接地提供光給所述光電二極管330的多個(gè)或一批光纖或引導(dǎo)件380。替代地，所述光引導(dǎo)件和所述弧可由一個(gè)整體的主體制成，從而使得光收集不被將會(huì)不可避免地產(chǎn)生信號(hào)損失和噪音的接合部所中斷。這樣的整體光收集裝置的形狀可以類似于洋蔥形狀且具有包圍所述樣品收集瓶的所述洋蔥形狀的較平坦基部，并且所述洋蔥形狀的頂點(diǎn)是所述檢測(cè)器330所位于的位置。所述洋蔥形狀的內(nèi)側(cè)將會(huì)具有類似的雜散光吸收器。

在另外的示例中，所述濁度計(jì)的部件(例如與光引導(dǎo)件相聯(lián)接的弧元件和/或光電二極管陣列)可被布置成容納不同的樣品保持結(jié)構(gòu)，例如除了標(biāo)準(zhǔn)試管或類似樣品容器。作為非限制性示例，實(shí)施例可被布置成圖4中所圖示的。

在圖4的圖示示例中，圓柱形或弧元件430(例如，包括紅外光電二極管)可被置于樣品室425內(nèi)。如圖4中所圖示，容納元件的所述圓柱形紅外光電二極管430被置于所述樣品流體440內(nèi)，例如，懸掛在例如置于樣品室425的樣品室蓋427上的光源420上。如圖4中所圖示，所述圓柱形檢測(cè)器430可由一個(gè)或更多個(gè)檢測(cè)器元件428支撐。正如本文中所描述的其它示例濁度計(jì)，圖4的示例可包括光電二極管陣列430或可被構(gòu)造成具有光引導(dǎo)件從而使得來(lái)自樣品440并且由樣品所反射(如由450所指示)的光被引導(dǎo)至對(duì)所檢測(cè)的光進(jìn)行處理以確定樣品濃度的檢測(cè)器430。應(yīng)注意到，也可使用其它波長(zhǎng)的光，諸如在可見(jiàn)光和近uv范圍中。

在圖5中所描繪的另一實(shí)施例中，以剖視圖示出了運(yùn)用全內(nèi)反射現(xiàn)象以引導(dǎo)和捕獲散射光的圓錐形光學(xué)結(jié)構(gòu)。在圖5中所圖示的實(shí)施例中，從瓶510中的樣品散射的光550是在所述裝置的底部或基部端處測(cè)量的，即，與入射光545成90度角執(zhí)行了介質(zhì)的濁度的測(cè)量，且光550由全內(nèi)反射引導(dǎo)至位于所述裝置的底部處的檢測(cè)器530。

當(dāng)入射光545被提供給位于所述圓錐形收集器的上部軸環(huán)部分中的樣品瓶510時(shí)，在圍繞所述試管或瓶510的360度角度范圍中與入射光成90度的散射輻射550被光550的入口收集進(jìn)入形成于所述圓錐形裝置的上部彩色部分中的路徑550。散射光550與所述入射光545成90度地(加或減一定角度范圍(該角度范圍可變動(dòng))以360度而以毫不費(fèi)力的方式有效地并且安全地收集在位于所述裝置的端部處的小型光學(xué)接收器或檢測(cè)器530上。

如圖5中所圖示，實(shí)施例運(yùn)用內(nèi)表面511、512來(lái)形成圍繞所述裝置的外周緣的路徑580。內(nèi)表面511、512由使得進(jìn)入路徑580的光550受到全內(nèi)反射、沿著路徑580引導(dǎo)其至檢測(cè)器530的材料制成。所述裝置(包括內(nèi)表面511、512)可通過(guò)注塑模制而生產(chǎn)。所述裝置的大小可適于測(cè)量任務(wù)(例如，試管510大小、裝置大小，等等)。圖5中圖示的此示例僅僅是一種可能裝置構(gòu)造的一個(gè)示例。

圖5的裝置具有位于頂部或軸環(huán)部分處的以360度接收來(lái)自所述樣品瓶510的散射輻射550的旋光孔(opticallyactiveaperture)或光入口通道591。在實(shí)施例中，可設(shè)置對(duì)光進(jìn)行反射的成角度表面或斜坡595、596，例如經(jīng)由具有反射鏡或鍍銀材料或涂層的所述斜坡區(qū)域595或596的涂層適當(dāng)表面來(lái)反射光。所述成角度表面595、596可被選擇為在功能方面限制沿著路徑580反射至檢測(cè)器530的光的量。例如，在所述結(jié)構(gòu)中的斜坡外邊緣595指示了僅所述樣品瓶510中特定高度處的光被沿著所述光路徑580反射。也可設(shè)置向所述光入口通路591設(shè)置具體的敞開角度(例如，+/-2度)，例如，從而使得此額外的光滿足隨后的光引導(dǎo)件結(jié)構(gòu)580的全反射條件。僅此光在所述結(jié)構(gòu)的路徑580中被引導(dǎo)至所述檢測(cè)器530。沒(méi)有滿足此條件的所有其它光作為散射光而被抑制。

有用的光550進(jìn)入所述光路徑580并且由于表面511和512而在內(nèi)部被反射至檢測(cè)器530。在所述光路徑580的末端處，整個(gè)輻射被聚焦到檢測(cè)器530上。示例檢測(cè)器是si接收器。

為避免在所述光路徑580的末端處的反射損失或全反射，所述檢測(cè)器可與合適折射率的適當(dāng)粘接劑而結(jié)合來(lái)引導(dǎo)光到所述檢測(cè)器530。當(dāng)使用其它接收器或檢測(cè)器時(shí)，與所述檢測(cè)器530接近的下方開口的大小可被相應(yīng)地調(diào)節(jié)。例如，與圖示的圓形開口相比，所述路徑580的末端調(diào)適為容納代替圓形檢測(cè)器530的矩形接收器或檢測(cè)器是可能的。矩形接收器或檢測(cè)器可根據(jù)未使用的接收器表面而被模糊化/弱光處理。此外，所述試管或樣品瓶510可具備鏡頭罩或合適的覆蓋結(jié)構(gòu)(圖5中未示出)從而使得所述光路徑580和因此所述檢測(cè)器530不接收直接的或預(yù)料不到的光。

而且，可采用傾斜的或斜坡的下部596的反射鏡或類似的反射性涂層。這可以使得所述裝置設(shè)計(jì)和構(gòu)造更簡(jiǎn)單，即，因?yàn)閷?duì)于下部使用反射而非全內(nèi)反射。如果采用了這樣的布置，則必須確保沒(méi)有雜散光達(dá)到反射鏡反射的部分。正如其它構(gòu)造，可采用光阻斷材料或涂層，例如，外表面上的反射鏡或鍍銀，從而使得不允許雜散光通往所述檢測(cè)器530。

來(lái)自任何實(shí)施例的光電二極管陣列或光電二極管/檢測(cè)器的光可被以標(biāo)準(zhǔn)方式加以處理。來(lái)自光電二極管或光導(dǎo)管的輸出可被組合以提供信號(hào)的總和。在可尋址的光電二極管陣列的情況下，光電二極管可被布置成在提供對(duì)于收集角的調(diào)節(jié)的圓周組中進(jìn)行求和。因而，濁度計(jì)或支撐部件所包括的邏輯(例如，執(zhí)行儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器中的指令的處理器)可處理由光電二極管所提供的原始光數(shù)據(jù)，從而使得來(lái)自樣品的相對(duì)散射光可用來(lái)確定樣品中的顆粒的濃度。

本公開已被呈示用于例示和描述目的，而非旨在是窮盡性或限制性的。許多修改和變型將會(huì)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)。實(shí)施例被選擇和描述以便解釋原理和實(shí)踐應(yīng)用，并且使得普通技術(shù)人員能理解本公開的各種實(shí)施例及各種修改為適于所設(shè)想的特定用途。

盡管在本文中已描述了示例性實(shí)施例，應(yīng)理解到，實(shí)施例并非限制與那些精確實(shí)施例，且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)各種其它改變和修改而不離開本公開的范圍或宗旨。