专利名称：浊度测量装置和用于确定引起浊度的物质的浓度的方法
技术领域：
本发明涉及一种浊度测量装置及用于确定介质中引起浊度的物质的浓度的方法， 尤其是涉及一种根据四束交变光原理的浊度测量装置及使用四束交变光原理的方法。
背景技术：
根据四束交变光原理的浊度测量装置包括至少两个光源和至少两个接收器，其中 在两个测量源和两个接收器之间限定了四个测量路径，通过这四个测量路径，由光源发射 的光到达接收器；其中在至少两个测量路径中，光通过散射到达接收器。一般地，在与测量 介质相互作用之后，接收由光源Li发射的光的接收器Rj的信号Sij(T)由方程式1给出。
T-XjjSlj (T) = Ii · Cij · T.(1)在该情形，Ii是发射光的强度；CU是常数，其取决于浊度测量装置的几何边界条 件和引起浊度的物质的散射性能，Xij是测量介质中光源Li与接收器&之间的测量路径长 度，而λ是系数，其描述了引起浊度的物质关于辐射光的散射和吸收特性，其中引起浊度 的物质被给定浓度Τ。为了消除可变装置参数(如例如辐射光的强度I1U2和窗口的透射特性)的影响， 引入了方程式2中定义的测量变量FAL (T)(首字母缩略词FAL来自四束交变光)，其的显式 表示在方程式3中给出。
Γ π T7ATfT\ ^uiT)'S22 (T), ΛFAL(T)^ S12(T)-S21(T)(2)FAL(T) =^^ (3)
2 · C2\这里应认识到，测量变量FAL(T)与辐射强度无关，且对引起浊度的物质的浓度T 的相关关系仅以指数函数给出。如果人们进一步假定浊度测量装置的结构是对称的，因而这意味着C11 = C22且C12 =C21，以及X11 = X22 = X直接且X12 = X21 = X间接，则测量变量FAL(T)能用方程式4的形式
表不
FAL(T) = c-e λ(4)其中，c表示系数的商。在图4a中，FAL信号的曲线的示例(表示为引起浊度的物质(TCM)的含量T的函 数)表示为实线。对于高浓度的引起浊度的物质，FAL信号是评定的好信号，且直接实现信 号值和引起浊度的物质的含量之间的关联。在低浓度的情形下，低于单个测量通道、的信 号的最大值，但是FAL信号较弱，这使得难以准确地确定引起浊度的物质的浓度，因为(如 方程式5给出的)对于低浓度，变量FAL(T)朝常数C收敛，使得对引起浊度的物质的浓度 T的相关关系实际上不再被给出。FAL(T) T<<^ > c.(1 + 2.Γ乎)4c(5)(在此情形，ΔX = X直接-X间接)FAL信号与测量变量的无关性再次在图4b中清楚得到，其中对引起浊度的物质的 含量的小值用对数绘出。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种浊度测量装置，该浊度测量装置能克服现有技术 中描述的缺能克服现有技术中描述的缺陷，且尤其使得能够在低浓度情形下确定引起浊度 的物质的含量。本发明的目的由根据独立权利要求1的浊度测量装置以及根据独立权利要 求6的方法实现。本发明的浊度测量装置具有用于记录测量介质的浊度的四束交变光系统，该浊度 测量装置包括第一光源L1和第二光源L2、第一接收器R1和第二接收器R2 ；其中第一直接测 量路径从第一光源L1延伸通过测量介质到达第一接收器R1 ；其中第二直接测量路径从第二 光源L2延伸到第二接收器R2 ；其中第一间接测量路径从第一光源L1延伸通过测量介质到 达第二接收器R2 ；其中第二间接测量路径从第二光源L2延伸通过测量介质到达第一接收器 R1 ；其中浊度能被确定为商A/B的函数；其中项A或B中的一个至少是通过直接测量路径记 录的信号的函数；且其中另一个相应的项至少是通过间接测量路径记录的信号的函数；其 特征在于，取决于第一光源的强度的至少第一监测信号进入两个项A或B中的一个；其中第 一光源的光到达监测器，而不与测量介质相互作用；且其中监测信号被添加到通过测量路 径记录并进入项A或B中的信号中的至少一个。在本发明的四束交变光系统的进一步开发中，第一监测信号I1 · m和第二监测信 号I2 ·πι进入两个项A或B中的一个，其中第二监测信号取决于第二光源的强度，且其中第 二光源的光到达监测接收器，而不与测量介质相互作用，且其中第二监测信号被添加到通 过进入项A或B的测量路径中的一个确定的另一信号。提供第二监测信号的监测接收器能与提供第一监测信号的监测接收器相同，或者 其能为另一监测接收器。在本发明的四束交变光系统的进一步开发中，浊度能被确定为测量变量的函数， 该函数定义为FALMN(T)或FALMD⑴，其中
(S,, (T) +1,- m)· (S27 (T) +12-m),,、 FALMN(T) = “ 二 V2二 2(6)并且FALMD(T) =-Su(T)-S22(T)-
(Sn(T) +I}-m)-(S2i(T) +12-m)在每种情况下，Sij(T)给出光的测量光强度，在与测量介质相互作用之后，其从光 源！^到达接收器民。通过方程式(1)的模型建立给出Sij⑴。FALMN(T)和FALMD(T)中的 N和D分别表示分子和分母。小浊度的该方程式的结果在下面的FALMN中给出。在分子FALMN(T)中具有监测 信号的四束交变光信号能被分解成根据现有技术的一般的四束交变光信号和监测分量。因 而
权利要求
浊度测量装置，具有用于记录测量介质的浊度的四束交变光系统，所述浊度测量装置包括第一光源L1和第二光源L2；第一接收器R1和第二接收器R2；其中第一直接测量路径从所述第一光源L1延伸通过测量介质到达所述第一接收器R1；其中第二直接测量路径从所述第二光源L2延伸到所述第二接收器R2；其中第一间接测量路径从所述光源L1延伸通过所述测量介质到达所述第二接收器R2；其中第二间接测量路径从所述第二光源L2延伸通过所述测量介质到达所述第一接收器R1；其中所述浊度测量装置具有计算电路，利用所述计算电路，浊度能被确定为商A/B的函数；其中项A或B之一至少是在所述直接测量路径上记录的信号的函数；且其中相应的另一项至少是在所述间接测量路径上记录的信号的函数；其特征在于，取决于所述第一光源的强度的至少一个第一监测信号进入到所述两个项A或B之一；其中来自所述第一光源的光到达监测器，而不与所述测量介质相互作用；并且其中所述监测信号被添加到至少一个在所述测量路径上记录并进入所述项A或B中的信号中。
2.如权利要求1所述的浊度测量装置，其中所述第一监测信号I1· m和第二监测信号 I2 · m进入所述两个项A或B之一，其中所述第二监测信号取决于所述第二光源的强度；且 其中所述第二光源的光到达监测接收器，而不与所述测量介质相互作用；其中所述第二监 测信号被添加到另一个在所述测量路径之一上确定并进入所述项A或B的信号。
3.如权利要求1或2所述的浊度测量装置，其中浊度能够被确定为测量变量的函数，所 述函数定义为FALMN(T)或FALMD(T)，其中_ (S,, (T) + /, -m)·(S22 (T) + I2-πι) FALMN(T) 二、)5J y 22\ j_2_S12 (T) S21(T)并且FALMD(T) =-Sn(T)-S22(T)-(S12(T) +11-m)-(S2l(T) +12-m) f其中每Asu(T)的值描述了与所述测量介质相互作用之后从光源Li到达所述接收器 Rj的光的测量光强度。
4.如前述权利要求中任一项所述的浊度测量装置，其中所述计算电路包括计算模 型，在所述计算模型中，能通过四束交变光方法来确定引起浊度的物质的浓度T (FAL)，而无 需利用监测信号的贡献；和第二计算模型，在所述第二计算模型中，能利用所述监测信号的 贡献来确定引起浊度的物质的浓度T (FALMN)和/或T (FALMD)，其中当T (FAL)降低到极限 值以下时，所述第二计算模型是适用的。
5.如权利要求3所述的浊度测量装置，其中0.1 < m/Cii < 10，优选为0. 2 < m/Cii < 5， 且更优选为0. 4 < m/Cii < 2. 5 ；其中Cii为系数，在以下方程式中，需要该系数来描述所述 测量信号强度Sii(T)与引起浊度的物质的浓度T之间的关系，T-XiiSlXn = Ii-ChU ,其中Xii为通过所述测量介质的光的路径长度，T为引起浊度的物质的浓度，且λ为在 参考浓度的情形下光的平均自由路径长度。
6.用于浊度测量的方法，所述浊度测量以四束交变光系统来记录测量介质的浊度，所 述方法包括记录从第一光源L1通过测量介质到达第一接收器R1的第一直接测量路径的第一直接 信号 S11 (T)；记录从第二光源L2到第二接收器R2的第二直接测量路径的第二直接信号S22(T)；记录从所述第一光源L1通过所述测量介质到达所述第二接收器R2的第一间接测量路 径的第一间接信号S12(T)；记录从所述第二光源L2通过所述测量介质到达所述第一接收器R1的第二间接测量路 径的第二间接信号S21 (T)；确定作为商Α/Β的函数的浊度；其中项A或B之一至少是在所述直接测量路径上记录的信号的函数，且其中相应的另一项至少是在所述间接测量路径上记录的信号Su(T)的函数；其特征在于，取决于所述第一光源的强度的至少一个第一监测信号进入到所述两个项 A或B之一；其中来自所述第一光源的光到达监测器，而不与所述测量介质相互作用；且其 中所述监测信号被添加到至少一个在所述测量路径上记录并进入所述项A或B中的信号 中。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一监测信号I1·πι和第二监测信号I2 ·πι进 入所述两个项A或B之一；其中所述第二监测信号取决于所述第二光源的强度；且其中所 述第二光源的光到达监测接收器，而不与所述测量介质相互作用；其中所述第二监测信号 被添加到另一个在所述测量路径之一上确定并进入所述项A或B的信号。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中，浊度能够被确定为测量变量的函数，所述函数 定义为FALMN (T)或FALMD (T)，其中(Sn(T) + I1-m)-(S22(T) + I2-m)FALMN(T)=.Sn(T) S21(T)并且FALMD(T)=Su(T)-S22(T)(Sn(T) + Il-m)-(S2l(T) + I2-m) ^其中每Asu(T)的值描述了与所述测量介质相互作用之后从光源Li到达所述接收器 Rj的光的测量光强度。
9.如权利要求6到8之一所述的方法，其中在第一模型中，以四束交变光方法确定引起 浊度的物质的浓度T (FAL)，而无需监测信号的贡献，并且在第二模型中，利用所述监测信号 的贡献来确定引起浊度的物质的浓度T(FALMN)和/或T(FALMD)；其中根据所述第一模型， 当T(FAL)降低到极限值以下时，使用所述第二计算模型。
10.如权利要求5到7之一所述的方法，其中0.1 < m/Cii < 10，优选为0. 2 < m/Cii < 5，且更优选为0. 4 < m/Cii < 2. 5 ；其中Cii为系数，在以下方程式中，需要该系数来描述所述测量信号强度Sii⑴和引起浊度的物质的浓度T之间的关系，T-XjjSii(T) = I丨.C,rT.e-丁，其中Xii为通过所述测量介质的光的路径长度，T为引起浊度的物质的浓度，且λ为在 参考浓度的情形下光的平均自由路径长度。
全文摘要
本发明公开了一种浊度测量装置和用于确定引起浊度的物质的浓度的方法。该浊度测量装置包括第一光源L1和第二光源L2；第一接收器R1和第二接收器R2；其中直接测量路径从光源Li延伸通过测量介质到达接收器Ri，且间接测量路径从光源Li延伸通过测量介质到达第二接收器Rj；其中i≠j；其中浊度作为商A/B的函数能被利用计算电路得到确定；其中A和B至少是在直接或间接测量路径上记录的信号的函数；其中取决于第一光源的强度的至少一个第一监测信号进入两个项A或B中的一个；其中光从第一光源到达监测器，而不与测量介质相互作用；其中监测信号被添加到至少一个在测量路径上记录并进入项A或B的信号中。
文档编号G01N21/00GK101963575SQ20101023529
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者安德烈亚斯·米勒, 鲁迪格尔·弗兰克 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司