用于分析物质的装置和方法与流程

文档序号:22557074发布日期:2020-10-17 02:41阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于分析物质(5)的装置,包括:

测量主体(1、1’、11),具有测量表面(2),所述测量表面(2)至少部分地与所述物质(5)接触,以用于测量;

激励束源,具体为激光装置(3),更具体地具有量子级联激光器(qcl)、可调谐qcl、和/或具有激光器阵列,所述激光器阵列优选为qcl阵列,用于产生具有不同波长的一个或多个激励束(8),所述不同波长优选在红外光谱范围内,所述激励束(8)在穿过所述测量表面时被导向所述物质;以及

检测装置(4、6),包括:

检测区域(4、4’),为所述测量主体(1、1’、11)的部分,并且具体地布置成邻近或直接邻近所述测量表面(2),并且具有根据压力或温度的变化而变化的电特性;以及

电极(6a至6y、22、23、24、25、26、27、28、29、123、124、130、131),能够用于检测表示上述电特性的电信号。

2.根据权利要求1所述的用于分析物质的装置,其中,根据所述压力或所述温度而变化的所述电特性:

根据压力变化和/或温度变化,在所述电极(6a至6y、22、23、24、25、26、27、28、29、123、124、130、131)上产生压电信号;或

由根据温度变化的特定电阻形成,

其中,所述装置还包括电接触装置(6),所述电接触装置(6)包括所述电极(6a至6y、22、23、24、25、26、27、28、29、123、124、130、131),所述电极(6a至6y、22、23、24、25、26、27、28、29、123、124、130、131)导电地连接至所述测量主体的所述检测区域,用于检测所述电阻和/或所述压电信号。

3.一种用于分析物质的装置,包括:

测量主体(1、1’、11),具有测量表面(2),所述测量表面(2)将至少部分地与所述物质(5)接触,以用于测量;

激励束源,具体为激光装置(3),更具体地具有qcl和/或具有用于产生具有不同可选波长的激励束(8)的激光阵列,所述激励束(8)在穿过所述测量表面(2)时被引导至所述物质;以及

至少一个检测装置(4、4'、6),所述至少一个检测装置(4、4'、6)布置成邻近和/或直接邻接所述测量表面,所述检测装置(4、4'、6)具有接触装置(6),所述接触装置(6)具有用于检测压电信号的至少两个电极(6a至6y、22、23、24、25、26、27、28、29、123、124、130、131),所述电极在检测区域(4、4')的不同侧上彼此相对地定位。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,至少两个电极(6c、6d)布置成具体为沿着所述测量表面(2)的表面法线(7),所述至少两个电极中的一个电极在距所述测量表面(2)不同的距离处在所述至少两个电极中的另一电极的后面,或所述至少两个电极在所述检测区域(4)的不同侧上在垂直于所述表面法线(7)的方向上彼此间隔开。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,所述激励束(8)穿过所述测量主体(1),具体为所述测量主体的检测区域(4、4'),其中,光波导(126、133、134、135、136、137)布置在所述测量主体(1)中或所述测量主体(1)上,具体为用于引导所述激励束,更具体地,所述光波导集成至所述测量主体中。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,所述激励束在直接邻近和/或邻接所述检测区域(4、4')的区域中穿过所述测量表面(2)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,设置调制装置(9)以用于调制所述激励束(8)的强度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,至少两个,具体为至少三个或四个,更具体为至少6个,更具体为至少8个电极在距所述测量表面(3)不同的距离处一个接一个地布置,或在垂直于所述测量表面的表面法线(7)的方向上彼此间隔开。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,至少两个,具体为至少三个或四个,更具体为至少6个,更具体为至少8个电极(6a至6y、22、23、24、25、26、27、28、29、123、124、130、131)沿着所述测量表面(2)的表面法线(7)的方向或垂直于所述测量表面(2)的表面法线(7)的方向或在与所述表面法线(7)成0度和90度之间的方向上,在距所述检测区域(4、4')的不同距离处一个接一个地布置,具体为在距所述检测区域的中心的不同距离处。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,至少两个,具体为至少三个或四个,更具体为至少6个,更具体为至少8个电极(6a至6y、22、23、24、25、26、27、28、29、123、124、130、131)布置在所述检测区域(4、4')周围的环形区域(10)或球形壳状区域中,并且在所述检测区域的不同侧上至少部分地彼此相对,不同的电极各自与所述检测区域的中心相距基本上相同的距离,或与所述检测区域的中心相距不同距离。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,所述接触装置(6)的所述电极(6a至6y、22、23、24、25、26、27、28、29、123、124、130、131)中的一个或多个或全部为盘形或板形、环形、环盘形、呈具有开口的矩形或多边形框架的形式、帽形或杆状。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,所述接触装置(6)的所述电极(6a至6y、22、23、24、25、26、27、28、29、123、124、130、131)中的一个或多个或全部布置在所述检测装置(4、4'、6')或所述测量主体(1、1’、11)的表面上,具体为通过连接方法,更具体为通过粘合或焊接进行附接。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,所述接触装置(6)的所述电极(6a至6y、22、23、24、25、26、27、28、29、123、124、130、131)中的一个或多个或全部布置在所述测量主体(1、1’、11)的内侧上或布置在所述测量主体的外侧上,在所述测量主体的一个或多个凹部(17、18、19、20、21)中,其中所述电极具体地通过铸造、注塑或添加制造方法(3d印刷)插入、引入。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,所述测量主体(1、1’、11)形成为平坦主体(11),具体为板形式的平面平行体,其中,具体地,所述测量主体(1)在垂直于所述测量表面(2)的方向上的厚度小于所述测量主体在所述测量表面中延伸的方向上的最小延伸的50%,具体地,小于25%,更具体地小于10%。

15.根据权利要求14所述的用于分析物质的装置,其特征在于,所述测量主体(1、1’、11)具有或承载镜装置(12),所述镜装置(12)用于将由所述激励束源辐射的所述激励束(8)反射到所述测量表面(2)上,所述激励束源具体为激光装置(3)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的用于分析物质的装置,其特征在于,所述激励束(8)平行于所述测量表面(2)或以与所述测量表面(2)成小于30度、具体为小于20度、更具体为小于10度或小于5度的角度辐射到所述测量主体(1、1’、11)中,以及所述激励束在所述测量表面(2)的方向上转向或偏转并穿过所述测量表面(2)。

17.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,所述激励束(8)穿过所述测量主体(1)的材料。

18.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,所述测量主体(1、1’、11)具有至少一个凹部或槽(13),所述至少一个凹部或槽(13)具体为钻孔,所述激励束(8)穿过所述凹部或槽(13),其中,所述凹部或槽和/或所述钻孔延伸到所述测量主体中,具体为从所述测量表面(2)或从由所述测量表面界定的所述测量主体的传感器层延伸到所述测量主体中,或其中,所述凹部或槽(13)和/或所述钻孔从与所述测量表面(2)相对的所述测量主体的边界表面穿透整个所述测量主体直到所述测量表面(2)。

19.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,在所述测量主体(1、1’、11)中,具体为在所述检测装置(4、4'、6)中或直接与所述检测装置相邻并与所述检测装置热接触,至少一个散热器(14)以主体的形式布置,所述至少一个散热器(14)的比热容和/或比热导率大于制成所述测量主体的一种或多种材料的比热容和/或比热导率,或所述至少一个散热器(14)设计为珀尔帖元件。

20.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,在所述测量主体(1、1’、11)中,具体为在所述检测装置(4、4'、6)中或直接邻近所述检测装置(4、4'、6)并与所述检测装置(4、4'、6)热接触地设置有至少一个热阻挡件(15),所述热阻挡件以主体的形式布置,所述热阻挡件的比热容和/或比热导率大于制成所述测量主体(1)的材料的比热容和/或比热导率。

21.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,所述检测装置(4、4'、6)和/或所述测量主体(1、1’、11)和/或所述测量主体的传感器层(1')至少部分地由压电材料制成,具体为压电陶瓷,具体为pzt陶瓷,更具体为烧结陶瓷或单晶压电材料,具体为石英、电气石、铌酸锂、正磷酸镓、铍石、塞纳特(seignette)盐、诸如钛酸钡(bto)或锆钛酸铅、磷酸镓或铌酸镁铅的铁电体、或氧化锌(zno)、或作为薄层沉积物的氮化铝或极化聚氟乙烯。

22.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,所述测量主体(1、1’、11)的压电元件或压电区域能够作为致动器连接至电压源,并且根据输入电压表示用于激励束的阻塞部。

23.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的装置的方法,其特征在于,调制的激励束(8)引导到待分析的物质(5),具体为通过所述测量主体(1、1’、11),以及同时或顺序地采集和评估来自所述接触装置(6)的不同电极对的信号,首先基于所述电极对中的哪一个或更多个电极对递送适于进一步处理的信号的标准来确定,然后,来自一个或多个选定电极对的信号用于测量和评估,以及具体地执行随后测量,在所述随后测量中获得和评估所述选定电极对的信号。

24.根据权利要求23所述的方法,其特征在于,在初始测量测试之后,根据检测到的信号,确定并指示所述装置相对于所述待分析物质(5)的未对准,并且具体地,提示用户执行重新对准。

25.一种用于分析物质(5)的方法,具体地,使用根据权利要求1至22中任一项所述的装置分析所述物质(5),其中,在所述方法中:

利用激励传输装置(3),产生具有至少一个激励波长的至少一个强度调制电磁激励束(8),所述激励传输装置(3)将所述至少一个电磁激励束(8)辐射到位于所述物质(5)的表面下方的、所述物质(5)的体积中;

使用检测装置(16、106、107、109)检测响应信号;以及

基于所检测的响应信号来分析所述物质,

其中,具体地,使用所述激励传输装置的不同调制频率,连续地确定响应信号,具体为用于所述激励束的不同波长的时间响应信号波形;以及

使在不同调制频率下的多个响应信号波形彼此相关;以及

其中,从这些获得特定于所述物质的所述表面下的深度范围的信息。


技术总结
本发明涉及用于分析物质(5)的装置和方法,包括:激励传输装置,采用激光装置(3)的形式,用于产生至少一个电磁激励束(8);测量主体(1),具有检测区域(4),检测区域(4)邻近测量主体(1)的测量表面(2),并且具有压力相关或温度相关的电阻率和/或产生电信号,具体地为在压力或温度变化的情况下的压电电压信号;用于基于检测到的信号分析物质的装置。

技术研发人员:托尔斯腾·卢宾斯基;乌韦·施里克
受保护的技术使用者:迪亚蒙泰克股份有限公司
技术研发日:2018.12.04
技术公布日:2020.10.16
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