专利名称：光学传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学传感器，特别是用于借助荧光测量确定水溶液中的物质浓度，该光学传感器包括传感器头，该传感器头包含感测元件并且与外壳邻接，该外壳容纳传感器电子设备，其中利用来自光发射器的光照射感测元件，并且由感测元件辐射回的光特性由光接收器检测并由传感器电子设备评价。
背景技术：
从EP 2295953A1已知一种用于基于荧光测量来测量溶液中物质的浓度的系统，其中光学传感器可释放地连接于结构紧凑的测量单元。光学传感器包括传感器头，其不可分离地连接于外壳，外壳中容纳信号评价电子设备。而且，外壳具有光源，该光源向待检查的液体中发射激发辐射。利用该激发辐射，将布置在待检查的介质中并且包含在传感器头·内的感测元件激发。该感测元件根据物质浓度辐射回光。由感测元件辐射回的荧光辐射被检测器单元接收，并前送到传感器电子设备。取决于感测元件的性质，光学传感器以不同的光强度、频率或者衰减曲线来对不同的粒子浓度做出反应。从WO 2007/014539A1已知一种与光学传感器一起使用的盖，其中该盖可替换地实施用于连接件，其包含光学的或者光电的组件。在这种情况下，将用于物理或者化学参数测量的感测元件布置在盖内。为了保证合适的感测元件总是能够固定在与其适配的连接件上，盖和连接件通过互补编码选项保护以防止混乱。这种布置是不利的，因为必须开发和制造用于每种测量参数的单独的传感器，这将导致高的生产努力。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种简单制造的光学传感器。根据本发明，通过如下特征实现该目的，包括将传感器头和外壳实施为是可分离的，其中具有不同的感测元件的不同的传感器头可连接到包含传感器电子设备的外壳，并且传感器电子设备评价由不同的传感器元件产生的光特性。这具有能够利用单个传感器电子设备用于由不同的感测元件确认的不同的测量参数的优点。以此方式，简化了光学传感器的制造，因为尽管传感器头包含不同的感测元件，但传感器电子设备是为所有的传感器头设计的。因此，使用相同的传感器电子设备就可以测量离子或者分子的浓度，例如，氧、氯、氢、一氧化碳、二氧化碳、氮、铵、磷酸盐、钠、钾、包含氯化物或者氯的化合物的浓度，或者测量PH值，而不需要更换传感器电子设备。为了能够精确地评价由相应的感测层发射的光特性，只需要关于软件正确地配备该传感器电子设备。因此可以大量制造具有传感器电子设备的外壳，并且可以在制备程序结束时将其首先连接到包含期望的感测元件的传感器头。有利地，经由标准接口将传感器头和外壳光学地并机械地互相连接。这样的标准接口提供了使简单固定以及替换传感器头成为可能的优点。因此，光学传感器的用户可以在任何时间将传感器头应用于外壳，以此能够测量期望的测量参数。实际上，需要具有配备有不同的传感器元件的不同的传感器头；这样，当需要时，其可以简单地应用于具有传感器电子设备的外壳。不需要在手头保留很多各种不同的光学传感器。由于标准接口的应用，使传感器头的简单替换成为可能。在一个实施例中，传感器头是盖状的。盖状的实施例使得能够充分地保护在稳定的盖中包含的传感器元件免受外部影响。而且，盖还能够简单地手动保持，而避免发生在传感器头内的感测元件的机械影响。在一个变型中，传感器头的盖状的实施例或者外壳具有密封兀件，该密封兀件将标准接口从环境密封。以此方式，保证没有被测介质能够渗透进入光学传感器并且污染感测元件。在进一步的改进中，将感测元件实施为感测层。该实施例使得构造上小的传感器头能够实现。 在一个变型中，外壳包括光发射器和光接收器，该光发射器和光接收器连接到传感器电子设备，其中传感器电子设备具有存储器，该存储器包含测量数据和/或不同的感测元件的光特性的特性线。因此，由于其光特性存储在存储器中，可以在任何时间使新的测量参数为传感器电子设备所知。如果传感器电子设备之前仅配备为用于检测氧、或者氢，则例如在任何时间，可以将用于氯浓度测量的相应的光特性引入到存储器中，由此可以在任何时间扩大包含传感器电子设备的外壳的使用范围。有利地，将传感器电子设备实施为自动地识别在传感器头中的感测元件。在校准或者初始化步骤中，传感器电子设备激活光发射器，该光发射器将光辐射在感测元件上。辐射回的光被馈送至传感器电子设备，该传感器电子设备自动地检测待确定的测量参数。然后，在传感器电子设备中，选择一种评价方法，该评价方法对应于待确定的测量参数，并且利用该方法执行随后的浓度测量方法。在实施例的一种形式中，通过传感器电子设备可激发用于辐射光的光发射器，其中将由感测元件辐射回的光特性从光接收器前送到传感器电子设备，该传感器电子设备将该光特性与存储的测量数据和/或特性线比较，来识别感测元件。因此，传感器电子设备不但能够自动地检测测量参数，而且能够处理多个测量参数。在该实施例中，对于多个传感器仅需要单个传感器电子设备。在进一步的改进中，存储的测量数据包括光强度和/或光频率，并且特性线包括辐射回的光的光强度的衰减曲线。基于这些特定的光特性，传感器电子设备非常容易地识别安装在外壳上的盖中包含哪种感测元件，以及为了光学浓度的测量应该评价哪个测量参数。在一个实施例中，传感器电子设备具有电流源。以此方式，保证了这样配备的传感器在任何位置都可以自给自足地应用。
本发明允许多种形式的实施例。现在将基于附图更详细地解释一个这样的实施例，附图中示出如下
图I是用于光学浓度测量的光学传感器的示意图；以及图2是本发明的光学传感器的实施例的一种形式。
具体实施例方式图I示出了用于光学浓度测量的光学传感器I的示意图，其中借助荧光测量来确定浓度。在这种情况下，将荧光层作为感测元件2布置在光学传感器I内；荧光层布置在待检查的介质(未示出)内。待调查的介质可以是水溶液，例如，饮用水或者工业水，其 中待调查的介质中的材料聚集在荧光层2上，例如，吸收在荧光层2上。光学传感器I 包括电流源3，该电流源3向例如LED的光发射器4提供能量，由此光发射器4将光辐射到荧光层2上。荧光层2辐射回光特性，该光特性取决于在荧光层2上的待检查的材料的浓度。光接收器5将光特性转换为电信号。由光接收器5产生的电信号被馈送到放大器6,该放大器6放大该电信号，并且将其前送到没有进一步示出的更多的传感器电子设备。取决于荧光层2的性质，光学传感器I利用不同的光强度来对不同的粒子浓度做出反应，其中光学传感器I吸收由光发射器4辐射的光的一部分，或者光学传感器I利用反射光波长漂移，并引起颜色改变来对不同的粒子浓度做出反应。如果辐射的光的一部分被吸收，这导致光强度随着时间变化，则评价所谓的衰减曲线，其中这样的衰减曲线特别地代表在选择的波长处的光的强度随着时间的变化。为了确认频率或者颜色变化，需要对特定的波长做出反应的多个光接收器5。图2示出了根据本发明提出的光学传感器7的示例。光学传感器7包括外壳8和盖9。荧光层10内部地布置在盖中。在该示例中，荧光层10能够确定待检查的介质的pH值。盖9经由实施为标准接口 15的插塞封闭件、或者旋转封闭件而与外壳连接。光发射器4以及至少一个光接收器5布置在外壳8中面对盖9的一端。光发射器4和光接收器5与同样位于外壳8内的传感器电子设备11电连接，其中传感器电子设备11具有存储器12。将多种荧光层10的光特性存储在存储器12内。因此，例如，存储了荧光层10的光特性，其除了 pH值，还确定在待检查的介质中的氧、或者氢、或者氯。在这些光特性中是各种不同的光强度、光频率或者波长、以及不同的衰减曲线。存储在存储器中的这些光特性用作参考模式。如已经说明的，盖9经由以插塞连接或者旋转连接形式的标准接口 15而与外壳8连接。以这种方式，盖9可以简单地从外壳8上移除，并且由例如适于氧浓度测量的另一个盖13替换。在制造了包含光发射器4、光接收器5以及传感器电子设备11的外壳8之后，将盖
9、13在生产结束时设置在外壳8上。盖9、13具有期望的荧光层10、14，其例如许可确定在待检查的介质中的氧浓度。因此，由此简单地产生了氧传感器。如果具有荧光层14的盖13机械地固定在外壳8上，则在传感器电子设备11内触发校准程序，这开始识别方法。在该识别方法中，传感器电子设备11被激发，以将信号输出至光发射器4，该光发射器4上发射光束，该光束从荧光层14辐射回来。接收器5将从荧光层14辐射回的光转换为电信号，该电信号继而被馈送至传感器电子设备11。传感器电子设备11然后将接收到的光特性与在存储器12中存储的用于不同的荧光层10、14的参考模式对比。以此方式，传感器电子设备11识别用于确定氧浓度的荧光层14位于附接的盖13中。基于该信息，传感器电子设备11调取随后的、同样存储的、对应于氧评价方法的浓度测量。在盖的每一次替换，并且因此在荧光层的替换后，重复进行该校准过程。借助该实施例，仅需要单个传感器电子设备11用于评价不同的荧光层10、14。因此，传感器电子设备11可以以不同的材料需要的评价方法的可用性来处理各种不同的测量参数。通过改变包含不同的感测元件的盖9、13，不但改变了测量参数，而且还可以选择不同的测量范围。可以通过更新传感器电子设备11内的固件而简单地增加新的测量参数，因此在着手生产新的传感器时，仅需要改变传感器电子设备内的软件。代替使传感器组件标准化，仅生产外壳8，该外壳8中除了光发射器4和光接收器5，还包含传感器电子设备11。该光学传感器7不但在制造上具有仅需要提供以具有不同的感测元件10、14的盖9、13的形式的不同的传感器头的优点，而且其对于为了确认不同的测量参数而仅需要具有一个具有传感器电子设备11的外壳8的用户也是有利的。为此，顾客仅将具有期望的荧光层10、14的盖9、13置于外壳8上，并且因而获得用于测定另一个测量参数的新的光学传感器。·
权利要求
1.一种光学传感器，特别是用于借助荧光测量确定水溶液中的物质浓度，所述光学传感器包括传感器头(9、13)，所述传感器头(9、13)包含感测元件(10、14)并且与外壳⑶邻接，所述外壳⑶包含传感器电子设备(11)，其中利用来自光发射器⑷的光照射所述感测元件(10、14)，并且由所述感测元件(10、14)辐射回的光特性由光接收器(5)检测并由所述传感器电子设备(11)评价， 其特征在于， 将所述传感器头(9，13)和所述外壳(8)实施为是可分离的，其中具有不同的感测元件(10、14)的不同的传感器头(9、13)可连接到包含所述传感器电子设备(11)的所述外壳(8)，并且所述传感器电子设备(11)评价由所述不同的感测元件(10、14)产生的光特性。
2.根据权利要求I所述的光学传感器，其特征在于， 经由标准接口(15)将所述传感器头(9、13)和所述外壳(8)光学地并机械地互相连接。
3.根据权利要求I或2所述的光学传感器，其特征在于，所述传感器头(9、13)是盖状的。
4.根据权利要求2或3所述的光学传感器，其特征在于， 所述盖状的传感器头(9、13)或者所述外壳(8)具有密封元件，所述密封元件将所述标准接口(15)从环境密封。
5.根据前述至少一项权利要求所述的光学传感器，其特征在于，将所述感测元件(10、14)实施为感测层。
6.根据前述至少一项权利要求所述的光学传感器，其特征在于， 所述外壳(8)包括所述光发射器(4)和所述光接收器(5)，所述光发射器(4)和所述光接收器(5)连接到所述传感器电子设备(11)，其中所述传感器电子设备(11)具有存储器(12)，所述存储器(12)包含测量数据和/或所述不同的感测元件(10、14)的光特性的特性线。
7.根据前述至少一项权利要求所述的光学传感器，其特征在于， 将所述传感器电子设备(11)实施为自动地识别在所述传感器头(9、13)中的所述感测元件(10、14) O
8.根据权利要求7所述的光学传感器，其特征在于， 通过所述传感器电子设备(11)可激发用于辐射光的所述光发射器(4)，并且将由所述感测元件(10、14)辐射回的光特性从所述光接收器(5)前送到所述传感器电子设备(11)，所述传感器电子设备(11)将该光特性与存储的测量数据和/或特性线比较，来识别所述感测元件(10、14) O
9.根据权利要求7或8所述的光学传感器，其特征在于， 所述存储的测量数据包括光强度和/或光频率，并且所述特性线包括辐射回的光的光强度的衰减曲线。
10.根据前述至少一项权利要求所述的光学传感器，其特征在于，所述传感器电子设备(11)具有电流源(3)。
全文摘要
本发明涉及一种光学传感器，特别是用于借助荧光测量确定水溶液中的物质浓度，该光学传感器包括传感器头(9、13)，其包含感测元件(10、14)并且与包含传感器电子设备(11)的外壳(8)邻接，其中利用来自光发射器(4)的光照射感测元件(10、14)，并且由感测元件(10、14)辐射回的光特性由光接收器(5)检测并由传感器电子设备(11)评价。在其制造被简化的光学传感器的情况下，将传感器头(9、13)和外壳(8)实施为是可分离的，其中具有不同的感测元件(10、14)的不同的传感器头(9、13)可连接到包含传感器电子设备(11)的外壳(8)，并且传感器电子设备(11)评价由不同的感测元件(10、14)产生的光特性。
文档编号G01D11/24GK102954953SQ20121033224
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者亨德里克·佐恩, 罗尼·迈克尔 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