具有轴向照明和圆形的光电探测器的散射式浊度计的制作方法

本文中所描述的主题涉及用于测量液体样品的浊度的浊度计(turbidimeter)。更具体地，实施例针对更有效地从分散于通过利用圆形设计的样品方案中的颗粒散射的辐射的一种新颖的检测器。

背景技术：

浊度计测量在样品试管或样品瓶中的液体样品的浊度。散射式浊度计通过将光束投射到样品试管内的液体样品内而确定了样品试管内的液体样品中悬浮的固体颗粒的浓度。光检测器检测在(例如，相对于光束轴线成90°而居中的30°的)立体角(solidangle)的圆锥中所悬浮的固体颗粒所散射的光的量值。

如果浊度计的光检测器检测在(所述试管、瓶或样品容器的)圆周的一个单个扇区中散射的光，因为大量散射光被抛离，则所述光检测器的信号相对较低。圆形反射镜和/或棱镜布置已被设计用来同轴地围绕所述样品试管以试图将散射光(在整个)圆周径向地引导至所述光检测器。这样的设计通常是已知的以增加信噪比(snr)。然而，许多这些装置对于它们的(引导散射光朝向所述光检测器的)光学布置的几何误差而言是敏感的，并且可以是对于非均匀样品(在所述液体样品中的浊度差异)而言敏感的。

技术实现要素：

概括而言，实施例提供了散射式浊度计检测器，包括：基本上圆形的检测元件，具有检测辐射的多个连续的光电二极管阵列；所述基本上圆形的检测元件绕样品而布置以在预定的角度范围内从所述样品捕获散射辐射。

另一实施例提供浊度计，包括：光电二极管的阵列，基本上围封样品从而使得从样品中的颗粒散射的光的弧撞击所述光电二极管的阵列。

另一实施例提供散射式浊度计检测器，包括：基本上圆形检测元件，具有能够检测从预定角度范围内的样品所散射的辐射的单个柔性光电二极管阵列。

另一实施例提供浊度计，包括：柔性光电二极管材料，基本上围封样品从而使得从样品中的颗粒散射的光的弧撞击所述光电二极管的阵列。

另一实施例提供浊度计，包括：弧元件，具有弧表面以及一个或更多个连接的光引导件，所述弧表面基本上围封悬浮的样品并且相对于入射光束轴线以90度居中，从而使得所述弧表面收集来自所述样品中的颗粒的所述散射光并且传输所述散射光穿过所述至少一个光引导件至至少一个光电二极管检测器。

另一实施例提供浊度计，包括：圆锥形收集器；所述圆锥形收集器具有用于接收试管的轴环；所述轴环包括光入口通道，所述光入口通道围封所述试管从而使得来自所述试管的散射光将进入所述轴环；所述圆锥形收集器的基部端；以及与所述基部端相邻的检测器元件；所述圆锥形收集器包括形成内部光路径的表面，所述内部光路径在内部沿着所述圆锥形收集器的周缘将散射光从所述试管反射至所述检测器元件位于的基部。

前述是概要，且因而可以包含对于细节的简化、概括和省略；因此，本领域的普通技术人员将会领会到所述概要仅仅是例解性的而非旨在以任何方式加以限制。

为更好理解本实施例与所述实施例的其它和另外的特征和优点，结合附图参考下列的说明。本发明的范围将在所附的权利要求中指出。

附图说明

图1图示了示例浊度计。

图2图示了另一示例浊度计。

图3图示了另一示例浊度计。

图4图示了另一示例浊度计。

图5图示了另一示例浊度计。

具体实施方式

将易于理解的是，如大致描述并且在本文的附图中图示的本发明的组分可以被布置并且设计成除了所描述示例实施例以外的多种不同配置。因而，如图所示，示例实施例的下列更详细描述并非旨在限制如权利要求所主张的实施例的范围，而是仅代表示例实施例。

在整个此说明书中的指代一(个)实施例等(或相似表述)是指特定特性、结构或与实施例相结合而描述的特征被包括于至少一个实施例。因而，在整个此说明书中各处出现的短语“在一(个)实施例中”等并非必需全部指代相同实施例。

此外，所描述的特性、结构或特征可以以任何合适方式在一个或多个实施例中组合。在下列说明中，提供了多种具体细节来给予对示例实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将会认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或利用其它方法、组分、材料等等，来实践各种实施例。在其它实例中，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作。下列描述仅仅旨在作为示例，并且简单地示出了某些示例实施例。

本文中描述的各种实施例提供浊度计，所述浊度计检测来自围绕或基本上围绕样品容器或试管的弧的光。所述实施例允许在不使用复杂的光聚焦几何形状的情况下实现这样的光检测。而是，实施例提供了用来直接地检测围绕或基本上围绕所述样品容器或试管的弧中的光的机构。在其它实施例中，来自围绕或基本上围绕所述样品容器或试管的弧的光被输送或重新引导至光检测器。

实施例提供散射式浊度计检测器，包括具有多个连续光电二极管阵列的360度元件，所述多个连续光电二极管阵列能够检测从大约190nm至大约1100nm的辐射并且被布置成捕获相对于所述光束轴线成90度角+/-约15度的散射光。另一实施例包括检测器，所述检测器包括具有单一的柔性光电二极管阵列的360度元件，所述光电二极管阵列检测从大约190nm至大约1100nm的辐射并且被布置成捕获相对于所述光束轴线成90度角+/-约15度的散射辐射。在形成散射式浊度计的各种实施例中，这些实施例可包括所有标准元件，某些标准元件未加以描述。

所图示的示例实施例将参考附图而被最佳地理解。下列描述仅仅旨在作为示例，并且简单地示出了某些示例实施例。

图1描绘了360度浊度计检测器设备的第一示例实施例的横截面。图1中示出的示例浊度计当从上方或下方观察时是基本上圆形的。瓶110是用于保持样品溶液例如水(废水、饮用水，等等)的瓶。所述瓶(也称为试管)110可以由基本上对于用来查询样品的辐射(诸如660nm、860nm或880nm辐射)透明的光学透明/透光材料诸如玻璃或石英制成。所述瓶110可被构造成圆柱形，尽管样品瓶可采取对于任务合适的任何形状。所述瓶110被本身受浊度计支撑骨架(图1中未示出)所支撑的瓶支撑件115支撑。

在操作中，所述瓶110承座于瓶支撑件115中，从而使得所述瓶被稳固地保持。所述瓶保持器115邻接检测器壳体125，所述检测器壳体125可以是基本上圆形并且围绕所述瓶110的中段的至少一部分。检测器壳体125的内部可以被内衬有光吸收材料155，所述光吸收材料充当遮光板以吸收当照射时可从瓶110放射的杂散辐射。所述光吸收材料155也可被置于额外区域中，例如，沿着所述瓶的长度尺寸设置以使得光入射限于预定角度范围。非限制性示例光吸收材料是英国surreynanosystems的vantablack。

所述检测器壳体125也可充当用于捕获来自样品液体140的散射辐射的光检测器(例如，光电二极管130)的支撑结构。图1的示例中的光电二极管130被连续地置于检测器壳体125的内侧上呈圆形，从而使得它们构成沿着散射辐射的预定弧与散射辐射对应的检测器的基本上连续阵列，图示为从所收集体积135放射的射线150。

光源120可以是宽带可见光源，激光器、或发光二极管(led)。光源120根据应用的具体需要而选择并且也可与滤光器组合用来选择特定波长。浊度计的典型波长是660nm和880nm，尽管这些是非限制性示例，例如可使用860nm+/-30nm。

所述光源120可通过导致基本上准直光束145的狭缝或其它光学元件而提供，基本上准直光束145入射到透明瓶底部上，由此穿过瓶110和样品液体140以创建称为收集体积135(在图1中以括号示出)的样品液体的照射体积。

收集体积135中的颗粒将被照射，由此用来随机地但平均地在360度上散射所述光。收集的散射光将类似于在边缘处比中间更厚的光的圆盘。散射光将落到沿着检测器壳体125的内部而阵列布置的光电二极管30上,并且由此导致从光电二极管130发射的与散射光的量成比例的、继而与浊度的量成比例(例如，ntu)的信号。

图2中示出第二示例实施例，其为具有以基本上圆形方式绕所述瓶210布置的圆形光电二极管阵列(pda)230的360度浊度计检测器的立视图。如前所述，瓶210由准直光束245辐射，由此导致光250从收集体积235的散射。

散射光250入射到圆形pda230的内表面上，由此产生与收集体积235中的对光进行散射的颗粒的数目成比例的信号。圆形pda可以由基于薄膜的有机光电二极管形成。然而，可使用其它材料，包括其它柔性光电二极管材料、或被构造成形成基本上圆弧的单独部件的光电二极管的阵列、或检测器的阵列。

图2中所示的示例实施例是绕所述瓶210赤道而成圈的、并且被设计用来捕获可用散射辐射的预定竖直分条或部分的pda膜230的相对窄的带或条带。在图2中，杂散光管理是没有明确地图示的。在理论上，所述检测器系统的灵敏度可以仅通过改变所述柔性pda230的弧范围而加以调节。所述柔性光电二极管230可以构造为呈几乎无限制的取向以利用全方位散射所述散射光250的具体方向。例如，在检测到光的方向和对向角上能够寻址的二极管阵列能够被改变，提供了所述浊度计可从具有不同物理特征的样品检测出浊度的优点。正如将领会到的，如图1所示的示例，所采用的检测器的布置可基于多种因素(例如，输入光角度，所采用的试管或样品容器的类型，等等)而改变。

图3图示了第三实施例。在此实施例中，浊度计包括绕所述样品瓶310的中间点或部分基本上圆形的弧。此处，所述弧捕获散射光350并且引导散射光350到光导管或引导材料380。在实施例中，所述光引导件或导管材料380可以是光纤或另一合适的波导，例如，光导管(诸如可从altaflo购得的altafuor350)。

例如，在图2中所示的示例实施例中，所述光纤或波导380可在布置所述柔性pda处的弧的表面处起始。从该处，则所述波导308可弯曲约180度并且与最终向单个光电二极管或其阵列提供光的所有其它波导(例如，如图3的示例中在附图标记330处所布置)会合/接合。

因而，来自光源的入射光345(例如，红外光)被穿过(或围绕)所述光导管380的入口通道370提供，并且向样品提供可例如由反射镜309重新导向的光。在实施例中，所述瓶被成角度为防止经反射的光损伤所述源。此光穿透所述样品瓶310中的液体样品并且所述液体样品中的颗粒产生散射光，其相关部分350如图3所示。所述样品瓶301可例如由如图3所示的光阻断器(其可以继而包括例如结合图1的遮光板而描述的光吸收材料，例如光吸收性的vantablack涂层)的方式而被容纳。所捕获的光350随后由光引导件380(例如，光纤等等)提供给光电二极管，例如如图3中所示的圆形光电二极管330。

所述结构因而可包括被布置用以从所述圆弧直接地提供光给所述光电二极管330的多个或一批光纤或引导件380。替代地，所述光引导件和所述弧可由一个整体的主体制成，从而使得光收集不被将会不可避免地产生信号损失和噪音的接合部所中断。这样的整体光收集装置的形状可以类似于洋葱形状且具有包围所述样品收集瓶的所述洋葱形状的较平坦基部，并且所述洋葱形状的顶点是所述检测器330所位于的位置。所述洋葱形状的内侧将会具有类似的杂散光吸收器。

在另外的示例中，所述浊度计的部件(例如与光引导件相联接的弧元件和/或光电二极管阵列)可被布置成容纳不同的样品保持结构，例如除了标准试管或类似样品容器。作为非限制性示例，实施例可被布置成图4中所图示的。

在图4的图示示例中，圆柱形或弧元件430(例如，包括红外光电二极管)可被置于样品室425内。如图4中所图示，容纳元件的所述圆柱形红外光电二极管430被置于所述样品流体440内，例如，悬挂在例如置于样品室425的样品室盖427上的光源420上。如图4中所图示，所述圆柱形检测器430可由一个或更多个检测器元件428支撑。正如本文中所描述的其它示例浊度计，图4的示例可包括光电二极管阵列430或可被构造成具有光引导件从而使得来自样品440并且由样品所反射(如由450所指示)的光被引导至对所检测的光进行处理以确定样品浓度的检测器430。应注意到，也可使用其它波长的光，诸如在可见光和近uv范围中。

在图5中所描绘的另一实施例中，以剖视图示出了运用全内反射现象以引导和捕获散射光的圆锥形光学结构。在图5中所图示的实施例中，从瓶510中的样品散射的光550是在所述装置的底部或基部端处测量的，即，与入射光545成90度角执行了介质的浊度的测量，且光550由全内反射引导至位于所述装置的底部处的检测器530。

当入射光545被提供给位于所述圆锥形收集器的上部轴环部分中的样品瓶510时，在围绕所述试管或瓶510的360度角度范围中与入射光成90度的散射辐射550被光550的入口收集进入形成于所述圆锥形装置的上部彩色部分中的路径550。散射光550与所述入射光545成90度地(加或减一定角度范围(该角度范围可变动)以360度而以毫不费力的方式有效地并且安全地收集在位于所述装置的端部处的小型光学接收器或检测器530上。

如图5中所图示，实施例运用内表面511、512来形成围绕所述装置的外周缘的路径580。内表面511、512由使得进入路径580的光550受到全内反射、沿着路径580引导其至检测器530的材料制成。所述装置(包括内表面511、512)可通过注塑模制而生产。所述装置的大小可适于测量任务(例如，试管510大小、装置大小，等等)。图5中图示的此示例仅仅是一种可能装置构造的一个示例。

图5的装置具有位于顶部或轴环部分处的以360度接收来自所述样品瓶510的散射辐射550的旋光孔(opticallyactiveaperture)或光入口通道591。在实施例中，可设置对光进行反射的成角度表面或斜坡595、596，例如经由具有反射镜或镀银材料或涂层的所述斜坡区域595或596的涂层适当表面来反射光。所述成角度表面595、596可被选择为在功能方面限制沿着路径580反射至检测器530的光的量。例如，在所述结构中的斜坡外边缘595指示了仅所述样品瓶510中特定高度处的光被沿着所述光路径580反射。也可设置向所述光入口通路591设置具体的敞开角度(例如，+/-2度)，例如，从而使得此额外的光满足随后的光引导件结构580的全反射条件。仅此光在所述结构的路径580中被引导至所述检测器530。没有满足此条件的所有其它光作为散射光而被抑制。

有用的光550进入所述光路径580并且由于表面511和512而在内部被反射至检测器530。在所述光路径580的末端处，整个辐射被聚焦到检测器530上。示例检测器是si接收器。

为避免在所述光路径580的末端处的反射损失或全反射，所述检测器可与合适折射率的适当粘接剂而结合来引导光到所述检测器530。当使用其它接收器或检测器时，与所述检测器530接近的下方开口的大小可被相应地调节。例如，与图示的圆形开口相比，所述路径580的末端调适为容纳代替圆形检测器530的矩形接收器或检测器是可能的。矩形接收器或检测器可根据未使用的接收器表面而被模糊化/弱光处理。此外，所述试管或样品瓶510可具备镜头罩或合适的覆盖结构(图5中未示出)从而使得所述光路径580和因此所述检测器530不接收直接的或预料不到的光。

而且，可采用倾斜的或斜坡的下部596的反射镜或类似的反射性涂层。这可以使得所述装置设计和构造更简单，即，因为对于下部使用反射而非全内反射。如果采用了这样的布置，则必须确保没有杂散光达到反射镜反射的部分。正如其它构造，可采用光阻断材料或涂层，例如，外表面上的反射镜或镀银，从而使得不允许杂散光通往所述检测器530。

来自任何实施例的光电二极管阵列或光电二极管/检测器的光可被以标准方式加以处理。来自光电二极管或光导管的输出可被组合以提供信号的总和。在可寻址的光电二极管阵列的情况下，光电二极管可被布置成在提供对于收集角的调节的圆周组中进行求和。因而，浊度计或支撑部件所包括的逻辑(例如，执行储存于存储器中的指令的处理器)可处理由光电二极管所提供的原始光数据，从而使得来自样品的相对散射光可用来确定样品中的颗粒的浓度。

本公开已被呈示用于例示和描述目的，而非旨在是穷尽性或限制性的。许多修改和变型将会对于本领域普通技术人员而言显而易见。实施例被选择和描述以便解释原理和实践应用，并且使得普通技术人员能理解本公开的各种实施例及各种修改为适于所设想的特定用途。

尽管在本文中已描述了示例性实施例，应理解到，实施例并非限制与那些精确实施例，且本领域普通技术人员可以实现各种其它改变和修改而不离开本公开的范围或宗旨。