用于确定流体中的颗粒的尺寸的设备和方法_3

文档序号:9829752阅读:来源:国知局
室M具有均匀的、也就是具有层流的流体学特性。为了流体技术上的密封,在第一透镜环41和激光吸收装置10之间的接合处涂覆胶粘剂13。
[0066]在激光吸收装置10的圆柱形部段19的朝向探测器室D的一端上设有第二透镜42和第三透镜43 ο根据第一实施方式,第二透镜42是第二透镜环42,并且第三透镜是第三透镜环43。第三透镜环43平齐地围绕圆柱形部段19,也就是说,第三透镜环43的内半径r3等于圆柱形部段19的半径。具有内半径r3的第三透镜环43的内部中的圆形孔的旋转对称轴线S3同时也是圆柱形部段19的旋转对称轴线。
[0067]第三透镜环43被第二透镜环42围绕。尤其第三透镜环43被第二透镜环42沿径向围绕并且可以与之粘接。根据第一实施方式,第三透镜环43的外半径R3等于第二透镜环42的内半径r2。具有内半径r2的第二透镜环42内的圆形孔的旋转对称轴线与圆柱形部段19的旋转对称轴线是一致的。
[0068]第二透镜环42的光滑的表面42g和第三透镜环43的光滑的表面43g处于同一面上且朝向探测器室D。在第二透镜环42的背离光滑表面42g的表面42s上,设有菲涅尔结构。这将在以下参照图3进一步说明。在第三透镜环43的背离光滑表面43g的表面43s上,同样设计有菲涅尔结构。第三透镜环43的菲涅尔结构将在以下参照图4进一步说明。
[0069]为了避免第二和第三透镜环42、43朝探测器室D的方向运动,在圆柱形部段19的朝向探测器室D的一端上,贴靠第三透镜环43的光滑表面43g地设计有圆柱形部段19的螺母形状的加宽部14。在第二透镜环42围绕圆柱形部段19布置之后,加宽部14根据一个实施方式可以与圆柱形部段19相连、例如粘接。
[0070]可以通过固持臂17阻止第二和第三透镜环42、43朝第一透镜环41的方向的移动,或沿相反反向的移动。固持臂17使透镜环41、42、43的根据菲涅尔方法构造的表面418、428、43s相互分离、也即相互保持间隔。固持臂17有利地沿圆柱形部段19的轴向尤其较薄地设计。也就是说,透镜环41、42、43的根据菲涅尔方法构造的表面41s、42s、43s有利地相互间特别地靠近。在一些实施方式中,没有设计固持臂17,其中,表面42s、43s也可以直接贴靠表面41s,只要由此不损害相应的菲涅尔结构T即可。
[0071]有利的是,固持臂17也沿圆柱形部段19的切向方向特别窄地构造。由此,被第一透镜环41偏转的激光束26、26'只有很小一部分射在固持臂17上,而不朝第二和第三透镜环42、43的方向偏转。换句话说有利的是,在测量室M和探测器室D之间尽可能小的面区段被固持臂17遮盖。
[0072]第一、第二和第三透镜环41、42、43和/或具有固持装置16的激光吸收装置10可以由不同的材料制成。有利的是,它们由相同的材料制造。这种材料例如可以是塑料。由PMMA(有机玻璃)构成的制成品使得各个部件针对不同的化学物质具有较高的稳定性。
[0073]整个透镜光学系统5可以通过单一的注塑步骤制造,例如通过塑料的注塑。通过让透镜光学系统5的所有的部件使用相同的材料,可以减低由于应力(例如通过受热产生的应力)而造成的问题。此外如果透镜光学系统5发生损坏或被较强地污染,则也可以通过沿着垂直于图1的绘图平面的方向的拉和/或推,轻松且舒适地更换透镜光学系统5。
[0074]当把透镜光学系统5制造成按照注塑技术/成型技术或快速成形技术的部件,则可以可选地省去固持臂17,因为第一、第二和第三透镜环41、42、43可以通过激光吸收装置10的其它区域被紧固地且一体地相互连接。除了第一透镜环41,透镜光学系统5的所有部件都可以在一个成型步骤、例如注塑步骤中被一体地制造,其中,第一透镜环41可以随后例如通过定向的凹槽被对准和组装。这有利的是,第一、第二和/或第三透镜环41、42、43被成型为非球面的菲涅尔透镜的一部分。
[0075]此外根据第一实施方式,在探测器室D的内壁W3上构造有第一光电探测器51和第二光电探测器52。探测器室D的内壁W3朝向透镜光学系统5以及位于透镜光学系统后面的光源20。第一和第二光电探测器51、52以与激光吸收装置10的圆柱形部段19的旋转对称轴线相同的径向间距构造,该旋转对称轴线同时也相当于非散射激光22的光束轴线S。
[0076]光电探测器51、52例如可以是雪崩光电二极管。光电探测器51、52设计用于测量光振幅,也就是照射到光电探测器上的激光束28、28'的辐射功率。根据测量到的光振幅,第一光电探测器51产生第一测量信号并且第二光电探测器52产生第二测量信号。
[0077]两个光电探测器51、52与分析装置53相连,该分析装置分析评估两个光电探测器51、52的测量信号。为此,在分析装置53内设计有数据库,该数据库包含参考模型和/或评判标准,借此测量信号可以被分类。根据分类,造成相应测量信号的颗粒可以根据尺寸等级被划分。例如,造成处于第一和第二数值之间的光振幅特性的颗粒可以被划分为第一尺寸等级,并且造成处于第二和第三数值之间的光振幅特性的颗粒可以被划分为第二尺寸等级并以此类推。
[0078]就此例如可以形成被测量的光振幅的特征关系。不同大小的颗粒导致不同的光振幅特性。
[0079]根据所谓的米氏(Mie)理论,可以由这种特性推断出颗粒的大小,激光束在该颗粒上散射。
[0080]此外在图1中,例如示出两个示例性的光路。当设备I运行时,射入颗粒30的激光束22产生多条散射的激光束24、2f,它们可以以相对于所产生的激光束22的原始辐射方向不同的角度辐射到第一透镜环41上。
[0081 ]散射的激光束24射入第一透镜环41的光滑的表面41g并且被偏转。以这种方式被偏转的激光束26转向到第二透镜环42上,激光束26从第二透镜环被再次偏转。这再次偏转的激光束28转向到第一光电探测器51上,在此激光束28与其它所有射入第一光电探测器51的激光束28—同被测量。
[0082]另外散射的激光束射入第一透镜环41,使得其作为被偏转的激光束26'转向到第三透镜环43。第三透镜环43使得被偏转的激光束26'作为被再次偏转的激光束28'转向到第二光电探测器52上,在此激光束28'与其它所有射入第二光电探测器52的激光束28' —同被测量。
[0083]在颗粒30上散射的激光束可以被划分为四个类别,分别根据它们以相对于光束轴线S多大的角度偏转。如果激光束完全没有或者仅微小地偏转,则该激光束射入激光吸收装置10。如果激光束以较大的角度被偏转,则该激光束最终大多数转向到第二光电探测器52。如果激光束以更大的角度偏转,则该激光束最终大多数转向到第一光电探测器51。如果激光束以还大的角度、例如90°或更大角度偏转,则该激光束不会射入透镜光学系统5,而是例如射入测量室M的内壁Wl、W2。
[0084]图1示例性示出的激光束22、24、2f,26,267、28、2V—部分并未直接位于图1的横截面中,而是布置在图1的绘图平面之上,使得它们从固持臂17旁经过。
[0085]分析装置53还可以与控制装置相连。控制装置例如可以根据分析装置53的结果控制流体的流动。例如在超过或低于确定的极值时,增强或减弱穿过测量室M的流体的流动,例如通过开启或关闭为此而设的阀门。控制装置由此可以用于产生具有基本上恒定的单位时间颗粒数量30的流体流。
[0086]分析装置53也可以与记录装置相连,该记录装置可以系统性地记录和存储分析装置53的结果。
[0087]图2示出第一菲涅尔透镜Fl的正视示意图,用于说明根据第一实施方式的第一透镜的形状。
[0088]图2尤其示出第一菲涅尔透镜Fl的正式示意图,其具有多个菲涅尔结构T。第一菲涅尔透镜Fl是围绕第一光学轴向OAl旋转对称的。根据本发明的第一实施方式的第一透镜41如此成型,使得好像从第一菲涅尔透镜Fl上同中心地截去一个圆盘。“同中心”理解为被截去的圆盘的旋转对称轴线SI与未处理部分的第一菲涅尔透镜Fl的光学轴线OAl是一致的。第一透镜环41由此具有内半径rl,其等于被截去的圆盘的半径。第一透镜环41的外形、尤其外半径Rl等于第一菲涅尔透镜Fl的外形、尤其半径。
[0089]图
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