專利名稱：測試流體特性的裝置和方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及測量流體特性的裝置，具體涉及測試流體的顏色、濁度和/或者熒光的改進(jìn)裝置和方法，該流體例如為與化學(xué)試劑混合的水。
2.有關(guān)技術(shù)背景在生產(chǎn)和使用水的所有階段，檢測水質(zhì)已經(jīng)迅速成為一種全球性的必需工作，因?yàn)樵絹碓絿?yán)重的污染造成新鮮飲水源受到污染。即使少量的外部物質(zhì)或者污染物在沒有檢測到時(shí)，也會(huì)對(duì)健康和安全造成很大的危害。因此，對(duì)于不斷膨脹的測試樣品量，需要很快和準(zhǔn)確得到水的測試結(jié)果。這增加了對(duì)檢測水質(zhì)的可靠簡便儀器和方法的需求，因?yàn)樗奶幚砗陀昧恐鹉暝龃蟆?br> 水質(zhì)的檢測通常需要在流體樣品中加入特別的試劑。通常需要將已知濃度的試劑與包含未知濃度反應(yīng)物的水樣品混合?；蛘撸枰B續(xù)地加入已知量的試劑，直至樣品特性的改變顯示出反應(yīng)的終點(diǎn)。在兩種情況下，該試劑與污染物反應(yīng)，產(chǎn)生正比于污染濃度的反應(yīng)。通常包括顏色指示劑，使得顏色發(fā)生變化，或者顏色變化是化學(xué)反應(yīng)固有的性質(zhì)。因此在加入試劑以后，可以對(duì)照印出的色圖，用目視檢測法確定相關(guān)污染物是否存在，或者存在的量。這種純粹的目視比較法總帶有主觀性，因此對(duì)于靈敏的測量是不可靠的。一般說來，需要技術(shù)人員確定反應(yīng)程度，并解釋測量結(jié)果。比色計(jì)或者光度計(jì)可以一致地測量反應(yīng)的程度(即顏色的深度或者光譜透射率)，由此可以確定污染物的濃度。然而傳統(tǒng)的比色計(jì)和光度計(jì)在現(xiàn)場是不適合使用的，并且只能提供與顏色相關(guān)的數(shù)據(jù)。
當(dāng)反應(yīng)物是沉淀的細(xì)顆粒物時(shí)，可以用光學(xué)濁度法即光學(xué)散射方法測量樣品。由高濃度污染物造成高濃度沉淀物，增加了光的散射。因此，濁度的數(shù)值對(duì)應(yīng)于污染物濃度的量?；蛘咦匀涣黧w樣品中存在的濁度是一種這種流體樣品質(zhì)量的重要指示。
另一種方法是加入包含熒光指示劑的試劑。熒光試劑與污染的反應(yīng)或者可以增強(qiáng)熒光部分，或者可以猝滅熒光部分。例如，標(biāo)示熒光試劑諾丹明在藍(lán)光激發(fā)時(shí)可以發(fā)生紅色熒光。因此在藍(lán)光透過樣品時(shí)將產(chǎn)生正比于污染物濃度的紅色熒光。測定熒光強(qiáng)度的變化便可以顯示出污染物的濃度。另外，如果藍(lán)色的激發(fā)光是重復(fù)的脈沖光，并在每個(gè)脈沖之后的特定時(shí)間測定熒光強(qiáng)度，則熒光的時(shí)間衰減率可以提供污染物化學(xué)特性的其它信息。
由于上述原因，已經(jīng)開發(fā)出若干系統(tǒng)來測定液體樣品的顏色、濁度或者熒光。傳統(tǒng)的比色計(jì)包括寬帶光源。濾光器可以移進(jìn)和移出光路，以提供不同的波長。濾光器可以用手移動(dòng)或者馬達(dá)移動(dòng)。光管或者透鏡系統(tǒng)可以聚光，并將光射到要測試物體上的點(diǎn)。在這些點(diǎn)上，光在不透明的物體上反射并穿過透明物體，射到接收器。這些接收器例如通常的光電二極管可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以便進(jìn)行隨后處理。為了防止不錯(cuò)誤讀數(shù)，接收器必須與環(huán)境光分離。為了控制環(huán)境，常規(guī)的比色計(jì)只能用在試驗(yàn)室中。
例如，McCarthy的美國專利No.5137364公開一種光譜分析裝置，該裝置裝有發(fā)光二極管(以后稱為LED)和裝在同一底層上的接收器。因此只能反析反射光。Taranowski等的美國專利No.5229841采用許多不同顏色的LED，這些LED按照定時(shí)脈沖運(yùn)行?？梢耘cLED定時(shí)脈沖同步地取樣光二極管的輸出，因此各個(gè)輸出代表各個(gè)顏色的LED信號(hào)。Okamoto的美國專利No.6094272公開一種裝置，該裝置接收整個(gè)反射光，并將該總的反射光量與參考物相關(guān)的數(shù)值進(jìn)行比較?？偟谋容^值用數(shù)字顯示，示出測試樣品和參照樣品之間的匹配程度。Wagner等的美國專利No.6157454公開一種小型比色計(jì)。該小型比色計(jì)包括主體，該主體具有將反射光射到光傳感器的光管、三個(gè)不同的基色光源、顯示屏和檢測鈕。在操作時(shí)，該小型比色計(jì)產(chǎn)生三色數(shù)據(jù)點(diǎn)，該三色數(shù)據(jù)點(diǎn)代表在三基色波長測量的靶子反射率。微處理器分析三色點(diǎn)，并將結(jié)果以各種周知的格式顯示出來。另外，還有若干專利也專門涉及水的測試方法和裝置。Mount等的美國專利No.5618495采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)確定達(dá)到化學(xué)反應(yīng)終點(diǎn)的時(shí)刻，該計(jì)算機(jī)連接于比色計(jì)和其它裝置。Wohlstein等的美國專利No.5691701采用光電檢測器產(chǎn)生的電壓來形成一個(gè)可以表示發(fā)動(dòng)機(jī)油狀態(tài)的比值。如果流體的測試結(jié)果超出預(yù)定允許范圍，則表示這種情況警鈴便將激發(fā)。
許多專利涉及光電檢測物體顏色的具體方面。例如，Taranowski的美國專利No.5303037公開一種顏色檢測計(jì)發(fā)光光源，該光源產(chǎn)生白光，該白光均勻地由射向同一方向的紅光、綠光和藍(lán)光組成。平衡光源的重要性是產(chǎn)生相當(dāng)平衡的顏色輸出數(shù)據(jù)。Ryczek的美國專利No.5471052示出一種輔助光敏器件，該器件可以直接接收光源的光。結(jié)果，可以采用該輔助光敏器件產(chǎn)生的信號(hào)來產(chǎn)生一種閉環(huán)反饋信號(hào)，以調(diào)節(jié)光源的功率輸出。
其它的專利已經(jīng)指出，隨著觀測角度的變化，某些材料顯示不同的顏色。具體是，Ota等的美國專利No.5592294認(rèn)為需要準(zhǔn)確測定觀測角才能得到重視的結(jié)果。為了解決這一問題，Ota等人裝入角度檢測器，該角度檢測器可以控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以便可重復(fù)地設(shè)定在要求的觀測角。
Anderson的美國專利No.5083868公開一種需要的便攜式比色計(jì)。該比色計(jì)裝在一個(gè)可以接收樣品的盒子中。當(dāng)樣品瓶放在小的樣品隔間中時(shí)，將蓋子部件放在槽內(nèi)，由此可以防止外面光的干擾。Paoli等的美國專利No.5872361公開一種便攜式的濁度計(jì)，該濁度計(jì)在樣品器皿和光學(xué)檢測器之間具有非成像的光學(xué)聚光器。利用蓋子來減小環(huán)境光對(duì)讀數(shù)的影響。Cooper等的美國專利No.5604590公開一種測量濁度裝置，這裝置可以測量高度渾濁的水，例如渾濁為10000NTU的水。該測量濁度的裝置具有一個(gè)光源和四個(gè)檢測器。該檢測器可以接收背散射光、前散射光、90°散射光和透射光。
另外，若干專利涉及只用于測定液體光透過率的裝置。Kuan的美國專利No.5696592說明一種浸在要測量液體中的光導(dǎo)纖維和液密光傳感器。當(dāng)光源照明光導(dǎo)纖維時(shí)，該光傳感器將產(chǎn)生代表測試液體光透過率的信號(hào)。Lilienfeld的美國專利No.6055052涉及用于檢測空氣浮懸顆粒物的系統(tǒng)，Lilienfeld提出一種需要的便攜式裝置，該裝置能夠適時(shí)地遠(yuǎn)距離測試大氣空氣質(zhì)量。上述各個(gè)美國專利作為參考包含在本說明中。
盡管已公開上述專利，但是在水測試方面的已知先有技術(shù)系統(tǒng)和方法中，仍存在各種各樣的問題。很多系統(tǒng)需要很長時(shí)間的樣品處理，并且需要將樣品送到試驗(yàn)室進(jìn)行分析。或者，現(xiàn)場分析由于人為誤差經(jīng)常不能得到一致的結(jié)果。另外，先有技術(shù)裝置特別是便攜式現(xiàn)場用裝置只能得到有限的結(jié)果。在過去提供的能夠準(zhǔn)確和穩(wěn)定地顯示污染物濃度的裝置不管放在何處遠(yuǎn)不是經(jīng)濟(jì)的。因此需要一種改進(jìn)的水測試裝置和方法，這些裝置和方法能夠有效地準(zhǔn)確地測試至少一種參數(shù)，最好能夠測試各種應(yīng)用和操作條件的許多參數(shù)。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種能夠在環(huán)境光條件下用光學(xué)方法測試物質(zhì)特性的方法和裝置，其中該裝置包括形成樣品室和軸線的半透明壁。該半透明壁包含要測量的物質(zhì)。光輻射源例如LED或者其它光源靠近樣品室，并發(fā)射不同于環(huán)境光的調(diào)制輻射光，因?yàn)樵撦椛涫鞘艿秸{(diào)制。在穿過樣品室以后，該輻射由檢測器接收，該檢測器配在樣品室軸線附近，與輻射源分開一定角度。該檢測產(chǎn)生代表射在檢測器上輻射光強(qiáng)度的輸出信號(hào)?？刂破髌饎?dòng)輻射源和檢測器，并處理調(diào)制的輸出信號(hào)，并顯示在顯示器上。
本發(fā)明還涉及一種測量物質(zhì)特性的裝置和方法，其中該裝置包括用于接收物質(zhì)樣品的樣品室，信號(hào)發(fā)生器具有靠近樣品室的輻射源。該輻射源發(fā)射輻射光，該輻射光經(jīng)樣品室射到信號(hào)發(fā)射器的檢測器上，該檢測器配置在樣品室軸線附近，與輻射源隔開一定角度。該檢測器接收穿過樣品室和其中要測量物質(zhì)后的輻射光。在接收輻射光時(shí)，該檢測器產(chǎn)生代表射在上面輻射光強(qiáng)度的輸出信號(hào)。存貯器貯存由許多不同參考樣品得到的參考測量數(shù)據(jù)，其中各個(gè)參考樣品具有不同的雜質(zhì)濃度。與該存貯器連通的控制器可被操作而接收信號(hào)發(fā)生器樣品室中由雜質(zhì)濃度未知樣品產(chǎn)生的信號(hào)。該控制器自動(dòng)地將此信號(hào)與參考測量值進(jìn)行比較，從而測定樣品中雜質(zhì)的濃度，并輸出代表該濃度的輸出信號(hào)。
本發(fā)明還涉及一種分析細(xì)長樣品顏色和散射光的方法和裝置，該細(xì)長樣品例如為裝在小瓶中的水樣品，其中細(xì)長樣品確定一根軸線。該裝置包括形成第一子午面的第一通道，該通道具有靠近樣品的第一輻射源。該第一輻射源發(fā)射第一輻射光，該光經(jīng)樣品射到第一傳感器上，該傳感器配置在樣品軸線附近，與第一輻射源隔開一定角度。該第一傳感器產(chǎn)生代表射在上面輻射強(qiáng)度的第一輸出信號(hào)。第二通道確定第二子午面，并在該子午面上包括靠近樣品的第二輻射源。該第二輻射源也輻射輻射光，該輻射光經(jīng)樣品射到第二傳感器上，該第二傳感器配置在樣品軸線附近，與第二輻射源分開一定角度，并產(chǎn)生第二輸出信號(hào)。電子線路起動(dòng)各個(gè)通道，并處理由此產(chǎn)生的信號(hào)。這些通道的角距離約45°，以便進(jìn)行顏色測量、透射先測量和45°濁度測量。
本發(fā)明裝置和方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，采用調(diào)制光源，因此可以分離出所產(chǎn)生的信號(hào)。結(jié)果，該裝置和方法可以工作在環(huán)境光中。另外，可以同時(shí)進(jìn)行多元分析，從而比傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)更快地得到結(jié)果。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，簡化了執(zhí)行許多測量的固定部件的配置。結(jié)果可靠性得到保證，并降低分析成本。
下面參考附圖和所附的權(quán)利要求書進(jìn)行說明，由此可以更明顯地看出本發(fā)明裝置和方法的這些和其它獨(dú)特的特征和優(yōu)點(diǎn)。
附圖的簡要說明為了使與所公開的裝置和方法有關(guān)的普通技術(shù)人員容易理解如何利用和使用該裝置和方法，需要參照以下附圖，這些附圖是

圖1是透視圖，示出按本發(fā)明構(gòu)造的用于測量流體樣品光透過率、濁度和熒光的裝置；圖2a是局部透視示意圖，示出按本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的裝置光學(xué)系統(tǒng)，圖中為簡化起見，僅示出3個(gè)預(yù)定子午面中兩個(gè)面；圖2b是一個(gè)子午面的局部示意側(cè)視圖，示出按本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)的裝置其3個(gè)LED的主光路；圖2c是一個(gè)子午面的局部示意頂視圖，示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例裝置的一個(gè)LED的主光路和最外側(cè)光路；圖3是按本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成的裝置的光學(xué)系統(tǒng)和電子線路；圖4是局部示意頂視圖，示出按本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例形成的裝置的光學(xué)系統(tǒng)；圖5是局部示意頂視圖，示出按本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于測量散射光的光學(xué)系統(tǒng)；圖6a是透視圖，示出本發(fā)明用于測量流體樣品光透過率、濁度和熒光的另一裝置，該流體樣品在透明的管中流動(dòng)；圖6b是沿圖6a的線A-A截取的橫截圖；圖7a是透視圖，示出本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的樣品小瓶；圖7b是橫截圖，示出圖7a所示樣品小瓶的底部；圖7c是底部平面圖，示出圖7a所示小瓶的底部。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明本發(fā)明克服了許多與水測試裝置和方法相關(guān)的先有技術(shù)中的問題。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明某些實(shí)施例，從這些說明中，普通技術(shù)人員將明顯看出所公開裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)和其它特征，這些附圖示出本發(fā)明的代表性實(shí)施例，其中相同的參考編號(hào)表示相同的結(jié)構(gòu)部件。
參考圖1，多軸線光度檢測裝置100包括盒子110，該盒子用于保護(hù)和配置裝在其中的光學(xué)部件；操作者顯示許多測量結(jié)果的顯示器112；操作者輸入信息的鍵盤114。該盒子110具有用于接收細(xì)長樣品小瓶130的凹槽116，該小瓶形成可以接收待測試樣品的樣品室。如下面說明的，該凹槽116可以正確地將樣品小瓶130配置在光路中，以便進(jìn)行分析，在盒子110中還形成連接計(jì)算機(jī)(未示出)的插口118以及使內(nèi)部電池121(見圖3)充電的插座120。如有關(guān)普通技術(shù)人員周知的那樣，該插口118最好是USB、IEEE1394型插口等。
裝置100最好是不透水的，以便增加其可靠性。在盒子110中配置光學(xué)系統(tǒng)和電子線路，在現(xiàn)在的優(yōu)選實(shí)施例中，該光學(xué)系統(tǒng)和電子線路是LED和光致電壓檢測器(以后稱為PVD)。應(yīng)當(dāng)想象到，可以應(yīng)用許多光學(xué)和電器部件來完成要求的裝置操作性能。例如可以用半導(dǎo)體激光器代替LED，并用光敏場效應(yīng)晶體管(或者雪崩式光電二極管)代替PVD，但不限于此。應(yīng)當(dāng)預(yù)計(jì)到，可以采用模擬和數(shù)字信號(hào)處理電子器件的任何有效聯(lián)合裝置作電器部件。減少活動(dòng)部件的數(shù)目可以增加可靠性。如下面詳細(xì)說明的多軸線、多光源和多檢測器的裝置100可以通過電路切換進(jìn)行選擇性操作，以執(zhí)行多種測試。
該樣品小瓶130最好是薄壁的目視透明的或者半透明的廣口形狀的無散射閃爍的有蓋瓶。在優(yōu)選實(shí)施例中，該樣品小瓶130由透明玻璃或者塑料筒形成，其高度約為2英寸，其直徑約為1英寸。結(jié)果，樣品小瓶130可以折射穿過小瓶的光。樣品小瓶130中的介質(zhì)也與穿過樣品小瓶的光發(fā)生相互作用。還應(yīng)當(dāng)預(yù)計(jì)到，該樣品小瓶130可以是方形的，長方形的，橢圓形或者許多其它的形狀，如普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后所預(yù)見到的。
樣品小瓶130具有帶凸片的可以擰上的塑料蓋132。該蓋子132最好具有凸片部分133，以便可以貼標(biāo)簽，在打濕時(shí)作擰緊的把手，方便用手操作。在一個(gè)實(shí)施例中，配置樣品小瓶130，使得避免與前一檢測發(fā)生交叉污染。該樣品小瓶130最好具有充滿線131，以便顯示所需要的樣品量。如普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后所預(yù)計(jì)到的，樣品小瓶130的尺寸、結(jié)構(gòu)材料和形狀，或者構(gòu)成所公開樣品室的其它結(jié)構(gòu)件僅僅是例示性的，可以根據(jù)具體應(yīng)用的裝置按要求改變，或者隨意改變。
在操作中，樣品小瓶130充滿測試流體并放置在儀器100的凹槽116內(nèi)。例如，測試流體可以是飲用水源流出的水樣品。在優(yōu)選實(shí)施例中，樣品小瓶130起達(dá)到裝置所必需的樣品容器和光學(xué)折射元件兩層作用。在優(yōu)選實(shí)施例中，所有其它硬件和軟件均永久地裝在盒子110的其余部分，任何化學(xué)/濁度測試的特別指令通過盒子110的鍵盤114輸入。操作者可以用鍵盤114選擇適當(dāng)?shù)臏y試?yán)珙伾珳y試、濁度測試和/或者熒光測試，但是沒有任何限制，如下面詳細(xì)說明的。該裝置100分析測試流體，而顯示器112顯示測試結(jié)果。
下面參考圖2a，為簡便起見，圖中僅示出子午面154b和154c。樣品小瓶130在放到凹槽116中時(shí)，位于許多LED150和PVD152之間。在一個(gè)實(shí)施例中，配置9個(gè)LED150，使得從這些LED發(fā)射的主光線151形成3個(gè)穿過樣品小瓶130中心軸Z的子午面154，這些主光線匯聚在其相應(yīng)PVD152的中心點(diǎn)。選擇和配置LED150和PVD152，形成許多圍繞樣品室軸線Z的確定子午面154a-c。LED150沿向前方向發(fā)射光線，但是除由樣品小瓶130進(jìn)行的折射聚焦之外，完全不需要另外控制發(fā)射光錐角，LED150最好為視角相當(dāng)小的LED。如圖所示，LED150和PVD152中的各個(gè)部件位于確定的固定軸上，而子午面154a-c穿過最好包含為圓筒形樣品小瓶的軸Z。如下面說明的，通過用純水樣品調(diào)零，便可以自動(dòng)考慮到任何角度的影響。在本發(fā)明的現(xiàn)在優(yōu)選實(shí)施例中，3個(gè)確定的子午面154a-c(或者“通道”)提供總共9個(gè)不同的波長帶，這些波長帶分布在液體光吸收的近紫外區(qū)、可見區(qū)和近紅外區(qū)。得到的透射光度測量的靈敏度和精確度超過人眼的靈敏度和精確度，并使化學(xué)測試的應(yīng)用性超過經(jīng)典的目視顏色測定。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇直徑約為5mm的高亮度的LED。光的顏色可以是藍(lán)色(波長為430nm的峰發(fā)射)，綠色(波長為565nm)、紅色(波長為660nm)、近紅外(880或者940nm)和白色。但不是限制性的。白色LED最好是Chicago Miniature Lamp公司的CMD333UWC型號(hào)的LED。技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后可以明顯看出，還可以選擇其它的LED、PVD以及其它的光源和檢測器，包括這種光源和檢測器的波長和配置。
最好選擇各個(gè)LED的發(fā)射錐角、樣品小瓶130的折射率以及各個(gè)PVD152的寬度，以便使它們聯(lián)合起來，將整個(gè)光錐捕集在相應(yīng)的PVD內(nèi)。由各個(gè)LED150發(fā)射的光的圓錐角在穿過樣品小瓶130時(shí)，可以形變?yōu)闄E圓形狀。因此需要長方形的PVD來捕獲所有光。在優(yōu)選實(shí)施例中，各個(gè)LED150是高亮度的Tl3/4LED，該LED與樣品小瓶130分開約5mm。各個(gè)LED發(fā)射向前的圓錐，該圓錐其視角最好小于約30°，在此光線圓錐內(nèi)的發(fā)射光基本上是均勻分布的。各個(gè)PVD152具有約20×40mm的長方形有效區(qū)域?？梢杂肦adio Shack公司的型號(hào)為#276-124A的PVD。各個(gè)PVD放置在距樣品小瓶130約19mm的位置，以便接收由相應(yīng)LED的向前圓錐光束。在另一實(shí)施例中，可以用面積約為20×20mm的PVD，并在LDE和樣品小瓶130之間的5mm空間內(nèi)，在各個(gè)LED150的前面放置小的柱面透鏡(水平軸，未示出)。該柱面透鏡使擴(kuò)散的垂直光束射在20mm高的PVD或者其它傳感器上?？梢圆捎霉庵码妷盒偷腜VD152，以確保對(duì)輸入信號(hào)的線性響應(yīng)、完全不產(chǎn)生暗電流以及使裝置100工作溫度的影響減到最小。如有關(guān)普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后看到的，這種尺寸和角度僅僅是例示性的，可以隨意改變，或者按要求改變。
光學(xué)系統(tǒng)最好在結(jié)構(gòu)上是簡單的，不要求任何嚴(yán)格的公差，如圖所示。為了有助于減輕重量和LED150在各個(gè)子午面154中的自準(zhǔn)直，可以加工或者模制金屬板或者塑料板(未示出)，以使LED固定就會(huì)。在另一實(shí)施例中，可以將透明玻璃等做透明罩或者半透明罩(未示出)用環(huán)氧樹脂或者其它方法固定在LED150和/或者PVD152上，以防水和聚集灰塵。在另一實(shí)施例中，可以將Wratten透藍(lán)光的濾光器(未示出)粘接在子午面中一個(gè)子午面上的發(fā)藍(lán)光的LED上，這樣不僅可以增加透明性而且可以增加測量期間的信噪比。如下面要說明的，裝置100包括微控制器174(圖3示出)，該微控制器可以用有關(guān)技術(shù)人員周知的方式編制程序，以控制各種切換方式。在裝置100中的唯一活動(dòng)部件最好是用手插入的樣品小瓶130。
在另一實(shí)施例中，以八角形布置方式(未示出)配置4個(gè)PVD152。在八角形布置中，4個(gè)LED通道和4個(gè)PVD152使得可以同時(shí)用12個(gè)不同的LED150來進(jìn)行光度測量、透射率測量以及濁度或者色度測量?？梢灶A(yù)見到，如果需要，可以用小的干涉濾光片(未示出)，放在某些LED的前面，由此使光譜通道變銳。4個(gè)PVD152中的各個(gè)PVD約為20×40mm，然而如有關(guān)技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后可以看到的，這些尺寸僅僅是例示性的，它們可以隨意改變或者按照需要改變。
下面參考圖2b和2c，為簡單起見，圖中只示出一個(gè)子午面154。如圖所示，該子午154位于由直角坐標(biāo)系統(tǒng)的軸X和Y確定的平面內(nèi)。技術(shù)人員可以看出，所示的子午面154可以代表子午面154a0c中任何一個(gè)面的構(gòu)形，而且其Z軸可以在任何空間方向。對(duì)于優(yōu)先實(shí)施例的有蓋的樣品小瓶130，形成Z軸的最合理方向是近似垂直向上的方向。對(duì)于其它實(shí)施例，例如用石英管作的或者其它透明和半透明管子作的流過流體樣品的小瓶或者樣品室，對(duì)于其長度和Z軸的取向沒有任何實(shí)際限制。在圖2c所示的另一實(shí)施例中，可以配置扁平的玻璃光束分束器157和小的參考光電池159，以便在需要和要求這種參考時(shí)，連續(xù)地監(jiān)測LED的輸出光強(qiáng)，并反饋，以校正LED的變化。
如圖2b所示，LED150與圖中樣品小瓶130左邊玻璃壁沿X軸線分開距離“S1”，并且沿Z軸彼此分開小距離“h1”。在子午面154上的各個(gè)LED的主光線151沿Z軸交于相應(yīng)PVD152的中心部分。PVD152的取向近似垂直于子午面154的中心軸，并沿X軸方向與圖中樣品小瓶130分開距離“S3”。如圖2b和2c所示，例示性的PVD152高度H和寬度W，并可以順序或者同時(shí)接收來自相應(yīng)子午面LED中任何一個(gè)或者所有LED的光線。如果兩個(gè)或者多個(gè)LED同時(shí)發(fā)光，則各個(gè)光源最好進(jìn)行頻率調(diào)制，或者進(jìn)行所需的其它調(diào)制(例如相位調(diào)制或者波幅調(diào)制)，使得微處理器174的軟件可以分析各個(gè)PVD數(shù)字信號(hào)，并可將來自各個(gè)LED發(fā)射的分量分開，如下面說明的。例如在現(xiàn)在的優(yōu)選實(shí)施例中，各個(gè)LED或者其它光源頻率近似調(diào)制為如下f1＝1613Hz，f2＝1099Hz，f3＝676Hz。
參照?qǐng)D2b，例示性的PVD152的高度H由相應(yīng)LED150發(fā)射的已由裝滿水和其它流體樣品小瓶在子午面154上折射的光錐垂直擴(kuò)散光束確定，。如圖2c所示，例示性PVD152的寬度W由在LED向前光錐半角η(即LED150常規(guī)視角的一半)內(nèi)發(fā)射的最外側(cè)光線153在X-Y平面內(nèi)的折射確定。
3個(gè)子午面154最好圍繞優(yōu)選圓筒形樣品小瓶130的中心軸線按八角形分開(即分開約45°)。為簡便起見，圖2a僅示出兩個(gè)子午面154b-c。各個(gè)子午面154最好包括許多不同峰值波長的LED150和一個(gè)PVD152。因此，優(yōu)選實(shí)施例的裝置100具有9個(gè)波帶明顯差別的LED150和3個(gè)獨(dú)立的大面積PVD152。如有關(guān)技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后可以想象的，取決于所進(jìn)行的測量，可以采用或多或少數(shù)目的子午面，而每個(gè)子午面具有或多或小數(shù)目的LED。如果按比例增大或者縮小樣品小瓶130的直徑，則光學(xué)設(shè)計(jì)將要求特別改變S1和S3(見圖2b)，使得PVD的寬度W受到限制(見圖2c)，以避免相鄰PVD重疊。在優(yōu)選實(shí)施例的理論設(shè)計(jì)和測試中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在樣品小瓶130的直徑S2約為25.4mm時(shí)，對(duì)于視角2η小于或等于約24°的LED，系統(tǒng)中的有效尺寸是S1大于約5mm，而小于約10mm，而S3約為15mm，W×S等于約20×40mm，這些尺寸是共用的PVD尺寸。然而如相關(guān)技術(shù)人員在閱讀本文后可以看到的，這些尺寸和角度中的任何一個(gè)量可以隨意或者按要求改變。
下面參考圖3，當(dāng)3個(gè)子午面154a-c形成八角開構(gòu)形時(shí)最好在子午面154a上應(yīng)用桔黃、紅色和近紅外LED150a的一套LED，而在子午面154c上采用藍(lán)色LED150c，使得互補(bǔ)的通過長波長的濾光器178和通過短波長的濾光器176分別配置在相應(yīng)PVD152a和152c的前方，以減少裝置中的雜散光。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用Wratten明膠濾光器#25和#47分別作通過長波和通過短波的濾光器是令人滿意的。在優(yōu)選實(shí)施例中，在子午面154b上采用黃光和綠光LED150b的兩個(gè)一套LED。
在圖3所示的實(shí)施例中，許多振蕩器170a-c可分別轉(zhuǎn)接到7個(gè)LED150a-c。在起動(dòng)時(shí)，電池121向振蕩器提供電流，各個(gè)振蕩器170最好產(chǎn)生特殊頻率的方波。在切換電路區(qū)域172內(nèi)的切換電路接收振蕩器輸出，并根據(jù)操作者要求的具體分析確定那一個(gè)LED發(fā)光，如下面詳細(xì)說明的。作為例示性目的，在切換電路區(qū)域172中示出簡化的切換圖。關(guān)于電子切換技術(shù)的技術(shù)人員可以明顯看出，具體的切換電路不限于所示的簡化方式，而且可以考慮超出所示方式的許多聯(lián)合切換方式。采用與手動(dòng)切換不同的電子切換方式可以快速地進(jìn)行順序輸出，這種順序讀出只受到相關(guān)前級(jí)放大器180a-c、放大器188a-c和顯示112的選擇時(shí)間的限制。微控制器174可以發(fā)出指令，起動(dòng)振蕩器和相關(guān)的切換電路。微控制器174具有微處理器184和操作上連接于該處理器的存貯器186。相關(guān)技術(shù)人員可以看出，微處理器174可以直接發(fā)生LED150所用的調(diào)制頻率。此時(shí)可以去掉模擬振蕩器170。
再參考圖3，7個(gè)LED150具有不同顏色。7個(gè)LED最好由在子午面154c中的淺藍(lán)色(B+)和深藍(lán)色(B)LED150c、在子午面154b內(nèi)的黃色(Y)和綠色(G)LED150b和在子午面154a中的紅色(R)、桔黃色(O)和紅外LED150a組成。LED150發(fā)射的光穿過樣品小瓶130。在樣品小瓶130內(nèi)，該光線被折射，并且如果存在渾濁則發(fā)生光散射，如上面對(duì)于圖2a、2b和2c所作的說明?？梢灶A(yù)見到，PVD152中的兩個(gè)PVD將接受已濾波的光。在優(yōu)選實(shí)施例中，以及如上所述，在子午面154c上的PVD152a具有與其相關(guān)的阻擋紅光的濾光器176(例如Wratten#47)，而PVD152a具有與其相關(guān)的阻擋藍(lán)光至綠光的濾光器178(例如Wratten#25)。采用光學(xué)濾光器有助于可靠地將平均熒光發(fā)射強(qiáng)度與散射強(qiáng)度分開。再用脈沖激發(fā)或者時(shí)間遲延閘門方法檢測熒光的情況下可以省去物理濾光器。
當(dāng)PVD152a-c將光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)，得到的電信號(hào)也被調(diào)制在一個(gè)頻率，該頻率與向相應(yīng)LED150a施加電源的振蕩器170a-c的頻率相同。這種調(diào)制不僅可以使信號(hào)與環(huán)境光分開，而且這種分離可以自動(dòng)地消除太陽光或者室內(nèi)光對(duì)儀器操作性能的任何影響，而且如果在同一時(shí)間觸發(fā)一個(gè)以上的LED，則還可以將一個(gè)LED的信號(hào)與其它LED產(chǎn)生的信號(hào)分開。
在優(yōu)選實(shí)施例中，許多前級(jí)放大器180a-c中的一個(gè)前級(jí)放大器可以放大由相應(yīng)PVD152a-c產(chǎn)生的各個(gè)信號(hào)。微控制器174通過控制切換區(qū)域182中一種有關(guān)普通技術(shù)人員周知的附加切換電路可以確定前級(jí)放大180a-c的起動(dòng)時(shí)刻和起動(dòng)時(shí)間長度。放大的信號(hào)可以根據(jù)操作者需要求的具體分析由切換電路182可變地傳送到求和放大器184，如下面詳細(xì)說明的。無論那一個(gè)前級(jí)放大器180a-c接通，相應(yīng)的信號(hào)便送到求和放大器184。許多放大器188a-c分別調(diào)諧到相應(yīng)的調(diào)制頻率，以便接收放大的信號(hào)。該調(diào)諧放大器188a-c還進(jìn)一步放大頻率在振蕩器170a-c調(diào)制頻率的那部分信號(hào)，同時(shí)剔除出或者抑制其它的頻率。調(diào)諧放大器188a-c的輸出由微控制器174處理，并送到顯示器112，以便操作者觀看?？梢灶A(yù)見到，顯示器112可以是LCD顯示屏、打印機(jī)、計(jì)數(shù)器、analong needle gauge等，如技術(shù)人員周知的。調(diào)諧放大器188a-c輸出還可以作為信息貯存在存貯器186中。貯存在存貯器186中的軟件可以向微處理器184發(fā)出指令，處理特定的測試數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)和/或者結(jié)果最好經(jīng)插口118傳送到外面的計(jì)算機(jī)(未示出)，以便進(jìn)一步分析和定期的長期存貯。在另一實(shí)施例中，與裝置100模擬表示法相差的前級(jí)放大、切換、求和以及頻率選擇性放大的上述順序可以在前級(jí)放大后在任何一點(diǎn)用許多另外的信號(hào)數(shù)字處理數(shù)字方法替代。例如，可以用開關(guān)電容器濾波、數(shù)字軟件濾波器、同步解調(diào)器等來直接從PVD前級(jí)放大器180a-c的輸出中取出信號(hào)。微處理器切換的靈活性使得可以測量由任何一個(gè)LED調(diào)制發(fā)射光產(chǎn)生的任何PVD輸出。
下面參照?qǐng)D4，圖4是頂視平面圖，示出另一實(shí)施例裝置100的光學(xué)器件，為簡單起見，該器件包括3個(gè)LED150a-c和3個(gè)PVD152a-c，它們分別位于八角形8個(gè)位置中的6個(gè)位置上。PVD152可以測量在其相應(yīng)子午面154a-c中的樣品的光透過率，并通過適當(dāng)切換，測量由渾濁液體散射的光，即測量濁度。選擇性的第四PVD152d與PVD152c分開約22.5°第四PVD152d可以另外收集在樣品小瓶130中散射的光。在此實(shí)施例中，在子午面154a和154c中的保護(hù)性彩色濾光器已被省去，從而可以對(duì)子午面154a-c上許多LED中的任何一個(gè)向PVD152a-d的散射光進(jìn)行散射測量。技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后可以容易地可以預(yù)見到，許多結(jié)構(gòu)可以完成上述的測量。
當(dāng)用數(shù)字化的或者模擬部件的任何要求聯(lián)合裝置執(zhí)行前級(jí)放大后的調(diào)制信號(hào)測量時(shí)，為了增加裝置100的準(zhǔn)確度，最好盡量減少雜散光。這種不需要的雜散光起源于LED150射到視角錐外面的弱輻射、進(jìn)入樣品小瓶130時(shí)的表面反射、由裝在玻璃小瓶130中的液體或者流體中的氣泡和/或者顆粒物產(chǎn)生的散射光、在射出樣品小瓶130時(shí)，內(nèi)部反射光和/或者在PVD152表面上的反射和散射光。在3個(gè)子午面中采用LED的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，降低了雜散光的影響，如圖3的配置所示。在光學(xué)系統(tǒng)的LED和PVD側(cè)面之間的無用子午面的空的空間中加上如圖4a虛線所示的黑體吸收部件109a和109b可以進(jìn)一步降低雜散光。如圖所示，在相鄰LED之間的黑體吸收件可以伸到基本上鄰接樣品小瓶130。
為了進(jìn)一步增加裝置100的準(zhǔn)確度，需要定期校正。為了進(jìn)行定期校正，密封樣品小瓶130，瓶中裝有沒有氣泡的純水(調(diào)零瓶)。將該調(diào)零瓶插入到裝置100中，檢驗(yàn)和重新調(diào)整在存貯器180中裝置的純水光透過率和任何直接的或散射的雜散光強(qiáng)度。在使用時(shí)間和使用現(xiàn)場重新設(shè)定所貯存基線水平可以校正儀器環(huán)境操作溫度的波動(dòng)和部件的老化，如果發(fā)生某些誤操作或者與工廠設(shè)定的基線水平有重大差別，則會(huì)通知操作者。從樣品濁度測量值中減去貯存在存貯器186中的純水散射的雜散光值，便可以確定真正的濁度。同樣，在計(jì)算樣品小瓶130中測試流體的光透過率時(shí)，可以用各個(gè)LED貯存在存貯器186中凈光透過率信號(hào)作除數(shù)。
操作在操作中，在裝置100中一般裝入標(biāo)準(zhǔn)校正數(shù)據(jù)。在另一實(shí)施例中，儀器100執(zhí)行一系列的試驗(yàn)室測定，以便得到供貯存的獨(dú)特校正數(shù)據(jù)。還可以預(yù)見到，該裝置可以不需要貯存的校正數(shù)據(jù)，在野外產(chǎn)生的參考數(shù)據(jù)也足以執(zhí)行所需要的分析。在使用裝置100期間，操作者將樣品小瓶130插入凹槽116。在具體分析時(shí)，一個(gè)樣品小瓶可以裝入無氣泡的純水，以進(jìn)行周期性的零點(diǎn)校正，而其它的樣品小瓶130可以裝入沒有改變的現(xiàn)場樣品，或者加入試劑的現(xiàn)場樣品，其中需要用不同物質(zhì)產(chǎn)生的若干讀數(shù)來進(jìn)行特定分析。操作者可以通過鍵盤114選擇需要的分析和起動(dòng)分析過程。微控制器174起動(dòng)需要的LED150a-c和PVD152a-c，并在選出分析需要時(shí)，經(jīng)顯示器112向操作者發(fā)出指令。如果需要，在適當(dāng)時(shí)間根據(jù)顯示器112的顯示，操作者用手插入適當(dāng)充滿的樣品小瓶130。電子線路包括放大器和微處理器，但不限于此，該電子線路處理由讀出器產(chǎn)生的信號(hào)，并在顯示器112上向操作者顯示結(jié)果，然后將結(jié)果貯存在存貯器186中，以便以后經(jīng)插口118下載到外部裝置上。如果裝置100電池用完，操作者可以經(jīng)插座120再充電內(nèi)部電池，如有關(guān)技術(shù)人員周知的。
測量顏色變化再參考圖3和4，直接穿過樣品小瓶130的光吸收提供了顏色變化的數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，顏色是一種心理感覺，因此光學(xué)電子裝置不能得到這種測量結(jié)果。然而為簡便起見，可采用術(shù)語“顏色”一詞來指本文所公開的多波長光度測量值。因此，與看到流體的目視顏色完全沒有關(guān)系，而是在特定波長測得的吸光光度值。
為了得到裝置100的基線，需要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行準(zhǔn)確光譜測量。將結(jié)果貯存在存貯器186中，以便與調(diào)諧放大器180a-c輸出中的數(shù)字化數(shù)據(jù)聯(lián)用(見圖3)。如果需要用試劑來產(chǎn)生顏色變化，則裝置100最好帶有一套試劑，這套試劑包括各種需要的化合物和試劑。
如果需要將試劑加入到樣品中以達(dá)到顏色變化，則可以預(yù)見到，需要兩個(gè)樣品。一個(gè)樣品提供基線的“自然顏色”參考，而第二個(gè)樣品中加入的試劑。應(yīng)當(dāng)基本上按照同一過程(但加入試劑除外)測量各個(gè)樣品。
對(duì)于很多顏色測量，只需要采用紅色、綠色和藍(lán)+色LED150。在一個(gè)實(shí)施例中，紅色、綠色和藍(lán)+色LED分別是如圖4所示的LED150a-c。這3個(gè)LED分別調(diào)制在不同頻率。由于3種光束穿過樣品小瓶130，所以紅色、藍(lán)+色和綠色讀數(shù)輸出到表示樣品顏色結(jié)果的顯示器112。對(duì)于不太精密的顏色測試，不需要超過3個(gè)不同的顏色通道。例如，帶藍(lán)色的樣品只需要用紅色通道的顏色分析。對(duì)于更精密的測試，可以采用高到12個(gè)不同顏色LED的任何子組合來進(jìn)行顏色分析，例如，在八角形結(jié)構(gòu)中，這些LED同時(shí)可操作在不同的調(diào)制頻率，或者順序地操作在一個(gè)調(diào)制頻率。
在另一實(shí)施例中，裝置100表示預(yù)定雜質(zhì)的濃度。該濃度是將現(xiàn)場樣品的數(shù)據(jù)與貯存在存貯器186中的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行比較得到的。在優(yōu)選實(shí)施例中，貯存的數(shù)據(jù)代表半對(duì)數(shù)比爾定律的曲線。皮爾定律曲線是這樣得到的，測量各種濃度溶液的透射光信號(hào)(T)，但不改變光程長度或者波長，然后用該T除以在同一光程長度和波長條件下測定純水樣品得到的透射光信號(hào)(T0)。該比值的對(duì)數(shù)隨濃度的變化曲線變即為比爾定律曲線。直線的比爾定律曲線表示對(duì)這種溶液，在測定波長下，比爾-蘭貝爾特關(guān)系成立，并且可以采用比爾定律曲線來測定未知溶液的濃度，用數(shù)學(xué)符號(hào)寫，比爾-蘭貝爾特關(guān)系是T/T0＝10-A，在這種情況下，A＝εbc，其中A是吸光系數(shù)，ε是摩爾濃度，b是光程長度，c是溶液中化合物濃度。貯存的數(shù)據(jù)點(diǎn)最好是在可控的條件下，在實(shí)驗(yàn)室中通過用裝置100測量若干雜質(zhì)濃度已知的樣品而得到，在得到現(xiàn)場樣品的吸光度或者透光率結(jié)果以后，將貯存的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場樣品的數(shù)據(jù)相比較便可以得到相應(yīng)的雜質(zhì)濃度。其方法是有關(guān)技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后周知的方法。例如，微控制器174分別選擇高于或低于現(xiàn)場樣品數(shù)據(jù)的第一和第二數(shù)據(jù)點(diǎn)。然后根據(jù)現(xiàn)場樣品的數(shù)據(jù)以及第一和第二數(shù)據(jù)點(diǎn)，微控制器用數(shù)學(xué)內(nèi)差法得到現(xiàn)場樣品的雜質(zhì)濃度。
技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)看到，如果現(xiàn)場樣品的天然顏色具有不希望的渾濁或者顏色，可以用自然顏色的樣品作調(diào)節(jié)器零點(diǎn)參考樣品，以便進(jìn)一步提高濃度分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。在另一個(gè)實(shí)施例中，為了進(jìn)一步增加濃度分析的可靠性，可以將多種色度與相應(yīng)的若干組貯存數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，因此一種色度結(jié)果將驗(yàn)證其它色度結(jié)果。
散射光和濁度測量圖5示出進(jìn)行濁度測量的部件的現(xiàn)在優(yōu)選結(jié)構(gòu)，可以看到，這種結(jié)構(gòu)包含一部分與圖3和圖4所示部件相同的部件，這些部件處于同樣的相對(duì)位置。開關(guān)電路可以按照微處理器的控制進(jìn)行切換，從而以有關(guān)普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后已知的方式實(shí)現(xiàn)選出的濁度測量。濁度數(shù)據(jù)最好用約45°左右散射的45°散射光得到。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過激發(fā)藍(lán)+光LED150c測量藍(lán)色濁度，如技術(shù)人員可以看出的，這種裝置100可以包括其它部件，這種部件為簡化起見在圖中未示出。例如，這種部件可以處理信號(hào)，并有助于進(jìn)行其它測量，如下面說明的。當(dāng)藍(lán)+LED150c的光線穿過樣品小瓶130時(shí)，一部分光便被散射，并射到相鄰?fù)ǖ赖腜VD152b上。PVD152b沒有任何彩色濾過器，所以這種散射將產(chǎn)生調(diào)制在藍(lán)光頻率的信號(hào)。放大器188(見圖3)調(diào)諧到該藍(lán)光頻率。在放大PVD152a的信號(hào)而首先測量樣品透光率之后，放大器188然后切換到只放大PVD152b的信號(hào)，該信號(hào)的強(qiáng)度正比于45°濁度。結(jié)果，裝置100將代表樣品濁度結(jié)果顯示在顯示器112上。
再參考圖5，也可以測量近紅外發(fā)射濁度。LED150a最好是調(diào)制光源，發(fā)射近紅外光，而PVD152a是透射光檢測器，未濾光的PVD152b是用于檢測偏離軸線約45°散射的近紅外光的檢測器。因?yàn)闄z測水濁度的國際流行方法現(xiàn)在規(guī)定，在某些情況下，采用860nm近紅外光，而在其它情況下采用長波藍(lán)光，所以操作者可以用沒有任何活動(dòng)部件的同一裝置100測量兩種濁度，并可以避免可能的操作誤差。在另一實(shí)施例中，如圖4所示，配置第四和/或者第五PVD(未示出)可以分別接收子午面154a和154b的22.5°散射光，以便進(jìn)行相應(yīng)濁度測量。
對(duì)于測量，特別是對(duì)濁度測量，調(diào)零方法和潔凈度是很重要，因?yàn)闅馀?、纖維屑、雜質(zhì)等可能會(huì)造成過度的散射，這樣又會(huì)影響結(jié)果。在優(yōu)選實(shí)施例中，為了有效和準(zhǔn)確進(jìn)行濁度測量，技術(shù)人員必須按照以下方法進(jìn)行1.用鍵盤114，從顯示器112上顯示的測量目錄中選擇濁度測量；2.進(jìn)行定期調(diào)零，以便得到和貯存具體濁度測試中所用所有成份的凈水透光率和雜散光信號(hào)。如果需要，清潔和沖洗樣品小瓶130。另外，檢查是否存在影響濁度測試的可能原因，例如檢查是否存在附著于內(nèi)部玻璃壁和/或者樣品室水界面上的小氣泡，但不限于空氣泡；3.在樣品小瓶130中充滿要測量的水樣品。檢查充滿樣品的小瓶130，看是否存在影響濁度測量的可能雜物，和前一步驟相同；4.將樣品小瓶130插入裝置100；5.在鍵盤114上按下適當(dāng)按鈕，起動(dòng)測量，并在顯示器112上讀出需要的結(jié)果。
如果需要加入試劑，以便在樣品中形成顆粒物的散射，則需要進(jìn)行另外的步驟。額外的樣品小瓶130應(yīng)該用樣品充滿并密封。既使不加入試劑，也應(yīng)當(dāng)處理該額外的樣品小瓶，即，完全與加有試劑的樣品小瓶130一樣進(jìn)行搖動(dòng)，并記下基線數(shù)據(jù)，以便計(jì)算原來樣品中存在的自然濁度。采用這種同樣搖動(dòng)過的參考樣品，控制微控制器174可以在數(shù)學(xué)上減去在樣品內(nèi)發(fā)生的沉降和加工影響，其方式是相關(guān)普通技術(shù)人員周知的，從而可以得到真正的濁度結(jié)果。
熒光測量再參考圖5，可以采用直接的近似90°發(fā)射光測量熒光。在一個(gè)實(shí)施例中，沿著LED150c的藍(lán)色通道進(jìn)行激發(fā)。子午面的PVD152c表示樣品小瓶130中包含透明水時(shí)的藍(lán)色LED強(qiáng)度、在樣品室包含自然顏色水樣品時(shí)的自然液體透光率以及樣品小瓶130包含與熒光試劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后的自然水樣品時(shí)的反應(yīng)后液體透光率。當(dāng)熒光反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)射紅光時(shí)，由PVD152c產(chǎn)生的信號(hào)指示透過樣品小瓶130的藍(lán)激發(fā)光的信號(hào)，因?yàn)榧t光由配置在PVD152c前方的過濾器176擋住。用PVD152a測量紅熒光，該P(yáng)VD152a與激發(fā)藍(lán)光形成約90°角，因?yàn)榧t色熒光可以透過位于PVD152a前方的濾光器178。在裝置中除開藍(lán)+LED150c以外的所有LED均被關(guān)掉，以降低信號(hào)噪聲比。PVD152a產(chǎn)生的紅色熒光信號(hào)其調(diào)制頻率與激發(fā)光的調(diào)制頻率相同，因此可時(shí)進(jìn)一步降低電子噪音，當(dāng)測量PVD152a的信號(hào)時(shí)，關(guān)掉直接的PVD152c的信號(hào)。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)看出，用于熒光測量的裝置100在物理上不同于上述用于測量透光率和濁度的實(shí)施例，而且只需要由微處理器184的軟件控制的以相關(guān)普通技術(shù)人員周知的方式進(jìn)行電器切換。
在另一實(shí)施例中，在子午面154c上配置多個(gè)藍(lán)色LED可以增加激發(fā)強(qiáng)度，從而增加信號(hào)強(qiáng)度。為了進(jìn)一步地增加熒光信號(hào)的強(qiáng)度，接收PVD152a可以放在更靠近樣品小瓶130的地方，以增加采集的熒光信號(hào)。如果接收的PVD152a是一種適當(dāng)用模制的Winsto圓錐和雪崩式二極管檢測器，則可以進(jìn)一步增加熒光靈敏度，如有關(guān)普通技術(shù)人員知道的。
多元測量多元分析是同時(shí)用矩陣數(shù)學(xué)以有關(guān)普通技術(shù)人員周知的方式分析兩個(gè)或者多個(gè)不同的數(shù)據(jù)集合，以便將結(jié)果分開。例如，可以用裝置100同時(shí)采集濁度和熒光測量值。可以同時(shí)進(jìn)行透射率和散射測量而互不干擾，因?yàn)長ED150調(diào)制在不同的頻率。在多種化學(xué)測試互不影響的液體樣品中，可以同時(shí)在多個(gè)波長進(jìn)行透射率測定，這種樣品可以在不同的波長產(chǎn)生已知的吸光度變化。利用微處理器174可進(jìn)行有關(guān)普通技術(shù)人員周知的不同算法來處理這種多元數(shù)據(jù)。多元分析的例子已在Matthew Mosley(Clemson University，1998)的論文“Applications and Limitations of Genetic Algorithms for theOptimization of Multivariate Calibration Techniques”中說明，該論文已作為參考包含在本文中。
也可以順序測定許多數(shù)據(jù)。放大器和顯示器112的切換時(shí)間限制讀取兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的間隔，例如可以利用沿樣品小瓶130的多個(gè)子午面?zhèn)魉偷墓馐趲酌腌妰?nèi)得到光度和熒光測量值，或者得到光度和濁度測量值。雖然這種組合的順序測量只需要常規(guī)的計(jì)算方法，但是采用相關(guān)普通技術(shù)人員周知的多元方法更有利于處理有意增多的過多數(shù)據(jù)，由此可以大大提高裝置輸出結(jié)果的置信度，并看到該輸出結(jié)果的該統(tǒng)計(jì)精確度。
其它實(shí)施例參考圖6a和6b，裝置200適合于測量流過樣品室230的流體或者其它材料，該樣品室為透明的或者半透明的管子232。為此，裝置200包括在多個(gè)子午面(為簡化起見，圖公僅示出一個(gè))上的多個(gè)LED250和多個(gè)PVD252。微控制器274也裝在裝置200中。LED250最好固定在管子230的一側(cè)，而PVD252固定在另一側(cè)。為簡便起見，在圖6a中僅示出一組LED250和PVD252。該裝置200沿其中心線分成兩半，該中心線平行于樣品室的軸Z′。該裝置200的兩半最好用活頁240和關(guān)閉鎖閂242固定在一起。透明管230中形成樣品室。在一個(gè)實(shí)施例中，管子230的外徑約1英寸，從而可以得到上述子午面254的構(gòu)形。這種排列允許對(duì)流過管子230的材料進(jìn)行連續(xù)的透射率、濁度和熒光進(jìn)行測量?？梢灶A(yù)見到，這種排列可以應(yīng)用到石化工業(yè)和生化反應(yīng)器、市政自來水和污水處理廠、核能發(fā)電廠的燃料棒貯存裝置等。
在檢測流動(dòng)流體時(shí)，最好按比例減小光學(xué)檢測裝置200，以接收外徑為0.5英寸或者更小的樣品管。在按比例縮小的實(shí)施例中，LED為3mm而不是5mm，而且視角較小，約為20°?；蛘撸梢詰?yīng)用半導(dǎo)體激光器作輻射源，來代替LED250，而PVD252具有比上述20×20mm面積更小的表面積。采用0.5英寸直徑石英管作樣品室的實(shí)施例包括上述各種部件，再加上在化工廠、制藥廠或者糧食加工廠等中所用的相對(duì)較小的普通管道。如相關(guān)普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后可以看到的，可以按比例放大和縮小裝置200的光學(xué)部件，以滿足現(xiàn)在和未來許多不同應(yīng)用中的任何一種應(yīng)用要求。
為了能夠檢測其折射率比水高的例如約在1.4-1.5范圍內(nèi)的石化流體，只需要進(jìn)行少量設(shè)計(jì)改變，即改變PVD252沿其子午面254軸線的位置。也可以對(duì)低折射率的流體進(jìn)行透光率和粒子顆粒物濃度進(jìn)行檢測，例如對(duì)工業(yè)流體和發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣以及低溫超臨界和臨界流體，例如凝結(jié)的二氧化碳，為了基本上能收集到所有的光能，這些測量需要使用大面積的PVD和視角很小的LED，例如適度的光錐和/或者半導(dǎo)體激光器，因?yàn)樵诖┻^樣品時(shí)光錐不會(huì)發(fā)生顯著的折射而會(huì)聚。對(duì)于高溫和低溫流動(dòng)流體，包含樣品的管230最好是真空密封在稍微較大的外部石英管中，以便使樣品與光學(xué)檢測裝置200熱絕緣。在這種裝置中，PVD252最好設(shè)計(jì)成緊貼在外部絕熱管的四周。
下面參照?qǐng)D7a-7c，另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例利用樣品室300以及集成電路320。該樣品室300具有蓋子332和塑料底部310。該底部310用壓配合、環(huán)氧樹脂或者其它普通技術(shù)人員已知的方法固定。如圖7b所示，該底部310包含嵌入的集成電路或者印刷電路板320，該電路板320裝有電子器件，例如不易丟失的易擦除和易寫入的存貯器。該電子器件存貯特定的測試軟件指令、測試專有的校正數(shù)據(jù)、用戶界面結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等以及需要的其它數(shù)據(jù)。樣品小瓶300的印刷電路板320還包括識(shí)別號(hào)碼，該識(shí)別號(hào)碼可以使樣品小瓶300與預(yù)先包裝的化學(xué)品例如試劑建立起確定關(guān)系，這種試劑裝在樣品小瓶300中，或者隨該小瓶一起供應(yīng)。在插入到裝置100中時(shí)，該裝置100可以利用識(shí)別碼識(shí)別樣品室300，并接收必須的指令，以執(zhí)行恰當(dāng)?shù)臏y量和自動(dòng)起動(dòng)所選擇的測量。因此，使用人只需要在樣品小瓶300的樣品室充滿流體并將樣品小瓶插入到裝置100中。如果需要，該樣品室300可以重新使用，這取決于進(jìn)行的化學(xué)測試或者測試系列。
參照?qǐng)D7c，當(dāng)樣品小瓶300放置在裝置100凹槽116中時(shí)，便通過底部130與裝置100達(dá)到信息相通。充滿樣品的小瓶300的重量不管其在凹槽116中轉(zhuǎn)動(dòng)方向如何均可使底部310與嵌入裝置100凹槽116中的彈簧加載按鈕接觸，形成電連接。在一個(gè)實(shí)施例中，在裝置凹槽116中的外部接觸環(huán)312形成共同的接地極，也裝在凹槽116底部的電連接于微處理器184的中心接觸件316可以來回傳送電力和多道電信號(hào)。還可以預(yù)見到，底部130和裝置100可以采用電容合，低功率RFID式方法、磁耦合方法，任何一種普通的光。電子遙控方法等進(jìn)行電連接。
相關(guān)的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)看到，上述部件和尺寸僅僅是例示性的，可以隨意改變或者按照新用途進(jìn)行改變。因此，優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明是例示性的，沒有任何限制性。盡管已通過優(yōu)選實(shí)施例說明本發(fā)明，但是技術(shù)人員容易看出對(duì)這些實(shí)施例可以進(jìn)行各種改變和/或者變型，而不違背由權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于在環(huán)境光中對(duì)物質(zhì)特性進(jìn)行光學(xué)測量的裝置，包括至少一個(gè)半透明的壁，該壁形成用于其中接收待分析物質(zhì)的樣品室，并形成一根軸線；至少一個(gè)靠近該樣品室安裝的第一輻射源，其中第一輻射源發(fā)射調(diào)制光束，該光束由于進(jìn)行上述調(diào)制而明顯區(qū)別于環(huán)境光；至少一個(gè)第一檢測器，該檢測器靠近樣品室的軸線配置，與第一輻射源隔開一定角度，其中第一檢測器接收穿過樣品室和其中待測量物質(zhì)的調(diào)制光束，并產(chǎn)生調(diào)制的輸出信號(hào)，該信號(hào)代表射到該檢測器上的輸出強(qiáng)度；控制器，連接于第一輻源和第一檢測器，以便激發(fā)該輻射源和處理輸出信號(hào)；顯示器，連接于控制器，以便顯示基于該輸出信號(hào)的測量讀數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括形成一個(gè)凹槽的盒子，其中由形成樣品室的小瓶構(gòu)成至少一個(gè)半透明的壁，第一輻射源和第一檢測器靠近該凹槽安裝。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該至少一個(gè)半透明壁近似為圓筒形。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括至少一個(gè)振蕩器，該振蕩器連接于該至少一個(gè)第一輻射源，以便調(diào)制該輻射源。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括至少一個(gè)連接于第一檢測器的放大器，以便放大輸出信號(hào)，并抑制其它頻率的信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括至少一個(gè)第二輻射源，該輻射源鄰接樣品室，并靠近該室的軸線配置，與第一輻射源分開一定角度，其特征在于，該至少一個(gè)第二輻射源發(fā)射第二調(diào)制的光輻射，該光輻射不同于環(huán)境光和根據(jù)上述調(diào)制的第一輻射源的調(diào)制光。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，還包括至少一個(gè)第二檢測器，該第二檢測器靠近樣品室配置，與第二輻射源分開一定角度，其特征在于，上述檢測器接收透過樣品室和其中待測物質(zhì)的第二輻射源的調(diào)制輻射光，并產(chǎn)生第二調(diào)制輸出信號(hào)，該信號(hào)代表射在上面的輻射光強(qiáng)度。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括透過長波的光學(xué)濾光器，該濾光器配置在第二檢測器的前面，用于使熒光發(fā)射強(qiáng)度與該至少一個(gè)第一輻射源的散射光強(qiáng)度分開，并用于降低雜散光。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括許多第一輻射源，各個(gè)第一輻射源發(fā)射主光線，其特征在于，這些主光線穿過該軸，射到第一檢測器的中心區(qū)域。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該至少一個(gè)第一輻射源是發(fā)光二極管。
11.一種用于測量物質(zhì)特性的裝置，包括(a)樣品室，用于在其中接收物質(zhì)的樣品，并具有一根軸線。(b)信號(hào)發(fā)生器，包括至少一個(gè)輻射源和至少一個(gè)檢測器，該輻射源靠近樣品室安裝，用于發(fā)射穿過樣品室的輻射光，后者靠近樣品室配置，與該輻射源隔開一定角度，其特征在于，該檢測器接收穿過樣品室和其中待測物質(zhì)的輻射光，并產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)代表射在該檢測器上的光輻射強(qiáng)度；(c)存貯器，該存貯器在操作上連接于信號(hào)發(fā)生器，用于貯存數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括許多由許多不同參考樣品得到的參考測量結(jié)果，其中各個(gè)參考樣品具有不同的濃度；(d)控制器，與該存貯器信息相通，其特征在于(i)該控制器在操作上可以接收信號(hào)發(fā)生器的樣品室中已知雜質(zhì)濃度樣品產(chǎn)生的信號(hào)；(ii)該控制器在操作上可以自動(dòng)地將該信號(hào)與至少部分參考測量值相比較，從而測定樣品中的雜質(zhì)濃度；(iii)該控制器在操作上產(chǎn)生代表濃度的輸出信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，還包括樣品小瓶和凹槽，前者形成樣品室，后者可以取出地裝入該小瓶。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，該樣品室由管子形成，現(xiàn)場樣品可以流過該管子，雜質(zhì)溶解在自由流動(dòng)的物質(zhì)中，控制器還可以被操作來檢測該雜質(zhì)濃度。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，還包括顯示器，該顯示器用于接收該輸出信號(hào)，并將該輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以讀出的形式。
15.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，信號(hào)發(fā)生器調(diào)制在給定的頻率，因此信號(hào)被調(diào)制，由此使該信號(hào)顯著不同于環(huán)境光的信號(hào)以及調(diào)制到不同頻率的其它信號(hào)。
16.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，還包括至少兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器，各個(gè)發(fā)生器形成分開的通道和子午面，該子午面繞該軸線彼此隔開一定角度。
17.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，控制器在許多參考測量中選出第一和第二數(shù)據(jù)點(diǎn)，與樣品信號(hào)進(jìn)行比較，該第一和第二數(shù)據(jù)點(diǎn)分別高于或低于該樣品信號(hào)，控制器在數(shù)學(xué)上用內(nèi)插法得到該試樣輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
18.一種分析細(xì)長樣品透光率和散射光的裝置，其中細(xì)長樣品形成一根軸線，該裝置包括第一通道，該通道形成第一子午面，該子午面具有伸過該子午面的軸線，其上包括至少一個(gè)第一輻射源和至少一個(gè)第一檢測器，前者靠近樣品安裝，用于發(fā)射穿過樣品的第一光輻射，后者靠近樣品軸線，與第一輻射源形成一定角度，該檢測器產(chǎn)生代表射在其上輻射強(qiáng)度的第一輸出信號(hào)；第二通道，確定第二子午面，該子午面具有伸過它的軸線，并在其上包括至少一個(gè)第二輻射源和至少一個(gè)第二檢測器，前者靠近樣品安裝，用于發(fā)射穿過樣品的第二輻射光，后者靠近樣品軸線，與第二輻射源隔開一定角度，該第二檢測器產(chǎn)生第二輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)代表射在檢測器上的輻射強(qiáng)度；電子線路，用于起動(dòng)各個(gè)通道，并處理由此產(chǎn)生的信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，該至少一個(gè)第一輻射源包括許多沿軸向彼此分開的發(fā)光二極管；定位各個(gè)發(fā)光二極管，使得發(fā)光二極管發(fā)出的主光線基本上穿過樣品的軸線，射在第一傳感器上。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，該第一和第二輻射源選自一組輻射源，該組輻射源包括綠色、紅色、黃色、桔黃色、藍(lán)色和紅外光發(fā)光二極管。
21.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，該第一和第二通道彼此分開約45°角。
22.如權(quán)利要求18所述的裝置，還包括第三通道，該通道形成第三子午面，該子午面伸過該軸線，并在其上包括至少一個(gè)第三輻射源和至少一個(gè)第三檢測器，前者靠近樣品，用于發(fā)射穿過樣品的第三輻射光，后者靠近樣品軸線配置，與第三輻射源分開一定角度，該第三檢測器產(chǎn)生第三輸出信號(hào)，該信號(hào)代表射在其上的輻射強(qiáng)度。
23.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，該第二和第三通道彼此分開約45°角，而第一和第三通道彼此分開約90°角。
24.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，還包括第四通道，該通道形成第四子午面，該子午面伸過該軸線，并在其上包括至少一個(gè)第四輻射源和至少一個(gè)第四檢測器，前者靠近樣品安裝，用于發(fā)射穿過樣品的第四輻射光，后者靠近樣品的軸線配置，與第四輻射源形成一定角度，該第四檢測器產(chǎn)生第四輸出信號(hào)，該信號(hào)代表射在上面的輻射強(qiáng)度。
25.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，第一和第四通道彼此分開約22.5°角。
26.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，該軸線位于第一子午面上。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，該軸線位于第二子午面上。
28.一種測試物質(zhì)特性的裝置，包括用于接收物質(zhì)樣品的半透明皿；盒子，該盒子具有裝入該半透明皿中的孔，該盒子包括第一光源，裝在盒子內(nèi)，靠近該開孔，用于發(fā)射在第一調(diào)制頻率的光，該光穿過放在該開孔中的半透明皿；至少一個(gè)檢測器，裝在盒子中，靠近該開孔，并與第一光源隔開一定角度，用于在第一光源的調(diào)制光穿過半透明皿以后，將該第一光源的調(diào)制光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其中該電信號(hào)也調(diào)制到第一調(diào)制頻率；顯示器，用于將第一檢測器的輸出轉(zhuǎn)換成可以讀出的形式。、
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括第二光源，用于發(fā)射通過半透明皿的在第二調(diào)制頻率的光，其中該至少一個(gè)檢測器在第二電源的光穿過半透明皿之后，將第二光源的光轉(zhuǎn)換成在第二調(diào)制頻率的第二電信號(hào)，該顯示器將檢測器的輸出轉(zhuǎn)換成可以讀出的形式，該第一和第二調(diào)制頻率是不同。
30.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，包括沿不同通道固定的第一和第二光源以及相應(yīng)的檢測器。
31.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，第一光源是發(fā)光二極管。
32.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括控制器，該控制器可以自動(dòng)將代表透光程度的第一電信號(hào)與貯存的基線值比較，從而根據(jù)這種比較確定雜質(zhì)的濃度。
33.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，該半透明皿包括可以取下的用于將樣品密封在該皿中的蓋子。
34.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，該半透明皿是其中接收物質(zhì)的管子。
35.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括光束分裂器，該分裂器配置在光源的前面，用于使一部分光線射到參考檢測器上，以便指示光源的輸出強(qiáng)度，由此監(jiān)控光源的操作狀態(tài)。
36.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括在操作上連接于檢測器的放大器，用于放大電信號(hào)。
37.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括在操作上連接于光源的振蕩器，以便將光源的光調(diào)制到第一調(diào)制頻率。
38.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括裝在半透明皿中的試劑，該試劑與物質(zhì)混合，產(chǎn)生散射該光的顆粒物。
39.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括裝在半透明皿中的試劑，該試劑與物質(zhì)混合，產(chǎn)生熒光。
40.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括裝在半透明皿中的試劑，該試劑與物質(zhì)混合，產(chǎn)生光學(xué)吸收帶，該吸收帶降低了物質(zhì)的透光率。
41.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括操作上連接于光源和檢測器的控制器，其中該半透明皿包括電路，該電路裝在該皿上，并且在操作上連接于控制器，從而提供測試物質(zhì)的指令。
42.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，該半透明皿包括可以固定在該皿上的用于密封該皿中樣品的蓋子。
43.一種在環(huán)境光中光學(xué)測量物質(zhì)特性的裝置，該裝置包括第一裝置，形成用于接收待測物質(zhì)的樣品室，并具有一根軸線；第二裝置，靠近樣品室安裝，用于發(fā)射調(diào)制輻射光，該輻射光由于經(jīng)上述調(diào)制而明顯不同于環(huán)境光；第三裝置，靠近上述樣品軸線配置，與第二裝置隔開一定角度，用于在該調(diào)制光輻射穿過樣品室和其中待測物質(zhì)之后，接收該調(diào)制光束，該第二裝置產(chǎn)生調(diào)制的輸出信號(hào)，該信號(hào)代表射在該裝置上的光輻射強(qiáng)度；第四裝置，連接于第二和第三裝置的第四裝置，用于起動(dòng)第二裝置和處理輸出信號(hào)；第五裝置，根據(jù)該輸出信號(hào)顯示測量結(jié)果。
44.如權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，該第二裝置是輻射源。
45.如權(quán)利要求44所述的裝置，其特征在于，該輻射源是發(fā)光二極管，振蕩器連接于該發(fā)光二極管。
46.如權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，第三裝置是檢測器。
47.如權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，第四裝置是操作上連接于第二和第三裝置的微處理器和存貯器。
48.一種用于在環(huán)境光中光學(xué)測量物質(zhì)特性的方法，包括以下步驟形成樣品室，該樣品室具有一根軸線，該樣品室中裝入待測物質(zhì)；配置至少兩個(gè)輻射源，該輻射源靠近樣品室安裝；使該輻射源發(fā)射調(diào)制輻射光，各個(gè)輻射源調(diào)制到不同頻率，由于上述調(diào)整，該調(diào)制輻射光顯著不同于環(huán)境光，也顯著不同于其它的調(diào)制輻射光；配置至少一個(gè)第一檢測器，該檢測器位于樣品室軸線的附近，與第一輻射源分開一定角度；在該調(diào)制輻射光穿過樣品室和其中待測物質(zhì)以后，由檢測器接收該調(diào)制輻射光；產(chǎn)生調(diào)制輸出信號(hào)，該信號(hào)代表入射在該第一檢測器上的調(diào)制輻射光的強(qiáng)度；由控制器起動(dòng)第一輻射源和第一檢測器；處理該調(diào)制輸出信號(hào)；配置顯示器，該顯示器根據(jù)調(diào)制輸出信號(hào)顯示測量結(jié)果。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，貯存用純水樣品校正的數(shù)據(jù)點(diǎn)，由此可以自動(dòng)補(bǔ)償任何視角影響。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，還包括抑制在環(huán)境光頻率的任何信號(hào)。
51.一種測定樣品中雜質(zhì)濃度的裝置，該裝置包括(a)盒子，盒子具有接收樣品的凹槽；(b)在操作上連接于該盒子的光源，該光源用于發(fā)射穿過樣品的光能；(c)在操作上連接于盒子的檢測器，該檢測器用于接收光能，并將該光能轉(zhuǎn)換成樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)；(d)至少一個(gè)在操作上連接于盒子的存貯器，該至少一個(gè)存貯器做成可以貯存許多雜質(zhì)濃度校正數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫；(e)至少一個(gè)處理器，該處理器與該至少一個(gè)存貯器信息相通，其中該至少一個(gè)處理器可以做成可以根據(jù)樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)與校正數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫相比較而確定雜質(zhì)的濃度。
52.如權(quán)利要求51所述的裝置，其特征在于，該光源是發(fā)光二極管。
53.如權(quán)利要求51所述的裝置，其特征在于，該檢測器是光致電壓檢測器。
54.如權(quán)利要求51所述的裝置，其特征在于，還包括至少一個(gè)振蕩器，該振蕩器裝在盒子內(nèi)，在操作上連接于光源；電池，裝在盒子內(nèi)，用于起動(dòng)該至少一個(gè)振蕩器；裝入樣品的樣品小瓶，該樣品小瓶具有中心軸線；第二光源，在操作上連接于盒子，用于發(fā)射穿過樣品的光能；第二檢測器，在操作上連接于盒子，用于接收光能，其中光源和檢測器位于固定軸上，子午面穿過該樣品軸線。
55.如權(quán)利要求54所述的裝置，其特征在于，還包括裝在樣品小瓶上的底部，該底部具有印刷電路板，其特征在于，該印刷電路板具有向處理器提供數(shù)據(jù)的存貯器。
56.一種測量物質(zhì)特性的裝置，包括(a)第一裝置，確定一個(gè)樣品室和一根軸線，前者裝入物質(zhì)的樣品；(b)第二裝置，靠近樣品室安裝，用于發(fā)射通過樣品的輻射光和產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)代表該輻射光穿過樣品后的該輻射光強(qiáng)度；(c)第三裝置，操作上連接于第二裝置，用于貯存數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括測量許多不同參考得到的許多參考測量數(shù)據(jù)，其中各個(gè)參考樣品具有不同的雜質(zhì)濃度；(d)第四裝置，與上述第二和第三裝置信息相通，用于(i)用于接收第二裝置的信號(hào)，該信號(hào)是通過測試第一裝置中雜質(zhì)濃度未知的樣品得到的；(ii)將該信號(hào)與至少一部分參考測量結(jié)果相比較，由此確定樣品中雜質(zhì)濃度；(iii)產(chǎn)生輸出信號(hào)，該信號(hào)代表雜質(zhì)濃度。
57.如權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，該第一裝置是樣品小瓶。
58.如權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，該第二裝置是發(fā)光二極管和光致電壓檢測器。
59.如權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，第三裝置是隨機(jī)存取存貯器和只讀存貯器。
60.如權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，第四裝置是微處理器和貯存在第三裝置中的軟件程序。
61.一種分析樣品顏色和散射光的裝置，形特征在于，樣品具有軸線，該裝置包括確定第一子午面的第一裝置，該第一裝置包括第二裝置和第三裝置，前者用于發(fā)射調(diào)制在第一頻率的輻射光，該第二裝置靠近樣品安裝，用于發(fā)射穿過該樣品的上述輻射光，后者用于檢測，該第三裝置靠近樣品軸，與第二裝置隔開一定角度，該第三裝置產(chǎn)生第一輸出信號(hào)，該信號(hào)代表射在上面的光強(qiáng)度；確定第二子午面的第四裝置，該第四裝置包括第五裝置和第六裝置，前者用于發(fā)射調(diào)制在第二頻率的輻射光，該第五裝置靠近樣品安裝，用于發(fā)射上述穿過樣品的輻射光，后者用于檢測，配置在樣品軸的附近，與第五裝置隔開一定角度，用于產(chǎn)生第二輸出信號(hào)，該信號(hào)代表射在上面的輻射光強(qiáng)度；第七裝置用于起動(dòng)第一和第四裝置，并處理由此產(chǎn)生的上述輸出信號(hào)。
62.如權(quán)利要求61所述的裝置，其特征在于，第七裝置同時(shí)起動(dòng)第二和第五裝置，因此可以將由此產(chǎn)生的信號(hào)區(qū)分開。
全文摘要
用于測試流體特性的裝置，具有樣品小瓶(130)和盒子(110)。該小瓶(130)確定裝入液體樣品的樣品室(116)，并具有密封該流體的蓋子(133)。該盒子具有插入該樣品小瓶的凹槽。在盒子內(nèi)的多個(gè)子午面上配置多個(gè)發(fā)光二極管和檢測器。
文檔編號(hào)G01N21/31GK1578903SQ02821589
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2002年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月25日
發(fā)明者馬修·R·莫斯利, 道格拉斯·J·保羅, 約翰·N·派克 申請(qǐng)人:田納西科學(xué)公司