專利名稱：濁度測量裝置和用于確定引起濁度的物質(zhì)的濃度的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種濁度測量裝置及用于確定介質(zhì)中引起濁度的物質(zhì)的濃度的方法， 尤其是涉及一種根據(jù)四束交變光原理的濁度測量裝置及使用四束交變光原理的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)四束交變光原理的濁度測量裝置包括至少兩個光源和至少兩個接收器，其中 在兩個測量源和兩個接收器之間限定了四個測量路徑，通過這四個測量路徑，由光源發(fā)射 的光到達接收器；其中在至少兩個測量路徑中，光通過散射到達接收器。一般地，在與測量 介質(zhì)相互作用之后，接收由光源Li發(fā)射的光的接收器Rj的信號Sij(T)由方程式1給出。
T-XjjSlj (T) = Ii · Cij · T.(1)在該情形，Ii是發(fā)射光的強度；CU是常數(shù)，其取決于濁度測量裝置的幾何邊界條 件和引起濁度的物質(zhì)的散射性能，Xij是測量介質(zhì)中光源Li與接收器&之間的測量路徑長 度，而λ是系數(shù)，其描述了引起濁度的物質(zhì)關于輻射光的散射和吸收特性，其中引起濁度 的物質(zhì)被給定濃度Τ。為了消除可變裝置參數(shù)(如例如輻射光的強度I1U2和窗口的透射特性)的影響， 引入了方程式2中定義的測量變量FAL (T)(首字母縮略詞FAL來自四束交變光)，其的顯式 表示在方程式3中給出。
Γ π T7ATfT\ ^uiT)'S22 (T), ΛFAL(T)^ S12(T)-S21(T)(2)FAL(T) =^^ (3)
2 · C2\這里應認識到，測量變量FAL(T)與輻射強度無關，且對引起濁度的物質(zhì)的濃度T 的相關關系僅以指數(shù)函數(shù)給出。如果人們進一步假定濁度測量裝置的結(jié)構(gòu)是對稱的，因而這意味著C11 = C22且C12 =C21，以及X11 = X22 = X直接且X12 = X21 = X間接，則測量變量FAL(T)能用方程式4的形式
表不
FAL(T) = c-e λ(4)其中，c表示系數(shù)的商。在圖4a中，F(xiàn)AL信號的曲線的示例(表示為引起濁度的物質(zhì)(TCM)的含量T的函 數(shù))表示為實線。對于高濃度的引起濁度的物質(zhì)，F(xiàn)AL信號是評定的好信號，且直接實現(xiàn)信 號值和引起濁度的物質(zhì)的含量之間的關聯(lián)。在低濃度的情形下，低于單個測量通道、的信 號的最大值，但是FAL信號較弱，這使得難以準確地確定引起濁度的物質(zhì)的濃度，因為(如 方程式5給出的)對于低濃度，變量FAL(T)朝常數(shù)C收斂，使得對引起濁度的物質(zhì)的濃度 T的相關關系實際上不再被給出。FAL(T) T<<^ > c.(1 + 2.Γ乎)4c(5)(在此情形，ΔX = X直接-X間接)FAL信號與測量變量的無關性再次在圖4b中清楚得到，其中對引起濁度的物質(zhì)的 含量的小值用對數(shù)繪出。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的是提供一種濁度測量裝置，該濁度測量裝置能克服現(xiàn)有技術(shù) 中描述的缺能克服現(xiàn)有技術(shù)中描述的缺陷，且尤其使得能夠在低濃度情形下確定引起濁度 的物質(zhì)的含量。本發(fā)明的目的由根據(jù)獨立權(quán)利要求1的濁度測量裝置以及根據(jù)獨立權(quán)利要 求6的方法實現(xiàn)。本發(fā)明的濁度測量裝置具有用于記錄測量介質(zhì)的濁度的四束交變光系統(tǒng)，該濁度 測量裝置包括第一光源L1和第二光源L2、第一接收器R1和第二接收器R2 ；其中第一直接測 量路徑從第一光源L1延伸通過測量介質(zhì)到達第一接收器R1 ；其中第二直接測量路徑從第二 光源L2延伸到第二接收器R2 ；其中第一間接測量路徑從第一光源L1延伸通過測量介質(zhì)到 達第二接收器R2 ；其中第二間接測量路徑從第二光源L2延伸通過測量介質(zhì)到達第一接收器 R1 ；其中濁度能被確定為商A/B的函數(shù)；其中項A或B中的一個至少是通過直接測量路徑記 錄的信號的函數(shù)；且其中另一個相應的項至少是通過間接測量路徑記錄的信號的函數(shù)；其 特征在于，取決于第一光源的強度的至少第一監(jiān)測信號進入兩個項A或B中的一個；其中第 一光源的光到達監(jiān)測器，而不與測量介質(zhì)相互作用；且其中監(jiān)測信號被添加到通過測量路 徑記錄并進入項A或B中的信號中的至少一個。在本發(fā)明的四束交變光系統(tǒng)的進一步開發(fā)中，第一監(jiān)測信號I1 · m和第二監(jiān)測信 號I2 ·πι進入兩個項A或B中的一個，其中第二監(jiān)測信號取決于第二光源的強度，且其中第 二光源的光到達監(jiān)測接收器，而不與測量介質(zhì)相互作用，且其中第二監(jiān)測信號被添加到通 過進入項A或B的測量路徑中的一個確定的另一信號。提供第二監(jiān)測信號的監(jiān)測接收器能與提供第一監(jiān)測信號的監(jiān)測接收器相同，或者 其能為另一監(jiān)測接收器。在本發(fā)明的四束交變光系統(tǒng)的進一步開發(fā)中，濁度能被確定為測量變量的函數(shù)， 該函數(shù)定義為FALMN(T)或FALMD⑴，其中
(S,, (T) +1,- m)· (S27 (T) +12-m),,、 FALMN(T) = “ 二 V2二 2(6)并且FALMD(T) =-Su(T)-S22(T)-
(Sn(T) +I}-m)-(S2i(T) +12-m)在每種情況下，Sij(T)給出光的測量光強度，在與測量介質(zhì)相互作用之后，其從光 源！^到達接收器民。通過方程式(1)的模型建立給出Sij⑴。FALMN(T)和FALMD(T)中的 N和D分別表示分子和分母。小濁度的該方程式的結(jié)果在下面的FALMN中給出。在分子FALMN(T)中具有監(jiān)測 信號的四束交變光信號能被分解成根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一般的四束交變光信號和監(jiān)測分量。因 而
權(quán)利要求
濁度測量裝置，具有用于記錄測量介質(zhì)的濁度的四束交變光系統(tǒng)，所述濁度測量裝置包括第一光源L1和第二光源L2；第一接收器R1和第二接收器R2；其中第一直接測量路徑從所述第一光源L1延伸通過測量介質(zhì)到達所述第一接收器R1；其中第二直接測量路徑從所述第二光源L2延伸到所述第二接收器R2；其中第一間接測量路徑從所述光源L1延伸通過所述測量介質(zhì)到達所述第二接收器R2；其中第二間接測量路徑從所述第二光源L2延伸通過所述測量介質(zhì)到達所述第一接收器R1；其中所述濁度測量裝置具有計算電路，利用所述計算電路，濁度能被確定為商A/B的函數(shù)；其中項A或B之一至少是在所述直接測量路徑上記錄的信號的函數(shù)；且其中相應的另一項至少是在所述間接測量路徑上記錄的信號的函數(shù)；其特征在于，取決于所述第一光源的強度的至少一個第一監(jiān)測信號進入到所述兩個項A或B之一；其中來自所述第一光源的光到達監(jiān)測器，而不與所述測量介質(zhì)相互作用；并且其中所述監(jiān)測信號被添加到至少一個在所述測量路徑上記錄并進入所述項A或B中的信號中。
2.如權(quán)利要求1所述的濁度測量裝置，其中所述第一監(jiān)測信號I1· m和第二監(jiān)測信號 I2 · m進入所述兩個項A或B之一，其中所述第二監(jiān)測信號取決于所述第二光源的強度；且 其中所述第二光源的光到達監(jiān)測接收器，而不與所述測量介質(zhì)相互作用；其中所述第二監(jiān) 測信號被添加到另一個在所述測量路徑之一上確定并進入所述項A或B的信號。
3.如權(quán)利要求1或2所述的濁度測量裝置，其中濁度能夠被確定為測量變量的函數(shù)，所 述函數(shù)定義為FALMN(T)或FALMD(T)，其中_ (S,, (T) + /, -m)·(S22 (T) + I2-πι) FALMN(T) 二、)5J y 22\ j_2_S12 (T) S21(T)并且FALMD(T) =-Sn(T)-S22(T)-(S12(T) +11-m)-(S2l(T) +12-m) f其中每Asu(T)的值描述了與所述測量介質(zhì)相互作用之后從光源Li到達所述接收器 Rj的光的測量光強度。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的濁度測量裝置，其中所述計算電路包括計算模 型，在所述計算模型中，能通過四束交變光方法來確定引起濁度的物質(zhì)的濃度T (FAL)，而無 需利用監(jiān)測信號的貢獻；和第二計算模型，在所述第二計算模型中，能利用所述監(jiān)測信號的 貢獻來確定引起濁度的物質(zhì)的濃度T (FALMN)和/或T (FALMD)，其中當T (FAL)降低到極限 值以下時，所述第二計算模型是適用的。
5.如權(quán)利要求3所述的濁度測量裝置，其中0.1 < m/Cii < 10，優(yōu)選為0. 2 < m/Cii < 5， 且更優(yōu)選為0. 4 < m/Cii < 2. 5 ；其中Cii為系數(shù)，在以下方程式中，需要該系數(shù)來描述所述 測量信號強度Sii(T)與引起濁度的物質(zhì)的濃度T之間的關系，T-XiiSlXn = Ii-ChU ,其中Xii為通過所述測量介質(zhì)的光的路徑長度，T為引起濁度的物質(zhì)的濃度，且λ為在 參考濃度的情形下光的平均自由路徑長度。
6.用于濁度測量的方法，所述濁度測量以四束交變光系統(tǒng)來記錄測量介質(zhì)的濁度，所 述方法包括記錄從第一光源L1通過測量介質(zhì)到達第一接收器R1的第一直接測量路徑的第一直接 信號 S11 (T)；記錄從第二光源L2到第二接收器R2的第二直接測量路徑的第二直接信號S22(T)；記錄從所述第一光源L1通過所述測量介質(zhì)到達所述第二接收器R2的第一間接測量路 徑的第一間接信號S12(T)；記錄從所述第二光源L2通過所述測量介質(zhì)到達所述第一接收器R1的第二間接測量路 徑的第二間接信號S21 (T)；確定作為商Α/Β的函數(shù)的濁度；其中項A或B之一至少是在所述直接測量路徑上記錄的信號的函數(shù)，且其中相應的另一項至少是在所述間接測量路徑上記錄的信號Su(T)的函數(shù)；其特征在于，取決于所述第一光源的強度的至少一個第一監(jiān)測信號進入到所述兩個項 A或B之一；其中來自所述第一光源的光到達監(jiān)測器，而不與所述測量介質(zhì)相互作用；且其 中所述監(jiān)測信號被添加到至少一個在所述測量路徑上記錄并進入所述項A或B中的信號 中。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一監(jiān)測信號I1·πι和第二監(jiān)測信號I2 ·πι進 入所述兩個項A或B之一；其中所述第二監(jiān)測信號取決于所述第二光源的強度；且其中所 述第二光源的光到達監(jiān)測接收器，而不與所述測量介質(zhì)相互作用；其中所述第二監(jiān)測信號 被添加到另一個在所述測量路徑之一上確定并進入所述項A或B的信號。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，濁度能夠被確定為測量變量的函數(shù)，所述函數(shù) 定義為FALMN (T)或FALMD (T)，其中(Sn(T) + I1-m)-(S22(T) + I2-m)FALMN(T)=.Sn(T) S21(T)并且FALMD(T)=Su(T)-S22(T)(Sn(T) + Il-m)-(S2l(T) + I2-m) ^其中每Asu(T)的值描述了與所述測量介質(zhì)相互作用之后從光源Li到達所述接收器 Rj的光的測量光強度。
9.如權(quán)利要求6到8之一所述的方法，其中在第一模型中，以四束交變光方法確定引起 濁度的物質(zhì)的濃度T (FAL)，而無需監(jiān)測信號的貢獻，并且在第二模型中，利用所述監(jiān)測信號 的貢獻來確定引起濁度的物質(zhì)的濃度T(FALMN)和/或T(FALMD)；其中根據(jù)所述第一模型， 當T(FAL)降低到極限值以下時，使用所述第二計算模型。
10.如權(quán)利要求5到7之一所述的方法，其中0.1 < m/Cii < 10，優(yōu)選為0. 2 < m/Cii < 5，且更優(yōu)選為0. 4 < m/Cii < 2. 5 ；其中Cii為系數(shù)，在以下方程式中，需要該系數(shù)來描述所述測量信號強度Sii⑴和引起濁度的物質(zhì)的濃度T之間的關系，T-XjjSii(T) = I丨.C,rT.e-丁，其中Xii為通過所述測量介質(zhì)的光的路徑長度，T為引起濁度的物質(zhì)的濃度，且λ為在 參考濃度的情形下光的平均自由路徑長度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種濁度測量裝置和用于確定引起濁度的物質(zhì)的濃度的方法。該濁度測量裝置包括第一光源L1和第二光源L2；第一接收器R1和第二接收器R2；其中直接測量路徑從光源Li延伸通過測量介質(zhì)到達接收器Ri，且間接測量路徑從光源Li延伸通過測量介質(zhì)到達第二接收器Rj；其中i≠j；其中濁度作為商A/B的函數(shù)能被利用計算電路得到確定；其中A和B至少是在直接或間接測量路徑上記錄的信號的函數(shù)；其中取決于第一光源的強度的至少一個第一監(jiān)測信號進入兩個項A或B中的一個；其中光從第一光源到達監(jiān)測器，而不與測量介質(zhì)相互作用；其中監(jiān)測信號被添加到至少一個在測量路徑上記錄并進入項A或B的信號中。
文檔編號G01N21/00GK101963575SQ20101023529
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者安德烈亞斯·米勒, 魯?shù)细駹枴じヌm克 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾測量及調(diào)節(jié)技術(shù)分析儀表兩合公司