專利名稱：用于過(guò)程監(jiān)控的光學(xué)測(cè)量探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于過(guò)程監(jiān)控的光學(xué)測(cè)量探針，尤其是用于在固體、乳液和懸浮液上的反射測(cè)量。
背景技術(shù)：
為了在過(guò)程工業(yè)、尤其是化學(xué)、醫(yī)藥和食品工業(yè)中的過(guò)程監(jiān)控，在工藝裝置范圍中經(jīng)常使用光學(xué)測(cè)量探針，借助于它們可以實(shí)時(shí)地測(cè)量濃度、識(shí)別原料、渾濁度和離析物純度、中間產(chǎn)品和產(chǎn)品(固體、乳液和懸浮液)。光學(xué)測(cè)量探針的優(yōu)點(diǎn)是，它們無(wú)取出地工作，它們能夠同時(shí)確定多個(gè)分析物濃度并且能夠在不利的(有毒的、腐蝕的、輻射的、爆炸危險(xiǎn)的、無(wú)菌的、污染的)環(huán)境中使用。這些探針通常涉及光導(dǎo)纖維的部件，它們通過(guò)其遠(yuǎn)端的具有光線進(jìn)入孔的端部設(shè)置在工藝裝置里面，即或多或少地在工藝裝置附近或者直接與分析物接觸并且通過(guò)其近端部耦聯(lián)在評(píng)價(jià)裝置、例如NIR光譜計(jì)上。通常通過(guò)這些探針借助于一個(gè)具有已知光譜的光源進(jìn)行工藝物的反射測(cè)量，其光線經(jīng)常通過(guò)一個(gè)設(shè)置在測(cè)量探針里面的特殊的光導(dǎo)體耦入到測(cè)量地點(diǎn)里面。例如在聚合物熔液擠出時(shí)的過(guò)程監(jiān)控時(shí)能夠?qū)崟r(shí)地快速和可靠地確定聚合物熔液的精確化學(xué)組分。因此可以省去通過(guò)取出試樣進(jìn)行費(fèi)事的離線分析。通過(guò)將這種光學(xué)獲得的測(cè)量參數(shù)與其它的、非光學(xué)獲得的測(cè)量參數(shù)(溫度、壓力、PO2等)組合能夠?qū)崿F(xiàn)足夠準(zhǔn)確的工藝條件圖形，并且可以實(shí)時(shí)地正確地作用于過(guò)程。通過(guò)這種方式可以避免由于生產(chǎn)故障或誤功能引起的運(yùn)行損失。所述系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)光導(dǎo)纖維的測(cè)量探針和一個(gè)評(píng)價(jià)裝置如NIR光譜計(jì)組成，并且它們例如由Bayer公司以商業(yè)名稱“Spectrobay”提供。其它的提供者是Sentronic公司。由于在所述工藝裝置中存在的外部化學(xué)、熱和機(jī)械條件，必需使所述測(cè)量探針至少在其遠(yuǎn)端部位特別結(jié)實(shí)且能夠重復(fù)使用地構(gòu)成。因此它們通常具有一個(gè)光導(dǎo)纖維的芯以及一個(gè)柔性的金屬的加強(qiáng)件(metallische Armierung)。為了得到必需的強(qiáng)度目前使用的此類測(cè)量探針具有至少8_的直徑，它一直延續(xù)到測(cè)量探針的遠(yuǎn)端部位。但是這種測(cè)量探針的主要問(wèn)題是，它們相對(duì)于污物是非常敏感的。來(lái)自工藝裝置的原料傾向于滯留在測(cè)量探針遠(yuǎn)端上的光進(jìn)入孔上并由此可能使反射測(cè)量失真。尤其在光進(jìn)入孔位于工藝裝置的流動(dòng)安靜的部位里面、即一旦已建立的淀積不能輕易地再懸浮起來(lái)的時(shí)候，和/或在工藝裝置中的材料具有熱塑特性并且在淀積在光進(jìn)入孔上以后通過(guò)冷卻固化后的時(shí)候，這種失真是特別危險(xiǎn)的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，提供一個(gè)如上所述的用于實(shí)時(shí)過(guò)程監(jiān)控的光學(xué)測(cè)量探針，它更少發(fā)生由于淀積或臟污引起的測(cè)量值失真。這個(gè)目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征得以實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求給出優(yōu)選的實(shí)施例。因此具有一個(gè)用于過(guò)程監(jiān)控的光學(xué)測(cè)量探針，具有一個(gè)設(shè)置在工藝裝置部位里面的具有一個(gè)光進(jìn)入孔的遠(yuǎn)端以及一個(gè)耦聯(lián)到評(píng)價(jià)裝置上的近端。所述評(píng)價(jià)裝置例如可以是光度計(jì)或光譜計(jì)，尤其是傅立葉變換NIR或IR光譜計(jì)、光柵或AOTF光譜計(jì)或以CCD或發(fā)光二極管陣列為基礎(chǔ)的光譜計(jì)。尤其在熒光測(cè)量時(shí)評(píng)價(jià)裝置例如也可以是一個(gè)光電倍增器。評(píng)價(jià)范圍可以從UV—直延伸到IR。該評(píng)價(jià)裝置同樣可以是喇曼光譜計(jì)。在測(cè)量探針的遠(yuǎn)端與近端之間設(shè)置一個(gè)桿，它在兩個(gè)端部之間包括一個(gè)光導(dǎo)連接。該測(cè)量探針在其遠(yuǎn)端部位具有比桿和/或近端更小的外徑。在此在桿與測(cè)量探針的具有減小外徑的遠(yuǎn)端部位之間可以具有一個(gè)錐形過(guò)渡。通過(guò)這種方式使測(cè)量探針在工藝裝置部位中只提供一個(gè)小的面積用于污物淀積，并且使作用力減小到盡可能微小的程度，作用力必需施加到運(yùn)動(dòng)的工藝物上，用于必要時(shí)再?zèng)_走粘附的淀積物。例如可以規(guī)定，使設(shè)置在工藝裝置部位里面的測(cè)量探針遠(yuǎn)端部位具有2mm的外徑，而桿和近端部位分別具有12_的外徑。即，通過(guò)按照本發(fā)明的收縮使可能淀積工藝物的面積以系數(shù)36減小。原則上光導(dǎo)體束除了自身的光導(dǎo)體以外還具有包覆以及通常柔性的加強(qiáng)件。后兩個(gè)部件負(fù)責(zé)光導(dǎo)體束的機(jī)械穩(wěn)定性、柔韌性和密度并且促使光導(dǎo)體束外徑增加。按照本發(fā)明的測(cè)量探針在其遠(yuǎn)端部位中放棄柔性的外殼并且取而代之在這個(gè)部位具有剛性的、必要時(shí)至少部分錐形收縮的套。通過(guò)這種方式可以在這個(gè)部位明顯減小測(cè)量探針的外徑，而不必容忍對(duì)于機(jī)械穩(wěn)定性、柔韌性或密度的影響。優(yōu)選規(guī)定，使所述測(cè)量探針具有一個(gè)沖洗裝置，它具有設(shè)置在桿部位的沖洗通道以及設(shè)置在遠(yuǎn)端部位的沖洗孔。優(yōu)選使沖洗孔與光進(jìn)入孔相鄰地設(shè)置。借助于這個(gè)沖洗裝置可以通過(guò)沖洗去除淀積物，盡管減小的面積淀積物也可能粘附在測(cè)量探針遠(yuǎn)端部位里面。在此在桿的部位或者在測(cè)量探針的近端部位中具有一個(gè)耦聯(lián)器，借助于它可以使沖洗介質(zhì)加入到?jīng)_洗裝置里面。作為沖洗介質(zhì)可以使用水或溶劑、氣體如空氣或惰性氣體(N2, Ar，Xe)或可輸送的固體材料如粉末或微顆粒。根據(jù)工藝條件和沖洗介質(zhì)與工藝物的兼容性選擇沖洗介質(zhì)。同樣能夠使在相關(guān)的過(guò)程中使用的離析物、中間產(chǎn)品或產(chǎn)品作為沖洗介質(zhì)。它們同樣可以以液體、氣體或可輸送的固體形狀呈現(xiàn)。通過(guò)這種方式必要時(shí)可以使沖洗介質(zhì)是工藝、尤其是生產(chǎn)工藝的組合和定量加入的組成部分。特別優(yōu)選這樣設(shè)計(jì)沖洗裝置，使得可以持續(xù)地、以固定間隔或在需要清潔時(shí)實(shí)現(xiàn)沖洗。在后一種情況下可以規(guī)定，使由測(cè)量探針產(chǎn)生的并且由評(píng)價(jià)裝置監(jiān)控的測(cè)量信號(hào)作為測(cè)量探針遠(yuǎn)端部位可能臟污的指示。為此尤其可以規(guī)定，在測(cè)量信號(hào)快速變化時(shí)，它們位于確定的閾值A(chǔ)S/t以上，推斷臟污并且導(dǎo)入沖洗過(guò)程。為此這樣設(shè)計(jì)沖洗裝置，使得可以脈沖式和/或以高壓實(shí)現(xiàn)沖洗。按照本發(fā)明的測(cè)量探針的光導(dǎo)連接優(yōu)選是光導(dǎo)體或光導(dǎo)纖維束。早就使用光導(dǎo)纖維束并且以不同的結(jié)構(gòu)獲得。尤其是可以使作為纖維使用的玻璃的選擇以及纖維的結(jié)構(gòu)與工藝條件和所使用的電磁光譜相協(xié)調(diào)。特別優(yōu)選地規(guī)定，使所述測(cè)量探針設(shè)計(jì)成反射測(cè)量。這種形式的測(cè)量方法能夠?qū)崿F(xiàn)在線接觸產(chǎn)品的且無(wú)損害的測(cè)量。同樣可以規(guī)定，使測(cè)量探針設(shè)計(jì)成熒光測(cè)量和/或喇曼測(cè)量以及濁度測(cè)量。在按照本發(fā)明的測(cè)量探針的另一擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中規(guī)定，使所述測(cè)量探針具有另一光導(dǎo)連接，用于耦入具有已知光譜的光源測(cè)量光以及一個(gè)在測(cè)量探針遠(yuǎn)端部位中的光排出孔。在此在測(cè)量探針遠(yuǎn)端部位中的光排出孔優(yōu)選與光進(jìn)入孔相鄰地設(shè)置；經(jīng)常使多個(gè)光排出孔圍繞中心設(shè)置的光進(jìn)入孔設(shè)置。這個(gè)第二光導(dǎo)體連接同樣優(yōu)選是光導(dǎo)體或光導(dǎo)纖維束。此外在桿部位或者在測(cè)量探針近端部位中可以具有一個(gè)耦聯(lián)器，借助于它可以使來(lái)自光源的測(cè)量光耦入到光導(dǎo)連接里面。這種形式的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)特別適合于反射測(cè)量的測(cè)量探針應(yīng)用。在此將具有已知光譜的光源光投射到工藝物上，由此由反射光的光譜變化可以推斷工藝物或類似物質(zhì)的組分中的變化。這種形式的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)還適用于喇曼或熒光測(cè)量。在這種情況下通過(guò)光排出孔使已知光譜的激勵(lì)光投射到工藝物上，并且所述裝置評(píng)價(jià)通過(guò)光進(jìn)入孔接收的散射光或輻射光P曰。特別優(yōu)選地規(guī)定，使所述測(cè)量探針設(shè)計(jì)成在NIR范圍中的反射測(cè)量。按照國(guó)際協(xié)議電磁光譜在750至2500nm的范圍稱為NIR范圍(近紅外)。這個(gè)波長(zhǎng)范圍特別適用于物質(zhì)組分的反射測(cè)量，因?yàn)樵贜IR范圍中特別好地吸收許多感興趣的分子。因此NIR反射測(cè)量廣泛地在食品工業(yè)、和化學(xué)和醫(yī)藥工業(yè)中用于過(guò)程監(jiān)控。


通過(guò)下面所示的和描述的附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。在此要注意，附圖只描述特征并且不要認(rèn)為，本發(fā)明局限于某種形式。在此，圖1是用于過(guò)程監(jiān)控的光學(xué)測(cè)量探針。
具體實(shí)施例方式圖1示出一個(gè)用于過(guò)程監(jiān)控的光學(xué)測(cè)量探針10，它具有一個(gè)設(shè)置在工藝裝置、其壁體虛線示出的部位中的具有光進(jìn)入孔12的遠(yuǎn)端11。此外該測(cè)量探針10具有近端13，它例如I禹聯(lián)到未示出的光譜計(jì)上。在測(cè)量探針的遠(yuǎn)端與近端之間設(shè)置一個(gè)桿14，它在兩個(gè)端部之間包括一個(gè)光導(dǎo)連接。所述光導(dǎo)連接是光導(dǎo)纖維光導(dǎo)體或者光導(dǎo)體束，它們具有包覆以及柔性的金屬加強(qiáng)件(Metallarmierung)o測(cè)量探針在其遠(yuǎn)端部位11中與桿14相比具有更小的外徑。通過(guò)這種方式使測(cè)量探針在工藝裝置部位里面只有小的面積供淀積污物使用，并且作用力減小到盡可能微小的程度，作用力必需施加到運(yùn)動(dòng)的工藝物上，用于必要時(shí)再?zèng)_走粘附的淀積物。此外所述測(cè)量探針具有一個(gè)沖洗裝置15，它具有一個(gè)設(shè)置在桿部位中的沖洗通道以及一個(gè)設(shè)置在遠(yuǎn)端11部位中的沖洗孔16。借助于這個(gè)沖洗裝置可以通過(guò)沖洗去除淀積物，盡管減小的面積淀積物也可能粘附在測(cè)量探針遠(yuǎn)端部位里面。在此作為沖洗介質(zhì)可以使用水或溶劑、氣體如空氣或惰性氣體(N2, Ar, Xe)或可輸送的固體材料如粉末或微顆粒。尤其是可以使用在相關(guān)的過(guò)程中使用的離析物、中間產(chǎn)品或產(chǎn)品作為沖洗介質(zhì)。所述測(cè)量探針還具有一個(gè)自身的用于耦入測(cè)量光的光導(dǎo)體17以及多個(gè)、圍繞中心設(shè)置的光進(jìn)入孔設(shè)置的光排出孔18。所述測(cè)量探針可以調(diào)整到用于反射測(cè)量、喇曼測(cè)量或濁度測(cè)量或熒光測(cè)量。在兩種情況下通過(guò)光導(dǎo)體17和光排出孔使具有已知光譜的光源測(cè)量光入射到工藝物上，并且通過(guò)光進(jìn)入孔12接收反射光或通過(guò)激勵(lì)獲得的熒光并且通過(guò)光導(dǎo)連接傳導(dǎo)到評(píng)價(jià)裝置、尤其是光譜計(jì)里面。
權(quán)利要求
1.一種用于工業(yè)過(guò)程監(jiān)控的光學(xué)測(cè)量探針(10)，具有 a)—個(gè)設(shè)置在工藝裝置部位里面的具有一個(gè)光進(jìn)入孔(12)的遠(yuǎn)端(11)， b)一個(gè)耦聯(lián)到評(píng)價(jià)裝置上的近端(13)，其中 c)在測(cè)量探針的遠(yuǎn)端與近端之間設(shè)置一個(gè)桿(14)，它在兩個(gè)端部之間包括一個(gè)光導(dǎo)連接，其中， d)該測(cè)量探針在其遠(yuǎn)端部位(11)具有比桿(14)和/或近端(13)更小的外徑， 所述光導(dǎo)連接是光導(dǎo)纖維光導(dǎo)體或者光導(dǎo)體束，它們具有包覆以及柔性的金屬加強(qiáng)件， 其特征在于，所述光學(xué)測(cè)量探針(10)在遠(yuǎn)端部位沒(méi)有柔性的金屬加強(qiáng)件而是取而代之具有剛性的套。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)測(cè)量探針，其特征在于，所述測(cè)量探針具有一個(gè)沖洗裝置(15)，它具有設(shè)置在桿部位的沖洗通道以及設(shè)置在遠(yuǎn)端部位的沖洗孔(16 )。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)測(cè)量探針，其特征在于，這樣設(shè)計(jì)沖洗裝置，使得可以持續(xù)地、以固定間隔或在需要清潔時(shí)實(shí)現(xiàn)沖洗。
4.如權(quán)利要求2或3所述的光學(xué)測(cè)量探針，其特征在于，這樣設(shè)計(jì)沖洗裝置，使得可以脈沖式和/或以高壓實(shí)現(xiàn)沖洗。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量探針，其特征在于，所述測(cè)量探針設(shè)計(jì)成反射測(cè)量。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量探針，其特征在于，所述測(cè)量探針具有 a)另一光導(dǎo)連接(17)，用于耦入具有已知光譜的光源測(cè)量光 b)以及一個(gè)在測(cè)量探針遠(yuǎn)端部位中的光排出孔(18)。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)測(cè)量探針，其特征在于，所述測(cè)量探針設(shè)計(jì)成在NIR范圍中的反射測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于過(guò)程監(jiān)控的光學(xué)測(cè)量探針，具有設(shè)置在工藝裝置部位里面的具有一個(gè)光進(jìn)入孔的遠(yuǎn)端和一個(gè)耦聯(lián)到評(píng)價(jià)裝置上的近端，其中在測(cè)量探針的遠(yuǎn)端與近端之間設(shè)置一個(gè)桿，它在兩個(gè)端部之間包括一個(gè)光導(dǎo)連接。該測(cè)量探針的特征是，使測(cè)量探針在其遠(yuǎn)端部位具有比桿和/或近端更小的外徑。
文檔編號(hào)G01N21/65GK103018204SQ20121045933
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月2日
發(fā)明者S.托什, R.格羅斯, M.布蘭德, H.圖普斯 申請(qǐng)人:拜爾技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司