用于分析测量介质的测量设备制造技术

本发明专利技术涉及用于分析测量介质的测量设备，包括：探头壳体；辐射源；耦合和去耦光学器件，具有布置在探头壳体中的至少一个测量窗口，并且将辐射源的辐射耦合到测量区域中，测量区域布置在探头壳体外部并且测量介质位于测量区域中，并且将测量辐射从测量区域去耦；接收装置，通过耦合和去耦光学器件检测从测量区域去耦的测量辐射并且从检测到的测量辐射生成输出数据；至少一个附加物理或化学传感器，集成在探头壳体中并且检测测量介质的被测变量并且将被测变量的值输出作为测量信号；和电子测量单元，连接到接收装置并且收集和处理接收装置的输出数据，其中电子测量单元连接到附加物理或化学传感器并且收集和处理附加物理或化学传感器的测量信号。

Measuring equipment for analysis of measuring medium

The invention relates to a measuring device for analyzing measuring medium, including a probe housing; a radiation source; a coupled and decoupled optical device, having at least one measuring window arranged in the probe housing and coupling radiation of the radiation source into the measuring area, a measuring area arranged outside the probe housing and a measuring medium located in the measuring area, and measuring radiation from the measuring area. Area decoupling; receiving device that detects measured radiation decoupled from the measurement area by coupling and decoupling optical devices and generates output data from the detected measured radiation; at least one additional physical or chemical sensor integrated in the probe housing and detects the measured variable of the measurement medium and outputs the value of the measured variable as a measurement signal; and electronic measurement unit, connected. The receiving device is received and the output data of the receiving device is collected and processed, where the electronic measuring unit is connected to an additional physical or chemical sensor and the measuring signal of the additional physical or chemical sensor is collected and processed.

【技术实现步骤摘要】
用于分析测量介质的测量设备
本专利技术涉及一种用于分析测量介质的测量设备。
技术介绍
为了监视、控制和调节过程工业的生产过程以及为了通过在线(in-line)测量或在实验室中的样品上控制过程的产品和中间产品的质量，使用多个传感器。传统上，各种分析传感器用于过程测量技术和实验室中以确定测量介质例如气体、气体混合物、液体、液体混合物、乳液、悬浮液或固体和固体混合物的组成。设计用于生成取决于分析被测变量的测量信号的物理和化学传感器，例如测量介质中至少一种分析物的浓度，被考虑作为分析传感器。分析物是指包含在例如溶解在测量介质中的物质，该物质将被识别和/或其在测量介质中的浓度由分析传感器确定或监视。分析传感器的示例是物理传感器，例如电导率传感器，或化学传感器，例如pH传感器、溶解氧传感器、气体传感器、TOC传感器(缩写TOC代表英语技术术语“总有机碳”)或离子选择性电极。光学传感器，特别是光谱传感器，或甚至成像传感器，例如相机或高光谱相机，其在不接触介质的情况下起作用，近来在过程分析中变得越来越重要。特别地，它们允许定性和/或定量确定广谱分析物，这允许使用同一个光谱确定传感器或成像传感器来确定多个不同的被测变量。此处和下文中的定性确定被理解为表示分析物的鉴定，而此处和下文中的定量确定是指确定与分析物的浓度相当的浓度或参数(例如分压、活性、重量或体积分数)。另一方面，由光谱传感器或成像传感器提供的数据并不总是容易解释，因为在光谱中可以包含多个影响变量，例如温度波动或干扰物质的存在，其信号叠加与光谱中被测变量相关的信号。在一些情况下，还可能出现这样的情况：必须监视可能存在于测量介质中的几种分析物而不是所有分析物都可通过光谱测量获得，以便可靠地控制或调节过程。在这种情况下，目前经常使用几种不同的传感器来检测过程中的测量值。除此之外，这是不利的，因为必须在过程系统上提供相应数量的连接件，这可能是有问题的，例如，在仅生产小批量的制药和生物技术过程中，如果没有足够的空间用于若干传感器和相关过程连接件的话。此外，由于缺乏空间，传感器通常彼此远离地布置，当测量介质不均匀和/或待检测的测量值根据位置而波动时，这是有问题的，因此在不同位置检测的测量值不一定匹配。今天经常用于监视生产过程的产品质量或检查过程系统的清洁过程是否成功执行的另一种方法包括从过程中取样并且在实验室中对样品进行进一步测量，除了直接在过程容器中的在线测量之外，例如流体管线或反应容器或发酵罐，或在过程系统的旁路管线中。这通常是耗时且容易出错的，因为在运输过程中由于老化和变化的环境条件，样品可能在从过程到实验室的过程中发生变化。在这两种情况下，用户很难合并各个传感器的各种测量值或从样品中获得的测量值，并且从中得出与过程监视或过程调节相关的过程或质量参数。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种装置和方法，其使得用户能够简化且可靠地确定各种测量值，在适当情况下，简化且可靠地确定取决于测量介质的化学组成并且从由各种传感器确定的数据得出的至少一个分析值。该目的通过根据权利要求1的测量设备和根据权利要求16的方法实现。有利的实施例在从属权利要求中列出。根据本专利技术的用于分析测量介质的测量设备包括：-探头壳体；-辐射源；-耦合和去耦光学器件，所述耦合和去耦光学器件具有布置在探头壳体中的至少一个测量窗口，并且被配置成将辐射源的辐射耦合到测量区域中，该测量区域布置在探头壳体外部并且测量介质位于测量区域中，并且被配置成将测量辐射从测量区域去耦；-接收装置，所述接收装置被配置成经由耦合和去耦光学器件检测从测量区域去耦的测量辐射以及从所检测到的测量辐射生成输出数据；-至少一个附加物理或化学传感器，所述至少一个附加物理或化学传感器集成在探头壳体中并且其被设计成检测测量介质的被测变量并且将被测变量的值输出作为测量信号；和-电子测量单元，该电子测量单元连接到接收装置并且被配置成收集和处理接收装置的输出数据，并且其中电子测量单元连接到附加物理或化学传感器，并且被配置成收集和处理附加物理或化学传感器的测量信号。通过将至少一个附加物理或化学传感器与至少一个测量窗口一起布置，通过该测量窗口将辐射源的辐射耦合到测量介质中并且将测量辐射从测量介质去耦，在共同的探头壳体中，设置紧凑的测量探头，该测量探头可以与测量介质接触以测量多个被测变量。在非常有利的实施例中，电子测量单元可以被配置成使用接收装置的输出数据和附加物理或化学传感器的测量信号来确定和输出至少一个分析值。以这种方式，立即向用户提供有意义的分析值，用户自己不需要根据光学接收装置的输出数据和附加传感器的测量信号来确定所述分析值。至少一个分析值可以直接通过测量设备的显示装置例如显示器来显示，并且因此可供用户对过程进行质量评估。同时，电子测量单元还可以被配置成出于信息目的显示光接收装置的输出数据和从附加传感器的测量信号导出的测量值。电子测量单元可以附加地或替代地被配置成将至少一个分析值直接输出到过程控制件或调节装置和/或输出到LIMS(缩写代表“实验室信息和管理系统”)。如果测量设备安装在过程系统中以便确定过程介质中的至少一个分析值作为测量介质，则过程控制件可以这种方式直接使用电子测量单元输出的分析值来记录过程和/或控制该过程，例如，通过基于分析值控制过程系统的阀门、致动器或通风器。接收装置可以包括光谱仪，该光谱仪被配置成将所检测到的测量辐射分成光谱并且借助于检测器记录所生成的光谱，其中检测器被配置成生成表示电子测量单元的记录光谱的输出数据。接收装置还可以包括多通道光度计或一个或多个光谱传感器。由辐射源提供的辐射可以是红外辐射，例如包括NIR(波长780nm至3,000nm)或MIR辐射(波长3,000nm至50,000nm)，或UV/Vis辐射(波长180nm至800nm)。耦合到测量区域中的辐射可以通过吸收、荧光或散射在测量介质中转换，例如，使得接收装置记录的光谱是吸收、荧光、发射或散射光谱，或者甚至是拉曼光谱。电子测量单元可以被配置成定性地或定量地从所记录的光谱中确定至少一种分析物。分析物的定性确定应理解为意指电子测量单元确定测量介质中是否存在某种分析物。分析物的定量确定是指确定测量介质中分析物的浓度或与浓度相当的被测变量(例如，活性、分压、重量百分比或摩尔百分比)。这意味着电子测量单元可以被配置成识别至少一种分析物或者从记录的光谱和/或从测量介质的颜色确定其浓度和/或根据浓度或者根据与浓度相当的被测变量来生成测量信号。接收装置可以包括图像传感器，例如CCD传感器或CMOS传感器，其中耦合和去耦光学器件被设计成在图像传感器上生成测量区域的光学图像，并且其中接收装置被配置成生成表示借助于图像传感器检测到的图像的输出数据到电子测量单元。因此，接收装置形成检测测量介质的空间分辨图像的相机。图像传感器可另外设计成以空间分辨的方式检测在图像传感器上生成的光学图像的光谱信息。在这种情况下，接收装置形成高光谱相机。接收装置还可以具有一个或多个单独的检测器。在有利的实施例中，至少一个附加传感器可以是温度传感器。利用附加温度信息，可以更精确地分析借助于接收装置检测的光谱。例如，当测量湿度时，根据温度，光谱中的特征波段可以转移到更高或更低的波长。测量介质的聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分析测量介质的测量设备，所述测量设备包括：‑探头壳体；‑辐射源；‑耦合和去耦光学器件，所述耦合和去耦光学器件具有布置在所述探头壳体中的至少一个测量窗口，并且被配置成将所述辐射源的辐射耦合到测量区域中，所述测量区域布置在所述探头壳体外部并且所述测量介质位于所述测量区域中，并且被配置成将所述测量辐射从所述测量区域去耦；‑接收装置，所述接收装置被配置成通过所述耦合和去耦光学器件检测从所述测量区域去耦的测量辐射并且从所检测到的测量辐射生成输出数据；‑至少一个附加物理或化学传感器，所述至少一个附加物理或化学传感器集成在所述探头壳体中并且被设计成检测所述测量介质的被测变量并且将所述被测变量的值输出作为测量信号；和‑电子测量单元，所述电子测量单元连接到所述接收装置并且被配置成收集和处理所述接收装置的所述输出数据，并且其中所述电子测量单元连接到所述附加物理或化学传感器，并且被配置成收集和处理所述附加物理或化学传感器的所述测量信号。

【技术特征摘要】
2017.11.13 DE 102017126612.71.一种用于分析测量介质的测量设备，所述测量设备包括：-探头壳体；-辐射源；-耦合和去耦光学器件，所述耦合和去耦光学器件具有布置在所述探头壳体中的至少一个测量窗口，并且被配置成将所述辐射源的辐射耦合到测量区域中，所述测量区域布置在所述探头壳体外部并且所述测量介质位于所述测量区域中，并且被配置成将所述测量辐射从所述测量区域去耦；-接收装置，所述接收装置被配置成通过所述耦合和去耦光学器件检测从所述测量区域去耦的测量辐射并且从所检测到的测量辐射生成输出数据；-至少一个附加物理或化学传感器，所述至少一个附加物理或化学传感器集成在所述探头壳体中并且被设计成检测所述测量介质的被测变量并且将所述被测变量的值输出作为测量信号；和-电子测量单元，所述电子测量单元连接到所述接收装置并且被配置成收集和处理所述接收装置的所述输出数据，并且其中所述电子测量单元连接到所述附加物理或化学传感器，并且被配置成收集和处理所述附加物理或化学传感器的所述测量信号。2.根据权利要求1所述的测量设备，其中所述电子测量单元被配置成使用所述接收装置的所述输出数据和所述附加物理或化学传感器的所述测量信号来确定和输出至少一个分析值。3.根据权利要求1或2的测量设备，其中所述接收装置包括光谱仪，所述光谱仪被配置成将所检测到的测量辐射分成光谱并且借助于检测器记录所生成的光谱，其中所述检测器被配置成生成表示所记录的光谱的输出数据到所述电子测量单元。4.根据权利要求3所述的测量设备，其中所述电子测量单元被配置成从所记录的光谱中识别至少一种分析物或确定其浓度。5.根据权利要求1或2的测量设备，其中所述接收装置包括图像传感器，例如CCD传感器或CMOS传感器，其中所述耦合和去耦光学器件被设计成在所述图像传感器上生成所述测量区域的光学图像，并且其中所述接收装置被配置成生成表示借助于所述图像传感器所检测到的图像的输出数据到所述电子测量单元。6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量设备，其中所述至少一个附加传感器是温度传感器。7.根据权利要求1至6中任一项所述的测量设备，其中所述至少一个附加传感器是分析传感器，特别是电导率传感器、pH传感器、离子选择性电极或溶解氧传感器。8.根据权利要求1至7中任一项所述的测量设备，其中所述测量设备包括温度传感器和至少一个分析传感器作为附加传感器，其中所述电子测量单元连接到所述温度传感器和所述至少一个分析传感器，并且被配置成接收和处理所述温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔基姆·曼哈特，朱迪斯·福尔克，莫尼卡·海斯特坎普，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE