ES2898619T3 - Dispositivo de medición de NIR - Google Patents

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Abstract

Dispositivo de medición de NIR para detectar características de un producto alojado en un recipiente de producción (10), con una sonda (20) diseñada en forma de un tubo hueco (21), capaz de insertarse en una entrada (11), dicha sonda puede unirse con el recipiente de producción (10)por medio de la entrada (11), preferiblemente estandarizada de este, en cuyo caso una fuente de luz y un sensor de medición (34) están asociados a la sonda (20) en un lado sin contacto del recipiente de producción (10) y la luz emitida por la fuente de luz se hace pasar a través del tubo hueco (21) y una ventana (22) ubicada en un extremo en el tubo hueco, dispuesta en un lado que ha de insertarse en el recipiente de producción (10), en forma de una placa transparente y paralela al plano y se refleja al menos parcialmente a través de la ventana ubicada en el extremo (22) y el tubo hueco (21) sobre el sensor (34), en cuyo caso la ventana ubicada en el extremo, asociada al tubo hueco (21), dispuesta en el lado que se insertará en el recipiente de producción (10) como cierre, está inclinada de tal manera que la normal de superficie de la placa transparente y paralela al plano de la ventana ubicada en el extremo (22) interseca un eje central del tubo hueco (21), en cuyo caso la luz emitida por la fuente de luz a través del tubo hueco (21) de la sonda (20) y la ventana, ubicada en un extremo, inclinada (22) impacta al producto mantenido en el recipiente de producción (10) y se refleja por este al menos parcialmente hacia atrás a través de la ventana (22) ubicada en un extremo, inclinada, y el tubo hueco (21) sobre el sensor (34), caracterizado porque el dispositivo de medición de NIR comprende un espejo (31), la fuente de luz en el espejo (31) está alineada de tal manera que el reflejo de la luz emitida por la fuente de luz en su lado sin contacto del recipiente de producción (10) cae en el tubo hueco (21), y el espejo (31) está diseñado como una lámina perforada con el sensor (34), que se encuentra subyacente en línea recta, en dirección de reflexión de la luz que se refleja a través del tubo hueco (21).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de medición de NIR
La presente invención se refiere a un dispositivo de medición para detectar parámetros de un producto alojado en un recipiente de producción, con una sonda diseñada en forma de tubo hueco que se puede conectar al recipiente de producción a través de una entrada, preferiblemente estandarizada y que se puede insertar en esa entrada, en donde una fuente de luz y un sensor de medición están asociados con la sonda en un lado sin contacto del recipiente de producción y la luz emitida por la fuente de luz pasa a través del tubo hueco y una ventana ubicada en un extremo, en forma de placa transparente, paralela al plano, dispuesta en un lado destinado a insertarse en el recipiente de producción y se refleja de regreso sobre el sensor al menos parcialmente a través de la ventana ubicada en el extremo y el tubo hueco.
Un dispositivo de medición de este tipo para detectar fluorescencia ya se conoce a por la publicación US 4,803,365. Como estado de la técnica adicional pueden mencionarse las publicaciones US 2008/0212077 A1, EP 0590487 A1, US 2003/0090666 A1 y DE 202005001 438 U1.
Dispositivos de medición de este tipo ya se conocen de muchas maneras como dispositivos de medición de NIR en el estado de la técnica. Dispositivos de medición de este tipo tienen una sonda que, con la ayuda de fibras de vidrio u otros conductores de fibra, transporta la luz al recipiente de producción, la cual se refleja en el producto a observar, se pasa de nuevo por las fibras de vidrio a través de la sonda de regreso a un sensor y finalmente se evalúa en el área del sensor con respecto al espectro.
Sin embargo, en el estado de la técnica ocurren regularmente algunos problemas. Por un lado, la exposición de la luz utilizada, generalmente luz halógena blanca, que tiene un espectro amplio y uniforme, calienta las fibras de vidrio utilizadas y cambia sus propiedades ópticas con el aumento de la temperatura. Además, las fibras de vidrio no son adecuadas para todo el rango espectral, por lo que se deben usar diferentes fibras y, en consecuencia, diferentes sondas y sensores para los diferentes rangos espectrales. Esto conduce a un esfuerzo considerable, por lo que también existe el problema de que la sonda en su sección transversal debe usarse por secciones para rangos espectrales individuales.
Este problema conduce al hecho de que, si la apertura de luz de una fibra de vidrio se ve afectada con un grano proveniente de la producción, esta se bloquea inmediatamente por completo y, dependiendo de si las propiedades espectrales de este grano corresponden a las deseadas o no, trae un mensaje de error correspondiente. Si el espectro de este grano corresponde al producto deseado, se concluye inmediatamente que se ha alcanzado el punto de homogeneidad de la mezcla en el recipiente de producción y se cancela la mezcla adicional. Esto resulta en un producto inutilizable. Por el contrario, si se afecta con un grano que no corresponde a la composición deseada, la operación de mezcla nunca se detiene, puesto que ya no se presenta un cambio con el tiempo. Esto también conduce, en última instancia, al hecho de que no puede tener lugar un control práctico del producto.
Además, con respecto a las fibras de vidrio de uso común, existe el problema de que tienen una atenuación relativamente alta y pueden deteriorar la señal entre un 10 y un 20 % por conexión, especialmente en el área de acoplamientos o desacoplamientos ópticos.
En el contexto de este estado de la técnica, la presente invención se basa en el objeto de crear un dispositivo de medición de NIR que no tenga límite con respecto a las longitudes de onda utilizadas, es decir, que solo requiera una entrada única para todas las longitudes de onda. Además, la solución propuesta ha de traer una independencia de las sensibilidades a la temperatura, reducir las pérdidas y evitar el efecto descrito de una afectación de la conducción de luz con un solo grano.
Esto se logra mediante un dispositivo de medición de NIR según las características de las reivindicaciones independientes. Además, de las reivindicaciones dependientes pueden deducirse otras configuraciones prácticas de un dispositivo de medición de NIR de este tipo.
Según la invención se prevé que se utilice un tubo hueco como sonda que se puede insertar en una entrada del recipiente de producción. Idealmente, esta es una entrada estandarizada, como el conocido puerto Ingold. La sonda, que está diseñada como un tubo hueco, tiene en su lado del producto, es decir, el lado del tubo hueco que se inserta en el recipiente de producción, una ventana inclinada, ubicada en un extremo, que puede estar hecha de vidrio u otro material transparente, por ejemplo. Debido a esta inclinación de la ventana ubicada en un extremo es posible dirigir una fuente de luz hacia el tubo hueco sin que la reflexión, que se refleja a través del tubo hueco, represente una imagen de la fuente de luz como tal. Más bien, debido a la inclinación de la ventana ubicada en el extremo, la luz se introduce de manera relativamente uniforme en el recipiente de producción y a través del tubo hueco solo se refleja el reflejo de la luz, reflejada por el producto.
Para este propósito, se proporciona una fuente de luz, cuya luz se introduce en el tubo hueco. Tal fuente de luz puede ser, por ejemplo, una lámpara halógena que imita un espectro particularmente uniforme de luz blanca. La luz cae finalmente de la fuente de luz al tubo hueco, penetra a través de la ventana y se refleja en el producto. A partir de ahí, la luz vuelve a caer a través de la ventana y finalmente en un sensor dispuesto en el área del haz de luz reflejado, por ejemplo, una cámara con la que se puede observar, evaluar y detectar la contaminación en la ventana.
Una alternativa a esto es que un reflector está dispuesto frente a la ventana, nuevamente a distancia. En el caso de que un medio sea transparente en gran medida y, por lo tanto, apenas refleje reflexiones, tal reflector se puede utilizar para permitir una reflexión definida. Los valores del reflector deben tenerse en cuenta matemáticamente al evaluar el espectro.
En una configuración concreta la fuente de luz se puede dirigir primero a un espejo que introduce la luz, que inciden desde la fuente de luz al espejo, en el tubo hueco de la sonda. En este caso se prevé diseñar el espejo como una lámina perforada, de modo que preferiblemente tenga un agujero en su centro. La luz reflejada a través del tubo hueco cae sobre el espejo y allí, en particular, sobre el orificio liberado detrás del cual se dispone el sensor. De esta manera se asegura que el sensor no esté influenciado por la luz de la fuente de luz.
Debido al gran calentamiento del espejo por la acción de la luz emitida por la fuente de luz, el sensor, que está dispuesto detrás del espejo, se desacopla térmicamente de él con cierta ventaja. Esto protege al sensor de daños. Otra configuración particularmente preferida prevé una ventana inclinada hecha de vidrio de zafiro. Además de una resistencia a los arañazos particularmente alta, este también es significativamente más resistente a la presión que el vidrio utilizado convencionalmente y también resistente a los agentes de limpieza, por lo que se evita la opacidad con el tiempo.
La invención descrita anteriormente se explica con más detalle a continuación utilizando un ejemplo de realización. La figura 1 muestra un dispositivo de medición de NIR con una sonda diseñada como un tubo hueco que está unido a una entrada de un recipiente de producción en una representación de sección lateral.
La figura 1 muestra una representación seccional de un dispositivo de medición de NIR, que está alojado esencialmente en una carcasa 35. El dispositivo de medición de NIR está conectado a un recipiente de producción 10 a través de una entrada estándar 11. Se utiliza para controlar el grado de mezcla de un producto en el recipiente de producción 10, así como para verificar las concentraciones dentro del producto monitoreado. El recipiente de producción puede ser tanto un tubo transportador como también un recipiente de reacción, un recipiente de mezcla o un recipiente agitado. En la entrada estándar 11 se enchufa una sonda 20 conectada a la carcasa 35, que se conecta a través de una tuerca de unión 12 a la entrada estándar 11. A la carcasa 35 también se le asocia una fuente de luz en forma de lámpara halógena 30, cuya luz se dirige a un espejo 31. El espejo está alineado de tal manera que la luz incidente de la lámpara halógena 30 se dirige por el espejo 31 hacia la sonda 20. La sonda 20 está diseñada como un tubo hueco 21, en el que solo se contiene aire, un gas o un vacío. Ubicado en el extremo, el tubo hueco 21 está terminado por una ventana 22, que se coloca de manera inclinada, opuesta al tubo hueco 21, cuya normal de superficie interseca entonces un eje central del tubo hueco 21. A través de esta ventana 22, la luz emitida por la lámpara halógena 30 cae sobre el producto que se encuentra detrás de la ventana 22. Si se trata de un producto transparente, también se puede proporcionar un reflector 23 a una distancia de la ventana 22, que refleja la luz incidente en lugar del producto translúcido en este caso. La luz que se refleja en cualquier caso a través del tubo hueco 21 cae a su vez en forma de un cono de luz 24 en el espejo 31, en cuyo caso este espejo 31 tiene un agujero 32 en el área del impacto del cono de luz reflejado 24; es decir, está diseñado como una lámina perforada. Detrás del agujero 32 se proporciona un canal de luz 33, detrás del cual a su vez se dispone un sensor 34 que puede registrar la luz recibida y transmitir informaciones para seguir evaluando. El sensor 34 está desacoplado térmicamente del espejo 31 que se calienta fuertemente por la exposición continua a la luz de la lámpara halógena 30 y debido a la temperatura del producto monitoreado.
Lo descrito anteriormente es, por lo tanto, un dispositivo de medición de NIR que propone una alternativa al uso de fibras de vidrio u otras fibras para la transmisión de luz en una medición de NIR y, por lo tanto, aporta un manejo simplificado y una mejora de la medición.
Lista de caracteres de referencia
10 Recipiente de producción
11 Entrada estándar
12 Tuerca de unión
20 Sonda
Tubo hueco Ventana Reflector Cono de luz Lámpara halógena Espejo
Agujero
Canal de luz Sensor
Carcasa

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de medición de NIR para detectar características de un producto alojado en un recipiente de producción (10), con una sonda (20) diseñada en forma de un tubo hueco (21), capaz de insertarse en una entrada (11), dicha sonda puede unirse con el recipiente de producción (10)por medio de la entrada (11), preferiblemente estandarizada de este, en cuyo caso una fuente de luz y un sensor de medición (34) están asociados a la sonda (20) en un lado sin contacto del recipiente de producción (10) y la luz emitida por la fuente de luz se hace pasar a través del tubo hueco (21) y una ventana (22) ubicada en un extremo en el tubo hueco, dispuesta en un lado que ha de insertarse en el recipiente de producción (10), en forma de una placa transparente y paralela al plano y se refleja al menos parcialmente a través de la ventana ubicada en el extremo (22) y el tubo hueco (21) sobre el sensor (34), en cuyo caso la ventana ubicada en el extremo, asociada al tubo hueco (21), dispuesta en el lado que se insertará en el recipiente de producción (10) como cierre, está inclinada de tal manera que la normal de superficie de la placa transparente y paralela al plano de la ventana ubicada en el extremo (22) interseca un eje central del tubo hueco (21), en cuyo caso la luz emitida por la fuente de luz a través del tubo hueco (21) de la sonda (20) y la ventana, ubicada en un extremo, inclinada (22) impacta al producto mantenido en el recipiente de producción (10) y se refleja por este al menos parcialmente hacia atrás a través de la ventana (22) ubicada en un extremo, inclinada, y el tubo hueco (21) sobre el sensor (34), caracterizado porque el dispositivo de medición de NIR comprende un espejo (31), la fuente de luz en el espejo (31) está alineada de tal manera que el reflejo de la luz emitida por la fuente de luz en su lado sin contacto del recipiente de producción (10) cae en el tubo hueco (21), y el espejo (31) está diseñado como una lámina perforada con el sensor (34), que se encuentra subyacente en línea recta, en dirección de reflexión de la luz que se refleja a través del tubo hueco (21).
2. Dispositivo de medición de NIR para detectar los parámetros de un producto alojado en un recipiente de producción (10), con una sonda (20) diseñada en forma de tubo hueco (21), capaz de insertarse en una entrada (11), dicha sonda puede unirse con el recipiente de producción (10) por medio de la entrada (11), preferiblemente estandarizada de este, en cuyo caso a la sonda (20) se asocia una fuente de luz y un sensor de medición (34) en el lado sin contacto del recipiente de producción (10) y la luz emitida por la fuente de luz se hace pasar por el tubo hueco (21) y una ventana (22) , ubicada en un extremo del tubo hueco, dispuesta en un lado que ha de insertarse en el recipiente de producción (10), en forma de una placa transparente y paralela al plano y se refleja de regreso al menos parcialmente a través de la ventana (22) ubicada en el extremo y el tubo hueco (21) sobre el sensor (34), en cuyo caso la ventana ubicada en el extremo, asociada al tubo hueco (21) en el lado que se insertará en el recipiente de producción (10) en forma de cierre (22) está inclinada de manera que la normal de superficie de la placa transparente y paralela al plano de la ventana ubicada en el extremo (22) interseca un eje central del tubo hueco (21), en cuyo caso de modo paralelo a la ventana (22) ubicada en el extremo, inclinada, se proporciona un reflector (23) distanciado de ésta, en cuyo caso la luz emitida por la fuente de luz a través del tubo hueco (21) de la sonda (20) y la ventana (22) ubicada en el extremo, inclinada, atraviesa el reflector (23) y desde este se refleja, al menos parcialmente, a través de la ventana (22) ubicada en el extremo, inclinada, y el tubo hueco (21) sobre el sensor (34), caracterizado porque el dispositivo de medición de NIR comprende un espejo (31), la fuente de luz se alinea con el espejo (31) de tal manera que el reflejo de la luz emitida por la fuente de luz en su lado sin contacto del recipiente de producción (10) cae en el tubo hueco (21), y el espejo (31) está diseñado como una lámina perforada con el sensor (34), subyacente en línea recta, en dirección de reflexión de la luz reflejada a través del tubo hueco (21).
3. Dispositivo de medición de NIR según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espejo (31) está desacoplado térmicamente del sensor (34).
4. Dispositivo de medición de NIR según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la ventana inclinada está hecha de vidrio de zafiro.
5. Dispositivo de medición de NIR según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fuente de luz es una lámpara halógena (30) para la emisión de luz blanca.
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