ES2918575T3 - Sensor óptico para detectar la fluorescencia y la dispersión mediante una muestra de fluido - Google Patents
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Abstract
Un sensor óptico puede incluir emisores ópticos de primer y segundo configurado para emitir la luz en una muestra de fluido a través de una vía óptica. La luz de los emisores puede causar fluorescencia de la muestra y/o dispersar de la muestra. La luz dispersa y fluorescada puede ser recibida por un detector óptico en el sensor a través de la vía óptica, y se usa para determinar al menos una característica de la muestra de fluido. Un segundo detector óptico puede proporcionar mediciones de referencia de la cantidad de luz emitida a la muestra. El segundo emisor óptico y el segundo detector óptico se pueden incluir en un conjunto de emisores ópticos eliminados removiblemente en la vía óptica del sensor óptico de modo que el segundo emisor óptico emite luz en la vía óptica hacia una muestra de fluido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sensor ópti
Referencia cruzada a la solicitud relacionada
Esta solicitud reivindica la prioridad para la Solicitud de patente de Estados Unidos con número de serie 14/637,576 presentada el 4 de marzo de 2015.
Campo técnico
Esta descripción se refiere a dispositivos de medición óptica y, más particularmente, a un sensor óptico.
Antecedentes
En las operaciones de limpieza y antimicrobianas, los usuarios comerciales (por ejemplo, restaurantes, hoteles, plantas de alimentos y bebidas, supermercados, etc.) confían en la concentración de un producto de limpieza o antimicrobiano para hacer que el producto trabaje de manera efectiva. La falta de efectividad de un producto de limpieza o antimicrobiano (por ejemplo, debido a problemas de concentración) puede provocar que el usuario comercial perciba el producto como de menor calidad. Los consumidores finales también pueden percibir que el proveedor comercial de tales productos proporciona servicios inferiores. Además, los usuarios comerciales pueden ser investigados y/o sancionados por las agencias reguladoras y de salud del gobierno. En consecuencia, existe la necesidad de un sistema que pueda monitorear las características de soluciones de fluidos, por ejemplo, para determinar si la concentración de un producto está dentro de un rango de concentración especificado. Lo mismo puede ser cierto para otras aplicaciones, tales como el tratamiento de agua comercial e industrial, el control de plagas, las operaciones de bebidas y embotellado, las operaciones de refinado y procesamiento de petróleo y gas y similares.
Un método para monitorear la concentración de un producto se basa en monitorear la fluorescencia del producto que se produce cuando la muestra (y el producto dentro de la muestra) se expone a una longitud de onda de luz predeterminada. Por ejemplo, los compuestos dentro del producto o un marcador fluorescente agregado al producto pueden fluorescer cuando se exponen a ciertas longitudes de onda de luz. La concentración del producto puede luego determinarse mediante el uso de un fluorómetro que mide la fluorescencia de los compuestos y calcula la concentración de la sustancia química en base a la fluorescencia medida. El documento US 2010/053614 A1 se dirige a un sistema de detección de partículas que genera imágenes y detecta partículas en una corriente de flujo de fluido a través del uso de matriz(es) de detectores configurada(s) para detectar la emisión fluorescente de las partículas y la luz dispersada elásticamente por las partículas. El sistema de detección puede incluir matrices de fuentes de luz que pueden iluminar selectivamente una partícula en una corriente de fluido. El sistema de detección también puede incluir una matriz de detectores que emplee agrupamiento inteligente para leer las señales medidas y un detector sensible a la posición.
En general, la espectroscopia fluorométrica requiere dirigir la luz de una fuente de luz radiante a una muestra y luego recibir la luz de la muestra en un detector. Con el fin de hacerlo, la fuente y el detector deben estar en comunicación óptica con la muestra. En los sistemas existentes, proporcionar acceso óptico a la muestra puede ser un proceso costoso que requiere una modificación significativa del sistema y un tiempo de inactividad significativo para realizar tal modificación.
Resumen
En general, esta descripción se relaciona con sensores ópticos y técnicas para monitorear muestras de fluidos. La invención es, como se define en la reivindicación 1, un sensor óptico que comprende una ventana óptica; una primera vía óptica configurada para dirigir la luz a través de la ventana óptica conectada ópticamente a la primera vía óptica en una muestra de fluido bajo análisis y recibir la luz de la muestra de fluido a través de la ventana óptica; un primer emisor óptico configurado para emitir luz a una primera longitud de onda a través de la primera vía óptica y dentro de la muestra de fluido para excitar las emisiones fluorescentes en la muestra de fluido bajo análisis; un conjunto emisor óptico dispuesto en la primera vía óptica, el conjunto emisor óptico que comprende un segundo emisor óptico configurado para emitir luz a una segunda longitud de onda en la primera vía óptica y a través de la ventana óptica en la muestra de fluido, en el que la luz emitida por el segundo emisor óptico se dispersa fuera de la muestra de fluido bajo análisis y un primer detector óptico acoplado ópticamente a la primera vía óptica y configurado para recibir un haz de emisión fluorescente de la muestra de fluido y un haz dispersado de la muestra de fluido a través de la primera vía óptica; en el que el conjunto emisor óptico se posiciona de tal manera que el segundo emisor óptico está dentro de la primera vía óptica y bloquea una porción de la luz del primer emisor óptico para que no llegue a la ventana óptica. Un sensor óptico (también llamado fluorómetro en lo sucesivo) de acuerdo con la invención incluye un primer emisor óptico configurado para generar emisiones fluorescentes en una muestra de fluido bajo análisis y un segundo emisor óptico configurado para emitir luz para medir una cantidad de dispersión en la muestra de fluido bajo análisis. El fluorómetro también incluye al menos un detector que recibe la luz
fluorescente emitida por la muestra de fluido y la luz dispersada de la muestra de fluido. Durante la operación, el detector puede detectar una cantidad de luz fluorescente emitida por la muestra de fluido bajo análisis y el fluorómetro puede luego determinar, en base a la luz fluorescente, una concentración de una especie fluorescente en la muestra de fluido. El fluorómetro también puede detectar una cantidad de luz dispersada por la muestra de fluido bajo análisis y determinar, en base a la luz dispersada, otras propiedades de la muestra de fluido bajo análisis. Por ejemplo, el fluorómetro puede determinar una concentración de una especie no fluorescente en la muestra de fluido bajo análisis. Como otro ejemplo, el fluorómetro puede ajustar la cantidad de luz fluorescente detectada en base a la información de dispersión de luz, por ejemplo, para tener en cuenta el efecto de la turbidez del fluido sobre la intensidad medida de las emisiones fluorescentes.
Para ayudar a proporcionar un diseño de fluorómetro compacto que sea fácil de instalar y que resista el ensuciamiento, el fluorómetro puede configurarse con una única lente óptica a través de la cual se emite luz hacia y se recibe de la muestra de fluido bajo análisis. El fluorómetro puede incluir una carcasa que contiene el primer emisor óptico, el segundo emisor óptico y al menos un detector. El primer emisor óptico, el segundo emisor óptico y el al menos un detector pueden disponerse dentro de la carcasa de modo que todos los componentes estén en comunicación óptica con la lente óptica única (por ejemplo, pueden dirigir la luz a través y/o recibir la luz de la lente óptica). Al configurar el fluorómetro con una única lente óptica, los emisores ópticos pueden dirigir la luz hacia y el detector puede recibir luz de sustancialmente la misma porción de fluido adyacente a la lente óptica. Esto puede ayudar a evitar lecturas ópticas inconsistentes que de otra manera podrían producirse si diferentes emisores ópticos emitieran luz a través de diferentes porciones de fluido a través de lentes ópticas separadas físicamente. Además, configurar el fluorómetro con una única lente óptica puede proporcionar un diseño de fluorómetro comparativamente compacto que puede usarse en un número de aplicaciones diferentes. Por ejemplo, en función del diseño, la carcasa del fluorómetro puede configurarse para insertarse en un puerto de un recipiente de fluido, un tramo de una sección en T de tubería u otro accesorio mecánico de un sistema de proceso. Esto puede permitir que el fluorómetro se instale fácilmente como un fluorómetro en línea para monitorear ópticamente el proceso.
Mientras que el diseño del fluorómetro puede variar, en algunos ejemplos adicionales, el fluorómetro incluye uno o más sensores complementarios que se configuran para medir características no ópticas de la muestra de fluido bajo análisis. Por ejemplo, el fluorómetro puede incluir un sensor de temperatura, un sensor de pH, un sensor de conductividad eléctrica, un sensor de caudal, un sensor de presión y/o cualquier otro tipo de sensor adecuado. Tales sensores complementarios pueden tener interfaces de sensor ubicadas en la superficie externa de la carcasa del fluorómetro, por ejemplo, adyacente a la lente óptica del fluorómetro, con la electrónica del sensor posicionada dentro de la carcasa. Los sensores complementarios pueden medir propiedades no ópticas de sustancialmente la misma porción de fluido que el fluorómetro analiza ópticamente. Al medir tanto las propiedades ópticas como no ópticas del fluido bajo análisis, un proceso que utiliza el fluido puede compararse y controlarse con mayor precisión que si solamente se midieran las propiedades ópticas o no ópticas del fluido.
En un ejemplo, se describe un sensor óptico que incluye una carcasa, un primer emisor óptico, un segundo emisor óptico y un detector óptico. De acuerdo con el ejemplo, la carcasa define una vía óptica configurada para dirigir la luz a través de una lente acoplada ópticamente a la vía óptica hacia una muestra de fluido y para recibir la luz de la muestra de fluido. El primer emisor óptico se configura para emitir luz a una primera longitud de onda a través de la vía óptica hacia la muestra. El segundo emisor óptico se configura para emitir luz a una segunda longitud de onda a través de la vía óptica hacia la muestra. Además, el detector óptico se configura para recibir la luz de la muestra de fluido a través de la vía óptica.
De acuerdo con la invención, las longitudes de onda primera y segunda son de manera que la primera longitud de onda excita la fluorescencia en la muestra, mientras que la segunda longitud de onda la dispersa fuera de la muestra. El detector puede detectar la luz fluorescente de la muestra con el fin de determinar una característica de la muestra, tal como la concentración de un fluoróforo. El detector también mide la luz dispersada de la muestra con el fin de determinar otra propiedad de la muestra que pueda tener un efecto sobre la fluorescencia de la misma, tal como la turbidez de la muestra. La cantidad de luz dispersa detectada en estos ejemplos puede usarse para ajustar la cantidad de luz fluorescente detectada y, correspondientemente, cualquier característica del fluido determinada en base a las emisiones fluorescentes detectadas. Por ejemplo, una muestra de fluido altamente turbia puede generar menos emisiones fluorescentes que una muestra de fluido menos turbia, aunque la muestra de fluido altamente turbia tenga una concentración de fluoróforos más alta. Esto puede producirse si la turbidez en la muestra de fluido bloquea las emisiones fluorescentes que de otra manera serían detectadas por el fluorómetro. En consecuencia, con el conocimiento de la turbidez de la muestra de fluido, la emisión fluorescente detectada de la muestra de fluido puede ajustarse en consecuencia.
Un sensor óptico de acuerdo con la descripción puede tener un número de configuraciones de detector diferentes. En un ejemplo, el sensor óptico incluye un único detector óptico que recibe las emisiones fluorescentes emitidas por una muestra de fluido bajo análisis y también recibe la luz dispersada de la muestra de fluido bajo análisis. El detector óptico puede recibir la luz a través de una única lente óptica montada sobre una superficie externa de la carcasa del detector óptico. En tales ejemplos, el sensor óptico puede alternativamente emitir luz desde el primer emisor óptico configurado para generar emisiones fluorescentes mientras que el segundo emisor óptico configurado para generar luz dispersa está apagado y luego emitir luz desde el segundo emisor óptico mientras que el primer
emisor óptico está apagado. En tales ejemplos, el detector óptico único puede recibir alternativamente emisiones fluorescentes emitidas por la muestra de fluido en respuesta a la luz del primer emisor óptico y la luz dispersada de la muestra de fluido en respuesta a la luz del segundo emisor óptico, lo que proporciona diferentes canales de detección para el mismo detector óptico. En otros ejemplos, el sensor óptico incluye múltiples detectores ópticos, que incluye un detector óptico configurado para medir las emisiones fluorescentes emitidas por una muestra de fluido en respuesta a la luz del primer emisor óptico y un segundo detector óptico configurado para medir la luz dispersada de la muestra de fluido en respuesta a la luz del segundo emisor óptico. Los emisores ópticos primero y segundo pueden emitir luz en la muestra de fluido simultáneamente en estos ejemplos.
En algunos ejemplos adicionales, el sensor óptico incluye un detector de referencia configurado para medir la luz de los emisores ópticos primero y segundo antes de que incidan sobre la muestra. De esta forma, puede determinarse la cantidad de luz que incide sobre la muestra para provocar la dispersión y la fluorescencia. Esta información puede usarse para escalar la luz dispersada y fluorescente detectada, ya que la cantidad de luz dispersada y fluorescente generalmente es una función de la cantidad de luz que incide sobre la muestra. En consecuencia, cuando se usa, el detector de referencia puede actuar para calibrar el detector y proporcionar un punto de referencia para las mediciones hechas por el primer detector óptico.
De acuerdo con la invención, el sensor óptico incluye una vía óptica a través de la cual se guía la luz desde los emisores ópticos hasta la muestra y se guía de regreso desde la muestra hasta el detector óptico. Diversos componentes ópticos, que incluyen filtros y ventanas ópticas parcialmente reflectantes, pueden dirigir la luz hacia el destino deseado mientras que previene que la luz no deseada interfiera con las mediciones. Pueden proporcionarse vías ópticas adicionales para guiar la luz hacia y desde estos componentes ópticos. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el sensor óptico incluye una ventana óptica parcialmente reflectante que funciona para dirigir porciones de luz desde los emisores ópticos primero y segundo tanto al segundo detector óptico (por ejemplo, el detector de referencia) como hacia la vía óptica. En estas realizaciones, otra ventana óptica parcialmente reflectante puede dirigir porciones de la luz desde cada emisor hacia la muestra a través de la vía óptica. En algunas realizaciones, la luz dispersada y fluorescente de la muestra viaja de regreso a través de la vía óptica y se transmiten a través de la ventana óptica parcialmente reflectante hacia el primer detector óptico.
En un ejemplo, se describe un sistema que incluye un sensor óptico y un controlador. El sensor óptico incluye una carcasa que tiene una vía óptica configurada para dirigir la luz a través de una lente conectada ópticamente a la vía óptica hacia una muestra de fluido bajo análisis y recibir la luz de la muestra de fluido a través de la lente. El sensor óptico también incluye un primer emisor óptico, un segundo emisor óptico y un detector óptico. De acuerdo con el ejemplo, el controlador se configura para controlar el primer emisor óptico para que emita luz en una primera longitud de onda a través de la vía óptica hacia la muestra de fluido bajo análisis, detecte las emisiones fluorescentes emitidas por la muestra de fluido y recibidas a través de la vía óptica, a través del detector óptico, controlar el segundo emisor óptico para emitir luz a una segunda longitud de onda diferente de la primera longitud de onda a través de la vía óptica y hacia la muestra de fluido bajo análisis y detectar la luz dispersada por la muestra de fluido y recibida a través de la vía óptica por el detector óptico.
De acuerdo con la invención, el sensor incluye un conjunto emisor óptico dispuesto en la vía óptica. El conjunto emisor óptico puede acoplarse al sensor de manera fija o desmontable. El conjunto emisor óptico incluye el segundo emisor óptico. El conjunto emisor óptico se posiciona en la vía óptica de manera que bloquea una porción de la luz del primer emisor óptico para que no llegue a la lente óptica y sea emitida a la muestra de fluido. El conjunto emisor óptico puede incluir un detector óptico de referencia para detectar la luz emitida por el segundo emisor óptico dispuesto en el conjunto emisor óptico.
En otro ejemplo de acuerdo con la descripción, se describe un método que incluye la emisión de luz en la primera longitud de onda por un primer emisor óptico a través de una vía óptica en una muestra de fluido y la recepción de emisiones fluorescentes emitidos por la muestra de fluido a través de la vía óptica por un detector óptico. El método incluye además emitir luz a una segunda longitud de onda diferente a la primera longitud de onda por un segundo emisor óptico a través de la vía óptica y hacia la muestra de fluido y recibir la luz dispersada por la muestra de fluido a través de la vía óptica por el detector óptico. El segundo emisor óptico puede posicionarse en la vía óptica, por ejemplo, en un conjunto emisor óptico. Diversos métodos incluyen emitir tanto la primera como la segunda longitud de onda de luz simultáneamente o, alternativamente, alternativamente. En algunas realizaciones, la recepción de luz fluorescente por la muestra se realiza mientras se emite luz desde el primer emisor óptico, mientras que en realizaciones alternativas se realiza después de cesar la emisión desde el primer emisor óptico.
Los detalles de uno o más ejemplos se exponen en los dibujos adjuntos y en la descripción más abajo. Otras características, objetos y ventajas serán evidentes a partir de la descripción y los dibujos y de las reivindicaciones.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama que ilustra un ejemplo de sistema de fluidos que puede incluir un sensor óptico de acuerdo con los ejemplos de la descripción.
La Figura 2 es un diagrama de bloques de un sensor óptico de ejemplo que puede determinar al menos una característica de una muestra de fluido.
La Figura 3 es un dibujo esquemático de un ejemplo de disposición que no está de acuerdo con la invención de componentes que pueden usarse para el sensor óptico de la Figura 2.
La Figura 4 es un diagrama conceptual que no está de acuerdo con la invención que ilustra ejemplos de flujos de luz a través del sensor óptico de la Figura 3.
La Figura 5 es una vista en sección transversal de una realización de un sensor óptico.
La Figura 6 es una realización de un sensor óptico configurado para recibir un conjunto emisor óptico.
La Figura 7 es una vista en perspectiva de una realización de un conjunto emisor óptico que puede incorporarse al sensor óptico de la Figura 6.
La Figura 8 es una vista en despiece que ilustra el ensamble del conjunto emisor óptico y la carcasa del sensor óptico.
La Figura 9 es una vista en sección transversal de un sensor óptico y un conjunto emisor óptico adjunto tomada a lo largo de la primera vía óptica y la línea 9-9 en la Figura 5.
La Figura 10A es un diagrama conceptual que ilustra ejemplos de flujos de luz a través del sensor óptico de la Figura 6.
La Figura 10B es un diagrama conceptual que ilustra ejemplos de flujos de luz a través del conjunto emisor óptico de la Figura 7.
Las Figuras 11A y 11B ilustran ejemplos de disposiciones de detectores ópticos que pueden usarse en un sensor óptico tal como el de la Figura 2.
Las Figuras 12A-12D ilustran ejemplos de carcasas de sensores ópticos y disposiciones de componentes que pueden usarse para un sensor óptico tal como el de la Figura 2.
La Figura 13 es un diagrama de flujo de proceso que ilustra la operación ilustrativa de un sensor.
Descripción detallada
La siguiente descripción detallada es de naturaleza ilustrativa. La siguiente descripción proporciona algunas ilustraciones prácticas para implementar ejemplos de la presente invención. Se proporcionan ejemplos de construcciones, materiales, dimensiones y procesos de fabricación para elementos seleccionados y todos los demás elementos emplean lo que conocen los expertos en el campo de la invención. Los expertos en la técnica reconocerán que muchos de los ejemplos señalados tienen una variedad de alternativas adecuadas.
Los sensores ópticos se usan en una variedad de aplicaciones, que incluye el monitoreo de procesos industriales. Un sensor óptico puede implementarse como un dispositivo portátil de mano que se usa para analizar periódicamente las características ópticas de un fluido en un proceso industrial. Alternativamente, puede instalarse un sensor óptico en línea para analizar continuamente las características ópticas de un fluido en un proceso industrial. En cualquier caso, el sensor óptico puede analizar ópticamente la muestra de fluido y determinar diferentes características del fluido, tal como la concentración de una o más especies químicas en el fluido.
Como un ejemplo, los sensores ópticos se usan a menudo en aplicaciones de limpieza y desinfección industrial. Durante un proceso de limpieza y desinfección industrial, el agua generalmente se bombea a través de un sistema de tuberías industriales para lavar el sistema de tuberías del producto que reside en las tuberías y cualquier acumulación de contaminación dentro de las tuberías. El agua también puede contener un agente desinfectante que funciona para sanear y desinfectar el sistema de tuberías. El proceso de limpieza y desinfección puede preparar el sistema de tuberías para recibir un producto nuevo y/o un producto diferente al que se procesó previamente en el sistema.
Puede usarse un sensor óptico para monitorear las características del agua de lavado y/o desinfección que fluye a través de un sistema de tuberías durante un proceso de limpieza y desinfección industrial. Ya sea de forma continua o intermitente, las muestras de agua se extraen del sistema de tuberías y se entregan al sensor óptico. Dentro del sensor óptico, la luz se emite hacia la muestra de agua y se usa para evaluar las características de la muestra de agua. El sensor óptico puede determinar si el producto residual en el sistema de tuberías se ha eliminado suficientemente de las tuberías, por ejemplo, al determinar que hay poco o ningún producto residual en la muestra de agua. El sensor óptico también puede determinar la concentración de desinfectante en la muestra de agua, por ejemplo, al medir una señal fluorescente emitida por el desinfectante en respuesta a la luz emitida hacia la muestra de agua. Si se determina que hay una cantidad insuficiente de desinfectante en la muestra de agua para desinfectar correctamente el sistema de tuberías, se aumenta la cantidad de desinfectante para garantizar la desinfección adecuada del sistema.
Mientras que el sensor óptico puede tener una variedad de configuraciones diferentes, en algunos ejemplos, el sensor óptico se diseña para tener una única lente óptica a través de la cual se emite luz hacia una muestra de fluido y también se recibe de la muestra de fluido. El sensor óptico puede incluir una carcasa que contiene diversos componentes electrónicos del sensor y también tiene vías ópticas para controlar el movimiento de la luz hacia y desde la única lente óptica. Tal disposición puede facilitar el diseño de un sensor óptico compacto que puede instalarse fácilmente a través de una variedad de tuberías mecánicas y accesorios de proceso para analizar ópticamente un fluido de proceso deseado.
La Figura 1 es un diagrama conceptual que ilustra un ejemplo de sistema de fluidos 100, que puede usarse para producir una solución química que tenga propiedades fluorescentes, tal como una solución desinfectante que presente propiedades fluorescentes. El sistema de fluidos 100 incluye un sensor óptico 102, un depósito 104, un controlador 106 y una bomba 108. El depósito 104 puede almacenar un agente químico concentrado que puede mezclarse con un diluyente, tal como agua, para generar la solución química o puede ser cualquier otra fuente de la muestra a caracterizar. El sensor óptico 102 se conecta ópticamente a la vía de fluido 110 y se configura para determinar una o más características de la solución que viaja a través de la vía de fluido.
La vía de fluido 110 puede ser un único recipiente de fluido o una combinación de recipientes que llevan una muestra de fluido a través del sistema de fluido 100 que incluye, pero sin limitarse, tuberías, tanques, válvulas, conexiones en T y uniones de tuberías y similares. En algunos casos, uno o más componentes de la vía de fluido 110 pueden definir una interfaz o abertura dimensionada para recibir o enganchar de otra manera con el sensor óptico 102. En operación, el sensor óptico 102 puede comunicarse con el controlador 106 y el controlador 106 puede controlar el sistema de fluidos 100 en base a la información característica del fluido generada por el sensor óptico.
El controlador 106 se conecta comunicativamente al sensor óptico 102 y a la bomba 108. El controlador 106 incluye el procesador 112 y la memoria 114. El controlador 106 se comunica con la bomba 108 a través de una conexión 116. Las señales generadas por el sensor óptico 102 se comunican al controlador 106 a través de una conexión por cable o inalámbrica que el ejemplo de la Figura 1 se ilustra como una conexión cableada 118. La memoria 114 almacena el software para ejecutar el controlador 106 y también puede almacenar datos generados o recibidos por el procesador 112, por ejemplo, desde el sensor óptico 102. El procesador 112 ejecuta el software almacenado en la memoria 114 para gestionar la operación del sistema de fluido 100.
Como se describe con mayor detalle más abajo, el sensor óptico 102 se configura para analizar ópticamente una muestra de fluido que fluye a través de la vía de fluido 110. El sensor óptico 102 incluye un detector óptico que se posiciona y configura para medir las emisiones fluorescentes emitidas por la muestra de fluido. De acuerdo con la invención, se usa un único detector óptico para medir tanto la dispersión como la fluorescencia de una muestra y recibir tanto la luz dispersada como la fluorescente a través de una única vía óptica en el sensor 102. La vía óptica única puede usarse adicionalmente para dirigir la luz para inducir dispersión y fluorescencia en la muestra, proporcionando, por lo tanto, una interfaz compacta y espacialmente eficiente entre el sensor 102 y la muestra. Proporcionar un único punto de comunicación óptica entre el sensor 102 y la muestra también puede simplificar la implementación del sensor 102 en el sistema de fluidos 100, por ejemplo, al proporcionar un sensor que puede interactuar fácilmente con uno o más componentes de la vía de fluidos 110, tal como una configuración en T en una tubería.
En el ejemplo de la Figura 1, el sistema de fluidos 100 se configura para generar o recibir de otra manera una solución química que tiene propiedades fluorescentes. El sistema de fluidos 100 puede combinar uno o más agentes químicos concentrados almacenados dentro o recibidos del depósito 104 con agua u otro fluido diluyente para producir las soluciones químicas. En algunos casos, no es necesaria la dilución, ya que el depósito proporciona inmediatamente una muestra adecuada. Los ejemplos de soluciones químicas que pueden producirse por el sistema de fluidos 100 incluyen, pero sin limitarse a, agentes de limpieza, agentes desinfectantes, agua de refrigeración para torres de refrigeración industriales, biocidas tales como pesticidas, agentes anticorrosión, agentes anticalcáreos, agentes antiincrustantes, detergentes para ropa, limpiadores de limpieza in situ (CIP), revestimientos para suelos, composiciones para el cuidado de vehículos, composiciones para el cuidado del agua, composiciones para el lavado de botellas y similares.
Las soluciones químicas generadas por o que fluyen a través del sistema de fluidos 100 pueden emitir radiación fluorescente en respuesta a la energía óptica dirigida hacia las soluciones por el sensor óptico 102. El sensor óptico 102 puede luego detectar la radiación fluorescente emitida y determinar diversas características de la solución, tal como la concentración de uno o más compuestos químicos en la solución, en base a la magnitud de la radiación fluorescente emitida. En algunas realizaciones, el sensor óptico 102 puede dirigir energía óptica a la solución y recibir radiación fluorescente de la solución a través de una vía óptica dentro del sensor óptico 102, lo que permite un diseño compacto para el sensor óptico 102.
Con el fin de permitir que el sensor óptico 102 detecte las emisiones fluorescentes, el fluido generado por el sistema de fluidos 100 y recibido por el sensor óptico 102 puede incluir una molécula que presente características fluorescentes. En algunos ejemplos, el fluido incluye un compuesto policíclico y/o una molécula de benceno que tiene uno o más grupos donadores de electrones sustituyentes tal como, por ejemplo, -OH, -NH2 y -OCH3 , que pueden presentar características fluorescentes. En función de la aplicación, estos compuestos pueden estar naturalmente presentes en las soluciones químicas generadas por el sistema de fluidos 100 debido a las propiedades funcionales (por ejemplo, propiedades de limpieza y desinfección) impartidas a las soluciones por los compuestos.
Además de o en lugar de un compuesto naturalmente fluorescente, el fluido generado por el sistema de fluidos 100 y recibido por el sensor óptico 102 puede incluir un trazador fluorescente (que también puede denominarse como un marcador fluorescente). El trazador fluorescente puede incorporarse al fluido específicamente para impartir
propiedades fluorescentes al fluido. Ejemplos de compuestos trazadores fluorescentes incluyen, pero no se limitan a, disulfonato de naftaleno (NDSA), ácido 2-naftalenosulfónico, sal sódica del ácido amarillo ácido 7, 1, 3, 6, 8-pirenotetrasulfónico y fluoresceína.
Independientemente de la composición específica del fluido generado por el sistema de fluidos 100, el sistema puede generar fluido de cualquier forma adecuada. Bajo el control del controlador 106, la bomba 108 puede bombear mecánicamente una cantidad definida de agente químico concentrado fuera del depósito 104 y combinar el agente químico con agua para generar una solución líquida adecuada para la aplicación prevista. La vía de fluido 110 puede luego transportar la solución líquida a una ubicación de descarga prevista. En algunos ejemplos, el sistema de fluidos 100 puede generar un flujo de solución líquida continuamente durante un período de tiempo tal como, por ejemplo, un período de más de 5 minutos, un período de más de 30 minutos o incluso un período de más de 24 horas. El sistema de fluidos 100 puede generar solución de forma continua en el sentido de que el flujo de solución que pasa a través de la vía de fluido 110 puede ser sustancial o completamente ininterrumpido durante el período de tiempo.
En algunos ejemplos, monitorear las características del fluido que fluye a través de la vía de fluido 110 puede ayudar a garantizar que el fluido se formule apropiadamente para una aplicación aguas abajo prevista. La monitorización de las características del fluido que fluye a través de la vía de fluido 110 también puede proporcionar información de retroalimentación, por ejemplo, para ajustar los parámetros usados para generar una nueva solución de fluido. Por estas y otras razones, el sistema de fluidos 100 puede incluir un sensor para determinar diversas características del fluido generado por el sistema. El sensor puede engancharse directamente con la vía de fluido 110 para monitorear las características del fluido o, alternativamente, puede recibir fluido del sistema de fluido 100 por separado de la vía de fluido 110.
En el ejemplo de la Figura 1, el sistema de fluidos 100 incluye un sensor óptico 102. El sensor óptico 102 puede engancharse a la vía de fluido 110 de cualquier manera, tal como interconectarse con una configuración en T en una tubería en la vía de fluido 110, insertarse en un puerto de un tanque u otro recipiente de fluido a través del cual el fluido fluye periódicamente o similar. El sensor óptico 102 puede determinar una o más características del fluido que fluye a través de la vía de fluido 110. Las características de ejemplo incluyen, pero no se limitan a, la concentración de uno o más compuestos químicos dentro del fluido (por ejemplo, la concentración de uno o más agentes activos agregados desde el depósito 104 y/o la concentración de uno o más materiales que se lavan de la tubería en el sistema de fluidos 100), la temperatura del fluido, la conductividad del fluido, el pH del fluido, el caudal al que el fluido se mueve a través del sensor óptico y/u otras características del fluido que pueden ayudar a garantizar que el sistema desde el cual se analiza la muestra de fluido, está operando correctamente. El sensor óptico 102 puede comunicar la información característica detectada al controlador 106 a través de la conexión 118.
El sensor óptico 102 puede ser controlado por el controlador 106 o uno o más controladores dentro del sistema de fluidos 100. Por ejemplo, el sensor óptico 102 puede incluir un controlador de dispositivo (no ilustrado en la Figura 1) que controla el sensor óptico para emitir luz en el fluido bajo análisis y también para detectar la luz recibida de regreso del fluido. El controlador del dispositivo puede posicionarse físicamente adyacente a los otros componentes del sensor óptico, tal como dentro de una carcasa que alberga una fuente de luz y un detector del sensor óptico. En tales ejemplos, el controlador 106 puede funcionar como un controlador de sistema que se acopla comunicativamente al controlador de dispositivo del sensor óptico 102. El controlador del sistema 106 puede controlar el sistema de fluidos 100 en base a los datos característicos ópticos recibidos de y/o generados por el controlador del dispositivo. En otros ejemplos, el sensor óptico 102 no incluye un controlador de dispositivo separado, sino que se controla por el controlador 106 que también controla el sistema de fluidos 100. Por lo tanto, aunque el sensor óptico 102 generalmente se describe como que es controlado por el controlador 106, debe apreciarse que el sistema de fluidos 100 puede incluir uno o más controladores (por ejemplo, dos, tres o más), que trabajan solos o en combinación, para realizar las funciones atribuidas al sensor óptico 102 y al controlador 106 en esta descripción. Los dispositivos descritos como controladores pueden incluir procesadores, tal como microprocesadores, procesadores de señales digitales (DSP), circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), matrices de compuertas programables en campo (FPGA) o cualquier otro circuito lógico integrado o discreto equivalente, así como cualquier combinación de tales componentes.
En el ejemplo ilustrado en la Figura 1, el procesador 112 del controlador 106 puede recibir información característica óptica determinada del sensor óptico 102 y comparar la información característica determinada con uno o más umbrales almacenados en la memoria 114, tal como uno o más umbrales de concentración. En base a la comparación, el controlador 106 puede ajustar el sistema de fluidos 100, por ejemplo, de modo que la característica detectada coincida con un valor objetivo para la característica. En algunos ejemplos, el controlador 106 arranca y/o detiene la bomba 108 o aumenta y/o disminuye la velocidad de la bomba 108 para ajustar la concentración de un compuesto químico que fluye a través de la vía de fluido 110. Arrancar la bomba 108 o aumentar la velocidad de operación de la bomba 108 puede aumentar la concentración del compuesto químico en el fluido. Detener la bomba 108 o disminuir la velocidad de operación de la bomba 108 puede disminuir la concentración de compuesto químico en el fluido. En algunos ejemplos adicionales, el controlador 106 puede controlar el flujo de agua que se mezcla con un compuesto químico en el depósito 104 en base a la información característica determinada, por ejemplo, al arrancar o detener una bomba que controla el flujo de agua o al aumentar o disminuir la velocidad en la que opera la
bomba. Aunque no se ilustra en el ejemplo del sistema de fluidos 100 de la Figura 1, el controlador 106 también puede acoplarse de forma comunicativa a un intercambiador de calor, calentador y/o enfriador para ajustar la temperatura del fluido que fluye a través de la vía de fluido 110 en base a la información característica recibida del sensor óptico 102.
En otros ejemplos más, el sensor óptico 102 puede usarse para determinar una o más características de un volumen estacionario de fluido que no fluye a través de una cámara de flujo del sensor óptico. Por ejemplo, el sensor óptico 102 puede implementarse como una herramienta de monitoreo fuera de línea (por ejemplo, como un sensor portátil), que requiere rellenar el sensor óptico con una muestra de fluido extraída manualmente del sistema de fluidos 100. Alternativamente, el sensor óptico 102 puede engancharse a una porción del sistema de fluidos 100 configurado para recibir y contener un volumen estacionario de fluido, tal como un dispositivo de detención de flujo o un recipiente externo de otra manera para recibir el fluido y engancharse al sensor óptico 102. En algunas realizaciones, un controlador 106 puede controlar un sistema de bombas y/o válvulas para dirigir una cantidad finita de la muestra a medir en tal recipiente estacionario equipado con un sensor 102.
El sistema de fluidos 100 en el ejemplo de la Figura 1 también incluye el depósito 104, la bomba 108 y la vía de fluido 110. El depósito 104 puede ser cualquier tipo de contenedor que almacene un agente químico para el suministro posterior que incluye, por ejemplo, un tanque, una bolsa, una botella y una caja. El depósito 104 puede almacenar un líquido, un sólido (por ejemplo, polvo) y/o un gas. La bomba 108 puede ser cualquier forma de mecanismo de bombeo que suministre fluido desde el depósito 104. Por ejemplo, la bomba 108 puede comprender una bomba peristáltica u otra bomba de forma continua, una bomba de desplazamiento positivo o cualquier otro tipo de bomba apropiada para la aplicación en particular. En los ejemplos en los que el depósito 104 almacena un sólido y/o un gas, la bomba 108 puede reemplazarse con un tipo diferente de dispositivo de medición configurado para suministrar el agente químico gaseoso y/o sólido a una ubicación de descarga prevista. La vía de fluido 110 en el sistema de fluido 100, puede ser cualquier tipo de tubo, tubería o conducto flexible o inflexible.
En el ejemplo de la Figura 1, el sensor óptico 102 determina una característica del fluido que fluye a través de la vía de fluido 110 (por ejemplo, la concentración de un compuesto químico, la temperatura o similar) y el controlador 106 controla el sistema de fluido 100 en base a la característica determinada y, por ejemplo, una característica objetivo almacenada en la memoria 114. La Figura 2 es un diagrama de bloques de un sensor óptico 202 de ejemplo que puede instalarse en el sistema de fluidos 100 para monitorear una característica de un fluido que fluye a través de la vía de fluidos 110. El sensor 202 puede usarse como el sensor óptico 102 en el sistema de fluidos 100 o el sensor 202 puede usarse en otras aplicaciones más allá del sistema de fluidos 100.
En el ejemplo de la Figura 2, el sensor 202 incluye una carcasa 203, un primer emisor óptico 220, un segundo emisor óptico 224, una ventana óptica 228 y un detector óptico 234. La carcasa 203 alberga el primer emisor óptico 220, el segundo emisor óptico 224 y el detector óptico 234. La ventana óptica 228 se posiciona en una superficie externa de la carcasa 203 para proporcionar una barrera ópticamente transmisiva, hermética a los fluidos, entre el interior de la carcasa y el fluido en la muestra de fluido 230 que entra en contacto con la superficie externa de la carcasa. En operación, el primer emisor óptico 220 y el segundo emisor óptico 224 emiten la luz que se dirige a través de la ventana óptica 228 y dentro de la muestra de fluido 230 bajo análisis. En respuesta a la luz emitida por el primer emisor óptico 220 y el segundo emisor óptico 224 que incide sobre la ventana óptica adyacente al fluido 228, el fluido puede dispersar la luz y generar emisiones fluorescentes. La luz dispersada y las emisiones fluorescentes pueden pasar a través de la ventana óptica 228 para ser detectadas por el detector óptico 234.
Para controlar la transmisión de luz hacia y desde la ventana óptica 228, el sensor óptico 202 incluye al menos una vía óptica 226 que conecta ópticamente diversos componentes del sensor óptico a la muestra de fluido 230 bajo análisis. La vía óptica 226 puede guiar la luz emitida por el primer emisor óptico 220 y el segundo emisor óptico 224 para que la luz sea guiada desde los emisores ópticos, a través de la lente óptica 228 y hacia la muestra de fluido 230. La vía óptica 226 también guía la luz recibida de la muestra de fluido 230 a través de la ventana óptica 228 para que la luz sea guiada al detector óptico 234. Cuando se configura así, el primer emisor óptico 220 y el segundo emisor óptico 224 pueden posicionarse dentro de la carcasa 203 para dirigir la luz hacia la vía óptica 226 y el detector óptico 234 puede posicionarse dentro de la carcasa para recibir la luz de la vía óptica. Tal disposición puede permitir que el sensor óptico 202 se configure con una única lente óptica a través de la cual múltiples fuentes de luz emiten luz y a través de la cual también se recibe y detecta la luz de una muestra de fluido bajo análisis. Esto puede ayudar a minimizar el tamaño del sensor óptico 202, por ejemplo, de modo que el sensor sea lo suficientemente compacto para insertarse a través de un accesorio de tubería mecánica en una pieza de equipo de proceso que contenga fluido para análisis.
El sensor óptico 202 puede incluir cualquier número adecuado de vías ópticas que conectan ópticamente diversos componentes emisores y detectores alojados dentro de la carcasa 203 a la muestra de fluido bajo análisis a través de la ventana óptica 228. En el ejemplo de la Figura 2, el sensor óptico 202 se ilustra conceptualmente como que tiene una primera vía óptica 226 y una segunda vía óptica 236. La segunda vía óptica 236 se conecta ópticamente a la primera vía óptica 226 y también se conecta ópticamente al primer emisor óptico 220 y al segundo emisor óptico 224. La segunda vía óptica 236 puede recibir la luz del primer emisor óptico 220 y el segundo emisor óptico 224 y guiar la luz hacia la primera vía óptica 226 que, a su vez, guía la luz a través de la ventana óptica 228 hacia la
muestra de fluido 230 bajo análisis. En algunas realizaciones, un emisor óptico puede emitir luz en la segunda vía óptica 236 mientras que un segundo emisor óptico se configura para emitir luz directamente en la primera vía óptica 226. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el primer emisor óptico 220 se configura para emitir luz hacia la segunda vía óptica 236 mientras que el segundo emisor óptico 224 se configura para emitir luz directamente hacia la primera vía óptica 226 por medio de la conexión óptica 225. Cabe señalar que el diagrama de la Figura 2 pretende mostrar la conexión óptica y no ilustra necesariamente las rutas ópticas literales. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el segundo emisor óptico 224 se posiciona cerca de la primera vía óptica 226 y la conexión óptica 225 no necesita ser una derivación literal de las segundas vías ópticas 236. Más bien, la conexión óptica 225 simplemente ilustra que el segundo emisor óptico 224 puede acoplarse ópticamente de forma directa a la primera vía óptica 226 mientras que el primer emisor óptico 220 se acopla ópticamente a la primera vía óptica 226 por medio de la segunda vía óptica 236. Al configurar el sensor óptico 202 con vías ópticas adicionales, diversos emisores de luz y detectores en el sensor óptico pueden conectarse ópticamente a la muestra de fluido bajo análisis sin posicionarse directamente adyacentes a la primera vía óptica 226.
Las vías ópticas en el sensor óptico 202 pueden ser canales, segmentos de tubería ópticamente conductora (por ejemplo, líneas de fibra óptica) o conductos que permiten que la luz sea transportada a través del sensor óptico. Las vías ópticas también pueden mecanizarse o fundirse en la carcasa 203 del sensor óptico. En diferentes ejemplos, las vías ópticas pueden o no estar rodeadas por material ópticamente opaco, por ejemplo, para limitar el movimiento de la luz a través de las vías ópticas y para evitar que la luz se escape a través de los lados de las vías ópticas. Cuando el sensor óptico 202 incluye múltiples vías ópticas, la intersección de una vía óptica con otra vía óptica puede definirse donde se requiere que la luz que viaja linealmente a través de una vía óptica cambie de dirección para viajar a través de la otra vía óptica.
En el ejemplo de la Figura 2, el sensor óptico 202 incluye al menos una fuente de luz y, en el ejemplo ilustrado, se muestra con dos fuentes de luz: el primer emisor óptico 220 y el segundo emisor óptico 224. Cada uno del primer emisor óptico 220 y el segundo emisor óptico 224 es una fuente de luz y puede implementarse mediante el uso de cualquier fuente de luz apropiada, tal como un láser, una lámpara, un LED o similar. En algunas realizaciones, el primer emisor óptico 220 y/o el segundo emisor óptico 224 se configuran para emitir haces de luz sustancialmente no colimados en la vía óptica 226. En este caso, el sensor óptico 202 puede incluir componentes ópticos para colimar la luz del primer emisor óptico 220 y/o el segundo emisor óptico 224 con el fin de lograr una mayor eficiencia óptica durante la operación.
Puede ser útil configurar el sensor óptico 202 con múltiples fuentes de luz, por ejemplo, para emitir luz a diferentes longitudes de onda en la muestra de fluido 230. Por ejemplo, el primer emisor óptico 220 puede configurarse para emitir luz dentro de un primer rango de longitudes de onda en la muestra de fluido 230 para generar emisiones fluorescentes dentro del fluido. El segundo emisor óptico 224 puede configurarse para emitir luz dentro de un segundo rango de longitudes de onda diferente al primer rango de longitudes de onda para medir la cantidad de luz dispersada por la muestra de fluido 230.
Independientemente del número específico de fuentes de luz incluidas en el sensor óptico 202, el sensor óptico incluye una ventana óptica 228 a través de la cual la luz se dirige hacia y se recibe de la muestra de fluido 230. En algunos ejemplos, la ventana óptica 228 enfoca la luz dirigida hacia y/o recibida de la muestra de fluido bajo análisis. En tales ejemplos, la ventana óptica 228 puede denominarse como una lente óptica. En otros ejemplos, la ventana óptica 228 deja pasar la luz dirigida hacia y/o recibida de la muestra de fluido sin enfocar la luz. Por lo tanto, aunque la ventana óptica 228 también se denomina como lente óptica 228 en esta descripción, debe apreciarse que un sensor óptico de acuerdo con la descripción puede tener una ventana óptica que enfoca o no la luz.
La ventana óptica 228 se conecta ópticamente a las vías ópticas 226 y, en algunos ejemplos, se conecta físicamente en un extremo terminal de la vía óptica. En diferentes ejemplos, la ventana óptica 228 se forma por una única lente o un sistema de lentes capaces de dirigir la luz hacia y recibir la luz de la muestra de fluido 230. La ventana óptica 228 puede ser integral (permanentemente unida) a la carcasa 203 o puede retirarse de la carcasa. En algunos ejemplos, la ventana óptica 228 es una lente óptica formada por una lente esférica posicionada dentro de la vía óptica 226 para sellar la vía óptica y evitar que el fluido de la muestra de fluido 230 entre en la vía óptica. En tales ejemplos, la lente esférica puede extenderse distalmente desde una cara externa de la carcasa 203, por ejemplo, hacia un flujo de fluido en movimiento. La lente óptica 228 puede fabricarse de vidrio, zafiro u otros materiales ópticamente transparentes adecuados.
Como se mencionó anteriormente de forma breve, la vía óptica 226 se configura para dirigir la luz a través de una ventana óptica 228 conectada ópticamente a la vía óptica y también para recibir la luz de la muestra de fluido a través de la ventana óptica 228. Para detectar la luz recibida de la muestra de fluido bajo análisis, el sensor óptico 202 incluye al menos un detector óptico 234 conectado ópticamente a la vía óptica 226. El detector óptico 234 puede implementarse mediante el uso de cualquier detector apropiado para detectar la luz, tal como un fotodiodo o fotomultiplicador de estado sólido, por ejemplo. El detector óptico 234 puede ser sensible a y por lo tanto detectar, solamente una banda estrecha de longitudes de onda. Alternativamente, el detector óptico 234 puede ser sensible a y por lo tanto detectar, un amplio rango de longitudes de onda de luz.
Durante la operación, se emite luz hacia la muestra de fluido 230 a través de la ventana óptica 228 conectada ópticamente a la vía óptica 226. La ventana 228 puede adicionalmente recoger la luz de la muestra de fluido 230, tal como la luz dispersada fuera de la muestra o emitida por la muestra a través de un mecanismo tal como la fluorescencia. Tal luz puede dirigirse desde la muestra de fluido 230 de regreso a la vía óptica 226 a través de la ventana 228 y recibirse por el detector óptico 234.
Para controlar las longitudes de onda de la luz emitida por los emisores ópticos y/o detectados por el detector óptico en el sensor 202, el sensor óptico puede incluir un filtro óptico. El filtro óptico puede filtrar longitudes de onda de luz emitidas por los emisores ópticos y/o recibidas por los detectores ópticos, por ejemplo, de modo que solamente ciertas longitudes de onda de luz se emitan hacia la muestra de fluido 230 y/o se reciban de la muestra de fluido y se detecten por el detector óptico 234.
Por ejemplo, el sensor 202 puede incluir un filtro óptico 232 configurado para evitar que la luz no deseada recibida de la muestra de fluido 230 incida sobre el detector óptico 234. Si se desea la detección de una longitud de onda o banda de longitudes de onda en particular, pero el detector óptico 234 es sensible a una banda más amplia o de otra manera, a un gran número de longitudes de onda, el filtro 232 puede actuar para evitar que la luz fuera de la banda deseada incida sobre el detector óptico 234. El filtro 232 puede absorber o reflejar la luz que no deja pasar.
De acuerdo con algunas realizaciones, uno del primer emisor óptico 220 y el segundo emisor óptico 224 pueden emitir una banda de longitudes de onda más amplia que la deseada o útil para usar con el sensor 202, como se explicará con más detalle más abajo. En consecuencia, el sensor 202 puede incluir un filtro 222 dispuesto entre el primer 220 y/o el segundo 224 emisor óptico y la muestra de fluido 230. El filtro 222 puede configurarse para evitar que ciertas longitudes de onda de luz lleguen a la muestra de fluido 230 a través de la vía óptica 226. Tal filtro 222 puede posicionarse para filtrar al menos parcialmente la luz ya sea, de uno o ambos del primer emisor óptico 220 y el segundo emisor óptico 224. Por ejemplo, en la Figura 2, el filtro óptico 222 se muestra dispuesto entre el primer emisor óptico 220 y la segunda vía óptica 236.
Durante la operación, el sensor óptico 202 puede controlar el primer emisor óptico 220 para emitir la luz en una primera longitud de onda (por ejemplo, rango de longitudes de onda) en la muestra de fluido 230, controlar el segundo emisor óptico 224 para emitir la luz en una segunda longitud de onda (por ejemplo, rango de longitudes de onda) en la muestra de fluido y recibir la luz de la muestra de fluido en el detector óptico 234. De acuerdo con la invención, el primer emisor óptico 220 se configura para emitir luz a una longitud de onda suficiente para provocar la fluorescencia de las moléculas en la muestra de fluido 230 bajo análisis. La luz fluorescente de la muestra de fluido 230 puede ser recogida por la ventana óptica 228 y dirigida hacia la vía óptica 226 como un haz de emisión. Adicionalmente, el segundo emisor óptico 224 se configura para emitir luz a una longitud de onda suficiente para provocar la dispersión de la luz por la muestra de fluido 230 bajo análisis. Tal dispersión de luz puede producirse cuando la muestra de fluido 230 está turbia, por ejemplo y contiene partículas que reflejan la luz. La luz dispersada por la muestra de fluido 230 puede ser recogida por la ventana óptica 228 y dirigida de regreso a la vía óptica 226 como un haz de dispersión.
Aunque las longitudes de onda pueden variar, en algunos ejemplos, el primer emisor óptico 220 se configura para emitir luz dentro de una longitud de onda que varía desde aproximadamente 225 nanómetros (nm) hasta aproximadamente 700 nm, tal como desde aproximadamente 250 nm hasta aproximadamente 350 nm o desde aproximadamente 265 nm a aproximadamente 290 nm. El segundo emisor óptico 224 puede emitir luz a una longitud de onda que varía desde aproximadamente 750 nm hasta aproximadamente 1200 nm, tal como desde aproximadamente 800 nm hasta aproximadamente 900 nm. Por ejemplo, el primer emisor óptico 220 puede emitir luz dentro del espectro ultravioleta (UV) mientras que el segundo emisor óptico 224 emite luz dentro del espectro infrarrojo (IR). Se contemplan y son posibles otras longitudes de onda y debe apreciarse que la descripción no se limita a este respecto.
Para detectar la luz que emana de la muestra de fluido 230 bajo análisis (por ejemplo, las emisiones fluorescentes, la dispersión de luz), el sensor 202 de la Figura 2 incluye además un detector óptico 234. El detector óptico 234 se conecta ópticamente a la vía óptica 226 y puede recibir al menos una porción del haz de emisión fluorescente y el haz de luz dispersa transmitido a través de la ventana óptica 228 desde la muestra de fluido 230 bajo análisis. Tras entrar en la carcasa 203, las porciones recibidas del haz de emisión fluorescente y el haz de luz dispersa pueden dirigirse al detector óptico a través de la vía óptica 226 para su medición y/o análisis. En algunas realizaciones, las intensidades de los haces se miden mediante el detector óptico 234 y se usan para determinar información sobre la muestra, tal como la concentración de un componente particular (por ejemplo, un compuesto fluorescente y/o un compuesto no fluorescente) contenido en la misma. La información sobre la muestra de fluido bajo análisis llevada por la luz dispersa y las emisiones fluorescentes recibidas de la muestra de fluido y detectada por el detector óptico 234 puede proporcionar diferentes canales de información, por ejemplo, para caracterizar la muestra de fluido y/o controlar el sistema que contiene la muestra de fluido.
Por ejemplo, el sensor óptico 202 puede usar la información de dispersión de la luz detectada por el detector óptico 234 para ajustar o corregir la cantidad de emisiones fluorescentes detectadas por el sensor óptico y/o cálculos en base a las emisiones fluorescentes medidas. La turbidez de la muestra de fluido bajo análisis puede afectar la magnitud de las emisiones fluorescentes generadas por la muestra de fluido y/o recibidas por el detector óptico 234.
El sensor óptico 202 puede compensar estos efectos de turbidez al medir la cantidad de turbidez en la muestra de fluido, que puede ser proporcional a la cantidad de luz dispersada por la muestra de fluido y ajustar la magnitud de las emisiones fluorescentes medidas en base a la medida de turbidez. En otra configuración, el sensor óptico 202 puede ajustar el cálculo en base a la fluorescencia medida (por ejemplo, la concentración) para incorporar la turbidez medida. Además, el detector óptico 234 puede medir la cantidad de luz dispersada por la muestra de fluido 230 en respuesta a la luz emitida por el segundo emisor óptico 224 y determinar otras características de la muestra de fluido. Por ejemplo, el sensor óptico 202 puede determinar una concentración de una especie no fluorescente (por ejemplo, un contaminante) en la muestra de fluido en base a la cantidad de luz dispersada por la muestra de fluido y, por ejemplo, datos de calibración almacenados en la memoria. Por ejemplo, si la muestra de fluido 230 bajo análisis tiene una primera concentración de uno o más compuestos químicos no fluorescentes, el detector óptico 234 puede detectar una primera magnitud de la luz dispersada. Sin embargo, si la muestra de fluido tiene una segunda concentración de compuesto(s) químico(s) no fluorescente(s) que es mayor que la primera concentración, el detector óptico 234 puede detectar una segunda magnitud de la luz dispersada que es mayor que la primera magnitud.
El sensor óptico 202 incluye al menos uno y opcionalmente múltiples detectores ópticos para detectar la luz recibida de la muestra de fluido 230 en respuesta a la luz emitida por el primer emisor óptico 220 y el segundo emisor óptico 224. Para medir la cantidad de luz emitida por el primer emisor óptico 220 y/o el segundo emisor óptico 224 en la muestra de fluido 230 bajo análisis, el sensor óptico 202 también puede incluir al menos un detector óptico de referencia. El detector óptico de referencia puede posicionarse dentro de la carcasa 203 y configurarse para medir la luz emitida por el primer emisor óptico 220 y/o el segundo emisor óptico 224. La cantidad de luz recibida de la muestra de fluido 230 en respuesta a la luz emitida por el primer emisor óptico 220 y/o el segundo emisor óptico 224 puede variar en base a la cantidad de luz emitida originalmente por los emisores ópticos primero y segundo. En consecuencia, las mediciones de luz hechas por el detector óptico de referencia pueden usarse para ajustar las mediciones de luz hechas por el detector óptico 234.
En la realización de la Figura 2, el sensor óptico 202 incluye un segundo detector óptico 238 que puede funcionar como un detector óptico de referencia. El segundo detector óptico 238 está en comunicación óptica con la segunda vía óptica 236 y se configura para recibir luz de la misma. En algunas realizaciones, el segundo detector óptico 238 se configura para recibir luz tanto del primer emisor óptico 220 como del segundo emisor óptico 224, por ejemplo, en secuencia alterna. Tal luz puede medirse en el segundo detector óptico 238 con el fin de determinar las condiciones operativas del sensor, calibrar el sensor o realizar cualquier otra función útil asociada con el sensor. En una realización ilustrativa, el segundo detector óptico 238 puede detectar la luz recibida desde el primer emisor óptico 220 y luego detectar la luz recibida desde el segundo emisor óptico 224. El sensor óptico 202 puede luego determinar las intensidades relativas o una relación de intensidad entre la luz emitida por los dos emisores ópticos. Esta información puede usarse para complementar la información determinada sobre la muestra de fluido bajo análisis, tal como ajustar una característica de fluido determinada en base a la luz recibida por el primer detector óptico 234.
El sensor óptico 202 se configura para medir al menos una característica óptica de la muestra de fluido 230 bajo análisis. Para complementar la información de características ópticas generada por el sensor óptico 202, el sensor puede incluir uno o más sensores no ópticos configurados para medir características no ópticas de la muestra de fluido 230 bajo análisis. El hardware/software del sensor no óptico puede alojarse dentro de la carcasa 203 e incluir un contacto que se extiende a través de una superficie externa de la carcasa (por ejemplo, adyacente a la lente óptica 228) para medir una propiedad no óptica de la muestra de fluido bajo análisis. Como ejemplos, el sensor óptico 202 puede incluir un sensor de temperatura, un sensor de pH, un sensor de conductividad eléctrica y/o un sensor de caudal. Cuando se usa, el sensor de temperatura puede detectar una temperatura del fluido adyacente al sensor; el sensor de pH puede determinar un pH del fluido adyacente al sensor; el sensor de conductividad puede determinar una conductividad eléctrica del fluido adyacente al sensor; y el sensor de flujo puede monitorear una velocidad del fluido que fluye a través del sensor. En un ejemplo, el sensor óptico 202 incluye tanto un sensor de temperatura como un sensor de conductividad eléctrica. El sensor óptico 202 puede incluir sensores no ópticos adicionales o diferentes y la descripción no se limita a un sensor óptico que utiliza cualquier tipo particular de sensor no óptico.
Los siguientes ejemplos mostrados en la Figura 3 y 4 no están de acuerdo con la invención y están presentes solamente para propósitos ilustrativos. El sensor 202 de la Figura 2 puede tener un número de configuraciones físicas diferentes. Algunos de tales ejemplos se describen en la Solicitud de Patente Núm. US 2015/090900 A1, que se presentó el 27 de septiembre de 2013. La Figura 3 es un dibujo esquemático de una disposición de ejemplo de componentes que pueden usarse para el sensor óptico de la Figura 2. La Figura 3 muestra un sensor 302 para medir al menos una propiedad de una muestra de fluido. Similar al sensor de la Figura 2, el sensor 302 comprende un primer emisor óptico 320 y un segundo emisor óptico 324. Los emisores ópticos primero 320 y segundo 324 pueden incluir cualquier fuente de luz apropiada, que incluye las discutidas anteriormente con respecto a la Figura 2. Durante la operación, el primer emisor óptico 320 puede emitir luz a una primera longitud de onda mientras que el segundo emisor óptico 324 puede emitir luz a una segunda longitud de onda. La primera longitud de onda puede ser la misma longitud de onda o rango de longitudes de onda que la segunda longitud de onda o la primera longitud de onda puede ser una longitud de onda o rango de longitudes de onda diferente a la segunda longitud de onda. En función de la aplicación, el primer emisor óptico 320 y el segundo emisor óptico 324 pueden emitir luz dentro del
espectro de luz ultravioleta (UV), infrarrojo (IR) y/o visible. En algunos ejemplos como se describió anteriormente, la primera longitud de onda puede provocar que las moléculas en la muestra de fluido bajo análisis (por ejemplo, la muestra de fluido 230) se exciten y emitan fluorescencia, mientras que la segunda longitud de onda puede dispersarse fuera de la muestra de fluido bajo análisis.
Adicionalmente, el primer 320 y/o el segundo 324 emisor óptico pueden ser de manera que uno o ambos emitan luz innecesaria o no deseada además de la primera o la segunda longitud de onda de luz que se desea emitir. Para evitar que tal luz afecte indeseablemente las mediciones, el sensor 302 puede incluir un primer filtro óptico 322 configurado para limitar la luz emitida por el primer emisor óptico 320 hacia la muestra bajo análisis. La realización de la Figura 3 muestra un primer filtro óptico 322 posicionado entre el primer emisor óptico 320 y una ventana óptica parcialmente reflectante 342. El primer filtro óptico 322 puede configurarse para filtrar, por ejemplo, sustancialmente todas las longitudes de onda de luz dentro de un rango de luz fluorescente emitida por la muestra de fluido, cuando la muestra de fluido emite fluorescencia. Tal filtro 322 puede ayudar a eliminar la falsa detección de fluorescencia por parte del detector 334 en el sensor debido a la dispersión de la luz dentro del mismo rango de longitud de onda que las emisiones fluorescentes. Por ejemplo, si el primer emisor óptico 320 emitiera luz dentro de la longitud de onda de las emisiones fluorescentes generadas por la muestra de fluido bajo análisis, el detector óptico 334 puede detectar tanto las emisiones fluorescentes generadas por la muestra de fluido como la luz emitida por el primer emisor óptico 320 y se dispersa de regreso al detector óptico 334. El filtro óptico 322 puede filtrar la luz emitida por el primer detector óptico 334 dentro del rango de longitud de onda de las emisiones fluorescentes.
El sensor 302 en el ejemplo de la Figura 3 también incluye una carcasa 303 que alberga diversos componentes de hardware/software del sensor y controla el movimiento de la luz a través del sensor. En algunas realizaciones, la carcasa 303 contiene todo o parte del primer emisor óptico 320 y/o el segundo emisor óptico 324, mientras que, en otras realizaciones, los emisores se ubican en el exterior de la carcasa 303.
Como fue el caso con el sensor esquemático mostrado en la Figura 2, la realización mostrada en la Figura 3 incluye un detector óptico 334, una ventana óptica 328 (por ejemplo, una lente óptica 328) para dirigir la luz hacia y recibir luz de una muestra de fluido y una vía óptica 326. En el ejemplo ilustrado, la lente óptica 328 se muestra físicamente separada pero conectada ópticamente a la vía óptica 326. En otros ejemplos, la lente 328 se conecta físicamente (por ejemplo, unida) a un extremo terminal de la vía óptica.
Para controlar el movimiento de la luz a través del sensor óptico 302, el sensor óptico incluye al menos una vía óptica que, en el ejemplo ilustrado, se muestra como tres vías ópticas: una primera vía óptica 326, una segunda vía óptica 336 y una tercera vía óptica 327. Las vías ópticas pueden definir canales, tubos, conductos o cavidades limitadas que controlan el movimiento de la luz a través del sensor. Los emisores y detectores del sensor óptico 302 pueden disponerse alrededor de las vías ópticas para dirigir la luz hacia las vías ópticas y/o recibir luz de las vías ópticas. Por ejemplo, el primer emisor óptico 320 y el segundo emisor óptico 324 en la Figura 3 se configuran para dirigir la luz hacia la primera vía óptica 326 que se conecta ópticamente a la lente óptica 328 y, posteriormente, a la muestra de fluido bajo análisis. Además, el detector óptico 334 de la Figura 3 se configura para recibir luz de la primera vía óptica 326 que se propaga desde la muestra de fluido bajo análisis y viaja a través de la lente óptica 328.
El sensor óptico 302 puede tener un número de configuraciones de vías ópticas diferentes y las configuraciones pueden variar, por ejemplo, en base al número de emisores y detectores ópticos contenidos en el sensor. En el ejemplo de la Figura 3, el sensor óptico 302 incluye la primera vía óptica 326 posicionada entre la lente óptica 328 y el primer detector óptico 334. La luz que viaja linealmente a través de la lente óptica 328 (por ejemplo, un centro óptico de la lente) puede viajar a través de la primera vía óptica 326 e incidir en el primer detector óptico 334 (por ejemplo, un centro óptico del detector). En tal ejemplo, la primera vía óptica 326 puede definir un eje principal 340 que se extiende a lo largo de la longitud de la vía y que se extiende a través de un centro de la lente óptica 328 (por ejemplo, un centro óptico) y un centro del primer detector óptico 334 (por ejemplo, un centro óptico del detector). La primera vía óptica 326 puede conectarse ópticamente a una única ventana óptica del detector (por ejemplo, la lente óptica 328) a otros componentes alojados dentro de la carcasa 303.
El primer emisor óptico 320 y el segundo emisor óptico 324 se configuran para emitir luz hacia la primera vía óptica 326 y, posteriormente, hacia la muestra de fluido bajo análisis. En algunos ejemplos, el primer emisor óptico 320 y/o el segundo emisor óptico 324 emiten luz directamente en la primera vía óptica 326, por ejemplo, sin emitir hacia una vía óptica intermedia que intercepta la primera vía óptica. En otros ejemplos, el primer emisor óptico 320 y/o el segundo emisor óptico 324 emiten luz en una vía óptica intermedia que se conecta ópticamente a la primera vía óptica 326. Es decir, el primer emisor óptico 320 y/o el segundo emisor óptico 324 pueden emitir luz indirectamente hacia la primera vía óptica 326.
En el sensor óptico 302 de la Figura 3, el primer emisor óptico 320 se posiciona para emitir luz hacia la segunda vía óptica 336 que se extiende hasta la primera vía óptica 326. Además, en la realización ilustrada, el segundo emisor óptico 324 se posiciona para emitir luz hacia la tercera vía óptica 327 que se extiende hasta la segunda vía óptica 336 que, a su vez, se extiende hasta la primera vía óptica 326. La segunda vía óptica 336 intercepta la primera vía óptica 326, lo que permite que al menos una porción de la luz que se transmite desde el primer emisor óptico 320 y el segundo emisor óptico 324 viaje a través de la segunda vía óptica, hacia la primera vía óptica y a través de la
lente óptica 328. La tercera vía óptica 327 intercepta la segunda vía óptica, lo que permite que al menos una porción de la luz que se transmite desde el segundo emisor óptico 324 viaje a través de la tercera vía óptica, hacia la segunda vía óptica, hacia la primera vía óptica y a través de la lente óptica 328.
Aunque la configuración puede variar, la segunda vía óptica 336 en la Figura 3 intercepta la primera vía óptica 326 en un ángulo de aproximadamente 90 grados. Además, la tercera vía óptica 327 intercepta la segunda vía óptica 336 en un ángulo de aproximadamente 90 grados. En algunos ejemplos, la tercera vía óptica 327 se extiende paralela a la primera vía óptica 326, mientras que, en otros ejemplos, la tercera vía óptica no se extiende paralela a la primera vía óptica. Al disponer los emisores ópticos y los detectores ópticos del sensor óptico 302 alrededor de las vías ópticas de intersección conectadas ópticamente a una única lente óptica 328, el sensor puede proporcionar un diseño compacto que se instala fácilmente en una variedad de procesos químicos y de fluidos.
En los ejemplos en los que el sensor óptico 302 incluye vías ópticas de intersección para controlar el movimiento de la luz, el sensor óptico también puede incluir elementos ópticos (por ejemplo, reflectores, ventanas ópticas parcialmente reflectantes) que dirigen la luz recibida desde una vía óptica de intersección hacia otra vía óptica de intersección. Los elementos ópticos pueden ayudar a controlar la dirección del movimiento de la luz hacia la lente óptica 328 y/o hacia los detectores ópticos.
En el ejemplo ilustrado de la Figura 3, el sensor incluye una ventana óptica parcialmente reflectante 344 que se posiciona en la intersección de las vías ópticas primera 326 y segunda 336. La ventana óptica parcialmente reflectante 344 se configura para reflejar al menos una porción de la luz emitida por el primer emisor óptico 320 y el segundo emisor óptico 324 desde la segunda vía óptica 336 hasta la primera vía óptica 326. En algunas realizaciones, la ventana óptica parcialmente reflectante 344 se configura además para transmitir la luz desde la muestra de fluido y la lente 328 al detector óptico 334. En consecuencia, la ventana óptica parcialmente reflectante puede configurarse tanto para transmitir como reflejar porciones de la luz incidente. El ángulo de la ventana óptica parcialmente reflectante 344 con respecto a la dirección de la luz que viaja a través de la primera vía óptica puede variar, por ejemplo, en base al ángulo en el que la primera vía óptica 326 intercepta la segunda vía óptica 336. Sin embargo, en la Figura 3 donde la primera vía óptica 326 intercepta la segunda vía óptica 336 en un ángulo de aproximadamente 90 grados, la ventana óptica parcialmente reflectante 344 se orienta en aproximadamente un ángulo de 45 grados, por ejemplo, en relación con la dirección de la luz que viaja a través tanto de la primera vía óptica 326 como de la segunda vía óptica 336.
De acuerdo con diversas realizaciones, la ventana óptica parcialmente reflectante 344 puede configurarse para reflejar o transmitir entre el 0 % y el 100 % de la luz incidente, con los porcentajes de reflexión y transmisión que son dependientes de la longitud de onda. Cualquier elemento óptico adecuado puede usarse como la ventana óptica parcialmente reflectante 344. Tal ventana óptica parcialmente reflectante 344 puede comprender, por ejemplo, un filtro dicroico o cualquier otro componente óptico adecuado.
En operación, la ventana óptica parcialmente reflectante 344 de la Figura 3 se configura para reflejar la luz de los emisores ópticos primero 320 y segundo 324 desde la segunda vía óptica 336 hacia la primera vía óptica 326 (por ejemplo, aproximadamente 90 grados). Esto puede cambiar la dirección de la luz emitida por el primer emisor óptico 320 y el segundo emisor óptico 324 de viajar a lo largo de la longitud de la segunda vía óptica 336 a viajar a lo largo de la longitud de la primera vía óptica 326. Mientras que la ventana óptica parcialmente reflectante 344 puede reflejar al menos parte de la luz emitida por el primer emisor óptico 320 y el segundo emisor óptico 324, por ejemplo, hacia la muestra de fluido bajo análisis, la ventana óptica parcialmente reflectante también puede permitir que al menos una porción de la luz recibida de la muestra de fluido pase a través de la ventana óptica parcialmente reflectante. Por ejemplo, la luz dispersada por la muestra de fluido bajo análisis y/o las emisiones fluorescentes generadas por la muestra de fluido pueden entrar en la primera vía óptica 326 y al menos transmitirse parcialmente a través de la ventana óptica parcialmente reflectante 344 (por ejemplo, sin ser reflejada o absorbida por la ventana óptica) para ser detectado por el detector óptico 334. De esta manera, la ventana óptica parcialmente reflectante 344 puede reflejar la luz recibida de los emisores ópticos en la muestra de fluido y transmitir la luz recibida de la muestra de fluido para ser detectada por el detector óptico 334.
En algunas realizaciones, el sensor 302 incluye además un volcado de haz 346, posicionado frente a la ventana óptica parcialmente reflectante 344 del primer emisor óptico 320 a lo largo de la segunda vía óptica 336. El volcado de haz 346 se configura para absorber o atrapar cualquier luz que incida sobre él. Por ejemplo, en algunas realizaciones, cualquier luz que se transmita desde la segunda vía óptica 336 a través de la ventana óptica parcialmente reflectante 344 se transmitirá al volcado de haz 346 donde será absorbida y se evitará que sea detectada por el detector óptico 334.
El sensor óptico 302 en la Figura 3 también incluye un primer detector óptico de referencia 338, que puede funcionar como un detector óptico de referencia para los emisores ópticos primero 320 y/o segundo 324, por ejemplo. En la realización ilustrada, el primer detector óptico de referencia 338 se posiciona para recibir la luz emitida por al menos uno del primer emisor óptico 320 y el segundo emisor óptico 324. Aunque la ubicación puede variar, en el ejemplo ilustrado, el segundo detector óptico 338 se posiciona en un lado opuesto de la segunda vía óptica 336 del segundo emisor óptico 324. En particular, el segundo detector óptico 338 se posiciona en un extremo terminal de la tercera
vía óptica 327, frente al segundo emisor óptico 324. En la realización ilustrativa ilustrada en la Figura 3, el primer emisor óptico 320 y el segundo emisor óptico 324 se orientan sustancialmente perpendiculares entre sí, con el primer emisor óptico 320 que es aproximadamente coaxial con la segunda vía óptica 336 y el segundo emisor óptico 324 que es aproximadamente coaxial con una tercera vía óptica 327. En otros ejemplos, el segundo emisor óptico 324 puede posicionarse en otras ubicaciones dentro del sensor óptico 302 y debe apreciarse que la descripción no se limita a la configuración específica de la Figura 3. Como un ejemplo, la posición del primer emisor óptico 320 y el segundo emisor óptico 324 puede conmutarse de modo que el primer emisor óptico esté en la posición ocupada por el segundo emisor óptico mostrado en la Figura 3 y el segundo emisor óptico esté en la posición ocupada por el primer emisor óptico.
En los ejemplos en los que el sensor óptico 302 incluye la tercera vía óptica 327 que intercepta la segunda vía óptica 336, el sensor puede incluir una ventana óptica parcialmente reflectante 342 que se posiciona en la intersección de las vías ópticas segunda 336 y tercera 327. La ventana óptica parcialmente reflectante 342 puede configurarse para reflejar al menos una porción de la luz emitida por el segundo emisor óptico 324 desde la tercera vía óptica hacia la segunda vía óptica 336 y también transmitir al menos una porción de la luz emitida por el segundo emisor óptico 324 para ser recibida por el segundo detector óptico 338. Además, la ventana óptica parcialmente reflectante 342 puede configurarse para reflejar al menos una porción de la luz emitida por el primer emisor óptico 320 desde la segunda vía óptica hacia la tercera vía óptica 327 para ser recibida por el primer detector óptico de referencia 338 y también transmitir al menos una porción de la luz emitida por el primer emisor óptico 320 para pasar a través de la segunda vía óptica 336 hacia la primera vía óptica 326. Cualquier elemento óptico adecuado puede usarse como la ventana óptica parcialmente reflectante 342. Tal ventana óptica parcialmente reflectante 342 puede comprender, por ejemplo, un filtro dicroico, una ventana de cuarzo y/o una ventana de zafiro. En algunas realizaciones, la ventana óptica parcialmente reflectante 342 incluye un revestimiento antirreflectante.
El ángulo de la ventana óptica parcialmente reflectante 342 en relación con la dirección de la luz que viaja a través de la segunda vía óptica 336 puede variar, por ejemplo, en base al ángulo en el que la segunda vía óptica 336 intercepta la tercera vía óptica 327. Sin embargo, en la Figura 3 donde la segunda vía óptica 336 intercepta la tercera vía óptica 327 en un ángulo de aproximadamente 90 grados, la ventana óptica parcialmente reflectante 342 se orienta en aproximadamente un ángulo de 45 grados, por ejemplo, en relación con la dirección de la luz que viaja a través de la segunda vía óptica 336. En particular, en la realización ilustrativa ilustrada, la ventana óptica parcialmente reflectante 342 se orienta sustancialmente a 45° con respecto a las vías ópticas segunda 336 y tercera 327, así como también a los emisores ópticos primero 320 y segundo 324. En esta disposición, la ventana óptica parcialmente reflectante 342 se configura para reflejar una porción de la luz emitida por el primer emisor óptico 320 desde la segunda vía óptica 336 hacia la tercera vía óptica 327 y para transmitir al menos una porción de la luz emitida por el segundo emisor óptico 324 en la tercera vía óptica 327. La ventana óptica parcialmente reflectante 342 mostrada en la Figura 3 también puede actuar para transmitir una porción de la luz emitida por el primer emisor óptico 320 hacia la segunda vía óptica 336 hacia la primera vía óptica 326 y para reflejar una porción de la luz emitida desde el segundo emisor óptico 324 desde la tercera vía óptica 327 hacia la segunda vía óptica 336 y hacia la primera vía óptica 326.
La Figura 4 es un diagrama conceptual que ilustra ejemplos de flujos de luz a través del sensor óptico ilustrado en la Figura 3. Para facilitar la descripción, la Figura 4 ilustra la luz que emana de un primer emisor óptico 420 y un segundo emisor óptico 424 simultáneamente y también la luz que es recibida por un primer detector óptico 434 y un detector óptico de referencia 438 simultáneamente. En la práctica, el primer emisor óptico 420 y el segundo emisor óptico 424 pueden emitir al mismo tiempo o en momentos diferentes. Además, el primer detector óptico 434 y el detector óptico de referencia 438 pueden recibir luz mientras uno o ambos del primer emisor óptico 420 y el segundo emisor óptico 424 están emitiendo o durante un período de tiempo en el que uno o ambos emisores no están emitiendo luz hacia la muestra de fluido bajo análisis. Por lo tanto, aunque la Figura 4 ilustra diversos flujos de luz que se producen simultáneamente en el sensor 402, debe apreciarse que un sensor óptico de acuerdo con la descripción no se limita a tal operación de ejemplo.
En el ejemplo del sensor óptico 402, la luz se emite desde un primer emisor óptico 420 en una primera longitud de onda hacia una segunda vía óptica 436. La luz del primer emisor óptico 420 puede configurarse para excitar la fluorescencia en una muestra de fluido y, por tanto, se denominará como que genera un haz de excitación 490 para propósitos ilustrativos. Dentro del sensor 402 en el ejemplo de la Figura 4, el haz de excitación 490 se emite hacia la segunda vía óptica 436 donde se encuentra con una ventana óptica parcialmente reflectante 442. Una porción del haz de excitación 490 puede reflejarse por la ventana óptica parcialmente reflectante 442 para ser detectada por un primer detector óptico de referencia 438. Otra porción del haz de excitación 490 puede pasar a través de la ventana óptica parcialmente reflectante 442 y continuar viajando a través de la segunda vía óptica 436.
En operación, la luz también se emite desde un segundo emisor óptico 424 a una segunda longitud de onda hacia una tercera vía óptica 427. La luz del segundo emisor óptico 424 puede configurarse para dispersarse fuera de la muestra de fluido y, por tanto, se denominará como que genera un haz de dispersión 492 para propósitos ilustrativos. Dentro del sensor 402 en el ejemplo de la Figura 4, el haz de dispersión 492 se emite hacia la tercera vía óptica 427 donde se encuentra con la ventana óptica parcialmente reflectante 442. Una porción del haz de dispersión 492 puede reflejarse por la ventana óptica parcialmente reflectante 442 hacia la segunda vía óptica. Otra
porción del haz de dispersión 492 puede pasar a través de la ventana óptica parcialmente reflectante 442 y continuar viajando a través de la tercera vía óptica 427 para ser detectada por el segundo detector óptico 438, que puede funcionar como un detector óptico de referencia.
Las porciones del haz de excitación 490 y del haz de dispersión 492 que se desplazan a través de la segunda vía óptica 436 en el ejemplo de la Figura 4 se encuentran con la ventana óptica parcialmente reflectante 444. Una porción del haz de excitación 490 y el haz de dispersión 492 que se encuentra con la ventana óptica parcialmente reflectante 444 puede ser reflejada por la ventana óptica parcialmente reflectante hacia la primera vía óptica vía óptica 426. Estos haces reflejados hacia la primera vía óptica 426 se dirigen a la muestra de fluido bajo análisis a través de una lente óptica 428 dispuesta entre la primera vía óptica y la muestra de fluido. En algunos ejemplos, otra porción del haz de excitación 490 y el haz de dispersión 492 que se encuentran con la ventana óptica parcialmente reflectante 444 pueden pasar a través de la ventana óptica parcialmente reflectante hacia el volcado de haz 446. El volcado de haz 446 puede ser una región ópticamente absorbente del sensor óptico 402 posicionado en un lado opuesto de la primera vía óptica 426 desde la segunda vía óptica 436. El volcado de haz puede absorber la luz dirigida hacia la región, por ejemplo, para ayudar a evitar que la luz se refleje de regreso hacia la primera vía óptica 426 y sea detectada por el detector óptico 434.
Como se describió anteriormente, el haz de excitación 490 que viaja hacia la muestra de fluido a través de la lente óptica 428 puede excitar la fluorescencia en la muestra, mientras que el haz de dispersión 492 que viaja hacia la muestra de fluido puede dispersarse, por ejemplo, por materiales suspendidos en la muestra, tal como aceite o partículas. En algunos ejemplos, la luz fluorescente emitida por la muestra de fluido en respuesta al haz de excitación 490 está en una tercera longitud de onda diferente de la longitud de onda o longitudes de onda abarcadas, ya sea, por el haz de excitación 490 o el haz de dispersión 492. En función de la muestra de fluido bajo análisis, la tercera longitud de onda puede estar en el espectro UV o casi UV, tal como en un rango de aproximadamente 285 nm a aproximadamente 385 nm (por ejemplo, una longitud de onda superior a 300 nm, tal como 315 nm). La luz fluorescente y la luz dispersada pueden ser capturadas por la lente óptica 428 y dirigidas de regreso hacia la primera vía óptica 426 del sensor 402. En algunas realizaciones, la lente óptica 428 actúa para colimar sustancialmente la luz fluorescente y dispersada en un haz de emisión 494 y un haz dispersado 496, respectivamente, que viajan de regreso a través de la vía óptica 426 hacia la ventana óptica parcialmente reflectante 444.
En la configuración de la Figura 4, la ventana óptica parcialmente reflectante 444 puede transmitir al menos una porción del haz de emisión 494 generado por moléculas fluorescentes en la muestra de fluido bajo análisis y también al menos una porción del haz dispersado 496 generado por la dispersión de luz provocada por la muestra de fluido. El haz de emisión 494 y el haz dispersado 496 pueden ingresar al sensor óptico 402 a través de la lente óptica 428 y viajar a través de la primera vía óptica 426 antes de encontrar la ventana óptica parcialmente reflectante 444. Tras incidir sobre la ventana óptica parcialmente reflectante 444, al menos una porción del haz de emisión 494 y el haz dispersado 496 pueden pasar a través de la ventana óptica parcialmente reflectante y ser detectados por el detector óptico 434.
En algunas realizaciones, la ventana óptica parcialmente reflectante 444 puede transmitir más luz o longitudes de onda de luz al primer detector óptico 434 de lo que se desea para caracterizar ópticamente la muestra de fluido bajo análisis. Por ejemplo, la ventana óptica parcialmente reflectante 444 puede permitir que alguna porción del haz de excitación 490 pase a través de la misma, de manera que las porciones del haz de excitación 490 que alcanzan y son dispersadas por la muestra de fluido pueden alcanzar al primer detector óptico 434 y detectarse como correspondientes a las emisiones fluorescentes emitidas por la muestra de fluido. Para ayudar a controlar la luz recibida y detectada por el detector óptico 434, el sensor óptico 402 puede incluir un filtro óptico 432 dispuesto entre la lente óptica 428 y el primer detector óptico 434 para filtrar la luz no deseada. En la realización de la Figura 4, el filtro óptico 432 se posiciona entre la ventana óptica parcialmente reflectante 444 y el primer detector óptico 434. En algunas realizaciones, el filtro óptico 432 se diseña para filtrar sustancialmente todas las longitudes de onda de luz (y, en otros ejemplos, todas las longitudes de onda de luz) emitidas por el primer emisor óptico 420. Esto puede ayudar a evitar que la luz emitida por el primer emisor óptico 420 que no genera emisiones fluorescentes sea detectada por el detector óptico 434 y caracterizada como emisiones fluorescentes (por ejemplo, la luz del primer emisor óptico 420 que viaja hacia el detector óptico 434 en lugar de hacia la lente óptica 428 y/o la luz del emisor óptico que se dispersa en la muestra de fluido en lugar de generar emisiones fluorescentes). El filtro óptico 432 puede transmitir sustancialmente todas (y, en otros ejemplos, todas) las longitudes de onda de las emisiones fluorescentes emitidas por la muestra de fluido en respuesta a la luz del primer emisor óptico 420 y las longitudes de onda de la luz dispersada por la muestra de fluido en respuesta a la luz del segundo emisor óptico 424.
El primer detector óptico 434 puede configurarse para detectar o medir la intensidad y/u otras propiedades de la luz incidente sobre el mismo. Como se describe, el primer detector óptico 434 puede recibir al menos una porción del haz dispersado 496 y el haz de emisión 494 transmitido desde la muestra de fluido a través de la ventana óptica parcialmente reflectante 444. En algunas realizaciones, tal como la que se muestra en la Figura 3, el primer detector óptico 434 puede comprender un único detector configurado para detectar luz tanto del haz de emisión 494 como del haz dispersado 496. En tal disposición, el sensor óptico 402 puede controlar el primer emisor óptico 420 y el segundo emisor óptico 424 para emitir alternativamente el haz de excitación 490 y el haz de dispersión 492. La luz
detectada por el detector óptico 434 en respuesta a la luz emitida por el primer emisor óptico 420 (por ejemplo, cuando el segundo emisor óptico 424 no está emitiendo luz) puede atribuirse a las emisiones fluorescentes generadas en la muestra de fluido. Por el contrario, la luz detectada por el detector óptico 434 en respuesta a la luz emitida por el segundo emisor óptico 424 (por ejemplo, cuando el primer emisor óptico 420 no está emitiendo luz) puede atribuirse a la dispersión de la luz provocada por la muestra de fluido. De esta forma, un único detector puede detectar y resolver tanto el haz de emisión 494 como el haz dispersado 496 que se propagan desde la muestra de fluido bajo análisis.
Como se describió anteriormente, el primer detector óptico puede detectar la luz fluorescente de la muestra de fluido y recibida como al menos un haz de emisión 494. En algunas realizaciones, la intensidad del haz de emisión 494 puede medirse para calcular una característica de la muestra, por ejemplo, la concentración de un fluoróforo. En un ejemplo, la luz fluorescente de la muestra se mide mientras la luz del primer emisor óptico 420 está emitiendo e incidiendo sobre la muestra de fluido. En otro ejemplo, la luz fluorescente de la muestra se recibe y mide después de que la luz del primer emisor óptico 420 cese su emisión. En estos ejemplos, la fluorescencia emitida por la muestra de fluido puede persistir más allá de la duración de la emisión desde el primer emisor óptico 420. En consecuencia, el primer detector óptico 434 puede recibir las emisiones fluorescentes de la muestra de fluido posterior al cese de la emisión de luz del primer emisor óptico 420. En algunos ejemplos, el sensor óptico 402 puede determinar una característica de la muestra de fluido bajo análisis basada en la magnitud de las emisiones fluorescentes detectadas por el primer detector óptico 434 y el cambio en esa magnitud con el tiempo después de cesar la emisión de luz por el primer emisor óptico 420. Por ejemplo, el sensor óptico 402 puede realizar una espectroscopia de fluorescencia resuelta en el tiempo al medir una curva de disminución de la fluorescencia (por ejemplo, la intensidad de la fluorescencia como una función de tiempo) para la muestra de fluido. Esto puede implicar medir la emanación de las emisiones fluorescentes de la muestra de fluido bajo análisis desde un momento en que el primer emisor óptico 420 cesa la emisión de luz hasta un momento en que el primer detector óptico 434 cesa la detección de las emisiones fluorescentes del fluido. Además de detectar las emisiones fluorescentes, el detector óptico 434 también puede detectar la luz dispersada fuera de la muestra de fluido y devuelta al sensor en forma de haz dispersado 496.
En algunos ejemplos, la cantidad de fluorescencia emitida por la muestra de fluido bajo análisis depende de la cantidad de luz de excitación dirigida hacia la muestra por el primer emisor óptico 420. Asimismo, la cantidad de luz dispersada por la muestra de fluido puede depender de la cantidad de luz dispersada dirigida hacia la muestra por el segundo emisor óptico 424. En tales ejemplos, la intensidad de la luz emitida por el primer emisor óptico 420 y/o el segundo emisor óptico 424 puede medirse, por ejemplo, mediante el segundo detector óptico 438. El sensor óptico 402 puede luego ajustar la magnitud de las emisiones fluorescentes y/o la luz dispersa detectada por el primer detector óptico 434 en base a la magnitud de la luz emitida por el primer emisor óptico 420 y/o el segundo emisor óptico 424.
En algunas circunstancias, la luz emitida por el segundo emisor óptico 324 en la configuración de la Figura 3, por ejemplo, puede inundar sustancialmente las vías ópticas 326, 327, 336. En algunos de estos casos, la luz de la segunda longitud de onda dentro de la carcasa 303 puede interferir con la medición de la luz dispersada fuera de la muestra de fluido. Es decir, la luz que viaja a través de diversas vías ópticas puede dar como resultado una señal de fondo medible en el detector óptico 334. Una señal de fondo demasiado grande puede oscurecer las mediciones dentro del sistema. Por ejemplo, una gran señal de luz de fondo detectada de la segunda longitud de onda puede hacer difícil la detección precisa de la luz dispersada de la muestra, especialmente en muestras con mínima luz dispersada. La imprecisión en la medición de la luz dispersada puede dar lugar a una medición falsa de la turbidez de la muestra. Un error en la medida de la turbidez puede manifestarse en un error en la corrección de la medida fluorométrica de una concentración, por ejemplo.
En algunas realizaciones, los componentes del sensor óptico pueden reposicionarse para minimizar o eliminar la luz de fondo en el sistema. La Figura 5 es una vista en sección transversal de una realización alternativa de un sensor óptico. El sensor 502 de la Figura 5 incluye un primer emisor óptico 520, vías ópticas primera 526, segunda 536 y tercera 537, ventanas ópticas parcialmente reflectantes 542 y 544, un primer detector óptico 534 y un primer detector óptico de referencia 538 similares a las realizaciones ilustradas de las Figuras 3 y 4. El sensor 502 de la realización ilustrada comprende un conjunto emisor óptico 550 dispuesto en la primera vía óptica 526. El conjunto emisor óptico 550 puede configurarse para emitir y/o detectar luz y, en algunas realizaciones, se configura para emitir luz de la segunda longitud de onda hacia la muestra de fluido a través de la primera vía óptica 526. El sensor 502 de la Figura 5 incluye además una lente de colimación entre el conjunto emisor óptico 550 y la interfaz de sensor/muestra (no mostrada). La lente de colimación puede colimar sustancialmente la luz del conjunto emisor óptico 550 a medida que la luz pasa a través del mismo, antes de encontrarse con la ventana óptica y la muestra de fluido (no mostrada).
En algunas realizaciones, el conjunto emisor óptico se une al sensor de manera desmontable. Las Figuras 6 y 7 ilustran un sensor para recibir un conjunto emisor óptico y el conjunto emisor óptico, respectivamente. El sensor 602 de la Figura 6 incluye un orificio 648 en la primera vía óptica 626. El orificio 648 puede configurarse para recibir al menos una porción del conjunto emisor óptico a través del mismo. En la realización ilustrada, el agujero 648 se posiciona entre la ventana óptica parcialmente reflectante 644 y la interfaz de sensor/muestra (no mostrada). La lente de colimación 661 del sensor 602 de la Figura 6 se posiciona entre el orificio 648 y la interfaz de
sensor/muestra de manera que cuando el conjunto emisor óptico se posiciona a través del orificio 648, la luz emitida desde allí puede colimarse sustancialmente antes de encontrarse con la muestra de fluido.
La Figura 7 es una vista en perspectiva de un conjunto emisor óptico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Como se muestra, el conjunto emisor óptico 750 comprende una carcasa del emisor 765 que incluye una protuberancia 767 que se extiende desde allí. En algunas realizaciones, el orificio del sensor se configura para recibir la protuberancia 767. En la realización ilustrada, el conjunto 750 incluye una pluralidad de sujetadores 749 para asegurar el conjunto emisor óptico 750 al sensor. Los sujetadores 749 pueden incluir, por ejemplo, tornillos, pernos o cualquier otro componente de sujeción apropiado. Los sujetadores 749 pueden asegurar el conjunto emisor óptico 750 a la carcasa del sensor de manera que la protuberancia 767 se extienda al menos parcialmente en el orificio de la carcasa.
La Figura 8 es una vista en despiece que ilustra el ensamble del conjunto emisor óptico y la carcasa del sensor óptico. Como se muestra en la vista en despiece, el conjunto emisor óptico 850 puede incluir el segundo emisor óptico 824 y un segundo detector óptico de referencia 839 configurado para recibir las emisiones del segundo emisor óptico 824. El segundo emisor óptico 824 y el segundo detector óptico de referencia 839 pueden posicionarse en la carcasa 865a del conjunto emisor óptico 850 como se muestra. En algunas realizaciones, la carcasa 865a se cierra por una placa trasera 865b. La placa trasera 865b puede comprender, por ejemplo, una placa de circuito para interactuar con el segundo emisor óptico 824 y el segundo detector óptico de referencia 839. En algunas realizaciones, el conjunto emisor óptico 850 puede unirse de manera desmontable a la carcasa del sensor 803. El conjunto emisor óptico 850 puede sujetarse junto a la carcasa 803 del sensor óptico 802 a través de sujetadores 849. El conjunto emisor óptico 850 puede engancharse a la carcasa 803 cerca de un orificio 848 a través del cual se extiende una protuberancia al menos parcialmente 867. Como se muestra, la protuberancia 867 puede configurarse para recibir el segundo emisor óptico 824 de manera que el segundo emisor óptico 824 pueda emitir luz en la carcasa 803 del sensor óptico 802. En algunas realizaciones, el orificio 848 puede posicionarse en un elemento receptor 845 del sensor óptico 802 configurado para recibir el conjunto emisor óptico 850.
La Figura 9 es una vista en sección transversal de un sensor óptico y un conjunto emisor óptico adjunto tomada a lo largo de la primera vía óptica a lo largo de la línea 9-9 en la Figura 5. Como se muestra, el conjunto emisor óptico 950 se asegura a la carcasa 903 del sensor óptico 902 a través del sujetador 949. Como se discutió anteriormente, el conjunto emisor óptico 950 se posiciona de manera que el segundo emisor óptico 924 está dentro de la primera vía óptica 926 del sensor 902 entre la ventana óptica parcialmente reflectante 944 y la lente de colimación 961. En la realización ilustrada, el segundo emisor óptico 924 se encierra dentro de la carcasa 965a del conjunto emisor óptico 950. En algunas realizaciones, la carcasa 965a del conjunto emisor óptico 950 define una pluralidad de vías. Como se muestra, la carcasa 965a define una vía del segundo emisor 973 diseñada para dirigir la luz desde el segundo emisor óptico 924 hacia la lente de colimación 961 y posteriormente hacia la muestra de fluido. La carcasa 965a puede definir una vía de referencia del segundo emisor 975 diseñada para dirigir la luz desde el segundo emisor óptico 924 hacia el segundo detector óptico de referencia 939. En la realización ilustrada, la carcasa 965a del conjunto emisor óptico 950 encierra, de otra manera, el segundo emisor óptico 924, evitando, por lo tanto, que la luz del segundo emisor óptico 924 emita luz parásita indeseable hacia las vías ópticas del sensor óptico. La carcasa 965a puede reducir adicionalmente la cantidad de luz parásita que llega al segundo detector óptico de referencia 939, lo que puede dar como resultado una medición de referencia más precisa de la luz emitida por el segundo emisor óptico 924.
Se apreciará que muchas configuraciones que evitan que la luz del segundo emisor óptico 924 inunde indeseablemente el sensor. Por ejemplo, el sensor 902 y/o el conjunto emisor óptico 950 pueden incluir uno o más protectores ópticos dispuestos entre el segundo emisor óptico 924 y el detector óptico (por ejemplo, 534 en la figura 5). En algunas realizaciones, el(los) protector(es) puede(n) disponerse entre el segundo emisor óptico 924 y la ventana óptica parcialmente reflectante 944. En algunos casos, uno o más protectores comprenden la carcasa 965a del conjunto emisor óptico 950 que actúa para evitar que se emita luz desde el segundo emisor óptico hacia el detector óptico. El(Los) protector(es) pueden comprender un volumen sustancialmente encerrado, tal como la carcasa 965a, para evitar que se emita luz desde el segundo emisor óptico 924 hacia el detector óptico 934. Uno o más protectores pueden actuar para evitar sustancialmente que se emita luz desde el segundo emisor óptico hacia el primer detector óptico a través de la primera vía óptica. Es decir, mientras que una porción de la luz emitida por el segundo emisor óptico puede emitirse inicialmente hacia el primer detector óptico, tal porción de la luz evita que alcance el primer detector óptico por uno o más protectores.
En algunas realizaciones, el conjunto emisor óptico 950 incluye una placa trasera 965b que puede actuar además para definir el volumen sustancialmente encerrado. La placa trasera 965b puede combinarse con la carcasa 965a para encerrar uno o ambos del segundo emisor óptico 924 y el segundo detector óptico de referencia 939. En algunas realizaciones, la placa trasera 965b puede comprender una placa de circuito para interactuar con uno o ambos del segundo emisor óptico 924 y el segundo detector óptico de referencia 939. En la realización ilustrada, la placa trasera 965b se muestra como que tiene conductores 925 y 941 que pasan a través de la misma para interconectarse eléctricamente con el segundo emisor óptico 924 y el segundo detector óptico de referencia 939, respectivamente.
Las Figuras 10A y 10B son diagramas conceptuales que ilustran ejemplos de flujos de luz a través del sensor óptico de la Figura 6. Como se muestra y se describió anteriormente con referencia a la Figura 4, un primer emisor óptico 1020 se configura para emitir luz de una primera longitud de onda, también denominada como haz de excitación 1090. El haz de excitación 1090 se emite en la segunda vía óptica 1036 donde se encuentra con una ventana óptica parcialmente reflectante 1042 que refleja una porción del haz de excitación 1090 hacia un primer detector óptico de referencia 1038. Otra porción del haz de excitación 1090 se transmite a través de la ventana óptica parcialmente reflectante 1042 a una segunda ventana óptica parcialmente reflectante 1044, que refleja una porción del haz de excitación 1090 hacia la primera vía óptica 1026 y hacia la ventana óptica 1028 y la muestra de fluido (no mostrado). En algunas configuraciones, mientras se propaga a través de la primera vía óptica 1026 hacia la muestra de fluido, una porción del haz de excitación puede encontrarse con un conjunto emisor óptico 1050 en la vía óptica 1026. De acuerdo con la invención, el conjunto emisor óptico 1050 bloquea una porción del haz de excitación para que no alcance la ventana óptica 1028.
Como se discutió en otra parte de la presente descripción, el haz de excitación 1090 puede excitar la fluorescencia en la muestra de fluido, que puede ingresar al sensor 1002 a través de la ventana óptica 1028 como un haz de emisión 1094. El haz de emisión 1094 puede viajar a través de la vía óptica 1026 hasta el detector óptico 1034 donde puede analizarse. Dado que la intensidad de las emisiones fluorescentes medidas como el haz de excitación puede depender de la intensidad del haz de excitación que excita las emisiones, el haz de emisión medido 1094 puede compararse con la porción medida del haz de excitación 1090 en el primer detector óptico de referencia 1038. La comparación puede usarse para proporcionar información sobre la muestra de fluido, tal como la concentración de un fluoróforo.
El conjunto emisor óptico 1050 se configura para emitir luz de una segunda longitud de onda, que puede denominarse como el haz de dispersión 1092. El haz de dispersión 1092 puede dirigirse desde el conjunto emisor óptico 1050 y hacia la muestra de fluido a través de la vía óptica 1026, la lente de colimación y la ventana óptica 1028. El haz de dispersión 1092 puede dispersarse posteriormente fuera de la muestra. Una porción de la luz dispersada puede ser recibida por la ventana óptica y dirigirse de regreso hacia la vía óptica 1026 como un haz dispersado 1096. El haz dispersado 1096 puede propagarse a través de la vía óptica 1026 al detector 1034 para su análisis. El haz dispersado medido 1096 puede usarse para determinar, por ejemplo, la turbidez de la muestra de fluido. La turbidez puede tener un efecto sobre la fluorescencia de la muestra de fluido y, por lo tanto, puede medirse y usarse para corregir la medición de fluorometría y, por tanto, la medición de concentración basada en la misma.
El flujo de luz del haz de dispersión de acuerdo con algunas realizaciones se ilustra en la Figura 10B. De acuerdo con la realización ilustrada, el segundo emisor óptico 1024 se encierra sustancialmente por la carcasa 1065a del conjunto emisor óptico. Sustancialmente encerrado, como se usa en la presente descripción, pretende indicar que la carcasa encierra el emisor óptico de manera que la luz emitida desde el mismo solamente escapa de la carcasa a través de vías preconfiguradas. La carcasa define una vía del segunda emisor 1073 y una vía de referencia del segundo emisor 1075 a través de las cuales puede propagarse la luz emitida desde el segundo emisor óptico 1024 (es decir, el haz de dispersión 1092). Por ejemplo, el haz de dispersión puede propagarse a través de la vía del segundo emisor 1073 fuera de la carcasa 1065a y el conjunto emisor óptico 1050 y hacia la muestra de fluido como se muestra en la Figura 10 A. El haz de dispersión 1092 puede dispersarse fuera de la muestra y regresar al sensor 1002 como un haz dispersado 1096 y ser detectado por el detector 1034 como se describió anteriormente.
Como se mencionó, una medición del haz dispersado puede proporcionar información sobre la turbidez de la muestra, que puede usarse para corregir una medición de fluorometría. Sin embargo, en algunas configuraciones, la medición del haz dispersado 1096 depende no solamente de la turbidez de la muestra, sino también de la intensidad del haz de dispersión 1092. En consecuencia, como se muestra en la Figura 10B, la carcasa 1065a del conjunto emisor óptico 1050 incluye una vía de referencia del segundo emisor 1075 a través de la cual la luz del segundo emisor óptico 1024 se dirige hacia un segundo detector óptico de referencia 1039. El segundo detector óptico de referencia 1039 puede determinar la intensidad de la luz emitida por el segundo emisor óptico 1024. Tal medida puede compararse con el haz dispersado detectado 1096 para determinar con mayor precisión la turbidez de la muestra.
Proporcionar el segundo emisor óptico 1024 y el segundo detector óptico de referencia 1039 en el conjunto emisor óptico 1050 puede actuar para reducir la entrada de luz no deseada en las vías ópticas del sensor óptico. Por ejemplo, la carcasa 1065a de la Figura 10B permite que la luz emitida desde el segundo emisor óptico 1024 salga de la carcasa 1065a como un haz de dispersión 1092 solamente a través de la vía del segunda emisor 1073 hacia la muestra de fluido. Además, la carcasa 1065a de la Figura 10B se configura de manera que el segundo detector óptico de referencia 1039 recibe luz solamente a través de la vía de referencia del segundo emisor 1075. En consecuencia, el segundo detector óptico de referencia 1039 recibe luz solo del segundo emisor óptico 1024, lo que reduce el ruido recibido por el segundo detector óptico de referencia 1039.
Además, emitir luz directamente desde el segundo emisor óptico 1024 hacia la muestra de fluido a través de la vía del segundo emisor 1073 puede dar como resultado un haz de dispersión 1092 relativamente intenso en la muestra de fluido. En comparación, en una configuración tal como la de la Figura 4, el haz de dispersión 496 se divide potencialmente por las ventanas ópticas parcialmente reflectantes 442 y 444 y solamente una porción de la luz
emitida se dirige a la muestra de fluido. Por tanto, en una configuración tal como la que se muestra en la Figura 10B, la intensidad relativa de la luz dirigida a la muestra de fluido puede ser mayor en comparación con otras configuraciones. En algunas situaciones, la intensidad relativa de la luz recibida.
En consecuencia, en algunas configuraciones, la emisión de un haz de dispersión 1092 hacia la muestra desde el conjunto emisor óptico 1050 dispuesto en la primera vía óptica 1026 puede mejorar la intensidad de la señal del haz de dispersión 1092 hacia la muestra y, por tanto, el haz dispersado 1096. Además, posicionar el segundo detector óptico de referencia 1039 en la carcasa 1065a del conjunto emisor óptico 1050 puede resultar en una reducción del ruido detectado en el segundo detector óptico de referencia 1039. En algunas situaciones, tal configuración puede conducir a mejorar la precisión en la determinación de la turbidez de la muestra de fluido. Una medición mejorada de la turbidez de la muestra puede aumentar la precisión de la corrección de la turbidez al determinar una concentración a partir de la fluorescencia medida, como se discutió anteriormente.
Los sensores ópticos de acuerdo con la descripción pueden usarse como parte de un sistema (por ejemplo, el sistema de fluidos 100 en la Figura 1) en el que el sensor se acopla comunicativamente a un controlador para recibir datos del y enviar datos al sensor. El controlador puede incluir un componente integral, tal como un microcontrolador o un componente externo, tal como un ordenador. El controlador puede estar en comunicación con los emisores ópticos primero y segundo, así como también con diversos detectores ópticos. El controlador puede configurarse para controlar los emisores ópticos primero y segundo para emitir luz en una primera longitud de onda y una segunda longitud de onda, respectivamente. Como se discutió, la primera longitud de onda puede excitar la fluorescencia en una muestra de fluido, mientras que la segunda longitud de onda puede dispersarse fuera de la muestra de fluido. El controlador también puede configurarse para controlar un detector ópti
emisiones fluorescentes emitidas por la muestra de fluido y también la luz dispersada por la muestra. El controlador puede configurarse además para determinar al menos una característica de la muestra de fluido en base a las emisiones fluorescentes detectadas. Por ejemplo, el controlador puede determinar una característica de la muestra de fluido en base a los datos generados por el sensor óptico y la información almacenada en una memoria asociada con el controlador, tal como calcular en base a una ecuación, buscar en una tabla de búsqueda o cualquier otro método conocido en la técnica.
En algunas realizaciones, el controlador puede configurarse además para ajustar la determinación de al menos una característica en base a una o más mediciones adicionales. Por ejemplo, el controlador puede ajustar la determinación de al menos una característica en base a la turbidez medida de la muestra, que puede determinarse a partir de la luz detectada dispersada fuera de la muestra. Además, el controlador puede configurarse para detectar la luz emitida por los emisores ópticos a través de uno o más detectores ópticos de referencia para establecer mediciones de referencia. El controlador puede comparar la luz detectada de la muestra con la luz detectada en el uno o más detectores ópticos de referencia para determinar una medida relativa que puede usarse para determinar la al menos una característica.
En algunos ejemplos, una primera fuente de luz dirige la luz a un primer detector óptico de referencia y a la muestra de fluido, donde provoca la fluorescencia que es detectada por un primer detector óptico. Puede configurarse una segunda fuente de luz para dirigir la luz a un segundo detector óptico de referencia y a la muestra de fluido, donde se dispersa al menos parcialmente fuera de la muestra de fluido y se detecta en un segundo detector óptico. El controlador puede configurarse para comparar la luz detectada en el primer detector óptico y la luz detectada en el primer detector óptico de referencia para determinar una medida de fluorescencia relativa. De manera similar, el controlador puede comparar la luz detectada en el segundo detector óptico y el segundo detector óptico de referencia para determinar una medida de turbidez relativa. En tal configuración, el controlador puede determinar la al menos una característica de la muestra de fluido en base a una combinación de la medida de fluorescencia relativa y la medida de turbidez relativa.
En aplicaciones donde los emisores ópticos primero y segundo operan en una secuencia alterna de activación, el controlador puede coordinar la frecuencia y la duración de las emisiones de luz de cada emisor óptico. Además, en realizaciones donde el sensor incluye uno o más detectores ópticos de referencia, el controlador puede detectar luz de los emisores ópticos primero y segundo y usar esta luz detectada para calibrar la luz detectada por el primer detector óptico.
En algunos ejemplos, un sensor óptico de acuerdo con la descripción también incluye uno o más sensores no ópticos. Los sensores no ópticos ilustrativos pueden incluir, pero no se limitan a, sensores de pH, sensores de conductividad y sensores de temperatura. Los datos de los sensores no ópticos pueden usarse para determinar las características no ópticas de la muestra bajo análisis. En algunas realizaciones, los datos de uno o más sensores no ópticos pueden usarse para ajustar una medición de emisiones fluorescentes de una muestra de fluido para determinar una o más características de la muestra. Por ejemplo, puede montarse un sensor de temperatura en un cuerpo de sensor para corregir los efectos de la temperatura en la fluorescencia, así como también en la electrónica y/o los detectores. En otros ejemplos, los datos de un sensor no óptico pueden usarse para monitorear una muestra de fluido y/o controlar un proceso de fluido además de o en lugar de usar datos de sensores ópticos para monitorear la muestra de fluido y/o controlar el proceso de fluido.
Como se discutió, en ciertas realizaciones, un sensor óptico de acuerdo con la descripción puede detectar la luz fluorescente de una muestra en una o más longitudes de onda y dispersada fuera de la muestra en otra longitud de onda más. El sensor óptico también puede detectar características adicionales, tales como características no ópticas, de la muestra de fluido. Los datos generados por el sensor óptico pueden usarse para calcular o determinar, de otra manera, al menos una característica de la muestra. Tales datos pueden recibirse simultáneamente, alternativamente en secuencia o en una combinación en la que algunos, pero no todos los datos pueden recibirse simultáneamente.
Los datos recibidos que contribuyen a determinar al menos una característica pueden recibirse en una pluralidad de canales. Los canales pueden ser canales ópticos, que comprenden uno o más canales de fluorescencia y un canal de dispersión, pero también pueden incluir canales de datos tales como los datos recibidos de uno o más sensores no ópticos. Los canales ópticos pueden definirse por bandas de longitud de onda, por ejemplo. En consecuencia, en algunas realizaciones, los datos que se reciben en forma de una primera longitud de onda fluorescente son datos recibidos en el primer canal fluorescente, mientras que los datos recibidos en forma de luz dispersada fuera de la muestra son datos recibidos en el canal de dispersión. Por tanto, en diversas realizaciones, el sensor óptico puede recibir los datos en cualquier combinación de canales ópticos a través de la primera vía óptica simultáneamente y/o alternativamente y adicionalmente en canales no ópticos desde uno o más sensores no ópticos. Además, como se describió anteriormente, los detectores ópticos de referencia primero o segundo pueden recibir la luz de los emisores ópticos primero o segundo usados para la calibración de mediciones en el primer detector óptico. Por tanto, los datos recibidos en los detectores ópticos de referencia pueden recibirse en uno o más canales de calibración. En algunos ejemplos, los detectores ópticos de referencia primero y segundo pueden conectarse eléctricamente en paralelo. En tal realización, cada uno de los detectores ópticos de referencia primero y segundo puede proporcionar señales de referencia en un único canal de referencia.
En aplicaciones donde el sensor óptico incluye un único detector óptico que detecta las emisiones fluorescentes recibidas de la muestra de fluido y también detecta la luz dispersada recibida de la muestra de fluido, los emisores ópticos primero y segundo pueden activarse y desactivarse en secuencia alterna. Esto puede permitir que los datos generados por el detector óptico se resuelvan en datos de emisión fluorescente correspondientes a emisiones fluorescentes detectadas y datos de dispersión correspondientes a la luz dispersada detectada. En otros ejemplos, el sensor óptico puede incluir múltiples detectores ópticos que detectan las emisiones fluorescentes recibidas de la muestra de fluido y detectan la luz dispersada recibida de la muestra de fluido. Por ejemplo, el sensor óptico puede incluir un detector óptico que detecta las emisiones fluorescentes recibidas de la muestra de fluido y otro detector óptico que detecta la luz dispersada recibida de la muestra de fluido.
Como se describió, además, en la Solicitud de Patente de Estados Unidos US 2015/090900 A1, las Figuras 11A y 11B ilustran ejemplos de disposiciones alternativas de detectores ópticos que pueden usarse en un sensor óptico, tal como los sensores ópticos de las Figuras 2-10. En general, las Figuras 11a y 11B ilustran diversas configuraciones para incorporar una pluralidad de elementos detectores ópticos (por ejemplo, 1152, 1153, 1155, 1156, 1157) en una vía óptica 1126. Como se describió de manera similar a otras configuraciones descritas en otras partes de la presente descripción, las ventanas ópticas parcialmente reflectantes (por ejemplo, 1151, 1154, 1157) y los filtros ópticos (por ejemplo, 1123) pueden usarse para filtrar, separar y dirigir la luz a los elementos detectores ópticos apropiados. Por ejemplo, la luz fluorescente y la luz dispersada pueden dirigirse a elementos detectores ópticos separados mediante una ventana óptica parcialmente reflectante con el fin de medir la luz fluorescente y la luz dispersada simultáneamente. Como se describe, además, en la Solicitud de Patente de Estados Unidos Núm. US 2015/090900 A1, un sensor óptico de acuerdo con la descripción puede modificarse para cumplir los requisitos de uso en aplicaciones o configuraciones específicas. Por ejemplo, las Figuras 12A-12D ilustran un sensor unido a diversos componentes para usar con un recipiente de fluido. Tales figuras también ilustran diferentes componentes del sensor y disposiciones físicas que pueden ser usadas por cualquier sensor de acuerdo con la descripción. Además, las realizaciones de la invención pueden instalarse en diversos contenedores de fluidos por medio de discos de montaje, insertos de ajuste a presión, bridas y similares.
Se han descrito diversas realizaciones y configuraciones de sensores. La Figura 13 es un diagrama de flujo de proceso de una técnica de análisis óptico de acuerdo con la descripción. La Figura 13 ilustra un proceso en el que un sensor emite luz a una primera longitud de onda 1381 desde un primer emisor óptico a través de una vía óptica y hacia una muestra de fluido. La vía óptica se define por una carcasa del sensor. El sensor se configura para detectar 1382 la luz emitida por el primer emisor óptico en un primer detector óptico de referencia. En algunas realizaciones, las emisiones fluorescentes son excitadas por la luz emitida por el primer emisor óptico. Por tanto, en algunas configuraciones, el sensor también recibe las emisiones fluorescentes 1383 emitidas por la muestra de fluido a través de la vía óptica en un detector óptico. El sensor puede comparar 1384 la luz emitida desde el primer emisor óptico con las emisiones fluorescentes recibidas. La comparación puede proporcionar información sobre la cantidad de luz fluorescente en relación con la intensidad de la luz de la primera longitud de onda que incide sobre la muestra. En algunos ejemplos, la comparación puede realizarse con el fin de determinar una medida de fluorescencia relativa.
El sensor puede configurarse para emitir luz a una segunda longitud de onda 1385 desde un segundo emisor óptico, a través de la vía óptica y hacia la muestra de fluido. En algunas configuraciones, la luz de la segunda longitud de
onda se dirige a la muestra a través de la misma vía óptica como la luz de la primera longitud de onda. El sensor puede detectar 1386 la luz emitida en la segunda longitud de onda en un segundo detector óptico de referencia. El sensor también puede recibir luz, dispersada por la muestra de fluido 1387 a través de la vía óptica, en el detector óptico. Similar al proceso mencionado anteriormente con luz de la primera longitud de onda, el sensor puede comparar 1388 la luz emitida por el segundo emisor óptico con la luz dispersada recibida. La comparación puede proporcionar información sobre la cantidad de luz dispersada en relación con la intensidad de la luz de la segunda longitud de onda que incide sobre la muestra. En algunos ejemplos, la comparación se puede realizar para determinar una medida de turbidez relativa.
En algunas realizaciones, el sensor puede configurarse para determinar 1389 al menos una característica de la muestra en función de la luz fluorescente y dispersada comparada. En algunos ejemplos, el sensor puede determinar la concentración de un constituyente de la muestra de fluido. Por ejemplo, en algunos casos, la medición de la fluorescencia relativa de la muestra de fluido es indicativa de la concentración de un fluoróforo en la muestra. Sin embargo, en algunas situaciones, la turbidez de la muestra puede tener un efecto sobre las propiedades fluorescentes de la muestra. La medición de la turbidez relativa puede usarse para determinar la turbidez de la muestra. Por tanto, en algunos ejemplos, la luz dispersada comparada indicativa de la turbidez puede usarse para ajustar una determinación de una concentración de fluoróforo en base a la luz fluorescente comparada. En general, la medición de la fluorescencia relativa y la medición de la turbidez relativa pueden combinarse con el fin de determinar al menos una característica de la muestra de fluido.
Se apreciará que pueden añadirse, omitirse, permutarse o realizarse simultáneamente diversas etapas con respecto al método de la Figura 13. Por ejemplo, como se describió en el proceso de la Figura 13, la luz se emite en la primera longitud de onda y la segunda longitud de onda en una muestra de fluido, así como también se recibe de la muestra de fluido, a través de una única vía óptica. La luz recibida puede dispersarse fuera de la muestra y, en algunas realizaciones, comprende la luz de la segunda longitud de onda dispersada fuera de la muestra. La luz recibida también puede estar en forma de luz fluorescente de la muestra, que puede ser provocada por la luz de las primeras longitudes de onda. Como se discutió anteriormente, en algunas realizaciones, el sensor es incapaz de resolver la diferencia en la luz dispersada por la muestra y la luz fluorescente de la muestra si inciden simultáneamente sobre el detector óptico. Por tanto, en algunas realizaciones, la emisión de luz en la primera longitud de onda cesa antes de emitir luz en la segunda longitud de onda 1385. Por la misma razón, si se repite el proceso, en algunas realizaciones, la emisión de luz en la segunda longitud de onda cesa antes de emitir luz en la primera longitud de onda 1381.
En realizaciones adicionales, la emisión de luz en la primera longitud de onda cesa antes de recibir las emisiones fluorescentes útiles en el detector óptico. Esto puede hacerse, por ejemplo, si una muestra contiene múltiples especies fluorescentes que emiten fluorescencia durante diferentes duraciones, de manera que la fluorescencia de una especie persiste más tiempo que la de otras especies. Si se desea medir la fluorescencia de las especies persistentes más largas mientras que la fluorescencia de las especies persistentes más cortas es extraña, puede ser ventajoso cesar la emisión de luz en la primera longitud de onda, esperar a que la fluorescencia excitada por las especies persistentes más cortas disminuya y luego medir las emisiones fluorescentes restantes atribuibles a las especies persistentes más largas. Cabe señalar que el detector óptico puede estar recibiendo emisiones fluorescentes de la muestra mientras se emite luz de la primera longitud de onda; sin embargo, la medición de la luz fluorescente puede o no descartarse hasta el momento adecuado.
Se apreciará que el proceso descrito en la Figura 13 puede ser realizado por un controlador en un sistema que comprende un sensor. El controlador puede incluir un procesador para controlar el tiempo y la duración de la emisión de luz, ya sea, desde los emisores ópticos primero o segundo, así como también el tiempo de recepción de la luz desde la muestra de fluido. Es decir, el controlador puede programarse para ignorar la luz recibida cuando hay luz extraña presente que puede interrumpir la capacidad de determinar adecuadamente la al menos una característica de la muestra. El controlador puede utilizar los datos de luz fluorescente recibida, luz dispersada y cualquier otro dato que reciba para calcular o determinar de otra manera o ajustar la determinación de, al menos una característica de la muestra.
Se han descrito sensores ilustrativos. Algunas realizaciones comprenden sensores fluorométricos multicanal en los que la fluorescencia de una muestra se excita y detecta en al menos un canal de fluorescencia y la fluorescencia detectada se usa para determinar una característica de la muestra. Pueden usarse otros factores, tales como la luz dispersada fuera de la muestra o mediciones no ópticas adicionales para complementar la detección de fluorescencia y tener en cuenta las posibles variaciones en la fluorescencia de la muestra. El sensor puede ser parte de un sistema que comprende un controlador para automatizar el control de emisores y detectores y calcular o determinar de otra manera las características de la muestra a partir de los datos medidos. Los sensores pueden asegurarse en recipientes en los que estén presentes o fluyan las muestras de fluidos que se van a caracterizar.
Las técnicas descritas en esta descripción pueden implementarse, al menos en parte, en hardware, software, firmware o cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, diversos aspectos de las técnicas descritas pueden implementarse dentro de uno o más procesadores, que incluyen uno o más microprocesadores, procesadores de señales digitales (DSP), circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), matrices de compuertas programables
en campo (FPGA) o cualquier otro circuito lógico integrado o discreto equivalente, así como también cualquier combinación de tales componentes. El término "procesador" o "controlador" puede referirse generalmente a cualquiera de los circuitos lógicos anteriores, solo o en combinación con otros circuitos lógicos o cualquier otro circuito equivalente. Una unidad de control que comprende hardware también puede realizar una o más de las técnicas de esta descripción.
Tales hardware, software y firmware pueden implementarse dentro del mismo dispositivo o dentro de dispositivos separados para soportar las diversas operaciones y funciones descritas en esta descripción. Además, cualquiera de las unidades, módulos o componentes descritos pueden implementarse juntos o por separados como dispositivos lógicos discretos pero interoperables. La descripción de diferentes características como módulos o unidades pretende resaltar diferentes aspectos funcionales y no implica necesariamente que tales módulos o unidades deban realizarse mediante componentes de hardware o software separados. Más bien, la funcionalidad asociada con uno o más módulos o unidades puede realizarse mediante componentes de hardware o software separados o integrarse dentro de componentes de hardware o software comunes o separados.
Las técnicas descritas en esta descripción también pueden incorporarse o codificarse en un medio legible por ordenador no transitorio, tal como un medio de almacenamiento legible por ordenador, que contenga instrucciones. Las instrucciones incorporadas o codificadas en un medio de almacenamiento legible por ordenador pueden provocar que un procesador programable, u otro procesador, realice el método, por ejemplo, cuando se ejecutan las instrucciones. Los medios de almacenamiento no transitorios legibles por ordenador pueden incluir formas de memoria volátiles y/o no volátiles que incluyen, por ejemplo, memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria de solo lectura (ROM), memoria de solo lectura programable (PROM), memoria de solo lectura programable borrable (EPROM), memoria de sólo lectura programable y borrable electrónicamente (EEPROM), memoria flash, un disco duro, un CD-ROM, un disquete, un casete, medio magnético, medio óptico u otro medio legible por ordenador.
Claims (11)
1. Un sensor óptico (1002) que comprende:
una ventana óptica (1028);
una primera vía óptica (1026) configurada para dirigir la luz a través de la ventana óptica (1028) conectada ópticamente a la primera vía óptica (1026) hacia una muestra de fluido bajo análisis y recibir la luz de la muestra de fluido a través de la ventana óptica (1028);
un primer emisor óptico (1020) configurado para emitir luz a una primera longitud de onda (1090) a través de la primera vía óptica (1026) y hacia la muestra de fluido para excitar las emisiones fluorescentes en la muestra de fluido bajo análisis;
un conjunto emisor óptico (1050) dispuesto en la primera vía óptica (1026), comprendiendo el conjunto emisor óptico (1050) un segundo emisor óptico (1024) configurado para emitir luz a una segunda longitud de onda (1092) hacia la primera vía óptica (1026) y a través de la ventana óptica (1028) hacia la muestra de fluido, en el que la luz emitida por el segundo emisor óptico (1024) se dispersa fuera de la muestra de fluido bajo análisis;
un primer detector óptico (1034) acoplado ópticamente a la primera vía óptica (1026) y configurado para recibir un haz de emisión fluorescente (1094) de la muestra de fluido y un haz dispersado (1096) de la muestra de fluido a través de la primera vía óptica (1026);
caracterizado porque el conjunto emisor óptico (1050) se posiciona de manera que el segundo emisor óptico (1024) está dentro de la primera vía óptica (1026) y bloquea una porción de la luz del primer emisor óptico (1020) para que no llegue a la ventana óptica (1028).
2. El sensor de la reivindicación 1, que comprende además
un primer detector óptico de referencia (1038) configurado para recibir al menos una porción de la luz emitida desde el primer emisor óptico (1020); y
un segundo detector óptico de referencia (1039) configurado para recibir al menos una porción de la luz emitida desde el segundo emisor óptico (1024), el segundo detector óptico de referencia (1039) posicionado en el conjunto emisor óptico (1050).
3. El sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto emisor óptico (1050) comprende además un protector para evitar sustancialmente que se emita luz desde el segundo emisor óptico (1024) hacia el primer detector óptico (1034) a través de la primera vía óptica (1026).
4. El sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto emisor óptico (1050) se acopla de manera desmontable al sensor óptico (1002).
5. El sensor de la reivindicación 3 o de la reivindicación 4 cuando depende de la reivindicación 3, en el que el protector comprende un volumen sustancialmente encerrado (1065a).
6. El sensor de la reivindicación 5, en el que el segundo emisor óptico (1024) se configura para emitir la luz de la segunda longitud de onda en el volumen sustancialmente encerrado (1065a); y el segundo detector óptico de referencia (1039) se dispone dentro del volumen sustancialmente encerrado (1065a).
7. El sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una lente de colimación dispuesta entre el segundo emisor óptico (1024) y la ventana óptica (1028) y configurada para colimar sustancialmente la luz emitida desde el segundo emisor óptico (1024) hacia la ventana óptica (1028).
8. El sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una segunda vía óptica (1036) que intercepta la primera vía óptica (1026) en un ángulo de aproximadamente 90 grados y en el que el primer emisor óptico (1020) se configura para emitir la luz en la primera longitud de onda ajustada en la segunda vía óptica (1036).
9. El sensor de la reivindicación 8, que comprende además una primera ventana óptica parcialmente reflectante (1044) posicionada en una intersección entre la primera vía óptica (1026) y la segunda vía óptica (1036) y configurada para dirigir al menos una porción de la luz emitida por el primer emisor óptico (1020) hacia la primera vía óptica (1026) y hacia la muestra de fluido.
10. El sensor de una cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, cuando depende de la reivindicación 2, que comprende además una segunda ventana óptica parcialmente reflectante (1042) dispuesta en la segunda vía óptica (1036) y configurada para dirigir al menos una porción de la luz emitida desde el primer emisor óptico (1020) hacia el primer detector óptico de referencia (1038).
11. El sensor de la reivindicación 9 o de la reivindicación 10 cuando depende de la reivindicación 9, en el que el conjunto emisor óptico (1050) se une de manera desmontable al sensor óptico (1002) en la primera vía óptica (1026) entre la primera ventana óptica parcialmente reflectante (1044) y la ventana óptica (1028).
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