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用于流体传感的光学传感装置和光学传感方法

来源:恒峰娱乐ag厅下载登录   发布时间:2019-11-26   点击量:105

用于流体传感的光学传感装置和光学传感方法

一种用于确定流体的至少一种性质的光学传感装置。该装置包括加长的多孔体,具有第一端和第二端;固态光发射器,位于所述多孔体的第一端,且用于向所述多孔体的第二端发射射线;固态光检测器,位于所述多孔体的第二端,且用于检测由所述光发射器发射的射线;一种用于检测流体性质的组件包括:具有腔体的本体,所述本体具有用于提高光学检测器或发射器的可靠性的可动和偏置的支架。一种用于测定样品中的流体的相对浓度的系统,包括工作在参考波长对应于至少两种流体吸收峰的波长的发射器/接收器对以及用于确定基于测量数据和校准数据的处理器。

a)柴油排放流体的质量评估和组成监测(又名DEF和汽车尿素(AdBlueO)),

背景技术

参照图7A-7C,本发明公开的实施例包括光学传感器组件的结构,例如,直插式流体性能传感器,该结构可提供严重霜冻保护,并防止或减轻因其中所含的流体的冻结所引起的物理损坏。这些实施例包括相当于活塞以对高张力弹簧的相应压力进行反压的机制。更具体地,传感器70的实施例可以包括壳体,例如,两部分壳体,其包括具有设置在壳体上的接口75的下部74(例如,入口和出口),和高部分72(图7C)。该壳体的下部74具有与接口75连通并提供采样的流体到接口75的内部腔体71。活塞状的传感器支架76可移动地设置在内部腔体71内。支架76可弹性地安装在腔体71内,例如,通过易弯曲的指状物将支架76连接到腔体71的内壁,进而偏置且固定了承载架76。弹簧元件80,其可以是贝氏垫圈,设置在所述壳体部分和传感器支架76之间。光学组件73被设置在传感器承载架76上并由传感器支架76携带。传感器支架76由密封元件79密封到下部74的内壁,该密封元件79可以是一个双O型环密封件,以通过接口75使腔体71成为流体传送的封闭腔体。由于腔体71内的流体会由于冻结而膨胀,如果冷冻的材料施加力超过弹性环80对光学组件73和/或支架76的支撑力,支架76通常被向上移动以对抗弹簧元件80的偏置力。这个位移缓解了可能会引起壳体或者光学组件的断裂或损坏的压力。冷冻流体随着温度增加会融化,光学组件73被推回到它的工作位置以对抗通过弹性元件的施加压力限定在壳体内部的固定的机械止动件81。尽管光学组件在冻结状态下运动,当支架76回到了工作位置,该弹簧偏置和固定机械止动件81以确保维持或者重新实现路径长度和光学对准的完整性。弹簧元件80可以被选择以使支架76在正常流体工作压力下不会移动。也可以提供用于操作传感器的光学组件的电路板83,包括控制电路。

如上文阐述,传感器组件必须能够在恶劣的环境条件下可靠运行。例如,在汽车应用中的传感器遭遇外部装置温度从-40°C变化到80°C,以及流体流动的罩应用下温度从-40°C变化至130°C,和高达200°C的瞬时储存温度。对具体的应用,传感器有推荐的操作温度范围。主要的规范是,该传感器可以在该温度范围正常工作而不遭受物理的,机械的或电子的损坏。进一步的温度规范是实际工作的温度范围。这通常依赖于流体的工作温度范围。实际的例子是DEF,其中,所述流体低于-irC会冻结,而高于60°C会分解。

背景技术

具体实施方式

图15示出了根据本发明实施例的用于进行温度补偿的流体测量系统的示意图。

使用先前校准的0%到100%的比例,线性计算未知组合物的所述测量流体的1050/970吸收比例:

本发明涉及光学传感器及关联系统。更具体地,本发明涉及,例如重型设备,汽车和运输工业中使用的光学传感器和流体监测系统。

=dt2*T2+dtl*T+dtO

根据本发明的实施例公开的传感器通常包括内部工作在3.5伏到5伏的低功耗装置,且被配置为接收和处理通常在车辆上形成的输入电压,其电压范围为直流12伏到40伏的电压。该传感器可以被配置具有各种电子组件,例如,提供处理数据的简单数字输出设备或者智能传感器,传感器的输出可以直接提供给任何合适类型的显示器,例如,简单的状态发光体,例如,三状态LED:绿色(良好),黄色(警告)和红色(警报或故障),或者提供给字母数据或者图形显示器,例如,LCD显示器。可选的,该传感器可以提供标准化的格式输出(例如,SAEJl939)到车辆或者设备的数据总线13,例如,车辆的CAN总线(例如,5V-高速-CAN,250千字节,isoii898),以提供诊断数据(omn/n)到依次支持的车载计算机和智能传感器输出显示11。

本发明公开的实施例也可以实现一个或多个集成电路,用于执行光学数据处理,光学补偿,温度补偿,模拟和数字信号处理,以及外部的通信。仅通过非限制性举例的方式,本发明实施例中所描述的传感器的可包监测LED输出,独立于采样通道,用于监测LED输出且耦合到光反馈系统的包括一个多个独立调节的LED。这个系统可包括LED输出漂移的补偿作为温度函数。反馈检测器可以位于靠近系统检测器(例如,在光学接口之后)的位置以模拟检测器系统的响应的变化。在可选的LED实施例中,参照波长被用作基准的参考点。这样的参考波长位于不吸收的波长处或与流体相互作用的波长处。实施例中使用了DEF测量,其中,SlOnm的LED被用作参考波长。这个次级波长提供了独立样本吸收的参考,且这样可以提供直接比例Io/I,Io/I用于计算有效的吸收率(正比于组分浓度):吸收率=-l〇g(IQ/I),其中Io是的参考强度,I是采样吸收后的吸收强度。光学和电子系统可以是单一的集成电路板或设备,可能具有(但不是确定的)用于信号处理,计算和数据通信的应用程序专用集成电路(ASIC)的特点。这个集成的光电元件可以被封装,并且可以包括一些成像光学器件,例如,可以通过源和检测器前面的某种成形光学器件来实现。

为确保通过光学接口结构的最佳的图像,光电子元件(即发光二极管和检测器)的位置是重要的。在标准环境下,且适度的操作温度下,光电子器件被靠紧耦合到光接口结构。典型距离预计是从约1毫米到1米(Im)或更高。在更短的距离处,不需要额外考虑成像光学元件。然而,在较长的距离处,由玻璃或塑料制成的辅助镜头可以被放置在LED源和检测器的前端,以提高图像质量。可选方案包括使用从光学接口结构到光电子的光导管。光导管可以是玻璃或塑料棒(匹配的折射率或其他)或光纤的形式。

本发明的还提供了一种用于确定在样品中第二流体中的第一流体浓度的方法。所述方法包括步骤:检测第一光束传输经过所述样品的第一辐射强度,所述第一光束在参考频率fref处具有第一路径长度;检测第二光束传输经过所述样品的第二辐射强度,所述第二光束在对应于所述第一流体吸收峰的频率处具有第一路径长度;检测由第三光束传输经过所述样品的第三辐射强度,所述第三光束在参考频率处具有第二路径长度;检测由第四光束传输经过所述样品的第四辐射强度,所述第二光束在对应于所述第二流体吸收峰的频率处具有第二路径长度。然后确定所述样品的温度。计算(第二强度/第一强度)_(第四强度/第三强度)的值。最后,根据所述(第二强度/第一强度)_(第四强度/第三强度)的值,检测的温度,存储的校验数据,计算所述第一流体和第二流体的浓度值。

自动传动装置中的氧化和酸值的监测:在Dexron自动传动流体中所用的红色染料可以作为酸-碱指示剂,反应流体使用过程中的条件和流体的酸度。在公交车用变速器中的酸值是一个相对的保证条款。能够根据染料的可视监测模拟酸值的板载传感器可以提供不可接受的酸值(相对于保证)的早期预警。类似的方式配置到被描述的氧化传感器上的传感器是适当的,但可能不需要近红外信道。

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