專利名稱：輻射傳感器設備和包含該設備的流體處理系統的制作方法
技術領域：
在一個方面，本發明涉及一種輻射傳感器設備。在另一方面，本發明涉及一種包括新穎的輻射傳感器設備的流體處理系統。在另一方面，本發明涉及在輻射傳感器設備中使用的輻射傳感器模塊。
背景技術：
光學輻射傳感器是已知的，并且在許多應用中有著廣泛的用途。光學輻射傳感器的一個主要的應用是在紫外輻射流體消毒系統的領域中。
已知利用紫外光照射水將通過使水中的微生物滅活而使水消毒，前提是照射照度和曝光時長高于最小“劑量”水平(通常以每平方厘米毫瓦秒為單位進行測量)。紫外水消毒單元，諸如可獲得自TroianTechnologies Inc.的商標為Trojan UV MaxTM、Trojan UV LogicTM和Trojan UV SwiftTM的商用單元，使用該原理對用于供人飲用的水消毒。通常待消毒的水通過加壓不銹鋼柱形容器，其中充滿紫外輻射。大規模的市政廢水處理設備，諸如可獲得自Trojan Technologies Inc.的商標為UV3000TM、UV3000 PlusTM和UV4000TM的商用設備，使用相同的原理對廢水消毒。通常，這些處理系統的實際應用涉及使處理模塊或系統淹沒在開放水道中，其中當廢水流過燈時使廢水暴露于輻射。為了進一步討論使用紫外輻射的流體消毒系統，參看任何一個下列文獻美國專利4,482,809、美國專利4,872,980、美國專利5,006,244美國專利5,418,370美國專利5,539,210和美國專利Re36,896。
近年來，該系統已成功地用于其他的水處理-例如，味道和氣味控制、TOC(總有機碳)控制和/或ECT(環境污染物處理)。
在許多應用中，理想的是，監視處理中的水中存在的紫外輻射的水平。這樣，可以連續地或者半連續地評估紫外輻射的水平，并且由此評估消毒過程的整體效力和效率。
本領域中已知的是，通過將操作燈附近的一個或多個無源傳感器設備部署在遠離操作燈的特定的位置和方位，監視紫外輻射水平。這些無源傳感器設備可以是光電二極管、光敏電阻或者其他的設備，其通過在輸出引腳上產生可重復的信號電平(以伏特或安培為單位)，響應所關注的特定輻射波長或者輻射波長范圍的投射。
傳統的紫外消毒系統常常并入燈陣列，其浸入在待處理的流體中。該配置造成了安裝用于監視燈輸出的傳感器的困難。周圍的結構通常是加壓管道或者并非良好適于儀器插入使用的其他構造。簡單地將紫外輻射傳感器附裝到燈模塊，可能妨礙流體的流動，并且用作了阻塞和/或阻礙用于處理水的紫外輻射的附裝點。此外，對于許多實際應用，有必要并入特殊的清洗系統，用于從傳感器移除阻塞物質，以避免關于燈性能的誤導信息的傳送。
國際公開No.WO 01/17906[Pearcey]教導了一種輻射源模塊，其中至少一個輻射源和光學輻射傳感器安置在模塊的保護套中。由于傳統上使用清洗系統的目的在于自保護套移除阻塞物質以允許最優的輻射配比，即，不需要用于傳感器的分立的清洗系統，因此該配置有助于清洗傳感器。而且，由于光學輻射傳感器被安置在輻射源模塊的現有元件(保護套)中，因此將傳感器并入在模塊中不會導致任何額外的壓力水頭損失，并且/或者不會產生關于阻塞物質的“堵塞”。
傳統的輻射傳感器設備典型地被設計為具有檢測器(例如，光電二極管、光敏電阻等)的現場單元，該檢測器在裝配到傳感器主體之前進行校準。然后以傳統的方式密封傳感器主體，以防止流體進入。
近來，美國環境保護署(USEPA)公布了關于用于市政飲用水處理系統中的紫外輻射傳感器設備的指南。這些公布的指南規定在市政飲用水處理系統中針對每個輻射源使用一個傳感器。公布的指南還規定使用一個或多個濾光器將檢測器(例如，光電二極管、光敏電阻等)的靈敏度限制于殺菌范圍、對傳感器設備的準確性/可跟蹤性的限制、對常規傳感器重新校準的需要、以及UV強度傳感器應觀察位于電極(燈末端)之間并且處于離開電極的25％的弧長中的沿燈長度的點的要求。
如果不能校準與特定的濾光器配對的特定的檢測器(例如，光電二極管、光敏電阻等)，則將濾光器并入到傳感器設備中可以產生一定程度的不確定性。如果特定的檢測器在同最終應用中的特定的濾光器配對之前單獨進行校準，則濾光器的組成和/或濾光器的位置的小的變化可能影響檢測器的靈敏度，并且相比于絕對照射或輻射劑量，減小了傳感器的準確性。
在傳統的紫外輻射傳感器設備中，在不首先完全拆卸傳感器設備的情況下，不能物理調節檢測器的校準設定點。
因此，本領域需要一種傳感器設備，其理想地適于使特定的傳感器以1∶1的比例與特定的輻射源匹配，并且允許傳感器設備的簡便移除、檢測器(例如，光電二極管、光敏電阻等)的校準驗證、以及按照需要對其進行調節。
發明內容
本發明的目的在于消除或者緩解至少一個上文提及的現有技術的缺點。
本發明的目的在于提供一種新穎的輻射傳感器設備，其消除或者緩解至少一個上文提及的現有技術的缺點。
本發明的另一目的在于提供一種新穎的輻射傳感器模塊，其消除或者緩解至少一個上文提及的現有技術的缺點。
因此，在一個方面中，本發明提供了一種輻射傳感器設備，其包括殼體和固定到殼體的多個輻射傳感器模塊，每個輻射傳感器模塊包括輻射傳感器，其被配置為檢測入射在輻射傳感器上的輻射。
在另一方面，本發明提供了一種流體處理系統，其包括流體處理區，其中安置了多個輻射源和輻射傳感器設備，輻射傳感器設備包括殼體和固定到殼體的多個輻射傳感器模塊，每個輻射傳感器模塊包括輻射傳感器，其被配置為檢測入射在輻射傳感器上的輻射。
在另一方面，本發明提供了輻射傳感器模塊，其包括模塊殼體；固定到模塊的輻射傳感器；輻射透明窗口，入射輻射可以穿過該窗口接觸輻射傳感器；和校準元件，用于校準接收自輻射傳感器的信號。
因此，本發明人發現了一種新穎的輻射傳感器設備，其包括殼體和固定到殼體的多個輻射傳感器模塊。輻射源模塊有效地是重復單元，其優選地相對于殼體環狀配置，由此輻射傳感器模塊同輻射源的比例為1∶1。
以這樣的方式將多個輻射傳感器模塊安置在殼體上，即能夠觀察到自燈末端或電極測量的弧長的25％中的燈長度。
通過使用如此處描述的傳感器設置，可以將至少兩個或多個傳感器安置在單一的支架上，并且可以將其安置為觀察離開電極的弧長的25％區域中的燈。
優選地，每個輻射傳感器模塊包含完整的所謂的光學鏈(例如，光電二極管、光敏電阻、濾光器、孔徑、校準元件、信號放大元件、信號發射器元件等中一個或多個)，以允許在不拆卸模塊的所有部件的情況下進行檢測器的校準。
因此，所給出的輻射源模塊易于自輻射傳感器設備移除，并且如果需要，檢測器或輻射傳感器(例如，光電二極管、光敏電阻等)的校準易于驗證和調節，同時均不需要將設備拆卸。
本輻射傳感器設備易于改型裝配到現有的紫外輻射水處理系統中，由此這些系統遵從USEPA近期公布的指南。
在本發明的第一優選實施例中，光學輻射傳感器包括輻射檢測器和主體部分。輻射檢測器包含光電二極管或者其他的能夠檢測和響應入射輻射的感應元件。主體部分容納一個或多個電子部件、反射鏡、光學部件等。光學輻射傳感器安置在保護套中。保護套可以包括第一輻射透明區域，其基本上與輻射檢測器(或感應元件)對準，保護套還包括輻射不透明的第二區域，其基本上與傳感器的主體部分對準。本領域的技術人員還應認識到，感應元件可由其自有的集成保護套(例如，石英套)保護，該保護套可以安置在燈套內部，后者被涂覆以提供熱保護。
在本說明書通篇中，參考了本發明的優選實施例，其中保護套包含“輻射透明”區域和“輻射不透明”區域。當然，本領域的技術人員應認識到，這些術語將取決于輻射場中存在的輻射的性質。例如，如果在紫外(UV)輻射場中使用本發明，則“輻射不透明”區域對于電磁頻譜的該部分中的主要輻射應是不透明的，即，輻射不透明區域對于特性(例如，波長)與待阻擋的輻射不同的輻射可以是透明的。“輻射不透明”意味著不超過5％，優選地不超過4％，優選地不超過3％的來自輻射場的所關注的輻射(例如，這可以是所有波長或者選定波長的輻射)將穿過該區域，并且投射在輻射感應元件上。因此，在本發明的某些實施例中，輻射場中存在的所有輻射(例如，UV輻射、可見輻射和紅外輻射中的一個或多個)將被阻擋，以除了消除入射輻射的投射以外，實現傳感器的熱保護。在本發明的其他的實施例中，輻射場中存在的輻射(例如，UV輻射、可見輻射和紅外輻射中的一個或兩個)的預定部分將被阻擋，以實現傳感器的熱保護，同時允許入射輻射的預定部分的投射。
依賴于所討論的輻射場，可以以多種不同的方式在保護套上提供輻射不透明區域。例如，可以利用安置在保護套內部或外部的金屬層將輻射不透明性賦予保護套。金屬層可以包括選自包括下列材料的組中的至少一種成分不銹鋼、鈦、鋁、金、銀、鉑、鎳鈦諾及其混合物。可替換地，可以將陶瓷層安置在保護套內部或外部，以將輻射不透明性賦予保護套。在另一實施例中，輻射不透明層可以包括多孔金屬結構以及同非金屬材料的組合。多孔金屬結構可以包含選自上文提及的金屬層的組的金屬。該輻射不透明層的實施例中的非金屬材料的示例包括固定到多孔金屬結構的彈性體或者其他材料(例如，PTFETeflon)。
在另一實施例中，通過在保護套內部或外部安置濾光層，可以將針對具體輻射的不透明性賦予保護套，該濾光層將排除有害輻射，但是允許所關注的輻射穿過保護套，由傳感器進行檢測。因此，再次使用紫外輻射傳感器的示例，在許多情況中，檢測所關注的波長的范圍為約210～約300nm。可以利用由濾光材料制成的層，其將基本上僅允許該范圍中的輻射通過保護套，允許檢測輻射，同時相比于允許來自輻射場的所有輻射進入保護套的情況，最小化或防止建立的熱。適用于該濾光材料的非限制性的示例可由重金屬氧化物制成，其依賴于所感應的輻射類型而具有不同的層厚度和/或層數目。本領域的技術人員應進一步認識到，光學輻射傳感器可以具有不傳熱區域以及濾光區域，用于保護光學輻射傳感器的感應元件(例如，光電二極管)。
提供輻射透明區域可以采用許多形式。這可以通過在保護內部或外部物理安置金屬層或者淀積金屬層實現，由此輻射透明區域具有所需的形狀。例如，輻射透明區域可以具有環形形狀、非環形形狀、直線形狀、曲線形狀、基本上圓形的形狀等等。而且，輻射不透明區域可被設計為提供多個(例如，兩個或多個)輻射透明區域。
將輻射不透明區域安置在保護套上的方式沒有特別限制。例如，輻射不透明層可以粘合、機械固定或摩擦配合到保護套。當輻射不透明層安置在保護套外部時，后兩種方法工作得特別好。對于保護石英套的內部，可以插入拼合的擴展套。第一種方法在輻射不透明層安置在保護套內部或外部的情況中是優選的。該方法可用于例如經由金屬氧化物(例如，二氧化硅、二氧化鈦等)的蒸汽淀積、電子束槍淀積等而淀積完全的或選擇性的輻射不透明層。
將通過參考附圖描述本發明的實施例，其中相似的參考數字表示相似的部件，并且在附圖中圖1說明了本輻射傳感器設備的優選實施例的透視圖，其具有為了說明目的而自其移除的輻射傳感器模塊；圖2說明了圖1中使用的輻射傳感器模塊的透視圖，其以向外透視觀察的分解形式示出；并且圖3說明了圖1中使用的輻射傳感器模塊的透視圖，其以向內透視觀察的分解形式示出。
具體實施例方式
通過參考圖1，說明了一種輻射傳感器設備100，其包括殼體105和三個輻射傳感器模塊110、115、120。如將參考圖2和3討論的，輻射傳感器模塊110、115、120具有相同的構造。
空腔125安置在殼體105中，用于容納每個輻射傳感器模塊110、115、120(即，針對每個輻射傳感器模塊提供一個空腔125)。如所示出的，空腔125和相鄰的空腔沿殼體105的縱向軸相互交錯，導致了輻射傳感器模塊沿該軸的交錯安置。這允許一方面使殼體105小型化，同時提供了用于針對每個輻射傳感器模塊110、115、120的電氣連接的充足空間。這還允許輻射傳感器模塊110、115、120令其各自的孔徑窗口152朝向殼體105的一個末端安置。
一旦每個輻射傳感器模塊110、115、120位于其各自的空腔中，則可以在殼體105的第一末端135和第二末端140之間將保護套(未示出)安置在殼體105上。該保護套可以以傳統的方式相對于第一末端135和第二末端140密封(未示出)。
參考圖2和3，示出了輻射傳感器模塊110的分解視圖。如上文所述，輻射傳感器模塊110的構造與輻射傳感器模塊115、120的構造相同。
因此，如圖2所示，輻射傳感器模塊110包括模塊殼體150和印刷電路板155。輻射透明窗口(在本領域中有時被稱為“孔徑”)152安置在模塊殼體150中，入射光可以穿過該輻射透明窗口152。
下列元件依次置于模塊殼體150和印刷電路板115之間TeflonTM墊圈、可選的輻射濾光器165(例如，石英、衍射光柵等)、扣環170、孔徑175和孔徑支架180。如所示出的，通過使用插腳185正確地安置孔徑支架180，并且檢測器座190安置在印刷電路板155上。
模塊殼體150和印刷電路板155可以以傳統的方式相互固定-例如，使用機械裝置，諸如螺釘、鉚釘等。印刷電路板155進一步包括定位孔195，其容納模塊殼體150上的定位器200(圖3)。
印刷電路板155包括完整的所謂的光學鏈，以允許傳感器模塊110用作傳感器設備。因此，通過適當的電氣連接將下列部件安置在印刷電路板155上檢測器205(例如，光電二極管、光敏電阻等)、信號放大器210、增益調節電位計215(這等效于單一的校準元件)、電流回路發射器220、極性相反的二極管對225和MolexTM連接器230。
當然，依賴于傳感器設備的所需功能，可以將額外的部件安置在印刷電路板155上。重要特征在于，在給定的輻射傳感器模塊110上，可以在勿需拆卸整個輻射傳感器模塊的情況下，使給定的濾光器165同給定的檢測器205配對，并且通過調節電位計215校準后者。就本發明人的知識，具有這些特征的設備迄今為止是未知的。
模塊殼體150包括定位插腳235，用于同輻射傳感器設備100的殼體105中的形狀互補的孔(未示出)接合。該定位插腳/孔的組合的使用，允許將每個輻射傳感器模塊正確地安置在輻射傳感器設備100中。
盡管通過參考說明性實施例和示例描述了本發明，但是不應在限制的意義上解釋該描述。因此，在參考該描述時，說明性實施例的多種修改方案，以及本發明的其他的實施例，對于本領域的技術人員將是顯而易見的。因此，應當注意，附屬權利要求將涵蓋所有該修改方案或實施例。
此處提及的所有公開、專利和專利申請的整體內容在此處并入作為參考，如同每個單獨的公開、專利或者專利申請的整體內容專門地和單獨地并入作為參考。
權利要求
1.一種輻射傳感器設備，其包括殼體和固定到所述殼體的多個輻射傳感器模塊，每個輻射傳感器模塊包括用于檢測入射在輻射傳感器上的輻射的輻射傳感器。
2.權利要求1的輻射傳感器設備，其中至少2個輻射傳感器模塊安置在殼體中。
3.權利要求1或2的輻射傳感器設備，其中每一輻射傳感器模塊包括校準元件，用于校準接收自輻射傳感器的信號。
4.權利要求1～3中任何一個的輻射傳感器設備，其中殼體包括第一縱向軸，并且每個輻射傳感器模塊包括第二縱向軸。
5.權利要求4的輻射傳感器設備，其中多個輻射傳感器模塊固定到殼體，使得第一縱向軸和第二縱向軸基本上平行。
6.權利要求4或5的輻射傳感器設備，其中相鄰的一對輻射傳感器模塊在基本上平行于第一縱向軸的方向中相互偏移。
7.權利要求1～6中任何一個的輻射傳感器設備，其中每個輻射傳感器模塊包括具有輻射透明窗口的模塊殼體，入射輻射可以穿過所述輻射透明窗口接觸輻射傳感器。
8.權利要求7的輻射傳感器設備，其中窗口包括石英。
9.權利要求7的輻射傳感器設備，其中窗口包括藍寶石。
10.權利要求7～9中任何一個的輻射傳感器設備，其中模塊殼體包括一個或多個下列部件信號放大元件、信號校準元件和信號發射器元件。
11.權利要求7～9中任何一個的輻射傳感器設備，其中模塊殼體包括每個下列部件信號放大元件、信號校準元件和信號發射器元件。
12.權利要求7～9中任何一個的輻射傳感器設備，其中模塊殼體包括與輻射傳感器電氣連接的信號放大元件。
13.權利要求12的輻射傳感器設備，其中模塊殼體包括與信號放大元件電氣連接的信號校準元件。
14.權利要求13的輻射傳感器設備，其中模塊殼體包括與信號校準元件電氣連接的信號發射器元件。
15.權利要求1～14中任何一個的輻射傳感器設備，其中殼體包括保護套，其基本上包圍多個輻射傳感器模塊。
16.權利要求15的輻射傳感器設備，其中保護套包括輻射透明第一區域和輻射不透明第二區域，輻射透明第一區域被定向為包括每個輻射傳感器模塊的輻射傳感器。
17.權利要求15的輻射傳感器設備，其中保護套包括輻射透明第一區域和輻射不透明第二區域，輻射透明第一區域被定向為包括每個輻射傳感器模塊。
18.權利要求15～17中任何一個的輻射傳感器設備，其中保護套與殼體基本上流體密封地接合。
19.權利要求15～18中任何一個的輻射傳感器設備，其中保護套包括石英套。
20.權利要求15～18中任何一個的輻射傳感器設備，其中輻射不透明第二區域包括相對于保護套固定的輻射不透明層。
21.權利要求20的輻射傳感器設備，其中輻射不透明層安置在保護套的內表面上。
22.權利要求20的輻射傳感器設備，其中輻射不透明層安置在保護套的外表面上。
23.權利要求20～22中任何一個的輻射傳感器設備，其中輻射不透明層粘合到保護套。
24.權利要求20～22中任何一個的輻射傳感器設備，其中輻射不透明層機械固定到保護套。
25.權利要求20～22中任何一個的輻射傳感器設備，其中輻射不透明層摩擦配合到保護套。
26.權利要求20～25中任何一個的輻射傳感器設備，其中輻射不透明層包括金屬層。
27.權利要求26的輻射傳感器設備，其中金屬層包括選自包括下列材料的組中的至少一種成分不銹鋼、鈦、鋁、金、銀、鉑、鎳鈦諾及其混合物。
28.權利要求20～25中任何一個的輻射傳感器設備，其中輻射不透明層包括陶瓷層。
29.權利要求20～25中任何一個的輻射傳感器設備，其中輻射不透明層包括多孔金屬結構同非金屬材料的組合。
30.權利要求29的輻射傳感器設備，其中多孔金屬結構包含選自包括下列材料的組中的至少一種成分不銹鋼、鈦、鋁、金、銀、鉑、鎳鈦諾及其混合物。
31.權利要求29的輻射傳感器設備，其中非金屬材料包括固定到多孔金屬結構的彈性體。
32.權利要求1～31中任何一個的輻射傳感器設備，其中多個輻射傳感器模塊相對于殼體環形配置。
33.權利要求1～32中任何一個的輻射傳感器設備，進一步包括安裝元件，用于將輻射傳感器設備固定在流體處理系統中。
34.權利要求1～32中任何一個的輻射傳感器設備，進一步包括安裝元件，用于將輻射傳感器設備以懸臂的方式固定在流體處理系統中。
35.權利要求1～34中任何一個的輻射傳感器設備，其中每個輻射傳感器模塊包括第一定位器元件，并且殼體包括第二定位器元件，第一定位器元件和第二定位器元件具有基本上互補的形狀并且協同操作以將輻射傳感器以規定的方式相對于殼體固定。
36.權利要求35的輻射傳感器設備，其中第一定位器元件包括陽部分，而第二定位器元件包括陰部分。
37.權利要求35的輻射傳感器設備，其中第一定位器元件包括陰部分，而第二定位器元件包括陽部分。
38.一種流體處理系統，其包括流體處理區，該流體處理區中安置了多個輻射源和權利要求1～37中任何一個的輻射傳感器設備。
39.權利要求38的流體處理系統，其中輻射源同輻射傳感器模塊的比例是1∶1。
40.權利要求38或39的流體處理系統，其中多個輻射源相對于輻射傳感器設備環形配置。
41.一種輻射傳感器模塊，包括模塊殼體；固定到所述模塊殼體的輻射傳感器；輻射透明窗口，入射輻射可以穿過該窗口接觸所述輻射傳感器；和校準元件，用于校準接收自所述輻射傳感器的信號。
42.權利要求41的輻射傳感器模塊，其中窗口包括石英。
43.權利要求41的輻射傳感器模塊，其中窗口包括藍寶石。
44.權利要求41～43中的任何一個的輻射傳感器模塊，其中模塊殼體包括一個或多個下列部件信號放大元件和信號發射器元件。
45.權利要求41～43中的任何一個的輻射傳感器模塊，其中模塊殼體包括每個下列部件信號放大元件和信號發射器元件。
46.權利要求41～43中的任何一個的輻射傳感器模塊，其中模塊殼體包括與輻射傳感器電氣連接的信號放大元件。
47.權利要求46的輻射傳感器模塊，其中模塊殼體包括與信號放大元件電氣連接的信號校準元件。
48.權利要求47的輻射傳感器模塊，其中模塊殼體包括與信號校準元件電氣連接的信號發射器元件。
49.權利要求41～48中的任何一個的輻射傳感器模塊，其中每個輻射傳感器模塊包括第一定位器元件，用于接合到位于用于輻射傳感器模塊的殼體中的第二定位器元件，第一定位器元件和第二定位器元件具有基本上互補的形狀，并且協同操作以將輻射傳感器以規定的方式相對于殼體固定。
50.權利要求49的輻射傳感器模塊，其中第一定位器元件包括陽部分，而第二定位器元件包括陰部分。
51.權利要求49的輻射傳感器模塊，其中第一定位器元件包括陰部分，而第二定位器元件包括陽部分。
全文摘要
本發明涉及一種輻射傳感器設備，其包括殼體和固定到殼體的多個輻射傳感器模塊，每個輻射傳感器模塊包括輻射傳感器，其檢測入射在輻射源模塊上的輻射。優選地，每個輻射傳感器模塊包含完整的所謂的光學鏈，以允許在不拆卸模塊的所有部件的情況下校準檢測器(例如，光電二極管、光敏電阻等)。
文檔編號G01J1/02GK1981182SQ200580022354
公開日2007年6月13日 申請日期2005年6月27日 優先權日2004年6月30日
發明者卡坦利納·德勒戈伊, 亞利克斯·凡爾登, 吉姆·弗拉塞爾, 珍妮弗·熱拉爾迪, 丹耶·莫利紐克斯 申請人:特洛伊人技術公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
