ES2334426B1 - OPTICAL PROCEDURE AND MODULE FOR MEASURING ABSORBANCE TO DISCRETE LAMBS FOR WATER QUALITY CONTROL APPLICATIONS. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento y módulo óptico para la medida de la absorbancia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas.Procedure and optical module for measuring absorbance to discrete lambdas for control applications of water quality
La invención se refiere a un procedimiento y a un módulo óptico para la medida de la absorbancia y otros parámetros físico-químicos a lambdas discretas, particularmente destinado a aplicaciones de control de calidad de aguas, que comprende unos medios de alimentación, unos medios de emisión ópticos, unos medios de separación ópticos y unos primeros y segundos medios de recepción ópticos. Además comprende unos medios para la conducción o contención de una muestra de agua interpuestos entre los medios de emisión y los medios de recepción y unos medios de detección y comparación de las señales recibidas por los primeros y segundos medios de recepción ópticos, comprendiendo dichos medios de detección amplificadores de lock-in y siendo los medios de emisión ópticos leds.The invention relates to a method and to an optical module for absorbance measurement and others physical-chemical parameters to discrete lambdas, particularly intended for quality control applications of waters, comprising feeding means, means of feeding optical emission, optical separation means and first and second optical reception means. It also includes some means for the conduction or containment of a water sample interposed between the means of transmission and the means of reception and means for detecting and comparing the received signals by the first and second optical reception means, said detection means comprising amplifiers of lock-in and being the optical emission means leds
Description
Procedimiento y módulo óptico para la medida de la absorbancia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas.Procedure and optical module for measuring absorbance to discrete lambdas for control applications of water quality
La invención se refiere a un procedimiento y a un módulo óptico para la medida de la absorbancia y otros parámetros físico-químicos a lambdas discretas, particularmente destinado para aplicaciones de control de calidad de aguas.The invention relates to a method and to an optical module for absorbance measurement and others physical-chemical parameters to discrete lambdas, particularly intended for quality control applications of waters.
Para efectuar el control de calidad de aguas, y más concretamente para determinar la contaminación biológica u orgánica del agua, son conocidos dispositivos que utilizan lámparas pulsantes de xenón que emiten luz de espectro esencialmente plano en la región de longitud de onda ultravioleta (UV), como el descrito en el documento de patente WO9216828.To carry out water quality control, and more specifically to determine biological pollution or organic water, devices that use lamps are known xenon pulses that emit essentially flat spectrum light in the ultraviolet (UV) wavelength region, such as the described in patent document WO9216828.
En dichos dispositivos se determina la cantidad de materia orgánica en una muestra de líquido haciendo pasar pulsos de luz ultravioleta a través de la muestra y realizando mediciones de la absorción a longitudes de onda específicas, como por ejemplo a 254 nm, tal y como se describe en la norma DIN 38404. A esta longitud de onda, la emisión electromagnética es absorbida por los compuestos orgánicos aromáticos y otros compuestos orgánicos que tienen dobles enlaces conjugados. La norma ISO 7027:1999 establece además que la medida del parámetro de turbidez debe realizarse mediante la absorbancia a longitud de onda de 860 nm.In these devices the quantity is determined of organic matter in a sample of liquid by passing pulses of ultraviolet light through the sample and making measurements of absorption at specific wavelengths, such as at 254 nm, as described in DIN 38404. To this wavelength, the electromagnetic emission is absorbed by the aromatic organic compounds and other organic compounds that They have conjugated double bonds. ISO 7027: 1999 establishes In addition, the turbidity parameter measurement must be performed by absorbance at wavelength of 860 nm.
Para realizar las mediciones de absorbancia a diferentes longitudes de onda, se utilizan diferentes detectores de absorbancia dotados de filtros de banda pasante a las longitudes de onda de interés.To perform absorbance measurements at different wavelengths, different detectors are used absorbance equipped with throughband filters at the lengths of wave of interest
Es igualmente conocido el uso de señales alternas para la alimentación de fuentes ópticas de longitud de onda visible y el uso posterior de filtros estrechos de banda pasante para evitar interferencias introducidas por otras fuentes lumínicas, como se describe en el documento de patente JP9264845. No obstante, los filtros de banda pasante no son suficientemente estrechos para separar señales ópticas provenientes de emisores ópticos próximos cuya longitud de onda sea cercana.The use of signals is also known alternate for powering wavelength optical sources visible and subsequent use of narrow bandpass filters to avoid interference introduced by other light sources, as described in patent document JP9264845. However, the passband filters are not narrow enough to separate optical signals from nearby optical emitters whose wavelength is close.
Aunque se puede obtener la absorbancia directamente a partir del valor de la atenuación resultante tras su paso por la muestra, es recomendable contrastarla con una tensión de referencia de la señal óptica emitida, previa a su paso por la muestra, tal y como se describe en el documento de patente JP9304272. No obstante esta tensión de referencia irá variando a lo largo del tiempo de vida de los medios de emisión ópticos, impidiendo que las etapas posteriores de procesado puedan disponer de una tensión de referencia constante e idónea para calcular la atenuación sufrida por la señal que atraviesa la muestra, además de requerir una fase previa de calibración.Although absorbance can be obtained directly from the value of the resulting attenuation after passing through the sample, it is advisable to contrast it with a tension of reference of the emitted optical signal, prior to its passage through the sample, as described in the patent document JP9304272. However, this reference voltage will vary as lifetime of optical emission media, preventing subsequent processing stages from having of a constant and ideal reference voltage to calculate the attenuation suffered by the signal passing through the sample, in addition to require a previous phase of calibration.
Algunos dispositivos conocidos para medir la absorbancia utilizan conversores analógico-digital de modo que las señales pueden ser procesadas digitalmente. En consecuencia, se consigue una mejor resolución en los valores de medición, pero el uso de componentes digitales encarece significativamente el dispositivo y requiere más componentes electrónicos con el consiguiente incremento de consumo eléctrico y volumen de almacenamiento. Al estar destinado estos dispositivos a instalarse en estaciones remotas de control de calidad de agua, es preferible disponer de dispositivos que aunque no tengan tanta resolución en sus valores de medición tengan un consumo más moderado y puedan ser instalados en carcasas compactas.Some known devices to measure the absorbance use analog-digital converters so that the signals can be processed digitally. In consequently, a better resolution in the values of measurement, but the use of digital components becomes more expensive significantly the device and requires more components electronics with the consequent increase in electricity consumption and storage volume When these devices are intended for be installed in remote water quality control stations, it is it is preferable to have devices that do not have as much resolution in your measurement values have more consumption moderate and can be installed in compact housings.
La presente invención intenta superar los problemas mencionados anteriormente para proporcionar un módulo óptico para la medida de la absorbancia y otros parámetros físico-químicos compacto y barato.The present invention attempts to overcome problems mentioned above to provide a module optical for absorbance measurement and other parameters Compact and cheap physical-chemical.
El procedimiento para medir parámetros físico-químicos de una muestra de agua de la invención es de los que comprenden las etapas de generar una señal de alimentación eléctrica con una componente sinusoidal a una primera frecuencia; alimentar con dicha señal de alimentación unos medios de emisión ópticos dispuestos a un lado de la muestra, para emitir una señal óptica cuya portadora tiene una primera longitud de onda predefinida y cuya moduladora es la señal de alimentación; dirigir una primera parte de la señal óptica a unos primeros medios de recepción ópticos y una segunda parte hacia unos segundos medios de recepción ópticos dispuestos al otro lado de la muestra; recibir la primera parte de la señal óptica mediante los primeros medios de recepción ópticos en base a una primera longitud de onda; recibir la segunda parte de la señal óptica mediante los segundos medios de recepción ópticos en base a una segunda longitud de onda; procesar la señal obtenida por los primeros medios de recepción ópticos para obtener una tensión de referencia; procesar la señal obtenida por los segundos medios de recepción ópticos para obtener un valor de atenuación y comparar dichos valores de referencia y de atenuación.The procedure to measure parameters physicochemical of a sample of water from the invention is one of those comprising the steps of generating a signal power supply with a sinusoidal component to a first frequency; feed with said feed signal about optical emission means arranged on one side of the sample, to emit an optical signal whose carrier has a first length predefined wave and whose modulator is the power signal; directing a first part of the optical signal to first means of optical reception and a second part towards a few seconds means receiving optics arranged on the other side of the sample; to receive the first part of the optical signal by the first means of optical reception based on a first wavelength; to receive the second part of the optical signal by the second means of optical reception based on a second wavelength; process the signal obtained by the first optical reception means for obtain a reference voltage; process the signal obtained by the second optical reception means to obtain a value of attenuation and compare those reference values and of attenuation.
En esencia, el procedimiento se caracteriza porque el procesado de la señal obtenida por los primeros y segundos medios de recepción ópticos comprende una primera etapa de demodulación coherente de la señal a la primera frecuencia y una segunda etapa de filtrado paso bajo para obtener la componente continua de la señal de salida del demodulador coherente.In essence, the procedure is characterized because the signal processing obtained by the first and second optical receiving means comprises a first stage of consistent demodulation of the signal at the first frequency and a second stage of low-pass filtering to obtain the component Continuous output signal of the coherent demodulator.
En una variante de interés, la tensión de referencia es usada para compensar la señal de alimentación en el caso de que la señal óptica emitida descienda por debajo de un valor umbral predeterminado para aumentar la intensidad de la señal de alimentación y así conseguir que la tensión de referencia se mantenga constante durante toda la vida útil de los medios de emisión ópticos, evitando por tanto que la tensión de referencia se degrade por ejemplo al envejecer los medios de emisión ópticos.In a variant of interest, the tension of reference is used to compensate the power signal in the in case the emitted optical signal falls below a value predetermined threshold to increase the signal strength of supply and thus achieve that the reference voltage is keep constant throughout the life of the media optical emission, thus preventing the reference voltage from degrade, for example, the aging of optical emission media.
En otra variante del procedimiento, la primera longitud de onda es tal que permite obtener el contenido de materia orgánica de la muestra.In another variant of the procedure, the first wavelength is such that it allows to obtain the content of matter Organic sample.
En otra variante, la primera y segunda longitudes de onda son iguales, de modo que cuando los medios de emisión y los segundos medios de recepción están alineados se puede calcular la absorbancia a dicha longitud de onda. En caso que los medios de emisión y los segundos medios de recepción no estén alineados, se calcula la difracción causada por la muestra de agua según el ángulo entre los medios de emisión y los segundos medios de recepción.In another variant, the first and second wavelengths are equal, so when the means of emission and the second reception means are aligned you can calculate the absorbance at said wavelength. In case the broadcast media and the second receiving media are not aligned, the diffraction caused by the water sample is calculated according to the angle between the emission means and the second means of reception.
En otra variante de interés, la primera y segunda longitudes de onda son diferentes, de modo que se puede obtener el valor de la fluorescencia generada a la segunda longitud de onda al incidir la señal óptica en la muestra de agua.In another variant of interest, the first and second wavelengths are different, so that you can obtain the value of the fluorescence generated at the second length wave when the optical signal affects the water sample.
Según otra característica, la primera longitud de onda es de 254 nm, adecuada para detectar la materia orgánica contenida en la muestra según la norma DIN 38404.According to another feature, the first length Wave is 254 nm, suitable for detecting organic matter contained in the sample according to DIN 38404.
De acuerdo con otra característica de la invención, la relación entre la tensión de referencia y la tensión de atenuación se compara con una segunda relación entre la tensión de referencia y una segunda tensión de atenuación obtenida a partir de una segunda señal óptica de longitud de onda de 330 nm para compensar en la absorbancia de la medida a 254 nm la medida de elementos no relacionado con cadenas de hidrocarburos.According to another feature of the invention, the relationship between the reference voltage and the voltage of attenuation is compared with a second relationship between the voltage reference and a second attenuation voltage obtained from of a second optical wavelength signal of 330 nm for compensate in the absorbance of the measurement at 254 nm the measure of elements not related to hydrocarbon chains.
El módulo analógico de la presente invención para medir la absorbancia comprende unos medios de alimentación, adaptados para generar una señal de alimentación eléctrica, dotados de un limitador de corriente; unos medios compensadores de la corriente aportada por los medios de alimentación; unos medios de emisión ópticos, adaptados para generar una señal óptica a una primera longitud de onda; unos medios de separación ópticos adaptados para dirigir una primera parte de la señal óptica hacia unos primeros medios de recepción ópticos, adaptados para recibir radiación electromagnética a la primera longitud de onda y una segunda parte de la señal óptica hacia unos segundos medios de recepción ópticos, adaptados para recibir radiación electromagnética a una segunda longitud de onda; unos medios de detección del valor de la amplitud de la componente alterna de la señal de salida de los primeros y segundos medios de recepción ópticos a la primera frecuencia; unos medios de comparación de los anteriores valores detectados adaptados para establecer su relación; y unos medios para la conducción o contención de una muestra de fluido.The analog module of the present invention to measure absorbance comprises feeding means, adapted to generate a power supply signal, equipped of a current limiter; compensatory means of the current provided by the feeding means; a means of optical emission, adapted to generate an optical signal at a first wavelength; optical separation means adapted to direct a first part of the optical signal towards first optical reception means, adapted to receive electromagnetic radiation at the first wavelength and a second part of the optical signal towards a few seconds means of optical reception, adapted to receive radiation electromagnetic at a second wavelength; a means of detection of the amplitude value of the alternating component of the output signal of the first and second reception means optical at the first frequency; a means of comparison of previous detected values adapted to establish their relationship; and means for conducting or containing a sample of fluid.
En esencia, el módulo se caracteriza porque los medios de detección comprenden un amplificador de lock-in y los medios de emisión ópticos son leds.In essence, the module is characterized because detection means comprise an amplifier of lock-in and optical emission media are leds
En una variante, los medios de alimentación disponen de unos medios compensadores de la corriente aportada.In a variant, the feeding means they have compensating means for the current provided.
En otra realización, la señal de alimentación tiene una componente alterna sinusoidal y una componente continua.In another embodiment, the power signal it has a sinusoidal alternating component and a component keep going.
Según otro aspecto de la invención, los medios de emisión ópticos están adaptados para emitir radiación ultravioleta.According to another aspect of the invention, the means Optical emission are adapted to emit radiation ultraviolet.
El dispositivo según la invención está formado por una pluralidad de módulos cuyas componentes alternas de sus señales de alimentación son ortogonales entre sí.The device according to the invention is formed by a plurality of modules whose alternate components of their Power signals are orthogonal to each other.
En una variante del dispositivo, la pluralidad de módulos comparten la misma muestra de agua.In a variant of the device, the plurality of modules share the same water sample.
En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de ejemplo no limitativo, una variante del módulo óptico para la medida de la parámetros según la invención. En concreto;The attached drawings illustrate, by way of non-limiting example, a variant of the optical module for measurement of the parameters according to the invention. Specific;
la Fig. 1, es un diagrama de bloques del módulo óptico;Fig. 1, is a block diagram of the module optical;
la Fig. 2, es una vista lateral de un módulo óptico para calcular la absorbancia según el diagrama de bloques de la Fig. 1;Fig. 2, is a side view of a module optical to calculate the absorbance according to the block diagram of Fig. 1;
la Fig. 3, es una vista lateral de otro módulo óptico del dispositivo que además sirve para calcular la fluorescencia; yFig. 3, is a side view of another module optical device that also serves to calculate the fluorescence; Y
la Fig. 4 es una vista de varios módulos ópticos agrupados.Fig. 4 is a view of several optical modules grouped
La descripción que sigue hace referencia a los dibujos antes explicados, que permiten apreciar con detalle las diferentes partes de que está formado el módulo 1 óptico de la presente invención.The following description refers to the drawings explained above, which allow us to appreciate in detail the different parts of which the optical module 1 of the present invention
La Fig. 1 muestra los diferentes bloques que forman el módulo 1 óptico para la medida de parámetros de una muestra 2 de líquido, particularmente la absorbancia a una longitud de onda (lambda) aunque también es adecuado para medir otros parámetros físico-químicos de un líquido tales como la fluorescencia o la difracción, tal y como se explicará más adelante.Fig. 1 shows the different blocks that form the optical module 1 for measuring parameters of a sample 2 of liquid, particularly absorbance at a length wave (lambda) although it is also suitable for measuring other physicochemical parameters of a liquid such as fluorescence or diffraction, as will be explained more ahead.
El módulo 1 de la presente invención también permite medir, simultáneamente, diferentes parámetros de la muestra 2. Varios módulos pueden agruparse en un mismo dispositivo tal y como se muestra en la Fig. 4 para analizar simultáneamente la misma muestra 2 de agua.Module 1 of the present invention also allows to measure, simultaneously, different parameters of the sample 2. Several modules can be grouped in the same device as as shown in Fig. 4 to simultaneously analyze the same Sample 2 of water.
Por tanto el módulo 1 óptico de la presente invención es adecuado para la monitorización y control de calidad de aguas.Therefore the optical module 1 of the present invention is suitable for monitoring and quality control of waters.
Tal y como se puede ver en la Fig. 1, el módulo 1 dispone de unos medios de alimentación 3 adaptados para generar una señal de alimentación 13 con componentes continua y alterna. La componente continua tiene una intensidad I_{dc} y la componente alterna es una señal sinusoidal de intensidad I_{ac} y una primera frecuencia conocida. La señal de alimentación 13 se utiliza para alimentar unos medios de emisión 4 ópticos que emiten una señal óptica 5 a una primera longitud de onda. En las variante representada en las Fig. 2 los medios de emisión 4 ópticos consisten en un led 14 de longitud de onda ultravioleta de 254 nm, adecuada para calcular la absorbancia debida a los componentes orgánicos. Naturalmente otros leds que emitieran radiación electromagnética en la banda ultravioleta, tal como 280 nm, 330 nm o 860 nm, así como en la banda visible o infrarroja podrían ser utilizados para detectar otros parámetros de la muestra 2 de agua.As can be seen in Fig. 1, the module 1 has 3 feeding means adapted to generate a power signal 13 with continuous and alternating components. The continuous component has an intensity I_ {dc} and the component alternating is a sinusoidal signal of intensity I_ {ac} and a First known frequency. The power signal 13 is used to feed optical emission means 4 that emit a signal 5 optics at a first wavelength. In the variant shown in Fig. 2 the optical emission means 4 they consist of a led 14 of ultraviolet wavelength of 254 nm, suitable for calculating the absorbance due to the components organic Naturally other LEDs that emit radiation electromagnetic in the ultraviolet band, such as 280 nm, 330 nm or 860 nm, as well as in the visible or infrared band could be used to detect other parameters in sample 2 of Water.
Para que el led 14 emita adecuadamente, la intensidad aportada por su señal de alimentación 13 ha de ser positiva y estar en el rango adecuado de su zona de trabajo, es decir, aquella que permita que el led 14 emita radiación electromagnética cuya potencia pueda ser correctamente detectada por los medios de recepción 7a, 7b ópticos, tal y como se explica con posterioridad, al ser el led 14 alimentado entre I_{dc}-I_{ac} e I_{dc}+I_{ac}. Así se consigue que el led 14 emita una señal óptica 5 modulada en amplitud, cuya portadora será la señal de alimentación 13 y cuya moduladora tendrá la longitud de onda de emisión del led 14.In order for LED 14 to emit properly, the intensity provided by its power signal 13 must be positive and being in the proper range of your work area, is that is, the one that allows led 14 to emit radiation electromagnetic whose power can be correctly detected by the optical receiving means 7a, 7b, as explained later, being led 14 powered between I_ {dc} -I_ {ac} and I_ {dc} + I_ {ac}. Thus get led 14 to emit an optical signal 5 modulated in amplitude, whose carrier will be the power signal 13 and whose modulator will have the emission wavelength of led 14.
La señal óptica 5 generada por el led 14 se separa en una primera parte 5a, que se dirige hacia unos primeros medios de recepción 7a ópticos adaptados para recibir la misma longitud de onda que la emitida por el led 14, y en una segunda parte 5b, que atraviesa la muestra 2 de agua a analizar y cuya señal resultante 5b' tras el paso por dicha muestra 2, se detecta mediante unos segundos medios de recepción 7b ópticos adaptados para recibir una segunda longitud de onda predeterminada. En la variante de la Fig. 2, los primeros y segundos medios de recepción 7a, 7b ópticos son fototransistores 17a, 17b cuya longitud de onda de recepción es la misma que emite el led 14. Estos fototransistores 17a, 17b están adaptados para recibir un rango de longitudes de onda que comprende la longitud de onda de emisión del led 14 y su ancho de banda es suficientemente estrecho para atenuar suficientemente otras señales ópticas interferentes.The optical signal 5 generated by the led 14 is it separates in a first part 5a, which is directed towards first 7a optical reception means adapted to receive the same wavelength than that emitted by LED 14, and in a second part 5b, which crosses the sample 2 of water to be analyzed and whose signal resulting 5b 'after passing through said sample 2, it is detected by means of a second optical reception means 7b adapted for receive a second predetermined wavelength. In the variant of Fig. 2, the first and second reception means 7a, 7b optical are phototransistors 17a, 17b whose wavelength of reception is the same that emits led 14. These phototransistors 17a, 17b are adapted to receive a range of lengths of wave comprising the emission wavelength of led 14 and its bandwidth is narrow enough to attenuate sufficiently other interfering optical signals.
Para mejorar el nivel de la señal a la salida de cada uno de los fototransistores 17a, 17b estos incorporan unos medios de preamplificación, que proporcionan la misma ganancia a la señal de salida de ambos fototransistores 17a, 17b.To improve the signal level at the output of each of the phototransistors 17a, 17b these incorporate about preamp means, which provide the same gain to the output signal of both phototransistors 17a, 17b.
No obstante, el ancho de banda de los fototransistores 17a, 17b no es suficientemente estrecho para eliminar otras señales ópticas interferentes, tales como señales provenientes de módulos 1 ópticos adyacentes, y se requiere una posterior fase de tratamiento mediante unos medios de detección 8a, 8b homodinos que comprenden una primera etapa de demodulación coherente a la primera frecuencia y una segunda etapa de filtrado paso bajo, con lo que se consigue obtener a la salida de los medios de detección 8a, 8b un valor de tensión equivalente a la amplitud de la componente, a la primera frecuencia, de la señal de entrada de los medios de detección 8a, 8b. En la variante de la Fig. 2, los medios de detección 8a, 8b son amplificadores de lock-in 18a, 18b analógicos de los conocidos en el estado de la técnica, y que utilizan como señal de referencia la señal de alimentación 13.However, the bandwidth of phototransistors 17a, 17b is not narrow enough to eliminate other interfering optical signals, such as signals from adjacent optical modules 1, and a subsequent treatment phase by means of detection means 8a, 8b homodinos comprising a first demodulation stage consistent at the first frequency and a second stage of filtering low pass, with what you get to get out of the media of detection 8a, 8b a voltage value equivalent to the amplitude of the component, at the first frequency, of the input signal of the detection means 8a, 8b. In the variant of Fig. 2, the detection means 8a, 8b are amplifiers of Analog lock-in 18a, 18b of those known in the state of the art, and using the reference signal as the power signal 13.
Los amplificadores de lock-in 18a, 18b permiten obtener un valor de salida esencialmente continuo, proporcional a la amplitud de la componente alterna de su señal de entrada a la frecuencia de su señal de referencia. En el contexto de la invención, la señal de entrada de cada amplificador de lock-in 18a, 18b es la señal preamplificada correspondiente a la salida de cada uno de los fototransistores 17a, 17b y la señal de referencia es la señal de alimentación 13, tal y como se puede observar en las Figs 1 y 2. Se debe tener en cuenta que el valor de salida de los amplificadores de lock-in 18a, 18b estará atenuada proporcionalmente al desfase entre su señal de entrada y su señal de referencia a la primera frecuencia. Idealmente, si ambas señales están en fase a esa frecuencia no habrá atenuación, pero puede suceder que la atenuación introducida por dicho desfase degrade excesivamente el valor de salida de los amplificadores de lock-in 18a, 18b o incluso lo cancele. Por tanto, en este caso será necesario introducir etapas de sincronización o retraso entre la señal de entrada de cada amplificador de lock-in 18a, 18b y la señal de alimentación 13.Lock-in amplifiers 18a, 18b allow to obtain an output value essentially continuous, proportional to the amplitude of the alternating component of its Input signal at the frequency of your reference signal. At context of the invention, the input signal of each amplifier Lock-in 18a, 18b is the pre-amplified signal corresponding to the output of each of the phototransistors 17a, 17b and the reference signal is the power signal 13, as can be seen in Figs 1 and 2. It should be taken into note that the output value of the amplifiers of lock-in 18a, 18b will be proportionally attenuated at the lag between your input signal and your reference signal to the first frequency Ideally, if both signals are in phase at that frequency there will be no attenuation, but it may happen that the attenuation introduced by this offset excessively degrade the output value of the lock-in amplifiers 18a, 18b or even cancel it. Therefore, in this case it will be it is necessary to introduce synchronization or delay stages between input signal of each lock-in amplifier 18a, 18b and the power signal 13.
A la salida de los amplificadores de lock-in 18a, 18b se obtiene, respectivamente, una tensión esencialmente continua y proporcional a la amplitud de la moduladora de las correspondientes señales ópticas recibidas por los fototransistores 17a, 17b.At the output of the amplifiers of lock-in 18a, 18b you get, respectively, a essentially continuous voltage and proportional to the amplitude of the modulator of the corresponding optical signals received by the phototransistors 17a, 17b.
Naturalmente, para que estos valores sean comparables posteriormente, en caso que los amplificadores de lock-in 18a, 18b tengan una etapa interna de amplificación, la ganancia aportada por ambos amplificadores de lock-in 18a, 18b debe ser la misma. La tensión de salida del primer amplificador de lock-in 18a es la tensión de referencia 10a, que será siempre igual o superior a la tensión de atenuación 10b obtenida a la salida del segundo amplificador de lock-in 18b. El valor relativo de la atenuación 20b se calcula comparando la tensión de referencia 10a con la tensión de atenuación 10b en unos medios de comparación 9b, que en la variante de la Fig. 2 consisten en un amplificador logarítmico 19b que proporciona a su salida el valor relativo de la atenuación 20b en decibelios. Este valor relativo de la atenuación 20b es proporcional a la absorbancia de la muestra 2 a la longitud de onda de emisión del led 14 y es transportado posteriormente a una estación de medición (no representada) para su monitorización y procesado.Naturally, for these values to be comparable later, in case the amplifiers of lock-in 18a, 18b have an internal stage of amplification, the gain contributed by both amplifiers of Lock-in 18a, 18b must be the same. The tension of output of the first lock-in amplifier 18a is the reference voltage 10a, which will always be equal to or greater than the attenuation voltage 10b obtained at the output of the second 18b lock-in amplifier The relative value of the attenuation 20b is calculated by comparing the reference voltage 10a with the attenuation voltage 10b in comparison means 9b, which in the variant of Fig. 2 consist of an amplifier logarithmic 19b that provides at its output the relative value of the 20b attenuation in decibels. This relative value of attenuation 20b is proportional to the absorbance of sample 2 to the length of emission wave of led 14 and is subsequently transported to a measuring station (not shown) for monitoring and indicted.
Es de especial interés que dicha tensión de referencia 10a sea constante y de un valor adecuado para poder efectuar correctamente la comparación entre la tensión de referencia 10a y la tensión de atenuación 10b.It is of special interest that this tension of reference 10a be constant and of an adequate value to be able to make the comparison between the reference voltage correctly 10a and the attenuation voltage 10b.
Debido al envejecimiento del led 14 a lo largo de su tiempo de vida, la potencia de la señal óptica 5 que éste emite va disminuyendo para una misma intensidad de alimentación. En consecuencia, la tensión de referencia 10a del amplificador logarítmico 19b también disminuiría, no manteniéndose constante tal y como sería deseable a lo largo de toda la vida útil del led 14.Due to the aging of led 14 along of its lifetime, the power of the optical signal 5 that this emits decreases for the same power intensity. In consequently, the reference voltage 10a of the amplifier logarithmic 19b would also decrease, not staying constant such and as it would be desirable throughout the lifetime of the led 14.
Ventajosamente, el módulo 1 de la presente invención usa la tensión de referencia 10a para compensar los medios de alimentación 3, a través de unos medios compensadores 23 que evalúan la tensión de referencia 10a y actúan sobre los medios de alimentación 3, de modo que cuando por efecto de envejecimiento del led 14 la tensión de referencia 10a disminuye, se aumenta proporcionalmente la intensidad ofrecida por los medios de alimentación 3 al led 14 para conseguir mantener la tensión de referencia 10a constante. Los medios de alimentación 3 disponen además de un limitador de corriente para no dañar el led 14, que actúa cuando la intensidad que se intenta proporcionar al led 14 para mantener la tensión de referencia 10a pudiera dañar el led 14. A partir de este momento, como ya no se puede aumentar la intensidad proporcionada al led 14, la tensión de referencia 10a no se podrá mantener y por tanto las condiciones de funcionamiento del amplificador logarítmico 19b ya no serán las ideales. No obstante, como esta disminución afectará tanto a la tensión de referencia 10a como a la tensión de atenuación 10b, el valor relativo de la atenuación 20b a la salida del amplificador logarítmico 19b se mantendrá estable, hasta que dicho valor relativo de la atenuación 20b esté tan degradando que se deba, por tanto, sustituir el módulo 1 óptico.Advantageously, module 1 of this invention uses reference voltage 10a to compensate for feeding means 3, through compensating means 23 that evaluate the reference voltage 10a and act on the means feed 3, so that when due to aging effect of led 14 the reference voltage 10a decreases, increases proportionally the intensity offered by the means of power 3 to led 14 to maintain the voltage of 10th constant reference. The feeding means 3 have In addition to a current limiter to avoid damaging LED 14, which acts when the intensity that is intended to provide led 14 to maintain the reference voltage 10a, it could damage the led 14. As of this moment, as intensity can no longer be increased provided to led 14, the reference voltage 10a cannot be maintain and therefore the operating conditions of the Logarithmic amplifier 19b will no longer be ideal. However, how this decrease will affect both the reference voltage 10a as to the attenuation voltage 10b, the relative value of the attenuation 20b at the output of the logarithmic amplifier 19b se will remain stable, until said relative attenuation value 20b is so degrading that it is therefore necessary to replace the module 1 optical
La Fig. 3 muestra otra variante de realización similar a la variante mostrada en la Fig. 2 pero que incorpora además un tercer fototransistor 17c situado a 90º cuya longitud de onda de recepción es diferente a la emitida por el led 14 para detectar la fluorescencia generada al pasar la segunda parte de la señal óptica 5b a través de la muestra 2 de agua, generando una señal de fluorescencia 5c. En este caso, se utiliza además un tercer amplificador de lock-in 18c cuya tensión de salida 10c se compara en un segundo amplificador logarítmico 19c con la tensión de referencia 10a, obteniéndose a la salida del segundo amplificador logarítmico 19c un valor de tensión proporcional a la fluorescencia 20c.Fig. 3 shows another variant embodiment similar to the variant shown in Fig. 2 but incorporating also a third phototransistor 17c located at 90 ° whose length of reception wave is different from that emitted by led 14 to detect the fluorescence generated by passing the second part of the 5b optical signal through water sample 2, generating a 5c fluorescence signal. In this case, a third is also used 18c lock-in amplifier whose output voltage 10c is compared in a second logarithmic amplifier 19c with the reference voltage 10a, obtained at the output of the second Logarithmic amplifier 19c a voltage value proportional to the 20c fluorescence.
Para simplificar la descripción de la invención, las variantes representadas tan sólo disponen de unos medios de emisión 4 ópticos alimentados por una señal de alimentación 13 que comprende una única componente alterna sinusoidal a la primera frecuencia. No obstante, diferentes módulos 1 ópticos usados adyacentes para medir parámetros de la misma muestra 2 deben tener la componente alterna sinusoidal de su señal de alimentación a frecuencias ortogonales entre sí, para así para poder filtrar las interferencias generadas por los medios de emisión 4 ópticos de los módulos 1 adyacentes mediante los medios de detección 8a, 8b homodinos. Tal disposición de los módulos 1 ópticos se muestra en la Fig. 4, que además facilita el montaje y la sustitución de los módulos 1 ópticos ya que estos se disponen en una carcasa de soporte 21. Los diferentes módulos 1 ópticos están dispuestos en placas electrónicas 11 individuales para facilitar su sustitución cuando alguno de los módulos 1 llega al fin de su vida útil. Tal y como se puede observar en la Fig. 4, los diferentes módulos 1 se montan perpendiculares al tubo 12 por el que fluye la muestra 2 de agua a analizar. Para facilitar su limpieza y mantenimiento, el tubo 12 es amovible.To simplify the description of the invention, the variants represented only have a means of emission 4 optics powered by a power signal 13 that it comprises a single sinusoidal alternating component to the first frequency. However, different optical modules 1 used adjacent to measure parameters of the same sample 2 must have the sinusoidal alternating component of its power signal to orthogonal frequencies with each other, in order to filter the interference generated by the optical emission means 4 of the adjacent modules 1 via the detection means 8a, 8b homodinos Such an arrangement of the optical modules 1 is shown in Fig. 4, which also facilitates the assembly and replacement of 1 optical modules since these are arranged in a support housing 21. The different optical modules 1 are arranged on plates 11 electronic devices to facilitate replacement when one of the modules 1 reaches the end of its useful life. As I know You can see in Fig. 4, the different modules 1 are mounted perpendicular to tube 12 through which sample 2 of water flows to analyze. To facilitate cleaning and maintenance, tube 12 is removable.
Tal y como se ha descrito anteriormente, las componentes alternas de las señales de alimentación 13 de cada uno de los módulos 1 son ortogonales entre sí, de modo que aunque los módulos 1 trabajen simultáneamente, e incluso los leds 14 de cada placa electrónica 11 emitan en la misma longitud de onda, las señales pueden ser recibidas correctamente por sus correspondientes fototransistores 17b y posteriormente filtradas por los amplificadores de lock-in homodinamente a sus correspondientes frecuencias de alimentación, evitándose por tanto interferencias entre los leds 14 de diferentes módulos 1. Es igualmente posible agrupar varios módulos 1 en una única placa electrónica 11, en la que además se pueden añadir etapas adicionales de procesado analógico o digital.As described above, the alternate components of the power signals 13 of each of modules 1 are orthogonal to each other, so even though the modules 1 work simultaneously, and even leds 14 of each electronic board 11 emit on the same wavelength, the signals can be received correctly by their corresponding phototransistors 17b and subsequently filtered by lock-in amplifiers homodynically to their corresponding feed frequencies, thus avoiding interferences between leds 14 of different modules 1. It is equally possible to group several modules 1 on a single board electronics 11, in which additional steps can also be added Analog or digital processing.
Claims (12)
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- generar una señal de alimentación (13) eléctrica con una componente sinusoidal a una primera frecuencia;generate a power signal (13) electrical with a sinusoidal component to a first frequency;
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- alimentar con dicha señal de alimentación unos medios de emisión (4) ópticos dispuestos a un lado de la muestra (2) de fluido, para emitir una señal óptica (5) cuya portadora tiene una primera longitud de onda predefinida y cuya moduladora es la señal de alimentación; dirigir una primera parte de la señal óptica (5a) a unos primeros medios de recepción (7a) ópticos y una segunda parte de la señal óptica (5b) hacia la muestra;feed with said signal from feeding optical emission means (4) arranged to a side of the fluid sample (2), to emit an optical signal (5) whose carrier has a first predefined wavelength and whose modulator is the power signal; lead a first part of the optical signal (5a) to first reception means (7a) optics and a second part of the optical signal (5b) towards the sample;
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- recibir la primera parte de la señal óptica mediante los primeros medios de recepción ópticos en base a la primera longitud de onda;receive the first part of the signal optical by means of the first optical reception means based on the first wavelength;
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- recibir la segunda parte de la señal óptica mediante unos segundos medios de recepción (7b) ópticos, dispuestos al otro lado de la muestra, en base a una segunda longitud de onda;receive the second part of the signal optical by means of a second optical reception means (7b), arranged on the other side of the sample, based on a second wavelength;
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- procesar la señal obtenida por los primeros medios de recepción ópticos para obtener una tensión de referencia (10a);process the signal obtained by the first optical reception means to obtain a voltage of reference (10a);
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- procesar la señal obtenida por los segundos medios de recepción ópticos para obtener una tensión de atenuación (10b); yprocess the signal obtained by the second optical reception means to obtain a voltage of attenuation (10b); Y
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- comparar dichas tensiones de referencia y de atenuación.compare these reference voltages and attenuation.
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- unos medios de alimentación (3), adaptados para generar una señal de alimentación (13) eléctrica, dotados de un limitador de corriente;some feeding means (3), adapted to generate a signal of power supply (13), equipped with a limiter stream;
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- unos medios de emisión ópticos (4), adaptados para generar una señal óptica (5) a una primera longitud de onda;some optical emission means (4), adapted to generate a signal optics (5) at a first wavelength;
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- unos medios de separación (6) ópticos adaptados para dirigir una primera parte de la señal óptica (5a) hacia unos primeros medios de recepción (7a) ópticos, y una segunda parte de la señal óptica (5b) hacia unos segundos medios de recepción (7b) ópticos;some optical separation means (6) adapted to direct a first part of the optical signal (5a) towards first means of optical reception (7a), and a second part of the optical signal (5b) towards a few second optical reception means (7b);
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- unos primeros medios de recepción ópticos adaptados para recibir radiación electromagnética a la primera longitud de onda;some first optical reception means adapted to receive electromagnetic radiation at the first wavelength;
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- unos segundos medios de recepción ópticos adaptados para recibir radiación electromagnética a una segunda longitud de onda;some second optical reception means adapted to receive electromagnetic radiation at a second wavelength;
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- unos medios para la conducción (12) o contención de una muestra (2) de agua interpuestos entre los medios de emisión y los segundos medios de recepción;some means for conducting (12) or containing a sample (2) of water interposed between the emission means and the second means of reception;
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- unos medios de detección (8a, 8b) del valor de la amplitud de la componente alterna de la señal de salida de los primeros y segundos medios de recepción ópticos a la primera frecuencia; ysome detection means (8a, 8b) of the amplitude value of the alternate component of the first and second output signal optical reception means at the first frequency; Y
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- unos medios de comparación (9b) adaptados para establecer la relación entre los valores detectados por los medios de detección.some comparison means (9b) adapted to establish the relationship between the values detected by the detection means.
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| ES2374885A1 (en) * | 2011-07-11 | 2012-02-23 | Adasa Sistemas, S.A.U. | Module and procedure for measuring chlorophyll and other pigments through the determination of discrete lambd fluorescence for water quality control applications. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
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