專利名稱：檢測流體流的uv劑量的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于檢測流體流的UV劑量的裝置和方法。
背景技術：
通過紫外(UV)光對流體(諸如空氣和水)進行處理以消毒是公知的。為了得到可靠的結果，相應的處理裝置需要確定將被處理的流體已經被足量的UV光輻照以確保預期的消毒水平。測量劑量值不僅包括測量輻照級，還包括隨時間對測量的輻照級進行積分，并且可能的話，在不同的波長和空間方向上進行積分。在移動的被輻照物體(諸如流體流)的情況下，劑量測量額外的不得不例如通過測量流速來考慮流體的運動。US-A-2004/0061069涉及一種具有UV傳感器和智能驅動器的流體處理系統。在該系統內，流體被紫外光輻照。傳感器檢測UV強度級和流體流的流動。該強度通過光電二極管檢測。該流體流的流動通過振動敏感擴音器檢測。該系統進一步包括根據測量的參數為 UV燈供電的智能驅動器。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于檢測流體流中的UV劑量的簡化裝置，其可以以非昂貴的小的尺寸制造。該目的通過根據權利要求1的裝置或替換地通過根據權利要求9的裝置，以及根據權利要求14的使用該裝置的方法來解決。從屬權利要求涉及本發明的優選實施例。本發明根據兩個不同方面建議裝置。在本發明的第一方面，裝置包括流速傳感器， 其包括與流體熱接觸的電阻部件。在本發明的第二方面，裝置適于在流體流中自由飄浮并包括數據存儲器和電功率存儲裝置。根據本發明的第一方面，裝置包括第一傳感器裝置，用于測量流速，第二傳感器裝置，用于測量UV光照射強度，和劑量計算單元，用于根據傳感器裝置的測量結果計算劑量值。第一傳感器裝置(其被用于測量流體流的流速)包括被設置與流體熱接觸的電阻部件。該電阻部件在一方面被電加熱。在另一方面，由于其可測量溫度相關性，因此其溫度由其電阻決定。將關于優選實施例詳細描述的是，此類電部件可以根據風力測量理論，也就是根據電加熱部件冷卻率，有利的被用于測量流體的流速。因為電阻部件和流體之間的熱接觸，冷卻率尤其依賴于流體的流速，因此允許該參數的電測量。如將被詳細解釋的是，該電阻部件可以是無源部件，諸如電阻或光敏電阻，或例如半導體部件諸如二極管、光電二極管、晶體管或光電晶體管。為了即使對于小的溫度變化也能獲得顯著的測量結果，電阻的高溫度相關性是優選的。如將通過優選實施例的描述進一步明顯的是，獲得準確的流速測量結果的另一度量(measure)是在部件和流體流之間的小的內部熱電阻，也就是良好的熱接觸。尤其優選CN 102549401 A的是，來自部件的任何寄生熱電阻比來自從部件到流體的熱電阻高10倍。第二傳感器裝置被提供用于測量UV光輻照的強度。其包括UV光敏電部件。如與優選實施例結合將變得明顯的是，UV光敏部件可以是與第一傳感器裝置中的電阻部件相同類型的部件，例如電阻、二極管、晶體管，或甚至可以是相同的部件，即以便第一傳感器裝置和第二傳感器裝置都連接到同一個部件。可能的部件類型是光敏電阻，例如通過厚膜(打印、噴涂、浸漬)或薄膜處理(通過例如濺射、CVD、激光沉積、蒸發、外延(印itactical)生長的材料生長)施加于襯底上的光敏材料、例如生長在襯底(諸如在基于Si的檢測器如 SiC情況下的硅樹脂襯底，或在子組III-V半導體檢測器如GaP情況下的藍寶石)上的光電二極管或光電晶體管。也可以提供一個或兩個部件作為安裝在公共襯底上的SMD部件。該裝置進一步包括劑量計算單元。該劑量計算單元被連接到第一和第二傳感器裝置并適于根據這些傳感器裝置的測量結果計算劑量值。該計算主要包括通過將UV強度測量結果除以確定的流速并且隨時間對這些瞬時值積分或求和來計算瞬時劑量值。優選地，劑量計算單元可以用數字計算電路實施，優選是積分電路，諸如微處理器、微控制器或 FPGA。應當注意的是，劑量計算單元不必被設置在傳感器裝置的直接物理鄰近區域，只要傳感器讀數被傳輸到該單元即可，并可以被完全或部分由在一個或多個處理器上執行的還可用于劑量計算之外的其它任務的軟件來實現。根據本發明的第一方面的裝置可以相對不昂貴的制造，同時仍能提供可靠的測量。由于機械部件在流速測量中不是必需的，因此裝置具有簡單結構并且非常耐用。如上所描述，在優選實施例中，包括在第一傳感器裝置中的電阻部件，如果其也是光敏的，也可以被連接到第二傳感器裝置以作為UV光強度傳感器。在這種情況下，優選提供遮蔽裝置，其可以選擇性的將光敏電阻部件與流體流中的UV光屏蔽。該遮蔽裝置是可控的以便以至少第一和第二模式操作，其中在第一模式中，部件被暴露于來自流體的UV光， 而在第二模式中，部件被與來自流體的UV光屏蔽。該遮蔽裝置可以是機械遮蔽裝置諸如可移動快門或可移動鏡子，但可以替換實施為電動/光學裝置，諸如響應電驅動參數變換光學性質的液晶裝置。而且，如上所述，對于第一傳感器裝置優選的是根據電阻部件的冷卻率測量流體的流速。首先，電阻部件的溫度被確定。在優選實施例中，電阻部件然后通過提供一定量電功率的加熱電路被加熱，并且其電阻被再次確定以獲得其內部溫度。然后，根據提供的電功率和獲得的溫度變化確定熱阻。如果熱阻對流速的相關性已通過校準測量結果或模型計算被預先確定，則因此可以確定流速。根據本發明的第二方面，一種用于檢測流體流中的UV劑量的裝置包括用于測量 UV光輻照強度的傳感器裝置，數據存儲器和電功率存儲器。該裝置適于自由飄浮在流體內。 這樣，該裝置是自主的，也就是說沒有例如通過導線物理上連接到外部，且在尺寸和比重上進行了調整以能夠在流體流中自由飄浮。為了執行其劑量測量任務，電功率存儲器-比如電池，可充電電池，電容器或其它-為攜帶的裝置的操作提供電功率。來自傳感器裝置的傳感器數據(其對應UV光強度) 被存儲在數據存儲器中。這種數據存儲器可以包括存儲單獨的傳感器讀數并且可選地存儲這些讀數的計時信息，但其也可以存儲根據單獨的傳感器讀數計算的一個或多個值，比如傳感器讀數的時間積分(或求和)值。
在相應的測量方法中，所描述的自主檢測裝置被插入到通過通道導引的流體流中，該通道可以是例如UV處理設備或裝置，其接收到一定量的紫外光。該檢測裝置當在流體中飄浮并穿過該通道時，持續檢測UV光輻照并將一個或多個相應強度值存儲在數據存儲器中。穿過該通道后，根據存儲在數據存儲器中的數據確定總劑量值。因此，根據本發明第二方面的裝置和方法允許UV光劑量的直接測量。為了獲得統計上更可靠的值，可以將同一裝置穿過該通道多次，或使用多個自主裝置穿過該通道一次或多次。因此，統計信息諸如最大、更重要的是最小UV劑量還有平均劑量可以被確定。根據優選實施例，該裝置包括具有UV透明部分的殼體。該殼體優選地相對于流體密封。該UV透明部分允許在UV傳感器被內部設置以從流體中接收UV光的同時將裝置相對于流體屏蔽。根據進一步的優選實施例，該傳感器裝置包括多個被設置為在不同空間方向上定向的UV光敏部件。因為在精確的術語中，劑量值將包括在所有空間方向上的積分，因此提供多個UV光敏部件提供了更精確的測量。根據進一步的優選實施例，該裝置包括通信單元以從數據存儲器傳遞數據。通信單元可以包括機械連接器，諸如插頭，其在裝置已經穿過通道一次或多次后連接。優選地， 該通信單元提供無線通信，諸如無線電或光通信。在尤其優選的實施例中，該裝置包括用于從時變磁場產生電壓的線圈。該電壓用于驅動一個或多個傳感器、存儲裝置，或通信單元，或為電功率存儲裝置充電。該裝置因此可以被外部供電，尤其是在通信時。例如，優選在裝置穿過通道后通過從讀取裝置中生成時變電磁場而從裝置中讀出數據，提示該裝置例如通過無線電通信報告其數據。本發明的這些以及其他方面和特征在結合附圖閱讀以下本發明的具體實施例的描述時對本領域技術人員來說將變得顯而易見。
將僅通過舉例的方式，參考附圖來描述本發明的實施例，其中圖1示出了 UV處理系統的示意性側視圖。圖2示出了 UV劑量傳感器的第一實施例的示意性截面圖。圖3示出了圖2的劑量傳感器的電路圖。圖4示出了劑量傳感器的第二實施例的示意性截面圖。圖5示出了圖4的劑量傳感器的電路圖。圖6示出了劑量傳感器的第三實施例的示意性截面圖。圖7示出了劑量傳感器的第四實施例的示意性截面圖。圖8示出了劑量傳感器的第五實施例的示意圖。圖9示出了 UV處理裝置的示意性表示。圖10示出了用于測量流速的熱模型的示意圖。
具體實施例方式圖1示出了 UV處理系統10，其包括壁12，其形成通道14，流體例如水或空氣流過該通道流送。UV燈16被設置具有在道壁12中面對流體18的窗，以便來自UV燈16的UVCN 102549401 A光20輻照流經通道14的流體18。諸如圖1中示意性示出的處理系統10的設置是公知的，例如廢水處理系統，其中污水被UV燈輻照以使致病微生物失去活性并因此對水消毒。為了能證明和保證UV光20的消毒效果，期望在流體18的每個部分上進行總輻射光子能量的劑量測量。UV流體處理裝置中的劑量由每表面積中的輻照能量定義，并用J/m2或mj/cm2測量。例如對于UVC消毒，40mJ/cm2的最小劑量是所期望的。處理系統10中的真實劑量的確認通過生物測試來實現，所謂的挑戰測試，其由計算機模擬支持-考慮到使用的UV燈的輻照分布、將被處理的流體內的任意點處的輻照水平和流體的流動模式。實現特定劑量的關鍵是流體處理系統10中的UV輻照低，或者流速高，或者二者兼有的那些部分。在規定的生物劑量測定挑戰測試中，通過改變流速、流體UV傳播和其他參數來測試給定系統的健壯性，以保證在特定工作區域的適當功能。下面將描述用于檢測UV劑量的方法和裝置，其可以用于開發流體處理系統10或用于監測其工作。提議的傳感器提供關于局部劑量的信息，其優選在位于或接近低UV輻照和/或高流速的臨界子區域或子容量處獲取。對于該測量，在系統10中提供電傳感器22，其可以如圖1所示設置在與UV燈16 相對的通道壁12上。圖2示出了 UV劑量傳感器22的第一實施例，其包括具有直接朝向流體流18的UV 透明窗26的殼體M。在殼體M內設置有電路28，其中在印刷電路板PCB31上提供第一電部件32和第二電部件30作為SMD(表面安裝器件)部件。第一電部件32是具有溫度相關電阻的部件，諸如NTC或PTC部件。導熱部件34 被直接提供在電阻部件32上，其與殼體M的外部直接接觸，并因此與流體流18直接接觸。 導熱部件34用于建立流體流18和電阻部件32之間的良好的熱接觸。其優選由具有良好導熱性的金屬制成，諸如例如銅。本領域技術人員應當認識到所示出的殼體M并且尤其是導熱部件34的形狀和設計僅僅是為了舉例，并且這些形狀和尺寸可以根據具體需求進行改變。第二電部件30是光敏電阻，其通過電阻變化對入射光子流起反應。用于此光敏電阻的典型材料是Cds。被選擇用于光敏電阻30的材料類型取決于入射光20的光譜組成。 如果來自UV燈16的光20的光譜組成是已知的，并且如果沒有其他光源，那么可以選擇通常的光敏部件30，S卩，不僅對UV光而且對其他波長敏感的部件。在兩側PCB31的背面，提供評估電路36，其在所示的例子中是SMD安裝的集成混合電路，其也可替換為通過多個離散的電部件實現。為殼體M的外側提供導線連接38，用于電功率提供和傳輸傳感器數據。圖3示出了第一和第二電部件30，32的部分示意性電路圖，其連接到評估電路36。第一電阻部件32與第一可控電壓源40和電流檢測裝置42 —起形成第一傳感器裝置44，而第二 UV光敏部件32與第二電壓源46和第二電流檢測器48 —起形成第二可控傳感器裝置50。提供控制單元52用于控制第一和第二傳感器裝置44，50的操作以及用于處理從電流檢測裝置42，48傳送的值。該控制單元52作為劑量計算單元工作并且還與數據存儲器M和通信接口 56相互作用以存儲傳感器數據和通過纜線連接38 (或者在可替換的實施例中，通信單元56適于的其他通信方式，例如無線電或光數據傳輸)傳輸此數據。在傳感器22的操作中，控制單元52持續控制第一和第二傳感器裝置44，50來測量流體18的流速和入射UV光20的強度二者。為了測量UV強度，控制單元52驅動電壓源46以提供恒定電壓。所得到的通過光敏電阻30的電流通過電流檢測器48測量。根據可存儲在數據存儲裝置M中的光敏電阻 30的已知校準數據，控制單元52因此確定UV光20強度的當前值。由此獲得的該測量值被存儲在存儲器M中。在后續步驟中或并行地，控制單元52控制第一傳感器裝置44以利用風力測量原理測量流體18的流速。該測量原理依據第一電部件32在其環境內的熱模型。在圖10的模型中，電部件32通過兩條并行路徑熱連接到流體流18 第一路徑1表示通過導熱部件34進行熱傳導，并且第二路徑2表示(例如通過殼體24)從部件32到流體18的寄生熱路徑。第一路徑被使用作為用于檢測流速的模型，而第二路徑2表示使用的簡化模型中的系統誤差。第一和第二路徑1，2 二者都包括電部件32和流體18之間的恒定熱阻和流速相關熱阻。在第一路徑1中，Rs表示從電阻部件32到與流體18接觸的導熱部件34的表面的熱阻。Rsc(V)表示流速相關熱阻。同樣，在第二路徑2中，Rp表示電阻部件32和殼體M 之間的寄生熱阻，而Rpc(V)是代表寄生熱阻的流速相關熱阻。風力測定原理依據從電阻部件32檢測總熱阻的流速相關變化。該信息在簡化模型中僅關于具有恒定部分Rs和流速相關部分Rsc (ν)的第一路徑1被評估。由于該恒定部分在獲得的測量結果的評估中可以被輕易地消除，該檢測信息因此主要被包括在Rsc(V) 中。代表系統誤差的通過第二路徑2的寄生熱傳導因此應相對通過第一路徑1的傳導是小的；否則，所獲得的測量結果將被大部分地由寄生熱流決定。相應地，由通過導熱元件34的直接熱傳導代表的熱阻Rs應當比寄生熱阻Rp小得多。這優選地通過提供經由導熱部件34的良好的熱傳導，而在其他情況下最小化來自電阻部件32的熱流來實現。最優選地，部件32的熱絕緣和部件32與流體18之間的熱傳導應該被選擇為使得Rp是Rs的10倍以上。因此，如果例如Rs大約是1K/W，則Rp應當是至少
10K/ffo存儲在控制單元52的程序內或數據存儲器M內的是反映電阻裝置32的電阻的溫度相關性的表格，即，關系R(T)，其中R是歐姆電阻，T是開氏溫度。進一步已知的和存儲的是作為流體18的流速ν (米每秒)的函數的電阻裝置32的熱阻Rth (開爾文每瓦特)的相關性。該相關性Rth(ν)已經根據先前測量結果或根據模型計算獲得。為了測量流體18的流速V，傳感器裝置44首先被控制通過在電壓源40上施加小的電壓并在電流傳感器42中測量通過電阻32的得到的小電流，來測量電阻裝置32的溫度 T (并由此測量流體18的溫度)。在該上下文中，“小”意味著到電阻32的總電能輸入僅導致可以忽略的自發熱。歐姆定律U = R*I被用于確定電阻32的電阻值R，其又被用于通過使用所述的相關性R(T)查找表確定電阻32的內部溫度。由于良好的熱接觸，該值對應于流體18的溫度。
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在后續步驟中，恒定電輸入功率P被施加給電阻32以產生小的但良好的可檢測的溫度上升。該施加的電功率根據電壓源40的電壓和在電流傳感器42處測量的電流是已知的。該功率P被施加一段時間直到電阻32已經穩定在更高的溫度。電阻32處的溫度的上升滿足公知的公式ΔΤ = Rth*P，其中Δ T是溫度差，Rth是熱阻并且P是施加的功率。通過下次測量被加熱的電阻32的溫度(其再次通過使用歐姆定律和已知的電阻的溫度相關性來實現)，能夠計算出熱阻Rth。如關于圖10所解釋的，在忽略寄生影響的簡化模型中，電阻32和流體18之間的總熱阻Rth能夠被表示為對應于從電阻32到流體流18的熱傳導的恒定貢獻Rs，和描述導熱元件34和流體18之間的熱接觸電阻的第二流速相關貢獻Rsc(V)。因此，Rth(V)= RS+RSC(v)，其中第一恒定部分Rs描述內部熱阻，并且Rsc(V)是由流速ν和處理流體的類型(例如水或空氣)確定的外部熱阻。為了實現熱阻Rth對流速ν的強相關性，有利地是使內部熱阻Rthi盡可能的小。 這可以通過將電阻32安裝得與流體良好地熱接觸(例如直接安裝到金屬殼體上，或通過將電阻32用諸如銅導熱元件34的高導熱材料橋接到流體18)來實現。通過施加上述測量程序，控制單元52控制第一傳感器裝置44以持續獲得被存儲在數據存儲器討中的流速ν的測量結果。為了獲得劑量值，根據獲得的流速ν和測量的UV輻照度I的值以及根據傳感器表面的尺寸(具體地，在流動方向測量的表面的長度d)如下計算局部劑量D D = I*d/v。為了獲得以J/m2計的局部劑量D的值，UV輻照度I以W/m2被測量，測量區域的長度d以m計，流速ν以m/s計。為了獲得精確的測量結果，推薦對流速和UV輻照傳感器部分進行校準。以上所給公式當然是通過依賴假設流速ν和輻照水平I在檢測器區域上都不顯著變化，并且流速ν是直接平行于傳感器22的表面區域而簡化了事件。這些假設將以這樣的方式適用于合適安裝的傳感器22以便流體18的流動模式和UV輻照模式都不會被破壞。為了獲得總的劑量值，持續獲得的局部劑量值D被在時間上進行積分(或對于優選地以均等的時間間隔持續測量的離散值進行求和)。因此獲得的總劑量值，或強度和/或流速的單獨的測量結果被存儲在存儲器M中并可以通過通信接口 56進行通信。圖4示出了傳感器122的可替換實施例。根據第二實施例的該傳感器122在一些部分上對應于根據第一實施例的傳感器22。同樣的部分由同樣的參考數字引用。下面，將解釋第二和第一實施例之間的差異。在根據第二實施例的傳感器122中，第一電阻部件被提供為二極管132。UV光敏電部件被提供為光電二極管130。光電二極管130和二極管132被一起制造為單塊傳感器元件，其在同一制造處理中被形成在公共襯底131上。該二極管通過半導體處理(薄膜)工藝制造，其中在膜沉積期間形成器件屬性并且真空工藝被用于以已知的方式施加或結構化沉積的層。(光電)二極管具有PN結并因此具有不同的多數載流子濃度或類型的空間分離的區域。在光電二極管器件中，通過在零偏壓下的光電流或者結的反向偏壓測量入射光子流。光電二極管130的材料的類型取決于入射光20的光譜成分。對于檢測UVC輻照， 寬帶隙半導體材料是優選的SiC或GaP例如用于非均勻半導體輻照檢測器，Si用于更長波長的檢測。雖然可以將二極管132制造的不同于光電二極管130，這兩個電部件可以可選地相同的制造。如圖4所示，二極管132被相對入射UV光20遮擋，因此其電屬性就是二極管的電屬性。因此，第一和第二電部件132，130可以被只按照為一個單塊檢測元件。評估電路36驅動包括電部件132，130的傳感器裝置以與如上結合第一實施例描述相同的方式獲得UV強度和流速測量結果。在本例中UV強度根據穿過光電二極管130的光電流來確定。流速ν再次根據風力測量原理，利用半導體部件132的強溫度相關性來測量。然后，第一二極管132被用作以正向偏壓驅動的溫度相關電阻，而第二光電二極管130 被用作在零偏壓或負偏壓下的輻照檢測。在進一步可替換的實施例中(未示出)，電部件130，132可以是光電晶體管。在光電晶體管中，集電極-基極結暴露于入射光。生成的基極電流放大該集電極電流。對于對UV 輻射敏感的光電晶體管，可以使用如上相關于光電二極管討論的相同的材料和制造工藝。因此，單塊檢測器可以由以下方式之一來制造-通過薄膜工藝在一個襯底131上制造兩個光電二極管或光電晶體管，第一光電二極管132(或，可替代的光電晶體管，未示出)被相對入射UV輻射20遮擋，并且第二光電二極管130(可替代的光電晶體管，未示出)被暴露于UV光。-通過薄膜或厚膜工藝在一個襯底上制造兩個光電電阻元件(未示出)，第一光敏電阻被用作相對UV光20被遮擋的電阻裝置32，并且第二光敏電阻被用作暴露于UV光的 UV光敏部件30。-在襯底上安裝兩個離散的表面安裝器件(SMD)光電二極管(或光電晶體管，或光敏電阻)，第一個被UV光20照射而第二個被相對UV光20被遮擋。在所有這些情形中，UV強度水平直接由光電流或光電阻讀數確定，而流速是通過以下確定的確定處理流體的溫度，加熱電阻部件并且再次確定內部溫度，以及根據溫度差、已知的電輸入功率和已知的流速相關熱阻來計算流速。在圖6中示出本發明的第三實施例。再次，根據第三實施例的傳感器322具有與第一和第二實施例共同的部分，其被相同的參考數字指定。以下，將解釋不同之處。在該實施例中，僅有一個單獨的電部件64被提供作為用于UV強度測量和流速測量二者的傳感器元件。在優選例子中，該部件是以薄膜工藝制造在襯底上的光電二極管 64。該光電二極管64被設置在殼體M內以便其對UV光20的暴露可通過機械可移動擋板 (shutter) 60被有選擇地遮擋。取決于機械可移動擋板60的位置，光電二極管64或者從流體18暴露于UV光20，以便其可以被用于以上述方式測量UV強度。或者，光電二極管64 完全相對于UV光20被遮擋，以便其表現為普通二極管。由于通過導熱元件34的到流體18 的良好的熱耦合，其因此可以被用于以上述的相同的方式測量流體18的流速。因此，光電二極管64形成用于檢測流體18的流速的第一傳感器裝置和用于測量 UV光20的強度的第二傳感器裝置二者的一部分。評估單元(未示出)相應地驅動光電二極管64和可移動擋板60，以便依次獲取UV強度和流速的測量結果。圖7示出了與圖6中示出的第三實施例可比的另一可替代第四實施例。在傳感器 322中，光電晶體管66被設置為第一和第二傳感器裝置二者的電部件。代替第三實施例中的外部可移動擋板60，根據第四實施例的傳感器322具有可移動鏡62，其在較高位置相對入射UV光20屏蔽光電晶體管66，而在較低位置，如圖7所示，將UV光20引導到光電晶體管66上。根據第四實施例的傳感器322的操作與根據第三實施例的傳感器222的操作相同。在進一步可替代的與以上描述的第三和第四實施例可比的實施例中，傳感器具有與流體熱接觸的也是光敏的電阻部件，例如光電晶體管，光電二極管或光敏電阻(未示出)。與以上描述的第三和第四實施例相比，沒有可控遮擋裝置，諸如擋板或鏡。取而代之， 傳感器22的評估與燈16的操作同步，以便來自燈16的UV發射是被調制(在最簡單的情形中通過開關燈16，或通過有選擇地將流體18從燈16屏蔽)。這樣，將取決于發射自燈16 的UV光20的強度從傳感器22獲得不同的讀數。通過比較使用由燈16的不同輻照而獲得的值，UV輻照對傳感器信號的影響可以被確定并因此從流速測量結果的評估中去除。因此，在該可替代實施例中，單個部件可以用于輻照和流速測量二者而無需在傳感器22處使用可控遮擋裝置。圖8示出了根據本發明的第五實施例的傳感器70。如圖9所示，傳感器70可以被使用在UV水處理系統90中以檢測被處理的水的UV劑量。傳感器70具有大體上球形形狀并包括將內部相對流體密封的殼體72。在殼體內， 設置多個對UV透明的窗74，UV傳感器部件76被設置在窗74后以便通過窗74被UV光輻照。傳感器部件76 (其在優選實施例中為光電二極管)的每個被連接到評估單元78。 該評估單元78包括控制單元80 (其優選為微處理器)、數據存儲器82 (其優選為隨機存取存儲器或閃存)，和用于與外界通信的通信單元84。在所示優選實施例中，通信單元84被連接到線圈86以用于無線電通信或電感耦合，如將被進一步解釋的那樣。傳感器70還包括電池88 (其優選為可充電電池)，以為殼體72內的所有部件供電。因此，傳感器70是完全自主的執行其UV劑量測量功能而沒有外部連接。在操作中，評估單元78的控制單元80持續從UV傳感器部件76獲取傳感器讀數， 并且數字地處理這些值以計算并存儲UV劑量值。得到的UV劑量值被存儲在存儲器82中。在測量開始時，存儲的劑量值通過經由通信單元84接收的重置命令設置為0。然后，來自所有傳感器76的用以覆蓋空間方向的寬范圍的強度值被按測量間隔而記錄，根據測量的強度和測量間隔的持續時間計算相應的劑量值被添加到先前存儲在存儲器82中的劑量值中。該測量、添加和存儲步驟被持續重復以便每次存儲在存儲器82中的劑量值反映自測量開始時由傳感器70接收到的總UV劑量。如圖9所示，多個相同的傳感器70可以被用來確定UV處理設備90的適當功能。 在設備90中，將被處理的水被通過第一管道92饋送到反應器94。在反應器94中，水被高功率的UV燈98輻照。因此被處理的水被引導通過第二管道96。為了測量由水接收的UV劑量，提供傳感器入口 100和傳感器出口 102，其中如上描述的多個傳感器70被插入到第一導管92中的水流中，穿過反應器94并被從第二管道96的水中取出。傳感器70適于其預定在其中操作的流體，在當前情況下是水。因此，它們被以這樣的尺寸和重量提供以便其比重近似等于流體的比重。因此，它們能在流體內漂浮。優選地，傳感器70的比重與流體的比重的差不大于10%。而且，傳感器70在尺寸上適于具體的測量任務。任何將要評估的系統大體上可以被認為是通道，其中至少一個傳感器70被在上游插入并與流體一起穿過通道。傳感器的尺寸根據通道的特性來選擇，也就是說，以便傳感器70足夠小以至于以穿過通道，并優選地到目前為止小型化到使得通道內流體的流動在很大程度上不被在流體內漂浮的傳感器70 干擾。為了評估圖9中的水處理設備90，傳感器70被插入到入口 100中，其存儲器82被重置到0。傳感器70然后穿過反應器94并從UV燈98獲取UV劑量，其取決于諸如其穿過反應器94的路徑和水的流速的因素。在穿過反應器94后，傳感器被從出口 102取出。然而，先于出口 102，它們經過包括線圈的數據讀取器104，所述線圈用于通過傳感器70的內部通信單元84和其相關的線圈86與傳感器70無線通信。讀取器104生成包含被發送到每個經過的傳感器70的詢問指令的時變電磁場。每個傳感器70內的通信單元84接收該指令并相應地促使控制單元84 從存儲器82取回當前UV劑量值。該控制單元80通過通信單元84和線圈86發送作為將在讀取器104處接收的調制的時變電磁場的響應信息，以便累積的UV劑量值因此在讀取器 104處被讀取。如圖9所示，除了可以使用單個傳感器70，還可以將多個傳感器插入到流體流中。 優選地，傳感器70被多次插入，其中每次讀取累積的UV劑量值(并且傳感器70然后重置)。 這樣，不僅可以獲得單個劑量測量結果，而且可以獲得特別地統計數據，諸如平均暴露量和對于系統90的評估特別重要的最小劑量值。關于本發明的以上實施例，本領域技術人員將意識到所公開的實施例僅僅是本發明的舉例，其可以以各種形式實現。因此，本文公開的特定結構和功能細節不應解釋為限定，而僅僅是作為權利要求的基礎和作為用于教導本領域技術人員以實質上任何適當的詳細結構以各種方式實現本發明的表述基礎。此外，本文使用的術語和短于不是意圖限制，而更是提供本發明可以理解的描述。本文使用的術語“一”或“ ”一個被定義為一個或多于一個。本文使用的術語多個被定義為二個或多于二個。本文使用的術語另一個被定義為至少第二或更多。本文使用的術語包括和/或具有被定義為包括(即，開放式語言，不排除其他元件或步驟)。權利要求中的任何參考標記不應解釋為限制權利要求或本發明的范圍。在相互不同的從屬權利要求或不同的實施例中敘述特定措施的事實不表示這些措施的結合不能被有利地使用。
權利要求
1.一種用于檢測流體流的UV劑量的裝置，包括-用于測量所述流體(18)的流速的第一傳感器裝置(44)，所述第一傳感器裝置04) 包括與所述流體(18)熱接觸的電阻部件(32，132，64，66)，其中電部件(32，132，64，66)可以被電流加熱，并且電部件(32，132，64，66)具有溫度相關電阻，-用于測量UV光輻照強度的第二傳感器裝置(50)，以及-用于根據所述傳感器裝置G4，50)的測量結果計算劑量值的劑量計算單元(36)。
2.根據權利要求1的裝置，其中-所述第二傳感器裝置(50)包括光敏電部件(30，130，64，66)。
3.根據權利要求2的裝置，其中-所述第一傳感器裝置G4)的所述電阻部件(32，132，64，66)和所述第二傳感器裝置 (50)的所述光敏電部件(30，130，64，66)是相同類型的電部件。
4.根據權利要求3的裝置，其中-所述電阻部件(32，132，64，66)和所述光敏電部件(30，130，64，66) 二者都由厚膜工藝、薄膜工藝制造或被提供為SMD部件。
5.根據權利要求3和4之一的裝置，其中-所述電阻部件(32，132，64，66)和所述光敏電部件(30，130，64，66) 二者都是以下類型的電部件之一光電二極管、光電晶體管、光敏電阻。
6.根據上述權利要求之一的裝置，其中-所述電阻部件(64，66)也是光敏的，-并且其中所述第二傳感器裝置(50)也被連接到所述電阻部件(64，66)以測量由所述部件(64，66)接收的UV光的強度。
7.根據權利要求6的裝置，其中-提供可控遮擋裝置(60，62)，-其中所述遮擋裝置(60,6 可以至少在第一和第二模式中操作，-所述遮擋裝置被設置成使得在所述第一模式中，所述電部件(64，66)被從所述流體 (18)暴露于UV光，并且其中在所述第二模式中，所述電部件(64，66)從所述流體相對于UV 光而被屏蔽。
8.根據上述權利要求之一的裝置，其中-所述第一傳感器部件G4)被布置為在電加熱所述電阻部件(32，132，64，66)時根據通過所述流體流(18)的所述電阻部件(32，132，64，66)的冷卻率來測量所述流速。
9.一種用于檢測流體流的UV劑量的裝置，包括-用于檢測UV光輻照的強度的UV傳感器部件(76)，-用于至少存儲強度或劑量值的數據存儲器(82)，-用于存儲電功率以用于所述傳感器部件(76)和所述數據存儲器(82)的操作的電功率存儲裝置(88)，-其中所述裝置(70)適于在該流體流內自由漂浮。
10.根據權利要求9的裝置，所述裝置還包括具有至少一個UV透明部分(74)的殼體 (72)。
11.根據權利要求9和10之一的裝置，其中-所述裝置包括多個面向不同空間方向的UV傳感器部件(76)。
12.根據權利要求9-11之一的裝置，其中-所述裝置還包括適于從所述數據存儲器(8 傳送所述值的通信單元(84)。
13.根據權利要求9-12之一的裝置，其中-所述裝置包括用于從時變電磁場生成電壓的線圈(86)，-其中所述電壓被用于驅動所述傳感器部件(76)、所述數據存儲裝置(82)，和/或所述通信單元(84)，或者被用于對所述電功率存儲裝置(88)進行充電。
14.一種用于檢測流體流的UV劑量的方法，其中 -流體被引導通過通道(92，94，96)，-其中根據權利要求9-13之一的感測裝置(70)被插入到所述流體流中以隨其一起流動通過所述通道(92，94，96)，-其中在所述感測裝置(70)已經穿過所述通道(92，94，96)后，根據被存儲在所述數據存儲器(8 中的數據確定劑量值。
15.根據權利要求14的方法，其中-多個感測裝置(70)被插入到所述流體流中，或者一個或多個所述感測裝置(70)被多次插入到所述流體流中。
全文摘要
描述了用于檢測流體流的UV劑量的裝置和方法。在第一方面，裝置22具有用于測量流體的流速的第一傳感器裝置44和用于測量UV光輻照強度的第二傳感器裝置50。劑量計算單元36根據傳感器裝置44，50的測量結果計算劑量值。第一傳感器裝置包括與流體熱接觸的電阻部件32。該電部件32可以被電流加熱并具有溫度相關電阻。因此，該第一傳感器裝置可以被用于根據電阻部件32的冷卻率來確定流體的流速。根據第二方面，裝置70包括用于測量UV光輻照強度的至少一個UV傳感器部件76。提供用于存儲強度或劑量值的數據存儲器82和電功率存儲器88。該裝置適于在流體流內自由飄浮。因此，該裝置70可以被插入到流經通道的流體中，并且在裝置70已經穿過該通道后，根據存儲在數據存儲器中的數據確定劑量值。
文檔編號G01J1/44GK102549401SQ201080043535
公開日2012年7月4日 申請日期2010年9月24日 優先權日2009年9月29日
發明者G·格羅伊爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司