(57)【要約】  流体ストリームのＵＶ線量をセンシングするためのデバイス及び方法が述べられる。第１の態様において、デバイス２２は、流体の流速を測定するための第１のセンサ装置４４と、ＵＶ光照射線の強度を測定するための第２のセンサ装置５０とを有する。線量計算ユニット３６は、センサ装置４４，５０の測定結果から線量値を計算する。第１のセンサ装置は、流体と熱的に接触する抵抗電気部品３２を含む。電気部品３２は、電流により加熱され得るとともに温度に依存した電気抵抗をもつ。それ故、第１のセンサ装置は、抵抗電気部品３２の冷却率から流体の流速を決定するために用いられ得る。第２の態様によれば、デバイス７０は、ＵＶ光照射の強度を測定するための少なくとも１つのＵＶセンサ部品７６を含む。強度又は線量値を格納するためのデータストレージと電力ストレージ８８とが設けられる。デバイスは、流体ストリーム内に自由に浮かぶように適合される。そのため、デバイス７０は、チャンネルを介して流れる流体に挿入され、線量値は、デバイス７０がチャンネルを通った後に、データストレージ内に格納されたデータから決定され得る。
2013506126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ストリームのＵＶ線量をセンシングするためのデバイスであって、
電流により加熱され得るとともに温度に依存した電気抵抗をもつ、前記流体と熱的に接触する抵抗電気部品を含む、前記流体の流速を測定するための第１のセンサ装置と、
ＵＶ光照射の強度を測定するための第２のセンサ装置と、
これらのセンサ装置の測定結果から線量値を計算するための線量計算ユニットとを含む、デバイス。
【請求項２】
前記第２のセンサ装置は、光に敏感な電気部品を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１のセンサ装置の前記抵抗電気部品及び前記第２のセンサ装置の前記光に敏感な電気部品は、同一タイプの電気部品である、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記抵抗電気部品及び前記光に敏感な電気部品の双方は、圧膜技術、薄膜技術により作られるか、又は、ＳＭＤ部品として設けられる、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記抵抗電気部品及び前記光に敏感な電気部品の双方は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタのうち１つである、請求項３又は請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記抵抗電気部品も光に敏感であり、
前記第２のセンサ装置は、前記抵抗電気部品により受けたＵＶ光の強度を測定するために、前記抵抗電気部品に接続される、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
制御可能な遮光デバイスが設けられ、
前記遮光デバイスは、少なくとも第１及び第２のモードで動作され、
前記遮光デバイスは、前記第１のモードにおいて、前記電気部品が前記流体からのＵＶ光に曝され、前記第２のモードにおいて、前記電気部品が前記流体からのＵＶ光から保護されるように構成される、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１のセンサ装置は、前記抵抗電気部品の電気的加熱に基づく前記流体ストリームによる前記抵抗電気部品の冷却率から前記流速を測定するように配置される、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
流体ストリームのＵＶ線量をセンシングするためのデバイスであって、
ＵＶ光照射の強度をセンシングするためのＵＶセンサ部品と、
少なくとも強度又は線量値を格納するためのデータストレージと、
前記センサ部品及び前記データストレージの動作のための電力を格納するための電力ストレージデバイスとを有し、
当該デバイスは、この流体ストリーム内に自由に浮かぶように適合される、デバイス。
【請求項１０】
当該デバイスは、少なくとも１つのＵＶ透明部分をもつハウジングを更に有する、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
当該デバイスは、異なる空間方向において向かい合う複数のＵＶセンサ部品を有する、請求項９又は請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
当該デバイスは、前記データストレージからの前記値を通信するように適合された通信ユニットを更に有する、請求項９〜１１のうちいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記デバイスは、時変電磁界から電圧を生成するためのコイルを有し、
前記電圧は、前記センサ部品、前記データストレージデバイス及び／若しくは前記通信ユニットを駆動させるために、又は、前記電力ストレージデバイスを充電するために用いられる、請求項９〜１２のうちいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１４】
流体ストリームのＵＶ線量をセンシングするための方法であって、
流体は、チャンネルを介してガイドされ、
請求項９〜１３のうちいずれか一項に記載のセンシングデバイスは、前記チャンネルを介して前記流体ストリームとともに流れるように前記流体ストリームに挿入され、
線量値は、前記センシングデバイスが前記チャンネルを通った後に、前記データストレージに格納されたデータから決定される、方法。
【請求項１５】
複数のセンシングデバイスが前記流体ストリーム内に挿入されるか、又は、１若しくはそれ以上の前記センシングデバイスが、前記流体ストリームに複数回挿入される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体ストリームのＵＶ線量をセンシングするためのデバイス及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
殺菌用の紫外線（ＵＶ）により、空気及び水のような流体を処理することが知られている。確実な結果を得るために、対応する処理デバイスは、所望レベルの殺菌を保証するために、処理されるべき流体が十分な量のＵＶ光により照射されたことを確かめる必要がある。
【０００３】
線量値の測定は、照射レベルを測定するだけでなく、時間に渡って、並びに場合により、異なる波長及び空間方向に渡って、測定された照射レベルを積分することを含む。流体ストリームのような、移動している照射オブジェクトの場合において、線量測定は、例えば流速を測定することにより、追加的に流体の移動を考慮しなければならない。
【０００４】
米国特許出願公開第２００４／００６１０６９号明細書は、ＵＶセンサ及びインテリジェントドライバを備えた流体処理システムに関する。このシステムの範囲内において、流体は、紫外線により照射される。センサは、ＵＶ強度レベル及び流体ストリームのフローを検出する。強度は、フォトダイオードにより検出される。流体ストリームのフローは、振動に敏感なマイクロフォンにより検出される。このシステムは、測定されたパラメータに依存してＵＶランプに給電するインテリジェントドライバを更に含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、小さなサイズで安価に製造され得る、流体ストリーム中のＵＶ線量をセンシングするための簡素化されたデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１のデバイスにより、又は代わりに請求項９のデバイスにより、及び、請求項１４の、斯様なデバイスを用いる方法により解決される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態に言及する。
【０００７】
本発明は、２つの異なる態様のデバイスを提案している。本発明の第１の態様において、デバイスは、流体と熱的に接触する抵抗電気部品を含む流速センサを含む。本発明の第２の態様において、デバイスは、流体ストリーム内において自由に浮かぶように適合され、データストレージ及び電力ストレージデバイスを有する。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、デバイスは、流速を測定するための第１のセンサ装置と、ＵＶ光照射の強度を測定するための第２のセンサ装置と、これらのセンサ装置の測定結果から線量値を計算するための線量計算ユニットとを有する。
【０００９】
流体ストリームの流速を測定するために用いられる第１のセンサ装置は、流体と熱的に接触するように設けられた抵抗電気部品を含む。抵抗電気部品は、一方で、電気的に加熱される。他方では、その測定可能な温度依存性により、抵抗電気部品の温度が、その電気抵抗により決定される。好ましい実施形態に関して詳細に説明されるように、斯様な電気部品は、風速計の測定原理に従って、即ち電気的に加熱された部品の冷却率から、流体の流速を測定するために有利に用いられ得る。抵抗部品と流体との間の熱的な接触のため、冷却率は、とりわけ、流体の流速に依存しており、それ故に、このパラメータの電気的なセンシングを可能とする。
【００１０】
詳細に説明されるように、抵抗電気部品は、レジスタ若しくはフォトレジスタのような受動部品、又は、例えば、ダイオード、フォトダイオード、トランジスタ若しくはフォトトランジスタのような半導体部品であり得る。小さな温度変化であっても顕著な測定結果を得るために、電気抵抗の高い温度依存性が好ましい。
【００１１】
好ましい実施形態の説明により更に明らかになるように、正確な流速測定結果を得るための更なる測定は、部品と流体ストリームとの間の小さな内部熱抵抗、即ち良好な熱接触である。部品からの任意の寄生熱抵抗は、部品から流体に対する熱抵抗と比べて１０倍より高いことが特に好ましい。
【００１２】
第２のセンサ装置は、ＵＶ光照射の強度を測定するために設けられる。これは、ＵＶ光に敏感な電気部品を含む。好ましい実施形態の説明と組み合わせて明らかになるように、ＵＶ光に敏感な部品は、第１のセンサ装置における抵抗電気部品（例えば、レジスタ、ダイオード、トランジスタ）と同じタイプの部品であってもよく、又は、同一部品、即ち、第１のセンサ装置及び第２のセンサ装置の双方が同一部品に接続されるような部品であってもよい。部品の取り得るタイプは、フォトレジスタ（例えば、厚膜（印刷、スプレー、ディッピング）若しくは薄膜（例えばスパッタリング、ＣＶＤ、レーザ蒸着、蒸発、エピタキシャル成長による材料の成長）処理により基板上に塗布されたフォトレジスト材料）、例えば、ＳｉＣのようなＳｉベースの検出器の場合においてはシリコン基板、ＧａＰのようなＩＩＩ−Ｖ族の半導体検出器の場合においてはサファイアのような基板上に成長されたフォトダイオード又はフォトトランジスタである。共通基板上に取り付けられたＳＭＤ部品としてこれらの部品の一方又は双方を設けることが可能である。
【００１３】
本デバイスは、線量計算ユニットを更に有する。線量計算ユニットは、第１及び第２のセンサ装置に接続され、これらのセンサ装置の測定結果から線量値を計算するように適合される。この計算は、基本的には、決定された流速によるＵＶ強度測定結果を分割することにより瞬間的な線量値を計算すること、及び、時間に渡るこれらの瞬間的な値の積分又は総和を計算することを含む。好ましくは、線量計算ユニットは、デジタル計算回路、好ましくは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又はＦＰＧＡのような集積回路として実装されてもよい。線量計算ユニットは、センサ信号がこのユニットに出力される限りは、必ずしもセンサ装置の直接的な物理的近傍に設けられる必要はなく、線量計算の背後で他のタスクを与え得る１又はそれ以上のプロセッサ上で実行されるソフトウェアにより全体的に又は部分的に実現されてもよいことが留意されるべきである。
【００１４】
本発明の第１の態様のデバイスは、比較的安価に製造され得る一方で、依然として確実な測定を提供する。機械的部分が流速測定において必要とされないので、デバイスは、簡素な構造になり、非常に良好な耐久性を有する。
【００１５】
前述したように、好ましい実施形態において、第１のセンサ装置に含まれた抵抗部品は、光にも敏感である場合には、ＵＶ光強度センサとして機能するために第２のセンサ装置に接続されてもよい。この場合において、流体ストリームにおいてＵＶ光から光に敏感な抵抗部品を選択的に保護し得る遮光デバイスを設けることが好ましい。遮光デバイスは、少なくとも第１及び第２のモードで動作されるように制御可能であり、第１のモードにおいては、部品が流体からのＵＶ光に曝され、第２のモードにおいては、部品が流体からのＵＶ光から保護される。遮光デバイスは、可動シャッタ又は可動ミラーのような機械的遮光デバイスであってもよく、代わりに、電気駆動パラメータに応答して光学特性を変化させる液晶デバイスのような電気／光学デバイスとして実装されてもよい。
【００１６】
更に、前述されたように、第１のセンサ装置が抵抗電気部品の冷却率から流体の流速を測定することが好ましい。最初に、抵抗電気部品の温度が決定される。好ましい実施形態において、抵抗電気部品は、その後、大量の電力を付与する加熱回路により加熱され、その電気抵抗が、再び、その内部温度を得るために決定される。そして、熱抵抗が、付与された電力及び得られた温度変化から決定される。流速に対する熱抵抗の依存性が較正測定結果又はモデル計算により前もって決められている場合には、それ故に流速が決定され得る。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、流体ストリームのＵＶ線量をセンシングするためのデバイスは、ＵＶ光照射の強度を測定するためのセンサ装置と、データストレージと電力ストレージとを有する。本デバイスは、流体ストリームの範囲内で自由に浮かぶように適合される。そのため、本デバイスは、自律しており、即ち、例えばワイヤにより外部に物理的に接続されるものではなく、流体ストリーム内に自由に浮かぶことができるようなサイズ及び特定の重さで調節される。
【００１８】
線量測定タスクを実行するために、電力ストレージ（例えばバッテリ、再充電可能なバッテリ、キャパシタ又は他のもの）は、内蔵デバイスの動作のための電力を供給する。ＵＶ光の強度に対応するセンサ装置からのセンサデータは、データストレージに格納される。斯様なデータストレージは、個々のセンサデータ及びオプション的にこれらのデータのタイミング情報を格納することを含んでもよいが、センサデータの時間平均（又は合計）値のような、個々のセンサデータから計算された１又はそれ以上の値を格納することも可能である。
【００１９】
対応する測定方法において、述べられた自律的センシングデバイスは、大量の紫外線を受ける、例えばＵＶ処理プラント又はデバイスであり得るチャンネルを介してガイドされた流体ストリーム内に挿入される。センシングデバイスは、流体ストリーム内に浮かんでおり、チャンネルを通っている間、ＵＶ光照射を連続的に検知し、１又はそれ以上の対応する強度値をデータストレージに格納する。チャンネルを通った後、全体線量値が、データストレージに格納されたデータから決定される。
【００２０】
それ故、本発明の第２の態様のデバイス及び方法は、ＵＶ線量の直接的な測定を可能にする。統計的により確実な値を得るために、チャンネルを介して同一のデバイスを複数回通ることが可能であり、チャンネルを介して１回又は複数回通る複数の自律デバイスを用いることが可能である。それ故、最大、及び、より重要な、最小のＵＶ線量並びに平均線量値のような統計的な情報が決定され得る。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、本デバイスは、ＵＶ透過部分をもつハウジングを有する。ハウジングは、好ましくは、流体に対して封止される。ＵＶ透過部分は、流体からデバイスを保護することを可能にする一方で、ＵＶセンサが、流体からＵＶ光を受けるように内部に設けられ得る。
【００２２】
更に好ましい実施形態によれば、センサ装置は、異なる空間方向に向けられるように設けられた複数のＵＶ光に敏感な部品を含む。正確な表現では、線量値は全ての空間方向に渡る積分を含むので、複数のＵＶに敏感な部品を設けることは、より正確な測定を与える。
【００２３】
更に好ましい実施形態によれば、本デバイスは、データストレージからのデータを伝えるための通信ユニットを有する。通信ユニットは、デバイスがチャンネルを１又は複数回通過した後に接続される、プラグのような機械的なコネクタを有し得る。好ましくは、通信ユニットは、ラジオ又は光通信のような無線通信を提供する。
【００２４】
特に好ましい実施形態において、本デバイスは、時変磁界から電圧を生成するためのコイルを有する。この電圧は、センサ、ストレージデバイス若しくは通信ユニットの１若しくはそれ以上を駆動させるために、又は、電力ストレージデバイスを充電するために用いられる。それ故、本デバイスは、特に通信の間、外部から給電され得る。例えば、読み取りデバイスから時変電磁界を生成することによりチャンネルを通過した後にデバイスからデータを読み出し、デバイスに例えばラジオ通信によりそのデータを報告させることが好ましい。
【００２５】
本発明のこれらの及び他の態様並びに特徴は、添付図面と組み合わせて本発明の特定の実施形態の以下の説明の精査により当業者によって明らかになるだろう。
【００２６】
本発明の実施形態は、添付図面を参照して、単なる例により述べられるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＵＶ処理システムの概略的な側面図を示す。
【図２】ＵＶ線量センサの第１の実施形態の概略的な断面図を示す。
【図３】図２の線量センサの回路図を示す。
【図４】線量センサの第２の実施形態の概略的な断面図を示す。
【図５】図４の線量センサの回路図を示す。
【図６】線量センサの第３の実施形態の概略的な断面図を示す。
【図７】線量センサの第４の実施形態の概略的な断面図を示す。
【図８】線量センサの第５の実施形態の概略図を示す。
【図９】ＵＶ処理デバイスの概略的な表現を示す。
【図１０】流速を測定するために用いられた熱モデルの概略的な表示を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、流体、例えば水又は空気が流れるチャンネル１４を形成する壁１２を含むＵＶ処理システム１０を示している。ＵＶランプ１６は、ＵＶランプ１６からのＵＶ光２０がチャンネル１４を介して流れる流体１８を照射するように、流体１８と向かい合うチャンネル壁１２内の窓とともに設けられる。
【００２９】
図１に概略的に示された処理システム１０のような装置は、例えば廃水処理に関して知られている。廃水処理では、病原微生物を不活性化し、それ故に水を殺菌するために、汚染された水がＵＶランプにより照射される。
【００３０】
ＵＶ光２０の殺菌効果を実証及び保証することを可能にするために、流体ストリーム１８の各部分に対して機能する全放射光子エネルギの線量測定が望ましい。
【００３１】
ＵＶ流体処理デバイスにおける線量は、表面エリア毎の照射エネルギとして規定され、Ｊ／ｍ２又はｍＪ／ｃｍ２で測定される。例えばＵＶＣ殺菌に関して、４０ｍＪｃｍ２の最小線量が望ましい。処理システム１０における正確な線量の確認は、コンピュータシミュレーションによりサポートされた、生物学的試験、いわゆるチャレンジテストにより行われ、用いられたＵＶランプの照射プロファイル、処理されるべき流体の範囲内の任意のポイントでの照射レベル、及び、流体のフローパターンを考慮する。
【００３２】
特定の線量を実現するために重要なことは、ＵＶ照射が低いか若しくは流速が高いか又はこれら双方である、流体処理システム１０のこれらの部分である。所定の生物学的線量測定のチャレンジテストにおいて、所与のシステムのロバスト性は、特定の動作エリアにおいて適切な機能を保証するために、流速、流体ＵＶ伝達及び他のパラメータを変えることにより試験される。
【００３３】
以下において、ＵＶ線量をセンシングするための方法及びデバイスが述べられ、これは、流体処理システム１０の開発において、又は、その動作を監視するために用いられ得る。提案されたセンサは、局所的な線量に関する情報を提供し、これは、好ましくは、低ＵＶ照射及び／又は高流速の重大なサブエリア又はサブボリュームで又はこれらの近くで取得される。
【００３４】
この測定に関して、電気センサ２２は、システム１０に設けられ、これは、ＵＶランプ１６の反対側のチャンネル壁１２上に、図１に示されるように設けられ得る。
【００３５】
図２は、ＵＶ線量センサ２２の第１の実施形態を示しており、これは、流体ストリーム１８に向かって指向されたＵＶ処理窓２６をもつハウジング２４を含む。電気回路２８がハウジング２４内に設けられ、これは、プリント回路基板ＰＣＢ３１上に、第１の電気部品３２及び第２の電気部品３０がＳＭＤ（surface mounted device）部品として設けられる。
【００３６】
第１の電気部品３２は、ＮＴＣ又はＰＴＣ部品のような、温度依存型抵抗をもつ部品である。熱伝導素子３４は、抵抗部品３２上に直接設けられ、これは、ハウジング２４の外部及びそれ故に流体ストリーム１８と直接接触する。熱伝導素子３４は、流体ストリーム１８と抵抗電気部品３２との間の良好な熱的接触を確立するのに役立つ。これは、好ましくは、例えば銅のような、良好な熱伝導性をもつ金属から作られる。ハウジング２４及び特に熱伝導素子３４の示された形状及びデザインは、単なる例によるものであり、これらの形状及びサイズは、特定の要件に従って適合され得ることが、当業者により理解されるべきである。
【００３７】
第２の電子部品３０は、抵抗の変化により入射光子ストリームに反応するフォトレジスタである。斯様なフォトレジスタに関する典型的な材料は、ＣｄＳである。フォトレジスタ３０のために選択された材料のタイプは、入射光２０のスペクトル組成に依存する。ＵＶランプ１６からの光２０のスペクトル組成が既知である場合であり、他の光源が存在しない場合には、その後、概ね光に敏感な部品３０、即ちＵＶ光だけでなく他の波長にも敏感な部品が選択されてもよい。
【００３８】
両面があるＰＣＢ３１の背面上には、評価回路３６が設けられ、これは、示された例においては、ＳＭＤが取り付けられた集積ハイブリッド回路であり、これは、代わりに、多数の別個の電子部品により実現されてもよい。
【００３９】
ワイヤ接続３８は、電力供給のためのハウジング２４の外側に、及び、センサデータを出力するために設けられる。
【００４０】
図３は、評価回路３６に接続された第１及び第２の電気部品３０，３２の部分的な概略回路図を示している。
【００４１】
第１の、抵抗電気部品３２は、第１の制御可能な電源４０及び電流センシングデバイス４２とともに第１のセンサ装置４４を形成する一方で、第２の、ＵＶ光に敏感な部品３２は、第２の電源４６及び第２の電流センサ４８とともに第２の制御可能なセンサ装置５０を形成する。
【００４２】
制御ユニット５２は、第１及び第２のセンサ装置４４，５０の動作を制御し、電流センシングデバイス４２，４８から供給された値を処理するために設けられる。制御ユニット５２は、線量計算ユニットとして機能し、また、センサデータを格納し、ケーブル接続３８を介して斯様なデータを出力するために、データストレージ５４及び通信インタフェース５６（又は、代替実施形態においては、通信ユニット５６が例えばラジオ又は光データ伝送のために適合される通信の他の手段）とインタラクトする。
【００４３】
センサ２２の動作において、制御ユニット５２は、流体１８の流速及び入射ＵＶ光２０の強度の双方を測定するために、第１及び第２のセンサ装置４４，５０を連続的に制御する。
【００４４】
ＵＶ強度を測定するために、制御ユニット５２は、一定電圧を供給するように電源４６を駆動させる。フォトレジスタ３０を通る生ずる電流は、電流センサ４８により測定される。格納デバイス５４に格納され得る、フォトレジスタ３０の既知の較正データから、制御ユニット５２は、ＵＶ光２０の強度に関する現在の値を決定する。得られた測定値は、ストレージ５４内に格納される。
【００４５】
後のステップにおいて又は並行して、制御ユニット５２は、風速測定原理を用いて流体１８の流速を測定するように第１のセンサ装置４４を制御する。この測定原理は、その環境の範囲内における第１の電気部品３２の熱的モデルに依存する。
【００４６】
図１０のモデルにおいて、電気部品３２は、２つの並列パスにより流体１８に熱的に接続される。即ち、第１のパス１は、熱伝導素子３４を介した熱伝導を表し、第２のパス２は、例えばハウジング２４を介した、部品３２から流体１８への寄生熱的パスを表す。第１のパスは、流速をセンシングするためのモデルとして用いられる一方で、第２のパス２は、用いられた簡素化されたモデルにおける系統的誤差を表す。
【００４７】
第１及び第２のパス１，２の双方は、電気部品３２と流体１８との間の一定の熱的抵抗、及び、流速に依存した熱的抵抗からなる。第１のパス１において、Ｒｓは、抵抗電気部品３２から、流体１８に接触する熱伝導素子３４の表面への熱的抵抗を指定する。Ｒｓｖ（ｖ）は、流速に依存した熱的抵抗を表す。同様に、第２のパスにおいて、Ｒｐは、抵抗電気部品３２とハウジング２４との間の寄生熱的抵抗を指定する一方で、Ｒｐｃ（ｖ）は、寄生熱的抵抗を表す、流速に依存した熱的抵抗である。
【００４８】
風速測定原理は、抵抗電気部品３２からの全体熱的抵抗の流速に依存した変化をセンシングすることに依存する。この情報は、一定部分Ｒｓ及び流速に依存した部分Ｒｓｃ（ｖ）により第１のパスのみに関する簡素化されたモデルにおいて評価される。一定部分が、得られた測定結果の評価において容易に除去され得るので、それ故、センシング情報は、Ｒｓｖ（ｖ）に主に含まれる。
【００４９】
系統的誤差を表す、第２のパス２を介した寄生熱伝導は、それ故、第１のパス１を介した伝導に対して小さくなるべきである。そうでなければ、得られた測定結果は、寄生熱フローによる大きな部分に対して決定されるだろう。
【００５０】
従って、熱伝導素子３４を介した直接的熱伝導により表された熱抵抗Ｒｓは、寄生熱抵抗Ｒｐよりも非常に小さくなるべきである。これは、好ましくは、熱伝導素子３４を介して良好な熱伝導を与えることにより実現される一方で、それ以外では、抵抗電気部品３２からの熱フローを最小にすることにより実現される。最も好ましくは、部品３２の断熱、及び、部品３２と流体１８との間の熱伝導は、ＲｐがＲｓの１０倍よりも大きくなるように選択されるべきである。それ故、例えばＲｓが１Ｋ／Ｗのオーダにある場合には、Ｒｐは、少なくとも１０Ｋ／Ｗになるべきである。
【００５１】
電気抵抗デバイス３２の電気抵抗に依存した温度、即ち、Ｏｈｍについての電気抵抗ＲとＫについての温度Ｔとの関係Ｒ（Ｔ）を反映するテーブルが、制御ユニット５２のプログラミングの範囲内、又は、データストレージ５４の範囲内に格納される。流体１８の（ｍｅｔｅｒｓ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄについての）流速ｖの関数としての抵抗電気デバイス３２の（Ｋｅｌｖｉｎ  ｐｅｒ  Ｗａｔｔについての）熱抵抗Ｒｔｈの依存性が更に知られて格納される。この依存性Ｒｔｈ（ｖ）は、前の測定結果から、又は、モデル計算結果から得られる。
【００５２】
流体１８の流速ｖを測定することに関して、センサ装置４４は、最初に、電源４０で小さな電圧を印加し、電流センサ４２において抵抗３２を介して生ずる小さな電流を測定することにより、抵抗電気デバイス３２の温度Ｔを測定するように制御される。この文書において、"小さな"は、抵抗３２に入力された全電気エネルギが、無視できるほどの自己発熱しかもたらさないことを意味する。オームの法則Ｕ＝Ｒ×Ｉは、抵抗３２の電気抵抗Ｒを決定するために用いられ、これは、依存性Ｒ（Ｔ）のための述べられたルックアップテーブルを用いることにより、抵抗３２の内部温度を決定するために順次用いられる。良好な熱的接触により、この値は、流体１８の温度に対応する。
【００５３】
後のステップにおいて、一定の電気入力パワーＰが、小さいが良好に検出可能な温度増加を生成するために抵抗３２に印加される。印加された電力は、電源４０の電圧及び電流センサ４２で測定された電流から知られる。この電力Ｐは、抵抗がより高い温度で安定するまでの時間期間の間、印加される。
【００５４】
抵抗３２での温度の増加は、温度差ΔＴ、熱抵抗Ｒｔｈ及び印加された電力Ｐを伴う、良く知られた式ΔＴ＝Ｒｔｈ×Ｐに従う。
【００５５】
オームの法則と電気抵抗に依存した既知の温度とを用いることにより再びもたらされる、加熱された抵抗３２の温度を次に測定することにより、熱抵抗Ｒｔｈが計算され得る。
【００５６】
図１０に関して説明されるように、寄生の影響を無視する簡素化されたモデルにおいて、抵抗３２と流体１８との間の全熱抵抗Ｒｔｈは、抵抗３２から流体ストリーム１８への熱伝導に対応する一定の貢献Ｒｓ、及び、第２に、熱伝導素子３４と流体１８との間の熱的接触抵抗を表す、流速に依存した貢献Ｒｓｃ（ｖ）として表され得る。それ故、Ｒｔｈ（ｖ）＝Ｒｓ+Ｒｓｃ（ｖ）であり、ここで、第１の一定部分Ｒｓは内部熱抵抗を表し、Ｒｓｃ（ｖ）は処理流体、例えば水又は空気の流速ｖ及びタイプにより決定された外部熱抵抗を表す。
【００５７】
流速ｖに対する熱抵抗Ｒｔｈの強い依存性を実現するために、内部熱抵抗Ｒｔｈｉをできるだけ小さくすることが有利である。これは、例えば金属ハウジング上に直接的に、流体と良好に熱接触するように抵抗３２を取り付けることにより、又は、銅熱伝導素子３４のような高熱伝導性の材料で抵抗３２を流体１８にブリッジングすることにより、実現され得る。
【００５８】
前記の測定手順を適用することにより、制御ユニット５２は、データストレージ５４に格納された流速ｖの測定結果を連続的に取得するように、第１のセンサ装置４４を制御する。
【００５９】
線量値を得るために、局所的線量Ｄは、以下の式のように、流速ｖの取得された値及び測定された照射Ｉの取得された値から、並びに、センサ表面のサイズ（詳細には、フロー方向において測定された表面の長さｄ）から計算される。
【数１】
2013506126.tif 000003
【００６０】
Ｊ／ｍ２についての局所的線量Ｄに関する値を取得するために、ＵＶ照射Ｉが、Ｗ／ｍ２について測定され、測定エリアの長さｄがｍにおいて測定され、流速ｖがｍ／ｓについて測定される。正確な測定結果を取得するために、流速及びＵＶ照射センサ部分の双方の較正が推奨される。
【００６１】
前記の与えられた式は、言うまでもなく、流速ｖも照射レベルＩも検出エリアに渡って大幅に変化するものではなく、流速ｖがセンサ２２の表面エリアと平行に指向されるという前提に依存することにより、問題を簡素化する。これらの前提は、流体１８のフローパターンもＵＶ照射パターンも変形されないような態様でセンサ２２の適切な取り付けを保持する。
【００６２】
全線量値を得るために、連続的に取得された局所的線量値Ｄは、時間に渡って積分される（又は、好ましくは等しい時間間隔において連続的に測定された個別の値に関しては、合計される）。
【００６３】
取得された全体線量値又は強度及び／若しくは流速の個々の測定結果がストレージ５４に格納され、通信インタフェース５６を介して通信され得る。
【００６４】
図４は、センサ１２２の代替実施形態を示している。第２の実施形態によるセンサ１２２は、幾つかの部分について、第１の実施形態によるセンサ２２に対応している。類似の部分は、類似の参照番号により言及される。以下において、第２の実施形態と第１の実施形態との差が説明されるだろう。
【００６５】
第２の実施形態によるセンサ１２２において、第１の抵抗電気部品は、ダイオード１３２として与えられる。ＵＶ光に敏感な電気部品は、フォトダイオード３０として与えられる。
【００６６】
フォトダイオード１３０及びダイオード１３２は、モノリシックセンサ素子として一緒に生成され、同一の製造プロセスで共通基板１３１上に形成される。ダイオードは、デバイス特性が膜堆積の間に形成されるとともに、真空技術が既知の態様で堆積された層を塗布又は構造化するために用いられる、半導体処理（薄膜）技術により作られる。（フォト）ダイオードは、ＰＮジャンクション及びそれ故に異なる大部分の電荷担体濃度又はタイプの空間的に分割された領域を有する。フォトダイオードデバイスにおいて、入射光子ストリームは、ジャンクションのゼロバイアス又は逆バイアス下で光子電流により測定される。
【００６７】
フォトダイオード１３０のための材料のタイプは、入射光２０のスペクトル構成に依存する。ＵＶＣ照射の検出に関して、大きなバンドギャップの半導電材料、即ち、均一な半導電照射検出体に関しては例えばＳｉＣ又はＧａＰ、より長い波長の検出に関してはＳｉが好ましい。
【００６８】
フォトダイオード１３０とは異なるダイオード１３２を製造することが可能である一方で、代わりに、２つの電気部品が同じように製造されてもよい。図４に示されるように、ダイオード１３２は、その電気特性がダイオードの特性になるように、入射ＵＶ光２０から遮断される。
【００６９】
それ故、第１及び第２の電気部品１３２，１３０は、１つのモノリシック検出素子として製造され得る。
【００７０】
評価回路３６は、第１の実施形態と組み合わせて前述されたのと同じ手法でＵＶ強度及び流速測定の結果を取得するように、電気部品１３２，１３０を含むセンサ装置を駆動させる。この場合におけるＵＶ強度は、フォトダイオード１３０を通るフォト電流から決定される。流速ｖは、この場合も同様に、半導体部品１３２の強力な温度依存性を利用して、風速計の測定原理に従って測定される。そして、第１のダイオード１３２は、順方向バイアスにおいて駆動される温度依存型抵抗として用いられるのに対し、第２のフォトダイオード１３０は、ゼロ又は負バイアス下での照射検出のために用いられる。
【００７１】
更なる代替実施形態（図示省略）において、電気部品１３０，１３２は、フォトトランジスタであり得る。フォトトランジスタにおいて、コレクタ−ベースジャンクションが入射光に曝される。生成されたベース電流は、コレクタ電流を増幅する。ＵＶ照射線に敏感なフォトトランジスタに関して、フォトダイオードと組み合わせて前述された同一の材料及び製造プロセスが用いられ得る。
【００７２】
それ故、モノリシック検出体は、以下の手法のうち１つにおいて作られ得る。
―  薄膜処理による１つの基板１３１上への２つのフォトダイオード又はフォトトランジスタの製造であって、第１のダイオード１３２（又は代わりに、フォトトランジスタ；図示省略）が入射ＵＶ照射線２０に対して遮断され、第２のフォトダイオード１３０（又は代わりに、フォトトランジスタ；図示省略）がＵＶ光に曝される。
−  薄膜又は圧膜処理による１つの基板上への２つのフォトレジスタ素子（図示省略）の製造であって、抵抗電気デバイス３２として用いられる第１のフォトレジスタがＵＶ光２０に対して遮断され、ＵＶに敏感な部品３０として用いられる第２のフォトレジスタがＵＶ光に曝される。
−  基板上への２つの別個の表面取付デバイス（ＳＭＤ）フォトダイオード（又はフォトトランジスタ又はフォトレジスタ）であって、第１のものが照射され、第２のものがＵＶ光２０に対して遮断される。
【００７３】
これらの場合の全てにおいて、ＵＶ強度レベルは、フォト電流又はフォト抵抗データから直接的に決定されるのに対し、流速は、処理流体温度の決定、抵抗部品の加熱及び再び内部温度の決定、並びに、温度差、既知の電気入力パワー及び既知の流速依存熱抵抗により決定される。
【００７４】
本発明の第３の実施形態が図６に示されている。この場合も同様に、第３の実施形態によるセンサ３２２は、類似の参照番号により指定された第１及び第２の実施形態との組み合わせにおいて部分をもつ。以下において、違いが説明されるだろう。
【００７５】
この実施形態において、単一の電気部品６４だけが、ＵＶ強度測定及び流速測定の双方のためのセンサ素子として与えられる。好ましい例において、この部品は、基板上に薄膜技術で製造されたフォトダイオード６４である。フォトダイオード６４は、ＵＶ光２０に対する露出部分が機械的に移動可能なシャッタ６０により選択的に保護され得るように、ハウジング２４ないに設けられる。機械的に移動可能なシャッタ６０の位置に依存して、フォトダイオード６４は、前述した態様でＵＶ強度を測定するために用いられ得るように、流体１８からのＵＶ光２０に曝される。さもなければ、フォトダイオード６４は、ノーマルなダイオードとして働くように、ＵＶ光２０から完全に保護される。熱伝導素子３４を介した流体１８への良好な熱結合により、これは、前述したのと同じ態様で流体１８の流速を測定するために用いられ得る。
【００７６】
それ故、フォトダイオード６４は、流体１８の流速をセンシングするための第１のセンサ装置とＵＶ光２０の強度を測定するための第２のセンサ装置との双方の部分を形成する。評価ユニット（図示省略）は、ＵＶ強度及び流速の測定結果が順次得られるように、フォトダイオード６４及び移動可能なシャッタ６０を適宜駆動させる。
【００７７】
図７は、図６に示された第３の実施形態と比較可能な、更に代替の第４の実施形態を示している。センサ３２２において、フォトトランジスタ６６は、第１及び第２の双方のセンサ装置の電気部品として設けられる。第３の実施形態におけるような外部の移動可能なシャッタ６０の代わりに、第４の実施形態によるセンサ３２２は、上側の位置において、入射ＵＶ光２０からフォトトランジスタ６６を保護し、下側の位置において、図７に示されるように、フォトトランジスタ６６上にＵＶ光２０を指向する、可動ミラー６２を有する。第４の実施形態によるセンサ３２２の動作は、第３の実施形態によるセンサ２２２の動作と同じである。
【００７８】
前述した第３及び第４の実施形態と比較可能な更なる代替実施形態において、センサは、光にも敏感な、例えばフォトレジスタ、フォトダイオード又はフォトレジスタ（図示省略）である、流体と熱接触する抵抗電気部品を有する。前述した第３及び第４の実施形態とは対照的に、シャッタ又はミラーのような制御可能な遮光デバイスは与えられない。代わりに、センサ２２の評価は、（最も単純な場合においては、ランプ１６をオン及びオフに切り替えることにより、又は、ランプ１６から流体１８を選択的に保護することにより）ランプ１６からのＵＶ放射が調節されるように、ランプ１６の動作と同期される。それ故、センサ２２からの異なるデータは、ランプ１６から放射されたＵＶ光２０の強度に依存して取得されるだろう。ランプ１６による異なる照射により得られた値の比較により、センサ信号に対するＵＶ照射の影響が決定され、それ故、流速測定の評価から除去される。従って、代替実施形態においては、単一の部品が、センサ２２において制御可能な遮光デバイスを用いることなく、照度及び流速の双方の測定のために用いられ得る。
【００７９】
図８は、本発明の第５の実施形態によるセンサ７０を示している。図９に示されるように、センサ７０は、処理された水のＵＶ線量をセンシングするために、ＵＶ水処理システム９０において用いられ得る。
【００８０】
センサ７０は、概ね回転楕円体形状をもち、流体に対して内部を封止するハウジング７２を有する。ハウジング内において、ＵＶ透過である複数の窓７４が設けられ、ＵＶセンサ部品７６が、窓７４を介してＵＶ光により照射されるように窓７４の背後に設けられる。
【００８１】
好ましい実施形態においてはフォトダイオードであるセンサ部品７６は、評価ユニット７８にそれぞれ接続される。評価ユニット７８は、好ましくはマイクロコントローラである制御ユニット８０と、好ましくはランダムアクセスメモリ又はフラッシュメモリであるデータストレージ８２と、外部との通信のための通信ユニット８４とを有する。示された好ましい実施形態において、通信ユニット８４は、更に説明されるような、無線ラジオ通信又は誘導結合のために用いられるコイル８６に接続される。
【００８２】
センサ７０は、ハウジング７２の内部の全ての部品に電気的に供給するために、好ましくは再充電可能なバッテリであるバッテリ８８を更に有する。それ故、センサ７０は、外部接続を伴うことなく、ＵＶ線量を測定する機能性を実行するために完全に自律している。
【００８３】
動作において、評価ユニット７８の制御ユニット８０は、ＵＶ線量値を計算及び格納するために、ＵＶセンサ部品７６からセンサデータを連続的に取得し、これらの値をデジタル的に処理する。生ずるＵＶ線量は、ストレージ８２に格納される。
【００８４】
測定の開始時には、格納された線量値は、通信ユニット８４を介して受信したリセットコマンドによりゼロに設定される。
【００８５】
そして、広範囲の空間方向をカバーするように構成された全てのセンサ７６からの強度値は、測定間隔で記録され、この測定間隔の測定された強度及び時間間隔から計算された対応する線量値が、ストレージ８２に予め格納された線量値に追加される。測定、追加及び格納のステップは、各時点でストレージ８２に格納された線量値が測定の開始からセンサ７０により受信された全体ＵＶ線量を反映するように、連続的に繰り返される。
【００８６】
図９に示されるように、複数の同一のセンサ７０は、ＵＶ処理プラント９０の適切な機能を確認するために用いられ得る。プラント９０において、処理されるべき水は、第１の導管９２を介してリアクタ９４に供給される。リアクタ９４において、水は、強力なＵＶランプ９８により照射される。それ故、水は、第２の導管９６を介してガイドされる。
【００８７】
水により受けられたＵＶ線量を測定するために、センサ入口１００及びセンサ出口１０２が設けられ、前述したような複数のセンサ７０が、リアクタ９４を通る、第１の導管９２における水ストリームに挿入され、第２の導管９６における水から取り出される。センサ７０は、この場合においては水において動作されるようになっている流体に適合される。それ故、これらは、特定の重量が流体の重量と厳密に同等になるようなサイズ及び重量において与えられる。そのため、これらは、流体内に浮かび得る。好ましくは、センサ７０の特定の重量は、わずか１０％だけ流体の重量と異なる。
【００８８】
更に、センサ７０は、サイズについて、特定の測定タスクに適合される。評価されるべき任意のシステムは、概して、チャンネルとして見なされ、少なくとも１つのセンサ７０は、上流に挿入され、流体と一緒にチャンネルを通る。センサのサイズは、チャンネルの特性に従って選択され、即ち、センサ７０がチャンネルを通るのに十分なほど小さくなるように、及び好ましくは、チャンネル内の流体のフローが流体内に浮いているセンサ７０によってはほとんど邪魔されないほどに小型化されるように、選択される。
【００８９】
図９の水処理プラント９０の評価に関して、センサ７０は、ゼロにリセットされたストレージ８２をもつ入口１００に挿入される。そして、センサ７０は、リアクタ９４を通り、リアクタ９４を通る経路のようなファクタ及び水の流速のようなファクタに依存する、ＵＶランプ９８からのＵＶ線量を取得する。
【００９０】
リアクタ９４を通った後、センサは、出口１０２で取り出される。しかしながら、出口１０２の前に、これらは、センサ７０の通信ユニット８４とその関連するコイル８６とを介したセンサ７０との無線通信のために用いられるコイルを有するデータリーダ１０４のそばを通る。リーダ１０４は、そばを通る各センサ７０に送られるクエリコマンドを有する時変電磁界を発生させる。各センサ７０内の通信ユニット８４は、コマンドを受信し、現在のＵＶ線量値をストレージ８２から取り出すように制御ユニット８４に指示する。制御ユニット８０は、蓄積されたＵＶ線量の値がリーダ１０４で読み出されるように、調整された時変電磁界がリーダ１０４で受信されるような応答メッセージを通信ユニット８４及びコイル８６を介して送る。
【００９１】
図９に示されたように、単一のセンサ７０を用いる可能性に加えて、複数のセンサが流体ストリームに挿入されてもよい。好ましくは、センサ７０は、蓄積されたＵＶ線量値が読み出される度に、複数回挿入される（センサ７０は後にリセットされる）。それ故、単一の線量測定結果だけでなく、特に平均露出のような統計データ、及び、特にシステム９０の評価のために重要な最小線量値も取得され得る。
【００９２】
本発明の前記の実施形態に関して、当業者は、開示された実施形態が種々の形式で具現され得る本発明の単なる例であることを理解するだろう。それ故、ここに開示された特定の構造及び機能の詳細は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲に基づくものであり、当業者が仮想的に適切に詳細化した構造において本発明を様々に用いる。更に、ここで用いられた用語及び表現は、限定されることを意図するものではなく、むしろ、本発明の理解可能な説明を与えることを意図している。
【００９３】
ここで用いられた単数表記は、１又はそれ以上のものとして規定される。ここで用いられた複数という用語は、２又はそれ以上のものとして規定される。ここで用いられた他のという用語は、少なくとも第２の又はそれ以上のものとして規定される。ここで用いられた含む及び／又はもつという用語は、有するとして規定される（即ち、他の要素又はステップを除外しないオープン言語）。請求項中の如何なる参照符号も、請求項又は本発明の範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。
【００９４】
特定の手段が相互に異なる従属請求項又は異なる実施形態に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないことを示すものではない。
【図１】
2013506126.tif 000004
【図２】
2013506126.tif 000005
【図３】
2013506126.tif 000006
【図４】
2013506126.tif 000007
【図５】
2013506126.tif 000008
【図６】
2013506126.tif 000009
【図７】
2013506126.tif 000010
【図８】
2013506126.tif 000011
【図９】
2013506126.tif 000012
【図１０】
2013506126.tif 000013
【国際調査報告】
2013506126.tif 000014
2013506126.tif 000015
2013506126.tif 000016
2013506126.tif 000017
2013506126.tif 000018