(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学窓と、第２の光学窓と、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの検出器とを含むセンサヘッドであって、前記少なくとも１つの光源は、第１の光学的領域内に前記第１の光学窓を通して流体の流れの中に光を放出するように構成され、前記少なくとも１つの検出器は、第２の光学的領域内に前記流体の流れからの蛍光発光を前記第２の光学窓を通して検出するように構成されるセンサヘッドと、
前記センサヘッドが中に挿入される空洞を画定するハウジングと、前記空洞の外側から前記空洞の内側に流体の流れを移動させるように構成されている入口ポートと、前記空洞の内側から再び前記空洞の外側に流体の流れを移動させるように構成されている出口ポートとを含むフローチャンバと、を備え、
前記入口ポートは、第１の流体ノズル及び第２の流体ノズルであって、前記第１の流体ノズル及び前記第２の流体ノズルのそれぞれが前記第１の光学的領域と前記第２の光学的領域との間に位置された第３の光学的領域の中に突き出す、第１の流体ノズル及び第２の流体ノズルを画定し、前記第１の流体ノズルは、前記流体の流れの一部分を前記第１の光学窓に対して方向付けるように構成され、前記第２の流体ノズルは、前記流体の流れの一部分を前記第２の光学窓に対して方向付けるように構成される、光学センサ。
【請求項２】
前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓は同一の平面内に配置され、かつ、前記第１の流体ノズル及び前記第２の流体ノズルは、前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓と同一の平面内に配置される、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項３】
前記第１の流体ノズルは、前記第１の流体ノズルの中心を通って延びる第１の流体軸線を画定し、前記第２の流体ノズルは、前記第２の流体ノズルの中心を通って延びる第２の流体軸線を画定し、前記第１の流体軸線は概ね前記第１の光学窓の中心と交わり、前記第２の流体軸線は概ね前記第２の光学窓の中心と交わる、請求項１に記載の光学システム。
【請求項４】
前記センサヘッドは、近位端部から遠位端部に延びるセンサハウジングを含み、前記センサハウジングは、第２の平らな面と交わる第１の平らな面によって画定される山形切り抜き部分を含み、前記第１の光学窓は前記第１の平らな面の中に配置され、前記第２の光学窓は前記第２の平らな面の上に配置される、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項５】
前記第１の平らな面は約９０度の角度を画定するように前記第２の平らな面と交わり、前記第１の光学窓と前記第２の光学窓は、前記センサハウジングの前記近位端部と前記遠位端部との間で同一の平面内に配置され、前記第１の流体ノズルと前記第２の流体ノズルは、前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓と同一の平面内に配置される、請求項４に記載の光学センサ。
【請求項６】
前記第１の流体ノズル及び前記第２の流体ノズルは、前記フローチャンバの壁から前記山形切り抜き部分の中に突き出す、請求項４に記載の光学センサ。
【請求項７】
前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓は各々にボールレンズを備える、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項８】
流体をフローチャンバの第１の流体ノズルの中を通してセンサヘッドの第１の光学窓に対して方向付けることと、
流体を前記フローチャンバの第２の流体ノズルの中を通して前記センサヘッドの第２の光学窓に対して方向付けることと、を含み、
前記センサヘッドは、第１の光学的領域内に前記第１の光学窓の中を通して流体の流れの中に光を放出するように構成される少なくとも１つの光源と、第２の光学的領域内に前記流体の流れから前記第２の光学窓の中を通して光学エネルギーを受け取るように構成される少なくとも１つの検出器と、を含み、
前記第１の流体ノズル及び前記第２の流体ノズルのそれぞれは、前記第１の光学的領域と前記第２の光学的領域との間に配置される第３の光学的領域の中に突出する、方法。
【請求項９】
前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓は同一の平面内に配置され、前記第１の流体ノズルの中を通して流体を方向付けることは、前記第１の光学窓と同一の平面内において流体を方向付けることを含み、前記第２の流体ノズルの中を通して流体を方向付けることは、前記第２の光学窓と同一の平面内において流体を方向付けることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の流体ノズルは、前記第１の流体ノズルの中心を通って延びる第１の流体軸線を画定し、及び、前記第２の流体ノズルは、前記第２の流体ノズルの中心を通って延びる第２の流体軸線を画定し、及び、前記第１の流体ノズルの中を通して流体を方向付けることは、前記第１の流体軸線が概ね前記第１の光学窓の中心と交わるように流体を方向付けることを含み、及び、前記第２の流体ノズルの中を通して流体を方向付けることは、前記第２の流体軸線が概ね前記第２の光学窓の中心と交わるように流体を方向付けることを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサヘッドは、近位端部から遠位端部に延びるセンサハウジングを含み、前記センサハウジングは、第２の平らな面と交わる第１の平らな面によって画定されている山形切り抜き部分を含み、前記第１の光学窓は前記第１の平らな面の中に配置され、前記第２の光学窓は前記第２の平らな面の上に配置される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の流体ノズル及び前記第２の流体ノズルは前記フローチャンバの壁から前記山形切り抜き部分の中に突き出す、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
光学センサであって、
光学窓と、前記光学窓を通して流体の流れの中に光を放出するように構成される少なくとも１つの光源と、前記流体の流れからの蛍光発光を前記光学窓を通して検出するように構成される少なくとも１つの検出器とを含むセンサヘッドと、
前記センサヘッドが中に挿入される空洞を画定するハウジングと、前記空洞の外側から前記空洞の内側に前記流体の流れを移動させるように構成される入口ポートと、前記空洞の内側から再び前記空洞の外側に前記流体の流れを移動させるように構成される出口ポートとを含むフローチャンバであって、前記入口ポートは、前記光学窓に対して前記流体の流れを方向付けるように構成される流体ノズルを画定するフローチャンバと、を含む光学センサと、
前記入口ポートの中を通って移動する前記流体の流れを供給するように構成される液体供給源と、
前記入口ポートの中を通って移動する前記流体の流れを供給するように構成される気体供給源と、
前記フローチャンバから液体を排出するように、前記気体供給源を前記フローチャンバとの流体連通状態にするために前記気体供給源を制御し、前記流体ノズルの中を通して、かつ、液体が排出された前記フローチャンバの空間の中を通して、かつ、前記光学窓に対して、液体を方向付けるように、前記液体供給源を前記フローチャンバと流体連通状態にするために前記液体供給源を制御するように構成されるコントローラと、を備える、光学センサシステム。
【請求項１４】
前記センサヘッドの前記光学窓は第１の光学窓及び第２の光学窓を備え、前記少なくとも１つの光源は、前記第１の光学窓の中を通して光を放出するように構成され、前記少なくとも１つの検出器は、前記第２の光学窓の中を通して蛍光発光を検出するように構成され、前記フローチャンバの前記流体ノズルは第１の流体ノズル及び第２の流体ノズルを備え、前記第１の流体ノズルは、前記流体の流れの一部分を前記第１の光学窓に対して方向付けるように構成され、前記第２の流体ノズルは、前記流体の流れの一部分を前記第２の光学窓に対して方向付けるように構成される、請求項１３に記載の光学センサシステム。
【請求項１５】
前記第１の流体ノズルは、前記第１の流体ノズルの中心を通って延びる第１の流体軸線を画定し、前記第２の流体ノズルは、前記第２の流体ノズルの中心を通って延びる第２の流体軸線を画定し、前記第１の流体軸線は概ね前記第１の光学窓の中心と交わり、前記第２の流体軸線は概ね前記第２の光学窓の中心と交わる、請求項１４に記載の光学センサシステム。
【請求項１６】
前記センサヘッドは、近位端部から遠位端部に延びるセンサハウジングを含み、前記センサハウジングは、第２の平らな面と交わる第１の平らな面によって画定される山形切り抜き部分を含み、前記第１の光学窓は前記第１の平らな面の中に配置され、前記第２の光学窓は前記第２の平らな面の上に配置される、請求項１４に記載の光学センサシステム。
【請求項１７】
前記第１の平らな面は約９０度の角度を画定するように前記第２の平らな面と交わり、前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓は、前記センサハウジングの前記近位端部と前記遠位端部との間で同一の平面内に配置され、前記第１の流体ノズル及び前記第２の流体ノズルは、前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓と同一の平面内に配置される、請求項１６に記載の光学センサ。
【請求項１８】
前記第１の流体ノズル及び前記第２の流体ノズルは前記フローチャンバの壁から前記山形切り抜き部分の中に突き出す、請求項１６に記載の光学センサ。
【請求項１９】
前記気体供給源は大気空気である、請求項１３に記載の光学センサ。
【請求項２０】
前記気体供給源と前記フローチャンバとの間に配置される第１の弁と、前記液体供給源と前記フローチャンバとの間に配置される第２の弁とをさらに備え、前記コントローラは、前記第２の弁を開くことによって前記液体供給源を前記フローチャンバと流体連通状態にするために前記液体供給源を制御するように構成され、前記コントローラは、さらに、前記第１の弁を開くことによって前記気体供給源を前記フローチャンバと流体連通状態にするために前記気体供給源を制御するように構成される、請求項１３に記載の光学センサ。
【請求項２１】
光学センサのフローチャンバから液体を排出することであって、前記光学センサは、前記フローチャンバの中に挿入されている光学窓を有するセンサヘッドを含み、前記フローチャンバは、前記光学窓に対して流体を方向付けるように構成されている流体ノズルを画定する入口ポートを含むことと、
前記流体ノズルの中を通して、かつ、液体が排出された前記フローチャンバの空間の中を通して、かつ、前記光学窓に対して流体を方向付けるように、前記フローチャンバの前記入口ポートの中を通して流体を流すことと、を含み、
前記フローチャンバを排出することは、気体供給源を前記フローチャンバと流体連通状態にするように前記気体供給源を制御することを含み、前記入口ポートの中を通して流体を流すことは、液体供給源を前記フローチャンバとの流体連通状態にするように前記液体供給源を制御することを含む、方法。
【請求項２２】
前記気体供給源は大気空気である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記気体供給源を制御することは、前記気体供給源と前記フローチャンバとの間に配置される第１の弁を制御することを含み、前記液体供給源を制御することは、前記液体供給源と前記フローチャンバとの間に配置される第２の弁を制御することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記センサヘッドの前記光学窓は第１の光学窓及び第２の光学窓を備え、前記光学センサは、さらに、前記第１の光学窓の中を通して光を放出するように構成される少なくとも１つの光源と、前記第２の光学窓の中を通して蛍光発光を検出するように構成される少なくとも１つの検出器とを備え、前記フローチャンバの前記流体ノズルは第１の流体ノズル及び第２の流体ノズルを備え、前記第１の流体ノズルは、前記第１の光学窓に対して流体を方向付けるように構成され、及び、前記第２の流体ノズルは前記第２の光学窓に対して流体を方向付けるように構成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の流体ノズルは、前記第１の流体ノズルの中心を通って延びる第１の流体軸線を画定し、前記第２の流体ノズルは、前記第２の流体ノズルの中心を通って延びる第２の流体軸線を画定し、前記第１の流体軸線は概ね前記第１の光学窓の中心と交わり、前記第２の流体軸線は概ね前記第２の光学窓の中心と交わる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記センサヘッドは、近位端部から遠位端部に延びるセンサハウジングを含み、前記センサハウジングは、第２の平らな面と交わる第１の平らな面によって画定される山形切り抜き部分を含み、前記第１の光学窓は前記第１の平らな面の中に配置され、前記第２の光学窓は前記第２の平らな面の上に配置される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の平らな面は約９０度の角度を画定するように前記第２の平らな面と交わり、前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓は、前記センサハウジングの前記近位端部と前記遠位端部との間で同一の平面内に配置されており、前記第１の流体ノズル及び前記第２の流体ノズルは、前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓と同一の平面内に配置される、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は光学センサに関し、特に光学センサ流体制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
水性化学溶液が様々な状況で使用されている。例えば、様々な用途において、水性クリーニング溶液が、台所、浴室、学校、病院、工場、及び、他の類似の施設を、クリーニングし、衛生化し、及び／又は、殺菌消毒するために使用されている。水性クリーニング溶液は、典型的には、水中に溶解された１つ又は複数の化学種を含む。この化学種は、クリーニング特性、抗菌活性又は同種のもののような様々な機能的特性を水に与える。使用前に水溶液中の化学種の濃度を測定することが、その溶液の化学的特性を理解するために、及び、調整が必要とされるかどうかを判定するために有益である可能性がある。例えば、化学溶液の監視が、様々な工業的用途において特に有用である可能性がある。幾つかの場合には、実質的にリアルタイムの監視が、クリーニング溶液中の化合物の濃度を測定するために、及び、その後で短期間のクリーニング中に化学濃度を調整するために使用される。他の例では、比較的に長期間の動作中に、溶液中の公称化学濃度を維持するために周期的に測定値が採取されるだろう。
【０００３】
光学センサは、化学溶液を分析するために使用されることが可能な１つのタイプの装置である。光学センサは、光学窓を通して流体溶液中に光を放出し、光学窓を通してその流体から光を受け取ることができる。この光学センサは、同一の光学窓を通して、又は、異なる光学窓を通して、光を送出し及び受け取ってよい。どちらの場合でも、光学センサは、流体溶液から受け取った光に基づいてその流体溶液の特徴を測定してよい。例えば、光学センサは、その流体から受け取った光の波長及び／又は大きさに基づいてその流体中の化学種の濃度を測定してよい。
【０００４】
幾つかの用途では、光学センサは、汚損材料（ｆｏｕｌｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む流体の特徴を測定するために使用されてよい。こうした状況では、光学センサの光学窓は汚損されることがあり、その光学窓を通して送り出され及び／又は受け取られる光の量を制限することがある。光が制限される時には、光学センサは、光学窓が比較的により清浄である場合と同じだけ正確に流体溶液の特徴を測定することはできないだろう。例えば、光学センサは、流体溶液から受け取られる光の大きさの減少を、付着物の干渉を原因とする光の量の減少としてではなく、むしろ、化学種のより低い濃度を有する流体溶液を表すものとして受け取ってよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
概して、本開示は、例えば水性化学溶液のような流体の特徴を測定するための光学センサ及び光学的方法に関する。幾つかの例では、光学センサは、フローチャンバと、このフローチャンバの中に挿入されるように構成されているセンサヘッドとを含む。このセンサヘッドは、流体がフローチャンバの中を通って流れる時に、流体の特徴を測定してよい。例えば、このセンサヘッドは、流体中の化学種の濃度を測定するためにその流体を光学分析してよい。
【０００６】
光学センサが、汚損材料を含む流体を分析するために使用される時には、この汚損材料はその光学センサ内に付着する可能性がある。汚損材料が光学センサ内に蓄積する場合には、この汚損材料は、光学センサによって流体に伝達されるか又は流体から受け取られる光を減少させるか又は完全に妨げる可能性がある。この事態が発生する時には、光学センサは、個々の用途のために求められている精度を伴って流体を光学分析することは不可能だろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示において、幾つかの例では、センサヘッドによる光学分析のために流体を受け入れるための入口ポートを有するフローチャンバを含む光学センサが説明される。この入口ポートは、フローチャンバの中に入る流体をセンサヘッドの光学窓に対して方向付けるように構成されている流体ノズルを画定してよい。動作時には、流体は、入口ポートの中を通って移動し、かつ、センサの光学窓に対して衝突するようにその流体ノズルから放出されてよい。光学窓に対して衝突する流入流体の力が、汚損材料が光学窓上に蓄積することを防止し、及び／又は、蓄積した汚損材料を光学窓から取り除くことを促進してよい。
【０００８】
一例では、センサヘッドとフローチャンバとを含む光学センサが説明される。このセンサヘッドは、第１の光学窓と、第２の光学窓と、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの検出器とを含む。この少なくとも１つの光源は、第１の光学窓を通して流体の流れの中に光を放出するように構成され、かつ、少なくとも１つの検出器は、流体の流れからの蛍光発光を第２の光学窓を通して検出するように構成される。さらに、この例では、フローチャンバは、センサヘッドが中に挿入される空洞を画定するハウジングと、空洞の外側から空洞の内側に流体の流れを移動させるように構成される入口ポートと、空洞の内側から再び空洞の外側に流体の流れを移動させるように構成される出口ポートとを含む。この例では、入口ポートは、流体の流れの一部分を第１の光学窓に対して方向付けるように構成される第１の流体ノズルと、流体の流れの一部分を第２の光学窓に対して方向付けるように構成さる第２の流体ノズルとを画定する。
【０００９】
別の例では、センサヘッドの第１の光学窓に対してフローチャンバの第１の流体ノズルを通して流体を方向付けることと、センサヘッドの第２の光学窓に対してフローチャンバの第２の流体ノズルを通して流体を方向付けることとを含む方法が説明される。この例では、センサヘッドは、第１の光学窓を通して流体の流れの中に光を放出するように構成される少なくとも１つの光源と、流体の流れからの蛍光発光を第２の光学窓を通して検出するように構成される少なくとも１つの検出器とを含む。
【００１０】
別の例では、光学センサと液体供給源と気体供給源とコントローラとを含む光学センサシステムが説明される。この光学センサは、光学窓と、光学窓を通して流体の流れの中に光を放出するように構成される少なくとも１つの光源と、流体の流れからの蛍光発光を光学窓を通して検出するように構成される少なくとも１つの検出器とを有する、センサヘッドを含む。この光学センサは、さらに、センサヘッドが中に挿入される空洞を画定するハウジングと、空洞の外側から空洞の内側に流体の流れを移動させるように構成される入口ポートと、空洞の内側から再び空洞の外側に流体の流れを移動させるように構成されている出口ポートとを有する、フローチャンバを含む。この入口ポートは、流体の流れを光学窓に対して方向付けるように構成される流体ノズルを画定する。この例では、液体供給源は、入口ポートを通過して移動する流体の流れを供給するように構成され、かつ、気体供給源も、入口ポートを通過して移動する流体の流れを供給するように構成される。この例は、さらに、フローチャンバから液体を排出するために気体供給源をフローチャンバと流体連通状態にするように気体供給源を制御するように、かつ、液体が排出されたフローチャンバの空間の中を通して及び光学窓に対して流体ノズルの中を通して液体を方向付けるように液体供給源をフローチャンバと流体連通状態にするために液体供給源を制御するように、コントローラが構成されるということを明示する。
【００１１】
別の例では、光学センサのフローチャンバから液体を排出することを含む方法が説明され、この場合に、光学センサは、フローチャンバの中に挿入される、光学窓を有するセンサヘッドを含み、及び、このフローチャンバは、光学窓に対して流体を方向付けるように構成される流体ノズルを画定する入口ポートを含む。この方法は、さらに、液体を流体ノズルの中を通して、液体が排出されたフローチャンバの空間の中を通して、及び、光学窓に対して方向付けるように、フローチャンバの入口ポートの中を通して液体を流すことも含む。
【００１２】
１つ又は複数の例の詳細を添付図面と以下の説明とにおいて説明する。他の特徴と目的と利点とが、この説明と図面とから、及び、特許請求項とから明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の例による光学センサを含む例示的な光学センサシステムを示す説明図である。
【図２】図１の例示的なシステムに使用されることがある例示的な光学センサを示すブロック図である。
【図３】図１及び図２において光学センサによって使用されることがある光学センサの例示的な物理的構成の略図である。
【図４】図１及び図２において光学センサによって使用されることがある光学センサの例示的な物理的構成の略図である。
【図５】図３及び図４の例示的な光学センサのために使用されることがある例示的なセンサヘッドの別の図である。
【図６】図３及び図４の例示的な光学センサのために使用されることがある例示的なセンサヘッドの別の図である。
【図７】図３及び図４の例示的な光学センサのために使用されることがあるフローチャンバの上部斜視図である。
【図８】図７に示されている断面線Ａ−Ａに沿った、フローチャンバの中に挿入されたセンサヘッドを伴って示されている、図７の例示的なフローチャンバの断面平面図である。
【図９】図７に示されている断面線Ｂ−Ｂに沿った、フローチャンバの中に挿入されたセンサヘッドを伴って示されている、図７の例示的なフローチャンバの断面側面図である。
【図１０】図７に示されている断面線Ａ−Ａに沿った、フローチャンバの中に挿入されたセンサヘッドを伴って示されている、図７の例示的なフローチャンバの別の断面平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明は本質的に例示的であり、かつ、本発明の範囲、適用可能性、又は、構成を何らかの形で限定することは意図されていない。むしろ、以下の説明は、本発明の例を具体化するための幾つかの実際的な具体例を提供する。構造と材料と寸法と製造プロセスの具体例が選択された要素に関して示されており、かつ、他の要素のすべては、本発明の分野の当業者にとって既知であるものを使用する。当業者は、記述されている例の多くが様々な適切な代替案を有することを理解するだろう。
【００１５】
活性化学薬剤を伴う流体が、様々な異なる用途のために様々な異なる産業で使用されている。例えば、クリーニング産業では、塩素又は他の活性化学薬剤を含む流体溶液が、様々な表面及び機器をクリーニングして殺菌するために使用されることが多い。こうした溶液では、活性化学薬剤の濃度又は他のパラメータが、その流体のクリーニング特性と殺菌特性とに影響を与える可能性がある。したがって、意図された用途のために流体が適切に調合されて調製されることを確実なものにすることが、その流体が後続の使用において適切なクリーニング特性及び殺菌特性を提供することを確実なものにすることを促進するだろう。
【００１６】
この開示は、流体媒質の特徴を測定するための光学センサを説明する。特に、この開示は、例えば、流体媒質中の化学種の濃度、流体媒質の温度又は同種のもののような、流体媒質の特徴を測定するために使用されることがある、光学センサに関連した方法とシステムと装置とを説明する。用途に応じて、光学センサは、連続的に又は周期的に流体供給源から流体の流れを受け入れて、その特徴を実質的にリアルタイムで測定するためにその流体を分析する、オンラインセンサ（ｏｎｌｉｎｅ  ｓｅｎｓｏｒ）として実現されてよい。例えば、この光学センサは、パイプ、チューブ、又は、他の導管を介して、流体の流れに連結されることがある。この場合に、この光学センサは、導管を介して流体供給源から流体のサンプルを受け入れ、及び、その流体の特徴を測定するためにその流体を分析してよい。
【００１７】
用途によっては、この光学センサは、光学分析のために、汚損材料（例えば、固体粒子）を含む流体を受け入れることがある。流体が光学センサを通過する時に、汚損材料がそのセンサ上に付着し、蓄積した汚損材料の付着物または薄膜を発生させることがある。時間の経過に応じて、光学センサがそのセンサを通過して流れる流体を正確に光学的に分析することができなくなるまで、光学センサ上に付着した汚損材料の量が増大することがある。例えば、光学センサが、分析対象の流体の中に光を送り込み及び／又はその流体から光を受け取るための光学窓を含む時には、この光学窓は、この光学窓の中を通過する光を制限する汚損材料の層で覆われることがある。このことが、光学センサによって測定されることが意図されている流体の特徴に関する不正確な測定値をその光学センサが示すことを生じさせる原因となる。
【００１８】
本開示に説明されている方法によって、流体ノズルを画定する入口ポートを有する光学センサが提供される。この流体ノズルは、光学センサの中に入る流体を光学センサの光学窓に向けて方向付けるように配置されてよい。例えば、この流体ノズルは、流入する流体が光学センサ内の他のあらゆる構造に接触する前に光学センサの光学窓に接触するように、光学センサの中に入る流体を光学窓に対して直接的に方向付けてよい。光学窓に接触する流入流体の力が、汚損材料が光学窓上に蓄積することを阻止し、及び／又は、蓄積した汚損材料を洗い流し去ることを促進するだろう。光学センサをクリーニングのために定期的に動作状態から解除する必要なしに、光学窓に対して方向付けられた流体がセルフクリーニング機能を果たしてよい。この結果として、光学センサは、クリーニングを必要とすることなしに稼働状態を維持することができ、及び／又は、光学センサはクリーニングの間の延長された使用寿命を示すことができる。
【００１９】
本開示による幾つかの例では、光学センサは、その光学センサの光源が中を通して流体の中に光を放出する第１の光学窓と、その光学センサの検出器が中を通して流体から光を受け取る第２の光学窓とを少なくとも含む。光学センサは、蛍光発光を発生させるために流体の中に光を放出し、及び、検出器はその流体の特徴を測定するために蛍光発光を検出することができる。この例では、光学センサは、第１の光学窓に対して流入流体流の一部分を方向付けるように構成される第１の流体ノズルと、第２の光学窓に対して流入流体流の別の一部分を方向付けるように構成される第２の流体ノズルとを含んでよい。各々の光学窓に関連付けられている別個のノズルを備えることによって、複数の光学窓のための単一のノズルを光学センサが使用する場合に比較して、より高い圧力の流体流が各々の光学窓に衝突することができる。
【００２０】
本開示による光学センサがシステムの一部分として使用される幾つかの事例では、この光学センサは、このセンサに流入流体の流れを供給する液体供給源と、流入流体の流れを供給することが可能な気体供給源との両方に流体的に連結されてよい。動作中には、この液体供給源は、分析のために光学センサに流体を供給してよい。しかしながら、光学センサから液体が排出されてから光学センサに気体が充填されるように、定期的に、液体供給源が閉鎖されて、気体供給源が開かれてもよい。その後に、分析のために光学センサに液体を再充填するために、液体供給源が再び開かれてよい。これが行われる時には、光学センサの中に最初に入る液体が、光学センサが液体で満たされていた場合に比べて、より迅速に光学センサ内の気体空間の中を通って移動するだろう。したがって、この最初の流入流体は、光学センサがすでに液体で満たされている時に後からその光学センサの中に入る液体に比較して、より大きい力を伴って光学センサの光学窓に衝突することができる。このことが、蓄積した汚損材料を光学窓から取り除くことを促進する、比較的に高圧力のクリーニング作用を実現するだろう。
【００２１】
図１は、例示的な光学センサシステム１００を示す概念図であり、この光学センサシステムは、蛍光特性を有する化学溶液を分析するために使用されてよい。システム１００は、光学センサ１０２と、コントローラ１０４と、電源１０６と、ユーザインタフェース１０８とを含む。光学センサ１０２は、流体の流れを受け入れて収容するための空洞を画定するフローチャンバ１１０と、このフローチャンバの中に挿入されるセンサヘッド１１２とを含む。センサヘッド１１２は、例えば、流体中の化合物の濃度、流体の温度又は同種のもののような流体の１つ又は複数の特徴を、流体がフローチャンバ１１０の中を通過する時に測定するように構成されている。光学センサ１０２は動作中にコントローラ１０４と通信することが可能であり、及び、コントローラ１０４は光学センサシステム１００を制御することが可能である。
【００２２】
コントローラ１０４は光学センサ１０２に通信可能な形で接続され、かつ、プロセッサ１１４と記憶装置１１６とを含む。光学センサ１０２によって生成される信号は有線接続又は無線接続を経由してコントローラ１０４に通信され、この接続は図１の例では有線接続として示される。記憶装置１１６は、コントローラ１０４を動作させるためのソフトウェアを記憶し、かつ、さらに、例えば光学センサ１０２からの、プロセッサ１１４によって発生させられたか又は受け取られたデータも記憶してよい。プロセッサ１１４は、光学センサ１０２の動作を制御するために、記憶装置１１６内に記憶されているソフトウェアを実行する。
【００２３】
光学センサ１０２のフローチャンバ１１０は、フローチャンバの外側からフローチャンバの内側に流体を移動させるための入口ポートと、再びフローチャンバの外側へ流体の流れを放出するように構成されている出口ポートとを含む。センサヘッド１１２はフローチャンバ１１０の中に（例えば、着脱可能な形で、又は、恒久的に）挿入され、及び、フローチャンバ１１０の中を通過する流体の中に光を送るための、及び／又は、流体の流れから光学エネルギーを受け取るための少なくとも１つの光学窓を含む。動作時には、流体がフローチャンバ１１０の中に入り、かつ、センサヘッド１１２の光学窓を通過して送られる。センサヘッド１１２は、フローチャンバの内側に配置されると、流体が光学窓を通過して移動する時に、その流体を光学的に分析してよい。例えば、光学センサ１０２が蛍光測定器として具体化されている時には、この光学センサは、蛍光発光を生じさせるために流体の中に光を送り込み、そして、その次に、その流体を光学的に分析するために蛍光発光を検出してもよい。
【００２４】
さらに詳細に後述するように（図７から図１０）、フローチャンバ１１０は、フローチャンバの中に入る流体を直接的にセンサヘッドの光学窓に向かって方向付けるように構成される流体ノズルを画定する入口を含んでよい。例えば、フローチャンバ１１０は、センサヘッドの光学窓と同一の平面内にあり、かつ、フローチャンバの中に入る流体が流体ノズルから放出された後に光学窓と直接的に接触するように方向配置されている、流体ノズルを含んでよい。流体ノズルは、流体が流体ノズルから放出された後にその流体がフローチャンバ１１０の壁面又は他の内部表面に接触するのではなく、流体がフローチャンバ内の他のあらゆる表面に接触する前にその流体がセンサヘッド１１２の光学窓に接触するように、流体を放出してよい。幾つかの例では、このフローノズル（ｆｌｏｗ  ｎｏｚｚｌｅ）は、流体ノズルによって放出される流体の流れの中心が概ね光学窓の中心に方向付けられているように、方向配置されている。フローチャンバ１１０の中に入る流体をセンサヘッド１１２の光学窓に向けて方向付けることが、光学窓上の汚損物の蓄積を減少させるか又は排除することを促進するだろう。
【００２５】
光学センサ１０２は、図１の例では２つの流体供給源（第１の流体供給源１１８と第２の流体供給源１２０）として示される、少なくとも１つの流体供給源に接続される。第１の流体供給源１１８は、第１の弁１２４を通過する第１の流体導管１２２を経由してフローチャンバ１１０と流体連通する。第２の流体供給源１２０は、第２の弁１２８を通過する第１２の流体導管１２６を経由してフローチャンバ１１０と流体連通する。第１の流体導管１２２と第２の流体導管１２６は、光学センサシステム１００の例では、フローチャンバ１１０の共通入口ポート（例えば、単一の入口ポート）に流体的に連結される。フローチャンバ１１０が複数の入口ポートを有する例のような他の例では、第１の流体導管１２２と第２の流体導管１２６は、異なる入口ポートを経由してフローチャンバに流体的に連結されてよい。
【００２６】
図１には示されていないが、コントローラ１０４は、第１の弁１２４と第２の弁１２８とに対して通信可能な形で接続される。幾つかの例では、コントローラ１０４は、第１の流体供給源１１８及び／又は第２の流体供給源１２０からの流体をフローチャンバ１１０と流体連通状態にするように、第１の弁１２４と第２の弁１２８とを選択的に開閉する。例えば、記憶装置１１６は、プロセッサ１１４によって実行される時に、第１の流体供給源１１８及び／又は第２の流体供給源１２０からの流体をフローチャンバ１１０と選択的に流体連通状態にするように、第１の弁１２４及び／又は第２の弁１２８とをコントローラ１０４が選択的に開放及び／又は閉鎖することを生じさせる命令を記憶してよい。第１の流体供給源１１８がフローチャンバ１１０と流体連通状態にある時に、第１の流体供給源からの流体がフローチャンバの中を通って流れることが可能である。これとは対照的に、第２の流体供給源１２０がフローチャンバ１１０と流体連通状態にある時に、第２の流体供給源からの流体はフローチャンバの中を通って流れることが可能である。
【００２７】
第１の弁１２４と第２の弁１２８とを制御することに加えて、又は、この代わりに、コントローラ１０４は、第１の流体供給源１１８と第２の流体供給源１２０とからの流体の送出を制御する１つ又は複数の送出装置に対して通信可能な形で接続されているだろう。例示的な送出装置は、ポンプと他の計量装置とを含む。コントローラ１０４は、第１の流体供給源１１８及び／又は第２の流体供給源１２０からの流体をフローチャンバ１１０と流体連通状態にするように、この送出装置を起動及び／又は停止させるだろう。コントローラ１０４は、さらに、第１の流体供給源１１８及び／又は第２の流体供給源１２０からの流体がフローチャンバ１１０の中に入る速度を調整するために送出装置の速度を増大及び／又は減少させるだろう。
【００２８】
第１の流体供給源１１８及び第２の流体供給源１２０の各々は気体状流体、液体状流体を供給し、又は、一方の流体供給源が気体状流体を供給し、一方、別の流体供給源が液体状流体を供給してよい。一例では、第１の流体供給源１１８は気体状流体供給源であり、かつ、第２の流体供給源１２０は液体状流体供給源である。第２の流体供給源１２０は、センサヘッド１１２による光学分析のためのものであることが意図されている液体をフローチャンバ１１０に対して供給してよい。例えば、第２の流体供給源１２０は、液体に対して機能的特性（例えば、クリーニング特性、抗菌特性）を付与する化合物を含む液体をフローチャンバ１１０に供給してよい。光学センサ１０２は液体を受け入れて、例えば液体供給源の組成を監視及び／又は調整するために、化合物の濃度を測定するためにその液体を光学的に分析してよい。第１の流体供給源１１８は、幾つかの例ではフローチャンバのクリーニング及び／又はフローチャンバからの液体の排除のために使用される気体を、フローチャンバ１１０に供給してよい。
【００２９】
光学センサ１０２の動作中は、第２の流体供給源１２０は、汚損材料（例えば、固体粒子）を含む液体を、光学分析のためのフローチャンバ１１０に供給してよい。この液体がフローチャンバの中を通過するにつれて、その汚損材料はフローチャンバの中に蓄積して、センサヘッド１１２上に付着する可能性がある。時間の経過と共に、この汚損材料は、フローチャンバの中を通過する液体の特徴を光学センサ１０２が正確に測定することが不可能になるレベルまで、センサヘッド１１２上に蓄積する場合がある。
【００３０】
光学センサ１０２内の付着物の蓄積を減少させるか又は排除することを促進するために、第１の流体供給源１１８は、フローチャンバ１１０から液体を排出するためにフローチャンバ１１０に気体を周期的に供給してよい。例えば、コントローラ１０４は、フローチャンバに対する液体の流れを停止させてフローチャンバ１１０に対する気体の流れを開始させるように、光学センサシステム１００の動作中に第１の弁１２４及び第２の弁１２８を制御してよい。この気体は、フローチャンバ１１０から液体が排出されるように、フローチャンバ１１０内の液体を追い出してよく。その後で、コントローラ１０４は、液体状流体供給源とフローチャンバとの間の流体連通を再開させてよい。気体が満ちたフローチャンバ１１０の中に入る液体は、そのチャンバが流体で満たされている時よりも早い速度でフローチャンバ内を移動してよい。フローチャンバ１１０の中に入るこの高速の流体が、例えばセンサヘッド１１２の光学窓上の付着物のような蓄積した汚損材料をフローチャンバ１１０内から取り除くことを促進してよい。
【００３１】
例えば、光学窓に対して流体を方向付けるように構成されている流体ノズルを有するフローチャンバ１１０を含む光学センサ（例えば、図７から図１０）の動作中に、液体が流体ノズルからセンサヘッド１１２の光学窓に対して放出されてよい。これは、フローチャンバ１１０が第２の流体供給源１２０のような液体状流体供給源と流体連通状態にある時に起こるだろう。コントローラ１０４は、周期的に、液体状の第２の流体の供給源１２０とフローチャンバ１１０との間の流体連通を阻止するために第２の弁１２８を閉じ、かつ、さらには、気体状の第１の流体の供給源１１８をフローチャンバに対して流体連通状態にするために第１の弁１２４を開いてよい。第１の流体供給源１１８からの気体は、フローチャンバが液体状流体でなく気体状流体によって満たされるように、フローチャンバ１１０内の液体状流体を追い出してよい。その次に、コントローラ１０４は、気体状の第１の流体の供給源１１８とフローチャンバ１１０との間の流体連通を阻止するために第１の流体弁１２４を閉じ、かつ、さらには、液体状の第２の流体の供給源１２０をフローチャンバに対して流体連通状態にするために第２の弁１２８を開いてよい。フローチャンバ１１０を再び満たすために液体が最初にフローチャンバの中に入る時に、この液体はフローチャンバ１１０の流体ノズルから放出され、かつ、センサヘッド１１２の光学窓に接触する前に、気体で満たされた空間の中を通って移動してよい。気体が満ちた空間の中を通って移動するこの液体は、この液体が同じ空間の中を通って移動しており及びその空間が液体で満たされている場合に比べて、より早い速度で移動することができる。例えば、気体が満ちた空間の中を通って移動する液体は、その液体が同じ空間の中を通って移動しており、かつ、その空間が液体で満たされている場合に比べて、少なくとも２倍の早さ（例えば、少なくとも３倍の速さ、約３倍から約５倍の早さ）で移動することができる。この結果として、液体は、フローチャンバ１１０の液体が排除されていない場合に比べて、センサヘッド１１２の光学窓から蓄積した汚損材料を取り除くためのより大きな力を及ぼすだろう。
【００３２】
フローチャンバ１１０の個別的な形状構成とは無関係に、光学センサシステム１００のコントローラ１０４は、任意の適切な頻度でフローチャンバ１１０に対して第１の流体供給源１１８と第２の流体供給源１２０の一方を交互に連通状態にするように、第１の流体供給源１１８と第２の流体供給源１２０とを制御してよい。一例では、コントローラ１０４は、気体状の第１の流体の供給源１１８とフローチャンバ１１０との間の流体連通を阻止するために第１の弁１２４を閉じ、かつ、液体状の第２の流体供給源１２０とフローチャンバ１１０との間の流体連通を開くために第２の弁１２８を開く。コントローラ１０４は、例えば１分間を超える、５分間を超える、１時間を越える、又は、約１分間から約５分間の範囲内の期間のような、約３０秒間を越える時間期間にわたって、第１の弁１２４を閉じた状態に保持すると同時に第２の弁１２８を開いた状態に保ち、液体状の流体がフローチャンバ１１０の中に流れ込んで通過することを可能にしてよい。その次に、コントローラ１０４は、液体状の第２の流体の供給源１２０とフローチャンバ１１０との間の流体連通を阻止するために第２の弁１２８を閉じ、かつ、気体状の第１の流体の供給源１１８とフローチャンバとの間の流体連通を開くために第１の弁１２４を開いてよい。その次に、コントローラ１０４は、例えば１分間を超える、１０分間を超える、又は、約１分間から約３０分間の範囲内の期間のような、１０秒間を越える時間期間にわたって、第１の弁１２４を開いた状態に保持し、かつ、第２の弁１２８を閉じた状態に保持してよい。上述の値は単なる例であり、他の時間の範囲が採用可能でありかつ想定される。
【００３３】
幾つかの例では、コントローラ１０４は、フローチャンバが気体で満たされている時間の量をフローチャンバが液体で満たされる時間の量で除算した比率が１よりも大きいように、フローチャンバ１１０に対する気体状流体と液体状流体との供給を制御する。例えば、コントローラ１０４は、フローチャンバが気体で満たされる時間の量をフローチャンバが液体で満たされる時間の量で除算した比率が２よりも大きいように、５よりも大きいように、１０よりも大きいように、又は、２から１０の間であるように、フローチャンバ１１０に対する気体状流体と液体状流体との供給を制御してよい。こうした例では、フローチャンバ１１０は、フローチャンバが液体で満たされる時間期間よりも長い時間期間にわたって気体で満たされてよい。フローチャンバ１１０によって受け入れられる液体が汚損材料を含む事例では、液体がフローチャンバを通過する時間の量を減少させることが、チャンバ内に付着した汚損材料の量を減少させてよい。汚損材料を含むことがある液体状流体でフローチャンバ１１０が満たされた状態のままであることを可能にする代わりに、このフローチャンバ１１０から液体が排出されて、気体でフローチャンバが満たされることが可能である。フローチャンバ１１０は、周期的に、分析のために気体で満たされ、及び、その次に気体で満たされ、このことが、クリーニングのために取り外される必要が生じる前に光学センサ１０２が稼働状態のままであることが可能な時間の長さを延長するだろう。
【００３４】
流体は、フローチャンバ１１０の中を通過した後に、流体供給源に戻されるか、又は、廃棄されてよい。図１の例では、フローチャンバ１１０は、出口弁１３２を経由して出口導管１３０に流体連通しており、及び、排水弁１３６を経由して排水導管１３４に流体連通している。動作時には、コントローラ１０４は、出口弁１３２と排水弁１３６とを選択的に開閉するために、出口弁１３２と排水弁１３６とに通信可能な形で接続されていてよい。例えば、第１の弁１２４が閉じられておりかつ第２の弁１２８が開かれている時に、出口弁１３２をこの弁を開くように制御し、かつ、排水弁１３６をこの弁を開くように制御してよい。このことが、流体が第２の流体供給源１２０からフローチャンバ１１０の中を通って流れて出口導管１３０を経由して流体供給源に戻ることを可能にするだろう。これとは逆に、コントローラ１０４は、第１の弁１２４が開かれておりかつ第２の弁１２８が閉じられている時に、出口弁１３２がその弁を閉じるように制御し、かつ、排水弁１３６がその弁を開くように制御してよい。このことが、（例えば、フローチャンバから液体を排出するために）流体がフローチャンバ１１０の外に流れ出すことを可能にし、及び／又は、フローチャンバの外に洗い流された蓄積された汚損材料を放出するための別個の流体経路を実現するだろう。
【００３５】
第１の流体供給源１１８と第２の流体供給源１２０の各々は任意の適切なタイプの流体であってよい。第１の流体供給源１１８が気体状流体である例では、気体は、大気空気、酸素、窒素、二酸化炭素、または、任意の他の許容可能なタイプの気体であってよい。幾つかの例では、この気体は大気圧にある。他の例では、この気体は、大気圧を基準として正の圧力である。さらに、第２の流体供給源１２０が液体状流体である例では、この流体は、（例えば、この液体中の化合物の濃度を測定するために）光学的に分析されることが意図されている液体であるか、又は、光学センサ１０２をクリーニングするために提供される液体であってよい。例えば、第２の流体供給源１２０は、光学センサ１０２から汚損材料をクリーニングするための水または別のクリーニング流体であってよい。他の例では、光学的に分析されることが意図されている液体が、別個のクリーニング液体を提供することに加えて、又は、この代わりに、センサヘッド１１２の光学窓に対して方向付けられてよい。すなわち、光学センサから汚損材料を取り除くために別個のクリーニング液体を光学センサ１０２に対して供給する代わりに、分析のためにセンサの中に入る液体自体が、光学センサ内の付着物の蓄積を減少させるか又は排除することを促進するように光学センサの中に送り込まれてよい。図１の例における光学センサシステム１００が第１の流体供給源１１８と第２の流体供給源１２０とを含むが、他の例では、光学センサシステムは、より少数の流体供給源（例えば、単一の流体供給源）、又は、より多数の流体供給源（例えば、３つ、４つ、又は、５つ以上の流体供給源）を含んでよく、本開示はこの点に関して限定されない。
【００３６】
例えば、一例では、光学センサシステム１００は、気体状流体供給源と、光学センサ１０２をクリーニングするための液体状流体の供給源と、光学センサ１０２による分析の対象である液体状流体の供給源とを含む。コントローラ１０４は、気体状流体供給源をフローチャンバ１１０との流体連通状態にするようにそのシステムを制御し、一方、クリーニングのための液体状流体の供給源と分析対象である液体状流体の供給源との間の流体連通が阻止される。このことがフローチャンバ１１０から液体を排除するだろう。この後に、コントローラ１０４は、フローチャンバ１１０をクリーニングするための液体状流体の供給源をフローチャンバ１１０と流体連通状態にするようにそのシステムを制御することが可能であり、一方、気体状流体供給源と分析対象の液体状流体の供給源とに対する流れが阻止される。その次に、コントローラ１０４は、分析対象である液体状流体の供給源をフローチャンバ１１０と流体連通状態にするようにシステムを制御することが可能であり、一方、クリーニングのための液体状流体の供給源と分析対象である液体状流体の供給源との間の流体連通が阻止される。
【００３７】
光学センサシステム１００内の光学センサ１０２は、様々な異なるタイプの液体状流体を分析するために使用されることが可能である。光学センサ１０２によって分析されることがある例示的な流体が、非限定的に、クリーニング薬剤、殺菌薬剤、工業用冷却塔のための冷却水、殺虫剤のような殺生物剤、耐食剤、スケール防止剤（ａｎｔｉ−ｓｃａｌｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）、付着防止剤（ａｎｔｉ−ｆｏｕｌｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）、洗濯洗剤、ＣＩＰ洗浄剤、塗床剤、自動車手入れ用調合物（ｖｅｈｉｃｌｅ  ｃａｒｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ウォーターケア調合物（ｗａｔｅｒ  ｃａｒｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ボトル洗浄用調合物又は同種のものを含む。幾つかの例では、この流体は、１つ又は複数の化学添加剤を含む水性化学溶液である。これらの流体と他の流体とが第２の流体供給源１２０として使用されてよい。
【００３８】
幾つかの例では、光学センサ１０２は、フローチャンバ１１０の中を流れる流体の中に光学エネルギーを放出する光源を伴う蛍光測定器として構成される。この流体は、この流体の中に送り込まれる光学エネルギーに反応して蛍光発光を放出することができる。その次に、光学センサ１０２は、放出された蛍光発光を検出して、放出された蛍光発光の大きさに基づいて、その溶液内の１つ又は複数の化合物の濃度のような、その溶液の様々な特徴を測定することが可能である。光学センサ１０２が蛍光発光を検出することを可能にするために、こうして例においては、流体供給源から提供される液体状流体は、蛍光発光特徴を示す分子を含んでよい。幾つかの例では、この流体は、蛍光発光特性を示すことがある、例えば、−ＯＨ、−ＮＨ2、−ＯＣＨ3のような１つ又は複数の電子供与置換基を有する多環式化合物及び／又はベンゼン分子を含んでよい。用途に応じて、これらの化合物は、こうした化合物によって流体に与えられる機能的特性（例えば、クリーニング特性及び殺菌特性）の故に、光学センサ１０２の中に入る流体中に本来的に存在することがある。
【００３９】
自然的に蛍光発光する化合物に加えて、又は、この代わりに、この液体状流体は、蛍光トレーサ（蛍光マーカーとも呼称されることがある）を含んでよい。この蛍光トレーサは、特に流体に蛍光発光特性を付与するために、流体の中に混合されることが可能である。例示的な蛍光トレーサ化合物は、非限定的に、ナフタレンジスルホナート（ＮＤＳＡ）、２−ナフタレンスルホン酸、アシッドエロー７，１，３，６，８−ピレネテトラスルホン酸ナトリウム塩、及び、フルオレセインを含む。
【００４０】
フローチャンバ１１０によって受け取られる流体の個別的な組成とは無関係に、光学センサ１０２は、フローチャンバの中を通って流れる流体の１つ又は複数の特徴を測定することが可能である。例示的な特徴は、非限定的に、流体中の１つ又は複数の化合物の濃度、流体の温度、及び／又は、流体の他の特徴を含み、かつ、意図された用途のために流体が適切に調合されていることを確実にすることを促進するだろう。光学センサ１０２は、検出された特徴情報をコントローラ１０４に通信してもよい。
【００４１】
システム１００内の光学センサ１０２は、概して、光学センサの中を通過する移動流体の流れを受け入れると説明されているが、他の例では、光学センサは、光学センサのフローチャンバの中を通って流れることがない流体の静止体積の１つ又は複数の特徴を測定するために使用されてよい。光学センサ１０２が、入口ポートと出口ポートを有するフローチャンバ（図７から図１０）を含む時には、この入口ポートと出口ポートは、流体の静止（例えば、非流動）体積を保持するための形成された限定された空洞に連結されてよい。限定されたフローチャンバは、光学センサ１０２を校正するために有用だろう。校正中に、フローチャンバは、既知の特徴（例えば、１つ又は複数の化合物の既知の濃度、既知の温度）を有する流体で満たされることが可能であり、及び、光学センサ１０２が、その校正溶液の推定された特徴を測定することが可能である。光学センサによって測定された推定された特徴は、（例えば、コントローラ１０４によって）既知の特徴に対して比較されて、光学センサ１０２を校正するために使用されることが可能である。
【００４２】
図１の例における光学センサシステム１００は、さらに、電源１０６と、ユーザインタフェース１０８と、導管１２２、１２６、１３０、１３４とを含む。電源１０６は、光学センサシステム１００の様々な構成要素に対して動作電力を供給し、かつ、異なる例では、交流電流供給線、直流電流供給線、又は、電池のような、供給線からの電力を含んでよい。ユーザインタフェース１０８は、（例えば、光学センサシステム１００の動作パラメータを変更するために、校正ルーチンを実行するために）光学センサシステム１００に対して入力を与えるために、又は、光学センサシステムからの出力を受け取るために、使用されることが可能である。ユーザインタフェース１０８は、概して、表示スクリーン又は他の出力媒体と、ユーザ入力媒体とを含んでよい。幾つかの例では、光学センサシステム１００は、有線接続又は無線接続を経由して１つ又は複数の遠隔計算装置と通信することが可能である。システム１００内の流体導管１２２、１２６、１３０、１３４は、任意のタイプの可とう性又は非可とう性のチューブ、配管、又は、他の流体経路であってよい。
【００４３】
図１の例では、光学センサ１０２は、フローチャンバ１１０の中を通って流れる流体の特徴（例えば、化合物の濃度、温度、又は、同種のもの）を測定する。図２は、流体媒質の特徴を測定する光学センサ２００の一例を示すブロック図である。センサ２００は、光学センサシステム１００内の光学センサ１０２として使用されることがあり、又は、センサ２００は、光学センサシステム１００以外の他の用途に使用されることがある。
【００４４】
図２を参照すると、センサ２００は、コントローラ２２０と、１つ又は複数の光学エミッタ２２２（本明細書では「光学エミッタ２２２」と呼称される）と、１つ又は複数の光学検出器２２４（本明細書では「光学検出器２２４」と呼称される）と、温度センサ２２１とを含む。コントローラ２２０は、プロセッサ２２６と記憶装置２２８とを含む。動作時には、光学エミッタ２２２は、流体流路２３０の中を流れる流体の中に光を送り込み、かつ、光学検出器２２４は、流体によって生じさせられる蛍光発光を検出する。光学エミッタ２２２によって流体の中に送られる光は、流体内の蛍光分子の電子を励起させて、光学検出器２２４によって検出されることが可能なエネルギー（すなわち、蛍光）をその分子が放出することを生じさせることによって、蛍光発光を生じさせることができる。例えば、光学エミッタ２２２は、１つの周波数（例えば、紫外周波数）の光を、流体流路２３０の中を流れる流体の中に送り込み、かつ、異なる周波数（例えば、可視光周波数）で蛍光発光分子が光エネルギーを放出することを生じさせるだろう。センサ２００内の温度センサ２２１は、そのセンサの付近（例えば、そのセンサに接触している）流体流の温度を測定することが可能である。幾つかの例では、センサ２００は、外部装置と通信する。
【００４５】
記憶装置２２８は、ソフトウェアと、コントローラ２２０によって使用又は生成されるデータとを記憶する。例えば、記憶装置２２８は、センサ２００によって監視されている流体の中の１つまたは複数の化学成分の濃度を測定するために、コントローラ２２０によって使用されるデータを記憶してよい。幾つかの例では、記憶装置２２８は、光学検出器２２４によって検出された蛍光発光を１つまたは複数の化学成分の濃度に関係付ける方程式の形態でデータを記憶する。
【００４６】
プロセッサ２２６は、本開示においてセンサ２００とコントローラ２２０とに属する機能を果たすために、記憶装置２２８内に記憶されているソフトウェアを実行してよい。コントローラ２２０、コントローラ１０４、又は、本開示において言及されているあらゆる他の装置内のプロセッサとして説明されている構成要素の各々は、１つ又は複数のマイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理回路又は同種のもののような、１つまたは複数のプロセッサを、単独で、又は、任意の適切な組み合わせの形で含むことが可能である。
【００４７】
光学エミッタ２２２は、流体流路２３０内に存在する流体の中に光学エネルギーを放出する少なくとも１つの光学エミッタを含む。幾つかの例では、光学エミッタ２２２は、特定の範囲の波長全体にわたる光学エネルギーを放出する。他の例では、光学エミッタ２２２は、１つ又は複数の個別の波長の光学エネルギーを放出する。例えば、光学エミッタ２２２は、２つ、３つ、４つ、または、５つ以上の別個の波長で放出してよい。
【００４８】
一例では、光学エミッタ２２２は、紫外（ＵＶ）スペクトルの範囲内の光を放出する。ＵＶスペクトルの範囲内の光は、約２００ｎｍから約４００ナノメートルの範囲内の波長を含んでよい。光学エミッタ２２２から放出される光は、流体流路２３０内の流体の中に送られる。光学エネルギーを受け取ることに反応して、流体中の蛍光分子は励起して、その分子が蛍光発光を生じさせることを引き起こすだろう。光学エミッタ２２２によって放出されるエネルギーとは異なる周波数であるか又は異なる周波数ではないことがある蛍光発光は、蛍光発光分子中の励起された電子がエネルギー状態を変化させる時に発生させられるだろう。蛍光発光分子によって放出されるエネルギーは、光学検出器２２４によって検出されてよい。例えば、光学エミッタ２２２は、約２８０ｎｍから約３１０ｎｍの周波数範囲内の光を放出してよくし、かつ、流体の組成に応じて、約３１０ｎｍから約４００ｎｍの範囲内の蛍光発光を生じさせてよい。
【００４９】
光学エミッタ２２２は、センサ２００内で、様々な異なる形で具体化されてよい。光学エミッタ２２２は、流体中の分子を励起させるための１つ又は複数の光源を含んでよい。例示的な光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、及び、ランプを含む。幾つかの例では、光学エミッタ２２２は、光源によって放出される光をフィルタリングするための光学フィルタを含む。この光学フィルタは、光源と流体との間に配置され、かつ、特定の波長範囲内の光を通過させるように選択されてよい。別の幾つかの例では、光学エミッタは、光源から放出される光を平行化するために光源の付近に配置されている、平行化レンズ、フード、又は、リフレクタのようなコリメータを含む。コリメータは、光源から放出される光の拡散を減少させて、光学ノイズを低減させるてよい。
【００５０】
センサ２００は、さらに、光学検出器２２４も含む。光学検出器２２４は、流体流路２３０内の励起された分子によって放出される蛍光発光を検出する少なくとも１つの光学検出器を含む。幾つかの例では、光学検出器２２４は、光学エミッタ２２２が位置する側部とは異なる流体流路２３０の側部上に位置している。例えば、光学検出器２２４は、光学エミッタ２２２に対して約９０度オフセットしている流体流路２３０の側部上に配置されているだろう。この配置は、光学エミッタ２２２によって放出され、流体流路２３０内の流体を通過して伝達され、光学検出器２２４によって検出される光の量を、減少させることがある。この伝達された光は、潜在的には、光学検出器によって検出される蛍光発光に干渉する可能性がある。
【００５１】
動作中には、光学検出器２２４によって検出される光学エネルギーの量は、流体流路２３０中の流体の内容に依存してよい。流体流路が、特定の特性（例えば、特定の化合物、及び／又は、化学種の特定の濃度）を有する流体溶液を含む場合に、光学検出器２２４は、その流体によって放出される特定のレベルの蛍光エネルギーを検出することができる。しかしながら、この流体溶液が異なる特性（例えば、異なる化合物、及び／又は、化学種の異なる濃度）を有する場合には、光学検出器２２４は、流体によって放出される異なるレベルの蛍光エネルギーを検出してよい。例えば、流体流路２３０内の流体が、１つ又は複数の蛍光化合物の第１の濃度を有する場合には、光学検出器２２４は、第１の大きさの蛍光発光を検出してよい。しかしながら、流体流路２３０内の流体が、第１の濃度よりも高い１つ又は複数の蛍光化合物の第２の濃度を有する場合には、光学検出器２２４は、第１の大きさよりも大きい蛍光放出の第２の大きさを検出してよい。
【００５２】
光学検出器２２４は、さらに、センサ２００内で様々な形で具体化されてよい。光学検出器２２４は、光学信号を電気信号に変換するための、例えばフォトダイオード又は光電子増倍管のような１つ又は複数の光検出器を含んでよい。幾つかの例では、光学検出器２２４は、流体から受け取られた光学エネルギーを集束及び／又は成形するために、流体と光検出器との間に配置されたレンズを含む。
【００５３】
図２の例のセンサ２００は、さらに、温度センサ２２１も含む。温度センサ２２１は、そのセンサのフローチャンバの中を通過する流体の温度を感知するように構成されている。様々な例では、温度センサ３１６は、バイメタル機械式温度センサ、電気抵抗式温度センサ、光学温度センサ、又は、任意の他の適切なタイプの温度センサであってよい。温度センサ２２１は、感知した温度の度合いを表している信号を発生させることが可能である。他の例では、センサ２００は温度センサ２２１を含まない。
【００５４】
コントローラ２２０は光学エミッタ２２２の動作を制御し、かつ、光学検出器２２４によって検出された光の量に関する信号を受け取る。コントローラ２２０は、さらに、温度センサ２２１に接触している流体の温度に関する温度センサ２２１からの信号を受け取る。幾つかの例では、コントローラ２２０は、さらに、例えば、流体流路２３０の中を通過する流体の中の１つ又は複数の化学種の濃度を測定するために、信号を処理する。
【００５５】
１つの例では、コントローラ２２０は、流体の中へ放射を方向付けるために光学エミッタ２２２を制御し、かつ、さらには、流体によって放出される蛍光発光を検出するために光学検出器２２４を制御する。その次に、コントローラ２２０は、流体中の化学種の濃度を測定するために光検出情報を処理する。例えば、流体が蛍光トレーサを含む事例では、対象である化学種の濃度が、蛍光トレーサの測定濃度に基づいて測定されることが可能である。コントローラ２２０は、未知の濃度の蛍光トレーサを含む流体から光学検出器２２４によって検出された蛍光発光の大きさを、既知の濃度のトレーサを含む流体から光学検出器２２４によって検出された蛍光発光の大きさに対して比較することによって、蛍光トレーサの濃度を測定することが可能である。コントローラ２２０は、次の方程式（１）及び（２）を使用して、対象である化学種の濃度を測定することが可能である。
【００５６】
【数１】
0006346171.tif 000002
【００５７】
上記の方程式（１）及び（２）では、Ｃcは対象である化学種の現在濃度であり、Ｃmは蛍光トレーサの現在濃度であり、Ｃoは対象である化学種の公称濃度であり、Ｃfは蛍光トレーサの公称濃度であり、Ｋmはスロープ補正係数（ｓｌｏｐｅ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）であり、Ｓxは現在蛍光測定信号であり、Ｚoはゼロシフトである。コントローラ２２０は、さらに、温度センサ２２１によって測定された温度に基づいて、対象である化学種の測定濃度を調整してよい。
【００５８】
センサ１０２（図１）とセンサ２００（図２）は、幾つかの異なる物理的構成を有することが可能である。図３と図４は、センサ３００の１つの例示的な構成の略図であり、この構成はセンサ１０２とセンサ２００とによって使用されることが可能である。センサ３００は、フローチャンバ３０２と、センサヘッド３０４と、センサキャップ（ｓｅｎｓｏｒ  ｃａｐ）３０６と、固着部材３０８とを含む。センサヘッド３０４は、図３において、フローチャンバ３０２の外側に、かつ、フローチャンバ３０２の中に挿入可能である形で示されており、一方、図４では、センサヘッドは、フローチャンバ３０２の中に挿入されており、かつ、固着部材３０８によってフローチャンバ３０２に取り付けられている形で、示されている。センサヘッド３０４がフローチャンバ３０２の中に挿入されて取り付けられる時に、このフローチャンバは、流体供給源から流体を受け取ってセンサヘッド３０４を通過する流体の流れを調整する、限定された空洞を画定するだろう。例えば、より詳細に後述するように、フローチャンバ３０２は、フローチャンバ３０２の中に入る流体をセンサヘッド３０４の光学窓に対して方向付ける流体ノズルを含んでよい。この流体ノズルは、例えばセンサが流体供給源から移動流体を連続的に受け入れるオンラインセンサとして具体化される時に、センサヘッド３０４上に付着物が蓄積することを回避することを促進し、及び／又は、蓄積した汚損材料をセンサヘッドから取り除くことを促進することができる。
【００５９】
センサ３００のフローチャンバ３０２は、センサヘッド３０４を受け入れて収容するように構成される。概して、センサヘッド３０４は、フローチャンバ３０２の中に挿入可能であり、かつ流体チャンバ内の流体の特徴を感知するように構成される、センサ３００の任意の構成要素であってよい。様々な例では、センサヘッド３０４は、図１及び図２に関して上述したように、フローチャンバ３０２内の流体中の１つまたは複数の化合物の濃度、流体チャンバ内の流体の温度、流体チャンバ内の流体のｐＨ、及び／又は、意図された用途のために流体が適切に調合されていることを確実なものにするのを補助することがある流体の他の特徴を測定するために、特徴を感知するように構成されてよい。
【００６０】
図５と図６は、図３に示されている例示的なセンサヘッド３０４の別の図である。示されるように、センサヘッド３０４は、センサヘッドハウジング３１０と、第１の光学窓３１２と、第２の光学窓３１４と、図示される例では２つの温度センサ３１６Ａ、３１６Ｂ（集合的に「温度センサ３１６」）として示される少なくとも１つの温度センサとを含む。センサヘッドハウジング３１０は、例えば光学エミッタ（図２）及び光学検出器（図２）のようなセンサ３００の様々な構成要素を収容することが可能な流体不浸透性の構造を画定する。センサヘッドハウジング３１０は、少なくとも部分的に、かつ、場合によっては完全に、流体内に浸されていることが可能である。第１の光学窓３１２は、例えば蛍光発光を生じさせるために、センサ３００の光学エミッタがその中を通してフローチャンバ３０２内の流体の中に光を送ることが可能な、センサヘッドハウジング３１０の光学的に透明な部分を画定する。第２の光学窓３１４は、フローチャンバ３０２内の流体によって放出される蛍光発光をセンサ３００の光検出器がその中を通して受け取ることが可能である、センサヘッドハウジング３１０の異なる光学的に透明な部分を画定する。温度センサ３１６は、流体の温度を測定するために、フローチャンバ３０２内の流体に接触するように構成される。
【００６１】
センサヘッドハウジング３１０は任意の適切なサイズと形状を画定することが可能であり、かつ、センサヘッドハウジングのサイズと形状は、例えばハウジングによって支持されたセンサの個数と配置とに応じて、様々であることが可能である。図５と図６の例では、センサヘッドハウジング３１０は、近位端部３１８から遠位端部３２０に（すなわち、図５と図６に示されているＺ方向に）延びており、かつ平らな底面３２１を含む、細長い本体を画定する。幾つかの例では、センサヘッドハウジング３１０は、（図５と図６に示されているＸ方向又はＹ方向における）主幅よりも大きい図５と図６に示されているＺ方向における長さを有する細長い本体を画定する。他の例では、センサヘッドハウジング３１０は、そのハウジングの主幅よりも小さい長さを画定する。
【００６２】
センサヘッドハウジング３１０が実質的に円形の横断面形状（すなわち、図５及び図６に示されているＸ−Ｙ平面において）を画定するように示されているが、他の例では、このハウジングは、他の形状を画定することが可能である。センサヘッドハウジング３１０は、任意の多角形（例えば、正方形、六角形）または弓形（例えば、円形、楕円形）の形状、又は、多角形及び弓形の形状の組み合わせさえ画定することが可能である。例えば、幾つかの例では、センサヘッドハウジング３１０は、ハウジングの内側に向かって突き出る山形切り抜き部分（ａｎｇｕｌａｒ  ｃｕｔｏｕｔ）を画定する。この山形切り抜き部分は、例えば、光エミッタから１つの窓の中を通して流体サンプルの中に光を方向付けるために、かつ、流体サンプルによって発生させられた蛍光発光を別の窓を通して受け取るために、第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４を配置するための場所を提供してよい。この山形切り抜き部分は、さらに、例えばセンサヘッドハウジング３１０がフローチャンバ３０２（図３）の中に挿入されて流体がフローチャンバの中を通って流れている時に、第１の光学窓と第２の光学窓との間で流体を方向付けるための流体流路を画定してよい。
【００６３】
センサヘッドハウジング３１０のこの例では、このハウジングは、第１の平らな面３２４と第２の平らな面３２６とによって画定されている山形切り抜き部分３２２を含む。第１の平らな平面３２４と第２の平らな平面３２６の各々は、センサハウジング３１０の中心に向かって半径方向に内方に延びる。第１の平らな平面３２４は第２の平らな平面３２６と交差して、これら２つの平らな面の間に交差角を画定する。幾つかの例では、第１の平らな平面３２４と第２の平らな平面３２６との間の交差角は約９０度であるが、この交差角は９０度より大きいことも９０度より小さいことも可能であり、かつ、本開示によるセンサがこの点において限定されないということを理解されたい。
【００６４】
センサヘッドハウジング３１０が山形切り抜き部分３２２を含む時には、第１の光学窓３１２は山形切り抜き部分の一方の側部上に配置されることが可能であり、一方、第２の光学窓３１４は山形切り抜き部分の異なる側部上に配置されることが可能である。こうした配置が、例えば第１の光学窓３１２が第２の光学窓３１４から１８０度の向かい側に位置させられている場合に比較して、光学エミッタによって放出されてフローチャンバ３０２内の流体の中を通って伝達されて光学検出器によって検出される光の量を減少させることがある。流体の中を通して伝達されて光学検出器によって検出される光学エミッタによって発生させられる光が、潜在的に、蛍光発光を検出する光学検出器の能力の妨げになる可能性がある。
【００６５】
第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４は、センサヘッドハウジング３１０の光学的に透明な部分である。第１の光学窓３１２は、センサ３００の光学エミッタによって放出される光の周波数に対して光学的に透明であってよい。第２の光学窓３１４は、流体チャンバ内の流体によって放出される蛍光発光の周波数に対して光学的に透明であってよい。動作中は、第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４は、センサヘッドハウジング３１０内に収容された光学エミッタによって発生させられた光をフローチャンバ３０２内の流体の中に送るための、かつ、その流体によって放出された蛍光発光を、センサヘッドハウジング内に収容されている光学検出器によって受け入れるための、光学経路を提供してよい。
【００６６】
幾つかの例では、第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４は同一の材料で作られているが、一方、他の例では、第１の光学窓３１２は、第２の光学窓３１４の形成に使用される材料とは異なる材料で作られている。第１の光学窓３１２及び／又は第２の光学窓３１４は、光を伝達し及び屈折させるレンズ、プリズム、又は、他の光学装置を含むか、又は、含まなくてよい。例えば、第１の光学窓３１２及び／又は第２の光学窓３１４は、センサヘッドハウジング３１０の中を通って延びる光学チャネルの中に配置されているボールレンズによって画定されることがある。このボールレンズは、ガラス、サファイア、又は、他の適している光学的に透明な材料で作られることが可能である。
【００６７】
図５と図６の例では、センサヘッドハウジング３１０は、光を流体の中に伝達するための第１の光学窓３１２と、流体からの蛍光発光を受け入れるための第２の光学窓３１４とを含む。第１の光学窓３１２は、センサヘッドハウジング３１０の長さに沿って（すなわち、図５及び図６に示されているＺ方向において）、第２の光学窓３１４と実質的に同じ位置に配置されている。使用中は、フローチャンバ３０２（図３）内の流体が、例えば図５及び図６に示されている正のＺ方向に流れることによって、第１の光学窓３１２の中心を通って延びる光軸と第２の光学窓３１４の中心を通って延びる光軸との間を移動するだろう。流体がこれらの光学窓を通過して移動するにつれて、光エミッタは、第１の窓３１２の中を通して流体の中に光を送り、その流体中の分子が励起して蛍光発光することを引き起こすだろう。蛍光発光する流体が第２の光学窓３１４を通過して流れる前に、その蛍光発光する分子によって放出される光学エネルギーが第２の光学窓３１４を通して光学検出器によって受け取られてよい。
【００６８】
センサヘッド３０４のこの例では、第１の光学窓３１２は、センサヘッドハウジング３１０の長さに沿って第２の光学窓３１４と実質的に同一の位置に配置されているが、他の例では、第１の光学窓３１２は、センサヘッドハウジングの長さに沿って、第２の光学窓３１４からオフセットしていることがある。例えば、第２の光学窓３１４は、第１の光学窓３１２よりも、センサヘッドハウジング３１０の近位端部３１８により接近して配置されてよい。さらに、センサヘッド３０４が、光学エネルギーを放出するための単一の光学窓と、光学エネルギーを受け取るための単一の光学窓とを含む形で示されているが、他の例では、センサヘッド３０４は、より少ない数の光学窓（例えば、単一の光学窓）、又は、より多い数の光学窓（例えば、３つ、４つ、又は、５つ以上）を含むことが可能であり、かつ、本開示はこの点に関して限定されない。
【００６９】
動作中は、センサ３００は、フローチャンバ３０２の中を流れる流体からの蛍光発光を検出することが可能である。この蛍光発光データは、フローチャンバの中を通って流れる化学種の濃度を測定するために、又は、フローチャンバ内の流体の他の特性を測定するために、使用されるだろう。用途に応じて、蛍光検出によって得られることが可能なデータ以外の、フローチャンバ３０２の中を通って流れる流体の特徴に関する追加的なデータが、その流体の特性を監視及び／又は調整するために有用であるだろう。この理由から、センサ３００は、フローチャンバ３０２内の流体の様々な特性を感知するために、（例えば、蛍光定量的な光学センサに追加して）様々なセンサを含むことがある。
【００７０】
図５及び図６では、センサヘッド３０４は、フローチャンバ３０２内の流体の温度を測定するための温度センサ３１６を含む。温度センサ３１６は、流体の温度を感知して、検出温度に対応する信号を生成することが可能である。温度センサを伴って構成される時には、温度センサは、流体に物理的に接触することによって流体の温度を測定する接触センサとして、又は、流体にセンサを物理的に接触させることなしにその流体の温度を測定する非接触型センサとして実現されることが可能である。他の例では、センサヘッド３０４は温度センサ３１６を含まない。
【００７１】
センサヘッド３０４のこの例では、温度センサ３１６は、センサヘッドハウジング３１０の、光学窓３１２、３１４とは異なる面上に配置される。明確に述べると、温度センサ３１６は、センサヘッドハウジング３１０の底面３２１上に配置され、一方、第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４はそのハウジングの側壁上に配置される。異なる例では、温度センサ３１６は、センサヘッドハウジング３１０の１つの面（例えば、底面３２１）と同一面上にあるか、センサヘッドハウジングの面から外方に突き出すか、又は、センサヘッドハウジングの面に対して凹んでよい。
【００７２】
センサヘッドハウジング３１０に対する温度センサ３１６の具体的な配置とは無関係に、フローチャンバ３０２内の流体は、センサ３００の動作中に、温度センサに近接して流れてよい。温度センサが流体の温度を感知することが可能であるように、流体は、温度センサを通過して及び採用随意に温度センサに接触して流れることによって、温度センサ３１６に近接して流れてよい。
【００７３】
簡単に上述したように、センサ３００（図３）はフローチャンバ３０２を含む。フローチャンバ３０２は、センサヘッド３０４を受け入れて収容するように構成される。特に、図３の例では、フローチャンバ３０２は、センサヘッドの面が流体チャンバの面に接触するまで、図３に示されている負のＺ方向にセンサヘッドを移動させることによって、センサヘッド３０４を受け入れるように構成される。この接触面は、センサヘッドハウジング３１０の底面３２１（図５及び図６）、又は、センサヘッドの別の面であるだろう。フローチャンバ３０２内に適切に配置され終わると、センサヘッドをフローチャンバに機械的に固定するために、固着部材３０８がフローチャンバ３０２及びセンサヘッド３０４上に取り付けられることが可能である。
【００７４】
図７から図９は、フローチャンバ３０２の例示的な構成の様々な図である。図７は、フローチャンバからセンサヘッド３０４が取り除かれた形で示されているフローチャンバ３０２の上部斜視図である。図８は、図７に示されている断面線Ａ−Ａに沿った（センサヘッド３０４がフローチャンバの中に挿入されている）フローチャンバの断面平面図である。図９は、図７に示されている断面線Ｂ−Ｂに沿った、（センサヘッド３０４がフローチャンバの中に挿入されている）フローチャンバ３０２の断面側面図である。
【００７５】
これらの図示されている例では、フローチャンバ３０２は、フローチャンバハウジン３５０と、入口ポート３５２と、出口ポート３５４とを含む。フローチャンバハウジング３５０は、センサヘッド３０４を受け入れるように構成される（例えば、サイズ決定及び成形される）空洞３５６を画定する。入口ポート３５２は、フローチャンバハウジング３５０（例えば、このハウジングの側壁）の中を通って延びており、かつ、このハウジングの外側からこのハウジングの内部に流体を搬送するように構成される。出口ポート３５４は、フローチャンバハウジング３５０（例えば、このハウジングの側壁）の中を通って延びており、かつ、このハウジングの内部からこのハウジングの外側に流体を搬送して戻すように構成される。動作時には、流体が入口ポート３５２を経由してフローチャンバ３０２の中に入り、第１の光学窓３１２と、第２の光学窓３１４と、センサヘッド３０４の温度センサ３１６との付近を通過し、かつ、出口ポート３５４を経由してフローチャンバから出て行くことができる。フローチャンバ３０２がオンライン用途で使用される時には、流体は、一定の時間期間にわたって連続的にチャンバの中を通って流れてよい。例えば、フローチャンバ３０２のサイズと形状構成とに応じて、流体は、毎分０．１ガロン（０．３７８５リットル）から毎分１０ガロン（３７．８５リットル）の範囲内の流量で、そのチャンバの中を通過して流れるだろうが、他の流量も可能であり、想定される。
【００７６】
光学センサ３００の動作中には、フローチャンバ３０２は、例えば下流の工業プロセスから、汚損材料（例えば、固体粒子）及び／又は気泡を含む流体を受け入れてよい。こうした汚損材料及び／又は気泡はフローチャンバ内に蓄積し、センサヘッド３０４がその流体の特徴を適切に検出することを妨げるだろう。本開示による幾つかの例では、フローチャンバ３０２の入口ポート３５２が、フローチャンバ３０２の中に入る流体をセンサヘッド３０４の光学窓に対して方向付けるように構成されている少なくとも１つの流体ノズルを画定する。例えば、図８では、入口ポート３５２が、第１の流体ノズル３５５Ａと第２の流体ノズル３５５Ｂとを画定する形で示される（これらのノズルは集合的に「流体ノズル３５５」と呼称される）。センサヘッド３０４（図４及び図５）がフローチャンバ３０２内に挿入されると、第１の流体ノズル３５５Ａは、フローチャンバ３０２の中に入る流体を第１の光学窓３１２に対して方向付け、一方、第２の流体ノズル３５５Ｂは、フローチャンバの中に入る流体を第２の光学窓３１４に対して方向付けるだろう。入口ポート３５２の流体ノズル３５５は、例えば流入する流体がセンサヘッドの光学窓に対して衝突することを引き起こすことによって、センサヘッド３０４上の汚損材料の蓄積を減少させるか又は排除することを促進することができる。この衝突する流体は、センサヘッド３０４の光学窓上に汚損材料が蓄積することを防止し、及び／又は、光学窓から蓄積汚染材料を取り除くことができる。
【００７７】
さらに、センサヘッド３０４の光学窓に対して流入流体を方向付けることが、例えば少なくともセンサヘッドによって光学的に分析される前に、その流体中の気泡の形成を排除するか又は減少させてよい。幾つかの用途では、気泡が、流体がフローチャンバの様々な表面と接触する時にフローチャンバ３０２の中を通って流れる流体の中に発生し、例えば、溶解した気体が溶液の外に出てフローチャンバ内に蓄積することを引き起こすことがある。こうした気泡は、光学センサ３００のセンサヘッド３０４が流体の特徴を測定する際の精度を低下させるだろう。フローチャンバ３０２の中に入る流体をセンサヘッド３０４の光学窓に対して方向付けることが、その流体中に気泡が発生することを防止し、及び／又は、その流体中に気泡が発生する前に流体が光学的に分析されることを可能にしてよい。
【００７８】
流体ノズル３５５は、フローチャンバの中に入る流体をセンサヘッド３０４の光学窓に対して方向付ける任意の構造であってよい。流体ノズル３５５は、そのノズルの中を通って流れる流体の速度を増大させるために（例えば、図８に示されている負のＹ方向に）先細になるか、又は、そのノズルの中を通って流れる流体の速度を減少させるために拡大するか、又は、そのノズルの長さに沿って等しい断面積を維持してよい。図７から図９の例では、流体ノズル３５５は、フローチャンバ３０２の内側壁からセンサヘッド３０４の山形切り抜き部分３２２の中に突き出す。流体ノズル３５５は、第１の流体ノズル３５５Ａと第２の流体ノズル３５５Ｂとにその遠位端部において分岐する単一の流体導管を画定する。他の例では、第１の流体ノズル３５５Ａと第２の流体ノズル３５５Ｂは、各々に、フローチャンバ３０２の壁から突き出る別個の流体経路を画定してよい。さらに、別の例では、流体ノズル３５５は、フローチャンバ３０２の壁から突き出さないこともある。むしろ、こうした例では、流体ノズル３５５は、フローチャンバ３０２の壁と同一平面上にあるか、又は、この壁の中に凹んでいてよい。
【００７９】
流体ノズル３５５は、フローチャンバ３０２の中に入る流体をセンサヘッド３０４の光学窓に対して発射する少なくとも１つの開口部（例えば、図７から図９の例では２つの開口部）を画定する。この流体ノズルの開口部のサイズは、例えば、フローチャンバ３０２のサイズと、フローチャンバの中を通して搬送されることが意図されている流体の量とに応じて、変化することが可能である。さらに、流体ノズルの開口部のサイズは、センサヘッド３０４の光学窓のサイズに応じて変化してよい。幾つかの例では、流体ノズル３５５は、センサヘッド３０４の光学窓の断面積よりも小さいか又はこの断面積に等しい断面積を有する開口部を画定する。例えば、図７から図９の例では、第１の流体ノズル３５５Ａは、第１の光学窓３１２の断面積よりも小さい断面積を画定し、及び／又は、第２の流体ノズル３５５Ｂは、第２の光学窓３１４の断面積よりも小さい断面積を画定してよい。第１の流体ノズル３５５Ａの断面積は、第２の流体ノズル３５５Ｂの断面積と同一であるか又はこの断面積とは異なってもよい。流体ノズルが第１の光学窓３１２及び第２の光学窓３１４の断面積よりも小さいか又はこれに等しい断面積を有するように、第１の流体ノズル３５５Ａと第２の流体ノズル３５５Ｂとをサイズ決定することが、フローチャンバ３０２の中に入る流体を光学窓上に集中させてもよい。第１の光学窓３１２及び／又は第２の光学窓３１４に対して比較的により大きい流体の流れを方向付けるのではなく、比較的により小さい流れの形に流体の流れを集中させることが、流体の流れの圧力及び／又は速度を増大させるだろう。このことは、汚損材料を取り除くために流体の流れがセンサヘッド３０４の光学窓に衝突する力を増大させることができる。
【００８０】
流体ノズル３５５は、フローチャンバ３０２に沿った様々な異なる位置に配置されることが可能であり、且つ、この位置は、例えばセンサヘッド３０４の光学窓の位置に基づいて変化することが可能である。幾つかの例では、センサヘッド３０４は、センサヘッドハウジング３１０に沿って共通平面内に配置されている第１の光学窓と第２の光学窓とを含む。この共通平面は、共通垂直平面（例えば、図５及び図６に示されているＹ−Ｚ平面）又は共通水平平面（図５及び図６に示されているＸ−Ｙ平面）であってよい。例えば、センサヘッド３０４（図５及び図６）の例では、第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４は、各々の光学窓の中心を通過する共通の水平平面を伴って配置されている。幾つかの例では、流体ノズル３５５は、センサヘッド３０４の光学窓と同一の平面（例えば、第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４の両方と同一の平面）内に配置されてよい。この場所は、流体ノズルの末端からセンサヘッドの光学窓に流体が移動するために必要とする距離を最小化するだろう。
【００８１】
図９は、センサヘッド３０４がフローチャンバ３０２の中に挿入されているフローチャンバ３０２の断面側面図である。この構成では、第２の流体ノズル３５５Ｂは、第２の光学窓３１４と共通又は同一の平面内に配置されている。この断面図には示されていないが、第１の流体ノズル３５５Ａも、第１の光学窓３１２と共通の平面４００内に配置されてよい。流体ノズル３５５が、センサヘッド３０４の光学窓と共通の平面４００内に配置されている時には、流体は、動作中に、流体ノズルの端部と光学窓との間の平面内を（例えば、直線的に）移動することができる。光学窓に対する流体ノズルの相対的な位置に応じて、センサヘッド３０４の光学窓の共通平面内に流体ノズル３５５を配置することは、動作中に流体ノズルと光学窓との間を流体が移動する距離を最小化するだろう。一方、このことは、流体が光学窓に衝突する際の力を増大させてよい。そうは言っても、他の例では、流体ノズル３５５は、第１の光学窓３１２及び／又は第２の光学窓３１４と共通の平面４００内に配置されておらず、本開示はこの点において限定されない。
【００８２】
流体ノズル３５５と、特に、流体ノズル３５５の流体開口部とが、センサヘッド３０４の光学窓に対して様々な異なる方向配置を有することが可能である。概して、センサヘッド３０４の光学窓に向かって流体ノズル３５５の開口部が方向付けられているように、流体ノズル３５５の開口部を方向付けることが、光学窓に対して流体を方向付けるために有用であってよい。動作中には、流体ノズル３５５がこのような構成を有する時に、流体ノズルから放出される流体が、フローチャンバ１１０の壁面又は他の内部面に接触することなしに、流体ノズルからセンサヘッド３０４の光学窓に移動することができる。この代わりに、流体ノズル３５５を出て行く流体は、フローチャンバ３０２の内側の他のあらゆる面に接触する前に、センサヘッド３０４の光学窓に直接的に接触してよい。
【００８３】
さらに図８を参照すると、第１の流体ノズル３５５Ａは、第１の流体ノズルの中心を通って延びる第１の流体軸線３８０Ａを画定し、かつ、第２の流体ノズル３５５Ｂは、第２の流体ノズルの中心を通って延びる第２の流体軸線３８０Ｂを画定する。第１の流体軸線３８０Ａは、流体が第１の流体ノズル３５５Ａの中を通って流れている時に、そのノズルを出て行く流体の流れが実質的に第１の光学窓上に集中させられるように、概ね第１の光学窓３１２の中心を通過して延びて交わる。第２の流体軸線３８０Ｂは、流体が第２の流体ノズル３５５Ｂの中を通って流れている時に、そのノズルを出て行く流体の流れが実質的に第２の光学窓上に集中させられるように、概ね第２の光学窓３１４の中心を通過して延びて交わる。他の例では、第１の流体軸線３８０Ａ及び／又は第２の流体軸線３８０Ｂは、第１の光学窓３１２及び／又は第２の光学窓３１４の中心ではないこれらの光学窓の異なる部分を通過して延びるか、又は、これらの光学窓を通過して延びないだろう。例えば、第１の流体軸線３８０Ａと第２の流体軸線３８０Ｂは、流体が第１の流体ノズル３５５Ａと第２の流体ノズル３５５Ｂとの中を流れている時に、これらのノズルを出て行く流体の流れが、例えば第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４とに対して流れる前に、センサヘッドハウジングの壁に衝突するように、センサヘッドハウジング３１０の壁を貫通して延びてよい。こうした構成は、流入流体流がセンサヘッド３０４の光学窓に衝突する前にこの流入流体流の力を散逸させることがある。
【００８４】
図７から図９の例におけるフローチャンバ３０２の動作中に、流体はフローチャンバの入口ポート３５２の中に入り、かつ、第１の流体ノズル３５５Ａと第２の流体ノズル３５５Ｂとに分岐する前に、この入口ポートを通過して移動し、かつ、幾つかの例では流体ノズル３５５の一部分の中を通過して移動する。入口ポートの中に入る流体の一部分は第１の流体ノズル３５５Ａを通して放出され、一方、入口ポートの中に入る流体の別の部分は第２の流体ノズル３５５Ｂを通して放出される。幾つかの例では、入口ポート３５２の中に入る流体のすべてが、第１の流体ノズル３５５Ａと第２の流体ノズル３５５Ｂとを経由して入口ポートから放出される。例えば、流体ノズル３５５Ａが、第２の流体ノズル３５５Ｂによって画定されている開口部と概ね同一の大きさである開口部を画定する時には、入口ポート３５２に入る流体の概ね半分が第１の流体ノズル３５５Ａを経由して入口ポートから放出され、一方、その他方の半分が第２の流体ノズル３５５Ｂから放出されてよい。流体ノズル３５５からの放出時に、流体は、第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４とに接触する前に、流体ノズルの遠位先端から気体又は液体で満たされた空間の中を通って移動してよい。
【００８５】
センサヘッド３０４の動作中に、このセンサヘッドは、第１の光学窓３１２の中を通して、フローチャンバ３０２の中を通って流れる流体の中に光を放出し、かつ、流体の特徴を検出するために、第２の光学窓３１４を通して流体からの光学エネルギー（例えば、蛍光発光）を受け取ってよい。流体ノズル３５５が、第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４の中を通って延びる光学経路の中に、フローチャンバ３０２の壁から突き出る場合には、流体ノズルは、センサに対する光学的な干渉を潜在的に生じさせることがある。したがって、幾つかの例では、流体ノズル３５５がフローチャンバ３０２の壁から突き出る時に、流体ノズルは、そのノズルによる光学的干渉を最小限にするか又は防止することを促進するようにサイズ決定される。
【００８６】
図１０は、図７に示されている断面線Ａ−Ａに沿ったフローチャンバ３０２（そのフローチャンバの中に挿入されているセンサヘッド３０４を伴って示されており、かつ、図示のために流体ノズル３５５は省略されている）別の断面平面図である。図１０は、光学センサ３００によって画定されていることがある例示的な光学的領域を示す。この例では、第１の光学窓３１２は、山形切り抜き部分３２２の第１の光学的領域４０２の中に光源からの光を投射するように構成されており、かつ、第２の光学窓３１４は、山形切り抜き部分の第２の光学的領域４０４からの光を受け取るように構成されている。第１の光学的領域４０２は、第１の光学窓３１２及び第２の光学窓３１４に隣接した第２の光学的領域４０４と重なる。センサヘッド３０４の方向配置と設計とに応じて、第１及び第２の光学的領域が第１の光学窓３１２と第２の光学窓３１４とから遠ざかる形で延びて第３の光学的領域４０６を画定するのにつれて、第１の光学的領域４０２は第２の光学的領域４０４から分岐してよい。流体ノズル（図１０には示されていない）は、このノズルが第１の光学的領域４０２及び／又は第２の光学的領域４０４の中に突き出すことなしに第３の光学的領域４０６の中に突き出すように、サイズ決定されてよい。このようなサイズ決定が、突き出している流体ノズルがセンサヘッド３０４に対する光学的干渉を引き起こす度合いを最小限にすることを促進することができる。
【００８７】
図７から図１０の例における光学センサ３００は、２つの光学窓（光学窓３１２と第２の光学窓３１４）を含む。この理由から、この例では、フローチャンバ３０２は、２つの流体ノズル、すなわち、第１の流体ノズル３５５Ａと第２の流体ノズル３５５Ｂとを有するものとして概して説明されている。他の例では、フローチャンバ３０２は、より少数の流体ノズル（例えば、単一の流体ノズル）、又は、より多数の流体ノズル（例えば、３つ、４つ、又は、５つ以上の流体ノズル）を有してよく、かつ、本開示はこの点において限定されない。例えば、光学センサ３００のセンサヘッド３０４が３つ以上の光学窓を有する時には、フローチャンバ３０２は３つ以上の流体ノズルを有してよい。幾つかの例では、フローチャンバ３０２は、センサヘッド３０４の各光学窓に関連付けられている少なくとも１つの流体ノズルを含む。さらに、第１の流体ノズル３５５Ａと第２の流体ノズル３５５Ｂが、共通の入口ポートと流体連通している形で、図７から図１０に示されているが、他の例では、各々の流体ノズルは、フローチャンバハウジング３５０の側壁を貫通して延びる別個の入口ポートによって画定されてよい。フローチャンバ３０２の入口ポート３５２の内側で流入流体を分割するのではなく、フローチャンバの中に入る流体は分岐させられるか、又は、フローチャンバの外側の異なる供給源から供給されて異なる入口ポートを経由してフローチャンバの中に送り込まれてもよい。
【００８８】
図７に関連して簡単に説明したように、フローチャンバ３０２は入口ポート３５２と出口ポート３５４とを含む。入口ポート３５２は、供給源からフローチャンバ３０２の内側に流体を搬送するための導管に連結するように構成される。出口ポート３５４は、フローチャンバ３０２から出て行くように流体を搬送する導管に連結するように構成される。入口ポート３５２と出口ポート３５４は、フローチャンバハウジング３５０の外周の周りの任意の適切な位置に配置されることが可能である。図７から図１０の例では、入口ポート３５２はハウジングの側壁上に配置されており、一方、出口ポート３５４はハウジングの底面上に配置されている。入口ポート３５２は、出口ポート３５４に対して相対的に他の位置に配置されることがあるが、本開示はこの点において限定されない。
【００８９】
さらに図３を参照すると、センサ３００は、さらに、センサキャップ３０６と固着部材３０８とを含む。センサキャップ３０６は、センサ３００の様々な電気的構成要素を収容するキャップを画定するだろう。例えば、センサキャップ３０６は、光学エミッタ（例えば、光学エミッタ２２２）の少なくとも一部分、及び／又は、光学検出器（例えば、光学検出器２２４）、及び／又は、センサ３００のコントローラ（例えば、コントローラ２２０）を収容してよい。センサキャップ３０６は、センサ３００に恒久的に固定されている（例えば、センサ３００と一体的に成形されている）か、又は、センサ３００から取り外し可能であってよい。
【００９０】
幾つかの例では、センサ３００は、コントローラ、及び／又は、（例えば、センサキャップ３０６内に）センサと共に物理的に収容されている他の電子構成要素を含まない。むしろ、センサ３００の様々な構成要素は、そのセンサから物理的に分離されており、かつそのセンサに（例えば、有線接続又は無線接続によって）通信可能な形で接続されている１つ又は複数のハウジングの中に配置されてよい。１つの例では、センサ３００のセンサキャップ３０６は取り外し可能であり、かつ、センサのセンサヘッド３０４は、手持ち型のコントローラモジュールに接続するように構成される。センサ３００と共に使用可能な例示的な手持ち型のコントローラモジュールは、２０１０年３月３１日付けで出願された米国特許出願公開第２０１１／０２４０８８７号明細書と、同様に２０１０年３月３１日付けで出願された米国特許出願公開第２０１１／０２４２５３９号明細書とに説明されている。これらの特許出願の内容全体が参照として本明細書に援用されている。
【００９１】
動作中は、加圧された流体がセンサ３００のフローチャンバ３０２の中を通って流れてよい。センサヘッド３０４が、フローチャンバ３０２から取り外し可能な形に設計されている時には、フローチャンバの中を通って流れる加圧流体は、その流体チャンバの外にセンサヘッドを押し出そうとするだろう。この理由から、センサ３００は、センサヘッド３０４をフローチャンバ３０２の中に固着させるための固着部材を含んでよい。
【００９２】
図３の例では、センサ３００は固着部材３０８を含む。固着部材３０８は、加圧流体がフローチャンバの中を通って流れている時に、センサヘッド３０４がフローチャンバ３０２から外れることを防止することを促進することができる。幾つかの例では、固着部材３０８は、センサヘッドとフローチャンバの両方の一部分の上に固着部材をねじ込むことによって、センサヘッド３０４をフローチャンバ３０２に取り付けるように構成される。異なる例では、固着部材３０８は、例えば、クリップ、ボルト又は同種のもののような、様々なタイプの取り付け特徴要素を使用して、センサヘッド３０４をフローチャンバ３０２に取り付けるように構成されてよい。センサヘッド３０４をフローチャンバ３０２に機械的に固定することによって、センサ３００は、流体サンプルを受け入れて分析するための（例えば、入口ポート３５２と出口ポート３５４を除いて）流体密な空洞を画定することができる。
【００９３】
この開示で説明されている方法は、少なくとも部分的に、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又は、これらの任意の組み合わせの形で、具体化されてよい。例えば、説明した方法の様々な側面が、１つ又は複数のマイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、任意の他の同等の集積論理回路又はディスクリート論理回路、及び、こうした構成要素の任意の組み合わせの形で、具体化されてよい。術語「プロセッサ」は、概して、単独の、又は、他の論理回路又は任意の他の同等の回路との組み合わせの形の、上述の論理回路のいずれかを意味してよい。ハードウェアを備える制御ユニットも、この開示の方法の１つ又は複数を行ってよい。
【００９４】
こうしたハードウェアとソフトウェアとファームウェアは、この開示で説明されている様々な動作と機能をサポートするために、同一の装置内で、又は、別個の装置内で、具体化されてよい。さらに、上述のユニット、モジュール、又は、構成要素はいずれも、個別的であるが相互運用可能な論理デバイスとして、一体的に、又は、個別的に具体化されてよい。モジュール又はユニットとして様々な特徴要素を表現することが、様々な機能的側面を強調することが意図されており、かつ、こうしたモジュール又はユニットが別個のハードウェア又はソフトウェア構成要素によって実現されなければならないということを必ずしも示唆しているわけではない。むしろ、１つ又は複数のモジュール又はユニットに関連付けられている機能性が、別個のハードウェア又はソフトウェア構成要素によって実行されてよく、又は、共通の又は別個のハードウェア又はソフトウェア構成要素の中に一体化されてもよい。
【００９５】
この開示で説明されている方法は、さらに、命令を含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体のようなコンピュータ可読媒体において、組み込まれるか又はコード化されてもよい。コンピュータ可読記憶媒体内の組み込まれたか又はコード化された命令が、例えばこの命令が実行される時に、プログラム可能プロセッサ又は他のプロセッサがこの方法を実行することを引き起こしてよい。非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、ランダムアクセス記憶装置（ＲＡＭ）、読み取り専用記憶装置（ＲＯＭ）、プログラム可能読み取り専用記憶装置（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み取り専用記憶装置（ＥＰＲＯＭ）、電子的消去可能プログラム可能読み取り専用記憶装置（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、カセット、磁気メディア、光学メディア、又は、他のコンピュータ可読メディアを含む、揮発性及び／又は不揮発性記憶装置の形態を含んでよい。
【００９６】
様々な例を説明してきた。これらの例と他の例が後述の特許請求項の範囲内に含まれている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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