УСТРОЙСТВО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ И СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ
DETECTOR AND DETECTION METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству и способам детектирования качества жидкости, в частности к устройству детектирования и устройству очистки с использованием ультрафиолетового излучения.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Что касается существующих технологий, ультрафиолетовое излучение широко применяется в устройствах детектирования качества/очистки/стерилизации. В этих устройствах интенсивность ультрафиолетового (УФ) излучения, проходящего через воду или любую другую жидкость, детектируют на стенке реактора данного устройства и сравнивают с известной интенсивностью УФ излучения, генерируемого УФ лампой. Для детектирования интенсивности УФ излучения, обычно нужны электронный датчик УФ излучения и соответствующая система питания, в частности внешний источник энергии. Однако датчики УФ излучения и система питания являются дорогостоящими и неудобными с точки зрения использования и обслуживания.
В патенте GB 1105975 раскрыт способ и устройство определения концентрации нефти в воде путем сначала экстрагирования нефти из воды растворителем и затем определения концентрации нефти в растворителе путем анализа поглощения ультрафиолетового излучения.
В US 2003/076,028 А1 описана флуоресцентная лампа для активирующего фотокатализа. В выпускном патрубке имеется фосфор диапазона видимого излучения и фосфор диапазона фотокатализа, испускающий ближнее ультрафиолетовое излучение. Выпускной патрубок испускает видимое излучение и ближнее инфракрасное излучение так, чтобы ускорять рост растений в результате фотокатализа.
В US 2007/053,208 А1 описана люминесцентная структура с источником ультрафиолетового излучения и слоем покрытия, содержащим фосфор, который нанесен непосредственно на сферические частицы из материала на основе синтетических смол или внедрен в них между оптическими световодными пластинами.
В патенте US 4201916 раскрыт датчик ультрафиолетового излучения, предназначенный для использования в системе очистки жидкости, который регистрирует ультрафиолетовое излучение, присутствующее в падающем пучке, включающем ультрафиолетовое излучение и видимое излучение, и в котором имеется расщепитель пучка, отражающий ультрафиолетовое излучение и пропускающий видимое излучение.
ЕР 1857416 А2 направлен на устройство очистки жидкости ультрафиолетовым излучением, в котором имеется ультрафиолетовая лампа, расположенная внутри трубы, снабженной входным трубопроводом и выходным трубопроводом на корпусе, питание этой ультрафиолетовой лампы осуществляется постоянным током, или в котором имеется элемент, испускающий ультрафиолетовое излучение внутри трубы, снабженной входным трубопроводом и выходным трубопроводом на корпусе.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одной задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства детектирования, в котором не используется датчик УФ излучения для детектирования интенсивности УФ излучения. Данное устройство может быть использовано в любом устройстве детектирования качества/очистки/стерилизации жидкости.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа простого отображения качества целевой жидкости посредством цвета видимого излучения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения им обеспечивается устройство детектирования качества жидкости. Устройство содержит первое окно детектирования, покрытое первым материалом для преобразования принятого первого УФ излучения, испускаемого источником УФ излучения и проходящего через жидкость, в первое видимое излучение; затем в данном устройстве первое видимое излучение смешивается со вторым видимым излучением для генерации третьего видимого излучения.
Основная идея данного изобретения состоит в использовании влияния качества жидкости на пропускание УФ излучения этой жидкостью и отображение этого влияния посредством видимого излучения. Именно от качества жидкости, например, присутствующих в воде соединений, загрязняющих примесей и микроорганизмов, зависит, будет ли поглощаться или задерживаться УФ излучение, таким образом, качество жидкости влияет на интенсивность УФ излучения, достигающего первого окна детектирования, тем самым, также влияет на интенсивность генерируемого первого видимого излучения. Первое видимое излучение смешивают со вторым видимым излучением, интенсивность которого обычно, по существу, не зависит от качества жидкости, для генерирования третьего видимого излучения. Поскольку соотношение первого видимого излучения и второго видимого излучения изменяется в зависимости от качества жидкости, изменяется цвет третьего видимого излучения, который может быть использован для отображения качества жидкости.
Второе видимое излучение опционально может испускаться источником УФ излучения и проходить через жидкость, по существу, по той же траектории, что и первое УФ излучение. Второе видимое излучение может быть выбрано так, чтобы его интенсивность, по существу, не зависела от качества жидкости. Этим обеспечивается преимущество, заключающееся в исключении необходимости наличия дополнительного источника излучения и соответствующей системы питания.
Еще в одном варианте осуществления изобретения источник УФ излучения содержит УФ лампу и покрытие, содержащее третий материал, преобразующий УФ излучение, генерируемое УФ лампой, во второе видимое излучение. Благодаря этому облегчается выбор и генерация второго видимого излучения. Для более равномерного смешивания первого и второго видимого излучения и отображения третьего видимого излучения, независимо от направления, в котором его воспринимает пользователь, в одном из вариантов осуществления изобретения в данное устройство дополнительно включен рассеиватель, предназначенный для рассеивания первого и второго видимого излучения в одном и том же направлении или в одном и том же диапазоне направлений так, чтобы эти два излучения лучше смешивались, и пользователи воспринимали один и тот же цвет третьего видимого излучения независимо от угла, под которым они смотрят на устройство.
Для облегчения ассоциации третьего видимого излучения с качеством жидкости в одном из вариантов осуществления изобретения обеспечивается указатель цвета, показывающий соответствие между различными цветами третьего видимого излучения и качеством жидкости. Увидев третье видимое излучение, пользователь может, таким образом, без труда определить качество жидкости.
В одном из вариантов осуществления изобретения, помимо первого окна детектирования, устройство дополнительно содержит второе окно детектирования, покрытое вторым материалом, преобразующим принимаемое второе УФ излучение во второе видимое излучение; при этом второе Уф излучение испускается источником УФ излучения и проходит через жидкость по траектории, отличной от траектории первого УФ излучения. В этом варианте осуществления изобретения и первое, и второе видимые излучения генерируются вблизи или на стенке реактора. Из-за отличия траекторий, особенно различия длины траекторий, интенсивность двух УФ излучений может быть разной, что дополнительно создает различие интенсивности первого и второго видимого излучения. Следовательно, цвет третьего видимого излучения может быть изменен.
Чтобы избежать вреда для зрения пользователя от УФ излучения, проходящего через окно(а) детектирования и не поглощенного материалом(ами), в одном из вариантов осуществления изобретения обеспечивается блокатор УФ излучения (в настоящем описании также именуемый фильтр ультрафиолетового излучения), блокирующий УФ излучение, проходящее через устройство.
В некоторых вариантах осуществления изобретения обеспечиваются устройства детектирования качества, очистки и стерилизации, включающие описанное выше устройство.
Эти и другие аспекты изобретения станут ясны при рассмотрении ссылок на описанный далее в сочетании с чертежами вариант осуществления изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1а изображает устройство детектирования вместе с источником УФ излучения в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
Фиг.1b и 1с изображают смешивание первого и второго видимых излучений для генерации третьего видимого излучения в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
Фиг.2 изображает источник УФ излучения, генерирующий УФ излучение и видимое излучение в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
Фиг.3 изображает устройство детектирования в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
Фиг.4а изображает устройство очистки воды без функции рассеивания в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
Фиг.4b изображает устройство очистки воды с использованием наночастиц фосфора в качестве рассеивателя в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
Фиг.5 изображает устройство детектирования вместе с источником УФ излучения в соответствии с вариантами осуществления изобретения;
Фиг.6 изображает способ детектирования качества воды в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
На всех чертежах одни и те же или подобные условные обозначения использованы для обозначения одних и тех же или идентичных частей.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как разъяснено ранее, в существующих устройствах для обработки воды, включая устройства детектирования качества, очистки и стерилизации, используется УФ излучение и производится сравнение интенсивности УФ излучения, принимаемого датчиком УФ излучения, с интенсивностью УФ излучения, генерируемого УФ лампой, с целью анализа качества воды. Обычно датчики УФ излучения дороги и подвержены изменению свойств в результате старения, воздействия пыли и загрязняющих примесей, поэтому их нужно заменять. Для подачи питания на датчики УФ излучения и другие необходимые компоненты необходим дополнительный источник энергии, а обслуживание и замена системы питания, в том числе источника питания, является дорогим и неудобным.
Для уменьшения некоторых из упомянутых выше недостатков настоящее изобретение не применяет датчик УФ излучения для определения интенсивности УФ излучения. Вместо этого в настоящем изобретении используют влияние качества воды на поглощение УФ излучения и отображают это влияние так, что оно может быть воспринято визуально. В соответствии с вариантом осуществления изобретения на Фиг.1 изображено устройство 110 детектирования и источник 130 УФ излучения. Устройство 110 детектирования содержит окно 112 детектирования и слой 114 покрытия. Слой 114 покрытия обладает способностью генерации видимого излучения при возбуждении УФ излучением. Например, слой 114 покрытия может быть изготовлен из фосфора или содержать фосфор для генерирования желтого света при попадании на него УФ излучения. Специалистам в данной области понятно, что с той же целью могут быть использованы другие виды фосфора или другие материалы. Слой 114 покрытия может быть нанесен на поверхность окна 112 детектирования. Специалистам в данной области понятно, что компоновка окна 112 детектирования и слоя 114 покрытия может изменяться в зависимости от варианта осуществления на практике. Например, одной из возможностей является внедрение слоя 114 в окно 112 детектирования, либо первый материал слоя 114 может быть диспергирован внутри окна 112 детектирования. Важнее всего то, что когда Уф излучение попадает на окно и первый материал, может генерироваться первое видимое излучение, а интенсивность первого видимого излучения зависит от интенсивности УФ излучения. Источник 130 УФ излучения сконфигурирован с возможностью генерирования УФ излучения, которое пересекает жидкость и попадает в устройство 110 детектирования в качестве первого УФ излучения 140. Интенсивность первого УФ излучения 140 может изменяться в зависимости от качества воды, которое обусловлено, например, наличием соединений, загрязняющих примесей и микроорганизмов. Другими словами, поглощение УФ излучения жидкостью влияет на интенсивность первого УФ излучения 140. В устройстве детектирования первое УФ излучение 140 возбуждает первый материал слоя 114 покрытия, который вследствие этого генерирует первое видимое излучение 150. Второе видимое излучение 160 может приниматься и смешиваться устройством 110 детектирования с первым видимым излучением 150 для генерации третьего видимого излучения 170. Соотношение между первым видимым излучением 150 и вторым видимым излучением 160 определяет цвет третьего видимого излучения 170. Другими словами, различная интенсивность первого и второго видимого излучения приводит к тому, что третье видимое излучение имеет разный цвет. Качество жидкости может быть воспринято посредством цвета третьего видимого излучения 170.
uv
В одном из вариантов осуществления изобретения второе видимое излучение 160 может генерироваться источником 130 УФ излучения, его интенсивность известна заранее. Обычно интенсивность второго видимого излучения 160 меньше, чем обусловленная наличием в жидкости соединений, загрязняющих примесей и/или микроорганизмов, особенно по сравнению с изменением интенсивности первого УФ излучения 140, проходящего по той же траектории. На Фиг.1b и 1с изображен вариант осуществления смешивания первого и второго видимого излучения для генерации третьего видимого излучения. Четырьмя точками А, В, С и D показано четыре разных цвета третьего видимого излучения, которые затем могут быть использованы для отображения качества воды. (U', V') обозначены координаты, UV254 представляет собой абсорбцию при пропускании через жидкость УФ излучения с длиной волны 254 нм, I означает нормализованную интенсивность УФ излучения, поступающего в устройство детектирования, G означает интенсивность первого видимого излучения (зеленый свет), генерируемого первым материалом, второе видимое излучение содержит красный свет (R) и синий свет (В). Когда первое видимое излучение и второе видимое излучение с разными интенсивностями смешиваются, третье видимое излучение может иметь определенный цвет, например, как показано в столбце «цветная полоса». Специалистам в данной области понятно, что второе видимое излучение может представлять собой излучение с одним цветом или длиной волны, а также может быть смесью двух или более излучений. Специалистам в данной области также ясно, что помимо генерации второго видимого излучения, некоторые УФ лампы также могут генерировать первое видимое излучение с предварительно известной интенсивностью. Например, некоторые УФ лампы могут генерировать зеленый свет, который проходит сквозь воду и смешивается с зеленым светом, генерируемым первым материалом. Другими словами, интенсивность зеленого света, показанная на Фиг.1с, соответствует смеси зеленого света, генерируемого источником УФ излучения, и зеленого света, генерируемого первым материалом. Однако, интенсивность зеленого света, генерируемого, собственно, УФ лампой, после прохождения через воду, не подвергается значительному влиянию из-за разного качества воды. Следовательно, основной вклад в изменение третьего видимого излучения вносится зеленым светом, генерируемым первым материалом, а не по существу постоянным зеленым светом, генерируемым УФ лампой.
В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.2, проиллюстрированный источник 230 УФ излучения содержит УФ лампу 232, пригодную для генерации УФ излучения, УФ лампа 232 или ее часть покрыта третьим материалом 234, обладающим способностью генерировать второе видимое излучение 160. Часть УФ излучения может проходить сквозь третий материал 234 и проникать в жидкость. Этому варианту осуществления изобретения свойственно преимущество, заключающееся в большой широте выбора цвета второго видимого излучения и определения интенсивности второго видимого излучения путем подбора надлежащего третьего материала. Например, третий материал может быть подобран так, чтобы он генерировал синий свет или красный свет. Специалистам в данной области ясно, что площадь, покрытая третьим материалом 234, может быть разной в зависимости от различных требований, например, может быть покрыта вся УФ лампа 232 или та сторона УФ лампы 232, которая обращена к устройству детектирования, или даже небольшая площадь, чтобы уменьшить количество расходуемого третьего материала. Третий материал может быть изготовлен из фосфора, для защиты воды от фосфора опционально может быть предусмотрена водостойкая компоновка.
Чтобы было легче понять значение различных цветов третьего видимого излучения, в одном из вариантов осуществления изобретения обеспечивается цветовой указатель 316, как показано на Фиг.3. Цветовой указатель 316, который может иметь форму цветного штрихового кода, цветового кольца, цветовой матрицы, показывает соответствие между различными цветами и качеством воды. Таким образом, пользователь может без труда определить качество воды путем отображения цвета третьего видимого излучения на цветовом указателе.
Первое видимое излучение 150, генерируемое первым материалом на окне детектирования, может иметь иное направление пропускания, нежели второе видимое излучение 160, падающее на окно детектирования с нескольких направлений, в результате два видимых излучения могут смешиваться неравномерно, поэтому при наблюдении под разным углом со стороны окна детектирования цвет третьего видимого излучения 170 может восприниматься по-разному. Для решения этой проблемы в варианте осуществления изобретения, представленном на Фиг.3, позади окна 312 детектирования и слоя покрытия 314, изготовленного из первого материала, размещен рассеиватель 318, сконфигурированный с возможностью рассеивания первого и второго видимого излучения более равномерно, по существу в одном и том же направлении пропускания. Благодаря этому два видимых излучения лучше смешиваются, и различие цвета, наблюдаемого под разными углами зрения, пренебрежимо мало. В другом варианте осуществления изобретения первый материал изготовлен из наночастиц фосфора и может выполнять вторую функцию - рассеивать второе видимое излучение. В этом случае нет необходимости в отдельном слое рассеивателя, так как рассеиватель 318 фактически внедрен в слой покрытия. Для улучшения защиты зрения людей в случае, когда часть УФ излучения проходит сквозь окно детектирования и/или рассеиватель, обеспечивается блокатор 320 УФ излучения, блокирующий УФ излучение, чтобы оно не наносило вред глазам пользователя. Блокатор 320 УФ излучения может быть размещен между окном 312 детектирования и рассеивателем 318 или позади окна 312 детектирования и рассеивателя 318.
На Фиг.4а изображен вариант осуществления изобретения, в котором второе видимое излучение не рассеивается при этом первое видимое излучение 150, генерируемое первым материалом, например фосфором 414, характеризуется широким спектром направлений пропускания, тогда как второе видимое излучение 160 имеет намного более узкий диапазон направлений пропускания. В результате два видимых излучения не смешиваются равномерно, таким образом, третье видимое излучение имеет разный цвет под разными углами зрения.
На Фиг.4b изображен вариант осуществления изобретения, в котором для рассеивания второго видимого излучения используются наночастицы фосфора. Наночастицы фосфора 416 не только генерируют первое видимое излучение, но также рассеивают второе излучение, поэтому два видимых излучения смешиваются более равномерно. В результате обеспечивается дополнительное преимущество, заключающееся в том, что можно обойтись без дополнительного рассеивающего слоя. В описанных выше вариантах осуществления изобретения, первое УФ излучение и второе видимое излучение проходят, по существу, по одной и той же траектории пропускания. Это не является существенным признаком настоящего изобретения.
На Фиг.5 изображен другой вариант осуществления изобретения, в котором устройством 510 детектирования генерируется не только первое видимое излучение 550, но также и второе видимое излучение 560. В устройстве 500 детектирования качества/очистки/стерилизации воды источником 530 УФ излучения генерируется УФ излучение, проникающее в жидкость. Устройство 510 детектирования содержит не только первое окно 512 детектирования, покрытое первым материалом 513, но также и второе окно 514 детектирования, покрытое вторым материалом 515. Специалистам в данной области понятно, что размещение первого/второго материала и первого/второго окна детектирования может быть изменено в зависимости от конкретной реализации. Два различных окна 512 и 514 детектирования расположены под двумя разными углами, чтобы принимать различное УФ излучение, проходящее по разным траекториям. В частности, эти две разные траектории имеют разную длину, поэтому УФ излучения 542 и 544 при поступлении в устройство 510 детектирования обладают разной интенсивностью. Два материала также различны, поэтому при возбуждении поступающими УФ излучениями генерируются разные видимые излучения; например, первый материал обладает способностью генерировать желтый свет, тогда как второй материал обладает способностью генерировать синий свет. Желтый свет и синий свет смешиваются в устройстве 510 детектирования, генерируя третий, зеленый свет. Цвет третьего, зеленого света определяется интенсивностью желтого и синего света, которая, в свою очередь, определяется интенсивностью УФ излучений, на которую влияет качество жидкости. Из-за разных траекторий пропускания двух УФ излучений, качество воды по-разному влияет на интенсивность этих двух УФ излучений. Цвет указателя 516 цвета, рассеивателя 518 и блокатора 520 УФ излучения является произвольным.
Фиг.6 изображает способ 600 детектирования качества жидкости. Способ 600 содержит этап 610 приема первого УФ излучения, которое испускается источником УФ излучения и которое проходит сквозь жидкость, и этап 620 генерирования первого видимого излучения посредством первого материала, возбуждаемого первым УФ излучением, и этап 630 смешивания первого и второго видимого излучения для генерации третьего видимого излучения. Различный цвет третьего видимого излучения отражает разное качество жидкости. Способ 600 опционально содержит этап 622 генерирования второго видимого излучения посредством третьего материала, возбуждаемого УФ излучением, и опциональный этап 632 смешивания первого и второго видимого излучения посредством рассеивателя, обеспечивающего их пропускание вдоль основных направлений. Способ 600 дополнительно содержит этап 640 сравнения цвета третьего видимого излучения с цветом цветового указателя с целью определения качества жидкости. Специалистам в данной области ясно, что настоящее изобретение представляет собой не только каждый отдельный описанный выше вариант его осуществления, технические характеристики этих вариантов осуществления могут быть объединены для генерирования альтернативных вариантов осуществления.
Следует отметить, что упомянутые выше варианты осуществления изобретения скорее поясняют, а не ограничивают настоящее изобретения, и что специалисты в данной области смогут создать альтернативные варианты осуществления изобретения, не выходящие за рамки прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения условные обозначения, помещенные в скобки, не должны рассматриваться как ограничивающие формулу изобретения. Слово «включающий» не исключает присутствия элементов или этапов, не перечисленных в формуле изобретения или описании. Единственное число не исключают наличия множества элементов. Использование слов первый, второй, третий и т.д. не указывает на какое-либо расположение по порядку. Эти слова следует интерпретировать как наименования.