[发明专利]现场光谱过程监控

说明书

本申请公开了现场光谱过程监控。如果在制造过程中传感器采用与流动材料一起漂浮的移动探头的形式，而不是仅当过程移动经过传感器固定位置时采样，那么增强过程监控的精确度可被改进。探头包括与流动材料密封隔离的外壳以及用于通过外壳中的窗口将光传送到流动材料上的光源。空间可变光学滤波器(SVF)捕获从流动材料返回的光，并且将捕获的光分为成分波长信号的光谱，以用于传送至探测器阵列，这提供了对于每个成分波长信号的功率读数。

本申请是申请日为2016年8月5日，申请号为201610636017.5，发明名称为“现场光谱过程监控”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及现场光谱过程监控。

背景

在药物、食品、馏出物和化合物的制备中使用的制造过程可以包括混合过程的一些类型的传感器检测，例如光谱、pH以及热量的探询。这些传感器典型地附接至处理容器的壁，并且使用伸出到制造过程中的探头来监控过程的参数。但是，具有固定位置的传感器的固定性质将检测能力限制于传感器的固定位置的附近地区中的产品并且可能不提供关于过程的其他部分的信息。

发明内容

在可变光学滤波器之前可需要准直元件，以防止线性可变滤波器的光谱选择性退化。退化可能发生，这是因为光学滤波器可包括薄介质膜的堆叠，并且薄介质膜的波长选择特性通常取决于射入光的入射角，其可以使薄膜滤波器的波长准确性和光谱选择性变差。但是，对于本公开的设备，其可能有利的是通过消除体积大的透镜而更多的减小了分光仪的尺寸。

本公开的实施例涉及以下方面：

(1)一种探头，包括：

密封的外壳；

光源，其用于将光传输到材料上；

窗口，其位于所述外壳中，其中所述窗口在来自所述材料的光的传输的、折射的或反射的波长中的一个或多个处是光学地透明的；

光学滤波器，其用于捕获来自所述材料的传输的、折射的或反射的光，并且用于将所捕获的光分为成分波长信号的光谱；以及

探测器阵列，其用于提供对于多个所述成分波长信号的功率读数。

(2)根据(1)所述的探头，其中，所述光学滤波器包括空间可变光学滤波器，所述空间可变光学滤波器包括：

上游空间可变带通光学滤波器；以及

下游空间可变带通光学滤波器，其顺序地放置在所述上游可变带通光学滤波器的下游，并且沿着所捕获的光的光学路径以固定的预定距离与所述上游空间可变带通光学滤波器分开，

其中，所述上游空间可变带通光学滤波器和所述下游空间可变带通光学滤波器中的每一个具有带通中心波长，所述带通中心波长至少沿着横向于所述光学路径的共同的第一方向以相互协调的方式变化，以及

其中，在预定接收角外部的、沿着所述上游空间可变光学滤波器的每个带通中心波长的光比在所述预定接收角内部的光衰减得更多。

(3)根据(1)所述的探头，其中，所述外壳包括从由球形、圆柱形、长球形、椭圆形和环形构成的组中选择的形状。

(4)根据(1)所述的探头，其中，所述外壳包括布置在所述外壳的外侧上的结构特征。

(5)根据(4)所述的探头，其中，所述结构特征包括浅凹、短截棒、半圆或矩形肋、脉络状物或指状物中的一个或多个。

(6)根据(1)所述的探头，还包括：

控制器，其用于存储对于每个成分波长信号的功率读数；以及

通信设备，其用于将所述功率读数传输至远程基站。