RU2805771C1 - Standardization of output signal of electrical properties sensor - Google Patents
Standardization of output signal of electrical properties sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2805771C1 RU2805771C1 RU2021133991A RU2021133991A RU2805771C1 RU 2805771 C1 RU2805771 C1 RU 2805771C1 RU 2021133991 A RU2021133991 A RU 2021133991A RU 2021133991 A RU2021133991 A RU 2021133991A RU 2805771 C1 RU2805771 C1 RU 2805771C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrical property
- cond
- electrically conductive
- conductive liquid
- data processor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
[0001] Настоящее изобретение относится к стандартизации выходного сигнала датчика электрического свойства и, в частности, выходного сигнала датчика электрической проводимости, используемого в анализаторе, который также включает в себя оптический спектрометр.[0001] The present invention relates to the standardization of the output of an electrical property sensor and, in particular, the output of an electrical conductivity sensor used in an analyzer that also includes an optical spectrometer.
[0002] Известны анализаторы, которые содержат не только датчик электрического свойства, но и спектрометр. В US 5739034, например, раскрыт анализатор, в котором используется как датчик электрической проводимости, так и спектрометр для определения посторонней воды в молоке. Изменения содержания воды в молоке приводят к изменениям проводимости молока, которые отслеживают с помощью датчика проводимости. В WO 2000039578, например, раскрыт анализатор, который также содержит датчик электрической проводимости и спектрометр, которые выполнены с возможностью совместного использования для оценки количества клеток в молоке. Инфицирование маститом связано с повышенным содержанием солей в молоке, что приводит к повышению электрической проводимости молока.[0002] Analyzers are known that contain not only an electrical property sensor, but also a spectrometer. US 5,739,034, for example, discloses an analyzer that uses both an electrical conductivity sensor and a spectrometer to detect foreign water in milk. Changes in milk water content result in changes in milk conductivity, which are monitored using a conductivity sensor. WO 2000039578, for example, discloses an analyzer that also includes an electrical conductivity sensor and a spectrometer, which can be used together to estimate the number of cells in milk. Mastitis infection is associated with increased salt content in milk, which leads to increased electrical conductivity of the milk.
[0003] Часто желательно стандартизировать выходной сигнал датчика проводимости по меньшей мере для того, чтобы облегчить сравнение выходных сигналов разных датчиков одного типа или выходных сигналов одного и того же датчика в разное время, а также для обеспечения возможности использования одинаковых математических моделей для данных от разных датчиков.[0003] It is often desirable to standardize the output of a conductivity sensor, at least to facilitate comparison of the outputs of different sensors of the same type or the outputs of the same sensor at different times, and to enable the use of the same mathematical models for data from different sensors
[0004] Такую стандартизацию в настоящее время, как правило, выполняют путем введения в анализатор материала для стандартизации, такого как жидкость, и измерения электрической проводимости этого материала с помощью его датчика электрической проводимости. Затем измеренную величину электрической проводимости сравнивают в процессоре для обработки данных с эталонной величиной, которую, как ожидается, имеет этот материал, и сохраняют для возможности доступа к ней процессора для обработки данных. Затем определяют коэффициент стандартизации, который зависит от соотношения эталонной величины и измеренной величины. Он может быть впоследствии применен к измеренной величине проводимости неизвестного материала образца, определенной с помощью датчика проводимости, для получения стандартизованного выходного сигнала датчика электрической проводимости.[0004] Such standardization is currently typically accomplished by introducing the standardization material, such as a liquid, into the analyzer and measuring the electrical conductivity of the material using its electrical conductivity sensor. The measured electrical conductivity value is then compared in the data processor to a reference value that the material is expected to have and stored for access by the data processor. Then the standardization coefficient is determined, which depends on the ratio of the reference value and the measured value. It can subsequently be applied to the measured conductivity value of an unknown sample material determined by a conductivity sensor to produce a standardized electrical conductivity sensor output.
[0005] Проблема с данным известным способом стандартизации заключается в том, что количество компонентов в материале (жидкости) для стандартизации, которые определяют его электрическое свойство или свойства, подлежащие измерению, необходимо тщательно контролировать для обеспечения того, чтобы разные партии материала для стандартизации имели одинаковую и известную эталонную величину электрического свойства или свойств, подлежащих измерению датчиком, которым в вышеупомянутых случаях является его электрическая проводимость.[0005] The problem with this known standardization method is that the number of components in the standardization material (liquid) that determine its electrical property or properties to be measured must be carefully controlled to ensure that different batches of the standardization material have the same and a known reference value of the electrical property or properties to be measured by the sensor, which in the above cases is its electrical conductivity.
[0006] В настоящем изобретении предложен способ стандартизации выходного сигнала датчика электрического свойства, включающий следующие этапы: сравнение в процессоре для обработки данных измеренной величины электрического свойства электропроводящей жидкости, полученной с помощью датчика электрического свойства, с эталонной величиной; и определение в процессоре для обработки данных коэффициента стандартизации, зависящего от соотношения эталонной величины и измеренной величины; причем предусмотрен этап вычисления эталонной величины, включающий: получение с помощью спектрометра спектральных данных, полученных при взаимодействии света с электропроводящей жидкостью, причем свет относится к полосам длин волн, которые содержат по меньшей мере часть одной или более из ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных областей; и применение в процессоре для обработки данных математической модели к спектральным данным для вычисления эталонной величины, причем математическая модель связывает спектральные данные с величиной электрического свойства.[0006] The present invention provides a method for standardizing the output signal of an electrical property sensor, comprising the following steps: comparing, in a data processor, a measured value of an electrical property of an electrically conductive liquid obtained by the electrical property sensor with a reference value; and determining, in the data processor, a standardization factor depending on the ratio of the reference value and the measured value; wherein the step of calculating a reference value is provided, including: obtaining, using a spectrometer, spectral data obtained from the interaction of light with an electrically conductive liquid, wherein the light refers to bands of wavelengths that contain at least a portion of one or more of the ultraviolet, visible and infrared regions; and applying, in the data processor, a mathematical model to the spectral data to calculate a reference value, wherein the mathematical model relates the spectral data to the electrical property value.
[0007] Это обеспечивает то преимущество, что, поскольку эталонную величину вычисляют для электропроводящей жидкости на основании спектральных данных, полученных для фактической жидкости, используемой в измерениях для стандартизации электрического свойства, то точную концентрацию компонентов, составляющих жидкость, не нужно ни знать, ни точно воспроизводить между различными партиями.[0007] This provides the advantage that since a reference value is calculated for an electrically conductive liquid based on spectral data obtained for the actual liquid used in the measurements to standardize the electrical property, the exact concentration of the components composing the liquid need neither be known nor accurately reproduce between different batches.
[0008] Определенный таким образом коэффициент стандартизации затем применяется в процессоре для обработки данных к измеренной величине электрического свойства жидкого образца, полученной с помощью датчика электрического свойства, для получения стандартизированного результата измерения электрического свойства жидкого образца.[0008] The standardization factor thus determined is then applied in the data processor to the measured electrical property value of the liquid sample obtained by the electrical property sensor to obtain a standardized measurement result of the electrical property of the liquid sample.
[0009] В некоторых вариантах осуществления электропроводящая жидкость представляет собой «расходуемую жидкость», например, очищающую жидкость или жидкость для установки нуля (используемую известным образом для создания базового спектра для полученных впоследствии спектров образцов), которая представляет собой жидкость, используемую в анализаторе, но не являющуюся образцом, подлежащим анализу. Это обеспечивает то преимущество, что не требуется вводить дополнительные жидкости в анализатор и что способ может быть выполнен с использованием результатов измерений, полученных во время его нормальной работы, например, во время эталонного цикла или цикла «установки нуля» анализатора.[0009] In some embodiments, the electrically conductive liquid is a "consumable liquid", such as a cleaning liquid or a zeroing liquid (used in a known manner to create a base spectrum for subsequently acquired sample spectra), which is a liquid used in the analyzer, but not being a sample to be analyzed. This has the advantage that no additional fluids are required to be introduced into the analyzer and that the method can be performed using measurements obtained during normal operation, for example, during a reference or zero cycle of the analyzer.
[0010] Математическая модель может быть получена с помощью хемометрического анализа или способа машинного обучения, такого как анализ с использованием регрессии частично наименьших квадратов (Partial Least Squares, PLS), или других способов многовариантной калибровки, таких как анализ главных компонентов (Principle Component Analysis, PCA), множественная линейная регрессия (Multiple Linear Regression, MLR) или искусственные нейронные сети (Artificial Neural Networks, ANN), применяемых к спектральным данным, полученным для набора эталонных образцов с известными величинами электрического свойства (или свойств), подлежащих измерению, значения которых выбирают таким образом, чтобы охватить диапазон значений, ожидаемых для электропроводящего жидкого образца, подлежащего измерению, при генерации коэффициента стандартизации.[0010] The mathematical model can be obtained using chemometric analysis or a machine learning method such as analysis using Partial Least Squares (PLS) regression, or other multivariate calibration methods such as Principal Component Analysis. PCA), Multiple Linear Regression (MLR), or Artificial Neural Networks (ANN) applied to spectral data obtained from a set of reference samples with known values of the electrical property (or properties) to be measured, the values of which selected to cover the range of values expected for the electrically conductive liquid sample to be measured when generating the standardization factor.
[0011] Эти и другие преимущества, связанные с настоящим изобретением, станут очевидными после ознакомления с нижеследующим описанием аспектов неограничивающих приведенных в качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:[0011] These and other advantages associated with the present invention will become apparent upon reading the following description of aspects of non-limiting exemplary embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, in which:
[0012] На фиг. 1 схематически показан приведенный в качестве примера вариант осуществления анализатора 1 согласно настоящему изобретению. Предложен спектрометр 2, который может относиться к любому известному типу и который выполнен с возможностью определения ослабления света жидким образцом по меньшей мере в одном диапазоне волн в представляющей интерес области длин волн. Эта представляющая интерес область длин волн может содержать диапазоны длин волн, которые содержат весь, либо часть одного или более из ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных областей длин волн, и далее также упоминается как «свет». Приборы на основе интерферометра с преобразованием Фурье (ПФ) хорошо подходят для указанного варианта использования в качестве спектрометра 2, поскольку все или соответствующие части представляющих интерес областей длин волн для образца могут быть получены за один сеанс. При определении ослабления света в образце свет от источника света может проходить через образец, а спектральные данные поглощения в нем собирают с помощью прибора-интерферометра с ПФ. Конечно, интерферометр с ПФ или даже любой другой спектрометр может быть выполнен с возможностью работы в режимах отражения, трансфлекции или полного внутреннего отражения, как известно в данной области техники. В устройстве, относящемся к типу, который предполагает работу в режиме пропускания, жидкий образец, как правило, содержится в держателе образца, таком как кювета, который является достаточно тонким для пропускания света без полного ослабления, но в который все еще возможно ввести и из которого можно удалить образец. Кювета должна быть изготовлена из материала, прозрачного для используемых длин волн света, и может быть изготовлена, при использовании инфракрасного света, в частности, света из средней инфракрасной области спектра, из такого материала, как алмаз или CaF2.[0012] In FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of the analyzer 1 according to the present invention. A
[0013] Датчик 3 электрического свойства для определения электрического свойства образца также может относиться к любому типу, выполненному с возможностью определения требуемого электрического свойства жидкого образца. Примеры средств 3а и 3b измерения, относящихся к типу, позволяющему измерять электрическую проводимость, показаны, соответственно, на фиг. 2a и 2b как альтернативные иллюстративные, приведенные в качестве примера варианты осуществления датчика 3 электрического свойства этого типа. Индуктивные и двухэлектродные датчики проводимости ячеечного типа представляют собой примеры датчиков проводимости других типов, которые известны в данной области техники и которые могут быть использованы в настоящем изобретении.[0013] The
[0014] Определенные значения ослабления света для отдельных диапазонов волн и значение электрического свойства образца передают в процессор 4 для обработки данных. Эти значения сохраняются в средстве 5 хранения, в котором, как правило, также хранится компьютерный код, исполняемый процессором 4 для обработки данных, который затем инициирует выполнение процессором 4 для обработки данных способа согласно настоящему изобретению.[0014] The determined light attenuation values for individual wavelength ranges and the electrical property value of the sample are transmitted to the
[0015] Хотя это и не требуется, аспекты настоящего изобретения могут быть описаны в общем контексте исполняемых компьютером команд или компьютерного кода, например подпрограмм, исполняемых универсальным процессором для обработки данных (например, серверным компьютером или персональным компьютером). Для специалистов в соответствующей области техники очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике с другими конфигурациями обмена данными, процессора для обработки данных или компьютерной системы, включая: беспроводные устройства, устройства для подключения к Интернету, портативные устройства (включая персональные цифровые помощники (personal digital assistant, PDA)), носимые компьютеры, всевозможные сотовые или мобильные телефоны, многопроцессорные системы, микропроцессорные или программируемые бытовые электронные устройства, сетевые ПК, мини-компьютеры, суперкомпьютеры и т.п. В действительности, термин «процессор для обработки данных» в настоящем документе используется для обозначения любого из вышеупомянутых устройств и систем, по отдельности или в комбинации.[0015] Although not required, aspects of the present invention may be described in the general context of computer-executable instructions or computer code, such as routines executed by a general-purpose data processor (eg, a server computer or personal computer). It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced with other communication, data processor, or computer system configurations, including: wireless devices, Internet connected devices, portable devices (including personal digital assistants). digital assistant (PDA)), wearable computers, all kinds of cellular or mobile phones, multiprocessor systems, microprocessor-based or programmable consumer electronic devices, network PCs, mini-computers, supercomputers, etc. In fact, the term "data processor" is used herein to refer to any of the above-mentioned devices and systems, individually or in combination.
[0016] Хотя аспекты настоящего изобретения, например, определенные функции, описаны как выполняемые исключительно в одном процессоре для обработки данных или средстве хранения, настоящее изобретение также может быть реализовано на практике в распределенных средах, в которых функции или модули разделены между разрозненными устройствами для обработки. Разрозненные устройства для обработки связаны через сеть связи, такую как локальная сеть (Local Area Network, LAN), глобальная сеть (Wide Area Network, WAN) или сеть Интернет. В распределенной вычислительной среде программные модули могут располагаться как в локальных, так и в удаленных запоминающих устройствах.[0016] Although aspects of the present invention, such as certain functions, are described as being performed solely on a single data processor or storage medium, the present invention may also be practiced in distributed environments in which functions or modules are shared among disparate processing devices . The disparate processing devices are connected through a communications network, such as a Local Area Network (LAN), Wide Area Network (WAN), or the Internet. In a distributed computing environment, program modules can be located in both local and remote storage devices.
[0017] Аспекты согласно настоящему изобретению могут храниться или распространяться на материальных машиночитаемых носителях, включая магнитные или оптические машиночитаемые диски, аппаратно-реализованные или предварительно запрограммированные микросхемы (например, полупроводниковые микросхемы ЭСППЗУ), запоминающие устройства, изготовленные с использованием нанотехнологий, биологические запоминающие устройства или другой носитель данных. В качестве альтернативы, реализованные на компьютере команды, структуры данных, изображения на экране и другие данные, относящиеся к настоящему изобретению, могут передаваться по сети Интернет или по другим сетям (включая беспроводные сети) в распространяемом сигнале в среде распространения (например, электромагнитная волна (электромагнитные волны), звуковая волна и т.д.) в течение некоторого периода времени. В некоторых вариантах осуществления данные могут передаваться по любой аналоговой или цифровой сети (с коммутацией пакетов, коммутацией каналов или с применением другой схемы). Термин «средство хранения» используется в настоящем документе для обозначения любого из вышеупомянутых устройств, носителей и систем.[0017] Aspects of the present invention may be stored or distributed on tangible computer-readable media, including magnetic or optical computer-readable disks, hardware-based or pre-programmed chips (eg, EEPROM semiconductor chips), nanotechnology-based storage devices, biological storage devices, or other storage medium. Alternatively, computer-implemented instructions, data structures, screen images, and other data related to the present invention may be transmitted over the Internet or other networks (including wireless networks) in a propagated signal in a propagation medium (for example, an electromagnetic wave ( electromagnetic waves), sound wave, etc.) over a period of time. In some embodiments, data may be transmitted over any analog or digital network (packet switched, circuit switched, or other circuitry). The term "storage medium" is used herein to refer to any of the above-mentioned devices, media and systems.
[0018] В некоторых случаях соединение между модулями, составляющими анализатор 1, обеспечивается с помощью сети Интернет, благодаря чему модули (например, с возможностью осуществления связи по Wi-Fi) могут получать доступ к веб-контенту через различные веб-серверы. Сеть может представлять собой сотовую, основанную на IP или конвергентную сеть связи любого типа, включая, помимо прочего, глобальную систему мобильной связи (Global System for Mobile Communications, GSM), множественный доступ с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access, TDMA), множественный доступ с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access, CDMA), множественный доступ с ортогональным частотным разделением (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDM), систему пакетной радиосвязи общего пользования (General Packet Radio Service, GPRS), улучшенную среду передачи данных GSM (Enhanced Data GSM Environment, EDGE), усовершенствованную систему мобильной радиотелефонной связи (Advanced Mobile Phone System, AMPS), технологию широкополосного доступа в микроволновом диапазоне (Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX), универсальную систему мобильной связи (Universal Mobile Telecommunications System, UMTS), эволюционировавшую оптимизированную передачу данных (Evolution-Data Optimized, EVDO), «долгосрочное развитие сетей связи» (Long Term Evolution, LTE), сверхширокополосную мобильную связь (Ultra Mobile Broadband, UMB), передачу голосовых данных по интернет-протоколу (Voice over Internet Protocol, VoIP), нелицензированный мобильный доступ (Unlicensed Mobile Access, UMA) и т.д.[0018] In some cases, the connection between the modules that make up the analyzer 1 is provided via the Internet, whereby the modules (eg, Wi-Fi enabled) can access web content through various web servers. The network may be a cellular, IP-based or converged communications network of any type, including, but not limited to, Global System for Mobile Communications (GSM), Time Division Multiple Access (TDMA), Code Division Multiple Access (CDMA), Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDM), General Packet Radio Service (GPRS), GSM Enhanced Data Media (Enhanced Data GSM Environment (EDGE), Advanced Mobile Phone System (AMPS), Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) ), evolved optimized data transmission (Evolution-Data Optimized, EVDO), “long-term development of communication networks” (Long Term Evolution, LTE), ultra-wideband mobile communications (Ultra Mobile Broadband, UMB), transmission of voice data over the Internet protocol (Voice over Internet Protocol, VoIP), unlicensed mobile access (UMA), etc.
[0019] Модули в системах анализатора 1 в некоторых случаях можно рассматривать как интегрированные, и в конкретных вариантах осуществления только конкретные модули могут быть связаны между собой.[0019] The modules in the analyzer 1 systems may in some cases be considered integrated, and in certain embodiments only specific modules may be interconnected.
[0020] На фиг. 2a и фиг. 2b показаны два не предполагающих ограничения и приведенных в качестве примера варианта осуществления датчика 3 электрического свойства анализатора 1 согласно настоящему изобретению, причем оба они выполнены с возможностью измерения электрической проводимости как электрического свойства. Следует учитывать, что вместо них могут быть использованы датчики электрической проводимости других известных типов, например, двухэлектродные или индуктивные датчики, без отступления от заявленного изобретения.[0020] In FIG. 2a and fig. 2b shows two non-limiting and exemplary embodiments of an
[0021] В варианте осуществления этого датчика 3a, показанном на фиг. 2a, жидкий образец содержится в секции 8 трубопровода для жидкости, по которому может протекать жидкий образец. В этом варианте осуществления используются 6 электродов 11, 12, 13, 14, 15 и 16; эти электроды пространственно разделены в направлении потока жидкого образца (см. стрелку 17).[0021] In the embodiment of this sensor 3a shown in FIG. 2a, the liquid sample is contained in a
[0022] Электроды 11-16, изготовленные, например, из нержавеющей стали, которые находятся в прямом электрическом контакте с образцом в трубопроводе 8, имеют форму круглых электродов толщиной, например, соответственно, 1, 1, 0,1, 0,1, 1 и 1 мм, которые вместе с множеством средств 21-25 для разделения, не проводящих электричество, например, изготовленных из пластмассы или керамики (например, оксида алюминия) и имеющих толщину, например, соответственно, 1, 3, 3, 3 и 1 мм, составляют трубопровод 8. Электроды 11-16 и средства 21-25 для разделения предпочтительно имеют одинаковый внутренний диаметр, например, 1,5 мм, для обеспечения гладкой внутренней поверхности трубопровода 8 и, таким образом, уменьшения вероятности образования в нем осадка. Гладкий канал 8 также имеет то преимущество, что в результате в образце создается однородное электрическое поле. Для предотвращения утечки образца из трубопровода 8 средства 21-25 для разделения и электроды 11-16 могут быть собраны с использованием уплотнительных колец, как известно в данной области техники.[0022] The electrodes 11-16, made of, for example, stainless steel, which are in direct electrical contact with the sample in the
[0023] Два средних электрода 13, 14 подключены к измерителю 9 напряжения. Два соседних электрода 12, 15 подключены к источнику 10 тока, вследствие чего ток протекает через часть образца, расположенную в трубопроводе 8 между электродами 12 и 15. Таким образом, напряжение на электродах 13 и 14 относительно передаваемого тока будет указывать электрическую проводимость образца в трубопроводе 8.[0023] The two
[0024] Таким образом, электрическая проводимость образца может быть определена на основании разности потенциалов между электродами 13 и 14, величины тока, подаваемого между электродами 12 и 15, геометрического коэффициента, который может быть определен на основании соответствующей калибровки средства измерения электрической проводимости.[0024] Thus, the electrical conductivity of the sample can be determined based on the potential difference between the
[0025] При использовании четырех электродов в этой конфигурации датчик 3a меньше зависит от загрязнения электродов и от эффектов поляризации. Кроме того, если на электроды 12, 15 подается переменный ток, устраняются электролиз и поляризация на поверхностях этих электродов.[0025] By using four electrodes in this configuration, sensor 3a is less susceptible to electrode contamination and polarization effects. In addition, if alternating current is applied to the
[0026] Два дополнительных электрода 11, 16 расположены рядом с токоподводящими электродами 12, 15. На указанные дополнительные электроды подается такой же электрический потенциал, что и на соседние электроды, 12, 15, соответственно. Таким образом, отсутствует утечка тока за пределы датчика 3a, что могло бы искажать результаты определения проводимости.[0026] Two
[0027] В настоящем варианте осуществления электрический потенциал, подаваемый на дополнительные электроды 11, 16, генерируется операционными усилителями 18, которые подключены как «повторители напряжения», т.е. на них подается электрический потенциал с каждого из электродов 12 или 15. Таким образом, электрические потенциалы с электродов 12 и 15 не изменяются в какой-либо значительной степени дополнительными электродами 11 и 16, «повторяющими» электрический потенциал указанных электродов. В анализаторе 1, в котором используется данный вариант осуществления 3a датчика 3 электрического свойства, спектрометр 2 присоединен с возможностью жидкостного сообщения либо до, либо после секции 8 трубопровода для жидкости в направлении потока 17 жидкости.[0027] In the present embodiment, the electrical potential supplied to the
[0028] В варианте осуществления этого датчика 3b, показанном на фиг. 2b, жидкий образец находится в кювете 30, по меньшей мере часть которой (в данном случае противоположные стороны 31 и 32) содержит прозрачный для света материал, подлежащий измерению спектрометром 2. В вариантах осуществления, в которых свет для измерения представляет собой свет из средней инфракрасной области спектра, этот материал может представлять собой фторид кальция, CaF2. В настоящем варианте осуществления по существу вся кювета 30 состоит из этого материала. При использовании свет (см. стрелку 33) входит в кювету через стенку 31, проходит через жидкий образец внутри кюветы 30, где для разных длин волн степень поглощения является разной, и выходит из кюветы 30 через стенку 32, после чего он обнаруживается спектрометром 2, генерирующим зависящие от длины волны данные спектрального поглощения, подлежащие сохранению в средстве 5 хранения, доступном для процессора 4 для обработки данных для последующего анализа данных.[0028] In the embodiment of this
[0029] Датчик 3b проводимости сконструирован в основном таким образом, как описано в отношении датчика 3a, показанного на фиг. 2a, и в данном случае содержит 4 электрода 34-37, прикрепленных к кювете 30 или образующих ее часть, для обеспечения электрического контакта с жидким образцом внутри кюветы 30. Указанные электроды 34-37 могут быть образованы в виде слоев золота, осажденных из паровой фазы, на внутренней стороне стенок 31, 32 кюветы и разделены электроизолирующим материалом кюветы 30, как правило, материалом стенки. Как и в случае датчика 3a проводимости, описанного выше в отношении фиг. 2a, два средних электрода 35, 36 соединены с измерителем 9 напряжения. Два соседних электрода 34, 37 соединены с источником 10 тока, вследствие чего ток протекает через часть образца, расположенную в кювете 30 между электродами 12 и 15. Таким образом, напряжение на электродах 13 и 14 будет указывать электрическую проводимость образца в кювете 30. При таком расположении электрическая проводимость может быть измерена с использованием датчика 3b проводимости по существу одновременно с измерением ослабления света с помощью спектрометра 2.[0029] The
[0030] В некоторых вариантах осуществления датчик 3 для измерения электрической проводимости образца термостатируют в пределах 0,1 °С до заданной постоянной температуры, например, 42 °С, когда необходимо проанализировать неизвестные образцы молока, поскольку электрическая проводимость жидких образцов часто зависит от температуры. В некоторых вариантах осуществления фактическую температуру образца измеряют с требуемой степенью точности, а измерение электрической проводимости математически корректируют при эталонной температуре на основании указанной измеренной температуры.[0030] In some embodiments,
[0031] Поскольку поглощение света жидкими образцами также может зависеть от температуры, кювета, в которой образец взаимодействует с выбранным светом, также может быть термостатирована. Таким образом, может быть предпочтительным расположить средства 2 и 3 рядом друг с другом таким образом (или, полезно даже выполнить за одно целое друг с другом, как датчик 3b, описанный выше), чтобы уменьшить количество компонентов в системе, для которых требуется строгое термостатирование.[0031] Since the absorption of light by liquid samples can also be temperature dependent, the cuvette in which the sample is exposed to the selected light can also be temperature controlled. Thus, it may be preferable to arrange
[0032] Приведенный в качестве примера вариант осуществления способа 300 стандартизации выходного сигнала датчика 3 электрического свойства, в данном случае датчика электрической проводимости, описан со ссылкой на фиг. 3.[0032] An exemplary embodiment of a
[0033] В соответствии с этим примером на этапе 310 с применением спектрометра 2 анализатора 1 получают данные о зависимом от длины волны оптическом ослаблении для электропроводящей жидкости, из которых генерируются спектральные данные. Спектрометр 2 может относиться к любому известному типу, например, типу, который предполагает функционирование путем измерения проходящего насквозь или отраженного оптического излучения, либо излучения, подвергшегося полному внутреннему отражению (измерений так называемого ослабленного полного внутреннего отражения (attenuated total internal reflection, ATR)). На этом этапе 310 жидкость, например очищающая жидкость, нулевая жидкость или другая расходуемая жидкость, характеризуемая известной взаимосвязью между ее электрической проводимостью и ее данными оптического ослабления, проходит в измерительную кювету 30 спектрометра 2 на основе интерферометра с ПФ, и данные об оптическом ослаблении, в данном случае данные о поглощении, для этой жидкости собираются и сохраняются в средстве 5 хранения.[0033] According to this example, at
[0034] На этапе 320 электрическую проводимость, Condm, указанной очищающей жидкости измеряют с использованием датчика 3 электрической проводимости, такого как датчик 3a, показанный на фиг. 2b, который приведен в рабочее соединение с трубопроводом, который соединен по текучей среде с впускным отверстием или с выпускным отверстием измерительной кюветы 30 и по которому должна протекать очищающая жидкость, или с использованием датчика 3, такого как датчик 3b электрической проводимости, показанный на фиг. 2b, который выполнен за одно целое с измерительной кюветой 30. Значение измеренной электрической проводимости сохраняется в средстве 5 хранения.[0034] At
[0035] На этапе 330 эталонное значение проводимости указанной очищающей жидкости, Condr, вычисляется процессором 4 для обработки данных. Алгоритм кодирования для реализации математической модели, который связывает спектральные данные с проводимостью, хранится в средстве 5 хранения, доступен для процессора 4 для обработки данных и выполняется в нем. На этом этапе 330 процессор 4 для обработки данных осуществляет доступ как к алгоритму кодирования для использования математической модели, так и к спектральным данным, полученным на этапе 310. Затем процессор 4 для обработки данных применяет математическую модель к спектральным данным для вычисления эталонной величины электрической проводимости, Condr, очищающей жидкости, которая затем сохраняется в средстве 5 хранения.[0035] At
[0036] На этапе 340 процессор 4 для обработки данных извлекает как измеренное значение электрической проводимости (Condm, полученное на этапе 320), так и вычисленное эталонное значение проводимости (Condr, полученное на этапе 330) из средства 5 хранения и генерирует коэффициент F стандартизации, зависящий от соотношения спрогнозированной величины и измеренной величины. В некоторых вариантах осуществления указанный коэффициент F стандартизации определяется в процессоре 4 для обработки данных в соответствии с соотношением[0036] At
[0037] Известно, что проводимость зависит от температуры T, и в вариантах осуществления, в которых регулирование температуры может быть ненадлежащим или оно может отсутствовать, коэффициент F стандартизации может быть уточнен путем корректировки измеренного значения проводимости Condm на значение функции, зависящей от температуры f(T). Указанная функция f(T) может быть определена эмпирически на основании результатов измерений при стандартной температуре TS (например, 25 °C) на образцах с известной проводимостью и может быть выражена следующим образом:[0037] It is known that conductivity depends on temperature T, and in embodiments in which temperature control may be inadequate or absent, the standardization factor F can be refined by adjusting the measured conductivity value Cond m to the value of the temperature dependent function f (T). The specified function f(T) can be determined empirically based on the results of measurements at a standard temperature T S (for example, 25 °C) on samples with known conductivity and can be expressed as follows:
где коэффициенты a, b и c определяют эмпирически.where coefficients a, b and c are determined empirically.
[0038] Коэффициент F стандартизации сохраняется в средстве 5 хранения для последующего использования процессором 4 для обработки данных для обеспечения осуществления стандартизированного измерения проводимости жидкого образца, анализируемой с помощью анализатора 1. С этой целью процессор 4 для обработки данных выполнен с возможностью извлечения указанного коэффициента F стандартизации из средства 5 хранения и обеспечения осуществления стандартизированного измерения проводимости Condстд следующим образом[0038] The standardization factor F is stored in the storage means 5 for later use by the
где Condm, s представляет собой проводимость жидкого образца, измеренную с помощью датчика 3 проводимости (которая может корректироваться или не корректироваться на изменения температуры, как в целом описано выше со ссылкой на уравнение (2)).where Cond m, s represents the conductivity of the liquid sample measured by the conductivity sensor 3 (which may or may not be corrected for changes in temperature, as generally described above with reference to equation (2)).
[0039] Приведенный в качестве примера вариант осуществления способа 400 создания математической модели, которая может быть использована в способе 300 стандартизации, описан со ссылкой на фиг. 4.[0039] An exemplary embodiment of a
[0040] На этапе 410 создают набор эталонных образцов, состоящий из множества, в данном случае 30, эталонных жидких образцов. Эталонные жидкие образцы как правило, представляют собой все жидкие образцы, содержащие те же компоненты, что и электропроводящая жидкость, используемая в способе 300. В настоящем варианте осуществления электропроводящая жидкость представляет собой очищающую жидкость, используемую для очистки кюветы 30 и трубопроводов аппарата 1. Таким образом, основными компонентами как эталонного жидкого образца, так и электропроводящей жидкости являются, исключительно в качестве примера, Genapol T 250p, пентанатрий трифосфат, SDS, тринатрий пирофосфат и карбонат натрия. Могут присутствовать и другие компоненты, но они не вносят заметного вклада ни в электрическую проводимость, ни в оптические свойства жидкостей. Как правило, каждый эталонный жидкий образец содержит одни и те же основные компоненты, но каждый из них имеет отличную комбинацию концентраций указанных основных компонентов. Диапазон комбинаций компонентов выбирают таким образом, чтобы охватить ожидаемые вариации в комбинациях компонентов электропроводящего образца.[0040] At
[0041] На этапе 420 собирают спектральные данные для каждого жидкого образца из набора эталонных образцов с использованием аппарата того же типа, который был использован для получения данных о поглощении для электропроводящей жидкости на этапе 310, описанном выше, и сохраняют их в средстве хранения.[0041] At
[0042] На этапе 430 создают базу данных, в которой каждая запись содержит спектральные данные для каждого конкретного эталонного жидкого образца и соответствующее значение электрической проводимости этого образца, измеренное с помощью датчика 3 проводимости.[0042] At
[0043] На этапе 440 процессор для обработки данных осуществляет многовариантный статистический анализ информации из базы данных. В настоящем примере это включает разделение записей базы данных на два набора, например, первый и самый большой набор, состоящий, например, из 80% от общего количества записей, и второй набор, состоящий из оставшихся записей базы данных, подлежащих использованию для перекрестной проверки, и выполнение в отношении указанных наборов PLS, в данном случае 10-факторной PLS, регрессионного анализа, перекрестно проверяемого с использованием трех сегментов перекрестной проверки.[0043] At
[0044] На этапе 450 в процессоре для обработки данных создается математическая модель с использованием результатов статистического анализа, выполненного на этапе 440, которая связывает спектральные данные с величиной проводимости. Эта математическая модель хранится в средстве хранения анализатора 1 или к ней иным образом обеспечивается доступ для процессора для обработки данных для использования при вычислении эталонной величины проводимости электропроводящей жидкости на основании спектральных данных, полученных для этой жидкости.[0044] At
[0045] Результаты, полученные с использованием такой модели, графически проиллюстрированы на фиг. 5, на которой показан график зависимости измеренной проводимости для образца от вычисленной проводимости, полученной на основании спектральных данных для этого образца с использованием указанной модели. Они кратко изложены в таблице 1 ниже:[0045] The results obtained using such a model are graphically illustrated in FIG. 5, which shows a plot of the measured conductivity for a sample versus the calculated conductivity obtained from the spectral data for that sample using the specified model. These are summarized in Table 1 below:
[0046] Поскольку проводимость можно предсказать с относительной погрешностью приблизительно 0,5 %, ожидается, что погрешность стандартизации датчика 3 проводимости будет такой же. Этот уровень считается достаточным для обеспечения надежной стандартизации и, следовательно, удовлетворительной переносимости моделей прогнозирования, в которых проводимость используют в качестве одного из их входных параметров, например, посторонней воды в молоке в соответствии с раскрытием в патенте США 5739034, упомянутом выше.[0046] Since conductivity can be predicted with a relative error of approximately 0.5%, the standardization error of the
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DKPA201901018 | 2019-08-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2805771C1 true RU2805771C1 (en) | 2023-10-24 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5739034A (en) * | 1993-12-10 | 1998-04-14 | Foss Electric A/S | Determination of extraneous water in milk samples, or the freezing point depression of milk samples |
US6975944B1 (en) * | 1999-09-28 | 2005-12-13 | Alpha Mos | Method and apparatus for monitoring materials used in electronics |
RU2316755C2 (en) * | 2002-05-28 | 2008-02-10 | ФОСС Аналитикал А/С | Method and spectrometer for quantitative measurement of component in sample |
WO2014205230A1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-12-24 | Step Ahead Innovations Inc. | Aquatic environment water parameter testing systems and methods |
RU2564382C2 (en) * | 2010-12-03 | 2015-09-27 | ФОСС Аналитикал А/С | Spectral analysis of fluid non-uniform substance in middle infrared range |
WO2018045349A1 (en) * | 2016-09-01 | 2018-03-08 | Naya Health, Inc. | Apparatus and methods for measuring fluid attributes in a reservoir |
RU2666926C2 (en) * | 2013-03-13 | 2018-09-13 | Дженвив Байосайенсиз, Инк. | Method of calibrating and measuring signal and device for detecting and/or identifying target bacteria (options) |
RU2688954C2 (en) * | 2015-06-01 | 2019-05-23 | ФОСС Аналитикал А/С | Spectral analysis of a fluid inhomogeneous medium in the middle infrared range |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5739034A (en) * | 1993-12-10 | 1998-04-14 | Foss Electric A/S | Determination of extraneous water in milk samples, or the freezing point depression of milk samples |
US6975944B1 (en) * | 1999-09-28 | 2005-12-13 | Alpha Mos | Method and apparatus for monitoring materials used in electronics |
RU2316755C2 (en) * | 2002-05-28 | 2008-02-10 | ФОСС Аналитикал А/С | Method and spectrometer for quantitative measurement of component in sample |
RU2564382C2 (en) * | 2010-12-03 | 2015-09-27 | ФОСС Аналитикал А/С | Spectral analysis of fluid non-uniform substance in middle infrared range |
RU2666926C2 (en) * | 2013-03-13 | 2018-09-13 | Дженвив Байосайенсиз, Инк. | Method of calibrating and measuring signal and device for detecting and/or identifying target bacteria (options) |
WO2014205230A1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-12-24 | Step Ahead Innovations Inc. | Aquatic environment water parameter testing systems and methods |
RU2688954C2 (en) * | 2015-06-01 | 2019-05-23 | ФОСС Аналитикал А/С | Spectral analysis of a fluid inhomogeneous medium in the middle infrared range |
WO2018045349A1 (en) * | 2016-09-01 | 2018-03-08 | Naya Health, Inc. | Apparatus and methods for measuring fluid attributes in a reservoir |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
CUADROS-RODRGUEZ L ET AL,: "Calibration in chemical measurement processes. II. A methodological approach", TRAC TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY, ELSEVIER, AMSTERDAM, vol. 20, N 11, 2001, pages 623,624. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10809246B2 (en) | Hemolysis detection method and system | |
US20120310541A1 (en) | Online determination of inter alia fat, protein, lactose, somatic cell count and urea in milk by dielectric spectroscopy between 0.3 mhz and 1.4 ghz using chemometric evaluation | |
EP3004839B1 (en) | Method of and apparatus for correcting for intensity deviations in a spectrometer | |
US7288767B2 (en) | Method and a spectrometer for quantitative determination of a constituent in a sample | |
RU2805771C1 (en) | Standardization of output signal of electrical properties sensor | |
CN105372204B (en) | A kind of method for online detecting near infrared spectrum of Etimicin Sulfate column separation process | |
CN105259136B (en) | Near infrared correction without measuring point temperature correction | |
CN104792686A (en) | Method for detecting microbe quantity and drug content of semisolid preparation through near infrared spectroscopy | |
US20220276189A1 (en) | Standardizing the output of an electrical property sensor | |
Liang et al. | Detecting melamine‐adulterated raw milk by using near‐infrared transmission spectroscopy | |
US20230102813A1 (en) | Open-loop/closed-loop process control on the basis of a spectroscopic determination of undetermined substance concentrations | |
US10712310B2 (en) | Protein quantification by near infrared spectral imaging | |
US11340205B2 (en) | Systems and methods for determining concentrations of materials in solutions | |
US11965823B2 (en) | Method of correcting for an amplitude change in a spectrometer | |
US11585747B2 (en) | Cuvette, preferably flow-through cuvette for an optical measuring device, and method for its operation | |
TW202321675A (en) | Component concentration measuring apparatus, component concentration measuring program, and component concentration measuring method | |
US20230332993A1 (en) | Methods and process control for real time inert monitoring of acid copper electrodeposition solutions | |
US20230011975A1 (en) | Method of determining an optical pathlength through a cuvette | |
Diaz-Olivares et al. | Near-infrared spatially-resolved spectroscopy for milk quality analysis | |
Gomes et al. | Alcohol determination using an acoustic wave sensor | |
UA19620U (en) | Method for determining the grade of vodka or brandy |