WO2022189680A1 - Componente para implementación de sondas ópticas y sonda óptica - Google Patents

Componente para implementación de sondas ópticas y sonda óptica Download PDF

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WO2022189680A1
WO2022189680A1 PCT/ES2021/070165 ES2021070165W WO2022189680A1 WO 2022189680 A1 WO2022189680 A1 WO 2022189680A1 ES 2021070165 W ES2021070165 W ES 2021070165W WO 2022189680 A1 WO2022189680 A1 WO 2022189680A1
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optical probes
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guide
implementing optical
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Aleix COLLADO SEBASTIÀ
Marck COLLADO SEBASTIÀ
Raquel OBREGÓN NÚÑEZ
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Sensing Solutions S.L.
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Definitions

  • the object of the present invention is a component with which to implement optical measurement probes, especially probes for the detection of bacterial biofilms (known as biofilms) and the monitoring of their growth in fluid distribution systems.
  • Another object of the invention is an optical probe incorporating said component.
  • Optical sensors for monitoring fluids are known in the state of the art.
  • document US2013250281 A1 discloses a lubricant deterioration sensor that includes an optical guide with a path from a light emitting element to a light receiving element, which crosses a gap into which the lubricant enters. Changes in the lubricant produce changes in the light received at the light receptor, which allows knowing the state of the lubricant.
  • the path of the light guide turns 180° through the integration in the sensor of two mirrors in which it is reflected light 90° before and after passing through the lubricant.
  • the objective of the present invention is to provide optical probes suitable for monitoring fluids that have advantages over the state of the art mentioned.
  • a component has been developed to implement especially advantageous optical probes for the detection of biofilms and the monitoring of their growth in fluid distribution systems.
  • the present component for implementing optical probes is characterized by the fact that it integrates all the functional elements of an optical probe in a single body obtained by 3D printing. Thanks to this, it is possible to offer optical probe configurations with better performance than those known in the state of the art.
  • the component for implementing optical probes comprises a body, defined by a longitudinal dimension, in which a longitudinal end has an interaction surface intended to be in contact with the fluid to be monitored.
  • the body comprises a hollow channel that runs through its interior and defines an optical measurement guide, which is suitable for the transmission of optical signals between its ends.
  • This first embodiment is characterized in that the interaction surface comprises a slot and the measurement guide comprises a path such that it intersects with the slot.
  • the component integrates several of the elements of an optical probe
  • the measurement guide comprises a path such that it intersects with the slot through which the fluid to be monitored passes
  • the body can be obtained by 3D printing, so it can integrate the guide inside it, which can include curved sections, so it can have a trajectory that intersects with the interaction surface at some point and then goes to a surface of connection.
  • the ends of the measuring guide are located on a connection surface located at the other longitudinal end of the body. Thanks to this, the installation of the probe in a pipe of a fluid distribution system is facilitated, since the area of interaction with the fluid is separated from the connection area of the optical guide.
  • the measurement guide comprises a curved section that includes said wall section that intersects with the interaction surface. And even more preferably, said curved section describes an arc of at least 180°, so that the path of the measurement guide occupies as little space as possible, thereby reducing the size of the probe.
  • the bottom wall of the slot comprises a projection interposed in the path of the measuring guide. Thanks to this, it is easier for the interaction surface to accumulate the biofilm and for the optical signals that pass through the measurement guide to interact with the biofilm.
  • the body comprises a second hollow channel that runs through its interior and that defines a reference guide, which is suitable for the transmission of optical signals between its ends. Thanks to the fact that the body is obtained by means of 3D printing, it can integrate both a measurement guide and a reference guide in its interior in a single body.
  • the reference guide comprises a path such that both ends are on the same connection surface, thus facilitating the installation of the probe in a pipe of a fluid distribution system.
  • the reference guide comprises a curved section that describes an arc of at least 180°, so that the size of the body is compacted. And even more preferably, the center of the curved section runs adjacent to the measuring guide, the longitudinal directions of both guides being perpendicular to each other at that point. That is to say, the body can comprise a measuring guide also with a curved section of 180°, where its center can be intersected with the interaction surface, and that the longitudinal directions of both guides at those central points are perpendicular to each other. It goes without saying that preferably the ends of the measuring guide and the ends of the reference guide are located on the same connecting surface. In this case, the locations of its ends preferably form a parallelogram with equal sides, with the aim of compacting the size of the component as much as possible.
  • the ends of the measurement guide and/or the reference guide comprise optical connection means, such as threaded or screw connectors.
  • optical connection means such as threaded or screw connectors.
  • the optical connection means are formed by projections with a conical interior, in which it is easy to fix the optical cables for transmitting the signals by means of resin.
  • the body is solid and only the hollow channels are empty.
  • the body only comprises walls that define the hollow elements, such as guides or channels, while the rest of the volume of the body is hollow.
  • the walls defining the guides or channels preferably have a thickness between 0.5 mm and 20 mm.
  • the connection surface can include a hole through which to fill the body, such as resin. Preferably, it also has a second hole to expel the air inside while it is being filled.
  • the component preferably comprises a threaded external surface in at least one section of its longitudinal dimension.
  • the body comprises a hollow channel that longitudinally crosses the body from the connection surface to the interaction surface, and which defines a cavity suitable for housing a temperature sensor, which allows a better calibration of the probe. optics, among other advantages.
  • the component may optionally comprise a position indicator, located on the connection surface and parallel to the slot. In this way, when threading the component into the pipe, it is possible to know the position of the slot through which the fluid to be monitored must flow.
  • Another object of the present invention is to claim an optical probe that includes the component according to any of the embodiments described above, optical probe being understood as said component in conjunction with at least the optical cables that transmit and receive the optical signals that pass through through the component. Said cables can be connected at their other ends to an emitter and/or detector of optical signals.
  • Figure 1 Perspective view of a preferred embodiment of this component for implementing optical probes.
  • Figure 2. Sectional view of the preferred embodiment of figure 1.
  • Figure 1 shows a perspective view of a preferred embodiment of component (1), where the longitudinal dimension of the body arranged vertically can be seen.
  • This embodiment has a connection surface (1b) at the upper end, where the ends (11i, 11o, 12i, 12o) of the guides (11, 12) are located.
  • Figure 2 shows an axial section of the component (1), where the hollow channel that defines the measurement guide (11) can be seen, sectioned along its entire length.
  • the interior of the component (1) only includes the walls that define the hollow elements, such as the measurement guide (11), the reference guide (12) and the cavity (14) for the temperature sensor, while the rest of volume of the body is hollow. Since a large part of the body is empty, Figure 2 also shows a section of the reference guide (12), as well as the cross section that is perpendicular to the measurement guide (11). At the lower end is the interaction surface (1a) intended to be in contact with the fluid to be monitored.
  • the interaction surface (1a) comprises a groove (13) and the measurement guide (11) comprises a path such that it intersects with the groove (13) in its curved section (11c), which describes an arc of more than 180°.
  • the bottom wall of the slot (13) comprises a projection (15) interposed in the path of the measuring guide (11).
  • the reference guide (12) comprises a path such that both ends (12i, 12o) of the reference guide (12) are on the same connection surface (1b) as those of the measurement guide ( 11), forming between the four a parallelogram of equal sides.
  • the reference guide (12) comprises a curved section (12c) that describes an arc of more than 180°, whose center runs above the measurement guide (11), both longitudinal directions being perpendicular at that point .
  • component (1) comprises integrated optical connection means (21a, 21b, 21c, 21d) formed by projections with a conical interior, linked to the ends (11i, 11o, 12i, 12o) of the guide measurement (11) and the reference guide (12). Additionally, the component (1) comprises an integrated external threaded surface (16) in a section of its longitudinal dimension.
  • This preferred embodiment comprises a position indicator (3), located on the connection surface (1b) and parallel to the slot (13).
  • the connection surface (1b) comprises two holes (4a, 4b) through which to fill the body.

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Abstract

Componente (1) para implementación de sondas ópticas para monitorización de fluidos, el cual comprende un cuerpo definido por una dimensión longitudinal, en el que un extremo longitudinal dispone de una superficie de interacción (1a) destinada a estar en contacto con un fluido a monitorizar, a la vez que comprende un canal hueco que transcurre por su interior y que define una guía de medida (11) apta para la transmisión de señales ópticas entre sus extremos (11i, 11o), donde la superficie de interacción (1a) comprende una ranura (13) y la guía de medida (11) comprende una trayectoria tal que se entrecruza con la ranura (13).

Description

DESCRIPCIÓN
COMPONENTE PARA IMPLEMENTACIÓN DE SONDAS ÓPTICAS Y SONDA ÓPTICA
Campo de la invención
La presente invención tiene por objeto un componente con el que implementar sondas de medida óptica, especialmente sondas de detección de biopelículas bacterianas (conocidas como biofilms) y la monitorización de su crecimiento en sistemas de distribución de fluidos. Otro objeto de la invención es una sonda óptica que incorpora dicho componente.
Antecedentes de la invención
Son conocidos en el estado de la técnica los sensores ópticos para monitorizar fluidos. Por ejemplo, el documento US2013250281 A1 divulga un sensor de deterioro de un lubricante que incluye una guía óptica con una trayectoria desde un elemento emisor de luz hasta un elemento receptor de luz, la cual cruza un espacio en el que entra el lubricante. Los cambios en el lubricante producen cambios en la luz recibida en el receptor de luz, lo cual permite conocer el estado del lubricante. Para la conexión del emisor y el receptor de luz se pueda realizar desde el exterior del contenedor o tubería donde se encuentra el lubricante, la trayectoria de la guía de luz vira 180° mediante la integración en el sensor de dos espejos en los que se refleja la luz 90° antes y después de atravesar el lubricante.
Para evitar el uso de espejos, es conocido el uso de lúmenes o fibras ópticas curvadas, como por ejemplo los divulgados en los documentos EP2937537A1 y US2010027015A1. Estos sensores ópticos son más económicos de fabricar, más robustos y más fáciles de limpiar que los que utilizan espejos, aunque todavía es posible conseguir una configuración de sensor óptico todavía más económica, más robusta y más fácil de limpiar.
Descripción de la invención
El objetivo de la presente invención es el de proporcionar sondas ópticas aptas para la monitorización de fluidos que presentan ventajas respecto al estado de la técnica mencionado. De acuerdo con este objetivo, se ha desarrollado un componente destinado a implementar sondas ópticas especialmente ventajosas para la detección de biofilms y la monitorización de su crecimiento en sistemas de distribución de fluidos. El presente componente para implementación de sondas ópticas se caracteriza por el hecho de que integra todos los elementos funcionales de una sonda óptica en un único cuerpo obtenido mediante impresión 3D. Gracias a ello, es posible ofrecer configuraciones de sondas ópticas con mejores prestaciones que las conocidas en el estado de la técnica.
En su realización más genérica, el componente para implementación de sondas ópticas comprende un cuerpo, definido por una dimensión longitudinal, en el que un extremo longitudinal dispone de una superficie de interacción destinada a estar en contacto con el fluido a monitorizar. A la vez, el cuerpo comprende un canal hueco que transcurre por su interior y define una guía de medida óptica, la cual es apta para la transmisión de señales ópticas entre sus extremos. Esta primera realización se caracteriza por el hecho de que la superficie de interacción comprende una ranura y la guía de medida comprende una trayectoria tal que se entrecruza con la ranura.
Gracias, por un lado, a que el componente integra varios de los elementos de una sonda óptica, y por otro, a que la guía de medida comprende una trayectoria tal que se entrecruza con la ranura por donde transcurre el fluido a monitorizar, esta configuración resulta en una forma de obtener una sonda más económica de fabricar, más robusta y más fácil de limpiar que las conocidas en el estado de la técnica. El cuerpo puede obtenerse mediante impresión 3D, por lo que puede integrar en su interior la guía, la cual puede incluir tramos curvados, con lo que puede tener una trayectoria que se entrecruce con la superficie de interacción en algún punto y después dirigirse a una superficie de conexión.
En una realización preferente, los extremos de la guía de medida se ubican en una superficie de conexión situada en el otro extremo longitudinal del cuerpo. Gracias a ello, se facilita la instalación de la sonda en una tubería de un sistema de distribución de fluidos, ya que queda separada la zona de interacción con el fluido respecto a la zona de conexionado de la guía óptica. De forma preferente, la guía de medida comprende un tramo curvado que incluye dicha sección de pared que se entrecruza con la superficie de interacción. Y aún más preferentemente, dicho tramo curvado describe un arco de al menos 180°, de forma que la trayectoria de la guía de medida ocupa el menor espacio posible, con lo que se reduce el tamaño de la sonda.
Preferiblemente, la pared del fondo de la ranura comprende un saliente interpuesto en la trayectoria de la guía de medida. Gracias a ello, se facilita que la superficie de interacción acumule el biofilm y que las señales ópticas que atraviesas la guía de medida interaccionen con el biofilm. En otra realización preferente, el cuerpo comprende un segundo canal hueco que transcurre por su interior y que define una guía de referencia, la cual es apta para la transmisión de señales ópticas entre sus extremos. Gracias a que el cuerpo se encuentra obtenido mediante impresión 3D, puede integrar en su interior tanto una guía de medida como una guía de referencia en un único cuerpo. Preferiblemente, la guía de referencia comprende una trayectoria tal que ambos extremos se encuentran en una misma superficie de conexión, facilitando así la instalación de la sonda en una tubería de un sistema de distribución de fluidos. De forma preferente, la guía de referencia comprende un tramo curvado que describe un arco de al menos 180°, de forma que se compacta el tamaño del cuerpo. Y aún más preferentemente, el centro del tramo curvado transcurre adyacente a la guía de medida, siendo perpendiculares entre sí sendas direcciones longitudinales de ambas guías en ese punto. Es decir, el cuerpo puede comprender un guía de medida también con un tramo curvado de 180°, donde su centro puede estar entrecruzado con la superficie de interacción, y que las direcciones longitudinales de ambas guías en esos puntos centrales sean perpendiculares entre sí. No hace falta mencionar que, preferentemente, los extremos de la guía de medida y los extremos de la guía de referencia están situados en una misma superficie de conexión. En este caso, las ubicaciones de sus extremos preferiblemente forman un paralelogramo de lados iguales, con el objetivo de compactar al máximo el tamaño del componente.
Para que el componente pueda recibir fácilmente la conexión de cables ópticos que le transmitan y que reciban las señales ópticas, los extremos de la guía de medida y/o de la guía de referencia comprenden medios de conexión óptica, como pueden ser conectores roscados o de tipo snap. En una realización preferente, los medios de conexión óptica están formados por unos salientes con un interior cónico, en los cuales resulta sencillo fijar los cables ópticos de transmisión de las señales mediante resina.
En una versión opcional del componente, el cuerpo es macizo y sólo se encuentran vacíos los canales huecos. En otra versión alternativa, el cuerpo sólo comprende paredes que definen los elementos huecos, como pueden ser las guías o los canales, mientras que el resto de volumen del cuerpo se encuentra hueco. Las paredes que definen las guías o canales preferentemente tienen un grosor entre 0,5 mm y 20 mm. En esta segunda versión, la superficie de conexión puede comprender un orificio por el que rellenar el cuerpo, como por ejemplo de resina. Preferiblemente, también cuenta con un segundo orificio para expulsar el aire del interior mientras se rellena. Para facilitar su fijación a la tubería del sistema de fluidos a inspeccionar, el componente preferiblemente comprende una superficie externa roscada en al menos un tramo de su dimensión longitudinal.
De forma opcional, el cuerpo comprende un canal hueco que cruza longitudinalmente el cuerpo desde la superficie de conexión hasta la superficie de interacción, y que define una cavidad apta para el alojamiento de un sensor de temperatura, el cual permite una mejor calibración de la sonda óptica, entre otras ventajas.
Finalmente, el componente puede comprender como opción un indicador de posición, situado en la superficie de conexión y paralelo a la ranura. De esta forma, al roscar el componente en la tubería, resulta posible conocer la posición de la ranura por donde debe transcurrir el fluido a monitorizar.
Otro objeto de la presente invención es reivindicar una sonda óptica que incluye el componente según cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente, entendiéndose por sonda óptica a dicho componente en conjunción con al menos los cables ópticos que le transmiten y que reciben las señales ópticas que pasan a través del componente. Dichos cables pueden ir conectados por sus otros extremos a un emisor y/o detector de señales ópticas.
Breve descripción de las figuras
Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.
Figura 1.- Vista en perspectiva de una realización preferente del presente componente para implementación de sondas ópticas.
Figura 2.- Vista en sección de la realización preferente de la figura 1.
Descripción de una realización preferente
A continuación, se describe una realización preferente del presente componente para implementación de sondas ópticas, haciendo referencia a las figuras 1 y 2. En la figura 1 se muestra una perspectiva de una realización preferente del componente (1), donde se aprecia la dimensión longitudinal del cuerpo dispuesta en vertical. Esta realización dispone en el extremo superior de una superficie de conexión (1b), donde los extremos (11 i, 11o, 12i, 12o) de las guías (11, 12) se ubican.
En la figura 2 se muestra una sección axial del componente (1), donde se aprecia el canal hueco que define la guía de medida (11), seccionada en toda su longitud. El interior del componente (1) sólo comprende las paredes que definen los elementos huecos, como son la guía de medida (11), la guía de referencia (12) y la cavidad (14) para el sensor de temperatura, mientras que el resto de volumen del cuerpo se encuentra hueco. Dado que gran parte del cuerpo se encuentra vacío, en la figura 2 también se aprecia un tramo de la guía de referencia (12), así como la sección transversal que se encuentra perpendicular a la guía de medida (11). En el extremo inferior se encuentra la superficie de interacción (1a) destinada a estar en contacto con el fluido a monitorizar. Como se puede apreciar, la superficie de interacción (1a) comprende una ranura (13) y la guía de medida (11) comprende una trayectoria tal que se entrecruza con la ranura (13) en su tramo curvado (11c), el cual describe un arco de más de 180°. La pared del fondo de la ranura (13) comprende un saliente (15) interpuesto en la trayectoria de la guía de medida (11).
Por su parte, la guía de referencia (12) comprende una trayectoria tal que ambos extremos (12i, 12o) de la guía de referencia (12) se encuentran en la misma superficie de conexión (1b) que los de la guía de medida (11), formando entre los cuatro un paralelogramo de lados iguales. En esta realización, la guía de referencia (12) comprende un tramo curvado (12c) que describe un arco de más de 180°, cuyo centro transcurre por encima de la guía de medida (11), siendo perpendiculares sendas direcciones longitudinales en ese punto.
Esta realización preferente del componente (1) comprende integrados unos medios de conexión óptica (21a, 21b, 21c, 21d) formados por unos salientes con un interior cónico, vinculados con los extremos (11 i, 11o, 12i, 12o) de la guía de medida (11) y de la guía de referencia (12). Adicionalmente, el componente (1) comprende integrada una superficie externa roscada (16) en un tramo de su dimensión longitudinal.
Esta realización preferente comprende un indicador de posición (3), situado en la superficie de conexión (1b) y paralelo a la ranura (13). A su vez, la superficie de conexión (1b) comprende dos orificios (4a, 4b) por los que rellenar el cuerpo.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Componente (1) para implementación de sondas ópticas para monitorización de fluidos, el cual comprende un cuerpo definido por una dimensión longitudinal, en el que un extremo longitudinal dispone de una superficie de interacción (1a) destinada a estar en contacto con un fluido a monitorizar, a la vez que comprende un canal hueco que transcurre por su interior y que define una guía de medida (11) apta para la transmisión de señales ópticas entre sus extremos (11 i, 11o), estando el componente (1) caracterizado por el hecho de que la superficie de interacción (1a) comprende una ranura (13) y la guía de medida (11) comprende una trayectoria tal que se entrecruza con la ranura (13).
2. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según la reivindicación 1, donde ambos extremos (11 i, 11o) de la guía de medida (11) se ubican en una superficie de conexión (1b) situada en el otro extremo longitudinal.
3. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según la reivindicación 2, donde la guía de medida (11) comprende un tramo curvado (11c), la sección central del cual se entrecruza con la ranura (13).
4. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según la reivindicación 3, donde el tramo curvado (11c) describe un arco de al menos 180°.
5. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la pared del fondo de la ranura (13) comprende un saliente (15) interpuesto en la trayectoria de la guía de medida (11).
6. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un segundo canal hueco que transcurre por su interior y que define una guía de referencia (12) apta para la transmisión de señales ópticas entre sus extremos (12i, 12o).
7. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según la reivindicación 6, donde la guía de referencia (12) comprende una trayectoria tal que ambos extremos (12i, 12o) de la guía de referencia (12) se encuentran en una misma superficie de conexión (1b).
8. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según la reivindicación 7, donde la guía de referencia (12) comprende un tramo curvado (12c) que describe un arco de al menos 180°.
9. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según cualquiera de las reivindicaciones de la 6 a la 8, donde el centro del tramo curvado (12c) se encuentra adyacente al centro de la guía de medida (11), siendo perpendiculares las direcciones longitudinales en dichos centros.
10. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según cualquiera de las reivindicaciones de la 6 a la 9, donde los extremos (11 i, 11o) de la guía de medida (11) y los extremos (12i, 12o) de la guía de referencia (12) están situados en una misma superficie de conexión (1b).
11. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según la reivindicación 10, donde las ubicaciones de dichos extremos (11 i, 11o, 12i, 12o) forman un paralelogramo de lados iguales.
12. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los extremos (11 i, 11o) de la guía de medida (11) y/o los extremos (12i, 12o) de la guía de referencia (12) comprenden medios de conexión óptica (21a, 21b, 21c, 21d) con el exterior del componente (1).
13. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una superficie externa roscada (16) en al menos un tramo de su dimensión longitudinal.
14. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un canal hueco que cruza longitudinalmente el cuerpo desde la superficie de conexión (1b) hasta la superficie de interacción (1a) y que define una cavidad (14) para un sensor de temperatura.
15. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un indicador de posición (3), situado en la superficie de conexión (1b) y paralelo a la ranura (13).
16. Componente (1) para implementación de sondas ópticas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo comprende paredes que definen los elementos huecos y el resto de volumen del cuerpo se encuentra hueco.
17. Sonda óptica apta para la monitorización de medios líquidos, caracterizada por el hecho de que comprende un componente (1) para implementación de sondas ópticas según descrito en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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