PROCEDIMIENTO Y MODULO OPTICO PARA LA MEDIDA DE LA ABSORBANCIA A LAMBDAS DISCRETAS PARA APLICACIONES DE CONTROL DE CALIDAD DE AGUAS.

Procedimiento y módulo óptico para la medida de la absorbancia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas.

La invención se refiere a un procedimiento y a un módulo óptico para la medida de la absorbancia y otros parámetros físico-químicos a lambdas discretas, particularmente destinado a aplicaciones de control de calidad de aguas, que comprende unos medios de alimentación, unos medios de emisión ópticos, unos medios de separación ópticos y unos primeros y segundos medios de recepción ópticos. Además comprende unos medios para la conducción o contención de una muestra de agua interpuestos entre los medios de emisión y los medios de recepción y unos medios de detección y comparación de las señales recibidas por los primeros y segundos medios de recepción ópticos, comprendiendo dichos medios de detección amplificadores de lock-in y siendo los medios de emisión ópticos leds

Procedimiento y módulo óptico para la medida de la absorbancia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas.

Sector técnico de la invención

La invención se refiere a un procedimiento y a un módulo óptico para la medida de la absorbancia y otros parámetros físico-químicos a lambdas discretas, particularmente destinado para aplicaciones de control de calidad de aguas.

Antecedentes de la invención

Para efectuar el control de calidad de aguas, y más concretamente para determinar la contaminación biológica u orgánica del agua, son conocidos dispositivos que utilizan lámparas pulsantes de xenón que emiten luz de espectro esencialmente plano en la región de longitud de onda ultravioleta (UV), como el descrito en el documento de patente WO9216828.

En dichos dispositivos se determina la cantidad de materia orgánica en una muestra de líquido haciendo pasar pulsos de luz ultravioleta a través de la muestra y realizando mediciones de la absorción a longitudes de onda específicas, como por ejemplo a 254 nm, tal y como se describe en la norma DIN 38404. A esta longitud de onda, la emisión electromagnética es absorbida por los compuestos orgánicos aromáticos y otros compuestos orgánicos que tienen dobles enlaces conjugados. La norma ISO 7027:1999 establece además que la medida del parámetro de turbidez debe realizarse mediante la absorbancia a longitud de onda de 860 nm.

Para realizar las mediciones de absorbancia a diferentes longitudes de onda, se utilizan diferentes detectores de absorbancia dotados de filtros de banda pasante a las longitudes de onda de interés.

Es igualmente conocido el uso de señales alternas para la alimentación de fuentes ópticas de longitud de onda visible y el uso posterior de filtros estrechos de banda pasante para evitar interferencias introducidas por otras fuentes lumínicas, como se describe en el documento de patente JP9264845. No obstante, los filtros de banda pasante no son suficientemente estrechos para separar señales ópticas provenientes de emisores ópticos próximos cuya longitud de onda sea cercana.

Aunque se puede obtener la absorbancia directamente a partir del valor de la atenuación resultante tras su paso por la muestra, es recomendable contrastarla con una tensión de referencia de la señal óptica emitida, previa a su paso por la muestra, tal y como se describe en el documento de patente JP9304272. No obstante esta tensión de referencia irá variando a lo largo del tiempo de vida de los medios de emisión ópticos, impidiendo que las etapas posteriores de procesado puedan disponer de una tensión de referencia constante e idónea para calcular la atenuación sufrida por la señal que atraviesa la muestra, además de requerir una fase previa de calibración.

Algunos dispositivos conocidos para medir la absorbancia utilizan conversores analógico-digital de modo que las señales pueden ser procesadas digitalmente. En consecuencia, se consigue una mejor resolución en los valores de medición, pero el uso de componentes digitales encarece significativamente el dispositivo y requiere más componentes electrónicos con el consiguiente incremento de consumo eléctrico y volumen de almacenamiento. Al estar destinado estos dispositivos a instalarse en estaciones remotas de control de calidad de agua, es preferible disponer de dispositivos que aunque no tengan tanta resolución en sus valores de medición tengan un consumo más moderado y puedan ser instalados en carcasas compactas.

La presente invención intenta superar los problemas mencionados anteriormente para proporcionar un módulo óptico para la medida de la absorbancia y otros parámetros físico-químicos compacto y barato.

Explicación de la invención

El procedimiento para medir parámetros físico-químicos de una muestra de agua de la invención es de los que comprenden las etapas de generar una señal de alimentación eléctrica con una componente sinusoidal a una primera frecuencia; alimentar con dicha señal de alimentación unos medios de emisión ópticos dispuestos a un lado de la muestra, para emitir una señal óptica cuya portadora tiene una primera longitud de onda predefinida y cuya moduladora es la señal de alimentación; dirigir una primera parte de la señal óptica a unos primeros medios de recepción ópticos y una segunda parte hacia unos segundos medios de recepción ópticos dispuestos al otro lado de la muestra; recibir la primera parte de la señal óptica mediante los primeros medios de recepción ópticos en base a una primera longitud de onda; recibir la segunda parte de la señal óptica mediante los segundos medios de recepción ópticos en base a una segunda longitud de onda; procesar la señal obtenida por los primeros medios de recepción ópticos para obtener una tensión de referencia; procesar la señal obtenida por los segundos medios de recepción ópticos para obtener un valor de atenuación y comparar dichos valores de referencia y de atenuación.

En esencia, el procedimiento se caracteriza porque el procesado de la señal obtenida por los primeros y segundos medios de recepción ópticos comprende una primera etapa de demodulación coherente de la señal a la primera frecuencia y una segunda etapa de filtrado paso bajo para obtener la componente continua de la señal de salida del demodulador coherente.

En una variante de interés, la tensión de referencia es usada para compensar la señal de alimentación en el caso de que la señal óptica emitida descienda por debajo de un valor umbral predeterminado para aumentar la intensidad de la señal de alimentación y así conseguir que la tensión de referencia se mantenga constante durante toda la vida útil de los medios de emisión ópticos, evitando por tanto que la tensión de referencia se degrade por ejemplo al envejecer los medios de emisión ópticos.

En otra variante del procedimiento, la primera longitud de onda es tal que permite obtener el contenido de materia orgánica de la muestra.

En otra variante, la primera y segunda longitudes de onda son iguales, de modo que cuando los medios de emisión y los segundos medios de recepción están alineados se puede calcular la absorbancia a dicha longitud de onda. En caso que los medios de emisión y los segundos medios de recepción no estén alineados, se calcula la difracción causada por la muestra de agua según el ángulo entre los medios de emisión y los segundos medios de recepción.

En otra variante de interés, la primera y segunda longitudes de onda son diferentes, de modo que se puede obtener el valor de la fluorescencia generada a la segunda longitud de onda al incidir la señal óptica en la muestra de agua.

Según otra característica, la primera longitud de onda es de 254 nm, adecuada para detectar la materia orgánica contenida en la muestra según la norma DIN 38404.

De acuerdo con otra característica de la invención, la relación entre la tensión de referencia y la tensión de atenuación se compara con una segunda relación entre la tensión de referencia y una segunda tensión de atenuación obtenida a partir de una segunda señal óptica de longitud de onda de 330 nm para compensar en la absorbancia de la medida a 254 nm la medida de elementos no relacionado con cadenas de hidrocarburos.

El módulo analógico de la presente invención para medir la absorbancia comprende unos medios de alimentación, adaptados para generar una señal de alimentación eléctrica, dotados de un limitador de corriente; unos medios compensadores de la corriente aportada por los medios de alimentación; unos medios de emisión ópticos, adaptados para generar una señal óptica a una primera longitud de onda; unos medios de separación ópticos adaptados para dirigir una primera parte de la señal óptica hacia unos primeros medios de recepción ópticos, adaptados para recibir radiación electromagnética a la primera longitud de onda y una segunda parte de la señal óptica hacia unos segundos medios de recepción ópticos, adaptados para recibir radiación electromagnética a una segunda longitud de onda; unos medios de detección del valor de la amplitud de la componente alterna de la señal de salida de los primeros y segundos medios de recepción ópticos a la primera frecuencia; unos medios de comparación de los anteriores valores detectados adaptados para establecer su relación; y unos medios para la conducción o contención de una muestra de fluido.

En esencia, el módulo se caracteriza porque los medios de detección comprenden un amplificador de lock-in y los medios de emisión ópticos...

1. Procedimiento para la medida de la absorbancia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas, que comprende los pasos de:

- generar una señal de alimentación (13) eléctrica con una componente sinusoidal a una primera frecuencia;

- alimentar con dicha señal de alimentación unos medios de emisión (4) ópticos dispuestos a un lado de la muestra (2) de fluido, para emitir una señal óptica (5) cuya portadora tiene una primera longitud de onda predefinida y cuya moduladora es la señal de alimentación; dirigir una primera parte de la señal óptica (5a) a unos primeros medios de recepción (7a) ópticos y una segunda parte de la señal óptica (5b) hacia la muestra;

- recibir la primera parte de la señal óptica mediante los primeros medios de recepción ópticos en base a la primera longitud de onda;

- recibir la segunda parte de la señal óptica mediante unos segundos medios de recepción (7b) ópticos, dispuestos al otro lado de la muestra, en base a una segunda longitud de onda;

- procesar la señal obtenida por los primeros medios de recepción ópticos para obtener una tensión de referencia (10a);

- procesar la señal obtenida por los segundos medios de recepción ópticos para obtener una tensión de atenuación (10b); y

- comparar dichas tensiones de referencia y de atenuación.

caracterizado porque el procesado de la señal obtenida por los primeros y segundos medios de recepción ópticos comprende una primera etapa de demodulación coherente de la señal mediante la primera frecuencia y una segunda etapa de filtrado paso bajo para obtener la componente continua de la señal de salida de la etapa de demodulación coherente.

2. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la tensión de referencia (10a) es usada para compensar la señal de alimentación (13) en el caso que la señal óptica (5) emitida descienda por debajo de un valor umbral predeterminado.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera y segunda longitudes de onda son iguales.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la primera y segunda longitudes de onda son diferentes.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera longitud de onda es de 254 nm.

6. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la relación entre la tensión de referencia (10a) y la tensión de atenuación (10b) se compara con una segunda relación entre la tensión de referencia y una segunda tensión de atenuación obtenida a partir de una segunda señal óptica de longitud de onda de 330 nm.

7. Módulo (1) analógico para la medida de la absorbancia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas, que comprende:

- unos medios de alimentación (3), adaptados para generar una señal de alimentación (13) eléctrica, dotados de un limitador de corriente;

- unos medios de emisión ópticos (4), adaptados para generar una señal óptica (5) a una primera longitud de onda;

- unos medios de separación (6) ópticos adaptados para dirigir una primera parte de la señal óptica (5a) hacia unos primeros medios de recepción (7a) ópticos, y una segunda parte de la señal óptica (5b) hacia unos segundos medios de recepción (7b) ópticos;

- unos primeros medios de recepción ópticos adaptados para recibir radiación electromagnética a la primera longitud de onda;

- unos segundos medios de recepción ópticos adaptados para recibir radiación electromagnética a una segunda longitud de onda;

- unos medios para la conducción (12) o contención de una muestra (2) de agua interpuestos entre los medios de emisión y los segundos medios de recepción;

- unos medios de detección (8a, 8b) del valor de la amplitud de la componente alterna de la señal de salida de los primeros y segundos medios de recepción ópticos a la primera frecuencia; y

- unos medios de comparación (9b) adaptados para establecer la relación entre los valores detectados por los medios de detección.

caracterizado porque los medios de detección comprenden sendos amplificadores de lock-in (18a, 18b) y porque los medios de emisión ópticos son leds (14).

8. Módulo (1) según la reivindicación anterior, caracterizado porque los medios de alimentación (3) disponen de unos medios compensadores (23) de corriente, alimentados por la tensión de referencia (10a).

9. Módulo (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 7 ó 8, caracterizado porque la señal de alimentación (13) tiene una componente alterna sinusoidal y una componente continua.

10. Módulo (1) según la reivindicación anterior, caracterizado porque los leds (14) están adaptados para emitir radiación ultravioleta.

11. Dispositivo formado por una pluralidad de módulos (1) según las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque las componentes alternas de las señales de alimentación (13) de los módulos son ortogonales entre si.

12. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque la pluralidad de módulos (1) comparten la misma muestra de líquido (2).