СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩЕЕ ЕЕ СЕНСОРНОЕ УСТРОЙСТВО И СОДЕРЖАЩЕЕ ЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ МОЛОЧНОГО СКОТА Российский патент 2015 года по МПК A01J5/01 

Настоящее изобретение относится к сенсорной системе с сенсорным устройством, содержащим проточную ячейку, имеющую отверстие для подачи жидкости и отверстие для выдачи жидкости, причем проточная ячейка выполнена с возможностью протекания через нее жидкости; детекторное устройство, которое выполнено с возможностью измерения свойства жидкости в ячейке и формирования связанного с этим сигнала детектора; и блок управления сенсорами, который выполнен с возможностью анализировать сигнал детектора.

Такие сенсорные системы сами по себе в общем известны. Они используются, например, во время доения для определения свойств молока, которое было получено, чтобы таким образом выполнить качественное измерение. С этой целью обратимся, например, к патентному документу DE2759126, в котором описано отделение молока в случае обнаружения другого цвета и направление потока молока обратно к главному резервуару, как только поток молока снова показывает «правильный» цвет. Патентный документ EP1000535 раскрывает способ мониторинга качества молока с помощью пропускания через него света различных цветов и оценки относительного пропускания.

Недостатком вышеупомянутых систем является то, что они не гарантируют правильную оценку жидкости при всех условиях.

Задача настоящего изобретения состоит в улучшении системы того вида, который упомянут в преамбуле, в частности в создании дополнительной или альтернативной системы, которая может обнаружить изменения в жидкости, которая может находиться в большем количестве условий, или по меньшей мере в отличающихся условиях, с высокой степенью надежности.

Вышеупомянутая задача решается с помощью сенсорной системы по пункту 1 формулы изобретения, которая характеризуется тем фактом, что блок управления сенсорами выполнен с возможностью обнаружения перехода между двумя различными жидкостями в проточной ячейке, когда изменение сигнала детектора в единицу времени и/или изменение сигнала детектора становится больше, чем заданное пороговое значение изменения или чем заданное пороговое значение соответственно, в котором блок управления сенсорами выполнен с возможностью формирования сигнала оповещения, если блок управления сенсорами обнаруживает такой переход между жидкостями.

Настоящее изобретение основано на понимании того, что если происходит изменение в жидкости, всегда возможно обнаружить промежуточный переход. Таким образом, переход между жидкостями обычно имеет место тогда, когда постоянно или временно изменяется такое свойство, как цвет, удельная электропроводность и т.д. Следует отметить, что известные системы обычно сравнивают значение параметра с абсолютным значением. В результате этого постепенные изменения, которые тем не менее приводят к изменениям значения измеряемого параметра одной и той же жидкости, могут привести к ложноположительным сигналам оповещения. Настоящее изобретение ограничивает эти ложноположительные сигналы за счет того, что учитывается степень и/или скорость изменения упомянутого значения параметра.

Путем формирования сигнала оповещения при обнаружении перехода между жидкостями система управления или оператор могут при желании принять меры, например, если такой переход не должен произойти в соответствии с действиями, которые уже были выполнены. В качестве примера, который будет объяснен более подробно позже, может быть упомянута подача жидкости для специальной обработки, в частности животного, при которой объявляется тревога, если обнаруживается переход между жидкостями. В конце концов, может оказаться так, что случайно подана неправильная жидкость, что может иметь нежелательные, угрожающие здоровью последствия. Очевидно, таким образом возможно также уменьшить риски повреждения или неправильной обработки механизмов и других продуктов.

Настоящее изобретение также относится к сенсорному устройству как таковому, которое является подходящим для использования в сенсорной системе в соответствии с настоящим изобретением, как описано в пункте 24 формулы изобретения.

Конкретные варианты осуществления сенсорной системы и сенсорного устройства являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения. В этом случае все конкретные признаки, которые были упомянуты в связи с сенсорным устройством, в принципе одинаково применимы к сенсорной системе и наоборот, если текст явным образом не указывает противоположное.

В частности, сенсорное устройство содержит механизм обнаружения присутствия жидкости, который выполнен с возможностью подавать сигнал присутствия жидкости, если жидкость присутствует в ячейке. Такой механизм обнаружения присутствия жидкости предотвращает истолкование сигнала, который измеряется детектором во время перехода к отсутствию жидкости, как сигнала о переходе между жидкостями, так как это во многих случаях произвело бы ничем не оправданный сигнал оповещения. Механизм обнаружения присутствия жидкости основан, например, на измерении удельной электропроводности в проточной ячейке. Основание для этого заключается в том, что обычно жидкости имеют намного большую удельную электропроводность, чем воздух. Как только жидкость исчезнет, измеренное значение удельной электропроводности значительно понизится до величины ниже порогового значения, которое может быть выбрано в достаточно широких пределах. Точное определение, следовательно, не является необходимым. Другой возможностью является, например, датчик веса в ячейке или оптический детектор уровня жидкости и т.п. Ссылка делается на предшествующее для альтернатив, которые известны по существу.

Следует отметить, что в некоторых случаях может быть полезным производить сигнал оповещения при отсутствии жидкости, например, если жидкость всегда должна присутствовать. Можно рассмотреть, например, случай машинного масла в двигателе. В частности, однако, блок управления сенсорами выполнен с возможностью игнорировать сигнал детектора, когда сигнал присутствия жидкости отсутствует. Таким образом гарантируется, что вещества, которые сравниваются, действительно являются жидкостями.

В вариантах осуществления изменение содержит по меньшей мере один пик или спад в сигнале детектора, причем пик или спад имеют по меньшей мере заданную величину. В этом случае пик, как обычно, характеризуется увеличением, за которым следует уменьшение, а спад характеризуется уменьшением, за которым следует увеличение. Когда самое маленькое значение для уменьшения и связанного увеличения имеет по меньшей мере заданную величину, связанный спад или пик по меньшей мере имеет упомянутую заданную величину. Случаи, когда только уменьшение или увеличение достигают упомянутой величины, указывают на стадию, а не пик или спад. Заданная величина может быть выбрана, например, на основе практических тестов и практически во всех случаях зависит от фактического параметра, который будет измеряться. Таким образом, зашумленный параметр приведет к относительно большой заданной величине для значимого пика/спада. В противном случае незначащие шумовые колебания привели бы к ложноположительному обнаружению перехода между жидкостями. С другой стороны, если бы значение было чрезмерным, малый пик/спад в параметре, который в остальном не изменяется, или изменяется очень медленно, мог бы быть неоправданно пропущен (ложноотрицательный результат). Специалист в данной области техники может легко определить такие подходящие величины на практике после выбора параметра (параметров). Этот выбор зависит в известной степени от желания не формировать слишком много ложноположительных результатов (чрезмерная чувствительность) или, напротив, слишком много ложноотрицательных результатов (чрезмерная нечувствительность).

Когда такой пик или спад обнаруживается, это с большой вероятностью является результатом граничной поверхности между двумя жидкостями, и таким образом перехода от одной жидкости к другой. В конце концов, такой переход часто характеризуется изменением в устойчивых значениях переменной, такой как цвет или удельная электропроводность, которое зависит не только от действительных свойств соответствующих жидкостей, но также и от любых последствий реакций и т.п. на поверхности между двумя жидкостями. Эта граничная поверхность, или скорее граничная область, может тогда отличаться и от первой, и от второй жидкости.

В частности пик и/или спад чаще всего имеют заданную длину. Эта мера служит для предотвращения того, чтобы значительные, но очень медленные изменения, такие как вызванные, например, постепенным нагреванием и остыванием жидкости, например, при суточном колебании температуры, были расценены как переход между жидкостями. Заданная длина (или во многих случаях интервал времени) может быть выбрана на основе варианта осуществления сенсорного устройства. Она может, например, составлять от нескольких десятых секунды до приблизительно пяти секунд. Некоторыми переменными, которые могут быть приняты во внимание, являются:

- ожидаемая средняя скорость потока. При большей скорости граничная или переходная зона жидкости также пройдет более быстро. Длина/интервал времени может быть короче;

- расстояние от источника жидкости до датчика. При относительно большом расстоянии может произойти более сильное смешивание между граничной областью и соответствующими жидкостями, и любой пик/спад расширится. Длина/интервал времени должна быть более длинной;

- скорость работы детекторного устройства, которая должна быть достаточно высокой для того, чтобы измерить проходящий переход между жидкостями.

- внутренний диаметр жидкостной линии/проточной ячейки. Чем меньше внутренний диаметр линии или ячейки, тем более затруднительным становится образование смеси. Длина/интервал времени может быть короче.

Следует отметить, что обнаружение пика или спада, то есть временного, относительно большого и быстрого изменения, в параметре может хорошо указывать на граничную область или переход между жидкостями. Зачастую это является более точным, чем постепенное изменение. В конце концов, если рассматривается только тот факт, превышается ли пороговое значение в абсолютном смысле, это постепенное изменение значения может быть вызвано в самой жидкости, например, механизмами, такими как нагревание или старение. Даже в таких случаях, часто или фактически всегда будет возможно указать определенную граничную область, в которой значение параметра имеет пик или спад. Поэтому в общем смысле было бы выгодно, если бы сенсорное устройство было выполнено с возможностью обнаружения перехода между жидкостями, когда изменение сигнала детектора в единицу времени больше, чем заданное пороговое значение изменения. Если, кроме того, значение самого параметра изменяется больше чем пороговое значение, это является еще более ясным указанием на переход между жидкостями. Поэтому было бы еще более выгодно, если бы сенсорное устройство было выполнено с возможностью обнаружения перехода между жидкостями, когда, в дополнение к этому, изменение сигнала детектора превышает заданное пороговое значение. В дополнение к этому, еще более точное обнаружение может быть достигнуто, если превышается абсолютное значение параметра. Поэтому было бы еще более выгодно, если бы сенсорное устройство было выполнено с возможностью обнаружения перехода между жидкостями, когда сигнал детектора, в дополнение к этому, превышает заданное абсолютное значение.

В частности, пороговое значение изменения и/или пороговое значение являются функцией сигнала детектора в течение заданного интервала времени. Таким образом, пороговое значение (изменения) может быть, при желании, подстроено динамическим образом к значению сигнала детектора, чтобы можно было, например, принять во внимание дрейф и т.п., который бессмыслен для обнаружения сам по себе. Более конкретно, пороговое значение изменения и/или пороговое значение являются функцией дисперсии и/или среднеквадратичного отклонения или максимального изменения сигнала детектора в течение упомянутого интервала времени.

В вариантах осуществления свойство содержит оптическое свойство жидкости. Преимуществом выбора оптического свойства является тот факт, что оно во многих случаях может быть определено очень быстро и точно, и, кроме того, обычно неинвазивно, то есть не воздействуя на жидкость или воздействуя только в очень малой степени.

В вариантах осуществления сенсорная система, или сенсорное устройство, содержит источник света, который выполнен с возможностью пропускать оптическое излучение через ячейку, где детектор содержит оптический детектор, который выполнен с возможностью улавливать и обнаруживать испускаемое оптическое излучение, которое прошло через жидкость. Посредством использования света таким образом могут быть достигнуты вышеупомянутые преимущества использования оптического свойства, заключающиеся в точном и быстром измерении. Предпочтительно источник света выполнен с возможностью испускать оптическое излучение в форме луча. Это не только облегчает манипуляцию оптическим излучением, но также и ограничивает область, которая взаимодействует с жидкостью. Другим важным преимуществом является тот факт, что область взаимодействия может быть выбрана, например, на дне проточной ячейки, где жидкость будет присутствовать чаще всего. Предпочтительно детектор содержит несколько оптических детекторов, более предпочтительно устройства CCD (прибор с зарядовой связью, ПЗС) или CMOS (комплементарная МОП-структура), еще более предпочтительно схему детектора RGB-сигнала. Таким образом обеспечивается относительно недорогой детектор, который может уловить несколько сигналов одновременно, не только с различными длинами волн, то есть красный, зеленый и синий, но, при желании, также и под различными углами, в особенности если схема является относительно большой.

В частности, свойство является по меньшей мере одним из поглощения оптического излучения, преломления оптического излучения, рассеяния оптического излучения и отражения оптического излучения. Все эти переменные, и в особенности также их комбинация, могут формировать полезные параметры для того, чтобы обнаружить переход между жидкостями. Таким образом, поглощение света одной жидкостью может быть намного больше или меньше, чем поглощение света другой жидкостью, приводя к существенному изменению в сигнале при переходе между жидкостями. В случае взаимно реагирующих жидкостей также возможно протекание химической реакции, что приводит к мутности или осаждению продуктов реакции. В этом случае, даже с изначально чистыми жидкостями, может образоваться пиковый сигнал в поглощении света, что может иметь место также и для рассеяния света. Осаждение также может присутствовать, например, из-за осадка и т.п., всасываемого со дна сосуда. Является ли он механическим осадком или химическим осадком, в обоих случаях будет выдан сигнал оповещения. Также возможно, даже с изначально чистыми жидкостями, что их показатель преломления будет различаться, что может быть относительно легко определено, используя оптический луч. Основываясь на вышеперечисленном, специалист в данной области техники может с легкостью вывести другие возможности или комбинации. Кроме того, эквивалентные или дополнительные переменные, такие как пропускание в случае поглощения, также покрываются охватом защиты.

В вариантах осуществления источник света содержит несколько частичных источников света, которые испускают оптическое излучение с различными длинами волн. Таким образом, альтернативно или дополнительно возможно измерить одно, или предпочтительно больше, значение параметра для различных длин волн так, чтобы могло быть получено больше информации о жидкости и переходах в ней. В этом контексте термин ″различные″ в частности понимается, как означающий, что диапазоны длин волн не перекрываются в пределах FWHM (полной ширины полосы длин волн на уровне половины максимума). Преимущественно по меньшей мере часть источников света являются монохроматическими, в частности имеющими диапазон длин волн не более 50 нм, такими как светоизлучающие диоды (LED) или лазеры. В случае перекрывающихся диапазонов длин волн нежелательное перекрытие сигнала может быть предотвращено поочередным включением. Альтернативно, один или более частичных источников света могут испускать широкополосное излучение, такое как ″белый″ свет, когда, например, один или более датчиков снабжены фильтром для выбора излучения.

В вариантах осуществления возможно измерить изменение в значении по меньшей мере одного основного параметра до и после периода неустойчивости в качестве сигнала детектора для того, чтобы определить переход между жидкостями. Когда изменение в значении превышает положительное или отрицательное пороговое значение, предполагается, что произошел переход между жидкостями. В этом случае период неустойчивости определяется как период времени, в котором изменение по меньшей мере в одном параметре мониторинга неустойчивости превышает пороговое значение неустойчивости. В этом случае изменение снова может содержать «абсолютное изменение значения», при необходимости в единицу времени, «относительное изменение значения», при необходимости в единицу времени, абсолютное или относительное среднеквадратичное отклонение за заданный период выборки и т.д. Параметр (параметры) неустойчивости может в этом случае быть идентичным главному параметру (параметрам) или накладываться на него, или может также содержать по меньшей мере один другой параметр. Понимание, лежащее в основе этих вариантов осуществления, является тем фактом, что один параметр является очень подходящим в качестве индикации того, что может происходить изменение, то есть действовать в качестве тревожного параметра (параметра мониторинга неустойчивости), в то время как другой параметр может дать более точную информацию о типе жидкости (жидкостей), например, для того, чтобы оценить, могут ли действительно отчетливо различные жидкости быть обнаружены до и после фазы неустойчивости. В конце концов, возможно, что началась новая партия той же самой жидкости. Тогда действительно может быть различие в жидкостях из-за различия в температуре, старении, различия в концентрации и т.п., то есть переход между жидкостями, но это, возможно, не является существенным. Тогда использование параметра, который более релевантен этому определению, помогает предотвратить ложные сигналы тревоги. Например, соотношение между измеренным оптическим излучением на двух (или больше) длинах волн выбирается в качестве параметра мониторинга неустойчивости, и полное значение интенсивности на упомянутых длинах волн и/или даже по всему спектру выбирается в качестве главного параметра. В этом случае период неустойчивости начинается или заканчивается, соответственно, когда (абсолютное или предпочтительно относительное) среднеквадратичное отклонение упомянутого соотношения (при желании суммы соотношений в различных парах длин волн) становится выше порогового значения, а затем снова понижается ниже порогового значения. Значение (значения) главного параметра, измеренное непосредственно перед периодом неустойчивости, формирует тогда начальное значение, а значение (значения) главного параметра, измеренное непосредственно после фазы неустойчивости, формирует тогда конечное значение. Только в том случае, если конечное значение (значения) и начальное значение (значения) отличаются от друг друга на величину большую, чем пороговое значение изменения, делается фактическое предположение о том, что произошел переход между жидкостями. Выбор в данном случае цветового соотношения основывается на том факте, что, как установили изобретатели, воздушные пузырьки имеют лишь небольшое влияние на цветовое соотношение, но большое влияние на значение интенсивности. В результате этого воздушные пузырьки, которые уносятся вперед, не будут приводить к периоду неустойчивости, как это происходит, например, при фактическом переходе между жидкостями, а фактические изменения в цветовом соотношении будут приводить к периоду неустойчивости. Эти варианты осуществления гарантируют, что не будет слишком много случаев, когда будет обнаружен период неустойчивости, который не является фактически переходом между жидкостями. Это не только экономит вычислительные мощности, но также и уменьшает риск ложных тревог. Между прочим, этот способ определения перехода между жидкостями может использоваться параллельно или в дополнение к другому способу (способам), или скорее как дополнительный критерий.

В частности, в ячейке предусматриваются источник света и/или по меньшей мере один частичный источник света и/или по меньшей мере один оптический детектор. Это предотвращает влияние на оптическое излучение со стороны стенки ячейки, например, за счет царапин или изменения цвета.

Альтернативно или дополнительно к этому, источник света и/или по меньшей мере один частичный источник света и/или по меньшей мере один оптический детектор предусматриваются вокруг ячейки, причем ячейка является светопропускающей или прозрачной, по меньшей мере в том месте, где находится упомянутый источник света или частичный источник света. Таким образом (частичный) источник света не может подвергнуться влиянию жидкости, что является значительным преимуществом, например, в случае агрессивных жидкостей. Кроме того, это облегчает замену, ремонт и т.п. (частичного) источника света. При желании светопропускающая или прозрачная часть ячейки в месте расположения (частичного) источника света или оптического детектора может быть сформирована окном, которое может быть сделано из подходящего материала, который, например, совместим с жидкостью. Ячейка также может быть полностью сделана из такого материала, как, например, трубка из светоизлучающего материала, такого как полисульфон или поликарбонат, или предпочтительно из стекла, такого как боросиликатное стекло, для высокой стойкости к царапинам и к воздействию химикатов.

Предпочтительно проточная ячейка является цилиндрической и изготовлена из светоизлучающего материала, и (частичный) источник света располагается снаружи проточной ячейки, оптический детектор располагается на пути испускаемого луча света, а угол испускания луча источником света, показатель преломления светоизлучающего материала проточной ячейки и поперечное сечение проточной ячейки адаптируется друг к другу таким образом, что если проточная ячейка заполнена желаемой жидкостью, по меньшей мере половина, и предпочтительно все испускаемые лучи попадают на оптический детектор, в то время как если в проточной ячейке жидкость отсутствует, меньше половины, и предпочтительно не более приблизительно 0,2 испускаемых лучей попадают на оптический детектор. Приведенные здесь числа относятся к непоглощенной и нерассеянной части луча. Упомянутая мера обеспечивает то преимущество, что присутствие жидкости, и в частности желаемой жидкости, может быть показано очень простым образом. Жидкость в ячейке тогда действует как выпуклая линза, которая направляет луч на противоположный детектор. Без жидкости луч будет продолжать рассеиваться. Это вызывает (очень) значительное различие в яркости между ячейкой с жидкостью и ячейкой без жидкости. Даже с поглощающими, но не чрезвычайно поглощающими жидкостями, сигнал при наличии жидкости все еще может быть более сильным, чем сигнал в отсутствие жидкости. Следовательно, такая конструкция может также служить детектором присутствия жидкости.

В одном варианте осуществления источник света или по меньшей мере один частичный источник света выполнен с возможностью испускания луча света, и детектор располагается и конфигурируется так, чтобы обнаруживать испускаемый луч, который прошел через проточную ячейку. Если излучение испускается в форме луча, становится возможным, как было обозначено выше для источника света в целом, управлять оптическим излучением, а также ограничивать область, которая взаимодействует с жидкостью, при желании по-разному для каждого частичного источника света. Еще одним важным преимуществом является тот факт, что область взаимодействия может быть выбрана, например, на дне проточной ячейки, где жидкость будет присутствовать чаще всего. Преимущественно имеется несколько, например два, три или четыре, частичных источников света, каждый из которых испускает луч света, и имеется несколько детекторов, например два, три или четыре, чтобы обнаружить множество лучей света. Частичные источники света могут содержать свет ограниченного диапазона длин волн (монохроматический или узкополосный свет). Они могут также, и даже предпочтительно, излучать белый свет или широкополосный свет, включая, при желании, (ближний) инфракрасный. Детекторы могут соответственно быть чувствительными к монохроматическому, узкополосному или широкополосному свету, такими как частичные сенсоры датчика RGB. Эта чувствительность может быть изначальной, либо также может быть вызвана фильтрацией света, который падает на датчик. Таким образом, благодаря особенно высокой яркости, которая может быть в частности достигнута с белым светом и которая кроме того доступна для многих различных свойств и датчиков, могут быть обнаружены и измерены различные эффекты, такие как пропускание, отражение и поглощение, причем в различных условиях, например для различных углов, различных расстояний через жидкость, различных длин волн и т.д., и в особенности также для комбинаций этих свойств. Именно это последнее свойство, способность измерить несколько свойств одновременно, является значительным преимуществом настоящей сенсорной системы, поскольку таким образом возможно обнаружить переход между жидкостями более надежным образом. Всегда будет возможно обнаружить переход между жидкостями, в частности переход между жидкостями от желаемой и известной жидкости к любой другой, нежелательной жидкости, если заранее известно, какое свойство изменяется. Однако это не может быть заранее известно. Поэтому существующая система может измерять множество свойств так, чтобы чистое изменение свойства, а еще лучше, значительное и одновременное изменение по меньшей мере двух свойств, могло указать на переход к другой, нежелательной жидкости надежным образом.

Таким образом, в одном варианте осуществления сенсорная система содержит измеритель удельной электропроводности или сопротивления для того, чтобы измерить удельную электропроводность или сопротивление жидкости в ячейке. Удельная электропроводность является ценным параметром для описания жидкости. Очень предпочтительно, чтобы проточная ячейка содержала патрубок для шланга на каждом из своих концов. Патрубки предназначаются для того, чтобы соединять ячейку с входной и выходной линиями. В этом случае патрубки для шлангов предпочтительно конфигурируются как электроды для измерителя сопротивления или удельной электропроводности. Такая конструкция имеет значительное преимущество, которое заключается в том, что не требуется отдельных вставных электродов в проточной ячейке, так что не создаются условия для образования протечек. В дополнение к этому, производство такой конструкции является намного более простым. Более того, в такой конструкции доступна большая электродная поверхность, так что измерение намного менее чувствительно к воздушным пузырям, загрязнению и т.п. Кроме того, электроды не выступают из стенок в поток жидкости, так что дополнительные препятствия потоку жидкости не создаются. Все это, однако, требует электрической изоляции между патрубками для шлангов. Это может быть обеспечено изоляционным материалом между патрубками для шлангов и проточной ячейкой и/или самой проточной ячейкой, которая изготовлена из изоляционного материала, такого как пластмасса или, предпочтительно, стекло.

Предпочтительно блок управления сенсорами выполнен с возможностью обнаружения перехода между жидкостями, если сигнал детектора изменяется больше, чем заданное пороговое изменение, в течение заданного интервала времени. Как было уже обозначено ранее, при достаточно большом изменении, в частности в единицу времени, одной или более измеряемых переменных, существует вероятность того, что происходит переход между жидкостями, и в любом случае это достаточно вероятно для выдачи сигнала оповещения.

Варианты осуществления могут содержать индикатор скорости, который выполнен с возможностью обеспечивать сигнал скорости жидкости для сенсорного управления, который указывает на скорость жидкости в проточной ячейке, причем заданный интервал времени зависит от скорости жидкости. Таким образом, сенсорное устройство может эффективно учесть скорость, с которой жидкость протекает через ячейку. В конце концов, если жидкость течет, например, очень медленно, то даже постепенное изменение в сигнале может уже быть причиной сигнала оповещения, тогда как если жидкость течет очень быстро, то короткий пик в сигнале может означать больше, чем просто случайный шум. Принятие во внимание скорости потока жидкости помогает в правильной интерпретации измеренных значений и их изменений.

В альтернативной или дополнительной мере источник света выполнен с возможностью испускать луч света через проточную ячейку, и в этом случае устройство содержит оптический датчик, который выполнен с возможностью обнаружения на оптическом датчике положения обнаружения луча света, который прошел через проточную ячейку. Предпочтительно это свойство содержит положение обнаружения, в частности изменение в упомянутом положении обнаружения. Альтернативно или дополнительно к этому, свойство содержит величину или изменение величины луча на детекторе, которое может само по себе, конечно, состоять из изменений в положении крайностей луча. Эти варианты осуществления основаны на той находке, что когда жидкость остается той же самой, положение, в котором такой луч света, проходящий через жидкость, принимается на детекторе, также останется тем же самым. Если жидкость меняется, это становится очевидным, например, с помощью различных показателей преломления, и таким образом различных положений на датчике. Следует отметить, что это будет иметь место в особенности для луча, проходящего через жидкость под углом, когда угол преломления входящего луча изменится. Если будет выбран очень пологий угол падения, предпочтительно 60° или больше относительно нормали, на жидкость или на проточную ячейку в том месте, где падает свет, даже небольшое изменение в показателе преломления вызовет относительно большое изменение в положении. Аналогично, очень пологое, предпочтительно существенно касательное, падение света на оптический датчик при небольших изменениях в показателе преломления будет приводить к большим изменениям в положении. В этом случае в настоящей заявке очень пологий угол падения является углом, меньшим чем 30° к поверхности датчика, а существенно касательный угол падения является углом не более 10° к поверхности датчика, однако, другие углы, конечно, тоже не исключаются. Следует отметить, что такой оптический датчик может также действовать в качестве детектора присутствия жидкости, поскольку положение луча в результате его преломления воздухом будет абсолютно отличаться от его положения после преломления любой жидкостью в ячейке. Кроме того, сенсорная система или соответствующее сенсорное устройство могут использоваться в качестве точного абсолютного определителя показателя преломления.

В частности переход характеризуется (перемешивающими) вихрями и/или локальным увеличением температуры. Вышеупомянутое изменение положения в особенности относится к более или менее устойчивому положению луча до и после прохождения перехода между жидкостями. Как уже было обозначено выше, на поверхности раздела двух различных жидкостей возможно также протекание реакции, приводящей к образованию различных веществ, которые могут, конечно, только локально вызвать различный показатель преломления. Таким образом, даже если две различные жидкости имеют один и тот же показатель преломления, все равно возможно, что это не так в граничной области между ними. Временное изменение положения обнаружения является в этом случае надежным индикатором перехода между жидкостями. Следовательно, возможно, что связанное со временем пороговое значение изменения может также относиться к изменению положения: когда оно превышено, очень вероятно, что был обнаружен переход между жидкостями. Блок управления сенсорами тогда может соответственно быть выполнен с возможностью обнаружения последнего.

Другая причина, по которой временное изменение в положении обнаружения на оптическом датчике также может быть важным, заключается в том, что луч может быть отражен на граничной поверхности между двумя жидкостями, опять же благодаря различию в показателе преломления. В теории, и при самом простом подходе, упомянутая граничная поверхность является плоскостью, перпендикулярной к стенке проточной ячейки, разделяющей несмешивающиеся и нереагирующие друг с другом жидкости. Следует отметить, что в этом случае предпочтительно иметь луч света, который падает на жидкость под углом, но скорее под большим углом к нормали, то есть под малым углом, и предпочтительно касательно, к упомянутой граничной поверхности. В результате небольшая разница в показателе преломления будет вызывать большое отражение. Однако на практике граничная поверхность зачастую будет состоять из вихрей. В этом случае относительно беспорядочный сигнал положения будет обнаружен на оптическом датчике для каждого направления луча. Поэтому блок управления сенсорами предпочтительно выполнен с возможностью обнаружения временного изменения обнаруженного положения на оптическом датчике, преимущественно для того, чтобы обнаружить переход между жидкостями, если упомянутое временное изменение превышает заданное пороговое значение. Следует отметить, что временное изменение в этом случае предпочтительно рассматривается как совокупная сумма абсолютных изменений, другими словами изменение туда и сюда считается как сумма абсолютной величины изменения туда и абсолютной величины изменения обратно. Тем не менее, возможно также обнаруживать максимальное изменение в положении, такое как, например, амплитуда периодического изменения, в качестве перехода между жидкостями.

Конкретные варианты осуществления сенсорной системы или сенсорного устройства характеризуются тем фактом, что они содержат устройство записи изображения, такое как видеокамера, которое выполнено с возможностью записи изображения жидкости в проточной ячейке, и в котором блок управления сенсорами содержит программное обеспечение обработки изображения для обработки изображение, а также выполнено с возможностью обнаружения перехода между жидкостями в том случае, если изображение показывает заданное минимальное изменение во времени. Изображение, зарегистрированное устройством записи изображения, таким как ПЗС или КМОП-камера, которое, очевидно, должно быть динамическим изображением или по меньшей мере многократно записываемым изображением, в этом случае анализируется программным обеспечением для обработки изображения. Это программное обеспечение сравнивает изображения друг с другом либо путем сравнения последовательных изображений, либо сравнивая каждое новое изображение с конкретным стандартом, таким как скользящее среднее значение последних x изображений, и определяет степень его изменения. Изменение содержит, например, попиксельное изменение в информации об изображении, суммированное для всех пикселей изображения. В теории для абсолютно гомогенной жидкости не будет происходить никаких изменений, тогда как если через ячейку проходит граничная поверхность, в изображении произойдут очень существенные изменения. Следует отметить, что в частности луч, который является видимым на изображении, и его яркость, положение и цвет определяют значительную часть информации об изображении. Преломление, изменение цвета, местное помутнение из-за продуктов реакции, вихри и т.д. - все это будет воздействовать на упомянутую информацию об изображении. В частности, оптические методы будут в состоянии обеспечить большую чувствительность и надежность.

Предпочтительно устройство содержит устройство подавления пузырьков газа, которое расположено, если смотреть в направлении потока, перед проточной ячейкой. Это устройство подавления пузырьков газа служит для того, чтобы в максимально возможной степени предотвратить ложноположительные обнаружения из-за газовых пузырьков. В конце концов, переход от жидкости к газу в пузырьке является переходом, который приводит к четкому сигналу, но который не указывает на переход между жидкостями. Таким образом, показатель преломления газа всегда ниже, чем показатель преломления жидкости, и поэтому отражение на газовом пузырьке также всегда возможно.

Устройство подавления пузырьков газа не ограничивается никаким конкретным способом, и может, например, содержать устройство улавливания пузырьков, такое как волосяная ткань или тонкая сетка. Предпочтительно проточная ячейка содержит секцию, имеющую большее поперечное сечение, чем входное отверстие. Таким образом, жидкость может в некоторой степени прийти в состояние покоя в этой более широкой секции для того, чтобы позволить пузырькам газа подняться, в некоторых случаях даже на поверхность. Такая конструкция тогда успешно является своего рода сепаратором воздуха и жидкости. В частности эта секция проходит под отверстием для жидкости, позволяя тем самым выполнить ее предназначение в потоке жидкости как можно раньше.

В предпочтительных вариантах осуществления детектор содержит датчик температуры, который выполнен с возможностью измерения температуры жидкости в проточной ячейке. Это может быть выгодно, например, для того, чтобы можно было внести возможную температурную поправку в измеренные значения. Таким образом, почти любая переменная может быть немного зависящей от температуры, как например, показатель преломления (а следовательно, также положение обнаружения луча на оптическом датчике), поглощение света и т.д. С помощью такой температурной поправки возможно предотвратить любое ложноположительное обнаружение перехода между жидкостями. Например, если внешняя температура увеличивается, температура жидкости также может увеличиться, что, однако, не должно иметь никакого значения для жидкости.

В вариантах осуществления свойство содержит температуру жидкости. В конечном итоге, может иметь место такой случай, что вместо жидкости с желаемой температурой, в частности такой как температура тела или немного ниже, подается намного более холодная или более горячая жидкость. Это может привести к дискомфорту или даже к опасности при обработке животных и т.п. Так как разность температур между первой и второй жидкостью будет сохранена, если линии подачи не будут чрезмерно длинными, за исключением перехода в граничной области, сигнал оповещения будет выдан правильно в случае увеличения или уменьшения температуры на величину, большую, чем пороговое значение изменения, в особенности если изменение больше, чем пороговое значение изменения, происходит в течение заданного интервала времени, более конкретно в течение интервала времени, который зависит от скорости потока жидкости. Таким образом, возможно принять во внимание длину и любую изоляцию линии подачи, а также скорость подачи жидкости.

В вариантах осуществления сенсорная система содержит нарушающий поток элемент, который расположен, если смотреть в направлении потока, перед детектором. Нарушающий поток элемент, который, например, выступает в проточную ячейку или в линию подачи жидкости, будет создавать вихри в жидкости, текущей мимо. Для однородной жидкости они будут едва обнаруживаемы, если будут обнаруживаемы вообще. Однако, если происходит переход между жидкостями, то эти вихри гарантируют, что переход занимает больший объем, и таким образом видим в течение более долгого времени и/или более видим для детектора (детекторов). Нарушающий поток элемент может быть, например, штырьком, который специально приспособлен для этой цели, или, например, также электродом или датчиком удельной электропроводности/сопротивления или температуры и т.п., который уже выступает в поток жидкости.

В особенно предпочтительных вариантах осуществления блок управления сенсорами выполнен с возможностью выдачи сигнала оповещения, если температура показывает пик по меньшей мере заданной величины в течение заданного интервала времени, более конкретно в пределах интервала времени в зависимости от скорости потока жидкости. Эти важные варианты осуществления основаны на понимании того, что реакция, происходящая во время перехода между жидкостями в граничной области между этими двумя жидкостями, зачастую может также вызывать местное увеличение температуры. Теплота реакции может быть результатом химической реакции, но также может быть результатом, например, смешивания или растворения одной жидкости в другой.

Даже если первая и вторая жидкости имеют одну и ту же температуру, все равно может образоваться такой промежуточный пик, который показателен для перехода между жидкостями. На практике первая и вторая жидкости не всегда будут иметь одну и ту же (основную) температуру. Тем не менее, термин «пик» в частности означает, что температура показывает увеличение по меньшей мере до заданного порогового значения увеличения, сопровождаемое уменьшением по меньшей мере до заданного порогового значения уменьшения, а блок управления сенсорами выполнен с возможностью выдачи сигнала оповещения в такой ситуации. Пороговое значение увеличения и пороговое значение уменьшения не обязаны быть идентичными. Тем не менее, понятно, что граничная область является более горячей и чем первая, и чем вторая жидкость. Это является четкой индикацией реакции между этими двумя жидкостями, которая является почти всегда нежелательной, и во всяком случае указывает на то, что происходит переход между жидкостями. Каждый из порогового значения увеличения и порогового значения уменьшения может, например, иметь значение между 1°C и 5°C. Возможный заданный интервал времени может иметь значение, например, между 1 и 5 секундами. Это означает, например, что увеличение температуры по меньшей мере на 3°C в течение 5 секунд, сопровождаемое уменьшением температуры по меньшей мере на 2°C в течение 5 секунд, является достаточно надежным в качестве индикации не связанного с шумом температурного пика, указывающего на переход между жидкостями.

Очевидно, что, как уже было упомянуто выше, комбинация измерения температуры и/или оптического измерения и/или измерения удельной электропроводности/сопротивления приводит к еще более надежному обнаружению перехода между жидкостями.

Как также уже было обозначено выше, настоящее изобретение также относится к самому сенсорному устройству, как описано в пунктах 24-26 формулы изобретения. Такое сенсорное устройство и соответствующие сенсорные системы являются чрезвычайно подходящими для того, чтобы различать вещества посредством определения нескольких свойств в комбинации, таких как пропускание/поглощение (и отсюда по желанию цвет), рассеяние, отражение, показатель преломления, все это для различных длин волн при желании, при необходимости с измерением температуры, удельной электропроводности/сопротивления и т.д. Это свойство составления некоторого паспорта или подписи свойств веществ полезно для идентификации упомянутых веществ. Это даже полезно для идентификации воздушных пузырьков в жидкости. В таких случаях всегда есть переход от имеющейся жидкости к воздуху с характеризующим его переходом в показателе преломления, отражении и т.д. Идентифицируя такой воздушный пузырек, сенсорная система, например, может решить проигнорировать такой обнаруженный переход как бессмысленный. В качестве альтернативы, обнаружение воздушного пузырька, и в особенности частота обнаружения выше некоторой пороговой частоты, может указать на утечку или разрыв в линии подачи жидкости. В этом случае также может быть выдан сигнал оповещения.

Кроме того, отмечено, что обеспечение нескольких источников света и нескольких детекторов, предпочтительно вокруг пространства, имеющего круглое поперечное сечение, такого как цилиндрическая проточная ячейка, предлагает то преимущество, что много связанных свойств, таких как диффузия и отражение, измеряются под различными углами и/или в различных положениях. Это предлагает возможности вычисления основных параметров на основе множества сигналов детектора. В тех случаях, когда единственный детектор не может различить составные части сигнала, который в конечном итоге составляется из пропускания, преломления и одного или более сигналов отражения и одного или более сигналов рассеяния, они могут быть получены восстановлением сигнала методом обратной свертки и т.п. из множества сигналов обнаружения.

Настоящее изобретение также относится к устройству для обработки молочного скота, содержащего устройство обнаружения соска для того, чтобы обнаружить соски молочного животного, устройство для обработки соска для выполнения связанной с соском операции на соске, манипулятор с управляющим устройством, выполненный с возможностью при функционировании подведения устройство для обработки соска по меньшей мере к одному из сосков посредством устройства обнаружения соска, причем устройство для обработки молочного скота содержит по меньшей мере одну жидкостную линию, и сенсорное устройство в соответствии с одним из предшествующих пунктов формулы изобретения, в котором по меньшей мере проточная ячейка может быть гидравлически соединена с жидкостной линией, где в частности проточная ячейка может быть связана с жидкостной линией. Такое устройство для обработки молочного скота часто выполняет связанную с соском операцию на каждом молочном животном в стаде несколько раз в день. В дополнение к этому, сосок является очень чувствительной частью молочного животного. Поэтому очень важно, чтобы такая обработка была выполнена очень надежным образом, с минимально возможным риском дискомфорта или даже опасности при использовании неправильной жидкости. Поэтому использование сенсорного устройства в соответствии с настоящим изобретением с таким устройством для обработки молочного скота является значительным преимуществом. Конкретные преимущества, упомянутые в связи с вариантами осуществления сенсорного устройства, также полностью применимы к устройству для обработки молочного скота, и поэтому не нуждаются в повторении. Тем не менее, несколько специфических вариантов осуществления устройства для обработки молочного скота будут обсуждены ниже.

Предпочтительно жидкостная линия содержит линию подачи жидкости для обработки соска, а устройство для обработки молочного скота выполнено с возможностью добавлять жидкость для обработки соска, более конкретно наносить ее на сосок, через линию подачи жидкости для обработки соска, в частности через устройство для обработки соска. При обработке соска часто используется жидкость, и очень важно предотвратить использование неправильных жидкостей. Если обнаруживается переход между жидкостями, существует вероятность того, что вторая жидкость является нежелательной. Выданный сигнал оповещения заставит приемщика, во многих случаях наблюдателя или оператора, принять корректирующие меры и ограничить или предотвратить вред, в частности для молочного животного.

В вариантах осуществления это устройство содержит емкость для хранения жидкости для обработки соска, которая соединена с жидкостной линией так, чтобы она могла перекрываться управляемым клапаном, причем управляющее устройство выполнено с возможностью перекрывать управляемым клапаном соединение между емкостью для хранения жидкости для обработки соска и жидкостной линией на основе полученного сигнала оповещения. Ясно, что перекрытие подачи жидкости, как только обнаружен переход между жидкостями, может предотвратить большой вред, в особенности если клапан расположен на достаточно большом расстоянии перед любым выпускным отверстием. Все это будет зависеть от скорости подачи жидкости и скорости, с которой управляющее устройство в состоянии определить переход между жидкостями, но может быть легко настроено на практике.

В частности, устройство для обработки соска содержит устройство для очистки соска и/или устройство для дополнительной обработки соска. Это очень прямой способ выполнения связанной с соском обработки, при которой жидкость наносится на сосок либо косвенно, либо более конкретно непосредственно. Примерами такой обработки являются распыление или покрытие жидкостью соска либо очистка сосков с использованием щетки, увлажняемой жидкостью. Жидкость содержит, в частности, вещества для очистки соска, вещества для дезинфекции соска или вещества для ухода за соском. Ясно, что для молочного животного представляет очень большую опасность распыление на сосок, например, агрессивного чистящего средства, такого как щелочной раствор или кислота, или другого средства для очистки молокопроводов вместо вещества для дезинфекции соска.

В очень предпочтительном варианте осуществления устройство для обработки соска содержит чашку для соска, которая может быть надета на сосок, и подачу жидкости к внутренней части чашки для соска, в частности жидкости для очистки соска или других жидкостей для обработки соска. Сенсорное устройство может затем определить, не происходит ли переход между жидкостями, которые должны подаваться в чашку для соска. Это может быть сделано либо вообще для жидкости для обработки соска, либо когда чашка для соска уже располагается на соске. В конце концов, очень опасно, если, например, случайно будет подано чистящее средство. И наоборот, также возможно обнаружить переход между жидкостями, если чашка для соска очищается (автоматически). В конце концов, переход между жидкостями может в этом случае также указывать на неправильную жидкость, такую как вещество для обработки соска вместо чистящего средства для чашки соска. Это не только привело бы к отходам вещества для обработки соска и риску недостаточной очистки, но могло бы также быть индикацией того, что вещество перепутано, что может привести к неприятным последствиям для молочного животного. Такие ситуации могут быть предотвращены при использовании сенсорного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Датчик и/или устройство для обработки соска в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно являются частью доильного устройства. Такое доильное устройство может, например, быть автоматическим доильным устройством, в котором предусмотрен манипулятор для надевания доильных чашек на соски молочного животного. Такое устройство предлагает преимущества безнадзорного доения, которое известно по существу. В таком случае было бы выгодно, если бы надежность и безопасность животных были увеличены, как это имеет место с датчиком и/или устройством для обработки соска в соответствии с настоящим изобретением. Однако, эти устройства могут также использоваться в доильном устройстве с ручным надеванием доильных чашек, когда выполняется обработка соска. Примером такого устройства является, например, устройство RotaryMATE производства компании Green Source Automation, которое содержит манипулятор в доильной карусели с ручным надеванием доильных чашек, который автоматически опрыскивает соски веществом для обработки соска. Хотя оператор присутствует в каждом случае во время доения и выполнения других операций, эта работа часто выполняется нетренированными людьми, и настоящее изобретение будет в частности приносить пользу за счет мониторинга процесса распыления.

Настоящее изобретение будет объяснено более подробно посредством нескольких не ограничивающих примеров, а также со ссылкой на чертежи, на которых:

Фиг. 1 показывает схематичный вид в разрезе сенсорного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 показывает схематичный вид в разрезе другого сенсорного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 3 показывает схематичный вид в разрезе еще одного сенсорного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 4 показывает схему с возможным сигналом измерения в зависимости от времени;

Фиг. 5 показывает схему с другим возможным сигналом измерения в зависимости от времени; и

Фиг. 6 показывает схематичный вид устройства для обработки соска в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 1 показывает схематичный вид в разрезе сенсорного устройства 1 в соответствии с настоящим изобретением. Ссылочная позиция 2 обозначает проточную ячейку с входным отверстием 3 для жидкости и выходным отверстием 4 для жидкости, содержащую первую жидкость 5-1 и вторую жидкость 5-2 с граничной поверхностью 8 между ними.

Детекторное устройство обозначается повсюду ссылочной позицией 6, и содержит блок 7 управления сенсорами. Ссылочная позиция 9 обозначает дополнительный детектор присутствия жидкости, в то время как ссылочная позиция 10 обозначает источник света, который испускает луч света 11 к оптическому детектору 12. Ссылочная позиция 14 обозначает дополнительный измеритель удельной электропроводности.

Проточная ячейка 2 показана здесь как образующая часть линии (не показанной отдельно), через которую жидкость течет во внутреннюю часть через отверстие 3 и, конечно, наружу через отверстие 4. Присутствие жидкости здесь может быть обнаружено (дополнительным) детектором 9 присутствия жидкости, в данном случае состоящим из двух электродов с измерителем удельной электропроводности или сопротивления между ними. Если жидкость присутствует между электродами, то удельная электропроводность будет намного выше, чем если бы дело обстояло не так. Кроме того, в частности первый по течению жидкости электрод (электроды) служит в качестве средства нарушения потока жидкости или средства создания вихрей для того, чтобы сделать вихри на граничной поверхности 8 более ясно видимыми. В этой связи, детектор 9 также может быть помещен на верхней стороне линии, чтобы гарантировать, что сигнал присутствия жидкости производится не только тогда, когда имеется тонкий слой жидкости на дне ячейки. Следует отметить, что заключение о присутствии жидкости также часто может быть сделано на основе значений свойств жидкости, измеренных самим сенсорным устройством 1.

Фиг. 1 показывает присутствие жидкости, а именно первой жидкости 5-1 и второй жидкости 5-2, с граничной поверхностью 8 между ними. В этом случае жидкости являются несмешивающимися, как например вода и масло. На практике граничная поверхность 8 с большей вероятностью будет границей или переходной зоной, в которой может происходить смешивание и/или даже реакция.

Кроме того, можно заметить, что проточная ячейка содержит пониженную и расширенную секцию в своем основании, посредством которой любые пузырьки газа, существующие в жидкости, по меньшей мере в придонной ее части, будут удалены из жидкости. Также там предусмотрен источник света 10, который испускает луч света 11, который после его прохождения через жидкость улавливается оптическим детектором 12. Источник света 10 является, например, небольшой лампочкой или, предпочтительно, светоизлучающим диодом или лазером. Используемый свет является, например, видимым или (ближним) инфракрасным светом, хотя средний или дальний инфракрасный свет также не исключается, как и ультрафиолетовое излучение. Свет является широкополосным или узкополосным светом, даже вплоть до существенно монохроматического. Предпочтительно длина волны или область длин волн подстраивается под правильную жидкость, которая будет использоваться. Также, и предпочтительно, это может быть источник белого света, такой как светодиод, излучающий белый свет, в комбинации с оптическими датчиками, содержащими фильтры и т.п., которые таким образом имеют ограниченный диапазон обнаружения. В этом случае вариант осуществления характеризуется тем фактом, что тип используемого света имеет самую важную длину волны, которая адаптирована к цвету правильной жидкости, которая будет использоваться. Это основано на том обстоятельстве, что все жидкости для ухода за сосками, по меньшей мере их большинство, имеют (видимый) цвет, в то время как все, по меньшей мере большинство, очищающие средства, используемые на практике для доильных линий и устройств для обработки сосков, являются оптически бесцветными. Следовательно, когда используется свет, например, того же самого цвета, что и у жидкости, которая будет использоваться, что соответственно приведет к относительно высокой степени поглощения, намного более низкое поглощение будет измерено после перехода к бесцветной жидкости. Этот сигнал очень ясно укажет на то, что линия по меньшей мере больше не содержит правильной жидкости.

Следует отметить, что луч 11 изображен как относительно узкий пучок. В качестве альтернативы, также может испускаться широкий пучок или даже рассеянный свет. Это делает возможным оптический детектор 12 с относительно большой поверхностью, или несколько детекторов 12, которые вместе покрывают относительно большую поверхность. Таким образом, сигнал усреднит больше значений и будет менее чувствительным к возмущениям, вызванным, например, воздушными пузырьками.

В данном случае детектор 12 может быть любым подходящим оптическим детектором, таким как фотодиоды, светочувствительные резисторы и т.д. Специальный оптический детектор относится к ПЗС-камере с программным обеспечением обработки изображения. Такой датчик может быть выполнен с возможностью получения изображения испускаемого излучения и анализа упомянутого изображения. Если граничная поверхность проходит через изображение, упомянутое изображение будет деформировано. Это происходит, в частности, с жидкостями различного цвета, яркости, показателя преломления и т.п. Изображение оптического излучения или луча тогда претерпит относительно большое изменение, которое может быть достоверно обнаружено сенсорным управлением, используя программное обеспечение обработки изображения. В качестве альтернативы, такая схема ПЗС или КМОП может использоваться также для того, чтобы обнаруживать свет, а именно в трех цветах, и по желанию также как «чистый», то есть без цветового фильтра, исключая полную яркость сигнала.

Измеритель 14 удельной электропроводности, который также показан с двумя проиллюстрированными электродами, может, в дополнение к этому, служить для обнаружения свойств жидкости, так как он может обнаружить, происходит ли изменение в удельной электропроводности. Например, удельная электропроводность измеряется между этими двумя электродами, но предпочтительно каждый из этих двух электродов выполнен с возможностью определения удельной электропроводности самостоятельно и локально. Это упоминается далее как двойное измерение удельной электропроводности, которое немного сдвинуто во времени. Оно может служить не только для более надежного измерения, но также и для определения скорости жидкости. В конце концов, любое изменение, которое обнаруживается первым по ходу течения электродом или другим измерителем, будет обнаружено вторым электродом или другим измерителем некоторое время спустя. Путем деления расстояния между электродами (или измерителями) на эту разницу во времени может быть определена скорость потока жидкости, и такая комбинация таким образом образует измеритель скорости потока жидкости. Конечно, возможно также обеспечить «специализированный» измеритель скорости потока жидкости, который измеряет только эту скорость. На практике скорости потока жидкости часто имеют тенденцию находиться в диапазоне от нескольких сантиметров до десятков сантиметров в секунду. Сенсорное устройство и блок управления сенсорами должны быть адаптированы к таким скоростям.

Фиг. 2 показывает схематичный вид в разрезе другого сенсорного устройства в соответствии с настоящим изобретением. Это сенсорное устройство содержит светоизлучающие диоды 13-1, 13-2 и 13-4, расположенные на стенке проточной ячейки, и другой светоизлучающий диод 13-3 с внешней стороны стенки, позади прозрачных окон 19, и два оптических детектора 12-1 и 12-2. Светоизлучающие диоды испускают лучи 11-1-11-4, соответственно.

Проиллюстрированные частичные источники 13-1-13-4 света могут, например, испускать различные виды света, такие как белый свет, красный свет, зеленый свет и синий свет. Перекрывающие друг друга области длин волн не являются проблемой, если светоизлучающие диоды приводятся в действие поочередно. Испускаемые лучи испытывают воздействие жидкости, присутствующей в проточной ячейке, и подвергаются, например, поглощению, обозначенному прямой пунктирной линией в луче 11-1, или рассеянию, обозначенному наклонной пунктирной линией в луче 11-1 и точечной линией в луче 11-4. Соответствующие связанные лучи принимаются в этом примере оптическими детекторами 12-1 и 12-2, соответственно. Конечно же, может быть обеспечено больше светоизлучающих диодов (частичных источников света) и (оптических) детекторов. Важно, чтобы в этом варианте осуществления множество оптических свойств жидкости могло быть обнаружено для нескольких типов света, и таким образом также изменения в них. Это значительно увеличивает надежность, частично потому, что свойства могут быть определены для нескольких путей распространения света.

Светоизлучающий диод 13-3 испускает луч 11-3, который преломляется материалом стенки ячейки 2 и жидкостью в ячейке в сходящийся луч 11-3', который направляется к и сходится на детекторе 12-2, что приводит к сильному сигналу. Если бы жидкость отсутствовала, то луч был бы широким и давал бы в результате намного более слабый сигнал.

Проиллюстрированные окна 19 предпочтительно являются прозрачными, по меньшей мере для излучения, испускаемого связанным с ними источником/светоизлучающим диодом, или для излучения принимаемого детекторами 12-1, 12-2. Альтернативно, вся проточная ячейка или даже линия является прозрачной для упомянутого излучения, как например проточная ячейка, изготовленная из боросиликатного стекла или другого типа стекла. Использование окон 19 является выгодным, если (частичный) источник (источники) света или оптический детектор (детекторы) чувствительны к жидкости, или например для того, чтобы было легче их заменить или починить.

Фиг. 3 показывает схематичный вид в разрезе еще одного сенсорного устройства в соответствии с настоящим изобретением. В этом случае в проточной ячейке 2 предусмотрен источник света 10-5, который испускает луч 11-5, который обнаруживается чувствительным к местоположению оптическим детектором 15. Ссылочная позиция 17 обозначает термометр. Кроме того, ссылочная позиция 40 обозначает два патрубка для шлангов, а ссылочные позиции 41 и 42 обозначают входную линию и выходную линию, соответственно.

Источник 10-5 показан с лучом 11-5, который проходит через жидкость под углом. В зависимости от показателя преломления и любых эффектов граничной поверхности, луч попадет на датчик 15 в определенном местоположении и породит там сигнал. Если жидкость является однородной и неизменной, упомянутое местоположение не будет изменяться. Если начинает течь другая жидкость, которая имеет граничную поверхность или граничную область с первой жидкостью, то в этой граничной поверхности или области произойдут преломление и/или рассеяние, и положение луча на датчике 15 изменится. Такое изменение может служить указанием на переход между жидкостями. На чертеже обозначена только зависимость по оси x. Конечно же, аналогичным образом возможно обнаружить зависимость под прямыми углами к направлению x. Зависимость положения от перехода между жидкостями будет значительной, если луч 11-5 проходит через жидкость (очень) наклонно. Тем не менее, (практически) прямое прохождение через жидкость также является вариантом, но тогда оно чрезвычайно чувствительно к эффектам, в частности к рассеянию, на граничной поверхности, но совсем не к изменениям показателя преломления. Изменение поверхности луча света, обнаруженного на датчике 15, также является указанием на показатель преломления или его изменение.

Ячейка в этом случае изготавливается из прозрачного материала, такого как пластмасса, предпочтительно из стекла. Она также служит изолятором между двумя электродами измерителя 14 удельной электропроводности или также сопротивления, конфигурируемыми в этом случае как патрубки для шлангов 40. Конечно же, патрубки для шлангов, которые могут быть, например, целиком отлиты, также служат для присоединения входной линии 41 и выходной линии 42 к ячейке, при желании с помощью таких средств, как хомуты для крепления шланга к патрубку (здесь не показаны).

Проиллюстрированный термометр 17 служит для измерения температуры жидкости и, как и все другие проиллюстрированные датчики, соединен с сенсорным управлением. Если измеренная термометром абсолютная температура является слишком высокой или слишком низкой, что может, например, привести к физической опасности для животного, блок управления сенсорами может посредством генератора сигнала (здесь не показан) выдать сигнал оповещения, такой как SMS-сообщение, электронное письмо или слышимый и/или видимый сигнал. В соответствии с настоящим изобретением важной возможностью является то, что термометр обнаруживает временный пик в температуре. Это практически всегда указывает на реакцию между двумя жидкостями на граничной поверхности между ними. На основе этого возможно также определить переход между жидкостями очень надежным образом, при желании опять же с сигналом оповещения. Следует отметить, что некоторое изменение в температуре само по себе не должно быть индикацией того, что подается неправильная жидкость. В конце концов, это может быть, например, подача жидкости из нового сосуда, хранившегося в холодном помещении. Однако если имеется пик, в котором температура выше как температуры первой жидкости, так и температуры второй жидкости, этому должна быть причина, которая часто, если не всегда, является реакцией между двумя жидкостями.

Световой луч 11-5 направляется в проточную ячейку относительно наклонно, так как изменение показателя преломления в присутствующей жидкости, или даже если жидкость отсутствует, уже может вызвать изменение направления луча по сравнению с исходным и таким образом может вызвать большое изменение положения и/или изменение поверхности луча на оптическом датчике 15.

Фиг. 4 показывает график возможного сигнала T измерения как функции времени. Сигнал измерения относится, например, к мутности, которая может быть определена из измерения пропускания или измерения температуры. Cигнал измерения показывает пик 16 в течение времени Δt и шумовые колебания 18 величиной ΔT. Значение сигнала падает от устойчивого значения T_f1 к устойчивому значению T_f2. Однако, между этими двумя устойчивыми значениями располагается пик 16 с максимальным значением T_p.

Практически, значение T не будет совершенно устойчивым, но всегда будет содержать небольшие шумовые колебания 18. Однако в большинстве случаев статистическое исследование будет в состоянии четко различить шумовые колебания 18 и «реальные», выражающие причинную обусловленность пики 16, а именно на основе величины изменения сигнала. В этом случае увеличение (T_p-T_f1) и, конечно же, поскольку оно еще больше, уменьшение (T_p-T_f2) превышают пороговое значение увеличения и пороговое значение уменьшения, соответственно, которое в этом случае равно 2ΔT. Это не относится к шумовым колебаниям 18. Следовательно, для шумовых колебаний не будет выдаваться никаких сигналов оповещения, но сигнал оповещения действительно должен быть выдан для пика 16. Следует отметить, что совершенно не является необходимым, чтобы пороговое значение было превышено и для увеличения, и для уменьшения. Если, например, имеется значительная разность температур между двумя жидкостями, увеличение температуры может быть скрыто температурной ступенькой в комбинации с чистым теплопереносом и смешиванием, проистекающим из реакции. Однако, если тем не менее существует увеличение температуры между двумя устойчивыми уровнями, реакция также будет почти наверняка иметь место, и таким образом изменяется не только температура, но также и состав жидкости, что может быть причиной выдачи сигнала оповещения.

Другим важным критерием является интервал времени, в течение которого происходит пик. Если это очень широкий пик, то есть имеющий большую длительность, то это с одинаковым успехом может быть и случайное общее изменение температуры, например в результате солнечного излучения. Поэтому интервал времени Δt предпочтительно также принимается во внимание. Если он меньше чем некоторое конкретное значение, которое должно быть определено на практике, делается заключение о переходе между жидкостями, в противном случае делается заключение об отсутствии какого-либо перехода между жидкостями. Интервал времени может зависеть от измеренной скорости потока жидкости, а также, например, от расстояния до подачи жидкости, такого как сосуд или главная линия и т.п. В конце концов, в случае большого расстояния перемешивание уже может быть больше, и пик уже будет более широким.

Фиг. 5 показывает график другого возможного сигнала измерения как функции времени. Это относится к примеру, в котором положение x луча 11-5 соответствует Фиг. 3. Как можно видеть, это положение первоначально является устойчивым вокруг X₀, затем значительно изменяется, а затем опять становится устойчивым вокруг X₀. Это является индикацией турбулентной граничной поверхности, которая значительно нарушает положение луча света на датчике 15, в то время как сами жидкости имеют существенно один и тот же показатель преломления. Следует отметить, что тогда будет граничная область с продуктами реакции, которая будет иметь другой показатель преломления. Альтернативно, луч проходит через жидкость под прямым углом, и происходит преломление/отражение на турбулентной граничной поверхности, в особенности если не происходит никакого перемешивания.

Фиг. 6 показывает схематичный вид устройства 20 для обработки молочного скота в соответствии с настоящим изобретением. Здесь ссылочная позиция 21 обозначает молочное животное с сосками 22. В дополнение к этому на Фиг. 6 присутствуют: робот, снабженный манипулятором 23 и системой 25 обнаружения соска, и блок 26 управления роботом, а также чашка 24 для соска, жидкостная линия 27, клапан 28, генератор 29 сигнала оповещения, емкость 30 для хранения жидкости 32 для обработки соска, насос 31, сопло 33 для создания распыленного тумана 34, а также сенсорное устройство 1 в соответствии с настоящим изобретением.

Робот, которым управляет блок 26 управление роботом, служит для того, чтобы присоединить чашку 24 для соска, например, устройства для обработки соска, известным по существу образом к известному манипулятору 23 и к устройству 25 для обнаружения соска, которое в данном случае может быть связано с сенсорным управлением (здесь отдельно не показано).

Если сенсорное устройство 1 решит, что жидкость 32 в проточной ячейке и, следовательно, в емкости 30 для хранения дает основания для выдачи сигнала оповещения, то оно даст команду генератору 29 сигнала оповещения выдать сигнал оповещения и закроет клапан 28 на линии 27. Здесь клапан 28 является трехходовым клапаном, в котором блок управления сенсорами может направить поток жидкости к чашке 24 для соска, к соплу 33 для нанесения вещества для обработки соска посредством распыленного тумана 34, или, очевидно, перекрыть поток жидкости. Таким образом, опасность для молочного животного 21 уменьшается. В дополнение к этому, сенсорное устройство 1 может привести в действие блок 26 управления роботом напрямую либо посредством сигнала оповещения через блок 26 управления роботом для отсоединения чашки 24 для соска.

Эта иллюстрация всего лишь дает пример применения сенсорного устройства в соответствии с настоящим изобретением. Специалист в данной области техники легко сможет найти эквивалентные модификации. Объем правовой охраны определяется прилагаемой формулой изобретения.

Сенсорная система с сенсорным устройством содержит проточную ячейку для жидкости, детекторное устройство для измерения свойства жидкости в ячейке и формирования связанного с этим сигнала детектора, блок управления сенсорами для анализа сигнала детектора. Блок управления сенсорами выполнен с возможностью обнаруживать переход между двумя различными жидкостями в ячейке, когда изменение (в единицу времени) в сигнале детектора больше, чем пороговое значение. В случае обнаружения такого перехода блок управления сенсорами выдает сигнал оповещения. Сенсорное устройство содержит проточную ячейку, детекторное устройство, блок управления сенсорами, который выполнен с возможностью анализа сигнала детектора, в котором проточная ячейка содержит трубку из светоизлучающего материала, а детекторное устройство содержит несколько светочувствительных датчиков. Устройство для обработки молочного скота содержит устройство обнаружения соска, устройство обработки соска, манипулятор с управляющим устройством и сенсорную систему. Использование данной группы изобретений позволяет создать устройство для обработки молочного скота с сенсорной системой, имеющее высокую степень надежности. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сенсорная система с сенсорным устройством, содержащая:
- проточную ячейку (2), имеющую отверстие (3) для подачи жидкости и отверстие (4) для выдачи жидкости, причем проточная ячейка выполнена с возможностью протекания через нее жидкости (5-1, 5-2),
- детекторное устройство (6), которое выполнено с возможностью измерения свойства жидкости в ячейке и формирования связанного с этим сигнала детектора,
- блок (7) управления сенсорами, который выполнен с возможностью анализировать сигнал детектора,
отличающаяся тем, что блок управления сенсорами выполнен с возможностью обнаруживать переход (8) между двумя различными жидкостями в проточной ячейке, когда изменение сигнала детектора в единицу времени и/или изменение сигнала детектора становится больше, чем заданное пороговое значение изменения или чем заданное пороговое значение соответственно, причем блок управления сенсорами выполнен с возможностью формирования сигнала оповещения, если блок управления сенсорами обнаруживает такой переход между жидкостями.

2. Сенсорная система по п. 1, содержащая механизм (9) обнаружения присутствия жидкости, который выполнен с возможностью выдачи сигнала присутствия жидкости, если жидкость присутствует в ячейке.

3. Сенсорная система по п. 2, в которой блок управления сенсорами выполнен с возможностью игнорирования сигнала детектора, если нет сигнала присутствия жидкости.

4. Сенсорная система по п. 1, в которой изменение содержит по меньшей мере один пик (16) или спад в сигнале детектора, причем пик или спад имеют по меньшей мере заданную величину.

5. Сенсорная система по п. 4, в которой длительность пика и/или спада не превышает заданной длительности.

6. Сенсорная система по п. 1, в которой пороговое значение изменения и/или пороговое значение являются функцией сигнала детектора в течение заданного интервала времени, в частности функцией дисперсии и/или среднеквадратичного отклонения или максимального изменения сигнала детектора в течение упомянутого интервала времени.

7. Сенсорная система по п. 1, в которой свойство содержит оптическое свойство жидкости.

8. Сенсорная система по п. 1, содержащая источник (10; 13) света, который выполнен с возможностью пропускания оптического излучения через ячейку, причем детектор содержит оптический детектор (12), который выполнен с возможностью улавливать и обнаруживать испускаемое оптическое излучение, которое прошло через жидкость, и предпочтительно содержит несколько светочувствительных детекторов, более предпочтительно устройство ПЗС или КМОП, еще более предпочтительно схему детектора RGB-сигнала.

9. Сенсорная система по п. 8, в которой свойство является по меньшей мере одним из поглощения оптического излучения, преломления оптического излучения, рассеяния оптического излучения и отражения оптического излучения.

10. Сенсорная система по п. 8 или 9, в которой источник
света содержит несколько частичных источников света, которые испускают оптическое излучение с различными длинами волн.

11. Сенсорная система по п. 8, в которой в ячейке предусмотрен источник света, и/или по меньшей мере один частичный источник света, и/или по меньшей мере один оптический детектор.

12. Сенсорная система по п. 8, в которой источник света, и/или по меньшей мере один частичный источник света, и/или по меньшей мере один оптический детектор предусмотрены вокруг ячейки, в которой ячейка является светопропускающей или прозрачной, по меньшей мере в том месте, где находится упомянутый источник света или частичный источник света.

13. Сенсорная система по п. 8, в которой источник света или по меньшей мере один частичный источник света выполнен с возможностью испускания луча света и в которой детектор размещен и выполнен с возможностью обнаружения испускаемого луча, который прошел через проточную ячейку.

14. Сенсорная система по п. 13, в которой блок управления сенсорами выполнен с возможностью обнаружения перехода между жидкостями, если сигнал детектора изменяется больше, чем заданное пороговое изменение, в течение заданного интервала времени.

15. Сенсорная система по п. 14, содержащая индикатор (14) скорости, который выполнен с возможностью обеспечивать сигнал скорости жидкости для блока управления сенсорами, который указывает на скорость жидкости в проточной ячейке, причем заданный интервал времени зависит от скорости жидкости.

16. Сенсорная система по п. 8, в которой источник света выполнен с возможностью испускания луча света через проточную ячейку и в которой устройство содержит оптический датчик, который выполнен с возможностью обнаружения на оптическом датчике положения обнаружения луча света, который прошел через проточную ячейку.

17. Сенсорная система по п. 16, в которой свойство содержит положение обнаружения, в частности изменение упомянутого положения обнаружения.

18. Сенсорная система по п. 8, в которой оптический детектор содержит устройство записи изображения, такое как видеокамера, которое выполнено с возможностью записи изображения жидкости в проточной ячейке и в которой блок управления сенсорами содержит программное обеспечение обработки изображения для обработки изображения, а также выполнено с возможностью обнаружения перехода между жидкостями в том случае, если изображение показывает заданное минимальное изменение во времени.

19. Сенсорная система по п. 1, содержащая устройство подавления пузырьков газа, которое расположено, если смотреть в направлении потока, перед проточной ячейкой, в частности, содержащая часть, которая имеет большее поперечное сечение, чем отверстие для подачи жидкости, в которой более конкретно упомянутая часть проходит под отверстием для жидкости.

20. Сенсорная система по п. 1, в которой детектор содержит датчик температуры, который выполнен с возможностью измерения температуры жидкости в проточной ячейке.

21. Сенсорная система по п. 20, в которой свойство содержит температуру жидкости.

22. Сенсорная система по п. 21, в которой блок управления сенсорами выполнен с возможностью выдачи сигнала оповещения, если температура изменяется на величину, большую, чем пороговое значение изменения, в частности в пределах заданного интервала времени, более конкретно в пределах интервала времени, зависящего от скорости потока жидкости.

23. Сенсорная система по п. 20, в которой блок управления сенсорами выполнен с возможностью выдачи сигнала оповещения, если в пределах заданного интервала времени, более конкретно в пределах интервала времени, зависящего от скорости потока жидкости, температура показывает пик по меньшей мере заданной величины, более конкретно увеличение по меньшей мере на заданное пороговое значение увеличения, сопровождаемое уменьшением по меньшей мере на заданное пороговое значение уменьшения.

24. Сенсорное устройство, выполненное с возможностью использования в сенсорной системе по одному из предшествующих пунктов и содержащее:
- проточную ячейку, имеющую отверстие для подачи жидкости и отверстие для выдачи жидкости, причем проточная ячейка выполнена с возможностью позволять жидкости протекать через нее,
- детекторное устройство, которое выполнено с возможностью измерения свойства, в частности нескольких свойств, жидкости в ячейке и формирования связанного с этим сигнала детектора или нескольких сигналов детекторов соответственно,
- блок управления сенсорами, который выполнен с возможностью анализа сигнала детектора,
в котором:
- проточная ячейка содержит трубку, выполненную из светоизлучающего материала,
- детекторное устройство содержит несколько источников света и несколько светочувствительных датчиков, которые расположены вокруг проточной ячейки.

25. Сенсорное устройство по п. 24, дополнительно содержащее механизм (9) обнаружения присутствия жидкости, который выполнен с возможностью выдачи сигнала присутствия жидкости, если жидкость присутствует в ячейке.

26. Сенсорное устройство по одному из пп. 24-25, содержащее металлический патрубок для шланга на каждом из двух концов проточной ячейки и дополнительно содержащее измеритель удельной электропроводности и/или сопротивления, соединенный с патрубками для шлангов.

27. Устройство для обработки молочного скота, содержащее:
- устройство (25) обнаружения соска для обнаружения сосков (22) молочного животного (21),
- устройство (20) обработки соска для выполнения связанной с соском операции на соске,
- манипулятор (23) с управляющим устройством (26), выполненный с возможностью при функционировании подведения устройства для обработки соска по меньшей мере к одному из сосков посредством устройства обнаружения соска,
причем устройство для обработки молочного скота содержит по меньшей мере одну жидкостную линию (27),
и сенсорную систему (1) по одному из предшествующих пунктов, в которой по меньшей мере проточная ячейка может быть
гидравлически соединена с жидкостной линией, причем, в частности, проточная ячейка может быть соединена с жидкостной линией.

28. Устройство для обработки молочного скота по п. 27, в котором жидкостная линия содержит линию подачи жидкости для обработки соска и в котором устройство для обработки молочного скота выполнено с возможностью добавления жидкости для обработки соска, более конкретно нанесения ее на сосок, по линии подачи жидкости для обработки соска, в частности через устройство для обработки соска.

29. Устройство для обработки молочного скота по п. 27 или 28, содержащее емкость для хранения жидкости для обработки соска, которая соединена с жидкостной линией таким образом, чтобы она могла перекрываться управляемым клапаном, причем управляющее устройство выполнено с возможностью перекрытия управляемым клапаном соединения между емкостью для хранения жидкости для обработки соска и жидкостной линией на основании сформированного сигнала оповещения.

30. Устройство для обработки молочного скота по п. 27, в котором устройство для обработки соска содержит устройство для очистки соска и/или устройство для дополнительной обработки соска.