專利名稱：薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對過濾系統(tǒng)中所生成的濾餅(cake)成長的濾餅厚度量測裝 置，特別是涉及一種利用光感測裝置配合驅(qū)動裝置應(yīng)用于過濾系統(tǒng)中以達到可即時原位 (in situ)量測濾餅成長厚度的裝置，即薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置。
背景技術(shù)：
在過濾程序中，當(dāng)泥漿(slurry)中的固體成分直徑較過濾薄膜(filtermedium) 的孔洞直徑為大時，則過濾循環(huán)數(shù)次后，在過濾薄膜表面即有一層濾餅(cake)逐漸生成， 其厚度會隨著時間而增加。濾餅越厚，泥漿過濾的阻礙越大而使濾速越慢。故需將過濾薄 膜上的濾餅移除，然而通常難以完全移除所有濾餅，仍有一部份殘留在過濾薄膜上。倘若繼 續(xù)使用前述的過濾薄膜再進行過濾程序，所生成的濾餅厚度分布差異將會持續(xù)增大，這將 使得泥漿的流動狀態(tài)變得不穩(wěn)定，而黏度、孔隙度等濾餅的物性也變得更不均勻，因此，如 果能夠量測此時過濾薄膜表面的濾餅厚度分布以了解其物性，即可在量測至一定濾餅厚度 時即進行逆洗程序，以增進過濾的效率。而在廢氣過濾、泥漿過濾或是精密陶瓷工業(yè)等領(lǐng)域 上，如此針對濾餅厚度分布的量測方法更顯得重要。目前已知測量濾餅厚度技術(shù)大致上可分為兩類(1)破壞性測量方法從過濾薄 膜上取出濾餅，加工之使易于測量，亦即破壞濾餅原先結(jié)構(gòu)、無法立即測得過濾程序進行當(dāng) 時濾餅厚度的方法；( 非破壞性測量方法直接量測在過濾程序中形成的濾餅厚度，不干 擾濾餅的形成，不破壞濾餅的結(jié)構(gòu)，亦即表示過濾程序進行當(dāng)時濾餅的真實厚度。破壞性測量包括烘干秤重、冷凍切片和濾餅重建等方式。有文獻揭露在濾餅上選 取數(shù)點，分析由細胞形成的濾餅內(nèi)蛋白質(zhì)成分，以估計每單位濾餅體積的細胞數(shù)，事先設(shè)定 細胞的形狀與孔隙度值以計算濾餅厚度，再以顯微鏡微觀掃描Yeast和細胞來證實這個測 量方法，但并未報告其比較結(jié)果，此法相當(dāng)復(fù)雜且易產(chǎn)生誤差(RiesmeienB. ,K. H. Kroner, andM. R. Kula，Studies on secondarylayer formation and itscharacterization duringcross-flow filtration of microbial cells，J. Membr. Sci.，Vol. 34, pp. 245, 1987)。也有冷凍切片法的研究文獻則將濾餅冷凍后用顯微鏡觀察濾餅的厚度及孔 隙 度(Schmidt, Ε. andF. Loffeler, Preparation of dust cakes for microscopic examination, PowderTechnol.，Vol. 60，pp. 173，1990)。此外，還有文獻提出一種測量濾 餅厚度、孔隙度的破壞性量測方法，取出在管狀濾材上形成的濾餅固體成分，以表面過濾方 式(恒壓過濾)在同樣操作條件下重制濾餅，測量其厚度以作為管狀過濾薄膜內(nèi)的濾餅厚 度(Vyas, H. K. , A. J. Mawson, R. J. Bennett, A. D. Marshall, A new method forestimating cake heightand porosity duringcrossflow filtration of particulate suspensions, J. Membr. Sci. Vol. 176，pp. 113-119,2000)。而非破壞性測量方法目前也已發(fā)展出許多種，多為利用發(fā)射光波、聲波等，藉由反 射波的強弱定義濾餅的物理性質(zhì)。公元1973年美國專利第3，748，263號揭露出一種沉降 槽內(nèi)濾器(即過濾室)的濾餅厚度測量方法，為將過濾板垂直重疊放置，流入的泥漿分為濾餅及濾液，濾餅在過濾板表面形成，濾液則由支流流至收集槽，當(dāng)濾餅厚度達到預(yù)定的最 大限制時，它會使流經(jīng)濾器的水道阻塞，而由濾器支流流出的濾液透過玻璃觀察為澄清的， 這表示沉降槽內(nèi)濾器的濾餅厚度已達已知的、設(shè)定的最大厚度。而公元1974年美國專利 第3，815，745號則為描述一種測量濾器內(nèi)濾餅的厚度、洗滌程度和干燥程度的儀器，將濾 液、洗滌液和干燥氣體由歧管導(dǎo)入濾器，其中包含一個探測元件置于歧管與濾器入口之間， 而另一個探測元件放置在濾器中，藉由兩個探測元件信號的差異來測量濾餅厚度，而洗滌 程度和干燥程度亦以相似的方法測量，用以控制濾餅的厚度、洗滌程度和干燥程度。另外， 在公元1985年美國專利4，548，080號則顯示出一種用來模擬掘井時流體動態(tài)的儀器，提供 一探測元件包含有超聲波裝置，可發(fā)送和接收超聲波，該探測元件呈長桿狀，隔一段距離包 圍著多孔性圓柱形套子，由污泥構(gòu)成的濾餅在多孔性圓柱套子內(nèi)側(cè)形成，該探測元件可向 外放射出超聲波，當(dāng)超聲波打到濾餅表面會再反射至探測元件，這間隔的時間由接收器紀 錄下來，藉此測量出污泥的濾餅厚度，再藉以維持流經(jīng)濾餅的流速。另外有文獻提出一種 方法，利用流蘇狀光束投射器在濾餅上移動其光束，配合CCD數(shù)字攝影機紀錄在投射點垂 直軸與過濾薄膜、濾餅表面的交點對光束投射器的角度差，以此計算濾餅的表面高度分布， # Efellifft (Dittler, Α. ，B. Gutmann, R. Lichtenberger, H. Weberand
G. Kasper, Opticalinsitu measurment of dust cakethicknessdistributions on rigid filter media forgascleaning, PowderTechnology, Vol,99, pp, 177-184,1998)。再則，亦 有文獻揭露一種量測方法，藉超聲波的發(fā)散及反射原理量測其中間隔的時間再經(jīng)由換算后 得到精密陶瓷制程中濾餅的厚度，然此法會干擾濾餅的形成或破壞濾餅的結(jié)構(gòu)(Hutchins， D.A.and H. D.Mair, Ultrasonic monitoring of siip-castceramics, J.Materials science Letters，Vol. 8，pp.1185，1989)。以破壞性測量法量測濾餅厚度無法得知過濾程序進行當(dāng)時的濾餅厚度，所以不能 即時對濾器做調(diào)整，而且在烘干、冷凍和重建濾餅時會改變?yōu)V餅原有的結(jié)構(gòu)。另一方面，使 用前述的非破壞性濾餅厚度測量方法又有儀器昂貴、測量后換算復(fù)雜、耗時又易產(chǎn)生實驗 或計算誤差、發(fā)射至濾餅的波長會破壞濾餅形成過程或形成結(jié)構(gòu)等問題。鑒于上述的發(fā)明背景中，為了符合產(chǎn)業(yè)上的要求，本發(fā)明提供一種薄膜過濾程序 的線上偵測與分析裝置。由此可見，上述現(xiàn)有的薄膜過濾裝置在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷， 而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之 道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切結(jié)構(gòu)能夠解決上 述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新型的薄膜過濾程序的 線上偵測與分析裝置，實屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進的目標(biāo)。有鑒于上述現(xiàn)有的薄膜過濾裝置存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制 造多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學(xué)理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種 新型的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，能夠改進一般現(xiàn)有的薄膜過濾裝置，使其更 具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)過反復(fù)試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用 價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的薄膜過濾裝置存在的缺陷，而提供一種新型 的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，所要解決的技術(shù)問題是使其可即時量測濾餅形成 厚度，且不會造成破壞濾餅結(jié)構(gòu)的偵測與分析裝置，非常適于實用。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種新型結(jié)構(gòu)的新型的薄膜過濾程序的線上偵測與 分析裝置，所要解決的技術(shù)問題是使其應(yīng)用原位(in situ)測量的光學(xué)技術(shù)，其價格便宜， 易于安裝且準確度高，從而更加適于實用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出 的一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，使用于一過濾系統(tǒng)中，該過濾系統(tǒng)具有一過 濾裝置、一過濾薄膜以及一被濾物，該過濾裝置執(zhí)行一過濾程序而于該過濾薄膜上具有一 濾餅的沉積厚度變化，其中該偵測與分析裝置包含一光感測裝置，該光感測裝置包含多個感測元件線型排列成一第一序列，該光感 測裝置用以測量該過濾薄膜于一線型位置上濾餅厚度變化的一信號資訊；一驅(qū)動裝置，用以驅(qū)動該光感測裝置于該濾餅上方進行與該過濾薄膜平行的相對 移動，以便于該光感測裝置測量該過濾薄膜于至少一局部平面上濾餅厚度變化；以及一資訊處理裝置，連接于該光感測裝置，用以連續(xù)地處理分析該光感測裝置所感 測到的該信號資訊，進而即時推估出在該過濾程序中，該過濾薄膜于至少一局部平面上濾 餅厚度的變化。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其中所述的光感測裝置更包含至少 一第二序列，該第二序列由多個感測元件線型排列而成，該第一序列與該第二序列間相互 平行，且該第一序列中多個感測元件與該第二序列多個感測元件交錯排列。前述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其中所述的光感測裝置中各個感測 元件彼此間的距離大于或等于30mm。前述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其中所述的感測元件包含一光發(fā)射 單元及一光接受單元，該光發(fā)射單元發(fā)射一光波，該光波接觸該濾餅反射產(chǎn)生一反射光波， 該光接受單元接受該反射光波。前述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其中所述的光發(fā)射單元為發(fā)光二極 體(LED)，該光接受單元為光電晶體，該光波為紅外光。前述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其中所述的光感測裝置可藉由一類 比數(shù)字轉(zhuǎn)換器(AD/DA converter)將該信號資訊轉(zhuǎn)化成可供該資訊處理系統(tǒng)分析的數(shù)值。前述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其中所述的過濾系統(tǒng)為一薄膜生物 反應(yīng)器，該薄膜生物反應(yīng)器具有多個相互平行的過濾板，每一個過濾板藉由至少一個該過 濾薄膜包覆，該薄膜生物反應(yīng)器執(zhí)行該過濾程序而于每一該過濾薄膜上具有一濾餅的沉積 厚度變化。前述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其中所述的驅(qū)動裝置除了用以驅(qū)動 該光感測裝置于該濾餅上方進行與該過濾薄膜平行的相對移動，并且驅(qū)動該光感測裝置于 多個相互平行的該過濾板之間移動。前述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其中所述的光感測裝置所含感測元件為雙面排列，用以同時量測相鄰過濾板上的濾餅厚度。前述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其中所述的光感測裝置于多個相互 平行的該過濾板之間移動方式為連續(xù)S形。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上可知，為達到上述目 的，本發(fā)明提供了一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，使用于一過濾系統(tǒng)中，過濾系 統(tǒng)具有一過濾裝置、一過濾薄膜以及一被濾物，過濾裝置執(zhí)行一過濾程序而于過濾薄膜上 具有一濾餅的沉積厚度變化，其中偵測與分析裝置包含一光感測裝置，光感測裝置包含多 個感測元件線型排列成一第一序列，光感測裝置用以測量過濾薄膜于一線型位置上濾餅厚 度變化的一信號資訊；一驅(qū)動裝置，用以驅(qū)動光感測裝置于濾餅上方進行與過濾薄膜平行 的相對移動，以便于光感測裝置測量過濾薄膜于至少一局部平面上濾餅厚度變化；以及一 資訊處理裝置，連接于光感測裝置，用以連續(xù)地處理分析光感測裝置所感測到的信號資訊， 進而即時推估出在過濾程序中，過濾薄膜于至少一局部平面上濾餅厚度的變化。本發(fā)明揭露一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，使用于一薄膜生物反應(yīng)器 中，薄膜生物反應(yīng)器具有多個相互平行的過濾板以及一被濾物，每一個過濾板藉由至少一 過濾薄膜包覆，薄膜生物反應(yīng)器執(zhí)行一過濾程序而于每一過濾薄膜上具有一濾餅的沉積厚 度變化，其中偵測與分析裝置包含一光感測裝置，光感測裝置包含多個感測元件線型排列 成一第一序列，光感測裝置用以測量過濾薄膜上濾餅厚度變化的一信號資訊；一驅(qū)動裝置， 用以驅(qū)動光感測裝置于濾餅上方進行與過濾薄膜平行的相對移動，且驅(qū)動裝置驅(qū)動光感測 裝置于多個相互平行的過濾板之間移動；以及一資訊處理裝置，連接于光感測裝置，用以連 續(xù)地處理分析光感測裝置所感測到的信號資訊，進而即時推估出在過濾程序中，至少1個 過濾板的過濾薄膜上全部平面濾餅厚度的變化。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置至少具有下列優(yōu) 點及有益效果1、本發(fā)明可即時量測濾餅形成厚度，且不會造成破壞濾餅結(jié)構(gòu)的偵測與分析裝 置，非常適于實用。2、本發(fā)明應(yīng)用原位(in situ)測量的光學(xué)技術(shù)，其價格便宜，易于安裝且準確度 高，從而更加適于實用。綜上所述，本發(fā)明是有關(guān)于一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其包含一 光感測裝置，光感測裝置包含多個感測元件線型排列成一第一序列，光感測裝置用以測量 過濾薄膜于一線型位置上濾餅厚度變化的一信號資訊；一驅(qū)動裝置，用以驅(qū)動光感測裝置 于濾餅上方進行與過濾薄膜平行的相對移動，以便于光感測裝置測量過濾薄膜于至少一局 部平面上濾餅厚度變化；以及一資訊處理裝置，連接于光感測裝置，用以連續(xù)地處理分析光 感測裝置所感測到的信號資訊，進而即時推估出在過濾程序中，過濾薄膜于至少一局部平 面上濾餅厚度的變化。本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進步，并具有明顯的積極效果，誠為一新 穎、進步、實用的新設(shè)計。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1是本發(fā)明第一實施例一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置的示意圖。
圖2是本發(fā)明第一實施例一種光感測裝置的示意圖。圖3是本發(fā)明第一實施例一種具保護裝置的光感測裝置的示意圖。 圖4是本發(fā)明第一實施例一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置的示意圖，使
用于--薄膜生物反應(yīng)器。圖5是本發(fā)明第一實施例一種光感測裝置的示意圖。
圖6是本發(fā)明第一實施例另一種光感測裝置的示意圖。
圖7是本發(fā)明第一實施例另一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置的示意圖。圖8為是本發(fā)明第一 實施例一種具保護裝置的光感測裝置的示意圖。圖9是本發(fā)明范例一的探針誤差校正圖。圖10是本發(fā)明范例二鄰近探針彼此間以0. 5cm的間距排列的探針信號干擾測試圖。圖11是本發(fā)明范例二調(diào)整鄰近探針彼此間距的探針信號干擾測試圖。
圖12是本發(fā)明范例三的單顆探針進行膜表面濾餅層分析圖。圖13是本發(fā)明范例四的多顆探針進行膜表面濾餅層結(jié)構(gòu)分析。1 第一序列 2 第二序列100 薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置110:光感測裝置112 感測元件 1122:光發(fā)射單元1124 接受單元 120 驅(qū)動裝置130 資訊處理裝置 140 丙烯酸樹脂保護裝置200 過濾系統(tǒng) 210 過濾裝置220 過濾薄膜 230 被濾物240 濾餅300 薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置310 光感測裝置 312 感測元件 3122 發(fā)射單元 3124 光接受單元320 驅(qū)動裝置 330 資訊處理裝置340 丙烯酸樹脂保護裝置 400 薄膜生物反應(yīng)器 410 過濾板 420 過濾薄膜 430 被濾物 440 濾餅
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合 附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置其具體實施 方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中將可清楚的呈現(xiàn)。為了方便說明，在以下的實施例中，相同的元件以相同 的編號表示。本發(fā)明在此揭示一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置。為了能徹底地了解本 發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及其組成。顯然地，本發(fā)明的施行并未限定于該領(lǐng) 域的技藝者所熟習(xí)的特殊細節(jié)。另一方面，眾所周知的組成或步驟并未描述于細節(jié)中，以避 免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描 述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以之后 的專利范圍為準。參閱圖1所示，本發(fā)明的第一實施例揭露一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝 置100，用于過濾系統(tǒng)200，上述過濾系統(tǒng)200可以為掃流過濾系統(tǒng)或沉浸式薄膜生物反應(yīng) 器(submerged membrane bioreactor，SMBR)，具有一過濾裝置 210、一過濾薄膜 220 以及一 被濾物230，且過濾裝置200執(zhí)行一過濾程序而于過濾薄膜220上具有一濾餅240的沉積厚
度變化。上述的偵測與分析裝置100包含一光感測裝置110、一驅(qū)動裝置120以及一資訊 處理裝置130。上述光感測裝置110包含多個感測元件112線型排列成一第一序列，光感測 裝置110用以測量過濾薄膜220于一線型位置上濾餅240厚度變化的一信號資訊，并且光 感測裝置110距離過濾薄膜220的測量距離小于或等于5mm。上述驅(qū)動裝置120用以驅(qū)動 光感測裝置110于濾餅240上方進行與過濾薄膜220平行的相對移動，以便于光感測裝置 110測量過濾薄膜220于至少一局部平面上濾餅240厚度變化，且驅(qū)動裝置120更可包含一 步進馬達。上述資訊處理裝置130連接于光感測裝置110，用以連續(xù)地處理分析光感測裝置 110所感測到的信號資訊，進而即時推估出在過濾程序中，過濾薄膜220于至少一局部平面 或過濾薄膜220全部平面上濾餅厚度的變化。上述的被濾物230選自下列之一者烯酸甲 酯(PMMA)、碳酸鈣(CaCO3)以及酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)。上述的光感測裝置 110可藉由一類比數(shù)字轉(zhuǎn)換器(AD/DA converter)將信號資訊轉(zhuǎn)化成可供資訊處理系統(tǒng)分 析的數(shù)值。參閱圖2所示，于本實施例中的一范例，上述的光感測裝置110更包含至少一第 二序列2，第二序列由多個感測元件112線型排列而成，且光感測裝置110中各個感測元件 112彼此間的距離大于或等于30mm。較佳者，第一序列1與第二序列2間相互平行，且第一 序列1中多個感測元件112與第二序列多個感測元件112交錯排列，且光感測裝置中各個 感測元件112彼此間的距離大于或等于30mm。參閱圖3所示，偵測與分析裝置100更包含一透光的丙烯酸樹脂保護裝置140包 覆光感測裝置110，藉以防止感測元件112與被濾物230直接接觸而遭腐蝕。上述的感測元 件112包含一光發(fā)射單元1122及一光接受單元1IM，光發(fā)射單元1122發(fā)射一光波，光波接 觸濾餅240反射產(chǎn)生一反射光波，光接受單元1124接受反射光波。于一范例中，上述的光發(fā) 射單元1122為發(fā)光二極體(LED)，上述的光接受單元1124為光電晶體。上述光波為紅外光。參閱圖4所示，本發(fā)明的第二實施例揭露一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝 置300，使用于薄膜生物反應(yīng)器400，上述薄膜生物反應(yīng)器400具有多個相互平行的過濾板 410以及一被濾物430，每一個過濾板410藉由至少一過濾薄膜420包覆，薄膜生物反應(yīng)器 400執(zhí)行一過濾程序而于每一過濾薄膜420上具有一濾餅440的沉積厚度變化。另外，偵測與分析裝置300包含一光感測裝置310、一驅(qū)動裝置320以及一資訊處理裝置330。參考 圖5所示，上述光感測裝置310包含多個感測元件312線型排列成一第一序列，光感測裝置 310用以測量過濾薄膜420上濾餅440厚度變化的一信號資訊，并且光感測裝置310距離過 濾薄膜420的測量距離小于或等于5mm。上述驅(qū)動裝置320用以驅(qū)動光感測裝置310于濾 餅440上方進行與過濾薄膜420平行的相對移動，且驅(qū)動裝置320驅(qū)動光感測裝置310于 多個相互平行的過濾板410之間移動，且驅(qū)動裝置320更可包含一步進馬達。上述資訊處理裝置330連接于光感測裝置310，用以連續(xù)地處理分析光感測裝置 310所感測到的信號資訊，進而即時推估出在過濾程序中，至少1個過濾板410 —側(cè)的過 濾薄膜420上全部平面濾餅440厚度的變化。上述被濾物430選自下列之一者烯酸甲酯 (PMMA)、碳酸鈣(CaCO3)以及酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)。上述的光感測裝置310 可藉由一類比數(shù)字轉(zhuǎn)換器(AD/DA converter)將信號資訊轉(zhuǎn)化成可供資訊處理系統(tǒng)分析的 數(shù)值。參考圖6所示，上述的光感測裝置310更包含至少一第二序列2，第二序列2由多 個感測元件312線型排列而成，且光感測裝置310中各個感測元件312彼此間的距離大于 或等于30mm。較佳者，第一序列與第二序列間相互平行，且第一序列中多個感測元件312與 第二序列多個感測元件312交錯排列，且光感測裝置310中各個感測元件312彼此間的距 離大于或等于30mm。參考圖7所示，于一范例中，光感測裝置310所含感測元件312為雙面 排列，用以同時量測相鄰過濾板410上的濾餅440厚度。因此，光感測裝置310于多個相互 平行的過濾板之間移動方式為連續(xù)S形。參考圖8所示，上述的偵測與分析裝置300更包含一透光的丙烯酸樹脂保護裝置 340包覆光感測裝置310，藉以防止感測元件312與被濾物430直接接觸而遭腐蝕。上述的 感測元件312包含一光發(fā)射單元3122及一光接受單元31M，光發(fā)射單元3122發(fā)射一光波， 光波接觸濾餅440反射產(chǎn)生一反射光波，光接受單元31M接受反射光波。于另一范例中， 上述的光發(fā)射單元3122為發(fā)光二極體(LED)，上述的光接受單元31M為光電晶體。上述光 波為紅外光。范例一將八顆探針(實施例所稱光感測裝置)依序編號為1到8，并利用游標(biāo)尺移動來 模擬濾餅層生長情形，分別于空氣中以游標(biāo)尺調(diào)整探針高度，并記錄不同高度下電壓變化 的結(jié)果，測試完畢后將探針取下重新組裝，以此方式對每顆探針重復(fù)進行四次測試，參閱圖 9所示，此圖為編號1探針(其余7個探針結(jié)果與編號1探針結(jié)果類似)測試結(jié)果圖，由結(jié) 果顯示誤差多介于5%至10%，當(dāng)距離介于5mm以內(nèi)時，探針反應(yīng)曲線斜率較大，當(dāng)距離在 5mm以上時，由于斜率過小已不適合做為結(jié)垢厚度量測，因此探針與過濾膜材表面較佳量測 距離為5mm以下。范例二實驗中使用的光反射元件(實施例所稱感測元件)其原理是藉由發(fā)光二極體 (LED)發(fā)射出的紅外光經(jīng)由物體反射，再由另一端光電晶體(photransistor)接收反射光， 依接收的強度不同，光電晶體兩極所形成的光電流(photocurrent)亦有不同強度，經(jīng)由測 量此電流強度，可以知道發(fā)出和吸收的光強度比例，藉此判斷待測物距離的遠近。但在實驗 過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)多個光反射元件彼此緊密排列時，接收反射光的光電晶體容易接收到鄰近元件所發(fā)出的反射光造成信號干擾的情形，因而無法準確測出實際電壓值。為了測試探針 反射光相互干擾的情形，實驗中使用8顆探針彼此間以0. 5cm的間距排列，測試探針位置與 電壓干擾變化情形，結(jié)果如圖10所示，由圖中電壓變化可以發(fā)現(xiàn)左右兩側(cè)探針的電壓值較 低，而中間部分的電壓值較高，這是由于在中間位置的光反射元件會同時接收到左右兩側(cè) 反射光的干擾造成電壓值偏高的情形。為了進一步測試探針彼此間的距離對電壓量測值的影響，在實驗中移動相鄰兩顆 探針并觀察電壓隨距離變化情形，結(jié)果如圖11所示，在實驗中單顆探針的初始電壓值為 1. Olv,當(dāng)相鄰兩顆探針間距為5mm時電壓值升高到1. Mv，這結(jié)果顯示探針確實會受到鄰 近探針反射光的干擾，隨著相鄰兩顆探針間的距離漸漸拉開后電壓值隨之下降，當(dāng)兩顆探 針分開至30mm時電壓值已恢復(fù)為1. Olv,由以上實驗結(jié)果得知，若同時使用多顆探針進行 測量時應(yīng)保持探針間距為30mm以上，減少探針因反射光相互干擾而產(chǎn)生誤差。范例三單顆探針觀察過濾過程中濾餅層堆積的情形，實驗中每隔10分鐘控制步進馬達 移動單顆探針，由上而下掃過膜材表面，利用此方式線上即時偵測沉浸式薄膜生物反應(yīng)器 中濾餅層生成的情形，由圖12的電壓反應(yīng)曲線可以觀察出在距離為Ocm至2cm處所測得的 電壓值較高，這是由于板框上方抽氣口附近吸力較強，因此粒子大量堆積于吸氣口周圍，隨 著探針往下移動吸力減弱，因此測得的電壓也漸漸降低，但是當(dāng)距離接近16cm處時，由于 重力沉降的影響，導(dǎo)致部份粒子沉降堆積于下側(cè)邊框，因此造成電壓值再度略微增加。在由 圖中不同時間下所測得的的電壓變化，可觀察出濾餅層隨著時間逐漸堆積的情形。范例四將探針數(shù)目擴增到八顆，以八顆探針同時進行膜表面濾餅層厚度量測，在抽氣過 濾30分鐘后，控制步進馬達移動探針由上而下掃過膜材表面，以探針排列位置作為X軸、移 動距離作為Y軸、電壓值作為Z軸，將測得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3D立體分布圖，其結(jié)果如圖13所示。 由圖中可以觀察出在板框上方吸氣口周圍電壓值較高，這代表著該區(qū)域所形成的濾餅層厚 度較高，隨著越往下吸力逐漸減弱，因此電壓也隨的減少，在接近17cm處，由于重力沉降的 影響，因此部份粒子堆積于下側(cè)邊框，故電壓值再度略微增加。由本實驗結(jié)果顯示將多顆探針 掃過膜材表面所擷取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為立體分布圖，能夠更廣泛且清晰的觀察濾餅層分布情形。顯然地，依照上面實施例中的描述，本創(chuàng)作可能有許多的修正與差異。因此需要在 其附加的權(quán)利要求項的范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細的描述外，本創(chuàng)作還可以廣泛地在 其他的實施例中施行。上述僅為本創(chuàng)作的較佳實施例而已，并非用以限定本創(chuàng)作的申請專 利范圍；凡其它未脫離本創(chuàng)作所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在下述 申請專利范圍內(nèi)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾 為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì) 對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，使用于一過濾系統(tǒng)中，該過濾系統(tǒng)具有 一過濾裝置、一過濾薄膜以及一被濾物，該過濾裝置執(zhí)行一過濾程序而于該過濾薄膜上具 有一濾餅的沉積厚度變化，其特征在于其中該偵測與分析裝置包含一光感測裝置，該光感測裝置包含多個感測元件線型排列成一第一序列，該光感測裝 置用以測量該過濾薄膜于一線型位置上濾餅厚度變化的一信號資訊；一驅(qū)動裝置，用以驅(qū)動該光感測裝置于該濾餅上方進行與該過濾薄膜平行的相對移 動，以便于該光感測裝置測量該過濾薄膜于至少一局部平面上濾餅厚度變化；以及一資訊處理裝置，連接于該光感測裝置，用以連續(xù)地處理分析該光感測裝置所感測到 的該信號資訊，進而即時推估出在該過濾程序中，該過濾薄膜于至少一局部平面上濾餅厚 度的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其特征在于其中所述 的光感測裝置更包含至少一第二序列，該第二序列由多個感測元件線型排列而成，該第一 序列與該第二序列間相互平行，且該第一序列中多個感測元件與該第二序列多個感測元件 交錯排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其特征在于其中所述 的光感測裝置中各個感測元件彼此間的距離大于或等于30mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其特征在于其中所述 的感測元件包含一光發(fā)射單元及一光接受單元，該光發(fā)射單元發(fā)射一光波，該光波接觸該 濾餅反射產(chǎn)生一反射光波，該光接受單元接受該反射光波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其特征在于其中所述 的光發(fā)射單元為發(fā)光二極體，該光接受單元為光電晶體，該光波為紅外光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其特征在于其中所述 的光感測裝置可藉由一類比數(shù)字轉(zhuǎn)換器將該信號資訊轉(zhuǎn)化成可供該資訊處理系統(tǒng)分析的 數(shù)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其特征在于其中所述 的過濾系統(tǒng)為一薄膜生物反應(yīng)器，該薄膜生物反應(yīng)器具有多個相互平行的過濾板，每一個 過濾板藉由至少一個該過濾薄膜包覆，該薄膜生物反應(yīng)器執(zhí)行該過濾程序而于每一該過濾 薄膜上具有一濾餅的沉積厚度變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其特征在于其中所述 的驅(qū)動裝置除了用以驅(qū)動該光感測裝置于該濾餅上方進行與該過濾薄膜平行的相對移動， 并且驅(qū)動該光感測裝置于多個相互平行的該過濾板之間移動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其特征在于其中所述 的光感測裝置所含感測元件為雙面排列，用以同時量測相鄰過濾板上的濾餅厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其特征在于其中所 述的光感測裝置于多個相互平行的該過濾板之間移動方式為連續(xù)S形。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種薄膜過濾程序的線上偵測與分析裝置，其包含一光感測裝置，光感測裝置包含多個感測元件線型排列成一第一序列，光感測裝置用以測量過濾薄膜于一線型位置上濾餅厚度變化的一信號資訊；一驅(qū)動裝置，用以驅(qū)動光感測裝置于濾餅上方進行與過濾薄膜平行的相對移動，以便于光感測裝置測量過濾薄膜于至少一局部平面上濾餅厚度變化；以及一資訊處理裝置，連接于光感測裝置，用以連續(xù)地處理分析光感測裝置所感測到的信號資訊，進而即時推估出在過濾程序中，過濾薄膜于至少一局部平面上濾餅厚度的變化。
文檔編號B01D35/143GK102133493SQ20101011163
公開日2011年7月27日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者李雨霖, 林念蓉, 童國倫, 賴世杰, 黃怡勛 申請人:私立中原大學(xué)