[發明專利]數字氣體檢測器和噪聲降低技術

無效

• 申請號: 200680039140.3
• 申請日: 2006-08-25
• 公開（公告）號: CN101292151A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: M·K·戈爾茨坦;E·岡薩雷斯
• 申請（專利權）人: 昆騰集團有限公司
• 主分類號: G01N21/78
• 分類號: G01N21/78;G01N21/27;G12B17/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙蓉民;路小龍

相關申請的交叉參考

【0001】本申請要求2005年8月25日申請的美國臨時專利申請 60/711748的權益，該申請的公開內容因此包括在此以供參考。

技術領域

【0002】本申請涉及傳感器，更具體地，涉及包括數字電路的氣體傳 感器(gas?sensor)，該數字電路適于處理感測的信號從而產生可靠的氣 體感測指示，本申請還涉及感測設備的噪聲降低技術。

背景技術

【0003】公眾對空氣中危險氣體的有害影響和危險認識的增加導致對 檢測這類氣體的精確、廉價且小型化設備的需求增加。傳統的電池操 作的便攜式氣體探測設備包括檢測感興趣氣體的傳感器。

【0004】已知有多種探測有害氣體特別是一氧化碳(“CO”)的光學氣 體傳感器。示例性光學氣體傳感器在美國專利5063164，5302350， 5346671，5405583，5618493，5793295，6172759，6251344和6819811 中予以描述，這些專利的公開內容因此包括在此以供參考。通過光學 組合氣體傳感器已經制造出改進的光學氣體傳感器系統，其對寬范圍 的濕度和溫度條件都有響應，如美國專利5618493所公開。

【0005】通常，光學氣體傳感器包括浸漬進入或涂敷到半透明襯底上 的自生的化學傳感器試劑。襯底通常是多孔單塊材料，如二氧化硅、 氧化鋁、鋁硅酸鹽等。在暴露于預定的目標氣體時，傳感器的光學特 征改變，其取決于傳感器的化學作用或者變暗或者發光。

【0006】利用光學氣體傳感器的電池供電的目標氣體探測設備是商業 可得的并取得了很大的市場成功。傳統上，這類設備包括至少一個設 置在發光裝置和光探測裝置之間的光路上的傳感器。光探測裝置通過 測量光透過傳感器的水平監測傳感器的光學特征。該設備的電子元件 的設計使得在透射光的檢測水平降到預定的固定水平之下時激活警報 或其他警告裝置。

【0007】在典型的設備中，電子元件包括由流經光探測裝置的電流充 電的電容器。這里，流經電容器的電流的量取決于傳感器的光學特征。 因此，電容器充電的速度取決于與傳感器相互作用的目標氣體的濃度 水平。為確定該濃度水平，設備例如可將電容器放電，然后就可知道 電容器充電所需的時間。為此，設備可包括含有用于定時操作的時鐘 電路(如基于晶體的振蕩器)的處理元件和檢測電容器何時被充電的 電平檢測電路。諸如此類的設備例如公開在美國專利5573953和 6096560中，這些專利中的每一個的公開內容內容因此包括在此以供參 考。

【0008】通常，電子元件的特征對設備的精度可能具有不利的影響。 例如，特定電容器的實際電容值可能不精確。更確切地，電容器通常 由標稱電容值表征，以便實際電容落在標稱值附近的公差范圍內。結 果，一個設備中電容器的充電速率可能與另一個設備中的電容器不同。 此外，晶體振蕩器可能不是正好在其預定的標稱頻率下工作的。結果， 一個設備中的定時器電路可能比另一個設備中的定時器電路計時更快 或更慢。而且，制造加工元件中出現的工藝變化可導致不同設備的電 平探測電路具有稍微不同的閾值電平和/或漏泄電流。因此，不同設備 可做出判斷電容器是以不同電壓水平充電的。而且，許多這些參數可 能都與溫度有關。考慮到諸如此類的問題，對更精確的而成本有效的 感測氣體濃度用設備存在需要。

發明內容

【0009】在一些實施方式中，本發明涉及氣體傳感器，其引入線性和/ 或數字處理以識別氣體濃度。在一些實施方式中，本發明涉及用于降 低傳感設備中的噪聲從而提高由該傳感設備產生的信號的信噪比的裝 置和方法。方便起見，按照本發明所構造的系統或實施的方法的實施 方式在此可簡單稱為“實施方式”。

【0010】在一些實施方式中，氣體濃度的計算可通過利用線性方程從 光探測器的輸出信號獲得。例如，使用基于指數的氣體擴散特征的傳 感器和光與電流成對數的特征的光電二極管，線性方程可用來關聯氣 體濃度和從光電二極管電流獲得的輸出電壓。

【0011】在一些實施例中，線性方程可用于從輸出電壓的特定變化速 率獲得特定濃度水平。在一些實施例中，一個或多個預定義的乘數可 分配給不同的輸出電壓范圍。例如，可為每個范圍的線性方程定義不 同的乘數。