[發(fā)明專利]用于光學(xué)吸收氣體傳感器的溫度校準(zhǔn)方法和設(shè)備以及由此校準(zhǔn)的光學(xué)吸收氣體傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180052280.5
• 申請(qǐng)日: 2011-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN103328954A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·J·麥克格;D·R·吉布森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 氣體敏感液有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/35
• 分類號(hào): G01N21/35;G01N21/27;G01N33/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 邢德杰

發(fā)明領(lǐng)域

發(fā)明背景

本發(fā)明涉及采用LED(例如紅外LED)作為光源并采用光電二極管作為光檢測(cè)器的光學(xué)吸收氣體傳感器的領(lǐng)域。?

發(fā)明背景

光學(xué)吸收氣體傳感器包括一個(gè)光源和一個(gè)光檢測(cè)器。來自該光源的光被引導(dǎo)通過一個(gè)氣體樣本并由該光檢測(cè)器檢測(cè)。可以從由一種分析物氣體吸收的光檢測(cè)該分析物氣體在該氣體樣本中的濃度。典型地，由于采用的該光敏換能器的固有性質(zhì)或由于僅在包括該目標(biāo)分析物的多個(gè)吸收波長(zhǎng)的一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)選擇光的一個(gè)波長(zhǎng)濾波器的存在，因此該光源將主要在與所意圖的分析物的多條吸收線對(duì)應(yīng)的一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射光，或該檢測(cè)器將對(duì)主要在與所意圖的分析物的多條吸收線對(duì)應(yīng)的一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光敏感。在本說明書和附加權(quán)利要求內(nèi)，光指代無(wú)關(guān)于波長(zhǎng)的電磁輻射，并且例如在頻譜的紅外區(qū)是其內(nèi)許多分析物氣體具有多條強(qiáng)吸收線的區(qū)域時(shí)，光包括該紅外區(qū)中的電磁輻射。?

本發(fā)明特別地涉及其中該光源是一個(gè)LED(例如一個(gè)紅外LED)并且該光敏換能器是一個(gè)光電二極管的多種光學(xué)吸收氣體傳感器。?

發(fā)光二極管(LED)和光電二極管是便宜且相對(duì)節(jié)能的裝置，并因此它們?cè)诠鈱W(xué)吸收氣體傳感器特別是意圖小且低成本的多種裝置中普遍用作光源和光檢測(cè)器。對(duì)于許多應(yīng)用，帶有在該頻譜的該紅外區(qū)中的一個(gè)峰值發(fā)射波長(zhǎng)的一種LED和對(duì)紅外輻射敏感的一種光電二極管是適當(dāng)?shù)摹?

LED和光電二極管對(duì)包括溫度的數(shù)個(gè)環(huán)境因素敏感。因此為提供分析物氣體濃度的多個(gè)準(zhǔn)確測(cè)量值，必需調(diào)節(jié)該LED和光電二極管的溫度，或補(bǔ)償該LED和光電二極管的溫度，或采用另一策略。例如，在WO2007/091043(氣體感測(cè)解決方案有限公司)中，基本上熱平衡地安裝該LED和光電二極管。因?yàn)榭梢宰龀鰡未螠囟葴y(cè)量例如該LED的溫度的一次測(cè)量，并且可以推斷其他部件的溫度是相同的，所以該后面的策略是有利的。這降低了系統(tǒng)的自由度，在使用中簡(jiǎn)化了溫度補(bǔ)償。然而，由于該LED和光電二極管必須相互靠近安裝以便在熱平衡中，因此其對(duì)光學(xué)氣體傳感器的設(shè)計(jì)提供約束。?

理論上，通過將這些裝置完全隔離或獨(dú)立控制它們的溫度，或許可能的是用溫度獨(dú)立校準(zhǔn)該LED的光學(xué)性質(zhì)的變化，并且用溫度獨(dú)立校準(zhǔn)該光電二極管的光學(xué)性質(zhì)的變化。然而，在實(shí)際的成本高效的制造過程中，優(yōu)選能夠不采用一個(gè)獨(dú)立改變?cè)揕ED和一個(gè)光電二極管的溫度的過程，在該LED和光電二極管在基本相同溫度的情況下，響應(yīng)于來自在一個(gè)已裝配傳感器內(nèi)的該LED的光，僅使用來自該已裝配傳感器的光電二極管輸出電流的多個(gè)測(cè)量值執(zhí)行校準(zhǔn)。因此，在實(shí)踐中，已認(rèn)為難以用溫度獨(dú)立測(cè)量該LED和光電二極管的光學(xué)性質(zhì)的改變。如果發(fā)現(xiàn)由溫度的一個(gè)給定改變引起該光電二極管輸出電流下降10％，則這意味著不可能確定由該LED的光學(xué)性質(zhì)或該光電二極?管的光學(xué)性質(zhì)的改變引起的變化到什么程度，并且所以由于不可以將溫度對(duì)每個(gè)部件的效果分離，因此在使用中沒有獨(dú)立測(cè)量該LED和光電二極管的溫度的益處。?

本發(fā)明涉及制造和校準(zhǔn)具有一個(gè)LED和光電二極管的光學(xué)吸收氣體傳感器以便在產(chǎn)生的氣體傳感器的操作期間提供一個(gè)輸出信號(hào)的問題，無(wú)論在該LED和光電二極管之間顯著的可能溫度差如何，該氣體傳感器都是準(zhǔn)確的。處理該問題允許更大設(shè)計(jì)自由度，該更大設(shè)計(jì)自由度允許制造更準(zhǔn)確的、更能量高效的或更便宜的傳感器，并且本發(fā)明的進(jìn)一步方面涉及一種用于光學(xué)氣體傳感器波導(dǎo)的改進(jìn)配置。?

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第一方面，提供一種用于校準(zhǔn)用于檢測(cè)分析物氣體的光學(xué)吸收氣體傳感器的方法，該傳感器包括一個(gè)氣體樣本接收室、一個(gè)發(fā)光二極管(LED)和一個(gè)光電二極管，該光電二極管具有對(duì)由該光電二極管接收的光的量敏感的一個(gè)輸出信號(hào)(典型地是一個(gè)電流)，該方法包括在該氣體樣本接收室內(nèi)在該分析物氣體的一個(gè)第一濃度和一個(gè)不同的第二濃度測(cè)量該光電二極管輸出信號(hào)，確定光電二極管校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并確定LED校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。?

典型地，該方法進(jìn)一步包括在該氣體樣本接收室內(nèi)在分析物氣體的該第一濃度做出在一定溫度范圍的該輸出信號(hào)的多次測(cè)量。該光電二極管校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以得自在一定溫度范圍的該輸出信號(hào)的所述測(cè)量。?

典型地，該LED校準(zhǔn)數(shù)據(jù)得自在該氣體樣本接收室中分析物氣體的該第?一濃度的該輸出信號(hào)的至少一個(gè)測(cè)量值和在該第二濃度的該輸出信號(hào)的至少一個(gè)測(cè)量值。?