[發明專利]消除噪聲式檢測器

有效

• 申請號: 201680054854.5
• 申請日: 2016-09-26
• 公開（公告）號: CN108139319B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 伊布魯·約翰森
• 申請（專利權）人: 辛特福特圖有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 劉學禹;楊明釗

本發明涉及用于檢測吸收已知波長的光的氣體的光學氣體檢測器，其中，所述氣體檢測器包括：兩個基本上相同的平行膜，所述兩個基本上相同的平行膜在其間限定容納待測氣體的容積；以及調制的第一光源，其以選定的頻率將所述已知波長的光發射到所述容積內，所述檢測器適于檢測所述膜之間的相對移動，并且所述移動具有與所述脈沖光源的比率或比率倍數相對應的頻率，并且其中，所述容積具有至少一個開口，所述至少一個開口允許氣體不受限制地流入或擴散入所述容積內。

本發明涉及光學氣體檢測器，其用于檢測吸收已知波長的光的氣體。

吸收型氣體傳感器是眾所周知的，其中光朝向檢測器傳送通過氣體混合物，其中一定的氣體吸收某些特征波長的光，并且如果透射光譜和檢測光譜都是已知的，則可以知道氣體濃度。然而，測量透射光的光譜是一個復雜的過程，并且也難以合并在緊湊的低成本設備中，諸如用于測量酒精含量的裝置中。

已經研究出了一些替代性解決方案，其中可以利用氣體中的某些波長的吸收，因為吸收導致氣體中的溫度升高或導致壓力波動。Brüel和(US 4.818.882)發明的光聲氣體檢測器已經被證明檢測到含量非常低的氣體。光聲氣體檢測器的核心是Brüel和制造的非常好的電容式傳聲器。電容式傳聲器的低頻靈敏度受到膜所需的預應力的限制。需要這個預應力來避免電容性力將膜拉入背板。本發明將通過即使用光學讀出來改善這一點，使得膜制造得更柔軟(應力更小)。此外，Brüel和電容式傳聲器具有全方向的響應。全方向(或非定向)傳聲器的響應一般被認為是三維的完美球體(參考https://en.wikipedia.org/wiki/Microphone)。這意味著電容式傳聲器會從所有方向拾取噪聲。如稍后解釋的，本發明以幾種方式對此進行改進。此外，由Brüel和發明的光聲氣體檢測器需要使封閉的容積內的氣體正常工作。這意味著氣體傳感器需要泵來將氣體輸送到封閉的容積中，并且需要閥來密封該容積。本發明不需要泵或閥。

在US2005/117155(US7245380)中描述了另一種光聲檢測方法，其中應用了脈沖光源。該發明最吸引人的特征之一是它不需要使用標準的光聲方法中那樣的泵或閥。脈沖光被流體吸收并在樣品流體中產生聲波，該聲波可以被共振叉形晶體檢測到，由此可以讀出所得到的信號。吸收的能量積累在晶叉中，并且晶叉在共振頻率下起到機械濾波器的作用。叉最好由適于在液體中使用但在氣體中將具有有限的耦合效率的石英制成。脈沖率(pulserate)受叉的共振頻率的限制，并且這需要對激勵頻率以及用于補償共振頻率的變化的方法進行很好的控制，共振頻率的變化是由溫度、叉的質量(即灰塵顆粒)變化或其他外部影響引起的。

而在Breguet等的文章中(“使用光學傳聲器對痕量氣體進行光聲檢測”；Sensorsand actuators A:Physical,Elsevier BV,NL,第48卷第1期,1995年5月1日)討論了光聲測量的另一個例子。在這種情況下，氣體被允許進入具有光聲效應的腔室。該腔室包括一個膜，光學傳感器位于該膜上，從而表示光學傳聲器。但是，該解決方案將容易受到外部振動的影響。

因此，本發明的一個目的是提供一種緊湊且便宜的光聲氣體傳感器，其具有對外部振動的低靈敏度，同時具有高靈敏度的氣體檢測。這是利用具有所附權利要求書中描述的特征的光學氣體檢測器獲得的。

根據本發明的優選實施方案，氣體檢測器因此基于監測在其間限定容積的兩個平行膜之間的距離。氣體將被檢測為從膜之間的容積向外傳播的壓力或速度波/脈沖，從而在相反的方向上推開膜。來自環境的振動和外部噪聲將使膜沿相同方向移動，從而保持它們之間的距離，并且從而不會被檢測器檢測到。