[發明專利]感測氣體混合物中的氣體的氣體感測設備及其操作方法

在審

• 申請號: 202010727930.2
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN112304869A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: C·卡伯內利;A·富斯科;J·曼茲
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N29/02;G01N29/24;G01N29/46;G01N29/44
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 黃倩

本公開涉及感測氣體混合物中的氣體的氣體感測設備及其操作方法。氣體感測設備包括：光聲光譜測定設備，包括被配置為發射光的輻射體，并且包括氣體檢測室，氣體檢測室被配置為將氣體混合物暴露于光，光聲光譜測定設備包括被配置為檢測檢測室中的聲音的麥克風，其由將氣體混合物暴露于光引起，并且光聲光譜測定設備被配置為基于由麥克風檢測到的聲音而生成對應于氣體混合物中的氣體的濃度的信號樣本；以及計算設備，被配置為用于接收信號樣本，計算設備包括特征提取塊，特征提取塊被配置為計算信號樣本的表示，使得針對每個信號樣本計算表示中的一個，其中，每個表示包括一個或多個特征值，一個或多個特征值中的每個指代相應的信號樣本的特性。

技術領域

實施例涉及用于感測氣體混合物中的氣體的氣體感測設備。另外的實施例涉及一種用于操作這種氣體感測設備的方法。更具體地，本公開通過使用光聲光譜測定設備來處理氣體的濃度的估計。

背景技術

幾種具有不同操作機構的氣體傳感器(例如，MOS、紅外、電化學等)，不同形狀因子(便攜設備或固定設備)和不同目標應用(醫療、工業、汽車、移動電話等)在本領域中是已知的。

聲學耦合表示對于智能手機使用以檢測壓力變化的這些傳感器的問題，該壓力變化與測量體積中存在的氣體的濃度的量成比例。這是所謂的“開放的”非共振光聲氣體傳感器的情況，其中麥克風被放置在測量體積中并且系統以相對低的頻率(100Hz)操作。

所謂“封閉的”的光聲傳感器經歷了較少的由于聲學噪聲的顯著降級，因為麥克風在檢測器殼體中被密閉地封閉，并且因此至少部分地與外部噪聲環境隔離。類似地，，諧振開放照片聲學氣體傳感器(以非常高的頻率操作并且具有非常窄的光譜)較不容易由于聲學噪聲而降級。然而，封閉的光聲傳感器和諧振開放的光聲氣體傳感器是笨重、成本高的，并且不適用于需要高水平的靈敏度、寬測量范圍和快速的時間響應的高端應用。

發明內容

提供了一種用于感測氣體混合物中的氣體的氣體感測設備。氣體感測設備包括：

光聲光譜測定設備，其中該光聲光譜測定設備包括被配置為用于發射光的輻射體，其中該光聲光譜測定設備包括氣體檢測室，該氣體檢測室被配置為用于將氣體混合物暴露于光，其中光聲光譜測定設備包括被配置為用于檢測檢測室中的聲音的麥克風，該聲音由氣體混合物暴露于光而引起，并且其中光聲光譜測定設備被配置為用于基于由麥克風檢測到的聲音而生成對應于氣體混合物中的氣體的濃度的信號樣本；以及

計算設備，其被配置為用于接收信號樣本，其中該計算設備包括特征提取塊，其被配置為用于計算針對信號樣本的表示，使得針對該信號樣本中的每個信號樣本計算該表示中的一個表示，其中一個或多個特征值中的每個特征值指該相應的信號樣本的特性，

其中該計算設備包括決策制定塊，該決策制定塊包括具有多個輸入和至少一個輸出的基于訓練模型的算法塊，其中該決策制定塊包括用于該基于訓練模型的算法塊的一個或多個訓練模型，其中該表示中的一個表示的特征值中的每個特征值被輸入到基于訓練模型的算法塊的輸入中的一個輸入，使得該特征值中的每個特征值被饋送到該輸入的個體輸入中，其中決策制定塊基于訓練模型的算法塊的至少一個輸出的輸出值來創建感測結果，其中該輸出值通過使用在該決策制定塊處的一個或多個訓練模型中的至少一個訓練模型來創建，使得該輸出值取決于光聲光譜測定設備的信號樣本。

光聲光譜測定設備被配置為用于測量吸收的電磁能量的影響，特別是借助于聲學檢測測量光對物質的影響。它可以用于準確地測量各種氣體的濃度，這是由于其評估在原位狀態下的物體樣品能力。光聲光譜測定設備可以是開放的類型或封閉的類型。它可以是共振光聲光譜測定設備或非共振光聲光譜測定設備。

輻射體通常可以被配置為用于發射特定波長的光，該特定波長的光只能被特定氣體吸收，使得可以檢測特定氣體。輻射體可以包括激光器或任何其它光源。此外，輻射體可以包括濾光器，以便以發射光的波長對應于期望的特定波長的方式對所產生的光進行濾波。特定波長可以在可見光的范圍內或在紅外光的范圍內。發射的光可以是相干的或不相干的。