CN101243314A - 监测气体类压力的方法和用于此目的的设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种监测至多为预定的最大压力值的气体类压力的方法。该方法包括：使气体类暴露于激光的透射中；在包括该气体类的至少一条吸收谱线的波长带中周期性地调制该激光的波长；对该透射激光进行光电转换，从而产生电输出信号；用一种其下截止频率不低于过渡频率的滤波特性执行对该电输出信号的第一滤波，并用一种其上截止频率不高于过渡频率而其下截止频率高于周期性波长调制的调制频率的带通滤波特性执行对该电输出信号的第二滤波，执行该两种滤波中的至少一种。把该两滤波中的至少一个的输出信号估算为压力指示信号。该方法可应用于自由气体或在管道(55)中传送的气体。在此，提供了激光束(B)相对于管道的移动，并且获得了平均信号(S7)。

Description

监测气体类压力的方法和用于此目的的设备
技术领域
本发明涉及用于监测气体类压力的新方法和设备及其各种不同的实施例。这是出于快速监测诸如，例如用于医疗应用的玻璃或塑料小瓶等透明的密闭容器中氧含量的需要。
发明内容
在第一方面，按照本发明的监测至多达到预定的最大压力值的气体类的方法的第一实施例，这样的方法包括：
●使气体类暴露于激光的透射中；
●在波长带范围内周期性地调制该激光的波长，该波长带包括该气体类的至少一条吸收谱线；
●对发射的激光进行光电转换，从而产生电输出信号；
并且它还包括以下步骤中的至少一个：
··利用其下截止频率不低于过渡频率的滤波特性对该转换的电输出信号进行第一滤波，以及
··利用其上截止频率不高于过渡频率并且其下截止频率高于周期性波长调制的调制频率的带通滤波特性对该转换的电输出信号进行第二滤波，
●从而，把转换的电输出信号的频谱中的过渡频率确定在所讨论的输出电信号的与压力有关的频谱包络线的散焦函数与最大压力下该频谱的包络线相切之处。
●估算所讨论的至少一个滤波步骤的输出，把该输出作为压力指示信号。
在一个实施例中，执行两个滤波步骤，就是说，既执行第一滤波步骤又执行第二滤波步骤。
在一个实施例中，以带通滤波的形式执行第一滤波。
在一个实施例中，执行其截止频率高于所讨论的过渡频率的第一滤波。
在另一个实施例中，以带通滤波的形式执行第一滤波，并且把高于所讨论的第一滤波的下截止频率的滤波频率确定在转换的电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需的特性一致的位置。然后再把所确定的滤波频率作为通频带中心频率的情况下执行第一带通滤波。
在另一个实施例中，以带通滤波的形式执行第一滤波，并且以达到所需的信噪比为目标选择该带通滤波的频带宽度。
在再一个实施例中，以带通滤波的形式执行第一滤波，并且在考虑噪音的情况下实现第一带通滤波输出信号的所需灵敏度，以下步骤执行一次或以循环方式执行一次以上：
(a)把高于第一滤波的下截止频率的滤波频率确定在转换的电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需的特性一致之处。在这样确定的滤波频率下建立所讨论的第一带通滤波的通频带中心频率。
(b)第一带通滤波的频带宽度是针对所需的信噪比设计的。
在另一个实施例中，按照本发明的方法包括选择低于所讨论的过渡频率的第二滤波的上截止频率。
在按照本发明的方法的再一个实施例中，在中心频率位于电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需的特性一致的位置的情况下执行第二滤波。
在再一个实施例中，利用针对所需的信噪比选取的频带宽度执行第二滤波。
在另一个实施例中，执行第二滤波，从而在考虑噪音的情况下通过随后执行以下步骤一次或以循环方式执行一次以上来实现所讨论的第二滤波的输出信号的所需的灵敏度：
(a)把第二滤波的中心频率确定在转换的电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需特性一致之处，以及
(b)针对所需信噪比设计(tailor)第二滤波的频带宽度。
在本发明的第二方面，建立一种在预定的压力范围内，就是说，在最大压力值和最小压力值之间监测气体类压力的方法。该后一种方法包括：
●使气体类暴露于激光的透射中；
●在包括该气体类的至少一条吸收谱线的波长带中周期性地调制该激光的波长；
●对发射的激光进行光电转换，从而产生电输出信号；
●然后执行以下步骤中的至少一个：
··利用其下截止频率不低于过渡频率的滤波特性对转换的电输出信号进行第一滤波，以及
··利用其上截止频率不高于过渡频率并且其下截止频率高于周期性波长调制的调制频率的带通滤波特性对转换的电输出信号进行第二滤波。
●从而，在这种情况下把电输出信号频谱中所讨论的过渡频率确定在最小和最大压力值下电输出信号的频谱包络线交点上。
●然后把所讨论的第一滤波和第二滤波中的至少一个的输出信号估算为压力指示信号。
在第二方面的一个实施例中，既执行第一滤波又执行第二滤波。
在第二方面的另一个实施例中，以带通滤波的形式执行第一滤波。
在本发明第二方面的另一个方式下，执行具有高于过渡频率的下截止频率的第一滤波。
该第二方面的另一个实施例包括以过渡频率和噪音限制频率之间的带通滤波的形式执行第一滤波。从而把噪音限制频率限定在转换的电输出信号的噪音能量等于预定的最小压力值下电输出信号的信号能量之处。
第二方面的另一个实施例包括选择第一带通滤波，使得在所施加的最大压力和所施加的最小压力之间滤波后的电输出信号的频谱的能量差变为最大值。
第二方面的再一个实施例包括在这样的约束下选择第一带通滤波：在滤波有效的情况下，电输出信号的噪音能量至多等于预定的最大压力值下的信号能量。
在该第二方面的再一个实施例中，把第二滤波的上截止频率选择为低于过渡频率。
该第二方面的另一个实施例包括，在所施加的最大压力值和最小压力值之间转换的电输出信号的频谱的能量差为最大值的情况下执行第二滤波，该最大压力值和最小压力值是针对本发明第二方面下待监测的压力范围而建立的。
在第三方面，本发明提供一种用于监测气体类压力的方法，该方法包括：
●使气体类暴露于激光的透射中；
●在包括该气体类的至少一条吸收谱线的波长带中周期性地调制该激光的波长；
●对发射的激光进行光电转换，从而产生电输出信号；
●把取决于转换的电输出信号的信号至少输入到第一并行气体压力监测通道和第二并行气体压力监测通道；
●在第一通道执行第一滤波并且在第二通道执行第二滤波；
●执行第一滤波，使得其输出信号随着作为该气体类压力的函数的第一特性而改变；
●执行第二滤波，使得其输出信号随着所讨论的气体压力的函数的第二特性而改变；
●还执行该第一滤波和第二滤波，使得第一特性变得与第二特性不同。
●根据取决于第一滤波和第二滤波的输出信号的组合信号估算压力指示信号。
在第三方面的一个实施例中，以带通滤波的形式执行第一滤波和第二滤波中至少一个。
在第三方面的一个实施例中，在该电输出信号频谱的非重叠频率区域中执行第一滤波和第二滤波。
在第三方面的另一个实施例中，以带通滤波的形式执行第一滤波和第二滤波。
在本发明的第三方面的另一个实施例中，在各自的第一和第二频率范围内执行第一滤波和第二滤波，从而该电输出信号的能量具有在第一频率范围内的第一能量对压力的特性并且具有在第二频率范围内的第二能量对压力特性，其中第一和第二能量特性是彼此不同的。
在适用于本发明的上述所有方面的另一个实施例中，预先存储代表第一特性的第一参考特性，和/或预先存储代表第二特性的第二参考特性。所讨论的特性是这样的特性：各自的滤波的输出信号以待监测的气体类的压力的函数的形式随该特性而改变。
然后，把取决于第一和/或第二滤波的信号的瞬时信号分别与存储的第一和第二参考特性相比较，从而产生第一和第二压力指示信号。这样，瞬间主要滤波结果变得与预定的信号对压力的特性相比较，该预定的信号对压力的特性是根据压力值与其一致的该主要信号建立的。
在本发明的第三方面的、但也适用于本发明的第一方面和第二方面的再一个实施例中，第一滤波产生第一输出信号，该第一输出信号在预定的压力范围之内具有对压力的第一微商。第二滤波产生第二输出信号，该第二滤波在所讨论的预定的压力范围内具有对压力的第二微商。由此，所讨论的第一微商和第二微商中的一个的绝对值在预定的压力范围的至少一个共同的子压力范围内小于另一个所讨论的微商的绝对值。因此，当涉及信号微商时，我们无疑地忽略那些使微商值不规则的信号噪音。
在本发明的第三方面的、但也适用于本发明的第一方面和第二方面的再一个实施例中，第二滤波产生第二输出信号，该第二输出信号在预定的压力范围内具有只为正的或只为负的对压力的微商。
第一滤波产生第一输出信号，该第一输出信号的对压力的第一微商在预定的压力范围的至少一个压力子范围内只为正的而在所讨论的预定的压力范围的至少一个第二子范围内只为负的。因此，第二微商的绝对值在至少一个所讨论的压力子范围内小于也在所讨论的至少一个子范围内考虑的并且再一次不考虑噪音的第一微商的绝对值。
在尤其是本发明的第三方面的一个实施例中，根据取决于第二滤波的第二输出信号的信号确定该压力子范围中的一个。
在另一个实施例中，根据该压力子范围并且根据第一输出信号，亦即第一滤波的第一个输出信号确定压力指示信号。
本发明的第三方面的另一个实施例包括：
●预定待监测的最大压力；
●执行以下步骤中的至少一个，就是说，
··执行具有其上截止频率不高于过渡频率而其下截止频率高于周期性波长调制的调制频率的带通滤波特性的第二滤波，以及
··执行具有其下截止频率不低于过渡频率的滤波特性的第一滤波。
●因此，在电输出信号的频谱内把所讨论的过渡频率确定在电输出信号的与压力有关的频谱包络线的散焦(caustic)函数与最大压力下频谱的包络线的切点上。
因此，在一个实施例中，执行第一滤波和第二滤波。
因此，在另一个实施例中，以带通滤波的形式执行第一滤波。
因此，在另一个实施例中，执行其下截止频率高于过渡频率的第一滤波。
因此，在另一个实施例中，以带通滤波的形式执行第一滤波，并且把高于第一滤波的下截止频率的滤波频率确定在转换的电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需的特性一致的地方。然后用所确定的滤波频率作为通频带中心频率执行第一带通滤波。
因此，另一个实施例包括以带通滤波的形式执行第一滤波，从而，以达到所需信噪比为目标选择第一带通滤波的频带宽度。
因此，另一个实施例包括选择第二滤波的低于过渡频率的上截止频率。
因此，另一个实施例包括执行其中心频率处在电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需的特性一致之处的第二滤波。
因此，再一个实施例包括执行具有针对所需信噪比的频带宽度的第二滤波。
因此，一个实施例还包括执行第二滤波并且通过随后一次或在一次或一次以上循环中重复地执行以下步骤来在考虑噪音的情况下实现第二滤波的输出信号的所需灵敏度：
(a)把第二滤波的中心频率确定在转换的电输出信号的频谱振幅对压力的微商与所需特性至少大约一致之处，以及
(b)针对所需信噪比设计第二滤波的频带宽度。
仍在第三方面的一个实施例包括：
●在最小压力值和最大压力值之间的预定的压力范围内执行监测；
●执行以下步骤中的至少一个：
··执行具有其上截止频率不高于过渡频率而其下截止频率高于周期性波长调制的调制频率的带通滤波特性的第二滤波；
··执行具有其下截止频率不低于过渡频率的滤波特性的第一滤波；
●从而把过渡频率确定在电输出信号的频谱内该最小压力值和该最大压力值下电输出信号的频谱包络线的交点上。
因此，另一个实施例包括执行第一和第二两个滤波。再一个实施例包括以带通滤波的形式执行第一滤波。
因此，另一个实施例包括执行具有高于刚才所讨论的过渡频率的下截止频率的第一滤波。从而，在另一个实施例中，执行在过渡频率和噪音限制频率之间的第一滤波。把噪音限制频率限定在其中电输出信号的噪音能量等于所讨论的最小压力值下的电输出信号的信号能量。
因此，在另一个实施例中，这样选择第一带通滤波，使得施加最大压力值和最小压力值之间的电输出信号的滤波频谱中的能量差为最大值。
因此，再一个实施例包括在这样的约束条件下选择第一带通滤波，即在第一滤波有效的情况下，电输出信号的噪音能量至多等于预定的最大压力下的信号能量。
因此，在另一个实施例中，把第二滤波的上截止频率选择为低于所讨论的过渡频率。
而且，在一个实施例中，在以下情况下执行第二滤波，即在施加最大预定压力值和最小预定压力值之间，该转换的电输出信号的频谱的能量差为最大值。
在本发明的所有三个方面的再一个实施例中，被监测的气体类是氧。
在本发明的所有三个方面的再一个实施例中，通过执行按照本发明的在气体类的预定压力下的监测来产生参考压力指示信号。
在又一个实施例下，根据参考压力指示信号和该压力指示信号的差值产生结果压力指示信号。
本发明的所有方面的再一个实施例包括监测激光沿着施加或将要施加气体类的轨迹路径的透射，从而产生透射指示信号。然后根据该透射指示信号对压力指示信号所依据的信号进行加权。
本发明的所有方面的再一个实施例还包括在至少一个对于所讨论的激光是透明的容器中提供具有该气体类型的气体。
从而，在另一个实施例中，提供这样的容器并在周围大气中进行监测。
在再一个实施例中，监测轨迹路径对于激光的透明度的步骤包括所讨论的透明容器，从而产生透明度指示信号。然后根据透射指示信号对压力指示信号所依据的信号进行加权。
从而，在另一个实施例中，设置第三并行通道作为校准通道，并在该校准通道内产生所讨论的透射指示信号。
在另一个实施例中，通过在具有预定数量的气体类的参考容器中执行按照本发明的监测过程来产生参考信号，从而根据该参考信号和压力指示信号之差产生结果压力指示信号。
再一个实施例包括对该压力指示信号进行真实性性检查。
再一个实施例包括监测所讨论的容器中的氧压力。
再一个实施例包括所讨论的容器是用一种产品填充的。
在再一个实施例中，所讨论的容器基本上由玻璃或塑料制成。从而，在再一个实施例中，这样的容器是小瓶。
在再一个实施例中，监测其中气体含量的容器是大量容器中的一个，该大量容器在朝着、经过和离开所讨论的监测过程的流中传送。
在再一个实施例中，在监测过程中同步地移动被监测的容器和从其中穿过的激光。
再一个实施例包括随后监测被朝着、经过和离开该监测过程传送的大量容器中的气体压力，从而在监测大量容器中的一个之前，把至少一个具有预定数量的待监测的气体类的参考容器应用于监测，来产生参考压力指示信号。从而根据参考压力指示信号和压力指示信号产生结果压力指示信号。
而且，在一个实施例中，每次刚好在监测大量容器中的一个之前产生参考压力指示信号。
在再一个实施例中，对来自随后的对具有预定数量的气体类的参考容器的监测过程的各参考压力指示信号求平均值，并根据这样的平均结果形成所讨论的差值。
本发明还涉及封闭的可能填充的对激光透明的且具有预定最大数量的氧的容器的制造方法，该制造方法包括以下步骤：制造封闭的可能填充的透明的容器；像上面所公开那样，并按照本发明的不同方面和实施例中的一个，使这些容器经受气体压力监测，并且若取决于该压力指示信号的信号表示这样的容器内的氧气压力高于预定的最大值，则抛弃该容器。
按照本发明还提出一种用于执行本发明的所有方面的方法的设备。
尤其在指望监测氧压力的情况下，可以遵循以下尺寸规则：
相对于激光波长调制频率fc的第二带通滤波的中心频率fZII：
10≤fZII/fc≤20
相对于调制频率fc的应用于第一滤波的通频带中心频率FZI：
50≤fZI/fc≤120
相对于调制频率fc的第二滤波的通频带宽度：
1≤BII/fc≤18
相对于调制频率fc的第一带通滤波的通频带宽度BI：
50≤BI/fc≤1000
激光的波长调制的偏差H：
至少5pm，因此，优选
50pm≤H≤500pm。
此外，可以用于本发明环境下的激光器是垂直腔面发射激光器。
在本发明另一个实施例中，在直至目前所讨论的所有方面，激光及其各自的激光束在将气体暴露于激光的过程中相对于包含气体类的气体移动。
在另一个实施例中，气体脱离所讨论的相对移动作为气体流暴露于激光。从而有可能像在气体流和压力监测位置所遇到的那样监测气体类的压力。
在另一个实施例中，在管内实现刚刚所讨论的气体流。
在另一个实施例中，激光及其激光束相对于管移动，气体经过该管流动并像该气体那样暴露于激光的透射中。
在另一个实施例中，激光相对于管的该种移动振荡地执行。
由此并像激光及其激光束随时相对于气体沿其流动的管而移动的再一个实施例那样，压力指示信号的估算包括求均值的步骤。
在基于像上文所讨论的在激光和气体之间建立了相对移动的实施例那样的再一个实施例中，该气体容纳在封闭容器内。因而为了建立所讨论的相对移动，该封闭容器相对于激光移动。
因而并在再一个实施例中，该种移动包括振荡移动。
在一方面气体容纳在封闭容器内而另一方面所讨论的相对移动建立在气体及其封闭容器和激光之间的再一个实施例中，估算压力指示信号包括求均值的步骤。
附图说明
现将借助于附图，举例描述本发明。这些附图显示了：
图1简化和示意地表示一种按照本发明的并且执行按照本发明的监测方法的设备。
图2定性地表示在整个波长轴上的气体类的吸收谱线，以便解释按照本发明的波长调制；
图3表示在不同的压力下诸如氧气的气体类的吸收光谱；
图4定性地表示由按照本发明的光电转换产生的电信号的频谱；
图5定性地表示在气体类的不同的压力下按照图4的光谱包络线；
图6定性地表示在作为散焦(caustic)函数定义的不同气体压力下按照图4的光谱包络线；
图7类似于图6的内容的一种表示，用于说明借助于caustic函数决定过渡频率；
图8示意地和定性地表示按照本发明相对于按照图7求出的过渡频率在一个频率区域内进行的第一滤波；
图9是简化的功能框图，表示按照图8的滤波结果的计算；
图10定性地表示图9的实施例的作为待监测的压力的函数的输出信号的变化过程的实例；
图11借助于信号流图/功能框图，表示按照本发明并利用按照图9的滤波进行的压力指示信号的计算；
图12示意地和定性地表示相对于按照图7决定的过渡频率的在第二频率区域内进行的按照本发明的第二滤波；
图13是简化的功能框图，表示执行按照图12的滤波；
图14定性地表示按照图13实施例的输出信号与待监测的压力的依赖关系的实例；
图15借助于信号流图/功能框图简化地和示意地表示从按照图13的滤波计算压力指示信号；
图16是本发明的另一个实施例，以组合的方式利用按照图8的滤波和按照图12的滤波；
图17定性地描述不同的压力值下按照图4的光谱的频谱包络线，用以说明按照图8的带通滤波器的设计；
图18表示在按照图17的表示法中按照图12的带通滤波器的设计；
图19再一次用压力作参数，定性地表示在本发明第二方面按照图4的光谱的频谱包络线，用以确定过渡频率；
图20类似于图8，在高于图19中确定的过渡频率的频率区域内设计第一滤波；
图21是类似于图9的表示法，从而说明按照图20的滤波；
图22定性地表示按照图21的实施例的输出信号与气体压力的依赖关系；
图23类似于图11，计算按照图21的滤波结果，用以产生压力指示信号；
图24类似于图12，表示在低于按照图19确定的过渡频率的频率区域内的第二滤波。
图25类似于图13，表示用于执行按照图24的滤波的简化的功能框图；
图26类似于图15，以简化的形成并且通过功能块/信号流图，计算按照图25的滤波，用以产生压力指示信号；
图27定性地表示图25的实施例的输出信号与压力的依赖关系；
图28表示按照本发明的并基于按照图19确定的过渡频率的另一个实施例，从而将按照图20和图24的滤波组合在一起，用以计算压力指示信号；
图29示意地和简化地表示按照本发明的双并行测量通道实施例；
图30是利用按照图29的实施例在一个压力范围内监测氧压力的结果；
图31以按照图30的表示方式，表示第二压力范围内的结果；
图32以按照图30和图31的表示方式，表示在较大的压力范围内监测时的结果；
图33是按照本发明的估算单元的一部分的功能块/信号流图，利用例如图32所示的信号的变化过程；
图34是按照本发明的最简化的设备和按照本发明的方法的操作，用以就气体含量而言测试流中的透明的封闭容器；
图35是在另一个变型中的估算单元的简化信号流图/功能框图；以及
图36是按照本发明的图34的设备的变型；
图37为类似于图34的简化地和示意地表示按照本发明的另一个变型，用以监测流动气体；
图38为类似于图37的表示按照本发明的另一个变型，其包括在管内待监测的流动气体。
图39为类似于图37或图38那样的表示另一个实施例，其中不同于图37和图3 8中的所示变型建立了激光和待监测气体的相对移动。
图40为按照图37至图39表示的另一个实施例，其中待监测气体容纳在封闭容器内。
具体实施方式
图1中借助于功能框图表示按照本发明的用于监测气体的压力的监测系统的一般结构。该系统包括激光装置1，后者产生穿透包含待监测其压力的气体类的气体样品3的激光束B。激光束B在穿过样品3时在光电转换器装置5的光输入端被接收，并转换为电信号S5，光电转换器装置5在操作上连接到估算单元7的输入端E7。在估算单元7的输出端A7的输出信号S7是压力指示信号，指示样品3中气体类的压力。
激光装置1就光束B的光的λL而言是可调制的。如图1中示意地表示的，可以认为它具有波长控制输入端M，在操作上调制发生器9连接到控制输入端M上。发生器9在激光装置1的输入端M产生具有频率fc、峰-峰电平值App的周期性调制信号。从而，光束B的波长λL一般是波长调制的，具有数值λL0附近的频率fc，调制中心H是App的函数。
图中2定性地表示待监测的气体类G的吸收谱线Eabs(G)。激光装置1是波长调制的，使得调制中心H包括气体类的吸收谱线中的至少一条，例如，按照图2只有一条吸收谱线。
事实上，图2中示意地显示的吸收谱线是如图3所示的吸收光谱。该图作为实例表示对于待监测压力的气体类，就是说，对于氧，只包含该气体类的样品的200mbar压力(a)、75mbar(b)和40mbar(c)的吸收光谱。
吸收光谱和它的压力依赖关系，如图3中以氧为例说明的，就其定性形状和变化特征而言，是大部分气体类所遇到的。
通过按照图1调制激光束B的波长和如图2所示，以及如图1所示使激光束B穿过气体样品3，具有如图3所示的吸收光谱，转换后的信号S5具有离散的能量谱，如图4中定性地表示的。一般在频率零处谱线相对较高，作为DC分量在上升频率下、在激光束调制频率fc下和fc的较高阶频率下，相继出现谱线。信号S5的离散能量谱定义了频谱包络线EN，如作为气体样品的实例(即，氧)所表示的，定性地示于图4中。
图5表示压力p与包络线EN依赖关系，亦即EN(p)，这样按照(a)的包络线与图3的200mbar吸收频谱(a)一致，相应地包络线(b)和(c)分别与图3的吸收光谱(b)和(c)一致。应该指出，图4和图5所示的光谱及其各自的包络线EN(p)在纵轴上以对数能量刻度示出，例如，按照信号能量对噪音能量的对数，以dB为单位。
图6中纯定性地表示多条包络线EN(p)以样品3中气体类的压力p为参数，这样箭头“Pincrease”指明随着该气体类的压力p增加包络线的演变。所有包络线EN的总体定义了一个函数过程CA，包络线EN总体中的每一个都与之相切。我们把该函数CA称作caustic函数。
本发明的发明人已经研究了信号S5随着图1样品3中的气体类压力p的变化特征，并已求出频谱随着压力的变化特征，至今只举例说明，尚无科学的准确性。
本发明人以不同的方式利用这个基本认识，现将进一步进行举例说明，目的是在图1的估算单元7的输出产生压力指示信号S7。
按照本发明的第一方面，并如图7所示，本发明人已经意识到，无论待监测的气体类压力何时达到最大压力Pmax，过渡频率fTmax都是重要的。若按照图6选取应该监测的气体类压力p的最大压力Pmax，则现在切换到图7，包络线EN(Pmax)与频谱图中的caustic函数CA相切的部位定义了所讨论的过渡频率fTmax。在两个频率区域：高于fTmax的I和低于fTmax的II中，按照图1的压力依赖关系S5都是特定的。这样，应该指出，调制频率fc实际上总是低于fTmax，尤其是实际执行时对于选取的最大压力Pmax。这样在第一实施例中，S5频谱在所讨论的第一频率区域I进行估算，以便产生压力指示信号。
应该指出，若探讨一个一侧开放的频率范围，我们一般地称作频率”区域”，而若探讨两侧都封闭的频率范围，则我们称作频率″频带″。
按照图8，在一个实施例中，这样只估算频率区域I，亦即频率为fI的
FTmax≤fI
例如，通过提供下截止频率不低于过渡频率fTmax的高通滤波器。
这样，按照图9，图1的估算单元7至少包括作为低通滤波器的滤波器单元FT，它工作在频率区域I，其下截止频率不低于过渡频率fTmax。压力p(直到待监测的最大压力Pmax)与滤波器FI的输出信号SFI的依赖关系的一个实例定性地示于图10。从而，能量和压力以任意单位线性地定标。
通过预先存储信号对压力的特性，如图11所示，表示为存储单元11I中的SFIef(例如在查表单元中)，把滤波单元FI的实际的输出信号SFTa与比较单元13I这样的特性比较，图10中虚线表示把实际的压力值Pa估算为压力指示信号。该信号可以直接用作估算单元7的输出信号S7。
在本发明的第二实施例中并着眼于图7，利用实际上是一个频带的较低频率区域II。从而，如图12所示用一个上截止频率不高于过渡频率fTmax和下截止频率高于激光波长调制的调制频率fc的滤波器执行滤波。这样，在该实施例中，用一个其上截止频率不高于过渡频率而下截止频率高于周期性波长调制的调制频率fc的特性作为第二种可能的滤波执行带通滤波。
在该实施例中并且按照图13，估算单元7包括滤波单元FII，滤波单元FII为滤波器提供按照图12的特性，从而根据据以产生压力指示信号S7的依赖关系产生输出信号SFII。这里，信号SFII本身也已经指示压力。
类似于图10，图14表示输出信号SFII与待监测的图1样品3中的气体类压力p的定性的依赖关系。
完全类似于图11并且按照图15，为了产生一个指示气体样品实际压力的信号，在存储单元11II中例如以查阅表的形式存储图14的输出信号的特性SFIIref。如示意地表示的，该特性SFIIref用比较单元13II与实际的信号SFIIa比较，从而按照实际的压力值Pa根据据以产生压力指示信号S7的依赖关系在比较单元13II的输出端产生信号。
在另一个实施例中，按照图8到图11的实施例和按照图12到图15的实施例组合。这示于图16，鉴于对各单一的滤波器实施例已经给出的说明，对该图只需稍加说明。在各比较单元13I和13II的输出端出现事实上指示气体样品中正在监测的实际的主要的气体类压力Pa的信号。然而，如用图10和图14中特性的不同的形状探讨的，在计算单元15中利用具有两个输出信号指示同一实际的压力值Pa的冗余项，主要是想要提高用压力指示信号S7指示压力的准确性。
一般说来，利用滤波来估算两个频率区域I和II，会得出两个不同的信号对压力的依赖关系SFI和SFII，这两个特性就灵敏度(特性的陡度)、二义性、信噪比等等可能是不同的，这可能用第二特性的优点，例如无歧义性来改善特性的缺点，例如歧义性，从而维持第一个特性的优点，例如高灵敏度，而又不使用第二特性的缺点，例如低灵敏度。这样，主要在两个频率区域-高于和低于过渡频率fTmax利用滤波测量值，获得高度灵活性来以一般高灵敏度、无歧义性和高信噪比的所需的特性产生准确的压力指示信号。
另外，着眼于按照图8第一频率区域I的滤波，如该图中点划线所示，这是以带通滤波的形式执行第一滤波的一种变型。之所以这样考虑，原因可从图6看出。当按照选定的最大压力Pmax的包络线EN在图6的点N穿过零线时，噪音能量变成主要的。因此通过在频率区域I执行带通滤波来减小信号SFI中的噪音能量。
另外，按照图16的实施例，尤其是着眼于把第一个频率区域I的滤波与第二区域II的滤波结合起来，通过如图8所示以高于过渡频率fTmax的下截止频率fI执行第一滤波FI和/或如图12中虚线所示以低于过渡频率fTmax的上截止频率fII执行第二滤波FII，来实现该两滤波器的分离。
无论何时，只要第一滤波包括图8频带BPI中的带通滤波器，仍有自由度，其中应该建立该带通滤波器的中心频率fZI。
图17示出按照图6的表示法。当在频率区域I内考虑频谱表示时频率f下的信号SFI的能量实际上是根据压力p，用无限小的表面区域，如图17中阴影线所示给定的。因此，可以看出，在主要的压力p下，就包络线EN(p)而言，该能量正比于频率f处主要的频谱振幅。从而灵敏度是用频谱振幅对压力的微商给定的。还应指出(对数刻度)，无论何时与压力有关的频谱的包络线EN(p)抵达零dB直线，信号S5中的噪音能量变得等于其中的信号能量，亦即低于零dB直线，噪音能量变成主要的。因此，一个规则是求出频率区域I中带通滤波器的中心频率，建立频谱振幅对压力的微商的所需特性并且选择该微商至少大约与所需特性一致的频率f作为图8所探讨的中心频率fZI。从而，应该指出，对压力的最大微商得到最大灵敏度。因为给定的频率f下频谱振幅对压力的特性并不是线性的，人们例如可以选择：在什么压力范围内将达到最大灵敏度，换句话说，在什么压力范围内将实现最大灵敏度。
从而信噪比可以是一个附加的目标值。Is取决于频率区域I中带通滤波的频带宽度BPI。选择的频带宽度BPI越大，一般说来，灵敏度就越低，因为信号能量对压力的微商将减小，但是，另一方面，信噪比将越大。当再一次考虑图17，其中滤波频带BPI已经用虚线画出，这变得显而易见。信号SFI的频谱能量的微商用在BPI下面打阴影线的频谱的面积代表，其对压力的微商随着频带宽度BFI增大而变小，用BPI零dB以下的表面面积代表的噪音能量随着频带宽度增大而相对变小。
因此，在考虑到信噪比的情况下选择中心频率fZI的一个途径是循环通过以下步骤一次或多次：
a)通过求出频谱振幅对压力的微商与所需特性最佳地一致的频率f，来确定带通滤波器的中心频率；
b)相对于附加考虑信噪比和灵敏度而求出的中心频率来选择频带宽度BPI，可以重新调整中心频率和频带宽度，目标是实现灵敏度和信噪比之间所需的最佳综合考虑。
我们已经描述了如何可以在频率区域I实现滤波。现在让我们考虑频率区域II中的滤波。
如联系图12所说明的，在频率范围II中的滤波是通过上截止频率fII+最高为fTmax而下截止频率fII-高于激光波长调制的调制频率fc的情况下执行。
按照图18，并着眼于带通滤波器中心频率的选择，如联系图17针对频率区域I中的带通滤波器所说明的，主要考虑的都是一样的。也就是说着眼于图18和图12，通过求出频谱振幅对压力的微商至少大约与所需特性一致的频率f来选择中心频率fZII。因此，就带通滤波器FII的频带BPII的选择而言，要考察信噪比，虽然从图18可以清楚看出，但它不如频率区域I那样关键。此外，为达到灵敏度作为一个目标函数，而信噪比作为第二目标函数，执行以下步骤：
a)通过确立信号SFII(图13)的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需的特性一致的位置来确定滤波器FII的中心频率fzII；和
b)针对所需的信噪比以循环方式一次或多次执行设计频带宽度BPII的步骤。
我们已经在待监测的气体类压力的最大值Pmax方面描述了本发明。
现在让我们考察另一方面，其中建立一个在最大压力Pmax和最小压力Pmin之间的压力范围，按照本发明将在该压力范围内监测气体类的压力。
从而，图1到图5以及联系这些图给出的说明仍然是主要的。
图19示出类似于图6的表示法。它表示待监测的最大压力的频谱包络线EN(pmax)以及待监测的最小压力的频谱包络线EN(pmin)。这样，待监测的压力范围Δp包括极限值Pmax和Pmin。在这种情况下确定一个过渡频率fTΔp，其中包络线EN(Pmin)与频谱的包络线EN(Pmax)穿过。类似于fTmax，该过渡频率fTΔp确定两个频率区域IΔp和IIΔp。
在一个实施例中并且按照图20，以其下截止频率fΔpI-不低于过渡频率fTΔp的高通滤波的形式执行频率区域IΔp中的滤波。这产生本发明的按照图21的一个实施例，该实施例的滤波器FΔPI以高通滤波器的形式工作在图19的频率区域IΔp。估算单元7的压力指示信号S7取决于滤波器FΔpI的输出信号SFΔpI。作为一个定性的实例，这产生按照图22的滤波器FΔpII的输出信号SFΔpI。从而能量和压力再一次以任意单位线性地定标。
图23中类似于图11，示出估算单元7的结构，用以计算滤波器信号SFΔpI，以产生压力指示信号S7。鉴于联系图11给出的说明，图23和各个实施例，对本专业的技术人员变得完全清楚了，无需进一步说明。
在本发明的另一个实施例中，并着眼于图19，利用较低频率区域IIΔp，它实际上也是一个频带。从而，如图24所示利用具有不高于过渡频率fTΔp的上截止频率SΔpII+和高于激光波长调制的调制频率fc的下截止频率的滤波器执行滤波。
在该实施例中并且按照图25，类似于如图13所示的实施例，估算单元包括滤波单元FΔpII，该滤波单元提供按照图24的滤波特性，从而产生输出信号SFΔpII，并根据输出信号SFΔpII产生压力指示信号S7。该信号SFΔpII本身也指示压力。
类似于图15，图26示出估算单元7的结构，后者利用滤波器FΔPII的输出信号SFΔpII来建立压力指示信号S7。这里，对本专业的技术人员无需进一步说明。而且，图27类似于图14定量地示出输出信号SFΔpII与图1样品3中气体类的处在最小压力Pmin和最大压力Pmax之间的压力的依赖关系的一个实例。
图28中示出另一个实施例，该实施例把图20到图23中举例说明的实施例与图24到图27中举例说明的实施例组合在一起。组合这些实施例的目的和联系图16的组合的实施例而论述的相同。鉴于图16和对其给出的说明，对于本专业的技术人员，对图28的实施例已无需进一步说明。
着眼于图8以及在按照图20在频率区域IΔp提供滤波的情况下对其给出的说明，如点划线所示，施加带通滤波。而且，再一次基于联系图8给出的说明，在一个实施例中，尤其是在同时利用频率区域IΔp和IIΔp两者的滤波的实施例中，频率区域IΔp的滤波的下截止频率fΔpI-高于过渡频率fTΔp。而且，参见图12和对其进行的说明，在按照图24的另一个变型中，把上截止频率fΔpII+选择成低于过渡频率fTΔp。
尽管有这样的事实，着眼于图19和图20，可以执行在频率区域IΔp中的带通滤波FFPI，以便在类似于联系图17和图18给出的考虑的情况下，选择中心频率fzΔpI和频带宽度，在这里在过渡频率fTΔp和噪音限制频率fN(见图19)之间建立这样的频带滤波有着根本的重要性，其中在Pmin下信号S5中的噪音能量等于其中的信号能量。因此，可以执行这样的带通滤波，使得包络线EN(pmax)和包络线EN(Pmin)之间频谱中的能量差变得最大。
应该指出，如上所述，不同的图中示出的频谱包络线EN(p)只是定性的。尽管如此，在图19中频带宽度BPΔpI是任意的，阴影线表面代表所探讨的能量差。
原则上频率区域IΔp中的带通滤波是通过在以下的约束下对中心频率fzΔpI和频带宽度BPΔpI进行相应的选择(见图20)执行：即滤波有效的输出信号S5的噪音能量至多等于待估算的最大压力下的信号能量。
考虑到频率区域IIΔp，并着眼于图24，带通滤波是利用高于周期性波长调制的调制频率fe的下截止频率fΔpII-和至多等于过渡频率fTΔp的上截止频率fΔPII+执行的。再一次着眼于图19，这样选择滤波的中心频率和频带宽度，以便在以下情况下进行带通滤波：在施加待监测的最大压力Pmax和待监测的最小压力Pmin之间，信号S5的包络线频谱中的能量差达到最大值。待考察的相应的能量差在图19中表示为频率区域fIIΔp阴影线部分。
我们已经示出估算压力指示信号的实施例，其中，分别利用高于或低于过渡频率fTmax和fTΔp的单一滤波或组合两个并行通道的滤波，从而在高于和低于相应的过渡频率fTma、fTΔp的两个频率区域执行滤波。这样，在后一个实施例中，并如图29所示，至少两个，就是说，第一监测通道KI和第二监测通道KII，是通过分别根据过渡频率fI已经定义的依赖关系设计的滤波FI和FII形成的。这样图29是一个如图16或图28的实施例。
这样，根据相应的通道KI和KII中的相应的第一滤波和第二滤波FI，FII的输出信号，计算压力指示信号。
因此，通道KI和KII中相应的第一滤波和第二滤波的结果变成不同。亦即，滤波器FI的输出随着待监测的气体类压力而改变的方式不同于第二滤波FII的结果。
在图30中，与图29一样，通过示出各自的通道KI和KII中的滤波输出信号SFI和SFI来示出气体样品的压力监测结果，因而作为实例示出氧的压力监测结果，信号FI和FII均以任意的但是相等的单位定标。
对于频率区域I中的滤波，使用带通滤波器。该滤波不是就灵敏度和信噪比而言优化的。通道KI中的带通滤波器的下截止频率以及通道KII中的带通滤波器的上截止频率是这样选择的，以便清晰地远离过渡频率fTmax和fTΔp两者。
可以看出，产生第一滤波的第一输出信号SFI，该第一滤波在约0mbar到75mbar的总监测压力范围Δp中的大约0mbar到50mbar的压力子范围Δps，具有对压力的微商，其绝对值大于信号SFII特性，亦即在通道KII滤波对压力的微商。在图31中与图30相似，在不同的压力范围内，再一次以氧压力作为实例，就是说，在约75到200mbar的范围内，示出各自的通道滤波的各自的输出信号SFI和SFII。从图31可以看出，这里在约110到190mbar的压力子范围ΔPs之内，信号SFI对压力的微商的绝对值大于信号SFII的这样的微商。这样可以说，在两个通道途径内，按照图29通过第一滤波FI在一个预定的压力范围Δp内用对压力的第一微商产生第一信号，并借助于第二滤波FII，在预定的压力范围Δp内用对压力的第二微商产生一个信号，从而至少在一个预定压力范围Δp的压力子范围Δps内一个微商的绝对值小于另一个微商的绝对值。因此微商不必考虑噪音，亦即通过各自的输出信号的平滑化，因为噪音会提供对压力特性的随机微商。
图32类似于图30和图31，表示在约0到195mbar的待监测的预定的压力范围内信号SFI和SFII的变化过程。由此可以看出，与高于过渡频率fTmax或fTΔp的频率区域I内的滤波一致的通道KI内的第一滤波FI具有对压力的微商，该微商在总预定压力范围Δp内，在压力子范围ΔPs1内只有正值，而在第二压力子范围ΔPs2内只有负值。而且，在整个压力范围Δp内第二信号SFII的微商只有一个符号(signum)。
而且，至少在该子范围Δps1内，第一个信号SFI的微商的绝对值较大，因此也不考虑噪音。
如图30到图32所示，对于气体以及高于和低于过渡频率的两个频率区域内各自的滤波，该信号是典型的。
所示是对氧气监测的结果。
从图32的待监测的压力范围Δp内的信号变化过程看，显然信号SFI在压力子范围Δps1和Δps2内的灵敏度均大于相应的压力子范围内信号SFI的灵敏度。另一方面，信号SFI有歧义性，因为，SFI的一个信号值指示非常不同的两个压力值。例如，如图32所示，信号SFI的信号值S0既指示约25mbar的压力，但又指示约170mbar的压力。虽然灵敏度较低，但信号SFII在包括子范围Δps1和ΔPs2的整个范围Δp内均无歧义。
这样，在例如通过图29的单元15进行的信号计算的一个实施例中，可以按照图33执行以下各点：原则上根据按照图29取决于来自通道KII的第二信号SFII的信号(该信号与频率区域II中的滤波结果一致)，确定第一滤波的瞬时主要结果SFI的主要压力子范围。如图33中所示，比较单元13II把主要实际信号SFII与预先存储在单元11II中的参考特性SFIIref相比较。非歧义特性SFIIref下的对比结果表示估计的压力值Pe，并被送到比较单元20。在那里，把估计压力值Pe，亦即指示该数值的信号与压力子范围ΔPs(按照图32的ΔPs1和ΔPs2)的极限值相比较。该比较结果是一个表示压力子范围ΔPs(即，从图32看或者是ΔPs1或者是ΔPs2)的输出信号。
比较单元20的输出信号通过控制输入端C21控制或者存储单元23a或者存储单元23b(例如两者均为查阅表)的激活。在一个存储单元23a中预先存储了图32所示的第一压力子范围ΔPs1中的第一滤波FI的输出信号的特性SFIref，而存储单元23b例如也采取查阅表的形式，其中预先存储了压力子范围ΔPs2内第一滤波FI的结果的特性SFIref。
压力子范围指示信号Δps控制两个预先存储的特性中的那一个在另一个比较单元25中与第一滤波FI的主要结果信号SFI比较。这示意地如图33中的受控选择单元27所示。
这样，在根据取决于第二滤波FII的信号确定主要压力子范围Δps之后，根据取决于该子范围Δps内第一滤波FI的结果的信号建立压力指示信号。
在着手描述本发明的另一个实施例之前，将给出实际上建立的已经用于氧压力监测的范围指标：
●第二带通滤波器FII相对于调制频率fc的中心频率fzII：
10≤fzII/fc≤20
●第一带通滤波器FI的中心频率fZI：
50≤fZI/fc≤120
●第二带通滤波器的频带宽度BPII：
1≤BII/fc≤18
●第一带通滤波器的频带宽度BI：
50≤BI/fc≤1000
●按照图1的激光调制的波长偏差H至少5pm，因此优选：
50pm≤H≤500pm
因此，使用在fc≈800Hz下调制的垂直腔面发射激光器作为可调制激光器。
至此所描述的本发明以及所有不同的实施例在另一个实施例应用于如下面将描述的实际系统中，因此下面探讨另一个实施例。
在图34中示意地表示一个用于监测封闭容器内气体类的压力的系统，该容器对调制波长带中所描述的激光是透明的，可以是填充的或未填充的。必须准确地监测其中的氧压力的这样的容器是例如玻璃或塑造的小瓶，小瓶中包含不暴露于氧气的填充材料。
于是，在本发明的另一个实施例中，待监测的气体类是在封闭的和透明的容器之内对所施加的激光的光是透明的。按照图34，在填充和密封封闭并可能在大气压的空气中存储较短的或较长的时间之后，借助于传送装置29(例如转盘式传送机)将这样的容器(例如玻璃或塑料小瓶27)运送到气体压力(尤其是氧气压力)监测工位31。在这里，按照图1设置如所描述的是可借助于调制发生器9调制的激光装置1。波长调制激光束B通过受试容器27之后，作为透射光束BTr进入按照图1带有光电转换器5的接收单元29，随后进入估算单元7。取决于该系统的结构，受试容器27在气体压力监测的过程中持续地被传送机传送，在这种情况下激光装置1和接收单元29沿着预定的轨迹路径与受监测的容器27同步地移动。
否则，在另一个结构中，受试容器27停止，使激光装置1和接收装置29可以是固定的。
从而透射激光束BTr的能量可以受激光装置1和接收单元29的光输入端口之间整个透射路径主要的透明度的影响，从而尤其是受容器的变化的透明度(假定它是由容器材料、容器壁污染物等的允差引起的)的影响。
要考虑这一点，因为一般进行透射指示测量。由于透射性影响过去描述的被滤波的信号的能量以及查阅表中的实际滤波结果将与之比较的参考特性的含义，所以将透射指示信号用于加权这样的信号。
尽管可以使用单独的激光束来测量按照图1的透明路径3中的主要的透明度，但在一个实施例中，利用激光束B本身来提供透明度指示信息。着眼于图4，它说明信号S5的频谱在调制频率fc下含有独特的谱线。取决于激光束的波长调制是如何实现的，fc下的频谱分量将仅有较高或较低的能量。在利用例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)(其中发射频谱的中心波长是可调谐的并因而可以通过对正向电流进行幅度调制来调制)时(如H.P.Zappe等人在″Narrow-linewidth vertical cavitysurface-emitting lasers for oxygen detection”，Appl.opt.39(15)，2475-2479(May 2000)一文所传授的)，在频率fc下透射激光束的能量相当大。  由此得出结论，信号S5的能量本身指示透射性。如在所有滤波方式中已经说明的，为了计算信号S5中的压力指示信息，通过以高于调制频率fc的最低截止频率选择所有滤波，不考察频率fc的能量。
因此按照图35，设置第三通道KCAL作为校准通道，直接或可能如虚线所示通过在频率fc下选择带通滤波器，产生透射指示信号STr。该透射指示信号一般用来加权压力指示信号所依存的信号。在该实施例中，如已经描述的并按照图35，滤波结果信号SFI和SFII用来在查阅表11I和11II中求出一致的与压力有关的数值，无论选择哪些过渡频率fTmax或fTΔp，把透射指示信号STr加到设置于查表单元11I，11II的输出端以及滤波单元FI和FII的输出端的校正单元33。
因而，就其中所包含的所探讨的特定气体类，尤其是氧气的压力而言，在各自的比较单元13的输出端出现的输出信号变成与按照图1的透射路径的瞬时主要透射特性无关，着眼于图34，与在线监测的亦即在后来的容器流中的容器27可能改变的透射性无关。
再一个实施例包括：如至今所描述地对预定的已知压力的这样的气体样品执行该气体类压力监测，假定它如所描述的用于检查该系统的总体功能和准确度的目的，假定它用以对该受试气体类提供参考压力指示信号。着眼于图34的传授，可以总是在预定数目的容器27测试之后提供这样的标准监测，甚至也可以在针对主要气体类)在目前实例中对氧)对每一个容器27进行监测之前提供这样的标准监测。
图35中示出一个实施例，用以在对每一容器27进行气体类压力监测之前执行所探讨的标准或参考监测。
按照图36，每一个受试的容器27，一旦被传送机29传送进入按照图34的监测工位31便被输送件35夹持。输送件35可以包括如图中所示的具有受控的夹持装置37和激光横穿孔39的管形构件。输送件35可以以受控方式由驱动装置41驱动垂直于传送机路径上下移动，如双箭头F所示。激光装置1和光电转换器装置5位于传送机29上方的位置，使得只要受试容器27如图所示被夹持定位，然后利用驱动装置41和构件35提起到监测位置，在这里激光束B穿过开孔39。在图36中，所示输送件35处于其较低位置，在这里就要夹持下一个受试容器27。输送构件35还夹持其中存在预定数量的待监测的气体类的标准或参考容器27ST，结果得到给定温度下预定的压力。输送构件35中的标准容器27ST很少被替换。标准容器27ST与输送构件35一起，借助于受控驱动装置41上下移动，并且由于在输送构件35中根据标准容器27ST的安装位置的位置上设置第二激光横穿孔39ST，所以，只要输送构件35处于如图36所示位置，激光束B便横穿过标准容器27ST。从而执行参考监测。图36虚线表示待监测的容器27被举到监测位置时标准容器27ST的位置。
由于这样的事实，即，对于输送构件35内的受试容器和对于标准容器27ST，封闭容器中气体类的压力取决于基本上相等的由周围环境给定的温度，所以，包含在标准容器27ST之内的气体类经受的由相同的温度变化引起的压力变动与包含于受试容器27内的气体类相同。按照图36，在对透射的激光束B进行光电转换之后，最后在信号计算单元15按照以上详细说明的执行信号处理。在计算单元15的输出端A15产生的信号，如所说明的，代表一种表示瞬间被监测的特定气体类的压力的信号。如图36所示，还监测标准或参考容器27ST的气体压力，并且将输出端A15的结果存入存储单元41。然后把受试容器27产生的后来监测结果馈入差值形成单元43，连同所存储的参考结果数值一起存入存储单元41。因此，在差值单元43的输出端产生输出信号Dp，它表示在参考或标准容器27ST监测的气体压力指示信号和下一个被传送的受试容器27的气体压力指示信号的差值。
图35中示意地示出的时间控制单元45对以下操作进行控制：将单元15的输出信号存入存储单元41、把单元15的主要的输出信号与存储的参考信号一起加到差值单元43上、通过受控驱动装置41使输送构件35上下移动(F)。
而且，如图36中示意地示出的，把结果差值信号Dp馈送到阈值单元45，在这里检查它是否达到由阈值设置单元47预先设立的预定的阈值。然后，取决于Dp与预先给定的阈值的比较结果，当时接受测试的容器27被认为就气体类含量而言满足预定的条件的，就认为是一个封闭的透明的容器，其中装有至多预定最大数量的气体类，尤其是氧，因而是一个普通的容器。不满足该条件，因而具有例如太高的氧含量的那些容器，如图36示意地示出的，利用受阈值单元45上的阈值检查控制的弃置开关S45将其弃置。
作为另一个实施例，存储单元41由平均单元代替，在这里取在标准容器27ST上监测的后来的参考压力指示信号的平均值，把平均结果馈送到差值单元43。从而，只要标准容器27ST由于任何原因被破坏，它的监测也不会突然改变平均结果，因而对于某些容器27主要的差值结果Dp仍然保持准确，从而不会导致受试容器27被错误地判断是否满足预定的气体条件。因此(未示出)，只要标准容器27ST的监测结果偏离预定的信号范围，便可以产生通报标准容器27ST被破坏的报警。
另外，图34和图35显示单一测试工位的实施例。为了增大测试容器27的产量，可以设置多于一个工位31，并行工作，使得测试周期时间除以并行测试工位的数量，使传送机29的容器27传送速度可以增大。
借助于所公开的用来测试玻璃或塑造小瓶的监测气体压力的技术，把测试周期时间降低到0.3秒以下，因此，允许测试流中的容器，从而测试每一个单一的容器27。
图37至图40中示出了本发明的另外的实施例，这些实施例具有实际上在直至目前所描述的所有实施例中已建立的特征。原则上在所讨论附图中示出的这些实施例包括激光和被监测气体在该气体暴露于所透射激光时的相对移动。
根据图37，产生激光亦即激光束B的激光装置1和监测工位31的接收单元30相对于在50处示意性示出的机器机械参照系统为固定的。可能包含待监测气体类的气体以气体流53的形式出现在监测工位31，并经受从激光装置1至接收单元30的激光束B的透射。
因此令人感兴趣的气体类的压力当其在气体流53中可能变化时受到监测。
图38中示出了原则上脱离了刚刚联系图37所讨论的另一个实施例。在此，气体流53在管55内流动。管55的壁的至少一部分相对于激光束B的管线是透明的，以便在该管55内流动的气体可经受激光光线的透射。图38中以57处的虚线示出了该“窗口”。如50a处的虚线所示出的那样，激光装置1和接收单元30再次地相对于机器参照系统为固定的。
透射的激光管线如我们所解释的那样允许监测气体流53中气体类的压力。此外，透射的光线将取决于管壁透明度及其上污染物的可能透明度。
为了考虑管55的壁的透明度(可沿该壁局部地变化)，建议如m处双箭头所示出的那样对于壁55额外相对地移动激光光线及其激光束B。这可通过主动地移动激光装置1中的镜面装置或者可能甚至是通过移动激光装置1而执行。由于图38的实施例中激光装置1相对于机器参照系统非为固定的，后者在图38中以虚线表示。
驱动装置59如图38所示意性地示出那样，通常表示用于按照m移动激光束B的驱动装置。尽管事实上有可能只是像激光束B沿着窗口57以一个方向的简单摆动那样执行移动以便一个监测循环从而产生压力指示信号，但是在其它的实施例中，激光束B因而沿着管和窗口57振荡地移动，在另一个实施例中，周期性地对于或在一个监测循环中移动。
为了终止管55的壁像在窗口57处那样的局部变化和未知的透明度，压力指示信号的估算一般包括求均值的步骤。图38示出了一种实现该求均值步骤的可能，其中，信号S7亦即压力指示信号在单元61内对时间求均值从而产生了平均信号
Figure S2006800295957D00301
后者最终作为大致独立于透明度变化的压力指示信号而予以利用。
显然地，求均值单元61可沿着信号处理路径设置在估算单元30内的不同位置。求均值单元61可进一步地例如作为数字信号处理单元的一部分而予以实现。
在对图37和图38进行相关解释后，本领域技术人员容易地理解图39和图40所示的实施例。按照图39的实施例，激光束B通过相对于包含待监测气体类的气体54的移动m而移动，该气体相对于机器参照系统为固定的。
因此气体类在固定气体54内的非均质的压力分布可被监测或者该非均质性可通过还像在图39中以虚线所示出的求均值单元61那样通过对压力指示信号S7执行求均值而被弃置。
按照图40的实施例，气体54包含在封闭容器63中。激光光线对于容器63因而像在m处所示出的那样通过使得激光束B移动和/或通过移动容器63而相对地移动。由此激光束B沿着容器63扫过从而平均了容器63的壁的透明度的局部变化。由此在一个实施例中以振荡的方式再次地执行了容器63和激光束B之间的相对移动，而在另一个实施例中则以周期性的方式。
后面的这些实施例尤其适于当容器63像按照图34那样直接地朝向和通过工位31传送时，并且关于例如小瓶壁的容器壁的局部透明度具有重要的不确定性。

Claims (83)

1.一种监测至多达到预定的最大压力值的气体类压力的方法，包括：
●使所述气体类暴露于激光光线的透射中；
●在包含所述气体类的至少一条吸收谱线的波长带中周期性地调制所述激光光线的波长；
●对所述透射的激光光线进行光电转换，从而产生电输出信号；
●执行以下至少一个步骤：
··利用其下截止频率不低于过渡频率的滤波特性对所述电输出信号执行第一滤波，以及
··利用其上截止频率不高于所述过渡频率而其下截止频率高于所述周期性波长调制的调制频率的带通滤波特性对所述电输出信号执行第二滤波；
●从而把所述电输出信号频谱中的所述过渡频率确定在所述电信号的与压力有关的频谱包络线的散焦函数与所述最大压力下所述频谱包络线相切的位置上；以及
●把所述滤波中至少一种的输出估算为压力指示信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括既执行所述第一滤波又执行所述第二滤波。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波器的形式执行所述第一滤波。
4.如权利要求书1至权利要求3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括执行其下截止频率高于所述过渡频率的所述第一滤波。
5.如权利要求书1至权利要求4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波器的形式执行所述第一滤波，并且把高于所述第一滤波的所述下截止频率的滤波频率确定在所述电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需的特性一致之处，并且利用所述滤波频率作为通频带中心频率执行所述第一带通滤波。
6.如权利要求书1至权利要求5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法以带通滤波的形式执行所述第一滤波，并且以达到所需的信噪比为目标选择所述第一带通滤波的频带宽度。
7.如权利要求1至权利要求6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波的形式执行所述第一滤波，并且在考虑噪音的情况下，通过执行以下步骤一次或多于一次来实现所述第一带通滤波的所述输出信号的所需灵敏度：
a)把高于所述第一滤波的所述下截止频率的滤波频率确定在所述电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需的特性一致之处，并且把所述第一带通滤波的通频带中心频率建立在所述滤波频率上；
b)针对所需的信噪比范围设计所述第一带通滤波的频带宽度。
8.如权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括把所述第二滤波的所述上截止频率选择成低于所述过渡频率。
9.如权利要求1至权利要求8中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括执行具有处于所述电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需的特性一致之处的中心频率的所述第二滤波。
10.如权利要求1至权利要求9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括执行具有用于所需信噪比的频带宽度的所述第二滤波。
11.如权利要求1至权利要求10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过执行以下步骤一次或多于一次，在考虑噪音的情况下实现所述第二滤波的所述输出信号的所需灵敏度：
a)把所述第二滤波的中心频率确定在所述电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需特性的一致之处，以及
b)针对所需的信噪比来设计所述第二滤波的频带宽度。
12.一种在最大压力值和最小压力值之间的预定压力范围之内监测气体类压力的方法，包括：
●使所述气体类暴露于激光的透射中；
●在包含所述气体类的至少一条吸收谱线的波长带中周期性地调制所述激光光线的波长；
●对所述透射的激光光线进行光电转换，从而产生电输出信号；
●执行以下至少一个步骤：
··利用其下截止频率不低于过渡频率的滤波特性对所述电输出信号执行第一滤波，以及
··利用其上截止频率不高于所述过渡频率而其下截止频率高于所述周期性波长调制的调制频率的带通滤波特性对所述电输出信号执行第二滤波；
●从而把所述电输出信号的频谱中的所述过渡频率确定在所述最小和所述最大压力值下所述电信号的频谱包络线的交点上；以及
●将所述滤波中至少一种的输出估算为压力指示信号。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括既执行所述第一滤波又执行所述第二滤波。
14.如权利要求12或权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波的形式执行所述第一滤波。
15.如权利要求12至权利要求14中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括执行具有高于所述过渡频率的下截止频率的所述第一滤波。
16.如权利要求12至权利要求15中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述过渡频率和噪音限制频率之间以带通滤波的形式执行所述第一滤波，所述噪音限制频率被定义于所述电输出信号的噪音能量等于所述最小压力值下所述电输出信号的信号能量之处。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括这样选择所述第一带通滤波，使得在施加的所述最大和所述最小压力之间所述电输出信号的频谱内的能量差值变为最大。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法在这样的约束下选择所述第一带通滤波器，即在所述滤波有效的情况下，所述电输出信号的噪音能量至多等于所述最大压力下的信号能量。
19.如权利要求12至权利要求18中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括把所述第二滤波的所述上截止频率选择成低于所述过渡频率。
20.如权利要求12至权利要求19中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在施加的所述最大压力和施加的所述最小压力之间所述电输出信号的频谱中的能量差值为最大之处，执行所述第二滤波。
21.一种用于监测气体类压力的方法，包括：
●使所述气体类暴露于激光光线的透射中；
●在包含所述气体类的至少一条吸收谱线的波长带中周期性地调制所述激光光线的波长；
●对所述透射的激光光线进行光电转换，从而产生电输出信号；
●至少向第一平行气体压力监测通道和第二平行气体压力监测通道输入取决于所述电输出信号的信号；
●在所述第一通道执行第一滤波；
●在所述第二通道执行第二滤波；
●执行所述第一滤波，使得所述第一滤波的输出信号以所述压力的函数的形式随第一特性而改变；
●执行所述第二滤波，使得所述第二滤波的输出信号以所述压力的函数的形式随第二特性而改变；
●所述第一特性不同于所述第二特性；
●根据取决于所述第一滤波和第二滤波的输出信号的组合信号估算所述压力指示信号。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括所述第一滤波和所述第二滤波中作为带通滤波形式的至少一种滤波。
23.如权利要求21或权利要求22中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述电输出信号频谱的非重叠频率区域内执行所述第一滤波和第二滤波。
24.如权利要求21至权利要求23中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波的形式执行所述第一滤波和所述第二滤波。
25.如权利要求21至权利要求24中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括分别在第一频率范围和第二频率范围内执行所述第一滤波和第二滤波，所述电输出信号的能量在所述第一频率范围内具有第一能量对压力特性，并在所述第二频率范围具有第二能量对压力特性，所述第一能量特性和第二能量特性彼此不同。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波的形式执行所述第一滤波和第二滤波中的至少一种滤波。
27.如权利要求21至权利要求26中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括预先存储代表所述第一特性的第一参考特性，并且预先存储代表所述第二特性的第二参考特性，并把分别取决于所述第一滤波和第二滤波的输出信号的信号与所述第一参考特性和第二参考特性加以比较，从而产生第一压力指示信号和第二压力指示信号。
28.如权利要求21至权利要求27中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一滤波产生第一输出信号，具有在预定压力范围内的对压力的第一微商；所述第二滤波产生第二输出信号，具有在所述预定压力范围内的对压力的第二微商；在所述预定压力范围的至少一个共同的子压力范围内，在无噪音的情况下考虑所述微商，所述微商中一个的绝对值小于所述微商中另一个的绝对值。
29.如权利要求21至权利要求28中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二滤波产生第二输出信号，具有在预定压力范围内只具有正值或只具有负值的对压力的第二微商；所述第一滤波产生具有对压力的第一微商的第一输出信号，所述第一微商在所述预定压力范围的至少一个压力子范围内只具有正值并且在所述预定压力范围的至少一个压力子范围内只具有负值；在无噪音情况下考虑微商，在所述各子范围的至少一个子范围内所述第二微商的绝对值小于在所述各子范围的所述至少一个子范围内所述第一微商的绝对值。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法还包括根据取决于所述第二输出信号的信号确定所述压力子范围之一。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述方法还根据取决于所述确定的压力子范围内的所述第一输出信号的信号确定压力指示信号。
32.如权利要求21至权利要求31中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
●预先确定待监测的最大压力；
●执行以下至少一个步骤：
··利用其上截止频率不高于过渡频率，而其下截止频率高于所述周期性波长调制的调制频率的带通滤波特性执行所述第二滤波，以及
··利用其下截止频率不低于所述过渡频率的滤波特性执行所述第一滤波；
●从而把所述电输出信号频谱中的所述过渡频率确定在所述电信号的与压力有关的频谱包络线的散焦函数与所述最大压力值下所述频谱包络线的切点上。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法还包括执行所述第一滤波和第二滤波。
34.如权利要求32或权利要求33所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波的形式执行所述第一滤波。
35.如权利要求32至权利要求34中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括执行具有高于所述过渡频率的下截止频率的所述第一滤波。
36.如权利要求32至权利要求35中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波的形式执行所述第一滤波，并且把高于所述第一滤波的所述下截止频率的滤波频率确定在所述电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需特性的一致之处，并且以所述滤波频率作为通频带中心频率执行所述第一带通滤波。
37.如权利要求32至权利要求36中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波的形式执行所述第一滤波，并且以达到所需的信噪比为目标选择所述第一带通滤波的频带宽度。
38.如权利要求32至权利要求37中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波的形式执行所述第一滤波，并且在考虑噪音的情况下，通过执行以下步骤一次或多于一次来实现所述第一带通滤波的输出信号的所需灵敏度：
a)把高于所述第一滤波的所述下截止频率的滤波频率确定在所述电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需特性的一致之处，并且把所述第一带通滤波的通频带中心频率建立在所述滤波频率上；
b)针对所需的信噪比设计所述第一带通滤波的频带宽度。
39.如权利要求32至权利要求38中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括把所述第二滤波的上截止频率选择成低于所述过渡频率。
40.如权利要求32至权利要求39中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以处在所述电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需特性一致之处的中心频率执行所述第二滤波。
41.如权利要求32至权利要求40中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以针对所需的信噪比的频带宽度执行所述第二滤波。
42.如权利要求32至权利要求4 1中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括执行所述第二滤波，并且在考虑噪音的情况下，通过执行以下步骤一次或多于一次来实现所述第二滤波的输出信号的所需灵敏度：
a)把所述第二滤波的中心频率确定在所述电输出信号的频谱振幅对压力的微商至少大约与所需特性的一致之处，以及
b)针对所需的信噪比设计所述第二滤波的频带宽度。
43.如权利要求21至权利要求31中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
●在最小压力和最大压力之间的预定压力范围内执行所述监测；
●执行所述两个滤波中的一个：
··利用其上截止频率不高于过渡频率而其下截止频率高于所述周期性波长调制的调制频率的带通滤波特性执行所述第二滤波，以及
··利用其下截止频率不低于所述过渡频率的滤波特性执行所述第一滤波；
●从而把所述电输出信号频谱中的所述过渡频率确定在所述最小压力值和所述最大压力值下所述电输出信号的所述各频谱包络线的交点上。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述方法还包括执行所述第一滤波和第二滤波。
45.如权利要求43或权利要求44所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以带通滤波的形式执行所述第一滤波。
46.如权利要求43至权利要求45中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括执行具有高于所述过渡频率的下截止频率的所述第一滤波。
47.如权利要求43至权利要求46中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述过渡频率和噪音限制频率之间以带通滤波的形式执行所述第一滤波，所述噪音限制频率被定义在所述电输出信号的噪音能量等于所述最小压力值下所述电输出信号的信号能量之处。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述方法还包括选择所述第一带通滤波，使得在施加所述最大压力和施加所述最小压力之间所述电输出信号的频谱内的能量差值变为最大。
49.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述方法在这样的约束下选择所述第一带通滤波，即在所述滤波有效之处，所述电输出信号的噪音能量至多等于所述最大压力下的信号能量。
50.如权利要求43至权利要求49中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括把所述第二滤波的所述上截止频率选择成低于所述过渡频率。
51.如权利要求43至权利要求50中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在施加所述最大压力和施加所述最小压力之间所述电输出信号的频谱内的能量差值最大之处执行所述第二滤波。
52.如权利要求43至权利要求51中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括把所述第一滤波的所述上截止频率选择成低于所述过渡频率。
53.如权利要求1至权利要求52中任一项所述的方法，其特征在于，所述气体类是氧。
54.如权利要求1至权利要求53中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过在所述气体类的预定压力下执行所述监测来产生参考压力指示信号。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，所述方法还包括根据所述参考压力指示信号和所述压力指示信号的差值产生结果压力指示信号。
56.如权利要求1至权利要求55中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括监测所述激光光线沿着施加所述气体类或将要施加所述气体类的轨迹路径的透射性，从而产生透射指示信号，并根据所述压力指示信号所依据的所述透射指示信号，对信号进行加权。
57.如权利要求1至权利要求56中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在对所述激光光线透明的容器内提供一种具有所述气体类型的气体。
58.如权利要求57所述的方法，其特征在于，所述方法把所述容器设置在环境空气中。
59.如权利要求57或权利要求58所述的方法，其特征在于，所述方法还包括监测包括所述透明容器的轨迹路径对所述激光光线的透明度，从而产生透明度指示信号，并根据所述压力指示信号所依据的所述透射指示信号，对信号进行加权。
60.如权利要求59所述的方法，其特征在于，所述方法还包括设置作为校准通道的第三并行通道，并且在所述第三通道内产生所述透射指示信号。
61.如权利要求57或权利要求60中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过对带有预定量压力的所述气体类的参考容器执行所述监测来产生参考信号，从而根据所述参考信号和所述压力指示信号的差值产生结果压力指示信号。
62.如权利要求1至权利要求49中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述压力指示信号进行真实性检查。
63.如权利要求57至权利要求62中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括监测氧气压力。
64.如权利要求57至权利要求63中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法所述容器装满产品。
65.如权利要求57至权利要求64中任一项所述的方法，其特征在于，所述容器基本上由玻璃或塑料制成。
66.如权利要求65所述的方法，其特征在于，所述容器是一种小瓶。
67.如权利要求57至权利要求66中任一项所述的方法，其特征在于，所述容器是在流向和离开所述监测点的流中传送的大量容器中的一个。
68.如权利要求67所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述监测过程中同步地移动所述容器和透过所述容器的激光光线。
69.如权利要求57至权利要求68中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：随后监测在流向和离开所述监测点的流中传输的大量所述容器中的所述气体压力；通过在监测所述大量容器中的一个之前对至少一个带有预定量的所述气体类的参考容器实施所述监测来产生参考压力指示信号；以及根据所述参考压力指示信号和所述压力指示信号产生结果压力指示信号。
70.如权利要求69所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在监测所述大量容器中的每一个之前，产生所述参考压力指示信号。
71.如权利要求69或权利要求70中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括随后求所述各参考压力指示信号的平均值，并根据所述平均结果形成所述差值。
72.一种用于制造封闭的对激光光线透明的带有预定最大数量氧的填充容器的方法包括：制造封闭的填满的透明的容器；按照权利要求1至权利要求71中的一个，使所述容器经受气体压力监测；以及若压力指示信号指示容器中的氧压力高于预定的最大数值则弃置所述容器。
73.一种用于监测气体类压力的设备，所述设备包括执行按照权利要求1至权利要求72中至少一个的方法的装置。
74.如权利要求73所述的设备，其特征在于，所述设备用于检查处在环境大气中的在线馈送的透明小瓶中的氧含量。
75.如权利要求1至权利要求72中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述暴露期间相对地移动所述激光光线和包括所述气体类的气体。
76.如权利要求75所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述气体的流暴露于所述激光光线。
77.如权利要求76所述的方法，其特征在于，所述方法包括将管内所述气体的所述流暴露于所述激光光线。
78.如权利要求77所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述暴露期间相对于所述管移动所述激光光线。
79.如权利要求78所述的方法，其特征在于，所述方法还包括振荡地执行所述移动。
80.如权利要求78或权利要求79所述的方法，其特征在于，所述估算包括求均值。
81.如权利要求75所述的方法，其特征在于，所述气体容纳在封闭容器内。
82.如权利要求81所述的方法，其特征在于，所述移动包括振荡的移动。
83.如权利要求81或权利要求82中任一项所述的方法，其特征在于，所述估算包括求均值。
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