CN101303298A - 低功率快速红外气体传感器、手持式气体泄漏检测器以及利用吸收性光声检测的气体监测器 - Google Patents

低功率快速红外气体传感器、手持式气体泄漏检测器以及利用吸收性光声检测的气体监测器 Download PDF

Info

Publication number
CN101303298A
CN101303298A CNA2008101006828A CN200810100682A CN101303298A CN 101303298 A CN101303298 A CN 101303298A CN A2008101006828 A CNA2008101006828 A CN A2008101006828A CN 200810100682 A CN200810100682 A CN 200810100682A CN 101303298 A CN101303298 A CN 101303298A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
infrared source
infrared
sample
circuit board
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2008101006828A
Other languages
English (en)
Inventor
丹尼斯·卡迪纳尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cole Enterprises Ltd
Original Assignee
Cole Enterprises Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cole Enterprises Ltd filed Critical Cole Enterprises Ltd
Publication of CN101303298A publication Critical patent/CN101303298A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/002—Investigating fluid-tightness of structures by using thermal means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/007—Leak detector calibration, standard leaks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
    • G01M3/22—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves; for welds; for containers, e.g. radiators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/38—Investigating fluid-tightness of structures by using light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
    • G01N2021/1704—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids in gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G01N21/61—Non-dispersive gas analysers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

一种用于感知气体存在的气体传感器，包括：红外线源，麦克风，与至少一种要检测的气体实质上类似的参考气体，在其中限定了参考腔的参考体，参考腔具有与麦克风连接的压力口，以及宽带光学窗口，至少与预定气体的吸收峰相对应的红外线波长可以从所述光学窗口中通过。光学窗口设置在红外线源与参考腔之间。参考气体被包含在光学窗口和麦克风之间的参考腔中。该传感器可以包括于一种手持式气体检测仪器中，该仪器具有电源、外壳、电路板组件，所述电路板组件包括传感器电路、抽吸泵、激励控制器以及状态指示器。探测器限定出贯穿其中的内腔，供应样品气体。

Description

低功率快速红外气体传感器、手持式气体泄漏检测器以及利用吸收性光声检测的气体监测器
对有关申请的交叉引用
本申请要求2007年5月7日提交的申请号为60/928,000的美国临时申请由35U.S.C.§119(e)所规定的利益，因此通过整体引用将该申请完整公开的内容合并于此。
技术领域
本发明涉及基于无弥散红外线吸收(NDIR)的气体检测领域。
背景技术
NDIR技术作为一种优选的气体检测方法已经存在多年。该技术依赖于以下事实，气体在特定波长处吸收红外能量(光线)，并且不同的气体具有位于在不同的波长处的峰值吸收。这种吸收遵循比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律：
T = I 1 I 0 = e - αl
其中，T为能见度，I0为照射在气体样品上的红外能量强度(特定波长处)，I1为气体样品传导的红外能量强度，α为该气体的吸收系数，l为通路长度。
现在至少有两种类型的NDIR气体检测系统仍在使用：吸收性红外检测(AID)和光声红外检测(PID)。在MSA的Allan Roczko的“用于制冷气体检测的光声红外技术”一文中可以找到关于这两种红外检测方法的描述，通过整体引用将该文合并于此。这两种技术之间有着显著的区别：AID系统随着气体浓度的增加产生减小的信号，而PID系统随着气体浓度的增加产生增大的信号。每种类型的红外检测都存在显著的缺点。
吸收性红外检测的缺点
例如，AID特有的缺点在于检测速度和稳定性。各种构造的热电设备(例如，热电堆、温度检测器)通常用于通过产生与温度(或温度变化或温差)成比例的电信号而将入射的红外能量转换成电信号。这些设备通常具有显著的热容积，因此限制了检测器能够检测入射能量变化的速度。此外，由于这些设备主要检测热而并非红外能量(热是由红外能量的吸收所产生的次生效应)，因此容易产生由环境条件变化(例如，预热(warm up)、环境温度变化、机械振动等)所导致的漂移和噪声。
已经采用了多种方法减小或者去除环境噪声源。一种方法是使用两个检测器，一个用作参考，另一个用于取样。通过从取样检测器信号中减去参考检测器信号，共同的模式效应(例如，环境温度、机械噪声等)得以减少或消除，而不同的模式效应(即，实际信号)得到增强。另一种抑制(或消除)由环境条件导致的漂移的方法是使用“光切割(light-chopping)”方法。或者对红外线源的电源进行低频调制(电切割)，造成红外光的开周期和关周期，或者使用机械式的切割轮使红外光形成周期式的中断。这导致从热电堆输出交流(AC)信号，可以在转换回直流(DC)之前对其进行滤波和放大。通常，使用“锁相”(同步)放大器使得只将处于切割频率的电信号转变为直流，然后在较长的时间周期上对这些信号求平均值以形成无漂移的信号。切割可以结合上面指出的取样/参考方法一道使用，以达到更好的噪声特性。
不幸的是，上面描述的方法有很多问题。取样/参考方法需要两个完全相同的光通路和检测器，这些检测器本身需要仔细地匹配和校准。此外，在产生最终信号的减法元件之前，需要完全相同(匹配良好)的电子元件用于信号的增益和调节。所有这种两重性导致最终的成本超过单通道检测器成本的两倍。
切割的方法在很好地减小漂移的同时也有其自身的缺点。红外线源通常具有较大的热容积，将电切割的频率限制在1Hz左右。因此，有时使用昂贵、不可靠的机械式斩光器来增加切割速度。尽管存在能够在较高频率(达到25Hz或更高)下工作的低热容积的红外线源，不考虑所采用切割的方法，热电堆检测器是典型的限制因素。通常，这些检测器会显著削弱在高于几赫兹的频率上调制的红外线信号。
将交流信号转换回直流信号所需的同步放大器也有其自己的问题。首先，他们容易出现相位噪声，由于提供给放大器的电信号的相位的变化而产生的信号漂移。当模拟元件的值由于时间或环境条件变化而变化时会出现相位噪声。其次，同步放大器的输出端为低通滤波器，该低通滤波器具有超过很多输入信号的周期的时间常数。这导致对应于很快变化的输入条件的变化非常慢的输出。
光声红外检测的缺点
应该注意到，首先，光声红外检测至少需要一个交流的(电子或机械式脉冲的)红外线源，其具有如上所述的所有缺点。可是更重要地，PID需要对样品腔进行周期性的密封和清除，在样品腔中待测的气体被有限带宽的红外辐射源照射。换句话说，一定会使用大量的机械阀以交替地使样品气体流进单元中，然后在进行声学测量时封闭入口和出口。可以预期，这会有很多的牵连。最明显地，成本受到严重影响——由于要使用电子操作的机械阀。驱动这些阀所需的电源也会构成问题。最后，只能在阀处于关闭位置时进行测量，这排除了进行连续分析的可能性。虽然这对于检测型的系统可能是足够的——这时设备测量很长时间周期内的气体浓度的缓慢变化，而对于泄漏检测设备而言则是不可接受的——这时必须在很短的时间周期内检测出快速的变化。
此外，对于定量的应用(即，气体监测器)，校准这样的设备需要在现场对至少一种已知浓度的目标气体进行频繁取样。这种要求是由于，当不存在目标气体时检测器不输出信号，而对于任何给定浓度的目标气体，该输出的大小都将相对于红外线源的红外线输出(随时间退化)而发生改变，也会相对于任何元件参数随时间或温度的变化而改变。校准用气体样品是昂贵的，难以在偏远的地方取得，而且很多时候是危险的(例如，有毒、易爆)。
两种技术都有的缺点
两种技术的主要缺点是需要通过光学滤波器将有限带宽的红外能量过滤到待测气体需要的频段上。首先，这些滤波器很昂贵。另外，即使最好的滤波器的通带频谱也不能与待测气体的吸收频谱准确地匹配，因此降低了检测器的选择性和灵敏度。此外，这些滤波器的通带频谱也容易因制造过程、温度、湿度以及使用时间等因素而发生变化。
另外，两种技术均需要相当多的电力进行驱动。由于上面描述的光学滤波器不可能经过100％的红外能量，即使在所需要的通带也是，必须为红外线源供应足够的电力从而使最终到达红外检测器(热电堆或样品气体腔)的能量足够激起高于噪声的检测器信号。交流电设计中使用的机械斩光器，以及光声设计中使用的阀同样消耗相当多的电力，而且作为机械设备，其本来就是不可靠的。
Williams的美国专利7022993中描述了一个“红外线泄漏检测器”。根据‘993专利公开的内容制造的设备以“PredatIR”红外制冷剂泄漏检测器的形式销售。因此，通过整体引用将该PredatIR设备的所有者手册合并于此。‘993专利中公开的检测器仅仅是一个采用吸收性红外检测的非参考、非切割的泄漏检测器。这种检测器并没有利用任何方法来稳定从检测器获得的结果信号(其中的说明也没有公开任何这种稳定性)。因此，不可能通过该‘993设备量化样品腔中的感兴趣的气体的浓度。
贯穿‘993专利的始终，其明显的目的在于形成一种低成本的方法，用来确定由感兴趣的气体穿过样品腔所产生的光信号的变化。其说明书特别指出，‘993发明通过使用直流(未切割的)红外线能量以及模拟微分电路来检测信号边缘，从而实现快速检测。在使用‘993设备检测目标气体时，由于环境条件的快速变化，例如，预热不充分、电子噪声、或其他环境噪声源，‘993发明容易发生频繁的错误指示。尽管‘993专利的说明书声称该设备是“低功率的”，但事实上，为‘993红外线源供电所需的直流能量至少是电子式切割系统所需功率的两倍。这是不言自明的，因为优选实施例需要12V的可再充电的镍镉(Ni-Cd)电池却只能工作4到5小时。优选实施例在每次单元上电时需要2分钟的预热周期，这个事实说明‘993发明缺乏稳定性。
值得注意地，使红外线源工作在直流条件下也会严重影响红外线源的寿命。本领与技术人员知道，红外线源的能量输出随着时间下降，而且这种下降的速率与该红外线源所消耗的功率有关。例如，可以认为红外线源在50％占空比(duty)(AC)条件下比在100％(DC)条件下能工作更长时间。
在‘993专利所描述的所有例子中，都需要光学滤波器，特别地基于感兴趣的气体而制造为特定的波长。作为一个附加的缺点，‘993设备需要使用者以零控制或空控制的形式进行手动的干涉，通过1Hz/2Hz的警报功能可以证明。
Liebermann的美国专利5498873描述了一种“制冷剂杂质分析仪”。‘873分析仪是一种确定一种类型的制冷剂样品是否被其它类型的制冷剂污染的设备。该设备使用一个标准的白炽灯泡作为红外线源，并通过在样品制冷剂流过的第一腔之后使用填充有待测的污染气体的第二腔而消除了光学滤波器。使用一个压电元件检测第二腔中的压力变化(声能)。只有当进入第二腔的辐射包含可由其中的气体吸收的波长时才发生这样的压力变化。当包含污染制冷剂的气体进入第一腔时，所讨论的波长被吸收，从而导致第二腔中压力变化的减少。因此，与真正的光声传感器不同，信号输出相对于第一腔中污染物浓度减小。‘873专利中描述的分析仪的传感器具有采用光声原理的吸收性红外传感器的性质，其排除了对成品光学滤波器的需要(第二腔中的气体同时按照滤波机制和检测机制起作用)。
‘873设计有两种有益的特性：不再需要特定的光学滤波器，也不象上述光声方法中那样需要阀。然而，‘873设计仍有重大的问题。首先，白纸灯泡的玻璃会吸收大多数讨论中的红外能量。因此，需要大量的功率来驱动灯泡以进行足够的检测。第二，灯泡的热时间常数非常长。因此，脉冲速率不得不维持在或低于1Hz，这导致检测缓慢。第三，通过大的、高阻抗的压电设备将声学能量转换为电信号。这种设备对高频的机械噪声以及快速的大气压变化远比对灯泡的缓慢的电子切割速率更敏感。于是，在传感器的输出端需要进行重要的低通滤波以恢复1Hz的信号，这导致了更缓慢的响应时间。第四，传感器形体较大，不适于手持式设备(不管可能导致的噪声问题)。由于元件的表面积较大，很难在第二腔中长时间包含参考气体。
基于以上说明，显然普遍需要对红外线气体传感器技术进行改进。
发明内容
与所有的红外气体传感器相似，任何新的红外传感器技术都应该至少具有如下特征：
●高选择性——传感器应该仅对想要的气体做出响应，并不响应其他可能污染本地空气的气体(与Williams的专利不同)；
●高敏感性——传感器检测非常小的目标气体浓度的能力(与Liebermann的专利不同)；以及
●长寿命——传感器应该表现出较长的工作寿命和较长的储存寿命(与Williams的专利不同)。
此外，对于监测型应用，如下的特性将改善当前的红外传感器技术：
●长期稳定性——对于类似的输入条件，传感器的输出应该在很长的时间周期上保持稳定(与Williams的专利以及现有技术中的PID不同)；
●参照性能——为了量化目标气体的浓度，必须有可能与已知浓度的样品进行比较(理想地为零浓度)(与Williams的专利以及现有技术中的PID不同)；
●无须现场校准——不需要为了工作的准确性而使用校准用的气体样品(与Williams的专利以及现有技术中的PID不同)；以及
●监测目标气体的绝对浓度的能力(与Williams的专利不同)。最后，对于手持式泄漏检测应用，如下的特性将是对现有的红外传感器技术的进一步改善：
●快速的检测时间——设备应该能够在小于一秒的时间内就很小的浓度变化向操作者报警(与Liebermann的专利以及现有技术中的PID不同)；
●快速的清除(clearing)时间——在目标气体不再存在或者存在但浓度小于预设的阈值之后，设备应该在一秒钟内停止指示(与Williams的专利以及现有技术中的PID不同)；
●短期稳定性(即，对噪声的免疫性)——只有目标气体浓度的变化会导致输出信号的变化，并不随环境条件或电子或机械的噪声变化(与Williams的专利不同)；
●非常低的功率——设备应该能够利用小的、普通的不用定制的碱性电池(例如，AAA号或者AA号的电池)工作很长时间(＞15小时)(与Liebermann的专利、Williams的专利、现有技术中的PID以及现有技术中的AID不同)；
●快速预热——仪器应该能够在上电后的10秒钟内执行其规范(specification)(与Williams的专利不同)；
●尺寸小——仪器应该足够的小和轻便，可以使用单手操纵(与Liebermann的专利不同)；
●充分自动化——从上电到使用再到关机，操作者应该无须手动地将仪器调节到零点或者校准；仪器还应该自动地忽略本地空气的背景污染物(与Williams的专利不同)；
●动态范围宽——检测器应该能够辨别浓度的较小和较大的变化，为操作者提供以下能力(a)定位较小的泄漏以及(b)对准较大泄漏；以及
●成本低——检测器应该具有最低的可能成本，即，应该排除价格很高的光学滤波器(与Williams的专利以及现有技术中的PID/AID不同)。
本发明独创的系统提供了如下全都可用于手持型的有利的属性：
●高选择性——本发明的传感器仅对想要的气体做出响应，并不响应其他可能污染本地空气的气体；
●高敏感性——本发明的传感器能够检测非常小的目标气体浓度；
●长寿命——本发明的传感器表现出较长的工作寿命和较长的储存寿命；
●长期稳定性——对于类似的输入条件，本发明的传感器的输出在长的时间周期上保持稳定；
●参照性能——本发明的设备使得有可能将测量的目标气体与已知浓度的样品(零浓度)进行比较，从而量化目标气体的浓度；
●无须校准——不需要为了本发明工作的准确性而使用校准用的气体样品；
●准确地量化目标气体浓度的能力；
●快速的响应时间——本发明的设备能够在小于一秒的时间内就很小的浓度变化向操作者报警；
●短期稳定性(即，对噪声的免疫性)——只有目标气体浓度的变化会导致本发明输出信号的变化，环境条件或电子或机械的噪声的变化不会导致输出信号的变化；
●非常低的功率——本发明的设备能够利用普通的不用定制的碱性电池比如AA号的电池工作15小时以上；
●快速预热——本发明的仪器能够在上电后的10秒钟内执行其规范；
●尺寸小——本发明的仪器可以使用单手操纵；
●充分自动化——从上电到使用再到关机，本发明的操作者应该无须手动地将本发明的仪器调节到零点或者校准，而且仪器自动地忽略本地空气的背景污染物；
●动态范围宽——本发明的检测器应该能够辨别浓度的较小和较大的变化，从而操作者能够定位较小的泄漏以及对准较大泄漏；以及
●成本低——本发明的检测器具有很低的成本，因为其消除了对价格很高的光学滤波器的需求。
对于前述的以及其他期待的目标，本发明提供了一种用于感知至少一种预定气体的存在的气体传感器，所述气体传感器包括红外线源，麦克风，与至少一种要检测的预定气体实质上类似的参考气体，在其中限定了参考腔的参考体，参考腔具有与麦克风连接的压力口，以及宽带光学窗口，至少与预定气体的吸收峰相对应的红外线波长可以从所述光学窗口中通过，光学窗口设置在红外线源与参考腔之间，参考气体被包含在光学窗口和麦克风之间的参考腔中。
根据本发明的另一个特征，红外线源是低热容积的。
根据本发明的又一个特征，还提供了插入在红外线源和样品气体之间的辅助宽带光学窗口，用以隔离红外线源和样品气体。
根据本发明的附加的特征，辅助光学窗口是上游的红外线窗口，而光学窗口是下游的红外线窗口。
根据本发明的附加的特征，压力口与麦克风声学地连接。
根据本发明的另一个附加的特征，上游和下游的窗口是下面组中的一个，所述的组包括兰宝石、荧石、硒化锌、硅以及锗。特别地，可以涂覆上游和下游窗口以窄化由上游及下游窗口传导的红外能量的频带。
根据本发明的另一个特征，提供了第一印刷电路板和第二印刷电路板，所述第一印刷电路板与红外线源操作地连接并且包括用于和气体检测仪器配合的电接触器，所述第二印刷电路板与麦克风操作地连接并且包括主动滤波电路以及与第一印刷电路板电连接的接触器。
根据本发明的另一个附加的特征，歧管与参考体连接并在靠近参考腔的位置限定出样品腔，样品腔具有用于接收和排放样品气体的入口和出口，红外线源被设置为引导红外能量穿过样品腔中的样品气体。
根据本发明的另一个附加的特征，辅助宽带光学窗口设置在红外线源和样品腔之间，从而将产生自红外线源的红外能量分给样品气体，辅助光学窗口为上游的红外线窗口而光学窗口为下游的红外线窗口，红外线源被设置为引导红外能量首先穿过上游窗口，然后穿过样品腔中的样品气体，然后穿过下游窗口并进入参考气体。
根据本发明的另一个特征，样品腔通过下列至少一种方式处理，抛光、电镀以及镀金，和/或参考腔通过下列至少一种方式处理，抛光、电镀以及镀金。
根据本发明的另一个特征，红外线源可操作地通过PWM波形驱动，PWM波形发生器与红外线源操作连接。PWM波形发生器可以是单阶段发生器或者两阶段发生器。
根据本发明的另一个附加的特征，参考气体为二氧化碳。
根据本发明的另一个附加的特征，麦克风是驻极体电容器麦克风。
根据本发明的另一个特征，一种手持式气体检测仪器包括歧管，所述歧管与参考体连接并在靠近参考腔的位置限定出样品腔。样品腔具有用于接收和排放样品气体的入口和出口。红外线源被设置为引导红外能量穿过样品腔中的样品气体。还包括第一印刷电路板和第二印刷电路板，所述第一印刷电路板与红外线源操作地连接并且具有与红外线源电连接用以和气体检测仪器配合的第一接触器，所述第二印刷电路板与麦克风操作地连接并且具有主动滤波电路以及与第一印刷电路板电连接的第二接触器。进一步包括电源，电路板组件与电源操作地连接。电路板组件包括与第一和第二印刷电路板操作地连接的传感器电路。抽吸泵与入口和出口中的至少一个流体地(fluidically)连接。电路板还连接到用于激励红外线源、传感器和泵中的至少一个的控制器，用于读取仪器状态的指示器，以及探测器，所述探测器限定出贯穿其中的、与入口流体地连接的内腔。外壳限定出传感器室和电源室，传感器室的尺寸适于在其中安装红外线源、麦克风、参考体以及上游和下游光学窗口，电源室的尺寸适于在其中安装电源。
根据本发明的另一个特征，气体探测仪器是气体泄漏探测仪和气体监测仪中的一种。
对于本发明期待的目标，还提供了一种用于感知至少一种预定气体的存在的气体传感器，所述气体传感器包括红外线源，麦克风，与至少一种要检测的预定气体基本类似的参考气体，在其中限定了参考腔的参考体，参考腔具有与麦克风连接的压力口，与参考体连接并在靠近参考腔的位置限定出样品腔的歧管，样品腔具有用于接收和排放样品气体的入口和出口；还包括设置在参考腔和样品腔之间，并且设置在红外线源和参考腔之间的下游宽带光学窗口，至少与预定气体的吸收峰相对应的红外线波长可以从所述下游宽带光学窗口中通过，参考气体被包含在下游光学窗口和麦克风之间的参考腔中；还包括设置在红外线源和样品腔之间用以隔离红外线源与样品腔中的样品气体的上游宽带光学窗口，红外线源被设置为引导红外能量首先穿过上游窗口，然后穿过样品腔中的样品气体，然后穿过下游窗口并进入参考气体；还包括第一印刷电路板和第二印刷电路板，所述第一印刷电路板与红外线源操作地连接，并且包括与气体检测仪器配合的电接触器，所述第二印刷电路板与麦克风操作地连接，并且包括主动滤波电路以及与第一印刷电路板电连接的接触器。
对于本发明期待的目标，还提供了一种手持式气体检测仪，包括电源，外壳，所述外壳限定出尺寸适于安装气体传感器的传感器室和尺寸适于在其中安装电源的电源室；电路板组件，所述电路板组件与电源操作地连接并包括与第一和第二印刷电路板操作连接的传感器电路；抽吸泵，所述抽吸泵与入口和出口中的至少一个流体地连接；控制器，所述控制器用于激励红外线源、传感器和泵中的至少一个；指示器，所述指示器用于读取仪器状态；以及探测器，所述探测器限定出贯穿其中的、与入口流体地连接的内腔。
被认为是本发明特性的其他特征在后附权利要求中说明。
尽管本发明在此解释和说明为在低功率快速红外气体传感器、手持式气体泄漏检测器以及采用吸收性光声检测的气体监测器中实现，然而并非想要将其限于所示出的细节，因为不脱离本发明的精神以及在权利要求的等价物的内容和范围内可以对其进行各种修改和结构变化。
然而，当结合附图阅读时，通过下面对特定实施例的描述会更好地理解本发明的结构和操作方法，连同其附加的目标和优点。
根据需要，这里公开了本发明的具体实施例；然而，应该理解，这些公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以通过各种方式实施。因此，这里公开的特定的结构以及功能性细节不应该被解释为限定，而仅仅是作为权利要求的基础，以及教导本领域技术人员通过几乎任何适当的具体结构变化地使用本发明的代表性的基础。而且，这里使用的术语和措词也并非用来限定；而是提供本发明的可以理解的描述。说明书以限定了本发明被认为具有新颖性的特征的权利要求结束，应该认为结合附图考虑下面的描述将更好地理解本发明，在附图中，相同的附图标记在后面延用。
这里使用的词语“一个”定义为一个或多于一个。这里使用的词语“多个”定义为两个或多于两个。这里使用的词语“另一个”定义为至少第二个或更多个。这里使用的词语“包括”和/或“具有”定义为包含(即，开放式)。这里使用的词语“连接”定义为连起来，不必是直接连接，也不必然是机械式连接。
这里使用的词语“约”或“近似”适用于所有的数值，无论是否明确指出。这些词语通常指代一个本领域技术人员会认为与所陈述的值等价的数的范围(即，具有相同功能或结果)。在很多情况下，这些词语可能包括能够四舍五入到最接近的重要数字的数。在本文中，词语“纵向”应该理解为意味着示例的圆柱形传感器组件的轴向所对应的方向。词语“程序”、“计算机程序”、“计算机算法”、“软件应用程序”以及这里使用的类似词语定义为设计用于在计算机系统、微处理器或微控制器上执行的指令序列。“程序”、“计算机程序”、“计算机算法”、“软件应用程序”可以包括子程序、函数、过程、目标方法、目标实现(implementation)、可执行应用程序、浏览器插件(applet)、服务器插件(servlet)、源代码、目标代码、共享库/动态加载库，和/或其他设计用于在计算机系统、微处理器或微控制器上执行的指令序列。
附图说明
在附图中相同的附图标记在各个单独的视图中指代相同的或功能相似的元件，附图连同下面的详细描述一起并入并形成说明书的一部分，用以进一步说明各种实施例，并解释所有根据本发明的各种原理以及优点。
图1是本发明的吸收性光声红外气体传感器的立体图；
图2是图1的吸收性光声红外气体传感器的横截面图；
图3是图1和图2的气体传感器的参考腔一侧的立体图；
图4是图1和图2的气体传感器的样品腔一侧的立体图；
图5是图1、图2、图3和图4的气体传感器的分解立体图；
图6是方块电路图，说明了使用本发明的吸收性光声红外气体传感器的气体检测系统中各元件的布局；
图7是一组比较单阶段和两阶段脉冲宽度调制的曲线图，所述脉冲宽度调制产生要提供给本发明的气体检测系统的红外线源的具有变化占空比(duty cycle)的方波信号；
图8是根据本发明的手持式气体泄漏检测仪器的示例性实施例的立体图；
图9是图8的检测仪的分解的立体图；
图10是图8的检测仪的探测器组件的立体图；
图11是图8的检测仪的底侧立体图，传感器和电源盖被取下；
图12是图8的检测仪的底侧立体图和部分分解图，传感器和电源被取下；
图13是方块电路图，说明了使用本发明的吸收性光声红外气体传感器的气体监测系统中各元件的布局；
图14是方块电路图，说明了与本发明的系统及方法一起使用的计算机的示例性结构。
具体实施方式
根据需要，这里公开了本发明的具体实施例；然而，应该理解，这些公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以通过各种方式实施。因此，这里公开的特定的结构以及功能性细节不应该被解释为限定，而仅仅是作为权利要求的基础，以及教导本领域技术人员通过几乎任何适当的具体结构变化地使用本发明的代表性的基础。而且，这里使用的术语和措词也并非用来限定；而是提供本发明的可以理解的描述。
这里的实施例可以通过采用各种能够进行红外线气体检测的技术的各式各样的方法来实现。限制参照图1到图5，其中示出了传感器组件100，由四个机制的元件构成：歧管110、参考体120以及两个端盖130和140。在示例性的实施例中这些元件中的每一个都是由黄铜制成的，主要是由于其天然的属性：容易加工、成本、防锈，仅举几例。当然，也可以使用其他材料，比如铝、钢，或者对于极低成本的应用甚至可使用模制的塑料。可以在这些机制的元件中插入红外线源PCB组件300、预增益(Pre-gain)/滤波器PCB组件400、麦克风组件500、一个或多个光学窗口150、160、各种垫圈170、180、190以及尼龙绝缘体200。从两边通过各自的一套紧固件220(#4-40帽头机械螺钉)将这些元件固定在一起，在例如图5中更好地示出。每套螺钉220可以设置为三螺栓圆的模式，并旋入参考体120中的螺纹。在一个示例性实施例中，整个传感器组件100的纵长约为50mm(2”)，歧管一侧的螺钉220可以是1.25英寸长，参考体120一侧的螺钉可以是0.25英寸长。可以选择钢、铝或者其他适当的材料作为紧固件220。
在歧管110中加工形成样品腔112，利用与连接出口114连接的抽吸泵600通过入口116抽取样品气体50使其通过样品腔。参见例如图6，样品气体50可以是包含污染物的环境的空气，或者可以是要测试的气体。探测器组件700与入口116连接。用于样品气体提取探测器组件700和抽吸泵600的气密连接设备可以是插入到每个口114、116中的密封件210(例如，O形环)。为了确保红外能量113沿着样品腔112长度的最大传输，样品腔112的内表面可以被抛光和/或镀以反射性材料，比如金。歧管110可以具有两个安装孔118，两个紧固件920(例如，M2帽头机械螺钉)通过安装孔将组装式传感器100固定到气体检测仪器900中(参见图9和12)。
红外线源PCB组件300设置在歧管110的入口端。红外线源PCB组件300包括其上安装有红外线源320的印刷电路板(红外线源PCB)310。红外线源PCB 310通过一个端盖130固定在适当位置，并且可以通过尼龙绝缘体200与该端盖以及歧管电绝缘。一个红外线可通过的光学窗口150(例如，直径9.5mm、厚度为0.5mm的兰宝石光学窗口)可以用在红外线源320和样品腔112之间，连同密封体170(例如，丁纳橡胶、丁腈橡胶或者类似的橡胶垫圈)，用以隔离样品气体50和红外线源320。作为选择，可以得到已连接了窗口150的红外线源320，这减少了对垫圈170的需求。在不需要隔离样品气体50和红外线源320的情况下，可以除去窗口150和/或垫圈170。
由红外线源PCB 310和端盖130的交界面形成的腔135可以填充用灌注混合物制造的环氧树脂，以防影响传感器组件100。
对于图6，可以使用红外线源PCB 310的边缘312在传感器组件100和气体检测仪900的主系统板800上的卡边连接器810之间形成电连接。另外，红外线源PCB 310上的连接器314可用于连接具有互连线420的预增益/滤波器PCB 410(将在下面描述)上的类似连接器412，从而使来自预增益/滤波器PCB 410的电信号经过红外线源PCB 310，随后传递到卡边缘312，由此允许仅仅利用一个卡边连接器810使得红外线源的驱动信号以及由预增益/滤波器PCB 410产生的信号发送到气体检测仪900的主系统板800或者从主系统板上发出。红外线源PCB 310的边缘312允许传感器组件100以简单的“按配(press-fit)”的方式安装到气体监测仪900中。参见例如图11、12。
红外线源320可以是任何能够发射红外能量113的设备。优选地，可以使用能够以至少10Hz的速率调制的低热容量设备。这里使用的低热容量红外线源定义为能够在约10Hz到约25Hz的范围内调制的红外线源。而高热容量红外线源定义为不能以超过5Hz的速率调制的红外线源。为使传感器尺寸最小，可以使用微型红外线源320，该红外线源可以从TO-5晶体管罐式封装(can package)中得到。
在歧管110的出口侧和参考体120之间，光学窗口160(例如，直径9.5mm、厚度为0.5mm的兰宝石光学窗口或其他材料)和垫圈180(例如，丁纳橡胶、丁腈橡胶、特氟纶或者类似的胶垫圈)形成夹层式结构。垫圈180可以涂覆低蒸汽压力的真空油脂以消除可能由于参考体120或歧管110上的表面磨光不规则而发生的任何气体泄漏。参考体120在其中限定出参考腔122。制造时，在添加麦克风组件500之前，通过压力口124向参考腔122中填充100％浓度的参考气体123。为了限制参考腔122的壁吸收红外能量113的量，参考腔122的壁可以抛光和/或镀以反射性的材料，比如金，这与样品腔112相似。
传感器100的出口侧包含麦克风组件500，该麦克风组件可以包括麦克风510和预增益/滤波器PCB组件400，预增益/滤波器PCB组件带有预增益/滤波器PCB 410、接触器412以及互连线420。制造完成后，参考腔122中参考气体123的压力变化通过压力口124传递给麦克风510。
麦克风510可以是不用定制的标准的驻极体电容器型麦克风，安装在人造橡胶(橡胶)的麦克风固定器520上。麦克风510可以是例如6015型(直径6.0mm，厚度为1.5mm)，灵敏度范围从-46db到-42db。对于相似的电输出，高灵敏度麦克风(例如，-42db)比低灵敏度的麦克风需要的红外能量更少。
麦克风组件500，以及密封体190(例如，丁纳橡胶、丁腈橡胶、特氟纶或者类似的垫圈)夹在参考体120和预增益/滤波器PCB组件400之间，麦克风组件本身由端盖140和三个螺钉固定在适当位置。垫圈190可以涂覆油脂以防参考气体123从参考腔122中泄漏。麦克风510和预增益/滤波器PCB 410之间的电接触通过人造橡胶麦克风固定器520内的导电橡胶接触器和预增益/滤波器PCB 410上的对应的接触器构成。预增益/滤波器PCB组件400可以包含交流连接的前置放大器和低通滤波器电路430，用以在通过互连线420、红外线源PCB 310以及边缘312将输出信号预增益/滤波器PCB 410传递到气体监测仪900的主系统板800之前对来自麦克风510的信号进行预处理。预增益/滤波器PCB 410被构造为参考体120的金属与放大器的公共(地)信号电连接从而实现低噪声工作。
由预增益/滤波器PCB组件400和端盖140的交界面形成的腔145可以填充用灌注混合物制造的环氧树脂，以防影响传感器组件100，防止参考气体123通过预增益/滤波器PCB 410的材料扩散以及削弱包括电路430的预增益/滤波器元件由于环境条件(温度、湿度)变化而引起的参数变化。
参考体120是系统的核心，其中在制造时以大气压力在光学窗口160和麦克风组件500之间的参考腔122中密封了100％浓度的参考气体123的样品。
光学窗口150和160可以是允许宽带红外能量通过的任何材料，比如，但不限于，兰宝石、荧石、硒化锌、锗或硅。对窗口150和160的最低要求是他们能够传导与待测气体的至少一个或多个吸收峰一致的红外波长。例如，二氧化碳在4.5μm处有一个强吸收峰。低成本的兰宝石窗口能够在直到约5.0μm处传导所有的红外波长。因此，兰宝石是例如在二氧化碳气体检测器中可用的理想材料。对于吸收峰处于其他红外波长范围的气体可以使用其他的窗口材料。此外，尽管不是必须的，但是可以对窗口进行光学涂覆以窄化穿过窗口的红外能量的带宽。
随着宽带红外能量穿过窗口160，与参考腔122中的参考气体123的吸收峰对应的波长被参考气体123吸收。这会导致气体的瞬间加热，导致压力增加(类似于光声红外检测设备)。通过将红外线源脉冲化，以与脉冲化的红外线源相同的频率在参考腔122内部形成声压波。这些声压波通过压力口124传递到麦克风510，压力口为将参考腔122声学地连接到麦克风510的小孔(例如，0.020”)。这些压力波的幅度，以及因此由麦克风510产生的电信号的幅度与参考气体吸收的能量的数量直接成比例。
气体可以通过抽吸泵600从歧管110的出口114被连续地或周期性地抽出，所述抽吸泵600用于将样品气体50抽到入口116和样品腔112中。与参考气体123相同的样品腔112中的任何气体会在与参考气体123相同的吸收带内吸收红外线源320辐射的一些红外辐射113，因此减少了可用于加热参考气体123的能量的数量。这会导致参考腔122中声压波的瞬间减少，同样地，来自麦克风510的电信号也减少。根据比尔-朗伯定律，电信号的减少直接对应于样品腔112中的气体样品中目标气体浓度的增加。
只有准确地吸收与参考气体123所吸收的波长相同波长的样品气体会导致信号输出的减少。因此，传感器100变得高度针对于特定的气体，只检测与参考气体相同的气体，而忽略所有其他气体，并且无需使用专门的光学滤波器就能够实现。使得对其他气体的交叉敏感性最小化(其他气体可能会分享参考气体吸收谱的小部分，但不足以针对小浓度形成大的信号变化)。气体灵敏度比其他技术高很多，而且不受变化的环境条件或参数改变的影响。此外，压力波的交流幅度，以及同样地，麦克风发出的电信号的交流幅度会相对样品气体中的参考气体浓度的变化而立即改变。热电堆红外线检测器的热时间常数不再决定红外线源的最大调制频率。
参照图6，采用本发明的吸收性光声气体传感器的用于泄漏检测或者监测应用的完整的气体检测系统900包括如上所述的气体传感器组件100主系统PCB 800。主系统板800具有足够的功率源(例如，电池、交流电力线)，模拟信号前端(增益和带通滤波器)820，带有集成的(或外部的)A/D 832和PWM(脉冲宽度调制或脉冲宽度调制器)834能力的CPU以及执行数字信号处理(DSP)运算836的软件，红外线源的功率驱动器840，以及用户接口850。
在图6的示例性实施例中说明的CPU 830包括集成的A/D转换器832(用于对输入信号进行取样)和PWM转换器834(用于驱动红外线源320)。这是一个低甚至最低成本/复杂性的解决方案。A/D和PWM转换器可能独立于CPU存在。还可以想到，通过相当大的努力，能够根本不采用任何数字元件来实现类似的应用。因此，在本发明的范围内可以想象利用下面描述的基本原理但采用纯模拟实现的系统。
PWM 834可以配置为产生提供给红外线源驱动器840的变占空比的方波信号845。考虑到红外线源320的热时间常数，选择PWM 834的基础频率以使系统的检测速度和灵敏度最佳。对于具有低热容量红外线源的系统，可以使用10Hz的基础频率来增加检测的速度。PWM 834的占空比通过红外线源驱动器840控制施加到红外线源320上的功率，可以在DSP 836的控制下从0％变化到100％。超过50％的占空比导致红外线源320消耗的功率增加，却不会显著增加信号幅度，因此PWM控制的实际范围限制在0％到50％。红外线源320的功率消耗限制可能会进一步限制PWM占空比的实际最大值。此外，可以对基础PWM信号845的“开”周期部分施加第二阶段的PWM调制，产生复合的PWM信号846。这允许对施加到红外线源320的功率进行超精细的调整，因此允许对传感器100发出的信号的幅度进行精细的控制。第二阶段的调制器可以在遍及0％到100％的整个范围内进行有效的调节。理想地，一个或者两个PWM通过程序进行调节以使传感器100输出信号的动态范围最小。
当两个PWM同时使用时，最终施加给红外线源320的能量与两个占空比的乘积成比例。例如，如果主(粗)调制器工作在12％的占空比下，而辅(细)调制器工作在80％的占空比下，红外线源320的最终功率是两个调制器均操作在100％占空比时红外线源320总功率的9.6％。
有可能使用一个很高解析度(同样很昂贵)的PWM 834代替两阶段PWM 834并提供同样精细的调节能力，但是两阶段的实现方式准确、成本低，并且容易通过集成在CPU 830上的单个的解析度适中的PWM 834实现，CPU 830具有附加的计算机代码用以产生两阶段的能力。
在PWM 834控制定时和施加到红外线源320上的功率的同时，其同样控制A/D转换器832和DSP 836(将在下面描述)的定时835。这允许在信号处理阶段抵制包含在模拟信号中的同步噪声。
PWM信号845或846被输出到红外线源驱动器840。这仅仅是经适当调节的电源电路和晶体管开关，在PWM信号的“开”周期847，该晶体管开关闭合并向红外线源320供应电流，而在PWM信号的“关”周期848，该晶体管开关开启并中断给红外线源320的电流。在两阶段PWM的配置中，应该注意到，在主“关”周期847，红外线源320得不到功率，但是在主“开”周期848，红外线源得到的是在开和关之间迅速切换的功率。这些主开/关周期的频率与红外线源320的热时间常数是高度可比拟的，所以红外线源320在“开”周期848真正得到的是驱动信号的平均功率。作为实际的例子，粗PWM具有10Hz的基础频率(比红外线源的热时间常数慢)，细PWM可能具有1280Hz的基础频率(远远快于热时间常数)。上面描述的单阶段和两阶段PWM模式在图7的图中进行说明。
从经过调制的红外线源发出的红外能量113传播通过样品腔112并进入参考腔122。与参考气体123的吸收带对应的红外能量的波长周期性地加热参考气体123，形成粗PWM的基础频率(例如，10Hz)的声压脉冲。这导致对应的交流信号从麦克风510发出传递到预增益/滤波器PCB组件400。该预增益/滤波器PCB组件400可以具有偏压电路430用以向麦克风510供电，具有直流阻断电容器用以从麦克风信号中除去任何直流成分，后面跟着是放大器和低通滤波器电路。放大器和低通滤波器可以具有大小为50的增益和6db/倍频(octave)下降(roll-off)，3db点在47Hz处。对增益和滤波器特性进行选择以使预增益/滤波器PCB组件400发出的信号(例如，10Hz)的幅度最大化，同时削弱任何可能导致放大器截短和扭曲信号的高频噪声成分。最终的信号是具有粗PWM基础频率的交流波形。
该交流波形，可能仍然包含粗PWM频率的谐波形式的噪声，以及没有被低通滤波器滤除的中频(mid-range)噪声，被传播到气体检测仪器的主系统板800的增益和带通滤波器电路820。该滤波器820可以是第二、第四或更高阶的带通滤波器，通带中心大约位于粗PWM基础频率(例如，10Hz)上，带宽为2Hz(例如，9Hz到11Hz的信号可以通过，所有其他信号被阻断)。滤波器820可以具有6.4的通带增益。该电路输出的最终的信号是干净的、低扭曲的交流信号，具有粗PWM的频率，幅度由红外线源功率(PWM占空比)以及可用于激励参考腔122中的目标气体样品的红外功率的数量决定。
最后，最终的信号可以被引导至CPU 830，在这里信号被集成的A/D转换器832数字化。取样速率可以选择为粗PWM速率的多倍(允许进行同步噪声降低和信号检测)，并且足够高以满足奈奎斯特(Nyquist)标准。可以选择例如每秒钟640个采样点的取样速率，产生320Hz的奈奎斯特频率，比期望通过带通滤波器的最高频率多一个数量级。依赖于应用，A/D转换器832可以具有10比特或更高的解析度。
数字采样流可以通过程序传递给DSP 836，然后DSP进行PWM控制、信号量化、校准以及检测。传递给DSP的经数字化的交流信号的幅度包含了与进入参考腔122并激励参考气体的红外能量的数量有关的全部信息。交流波形同时包含幅度成分和相位成分。有用的幅度信息必须提取而相位信息则被丢弃。有大量的一般的方法可以实现这种提取，每种都有各自的缺点。
提取幅度成分的最简单的方法是信号整流和求平均(同样已知为包络检测)。这种方法非常慢(求平均必须在很多信号周期上实现，也许几十个信号周期，以形成相当稳定的信号幅度的直流表示)。这种方法还倾向于在整流过程中产生大量的错误。
峰值检波是另一种基本的方法，可以针对渐增的幅度产生较快的结果，但是对于渐减的幅度则很慢，因为输出信号必须明显比交流波形的周期衰退得更慢以进行归零(clean)操作。这种方法同样对高频噪声及其敏感。
包络检测和峰值检测是数字领域中容易实现的基本技术，具有低复杂性的计算机代码和可忽略的处理功率(对于低成本普通CPU)。
一种更为先进的信号幅度提取方法被称为“锁相”放大(也已知为同步检测)。在这种方法中，信号与同频率的幅度不变的正弦波(本地振荡器或LO)“混合”(算术地相乘)。然后，在较长的时间周期上对乘积求平均，以形成与下列因素成比例的直流信号：(a)交流信号的幅度；以及(b)交流信号相对LO的相位的相位。通常，同步检测器具有控制器用以调节信号与LO之间的相位关系，从而是混合的结果最大化。这种情况发生在输入信号和LO之间为0°相位差时。通过增加自动追踪输入信号相位的能力，相位的依赖性得到极大的削弱。在低成本应用中，可以使用方波LO代替正弦波LO。
同步检测的主要好处在于精度和灵敏度。依赖于平均滤波器的时间常数，可以从大量的噪声中准确地提取出非常小的信号幅度。两个主要的缺点是速度(需要相当大量的求平均)和相位噪声(对信号与LO之间相位关系的变化敏感)。同步检测通常需要中等数量的处理功率以便数字地执行(通过计算机程序)，并且随着各种相位补偿技术的加入复杂性显著增加。同步检测既可以通过模拟方案又可以通过数字方案实现。
正交(quadrature)检测可用于消除影响同步检测器的相位敏感性。在这种方法中，信号由两个正交(在两个LO信号之间存在90度的相位差)工作的本地振荡器相乘。一个LO称为正弦振荡器，而另一个称为余弦振荡器。就像在同步检测器中那样，每个LO的基础频率与要检测的信号相同。在较长的时间上对两个乘积求平均，随后将它们组合成复数，平均后的正弦积值作为实分量而平均后的余弦积值作为虚分量。现在这个复合的结果同时包含原来波形的幅度信息和相位信息。现在提取幅度信息就是简单地确定该复数的移相器幅度，可以通过应用毕氏定理得出：
Figure A20081010068200271
正如在同步检测中那样，可以用两个正交工作的方波代替正弦波以简化生成或计算。
正交检测很大的好处在于，它不需要对输入信号的相位进行补偿并且对相位噪声不敏感。同时，它具有与同步检测相同的精度和灵敏性特性。不幸的是，仍然需要在许多信号周期上求平均，导致响应较慢。此外，就计算复杂性和处理功率而言，正交检测在数字领域是极其昂贵的。正交检测既可以通过模拟方案又可以通过数字方案实现。
基于以上描述，可以确定需要一种算法，能够从交流波形中快速地提取幅度信息，并且具有正交检测器的精度、灵敏度以及相位不敏感性。另外，还期望这种算法计算起来足够简单以便于在低成本微处理器上执行。
将连续的模拟交流波形转换为离散的数字样本的好处是，可以选择取样速率，使得对于波形的每个周期都产生已知数量的采样值。因此，计算机算法可以写成对于一个完整周期进行信号幅度的正交计算而无需对许多周期求平均。例如，如果交流波形的基础频率为10Hz，每秒钟产生640个采样值，波形的每个周期则产生64个采样值。这64个值可以与正弦和余弦正交波形混合，在整个周期上求平均，并且结合起来形成用以计算波形这个周期的幅度信息的复数值。对于这些信号特性和取样定时，每秒钟会产生10个准确的幅度计算。可以进一步对这10个最终的值进行数字滤波，以消除剩余的高频伪影(artifact)，形成可以继续进行进一步处理的代表原始交流波形RMS幅度的10Hz的数值序列。
虽然这导致检测速度比传统方法有了数量级上的改善，但是可以发现这个速率还能够进一步提高。如果上次的64个取样值的“移动窗口”中的数据可以用作计算每个取样周期(与每个信号周期相对)的数据组，这将产生每秒钟640个准确的幅度数据点。表示检测速度又一个数量级的增加。不幸的是，这种方法需要在每个取样周期中进行正弦和余弦乘法，128个数据单元(64个正弦、64个余弦)的算术平均，以及移相器幅度计算。通常，这种数学运算足够复杂而排除了在低成本微处理器上的执行。虽然如此，可以确定本发明的算法执行如上所述的计算，但是具有足够低的复杂性以便于在低成本的微处理器上有效地执行。本发明的算法在这里被称为快速数字正交检测。
这种快速数字正交检测算法采用两个累加器(微处理器的寄存器的组合)，一个用于正弦求和，一个用于余弦求和，还采用了两个阵列，每个为64个字长，还是一个用于正弦一个用于余弦。该阵列作为循环缓冲器工作。与计算每个取样数据点的正弦和余弦值不同，通过程序确定是否基于取样好对来自两个累加器中每一个的新的取样值进行加或减运算。对于10Hz的交流波形和每秒钟640个采样点的取样速率，在交流波形的每个完整周期中会有64个采样点。这些采样点被编号为0到63。对于余弦函数，对于采样点0到7以及48到63，采样值被加到余弦累加器上，而对于采样点8到47，采样值被从余弦累加器上减去。这些加减运算模拟了交流信号与两个幅度一致的正交方波信号(例如，相位差为90度)的乘法。此外，采样值或者其负值被放置到每个循环缓冲器中，尽管符号被计算为与上面的结果相反。例如，对于采样号0到31，采样值的负数被存储在正弦循环缓冲器中。在上面的加减运算之前，循环缓冲器中最早的值，表示在64个采样值之前已经加到累加器上的来自前一波形周期的对应的采样号的相反值，在被新值替换之前被加到正弦和余弦累加器上。通过这种方式，正弦和余弦累加器总是包含整个信号周期上的完整的正弦与余弦和(平均值)，无需重新计算每个取样周期上的所有128个(两个64个值的和)值的和，因此导致计算功率的显著减少。最后，对每个取样周期计算这些和的移相器幅度，如下文所述。
如果a是正弦累加器的值而b是余弦累加器的值，那么移相器幅度c等于a+bi，为：
c = a 2 + b 2
等价于：
c = 2 ( log 2 ( a · a + b · b ) 2 )
尽管看起来复杂，这个公式可以由低成本微处理器容易并有效地基于以下算法执行：
●计算a*a的积以及b*b的积；
●计算这些积的和；
●通过查找表、分段近似以及二进制移位计算这个和的以2为底的对数；
●通过单次二进制右移计算该对数被2除的商；
●通过查找表、分段近似以及二进制移位对2进行自乘达到该商次
幂，从而计算最终的幅度。
作为本发明的快速数字正交检测的结果，每个取样周期完成一次准确地反映最近64个采样值的交流波形幅度的计算，或者说每秒钟640次。最终的数据流看起来像表示交流信号的随时间变化的RMS值的直流信号，其可以利用传统的数字信号处理技术进一步进行处理。
可以使用快速数字正交检测算法产生的数据流通过一阶段和两阶段PWM对系统进行校准。可以基于气体检测系统的类型(例如，气体监测仪或泄漏检测器)以及校准时假设气体样品中存在目标气体的可能性来选择校准方法。
一旦经过校准，可以基于应用(气体泄漏检测、气体监测等)由微控制器通过各种方式进一步处理数据流。处理的结果经过微处理器的I/O接口838通过用户接口850指示给操作者，用户接口可以包括如下设备：进行声音指示的扬声器、电子指示器856，例如，LED显示器、LED阵列、LCD图形文字数字或线条图显示器，或者任何类型的机械、光学或声音的信号设备858，例如振动器。数据流同样可以经过网络或其它类型的连接(包括无线方式)直接发送给主计算机系统或者微处理器，以进一步进行气体浓度信息的处理、记录、传输或显示。用户接口850还可以包含多个输入设备852以控制气体检测仪器的操作，比如，按钮、触觉或接触开关、触摸屏、键盘或键区、电位计，或者模拟控制器。还可以经由用户接口850提供通过计算机网络(包括无线形式)或主计算机进行的远程控制。
基于前面的说明，本发明可以使用计算机程序或者工程技术来实现，包括计算机软件、固件、硬件或者其任意组合或子集合。任何这样的最终的程序，具有计算机可读的代码装置，可以在一个或多个计算机可读介质中收录或提供，由此形成本发明的计算机程序产品，即，制造出的物品(article of manufacture)。该计算机可读介质可以是，例如，固定(硬)驱动器、磁盘、光盘、磁带、半导体存储器比如只读存储器(ROM)等，或者任何传输/接受媒介，比如互联网或者其他通信网络或连接。该包含计算机代码的制造出的物品可以通过直接从一个介质上执行代码，通过从一个介质复制到另一个介质，或者通过在网络上传输代码而制造和/或使用。计算机科学领域的技术人员能够容易地将如上形成的软件与适当的通用或特定用途的计算机硬件结合以形成实现本发明方法的计算机系统或计算机子系统。制造、使用或者销售本发明的装置可以是一个或多个处理系统，包括但不限于，中央处理单元(CPU)、内存、存储器、通信连接和设备、服务器、I/O设备或者实现本发明的一个或多个处理系统的子部分，包括软件、固件、硬件或者其任意组合或子集。用户输入可以接收自键盘、鼠标、笔、触摸屏、按钮、或者人能够用以向计算机输入数据的任何其他装置，包括通过其他程序，比如应用程序。
图14是用于实现本发明一个实施例的计算机系统的方块图。该计算机系统包括一个或多个处理器，比如处理器1404。该处理器1404与通信基础设置1402(例如，通信总线、交叉条(cross-over bar)或网络)连接。根据这个示例性计算机系统对各种软件实施例进行描述。阅读该说明之后，如何使用其他计算机系统和/或计算机体系来实现本发明对本领域普通技术人员来说是显而易见的。
该计算机系统可以包括显示接口1408，其转发来自通信基础结构1402(或来自未示出的框架缓冲器)的图形、文本以及其他数据，用以在显示单元1410上进行显示。该计算机系统还包括主存储器1406，优选为随机存取存储器(RAM)，并且还可以包括辅助存储器1412。该辅助存储器1412可以包括，例如，硬盘驱动器1414和/或可移动存储驱动器1416，意指软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器等。可移动存储驱动器1416读和写存储了计算机软件和/数据的软盘、磁带、光盘等。该系统还包括资源表1418，用于管理资源R1-Rn，比如磁盘驱动器、磁盘阵列、磁带驱动器、CPU、内存、有线及无线通信接口、显示器及显示接口，包括图14中示出的所有资源以及未示出的其它资源。
在可选的实施方式中，辅助存储器1412可以包括允许向计算机系统导入计算机程序或其他指令的其他类似装置。这样的装置可以包括，例如，可移动存储单元1422和接口1420。这样的例子包括程序盒以及盒接口(比如可在视频游戏设备上看到的接口)，可移动存储芯片(比如EPROM或PROM)和相关的插座，以及其他允许从可移动存储单元1422性计算机系统传送软件和数据的可移动存储单元1422及接口1420。
计算机系统还可以包括通信接口1424。通信接口1424同时用作输入和输出，并允许在计算机系统和外部设备之间传递软件和数据。通信接口1424的例子包括调制解调器、网络接口(比如以太网卡)、通信端口、PCMCIA槽和卡，等等。经由通信接口1424传输的软件和数据是信号形式的，可以是，例如，电子、电磁、光或者其他能够由通信接口1424接收的信号。这些信号经由通信通道(即，信道)1426提供给通信接口1424。该信道1426承载信号，并且可利用电线或电缆、光纤、电话线、蜂窝电话连接、射频连接、和/或其他通信信道来实现。
在本文中，术语“计算机程序介质”、“计算机可用介质”、“计算机可读介质”通常用于指代下面的介质，比如，主存储器1406和辅存储器1412、可移动存储驱动器1416、安装在硬盘驱动器1414中的硬盘、以及信号。这些计算机程序产品是用于向计算机系统提供软件的装置。计算机可读介质允许计算机系统读取数据、指令、消息或消息包，以及其他来自计算机可读介质的计算机可读信息。例如，计算机可读介质可以包括非易失性存储器，比如，软盘、ROM、闪存、磁盘驱动存储器、只读光盘以及其他永久性存储器。这对于例如在计算机系统之间传输信息，比如，数据和计算机指令，非常有用。此外，计算机可读介质可以包括处于暂时状态的计算机可读信息，比如允许计算机读取这种计算机可读信息的网络连接和/或网络接口，包括有线网络或无线网络。
计算机程序(也称为计算机控制逻辑)存储在主存储器1406和/或辅存储器1412中。还可以通过通信接口1424接收计算机程序。当执行时，这样的计算机程序使得计算机能够实现这里所讨论的本发明的特征。特别地，当执行时，这些计算机程序使得处理器1404能够实现计算机系统的特征。因此，这种计算机程序表现为计算机系统的控制器。
图8示出了本发明的手持式气体泄漏检测仪器900的示例性实施例。如图9所示，顶部和底部壳体930和910分别通过螺钉916装配起来，形成小的、人体工学的且容易使用的封装。分别通过俘获螺钉942和952紧固在底部壳体910上的传感器室的盖子940和电源室的盖子950完成了仪器的封装，并且为传感器100和电源960(例如，AA号电池)的安装/去除提供了便捷的途径。壳体910、930以及盖子940、950可以由塑料模制而成(ABS、聚碳酸酯或其他材料)。
顶部壳体930可以包括塑料或其他材料的装饰按钮932及其弹簧934，用以控制仪器的操作，并且包括塑料或其他材料的透明光管936，用以向操作者提供可视的操作和泄露信息。当然，该实施例仅仅是示例，可以设想任何其他的操作控制。扬声器网板(grill)938可以形成在顶部壳体930中(或其他位置)用以向操作者传送声音信息。
底部壳体910可以形成有传感器室918和电源室919(图12)分别用以容纳传感器100和电源960。可以安装电池接触器860以与电源960的电池的终端形成电连接。同样可以在底部壳体910中形成两个气体接触器912和914，分别将传感器100的入口116和出口114连接到探测器700的探测器样品软管750(图10)以及管道组件610。
如图10所示，探测器组件700包括探测器体710，由钢或其他材料的细长弯曲部件(gooseneck)构成(为了柔韧性)，铝或其他材料的支撑点套管(anchor bushing)720，用于将探测器组件固定在仪器上，以及铝或其他材料的螺纹套管730，用于将探测器帽740固定在合适的位置。柔性的乙烯树脂或其他材料的样品软管750可以是带螺纹的并沿着探测器组件的长度，为样品气体提供了从探测器尖端到仪器的确定的通路。出于装饰目的，可以在细长弯曲部件的表面形成聚碳酸酯或其他材料的盖层。过滤器可以容纳在螺纹套管730内并通过探测器帽740固定在合适的位置，以防止污垢、尘土或湿气沿着探测器软管750吸入并进入仪器。探测器组件700通过支撑点套管720和一个螺钉916固定到顶部和底部壳体930和910上。样品软管末端752连接到气体入口连接器912，其完成进入传感器100的样品气流通道。
各种电子和机械元件容纳于由顶部和底部壳体930和910形成的腔体内，从而完成仪器的装配。这包括电路板组件800、抽吸泵600以及管道组件610。抽吸泵600可以固定在仪器900的主体内，或者如图9所示安装在电路板组件800上以简化组装过程。
除了上述的抽吸泵600，电路板组件800还可以包括：电池连接器860中一部分或全部，用以从电源960的电池终端向电路板组件的电子元件提供功率，卡边连接器810，用以将传感器100的卡边312电连接到电路板组件800，开关852(与按钮932机械地连接)，用以控制仪器900的操作，扬声器854，用以通过扬声器网板938向操作者产生声音信息，以及LED指示器856，用以通过光管936向操作者产生视觉信息。尽管图9中没有示出，电路板组件800上还包括模拟信号前端元件820、CPU元件830(具有内部的A/D转换器832、PWM转换器834、DSP软件836以及I/O 838)，以及红外线源驱动元件840。卡边连接器810可以穿过底部壳体910上的开口突出出来进入传感器室918，从而方便在传感器100的卡边312和电路板组件800的卡边连接器810之间形成电连接。
气体出口连接器914可以经由管道组件610以及适当的配件与抽吸泵600的入口连接，管道组件可以由柔性的乙烯树脂或其他材料的软管。管道组件610还可以包括限制抽取通过传感器的样品气体的流速所需的其他设备，比如，流量限制器或其他设备。管道组件610完成了从传感器100的出口，经过气体出口连接器914，到抽吸泵600的样品气体流通路。抽吸泵600的出口可以直接向仪器900的主体内排气，或者通过附加的、未示出的管道组件向主体的外部开口。由管道组件610和抽吸泵600的能力决定的穿过样品气体流通道的流速，应该足够高以进行快速检测，也应该足够低以防止冲淡较小的泄漏和检测困难。例如100和500之间的流速似乎在检测速度和灵敏度之间提供了可接受的折衷。
参照图11和12，清楚地说明了从仪器900中移除传感器100或电源960，或者将其替换的情况。为了替换传感器100，操作者通过松开俘获螺钉942移除传感器室的盖子940，露出传感器室918中的传感器100。然后，他取下两个螺钉920，允许从传感器室中将传感器100自由地拔出。然后新的传感器被压倒传感器室中的合适的位置，在传感器100的红外线源卡边312和电路板800的卡边连接器810之间自动地形成电连接。气体连接器同样形成在传感器100的入口和出口116、114与仪器900的底部壳体910的气体入口和出口连接器912、914之间。最后，把螺钉920放回原位以将传感器100固定到仪器900上，装上传感器室的盖子并通过俘获螺钉942固定在适当的位置。
电源960电池通过类似的方式替换。操作者通过松开俘获螺钉952移除电源室的盖子950，露出电源960电池。然后取下耗尽的电池，换上新电池。最后，装上电源室的盖子950并通过俘获螺钉952固定在适当的位置。
在一个实施例中，示例性的泄漏检测仪器900的操作的所有方面都由操作者通过由按钮932带动的单个开关852进行控制，包括上电、断开、改变灵敏度以及重启。运行情况由LED指示器856通过光管936可视地指示，并由扬声器854通过扬声器网板938可听见地指示。
为操作仪器900，操作者按动按钮932，开启上电序列。该上电序列使抽吸泵600以及电路板组件800的所有电子元件激活，可以包括初始的预热序列，紧跟着自动校准序列。商店序列的情况可以通过LED指示器(通过扫描模式)可视地以及通过扬声器(通过特定的嘟嘟声模式)可听见地指示给操作者。
在预热序列的开始，将单阶段或两阶段PWM 834的占空比设置为初始值。例如两阶段PWM的细PWM可以设置为80％，而两阶段PWM的粗PWM可以设置为25％。这开始通过红外线源驱动器840驱动红外线源320，在参考腔122中形成声压脉冲，并形成从麦克风510经过预增益/滤波器PCB组件400和模拟前端820到A/D转换器832的交流电信号。随着电子元件的稳定允许该信号短时间平静(1或2秒钟)，利用通过探测器700吸取的环境空气(可能包含或不包含目标气体的背景污染)使样品腔112清零。在这个时间周期完成时，仪器开始校准的操作序列。
为了使气体检测仪器的动态范围(即，能够准确测量的气体浓度的范围)最大化，有必要在不超出转换器最大可允许输入的范围的情况下，使呈现给A/D转换器832的交流信号的幅度尽可能地大。例如，如果A/D转换器具有0到3VDC的输入电压范围，呈现给转换器的信号的幅度必须不超过3VAC p-p(峰值对峰值)。通过调节PWM 834的占空比的值可以对该幅度进行调节。为了操作简单，仪器的软件可以在上电序列的校准序列中自动地调整这些值。这个序列可以由一系列逐渐变小的步组成，每一步产生一个更接近最佳操作所需的PWM占空比值的近似值。这种方法称为连续近似法。
在连续近似校准序列的每一步中，计算交流电压的RMS值(通过快速数字正交检测算法)，将该值与表示最大AC信号(例如，～3VAC p-p)的RMS值的目标值进行比较，做出决定增加粗PWM的占空比(如果算得的值比目标值小)或减小粗PWM的占空比(如果算得的值比目标值大)。尽可能地执行这个步骤以达到粗PWM转换器的最终解析度。最后，以同样的方式调节细PWM的占空比。基于这个校准序列的完成，粗PWM和细PWM中的每一个都在最佳的占空比值下工作，从而产生呈现给A/D转换器的最佳幅度的交流信号。最终算得的相当接近目标值的RMS值，可以作为“重设”值存储在CPU存储器中；也就是说，该值表示在不存在超过环境背景浓度的目标气体浓度存在时的传感器信号。例如，在二氧化碳气体检测器的情况下，允许甚至在总是存在350到400ppm或更多的背景污染物时实现仪器的最佳校准。
作为附加的优点，在校准序列中，有可能确定传感器以及因此确定仪器是否工作在其规范之内。随着传感器的老化，可能会发生长期的有害影响，比如，红外线源退化或者灰尘、污垢或湿气聚集在样品腔112的反射表面或窗口150和160的传输表面上。这些影响会导致红外线源产生最佳幅度交流信号所需发射的功率数量随着时间增加。在该序列期间，如果发现粗PWM占空比必须超过可以安全地呈现给红外线源的值(例如，40％)，那么仪器会自动地关闭给红外线源的功率(以防止给传感器和/或仪器造成进一步的损害)，并且例如通过LED指示器和听得见的报警警告操作者出现了问题。通过这种方式，操作者可以确定仪器正在其规范之内操作，而且有机会在发生问题之前更换传感器。已经发现，在示例性的泄漏检测仪器中，适当的占空比(粗PWM与细PWM的占空比的乘积)工作范围可以在8％(新传感器)和40％(老化的传感器)之间变化。这个较宽的范围允许在必须更换传感器之前、在较长的时间周期上发生显著的传感器退化。此外，较低的占空比(例如，小于40％)和较低热容量的红外线源结合，允许较长的电源(电池)寿命(达到20小时)，甚至使用较小的AA号电池。
整个的上电序列，包括预热和校准，可能只需要执行10秒钟，之后仪器开始操作测量阶段。在测量阶段的开始，仪器可以自动地将其灵敏度水平设置为“高”水平，而且发出连续的嘟嘟声并闪烁LED以指示操作者该设备正在适当地执行功能。
在“高”灵敏度水平，选择预定的阈值，其表示一些低于“重设”RMS值的RMS值。任何时候，如果样品腔中的目标气体的浓度增加导致传感器信号的RMS值下降到低于阈值，仪器可以向操作者报警，例如，与传感器信号RMS值减小到阈值以下的量成比例地增加警报的音调和速率。LED指示器也可以以类似的渐进的方式发光。这种向操作者报警的方法不仅提供了与浓度增加有关的信息，而且给出了增加量的定性的说明。同样可以有一个或多个较低的灵敏度水平，可能需要更大的浓度变化来产生同样水平的警报。例如，操作者可以通过“双击”(例如，类似于计算机鼠标)按键932来选择各种预设的灵敏度。在可选择的实施例中，可以包括模拟电位计或刻度盘控制设备从而在连续的灵敏度范围内调节仪器。
此外，操作者可以选择在当前的浓度水平上使警报静音，使得仪器只在更高的浓度水平上发出警报。他可以通过快速地按压按钮实现这种功能，使当前的传感器信号RMS值替换CPU存储器中存储的先前的“重设”值。这个功能在这里称为“重设”。
例如，可以通过按下按钮并短时间保持(例如，一秒半)来关闭仪器。应该认识到，尽管在示例性的实施例中，所有的操作特征都通过单个的按钮控制，但是其同样可以通过多个按钮或控制器进行控制，每个控制一个或多个不同的特征。
在仪器的操作期间，参数和环境的变化可能导致呈现给A/D转换器的交流信号缓慢地偏离最佳的目标值，即使样品腔中目标气体的浓度保持不变。CPU能够识别这种情况，可以自动地对细PWM占空比的值进行缓慢的、轻微的调整以维持最佳的性能。
上面描述的示例性实施例的仪器的一种实际的应用是气体泄漏检测，这种情况下必须识别并定位受压容器的很小的气体泄漏。通常，技术人员或在远离容器或其他目标气体源的地方打开仪器并等待上电序列的完成。随后，将探测器的尖端缓慢地(例如，少于每秒钟2英寸)向可疑的泄漏处(例如，在四分之一英寸之内)移动。如果检测到泄漏(在探测器尖端处气体浓度增加)，会发出警报指示泄漏的存在。在大量泄漏的情况下，操作者可以将仪器的控制变成较低灵敏度，和/或利用“重设”特征使操作者能够对准(zero into)泄漏的准确位置。知道了泄漏的确切位置，可以进行修补，并重新检查容器以便确认满意的条件。
图13示出了本发明的另一个示例性实施例；在这种情况下为气体监测器。气体监测不同于气体泄漏检测，气体监测器并不确定气体浓度的迅速变化，而是准确地确定特定位置处气体浓度的数量，并在浓度超过预定的限制或一组限制时警告操作者。通常期望气体监测器在较长的周期上自动地工作，只需在超过气体浓度限制或者出于维护的目的时才进行干预。
与泄漏检测仪器类似，气体监测仪器900被构建在适合监测器所期望工作的环境的外壳中。包括传感器100及其相应的元件部分，带CPU的830的主电路板800，模拟和红外线驱动元件820和840，以及用户接口850。用户接口可包括与泄漏检测设备类似的指示设备，包括LED和/或LCD指示器、阵列和显示器，以及发出声音信号的设备(扬声器)。可以包括一个或多个按钮、键区或其他的控制器，用以控制仪器的操作。还可以通过电线或网络(无线或相反)连接到主计算机或其他设备，用以通过主计算机系统进行远程控制，并随后对气体浓度信息进行处理、存储、显示或传输。
探测器组件700可以替换为双向的气体阀760(或可以交替工作的两个或多个单向气体阀)。气体阀的一个入口可以与已知不包含目标气体(例如，外部环境气体)的校准气体源60连接，而另一个入口可以与被监测的环境气体50连接。阀的出口可以被引向传感器100的入口116，因此将气体50或60导入到样品腔112中。可以由CPU 830经CPU I/O 838通过控制信号762自动地控制阀760，从而，在一个操作模式(校准模式)下，将校准气体60吸入样品腔112，而在另一个操作模式(分析模式)下，将环境气体50吸入样品腔112。在另一个变化形式中，校准气体60可以是由汽缸、气袋或其他来源提供的已知浓度的目标气体(包括零浓度)。
气体监测仪器900可以设置在要收集和分析气体浓度信息的区域。CPU 830可以促使测量循环周期性地(例如，每分钟、每小时、每天或者更长时间测量一次)或者连续地发生。每个测量循环可以包括校准阶段和分析操作阶段。
在一个示例性操作方法中，校准阶段可以包括如下步骤：切换阀760以将校准气体60导向传感器100的样品腔112；打开抽吸泵600，因此将校准气体抽取到样品腔中；以及通过PWM 834经由红外线源驱动器840激发红外线源320的预热和校准循环(由此在校准气体中存在已知浓度(可以为零)气体的情况下，确定使最佳的传感器信号呈现给A/D转换器832的PWM占空比的值)。(通过快速正交检测算法计算得到的)最终的RMS信号可以存储为表示已知校准气体浓度的RMS值。
在另一个操作方法的校准阶段中，设定表示已知气体浓度的最佳RMS信号的预定的PWM占空比(在制造过程中编排的或者先前通过手动或自动的校准循环存储的)，因此避免了在每个分析循环中对样品校准气体的需要。预定的RMS值表示在前一次校准循环中取样的校准气体浓度所期望的RMS信号。
基于校准阶段的完成，开始操作的分析阶段。CPU 830将阀760切换为将环境气体50导向传感器100。短时间之后，计算出在存在环境气体的情况下表示交流传感器波形幅度的新RMS值，并且通过应用比尔-朗伯方程，利用在设计和/或制造传感器时预定的系数，计算出环境气体中目标气体的浓度。
然后，该气体浓度通过用户接口显示，传送至主计算机，和/或与一个或多个预先编排的设置点进行比较，这些设置点可以激活警报，用以警告操作者气体浓度是否超过了这些水平。
最后，CPU可以关闭仪器以节省电源能量，并等待下一个分析周期。
应该理解，这里所描述的示例和实施方式仅仅用于解释的目的，本领域技术人员可以由此想到各种修改或变化，这些修改和变化应该包含在本申请的精神和范围之内。

Claims (23)

1.一种用于感知至少一种预定气体存在的气体传感器，所述气体传感器包括：
红外线源；
麦克风；
与至少一种要检测的预定气体实质上类似的参考气体；
在其中限定了参考腔的参考体，参考腔具有与麦克风连接的压力口，以及
宽带光学窗口，至少与预定气体的吸收峰相对应的红外线波长可以从所述光学窗口中通过，光学窗口设置在红外线源与参考腔之间，参考气体被包含在光学窗口和麦克风之间的参考腔中。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述红外线源是低热容积的。
3.根据权利要求1所述的气体传感器，进一步包括插入在红外线源和样品气体之间的辅助宽带光学窗口，用以隔离红外线源和样品气体。
4.根据权利要求3所述的气体传感器，其中，所述辅助光学窗口是上游的红外线窗口，而光学窗口是下游的红外线窗口。
5.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述压力口与麦克风声学地连接。
6.根据权利要求4所述的气体传感器，其中，所述上游和下游的窗口是下面组中的一个，所述的组包括兰宝石、荧石、硒化锌、硅以及锗。
7.根据权利要求4所述的气体传感器，其中，可以涂覆所述上游和下游的窗口以窄化由上游及下游窗口传导的红外能量的频带。
8.根据权利要求1所述的气体传感器，进一步包括：
第一印刷电路板，所述第一印刷电路板与红外线源操作地连接并且包括用于和气体检测仪器配合的电接触器；以及
第二印刷电路板，所述第二印刷电路板与麦克风操作地连接并且包括主动滤波电路以及与第一印刷电路板电连接的接触器。
9.根据权利要求1所述的气体传感器，进一步包括歧管，所述歧管与参考体连接并在靠近参考腔的位置限定出样品腔，样品腔具有用于接收和排放样品气体的入口和出口，红外线源被设置为引导红外能量穿过样品腔中的样品气体。
10.根据权利要求9所述的气体传感器，进一步包括辅助宽带光学窗口，所述辅助宽带光学窗口设置在红外线源和样品腔之间，从而将产生自红外线源的红外能量分给样品气体，辅助光学窗口为上游的红外线窗口而光学窗口为下游的红外线窗口，红外线源被设置为引导红外能量首先穿过上游窗口，然后穿过样品腔中的样品气体，然后穿过下游窗口并进入参考气体。
11.根据权利要求9所述的气体传感器，其中，所述样品腔通过下列至少一种方式处理，抛光、电镀以及镀金。
12.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述参考腔通过下列至少一种方式处理，抛光、电镀以及镀金。
13.根据权利要求9所述的气体传感器，其中，所述参考腔通过下列至少一种方式处理，抛光、电镀以及镀金。
14.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述红外线源可操作地通过PWM波形驱动，PWM波形发生器与红外线源操作连接。
15.根据权利要求14所述的气体传感器，其中，所述PWM波形发生器可以是单阶段发生器或者两阶段发生器。
16.根据权利要求9所述的气体传感器，其中，所述红外线源可操作地通过PWM波形驱动，PWM波形发生器与红外线源操作连接。
17.根据权利要求16所述的气体传感器，其中，所述PWM波形发生器可以是单阶段发生器或者两阶段发生器。
18.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述参考气体为二氧化碳。
19.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述麦克风是驻极体电容器麦克风。
20.根据权利要求4所述的气体传感器，进一步包括手持式气体检测仪器，所述手持式气体检测仪器包括：
歧管，所述歧管与参考体连接并在靠近参考腔的位置限定出样品腔，样品腔具有用于接收和排放样品气体的入口和出口，红外线源被设置为引导红外能量穿过样品腔中的样品气体，
第一印刷电路板，所述第一印刷电路板与红外线源操作地连接并且具有与红外线源电连接用以和气体检测仪器配合的第一接触器；
第二印刷电路板，所述第二印刷电路板与麦克风操作地连接并且具有主动滤波电路以及与第一印刷电路板电连接的第二接触器；
电源；
电路板组件，所述电路板组件与电源操作地连接，并包括：
与第一和第二印刷电路板操作地连接的传感器电路；
与入口和出口中的至少一个流体地连接的抽吸泵；
用于激励红外线源、传感器和泵中的至少一个的控制器；
用于读取仪器状态的指示器；
探测器，所述探测器限定出贯穿其中的、与入口流体地连接的内腔；以及
外壳，所述外壳限定出：
传感器室，所述传感器室的尺寸适于在其中安装红外线源、麦
克风、参考体以及上游和下游光学窗口，和
电源室，所述电源室的尺寸适于在其中安装电源。
21.根据权利要求20所述的气体传感器，其中，所述气体探测仪器是气体泄漏探测仪和气体监测仪中的一种。
22.一种用于感知至少一种预定气体存在的气体传感器，所述气体传感器包括：
红外线源；
麦克风；
与至少一种要检测的预定气体实质上类似的参考气体；
在其中限定了参考腔的参考体，参考腔具有与麦克风连接的压力口；
与参考体连接并在靠近参考腔的位置限定出样品腔的歧管，样品腔具有用于接收和排放样品气体的入口和出口；
设置在参考腔和样品腔之间，并且设置在红外线源和参考腔之间的下游宽带光学窗口，至少与预定气体的吸收峰相对应的红外线波长可以从所述下游宽带光学窗口中通过，参考气体被包含在下游光学窗口和麦克风之间的参考腔中；
设置在红外线源和样品腔之间用以隔离红外线源与样品腔中的样品气体的上游宽带光学窗口；
红外线源，所述红外线源被设置为引导红外能量首先穿过上游窗口，然后穿过样品腔中的样品气体，然后穿过下游窗口并进入参考气体；
第一印刷电路板，所述第一印刷电路板与红外线源操作地连接，并且包括用以与气体检测仪器配合的电接触器，
第二印刷电路板，所述第二印刷电路板与麦克风操作地连接，并且包括主动滤波电路以及与第一印刷电路板电连接的接触器。
23.一种手持式气体检测器，包括：
电源；
外壳，所述外壳限定出：
尺寸适于在其中安装根据权利要求22所述的气体传感器的传感器室；以及
尺寸适于在其中安装电源的电源室；
电路板组件，所述电路板组件与电源操作地连接，并包括：
与第一和第二印刷电路板操作连接的传感器电路；
抽吸泵，所述抽吸泵与入口和出口中的至少一个流体地连接；
控制器，所述控制器用于激励红外线源、传感器和泵中的至少一个；以及
用于读取仪器状态的指示器；以及
探测器，所述探测器限定出贯穿其中的、与入口流体地连接的内腔。
CNA2008101006828A 2007-05-07 2008-05-07 低功率快速红外气体传感器、手持式气体泄漏检测器以及利用吸收性光声检测的气体监测器 Pending CN101303298A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US92800007P 2007-05-07 2007-05-07
US60/928,000 2007-05-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101303298A true CN101303298A (zh) 2008-11-12

Family

ID=39968680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2008101006828A Pending CN101303298A (zh) 2007-05-07 2008-05-07 低功率快速红外气体传感器、手持式气体泄漏检测器以及利用吸收性光声检测的气体监测器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20080277586A1 (zh)
JP (1) JP2009002938A (zh)
CN (1) CN101303298A (zh)

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101907567A (zh) * 2010-06-25 2010-12-08 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于真空隧道电流检测的红外气体检测方法及检测装置
CN102564949A (zh) * 2010-12-30 2012-07-11 神基科技股份有限公司 气体检测系统及气体检测方法
CN102636437A (zh) * 2006-11-06 2012-08-15 矿井安全装置公司 光声气体传感器
CN102980871A (zh) * 2011-07-29 2013-03-20 Abb技术股份公司 光学气体分析装置
CN104129062A (zh) * 2013-05-01 2014-11-05 英威达科技公司 检测聚合工艺期间的氮吹事件
CN104215579A (zh) * 2010-10-21 2014-12-17 光学传感器公司 具有验证单元的光谱仪
CN104568757A (zh) * 2013-10-14 2015-04-29 英飞凌科技股份有限公司 用于分析气体的光声气体传感器设备和方法
CN105136405A (zh) * 2015-07-20 2015-12-09 合肥众沃仪器技术有限公司 便携式吸烟机抽吸机构检漏仪
CN106153548A (zh) * 2015-03-27 2016-11-23 英飞凌科技股份有限公司 气体传感器
US9570659B2 (en) 2013-10-14 2017-02-14 Infineon Technologies Ag Semiconductor device for emitting frequency-adjusted infrared light
TWI579112B (zh) * 2016-04-08 2017-04-21 國立高雄應用科技大學 旋轉裝置之扭力檢知器
CN106872372A (zh) * 2017-03-17 2017-06-20 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种用于气体分析的恒温积分球装置
CN107796762A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 英飞凌科技股份有限公司 气体分析仪
CN107917879A (zh) * 2016-10-11 2018-04-17 重航空器研究公司 用于颗粒和气态种类的光吸收的光声测量的装置和方法
CN107966250A (zh) * 2017-11-24 2018-04-27 中北大学 一种面向气体传感的微型多功能结构渗液检测仪
CN108369139A (zh) * 2015-10-09 2018-08-03 霍尼韦尔国际公司 使用高莱探测器的气体检测器
CN109540802A (zh) * 2018-12-13 2019-03-29 东北大学 一种生物体液中葡萄糖浓度的光声检测装置及方法
CN110646362A (zh) * 2018-06-26 2020-01-03 浙江三花智能控制股份有限公司 车内二氧化碳浓度的检测方法
CN111049596A (zh) * 2019-12-18 2020-04-21 公安部第三研究所 一种对讲终端音频激活声压的测试方法及测试系统
CN111157455A (zh) * 2018-11-08 2020-05-15 英飞凌科技股份有限公司 光声传感器模块和组件
CN111854830A (zh) * 2019-04-25 2020-10-30 德尔格制造股份两合公司 用于监控声音和气体暴露的设备和方法
US10883875B2 (en) 2015-03-05 2021-01-05 Honeywell International Inc. Use of selected glass types and glass thicknesses in the optical path to remove cross sensitivity to water absorption peaks
CN113075130A (zh) * 2021-02-26 2021-07-06 深圳市美思先端电子有限公司 光声学气体浓度检测装置及其控制方法
CN113366293A (zh) * 2019-01-25 2021-09-07 多传感器科学公司 用于经由使用定制的反射器设施对光学吸收的测量进行泄漏监测的系统及方法
US11187653B2 (en) 2018-06-26 2021-11-30 Hangzhou Sanhua Research Institute Co., Ltd. Infrared sensor and infrared gas detector

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8548271B2 (en) * 2008-01-08 2013-10-01 Opgal Optronic Industries Ltd. System and method for gas leakage detection
US8692202B2 (en) * 2010-09-23 2014-04-08 Li-Cor, Inc. Gas exchange system flow configuration with thermally insulated sample chamber
EP2619549B1 (en) 2010-09-23 2018-03-21 Li-Cor, Inc. Gas exchange system flow configuration
US8610072B2 (en) 2010-09-23 2013-12-17 Li-Cor, Inc. Gas exchange system flow configuration
US9243954B2 (en) * 2011-03-11 2016-01-26 Leco Corporation Circuit and method for controlling an IR source for an analytical instrument
FR2974413B1 (fr) * 2011-04-21 2014-06-13 Commissariat Energie Atomique Detecteur de gaz photoacoustique a cellule de helmholtz
US8661896B2 (en) * 2011-07-26 2014-03-04 Mine Safety Appliances Company Protective enclosure for use with a sensor for detecting an analyte
US9927365B2 (en) * 2011-10-21 2018-03-27 Ag Instruments Ltd. Gas analysers and a method of making a gas analyser
CN102494857A (zh) * 2011-11-28 2012-06-13 河南省电力公司周口供电公司 Gis设备sf6气体泄漏监视自动排气装置
US20130275053A1 (en) * 2012-04-17 2013-10-17 Selman and Associates, Ltd. Computer implemented method for analyzing a gas sample using an inline gas analyzer
US9239008B2 (en) * 2012-10-16 2016-01-19 General Electric Company Turbine leak detection system
WO2014130970A2 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 Life Technologies Corporation Optical systems and methods for biological analysis
WO2014136414A1 (ja) * 2013-03-04 2014-09-12 パナソニック株式会社 デバイス
CA2859411A1 (en) * 2013-08-29 2015-02-28 General Electric Company Method and system for detecting components in a fluid
JP6308357B2 (ja) * 2014-01-10 2018-04-11 横河電機株式会社 校正用サンプルの製造方法
WO2015162876A1 (ja) * 2014-04-22 2015-10-29 日本電気株式会社 半導体装置と該半導体装置を備えた赤外線撮像装置、及び半導体装置の制御方法
US9990842B2 (en) * 2014-06-03 2018-06-05 Carrier Corporation Learning alarms for nuisance and false alarm reduction
WO2016094642A1 (en) * 2014-12-12 2016-06-16 Thorlabs, Inc. Optical spectroscopic measurement system
FR3032795A1 (fr) * 2015-02-17 2016-08-19 Eco Gtb Capteur de co2 sur batterie avec sortie analogique en valeur ohmique pour systeme de gestion technique de batiment
US20160313233A1 (en) * 2015-04-23 2016-10-27 National Institute Of Standards And Technology Photoacoustic spectrometer for nondestructive aerosol absorption spectroscopy
KR102222130B1 (ko) * 2015-08-20 2021-03-04 가부시키가이샤 호리바 에스텍 Cp₂Mg 농도 측정 장치
US10458900B2 (en) 2015-09-10 2019-10-29 Honeywell International Inc. Gas detector with normalized response and improved sensitivity
EP3359933A1 (en) 2015-10-09 2018-08-15 Honeywell International Inc. Electromagnetic radiation detector using a planar golay cell
JP6649049B2 (ja) * 2015-11-12 2020-02-19 株式会社オーディオテクニカ コンデンサマイクロホンユニットとコンデンサマイクロホンとコンデンサマイクロホンの製造方法
JP6751156B2 (ja) * 2016-11-28 2020-09-02 京セラ株式会社 センサ用配線基板、センサ用パッケージおよびセンサ装置
EP4361510A2 (en) 2017-04-06 2024-05-01 Carrier Corporation Moderate-to-low global warming potential value refrigerant leak detection
US10113956B1 (en) * 2017-08-15 2018-10-30 Aurora Innovative Technology LLC Remote gas leakage detection systems using mid-infrared laser
FR3069639B1 (fr) * 2017-07-26 2019-08-30 Pfeiffer Vacuum Sonde de reniflage, detecteur de fuites et procede de detection de fuites
DE102018208826A1 (de) 2018-06-05 2019-12-05 Inficon Gmbh Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Gassensors
CN111380651A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 株式会社岛津制作所 检测仪器的状态指示方法及其装置、介质和系统
US11685226B2 (en) * 2019-07-08 2023-06-27 Basden Francis Automobile air conditioning unit leak detection device
CN113804639A (zh) * 2021-10-11 2021-12-17 江苏省精创电气股份有限公司 手持式卤素检漏仪用非调制红外传感器及其定量检测方法
US11643943B1 (en) 2021-11-30 2023-05-09 General Electric Company Gimbal systems, apparatus, articles of manufacture and associated methods
US11971329B2 (en) 2021-11-30 2024-04-30 General Electric Company Methods and apparatus to autonomously detect thermal anomalies
CN113898570B (zh) * 2021-12-08 2022-02-08 常州萨柏美格医用气体设备有限公司 气体流动过程检测装置及方法、空气压缩机组及检测方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3869613A (en) * 1972-02-01 1975-03-04 Akron Scient Labs Infrared gas analyzers
US3953734A (en) * 1974-11-22 1976-04-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Nulling device for detection of trace gases by NDIR absorption
DE2808033A1 (de) * 1978-02-24 1979-08-30 Siemens Ag Einrichtung zur unterdrueckung der wasserdampf-querempfindlichkeit bei einem nicht dispersiven infrarot-gasanalysator
US4595016A (en) * 1985-01-30 1986-06-17 Mine Safety Appliances Co. APNEA monitor
JPS62126329A (ja) * 1985-11-27 1987-06-08 Horiba Ltd 吸光分析計
US5340987A (en) * 1991-03-15 1994-08-23 Li-Cor, Inc. Apparatus and method for analyzing gas
US5455423A (en) * 1993-08-25 1995-10-03 Orbital Sciences Corporation Gas bubble detector
US5394934A (en) * 1994-04-15 1995-03-07 American Standard Inc. Indoor air quality sensor and method
PT855592E (pt) * 1997-01-25 2006-11-30 Siemens Schweiz Ag Sensor de gás optoacústico
US6567171B1 (en) * 2000-04-03 2003-05-20 Rushing Allen J Digital densitometer with controlled light emitter
US6791088B1 (en) * 2001-05-04 2004-09-14 Twin Rivers Engineering, Inc. Infrared leak detector
US6841778B1 (en) * 2001-11-09 2005-01-11 Environmental Systems Products Holdings Inc. Method and apparatus for measuring particulates in vehicle emissions
JP3839325B2 (ja) * 2002-01-24 2006-11-01 理研計器株式会社 ガス供給アダプタおよびガス警報ユニット
US7253413B2 (en) * 2004-11-15 2007-08-07 Smiths Detection Inc. Gas identification system
US7213444B2 (en) * 2005-05-16 2007-05-08 Carthago International Solutions, Inc. Optoacoustic gas sensor
US7398672B2 (en) * 2006-07-12 2008-07-15 Finesse Solutions, Llc. System and method for gas analysis using photoacoustic spectroscopy

Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636437A (zh) * 2006-11-06 2012-08-15 矿井安全装置公司 光声气体传感器
CN102636437B (zh) * 2006-11-06 2014-08-13 矿井安全装置公司 光声气体传感器
CN101907567A (zh) * 2010-06-25 2010-12-08 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于真空隧道电流检测的红外气体检测方法及检测装置
CN104215579A (zh) * 2010-10-21 2014-12-17 光学传感器公司 具有验证单元的光谱仪
CN102564949A (zh) * 2010-12-30 2012-07-11 神基科技股份有限公司 气体检测系统及气体检测方法
CN102564949B (zh) * 2010-12-30 2014-03-12 神基科技股份有限公司 气体检测系统及气体检测方法
CN102980871B (zh) * 2011-07-29 2017-03-01 Abb技术股份公司 光学气体分析装置
CN102980871A (zh) * 2011-07-29 2013-03-20 Abb技术股份公司 光学气体分析装置
CN104129062A (zh) * 2013-05-01 2014-11-05 英威达科技公司 检测聚合工艺期间的氮吹事件
US10495612B2 (en) 2013-10-14 2019-12-03 Infineon Technologies Ag Photoacoustic gas sensor device and a method for analyzing gas
US9570659B2 (en) 2013-10-14 2017-02-14 Infineon Technologies Ag Semiconductor device for emitting frequency-adjusted infrared light
CN104568757A (zh) * 2013-10-14 2015-04-29 英飞凌科技股份有限公司 用于分析气体的光声气体传感器设备和方法
US11067542B2 (en) 2013-10-14 2021-07-20 Infineon Technologies Ag Photoacoustic gas sensor
US10883875B2 (en) 2015-03-05 2021-01-05 Honeywell International Inc. Use of selected glass types and glass thicknesses in the optical path to remove cross sensitivity to water absorption peaks
CN106153548A (zh) * 2015-03-27 2016-11-23 英飞凌科技股份有限公司 气体传感器
CN106153548B (zh) * 2015-03-27 2020-01-10 英飞凌科技股份有限公司 气体传感器
CN105136405A (zh) * 2015-07-20 2015-12-09 合肥众沃仪器技术有限公司 便携式吸烟机抽吸机构检漏仪
CN108369139A (zh) * 2015-10-09 2018-08-03 霍尼韦尔国际公司 使用高莱探测器的气体检测器
TWI579112B (zh) * 2016-04-08 2017-04-21 國立高雄應用科技大學 旋轉裝置之扭力檢知器
CN107796762A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 英飞凌科技股份有限公司 气体分析仪
CN107917879A (zh) * 2016-10-11 2018-04-17 重航空器研究公司 用于颗粒和气态种类的光吸收的光声测量的装置和方法
CN107917879B (zh) * 2016-10-11 2022-08-30 重航空器研究公司 用于颗粒和气态种类的光吸收的光声测量的装置和方法
CN106872372B (zh) * 2017-03-17 2023-11-17 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种用于气体分析的恒温积分球装置
CN106872372A (zh) * 2017-03-17 2017-06-20 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种用于气体分析的恒温积分球装置
CN107966250B (zh) * 2017-11-24 2019-12-17 中北大学 一种面向气体传感的微型多功能结构渗液检测仪
CN107966250A (zh) * 2017-11-24 2018-04-27 中北大学 一种面向气体传感的微型多功能结构渗液检测仪
CN110646362A (zh) * 2018-06-26 2020-01-03 浙江三花智能控制股份有限公司 车内二氧化碳浓度的检测方法
US11187653B2 (en) 2018-06-26 2021-11-30 Hangzhou Sanhua Research Institute Co., Ltd. Infrared sensor and infrared gas detector
CN111157455A (zh) * 2018-11-08 2020-05-15 英飞凌科技股份有限公司 光声传感器模块和组件
CN109540802A (zh) * 2018-12-13 2019-03-29 东北大学 一种生物体液中葡萄糖浓度的光声检测装置及方法
CN113366293A (zh) * 2019-01-25 2021-09-07 多传感器科学公司 用于经由使用定制的反射器设施对光学吸收的测量进行泄漏监测的系统及方法
CN111854830A (zh) * 2019-04-25 2020-10-30 德尔格制造股份两合公司 用于监控声音和气体暴露的设备和方法
CN111049596B (zh) * 2019-12-18 2022-04-26 公安部第三研究所 一种对讲终端音频激活声压的测试方法及测试系统
CN111049596A (zh) * 2019-12-18 2020-04-21 公安部第三研究所 一种对讲终端音频激活声压的测试方法及测试系统
CN113075130A (zh) * 2021-02-26 2021-07-06 深圳市美思先端电子有限公司 光声学气体浓度检测装置及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009002938A (ja) 2009-01-08
US20080277586A1 (en) 2008-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101303298A (zh) 低功率快速红外气体传感器、手持式气体泄漏检测器以及利用吸收性光声检测的气体监测器
CN102539338B (zh) 运用光声光谱进行变压器油中气体含量在线监测的系统
Cohn et al. GasSense: Appliance-level, single-point sensing of gas activity in the home
EP1990629A1 (en) Low-power fast infrared gas sensor, hand held gas leak detector, and gas monitor utilizing absorptive-photo-acoustic detection
WO2006110600A3 (en) Apparatus system and method for monitoring, recording and billing individual fixture and unit water usage in a multi-unit structure
US20120318041A1 (en) Method and apparatus for measuring gas concentrations
BR112012029154B1 (pt) Aparelho configurado para detectar o uso de gás, método para fornecer o mesmo e método para detectar o uso de gás
EP2518473A1 (en) Photoacoustic sensor with adaptive operating frequency
CN104251842A (zh) 利用大气中的氧气实现光声光谱系统池常数的在线校准方法
CN110333190A (zh) 一种扩散式光声微腔气体传感器
CN108107011B (zh) 一种基于双光源水质cod检测参数的智能传感器
CN102564949A (zh) 气体检测系统及气体检测方法
Kuhn et al. Versatile gas detection system based on combined NDIR transmission and photoacoustic absorption measurements
CN108982777A (zh) 一种基于物联网的废弃物气体排放监测系统
US8661874B2 (en) Photoacoustic detector with background signal correction
CN204882344U (zh) 触摸屏气体分析仪
CN114279964A (zh) 一种激光甲烷泄漏监测器及甲烷泄露监测方法
CN104198461A (zh) 基于拉曼效应的工业过程气体分析仪
CN202330349U (zh) 一种空气监测与分析系统
CN105334178A (zh) 一种基于检波整流电路的有害气体监测系统
CN205920043U (zh) 一种气体检测器
CN209927171U (zh) 一种天气预报与环境及水质监测系统
CN203745379U (zh) 手持试纸反射仪
CN113075164A (zh) 激光探测式气体检测仪器
CN209069521U (zh) 一种荧光油料泄漏传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1125462

Country of ref document: HK

C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20081112

REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: WD

Ref document number: 1125462

Country of ref document: HK