CN102636442B - 用于使用浸胶带探测各种气体的波长谱分析的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种包括浸胶带、可调颜色源、光电二极管和处理器的设备。所述可调颜色源朝所述浸胶带发射第一辐射并在光谱中的多个不同目标波长中的每一个下操作。所述光电二极管测量从所述浸胶带反射的第二辐射，以及所述处理器分析来自于所述光电二极管的测量以从所述多个目标波长中确定峰值波长。基于所述峰值波长，所述处理器确定在所述浸胶带上色斑的颜色和暗度。基于所确定的色斑的颜色和暗度，所述处理器还确定所述浸胶带所暴露于的气体的类型和浓度。

Description

用于使用浸胶带探测各种气体的波长谱分析的系统和方法

技术领域

本发明一般地涉及气体探测。更特别地，本发明涉及使用可调颜色源和波长谱分析来探测多种类型的气体。

背景技术

使用浸胶带(treated tape)测量气体的气体探测器在本领域是已知的。例如，使用浸胶带的一些气体探测器能够测量开始与该带相接触的低浓度气体。

在已知的气体探测器中，浸胶带可以包括化学处理的纸，该化学处理的纸对目标气流起反应，例如，该目标气流由气体探测器内部的样品提取系统所输送。浸胶带能够通过在目标气体与该带相接触的点改变颜色来对气流起反应。

不同类型的目标气体能够在该带上引起不同的色斑。相似地，目标气体的不同浓度能够改变该带上的色斑。例如，更高浓度的目标气体能够产生更暗的斑点。

使用浸胶带测量气体浓度的已知气体探测器结合了LED。该LED可具有校准的强度且可以作为该定向到该带上的光源。来自该带和其上任何斑点的光反射可以被光电二极管测量。因而，该斑点的暗度可以被测量，并且该目标气体的浓度可以被确定。

使用浸胶带的一些已知气体探测器仅采用单波长LED。单波长LED气体探测器对由特定类型气体引起的单个斑点颜色具有高灵敏度。也就是说，单波长LED气体探测器对探测单个类型的气体是高度敏感的，因为该LED的波长针对由该特定类型气体引起的特定带颜色而被校准。然而，这些单波长LED气体探测器对由其他类型气体引起的斑点颜色有减少的和/或最低的灵敏度。因而，单波长LED气体探测器对探测多类型气体具有差的灵敏度。

因此，对于探测多类型气体的气体探测器具有持续的、正在进行的需求。优选地，这些气体探测器使用可调颜色源和波长谱分析。

发明内容

本发明公开了一种用于分析浸胶带的设备，包括：可调颜色源，朝所述浸胶带发射第一辐射，所述源在处理器的控制下操作以在光谱中的多个不同目标波长中的每一个下输出辐射；颜色传感器，被配置成接收由所述可调颜色源发射的辐射；以及光电二极管，测量从所述浸胶带反射的第二辐射；以及其中所述处理器被配置成分析来自于所述光电二极管的测量以从所述多个目标波长中确定峰值波长，以及基于所述峰值波长，确定在所述浸胶带上色斑的颜色和暗度；以及其中所述处理器被配置成在测量所述第二辐射之前将由所述颜色传感器接收的辐射的波长与所述源的目标波长相比较，并且如果波长不相同，则所述处理器调节所述源。

附图说明

图1是根据本发明系统的框图。

图2是根据本发明方法的流程图。

具体实施方式

虽然本发明容许有以许多不同形式的实施例，但其在附图中示出并将在此详细描述的特定实施例理解为本公开被认为是本发明原理的范例。并非意在将本发明限制于特定说明的实施例。

本发明的实施例包括使用可调颜色源和波长谱分析来探测多种类型气体的气体探测器。在本发明的实施例中，可调颜色源的波长和强度被调节，以及来自于该可调颜色源的光被定向到浸胶带上。光电二极管可测量来自于该浸胶带的反射，以及微处理器可分析来自于该光电二极管的结果以确定所暴露于该带的气体的类型和浓度。

例如，根据本发明的可调颜色源可以包括RGB(红色-绿色-蓝色)LED。根据本发明的可调颜色源也可以包括单独的红色LED，绿色LED，和蓝色LED。

可调颜色源能够由微处理器所控制使得来自于该源的净输出辐射被调节到目标波长。例如，在该源中的红色、绿色和蓝色元件中的每一个的强度可被调节以在目标波长下达到净输出辐射。在本发明的实施例中，微处理器能够控制该源单独地或同时地在光谱中的多个目标波长中的每一个下输出辐射。

在本发明的实施例中，该源输出的波长可沿光谱被调节到目标波长，该光谱例如是可见辐射光谱。在一些实施例中，微处理器可调节可调颜色源的波长从大约450nm到大约650nm。在该源输出的波长已经沿所期望的颜色光谱被调节到每个目标波长之后，该源完成颜色扫描。

根据本发明，来自可调颜色源的辐射可作为光源并且被定向到浸胶带上。光电二极管能够测量来自该带及其上任何斑点的反射辐射。在一些实施例中，光电二极管能够测量反射辐射的波长和强度。

当该源的波长沿光谱被调节时，光电二极管可测量反射辐射。从而，该光电二极管可获得与沿光谱的多个源输出波长相对应的测量。

当微处理器接收来自光电二极管的测量时，微处理器可执行光谱扫描分析以确定在该带上的斑点的颜色以及该色斑的暗度。基于这个确定，该微处理器可确定浸胶带所暴露于的气体的类型。在一些实施例中，微处理器还可确定该带所暴露于的气体的浓度。据此，本发明的系统和方法可在不损失对任一种特定类型气体的灵敏度的情况下探测不同类型气体的存在。

为了确定浸胶带所暴露于的气体的类型，本发明的系统和方法可确定光谱中的哪个源波长对于该带和其上的任何色斑具有最高的灵敏度。在一些实施例中，该带所暴露于的气体的浓度也可通过确定哪个光源波长具有最高灵敏度来被确定。

为了确定具有最高灵敏度的源波长，依据本发明的系统和方法可对来自该光电二极管的测量执行数据分析。例如，在本发明的一些实施例中，系统和方法可对来自光电二极管的测量在频域中执行快速傅里叶变换(FFT)。该FFT的结果能够指示对于由气体暴露所引起的色斑具有最高响应的源波长。

一旦具有最高灵敏度的波长被确定，本发明的系统和方法可识别在浸胶带上的斑点的相应的颜色和暗度。然后，本发明的系统和方法可确定该带所暴露于的气体的类型和浓度。例如，本发明的系统和方法可访问交叉参照表，以基于所识别的波长来识别斑点的相关颜色和暗度以及引起该斑点的气体的相关类型和浓度。

在可调颜色源包括RGB LED的实施例中，该RGB LED输出的波长输出可通过控制红色、绿色和蓝色元件中的每一个的波长来被调节。例如，可调节经过红色、绿色、和蓝色连接点中的每一个的电流以改变每个元件的强度。当三个连接点的波长扩散时，该RGB LED的净输出可被改变。

根据本发明的系统和方法可验证可调颜色源的实际输出与该源的目标输出相一致。也就是说，系统和方法可验证由该源所发射的辐射的实际波长和强度与目标波长和强度输出相一致。例如，在一些实施例中，可使用存储在微处理器中的光学参数来将目标波长输出与在LED处的驱动电流相比较。在一些实施例中，颜色传感器可测量该源的实际红色、绿色和蓝色的光学输出，并且系统和方法可计算该源的混合波长和强度。

在一些实施例中，该源的实际输出可通过测量红色、绿色和蓝色元件的每一个的电流和电压降来被验证。然后，从该源实际发射的辐射可被测量，并且实际的源输出的波长和强度可被测量。

当实际输出与目标输出不一致时，根据本发明的系统和方法可调节红色、绿色和蓝色元件中的每一个的强度。例如，根据本发明的系统和方法可使任何该红色、绿色或蓝色元件的输出变暗以使该源的输出变暗。

在一些实施例中，该源的光学性能的公差可被降低。例如，在该源处的温度可被测量，并且光学输出上的温度漂移可由微处理器来补偿。

在一些实施例中，本发明的系统和方法可使用白色源来代替可调颜色源。在这些实施例中，系统和方法可采用可调颜色探测，该可调颜色探测使用例如颜色过滤器或者照相机。

图1是根据本发明的系统100的框图。如图1中可见，系统100可包括微处理器110、可调颜色源120、颜色传感器130、浸胶带140和光电二极管150。在本发明的一些实施例中，可调颜色源120可包括RGB LED。在本发明的一些实施例中，微处理器110、可调颜色源120、颜色传感器130、浸胶带140和光电二极管150中的任意或一些可被收纳在外壳160中。

将被本领域普通技术人员理解的，微处理器110可包括存储在非瞬时计算机可读介质上的可执行控制软件112。微处理器110也可包括存储器114。在一些实施例中，存储器114可以是内部数据库，以及在一些实施例中，存储器114可以是可被微处理110访问的外部数据库。

微处理器110可控制可调颜色源120以沿光谱来调节源120的波长。也就是说，微处理110可调节源120使得该源在光谱中的多个目标波长下输出辐射。在一些实施例中，微处理器110可在可见光谱内调节源120的波长。在一些实施例中，微处理器110可以顺序地或同时地在不同波长下输出辐射。

颜色传感器130可接收和测量由源120所发射的辐射。然后，颜色传感器130可向微处理器110传送与所接收的辐射有关的测量，并且微处理器可确定由源120所实际输出的辐射的波长是否与该源的目标波长相一致。当该目标波长和实际输出波长不一致时，微处理器可调节源120直到达到一致。

浸胶带140可暴露于气体。例如，浸胶带140可暴露于环境空气，或者浸胶带可暴露于由提取系统所输送的气流中。要理解的是，带140暴露于空气和气体的方法不是对本发明的限制。

当浸胶带140暴露于空气时，空气中的气体可引起带140上的斑点。不同的气体可引起不同的色斑，并且不同的气体浓度可引起不同的斑点暗度级别。

有该源所发射的辐射可被定向到浸胶带140上，并且由带140所反射的辐射可由光电二极管150所测量。由带140上的任何色斑所反射的辐射也可由光电二极管150所测量。因此，光电二极管150可测量由带140所反射的任何辐射并且可探测在带140上的任何色斑而不管斑点的颜色或暗度。

由光电二极管150所获得的测量可被传送到微处理器110，并且微处理器110可分析这些测量以确定带140所暴露于的气体的类型和浓度。

图2是根据本发明的方法200的流程图。在本发明的实施例中，微处理器可执行方法200，该微处理器例如是如图1中所示的微处理器110。

方法200如在210中可确定颜色扫描是否已经完成。根据本发明，当源在光谱之内的每个目标波长下已经输出辐射时，颜色扫描完成。

如在215中，如果颜色扫描尚未完成，则可选择下一个目标颜色波长和强度。然后，如在220中，可调节R/G/B(红色/绿色/蓝色)元件强度以调节该源的输出波长到目标波长和强度。在这些调节之后，如在225中，可测量R/G/B元件的电流和电压。如在230中，可捕获R/G/B光强度，以及如在235中，可计算实际的颜色波长和强度。

方法200如在240中可确定输出颜色是否与目标颜色相一致。如果不一致，则如在220中，该方法可再次调节该R/G/B元件的强度，如在225中，测量该R/G/B元件的电流和电压，如在230中，捕获该R/G/B光强度，以及如在235中，计算实际的颜色波长和强度。

当如在240中所确定的，输出颜色与目标颜色相一致时，如在245中，可测量来自于光电二极管的输出。然后，如在210中，方法200可再次确定颜色扫描是否完成。

当如在210中所确定的，颜色扫描完成时，方法200如在250中可执行数据分析。如在255中，可确定最敏感的波长，以及如在260中，可确定在浸胶带上的斑点颜色。最后，如在265中，可确定气体的种类和气体浓度。

尽管上述已详细描述了一些实施例，但其他的修改是可能的。例如，为了实现期望的结果，在图中所描绘的逻辑流程不需要所示出的特定顺序，或连续的顺序。可提供其他的步骤，或者可从所描述的流程消除某些步骤，并且可以对所描述的系统增加其他的部件或从所描述的系统中去除组件。其他的实施例可以在之后的权利要求的的范围内。

从前述将看到，可在不背离本发明的精神和范围的情况下实现许多变化和修改。要理解的是，意在或应当推断没有相对于在此说明的特定系统或方法的限制。当然地，意在由所附权利要求覆盖所有落入权利要求范围内的这种修改。

Claims (13)

1.一种用于分析浸胶带的设备，包括：

可调颜色源，朝所述浸胶带发射第一辐射，所述源在处理器的控制下操作以在光谱中的多个不同目标波长中的每一个下输出辐射；

颜色传感器，被配置成接收由所述可调颜色源发射的辐射；以及

光电二极管，测量从所述浸胶带反射的第二辐射；以及

其中所述处理器被配置成分析来自于所述光电二极管的测量以从所述多个目标波长中确定峰值波长，以及基于所述峰值波长，确定在所述浸胶带上色斑的颜色和暗度；以及

其中所述处理器被配置成在测量所述第二辐射之前将由所述颜色传感器接收的辐射的波长与所述源的目标波长相比较，并且如果波长不相同，则所述处理器调节所述源。

2.权利要求1的设备，其中所述浸胶带包括化学处理的纸。

3.权利要求1的设备，其中所述可调颜色源包括RGB LED。

4.权利要求1的设备，其中所述可调颜色源包括红色LED、绿色LED和蓝色LED。

5.权利要求1的设备，其中所述可调颜色源包括白色源。

6.权利要求1的设备，其中所述处理器控制所述可调颜色源在所述多个不同目标波长的每一个下操作。

7.权利要求1的设备，其中所述光谱包括可见辐射光谱。

8.权利要求1的设备，其中所述光电二极管测量所述第二辐射的波长和强度。

9.权利要求1的设备，其中当所述源改变对多个目标波长中的不同目标波长的操作时，所述光电二极管测量所述第二辐射。

10.权利要求1的设备，其中所述处理器对来自于所述光电二极管的测量执行快速傅里叶变换以确定所述峰值波长。

11.权利要求10的设备，其中所述峰值波长与所述多个不同目标波长中的对所述浸胶带上的色斑最敏感的波长相对应。

12.权利要求1的设备，其中所述处理器基于所确定的所述色斑的颜色来确定所述浸胶带所暴露于的气体的类型。

13.权利要求12的设备，其中所述处理器基于所确定的所述色斑的暗度来确定所述浸胶带所暴露于的气体的浓度。