CN102770749A - 气体浓度监视器 - Google Patents

气体浓度监视器 Download PDF

Info

Publication number
CN102770749A
CN102770749A CN2010800645571A CN201080064557A CN102770749A CN 102770749 A CN102770749 A CN 102770749A CN 2010800645571 A CN2010800645571 A CN 2010800645571A CN 201080064557 A CN201080064557 A CN 201080064557A CN 102770749 A CN102770749 A CN 102770749A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
gas
sample
selected wavelength
check point
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.)
Granted
Application number
CN2010800645571A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102770749B (zh
Inventor
苏雷龙
钱峰
李岩琪
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.)
Empire Technology Development LLC
Original Assignee
Empire Technology Development LLC
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 Empire Technology Development LLC filed Critical Empire Technology Development LLC
Publication of CN102770749A publication Critical patent/CN102770749A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102770749B publication Critical patent/CN102770749B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/40—Measuring the intensity of spectral lines by determining density of a photograph of the spectrum; Spectrography
    • 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
    • G01N21/25—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
    • G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
    • G08B21/12—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to undesired emission of substances, e.g. pollution alarms
    • G08B21/16—Combustible gas alarms
    • 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
    • G01N2021/1793—Remote sensing
    • 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
    • G01N2021/3129—Determining multicomponents by multiwavelength light
    • G01N2021/3137—Determining multicomponents by multiwavelength light with selection of wavelengths after the sample
    • 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
    • G01N2021/3513—Open path with an instrumental source

Abstract

一般性地描述了涉及用于监测气体浓度的方法和系统的技术。一种示例气体监测设备包括：光源；MEMS微镜，设置在来自光源的已经通过样品的光的光路上，并且配置用于将选定波长的光导引到单一检测点；检测器，设置在所述单一检测点，并且配置用于将入射光转换为电信号；以及处理器，所述处理器被编程为基于所述电信号确定样品中的一种或多种气体的气体浓度。

Description

气体浓度监视器
技术领域
本公开一般地涉及气体浓度监视技术。
背景技术
除非另有声明，这一部分中所述的方法相对于本申请的权利要求而言并非现有技术，并且并不因为包括在这一部分中而承认是现有技术。
气体检测器、特别是能够可靠地量化一种或多种气体的气体浓度的气体检测器在工业、研究和其他设施中具有很多有用的应用。例如，任何易燃气体(例如甲烷、氢气等)具有与其相关联的爆炸下限和爆炸上限，并且任何时间空气中易燃气体的浓度落在其爆炸上限和上限之间时，爆炸可能会随着任何火花而发生。这种爆炸可能导致死亡、工业设施的破坏、生产中断以及诸如粉尘爆炸、矿井火灾和矿井坍塌之类的次生灾害。
发明内容
根据本公开的一个实施例，一种气体监测设备包括：光源；MEMS微镜，设置在来自光源的已经通过样品的光的光路上，并且配置用于将选定波长的光导引到单一检测点；检测器，设置在所述单一检测点，并且配置用于将入射光转换为电信号；以及处理器，所述处理器被编程为基于所述电信号确定样品中的一种或多种气体的气体浓度。
根据本公开的另一个实施例，一种确定气体样品中的气体浓度的方法包括：将光透射通过气体样品；将透射的光分离为多个波长；将透射通过所述气体样品的选定波长的光导引至单一检测点；以及基于由所述单一检测点处对所述选定波长进行检测而产生的信号来确定气体浓度。
根据本公开的另外一个实施例，一种用于保护避免特定气体的高浓度的报警系统，包括：气体浓度监测设备、处理器、和报警装置。所述气体浓度监测设备包括：MEMS微镜，所述MEMS微镜将已经透射通过用于监测有害气体的样品的选定波长的光引导至单一检测点；以及检测器，设置在所述单一检测点，所述检测器将入射光转换为电信号。所述处理器基于所述电信号来确定样品中的一种或多种气体的气体浓度，当特定气体的气体浓度超过阈值时产生警报。
前述概述只是示例性的，并非意欲按照任意方式进行限制。除了上述的示例方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，另外的方面、实施例和特征将变得清楚明白。
附图说明
图1示出了具有光路的气体监测设备的示例性实施例的示意图；以及
图2是用于监测气体浓度的方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
参考附图进行以下详细描述，所述附图形成了描述的一部分。在附图中，除非上下文另有规定，类似的符号典型地表示类似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并非意味着限制。在不脱离这里所展现主题的精神和范围的情况下，可以利用其他实施例或者可以进行其他变化。应该理解的是如这里一般性描述并且在附图中说明的本公开的方面可以按照多种不同的结构进行排列、替代、组合和设计，这里明确地考虑了这些内容并使其成为本公开的一部分。
本公开涉及监测气体浓度的技术、方法和设备等。
当光透射通过气体样品时或者当光入射到固体材料的薄盘上时，在材料中包含的分子选择性地吸收特定的独特频带或吸收线处的透射光。这些吸收线在光已经透射通过材料之后得到的光的光谱中是明显的。这样得到的光谱在现有技术中公知为材料的“吸收谱”。基于现有技术中已知的朗伯-比尔理论和化学计量学技术，可以针对具体的气体或气体混合物得出某些频带的吸收率和气体浓度之间的关系，使得能够实现气体样品的定性和定量分析。由于分子的基本振动而导致的气体分子的吸收谱通常位于中红外频带，即具有约400-4000cm-1波长的光，双倍化合物频率的吸收谱位于近红外频带，即具有约4000-14285cm-1或者约2500-700nm波长的光。甲烷(天然气的主要成分)具有在1650nm波长周围的近红外吸收峰。因此根据这里公开的实施例，针对甲烷可以在近红外波长范围中进行气体浓度检测。
这里公开的实施例设想了能够精确并可靠地确定气体样品中的一种或多种气体的浓度的气体监测设备。所述气体检测设备包括：光源、单一光传感器、衍射光栅和微机电系统(MEMS)扫描微镜(用作扫描光栅)。因为可以响应于控制信号精确地旋转或定位MEMS扫描微镜，可以将来自气体样品的吸收谱的光的每一个所需波长选择性地导引至光传感器，从而利用单一光传感器实现气体样品吸收谱的全光谱获取。气体样品吸收谱的全光谱获取与现有技术已知的任意化学计量技术相结合，允许利用单一光传感器对气体样品中包含的一种或多种气体的精确气体监测。
图1示出了具有光路150的气体监测设备100的示例性实施例的示意图。如所示的，气体监测设备100包括光源101、MEMS扫描微镜102、闪耀光栅109、单点检测装置103、准直光学元件104、聚焦光学元件105、处理器106、模数(A/D)转换器107和调节电路(conditioning circuit)108，以上元件可以如图所示地配置。光路150表示在气体监测设备100的操作期间来自光源101的光通过采样区域120传播至单点检测装置103的路径。
光源101可以是卤素光源、LED光源或者提供用于透射通过位于或者包含在采样区域120中的样品气体的光的宽带光源的其他光源。可以基于由气体样品吸收谱中的吸收线占据的波长来选择具体的光源。例如，对于含甲烷气体样品，其在近红外波长范围中具有吸收峰，可以将白炽灯泡或石英卤素灯泡用作近红外辐射的宽带光源。可以数字地驱动MEMS扫描微镜102(基于MEMS的光学扫描微镜)，并且将通过采样区域120的光导引至闪耀光栅109。通过迅速地旋转一个或多个特定的角度，MEMS扫描微镜102可以配置用于将通过采样区域120的光重复地导引至闪耀光栅109的所需部分。适于用作气体监测设备100中的MEMS扫描微镜102的基于MEMS的光学扫描微镜是从位于日本东京的日本信号公司(JapaneseSignalCompany)可得到的ESS 111A光学扫描微镜。闪耀光栅109用作气体监测设备100的闪耀光栅。闪耀光栅109配置用于将准直入射光的波长元素空间地分离，并且配置用于在特定的波长产生最大效率。单点检测装置103将入射光转换为电信号。在一些实施例中，单点检测装置103是InGaAS单点检测装置。然而，诸如PbS基、Ge基或Si基器件之类的现有技术中已知的其他类似光检测装置可以用作单点检测装置103。准直光学元件104可以是镜子、透镜系统或者其他光学元件，配置用于将来自单色光源101的入射光准直，并且将准直的光导引至MEMS扫描微镜102。聚焦光学元件105可以是镜子、透镜系统或其他光学元件，配置用于将来自闪耀光栅109的光聚焦且导引至单点检测装置103。处理器106可以用于定位MEMS扫描微镜102、适当地控制温控电路(未示出)、执行从A/D转换器107的信号获取、处理接收到的数据以及控制显示界面(未示出)。在一些实施例中，处理器106可以是单芯片处理器，例如从位于德克萨斯州的奥斯丁的硅实验室(Silicon Labs)可得到的C8051F单芯片微计算机。调节电路108对通过单点检测装置103产生的信号进行滤波和放大，以便进行模数转换。A/D转换器107对来自调节电路108的信号执行模数转换。
在一个实施例中，气体监测设备100配置用于监测甲烷气体的浓度，是一种可用于矿井中辅助防止爆炸的结构。在这一实施例中，单点检测装置103在长波近红外频带操作，以测量甲烷的吸收谱。此外，因为甲烷是易燃气体，气体监测设备100可以根据现有技术中已知的防爆要求进行配置，例如具有高强度外壳。可以将合适的报警显示器合并到气体监测设备100中，只要甲烷浓度接近或者超过预定安全阈值就激活所述警报显示器。
当气体监测装置100操作时，将样品气体引入到采样区域120，并且光源101将选定频带的光导引通过采样区域120。通过准直光学元件104对源自点光源(即径向发散光线的源)的光线151准直以形成准直的光束152。准直的光束152通过气体样品已知的距离，例如约10cm。采样区域120的长度，即准直光束152通过样品气体传播的距离，可以依赖于光强度和单点检测装置103的灵敏度而变化。准直光束152然后入射到MEMS扫描微镜102上。当准直光束152通过气体样品时，在气体样品中包含的一种或多种气体选择性地吸收某些已知频带的光。因此，在离开采样区域120时，准直光束152包括对于在气体样品中包含的气体(或多种气体)唯一的吸收谱(或者多个吸收谱)，准直光束152被导引至MEMS扫描微镜102。在处理器106的控制下，MEMS扫描微镜102旋转一个或多个角度以将准直光束152导引至闪耀光栅109的一个或多个部分，其中闪耀光栅109的被照射的一个或多个部分可以依赖于波长分量153的波长。闪耀光栅109经由衍射将构成准直光束152的光的连续波长空间地分离。当在闪耀光栅109的表面上扫描准直光束152时，执行入射光的全范围逐点扫描，从而选择性地将准直光束152的单一所需波长分量153导引至聚焦光学元件105。因此，当MEMS扫描微镜102在闪耀光栅109的不同部分扫描准直光束152时，可以将准直光束152的不同波长分量153导引至聚焦光学元件105。聚焦光学元件105将入射光(即波长分量153)聚焦到单点检测装置103。单点检测装置103将入射光转换为电信号，并且调节电路108对这些电信号进行滤波和放大，以便通过A/D转换器107进行A/D转换。由单点检测装置103产生的电信号可以是与进入单点检测装置103的光强度在幅度上成正比的模拟电信号。处理器106从A/D转换器107接收数字信号，并且可以使用现有技术中已知的多种化学计量技术的任一种来处理接收到的数据(即数字信号)以确定由图1的气体浓度数据170表示的样品气体的气体浓度。可以将由处理器106产生的气体浓度数据170实时地显示在显示界面上和/或进行存储，用于进一步分析和长期过程监测。此外，处理器106可以将样品气体的当前气体浓度与气体浓度安全阈值171进行比较，可以由用户规定所述气体浓度安全阈值。只要样品气体的当前气体浓度超过了气体浓度安全阈值171，处理器106可以引起向报警显示器或音频报警单元输出报警信号172。
由MEMS扫描微镜102执行的扫描过程使得能够使用单一光检测装置(即单点检测装置103)，而不是通过使用检测装置的阵列来量化气体样品的吸收谱。这是因为MEMS扫描微镜102与闪耀光栅109相结合可以执行所需频带的全带宽扫描，即可以旋转MEMS扫描微镜102以将光导引至闪耀光栅109的多个区域，使得可以通过单点检测装置103测量所覆盖范围中的各种波长的光。与依赖于多个光检测器的固定阵列的分光光度计不同，可以选择通过气体监测设备100测量的所需频带，以促进多种气体和气体混合物浓度的监测。此外，扫描微镜光栅技术(即MEMS扫描微镜102)的使用确保了高的效率和性能。首先，MEMS制造工艺的精度可以有效地消除扫描噪声。其次，因为将来自处理器106的驱动信号直接施加至MEMS扫描微镜102，驱动电路简单且易于调节。
传统的气体监测器主要基于电化学传感器，由于传感器精度和准确度的退化而具有有限的寿命。当这些传感器用于监测易燃气体时(例如在煤矿中)，准确度随时间的降低是严重的安全问题，并且当这些传感器用于化学过程的长期监测时，是一个严重的过程控制问题。在现有技术中还已知其他气体感测技术，但是其具有其他缺陷。例如，基于滤波器的近红外分光镜具有简单的结构和较小的尺寸，并且相对易于制造。然而，这种仪器具有低准确度并且只具有监测有限种类气体的能力。基于傅里叶理论的仪器具有高精度、良好的重复性和可靠性，但是核心部件(干涉仪)较大、昂贵、并且对于振动超级敏感，使其在工业设施中的使用成为问题。声光可调设备在不包括移动部分的情况下具有高精度，但是频率灵敏带有限。检测器阵列使用光栅(raster)作为格栅光栅(grating)，并且在不包括移动部件的情况下具有快速的响应，但是工作于长波近红外频带的阵列检测器非常昂贵和复杂。
相反，如这里所述的本公开的各种实施例可以基于单一光传感器和MEMS扫描微镜。此外，利用MEMS扫描微镜，确保了光路的可靠性，并且通过部件的小型化容易实现便携性。本公开的各种实施例也能够实现高分析解析度，并且可以在几秒钟之内产生数据。这种实时监测对于监测易燃气体、工业排放和要求严格的制造工艺是非常有益的。例如，在易燃气体成分突然增加的情况下，根据本公开实施例配置的气体监测设备可以立即报警，并且可以进行测量以获取用于挽救生命和财产的有价值的时间。
图2是用于监测气体浓度的方法200的示例性实施例的流程图。为了便于描述，根据与图1的气体监测设备100实质上类似的气体监测设备的操作来描述方法200。然而，气体监测设备的其他结构也可以执行方法200。方法200可以包括如功能块201、202、203、204和/或205所示的一个或多个操作、功能或动作。各种功能块并非意欲局限于所述的实施例。例如，本领域普通技术人员应该理解的是，对于这里公开的处理和其他处理，可以按照不同的顺序执行在所述处理和方法中执行的功能。另外，概述的步骤和操作只是作为示例提供，在不脱离所公开实施例的本质的情况下，步骤和操作的一些可以是可选的、组合为更少的步骤或操作、或者扩展到附加的步骤和操作。
在功能块201中(照射气体样品)，通过光源101照射气体样品以产生通过所述气体样品的光的吸收谱。然后通过合适的光学元件，例如准直光学元件104，将所述光导引至MEMS扫描微镜102。
在功能块202中(定位MEMS扫描镜)，MEMS扫描微镜102将已经通过采样区域120的光导引至闪耀光栅109。处理器106定位MEMS扫描微镜102，以将入射光导引至闪耀光栅109的特定部分，使得可以在功能块204中分析气体样品吸收谱的特定吸收线。
在功能块203中(分离吸收谱)，闪耀光栅109空间地分离入射光的波长分量。所产生的光的波长依赖于闪耀光栅109被照射的部分。因此，通过照射闪耀光栅109的特定部分可以产生所需的吸收线。
在功能块204中(测量吸收线)，通过单点监测装置103接收气体样品吸收谱的所需吸收线。可以通过在路径中的聚焦光学元件105将吸收线聚焦到单点检测装置103。单点检测装置103将接收的光能量转换为电信号，处理器106接收所述电信号作为数字数据。如果要求气体样品吸收谱的附加吸收线以执行气体样品的精确分析，针对每一条吸收线重复功能块203。
在功能块205中(确定气体浓度)，处理器106使用现有技术中已知的多种化学计量方法来处理接收的数据，以确定气体样品中目标气体的浓度。处理器106可以可选地将气体样品的当前气体浓度与预定的气体浓度安全阈值进行比较，以进一步确定是否发生报警条件。然后，处理器106向显示界面和/或数据存储器输出所述气体浓度数据，并且如果可能，向合适的报警显示器输出报警条件。
在系统方案的硬件和软件实现方式之间存在一些小差别；硬件或软件的使用一般(但并非总是，因为在特定情况下硬件和软件之间的选择可能变得很重要)是一种体现成本与效率之间权衡的设计选择。可以各种手段(例如，硬件、软件和/或固件)来实施这里所描述的过程和/或系统和/或其他技术，并且优选的手段将随着所述过程和/或系统和/或其他技术所应用的环境而改变。例如，如果实现方确定速度和准确性是最重要的，则实现方可以选择主要为硬件和/或固件配置的手段；如果灵活性是最重要的，则实现方可以选择主要是软件的实施方式；或者，同样也是可选地，实现方可以选择硬件、软件和/或固件的特定组合。
以上的详细描述通过使用方框图、流程图和/或示例，已经阐述了设备和/或过程的众多实施例。在这种方框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种方框图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。在一个实施例中，本公开所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字视频盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。
本领域技术人员应认识到，上文详细描述了设备和/或过程，此后使用工程实践来将所描述的设备和/或过程集成到数据处理系统中是本领域的常用手段。也即，这里所述的设备和/或过程的至少一部分可以通过合理数量的试验而被集成到数据处理系统中。本领域技术人员将认识到，典型的数据处理系统一般包括以下各项中的一项或多项：系统单元外壳；视频显示设备；存储器，如易失性和非易失性存储器；处理器，如微处理器和数字信号处理器；计算实体，如操作系统、驱动程序、图形用户接口、以及应用程序；一个或多个交互设备，如触摸板或屏幕；和/或控制系统，包括反馈环和控制电动机(例如，用于感测位置和/或速度的反馈；用于移动和/或调整分量和/或数量的控制电动机)。典型的数据处理系统可以利用任意合适的商用部件(如数据计算/通信和/或网络计算/通信系统中常用的部件)予以实现。
本公开所述的主题有时说明不同部件包含在不同的其他部件内或者不同部件与不同的其他部件相连。应当理解，这样描述的架构只是示例，事实上可以实现许多能够实现相同功能的其他架构。在概念上，有效地“关联”用以实现相同功能的部件的任意设置，从而实现所需功能。因此，这里组合实现具体功能的任意两个部件可以被视为彼此“关联”从而实现所需功能，而无论架构或中间部件如何。同样，任意两个如此关联的部件也可以看作是彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现所需功能，且能够如此关联的任意两个部件也可以被视为彼此“能可操作地耦合”以实现所需功能。能可操作地耦合的具体示例包括但不限于物理上可连接和/或物理上交互的部件，和/或无线交互和/或可无线交互的部件，和/或逻辑交互和/或可逻辑交互的部件。
至于本文中任何关于多数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以从多数形式转换为单数形式，和/或从单数形式转换为多数形式，以适合具体环境和应用。为清楚起见，在此明确声明单数形式/多数形式可互换。
本领域技术人员应当理解，一般而言，所使用的术语，特别是所附权利要求中(例如，在所附权利要求的主体部分中)使用的术语，一般地应理解为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”等)。本领域技术人员还应理解，如果意在所引入的权利要求中标明具体数目，则这种意图将在该权利要求中明确指出，而在没有这种明确标明的情况下，则不存在这种意图。例如，为帮助理解，所附权利要求可能使用了引导短语“至少一个”和“一个或多个”来引入权利要求中的特征。然而，这种短语的使用不应被解释为暗示着由不定冠词引入的权利要求特征将包含该特征的任意特定权利要求限制为仅包含一个该特征的发明，即便是该权利要求既包括引导短语“一个或多个”或“至少一个”又包括不定冠词(例如，不定冠词应当典型地被解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)；在使用定冠词来引入权利要求中的特征时，同样如此。另外，即使明确指出了所引入权利要求特征的具体数目，本领域技术人员应认识到，这种列举应典型地解释为意指至少是所列数目(例如，不存在其他修饰语的短语“两个特征”典型地意指至少两个该特征，或者两个或更多该特征)。另外，在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。本领域技术人员还应理解，实质上任意表示两个或更多可选项目的转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为给出了包括这些项目之一、这些项目任一方、或两个项目的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解为包括“A”或“B”、或“A和B”的可能性。
尽管已经在此公开了多个方案和实施例，但是本领域技术人员应当明白其他方案和实施例。这里所公开的多个方案和实施例是出于说明性的目的，而不是限制性的，本公开的真实范围和精神由所附权利要求表征。

Claims (20)

1.一种气体监测设备，包括：
光源；
MEMS微镜，设置在来自光源并已经通过样品的光的光路上，并且配置用于将选定波长的光导引到单一检测点；
检测器，设置在所述单一检测点，并且配置用于将入射光转换为电信号；以及
处理器，所述处理器被编程为基于所述电信号确定样品中的一种或多种气体的气体浓度。
2.根据权利要求1所述的气体监测设备，其中所述处理器被编程为控制MEMS微镜将来自光源并已经通过样品的光导引至闪耀光栅上的位置。
3.根据权利要求2所述的气体监测设备，其中所述光的所述选定波长与要被监测的样品中的一种或多种气体的吸收谱相对应。
4.根据权利要求1所述的气体监测设备，其中所述检测器是InGaAs单点检测装置。
5.根据权利要求1所述的气体监测设备，还包括准直光学元件，设置在光源和MEMS微镜之间的光路中。
6.根据权利要求1所述的气体监测设备，还包括聚焦光学元件，设置在通过MEMS微镜导引的所述选定波长的光的光路中，以将所导引的光聚焦到所述单一检测点上。
7.根据权利要求1所述的气体监测设备，其中所述光源是宽带光源。
8.一种确定气体样品中的气体浓度的方法，包括：
将光透射通过气体样品；
将透射光分离为多个波长；
将透射通过所述气体样品的选定波长的光导引单一检测点；以及
基于由所述单一检测点处对所述选定波长进行检测而产生的信号来确定气体浓度。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
在所述单一检测点处对所述选定波长进行检测，从而产生电信号；
其中基于所述电信号确定气体浓度。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：
选择要监测的透射光的波长；
其中所述导引包括控制MEMS微镜以将每一个所述选定波长导引至所述单一检测点。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述光的所述选定波长与气体样品的吸收谱相对应。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括：
在分离之前对所述透射光进行准直。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括：
将所述选定波长的透射光聚焦到所述单一检测点。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括：
从宽带光源产生所述光；
其中将从所述宽带光源产生的所述光透射通过所述气体样品。
15.一种用于保护避免特定气体的高浓度的报警系统，包括：
气体浓度监测设备，所述气体浓度监测设备包括：MEMS微镜，所述MEMS微镜将已经透射通过用于监测有害气体的样品的选定波长的光引导至单一检测点；以及检测器，设置在所述单一检测点，所述检测器将入射光转换为电信号；
处理器，所述处理器基于所述电信号来确定样品中的一种或多种气体的气体浓度；以及，
警报，当特定气体的气体浓度超过阈值时产生所述警报。
16.根据权利要求15所述的报警系统，其中所述处理器控制MEMS微镜，以经由闪耀光栅将所述选定波长的光导引至所述单一检测点。
17.根据权利要求16所述的报警系统，其中所述光的所述选定波长与要监测的样品中的一种或多种气体的吸收谱相对应。
18.根据权利要求17所述的报警系统，其中被监测的气体是甲烷，并且所述光的所述选定波长与甲烷的吸收谱相对应。
19.根据权利要求15所述的报警系统，其中所述检测器是InGaAs单点检测装置。
20.根据权利要求15所述的报警系统，其中所述警报是视觉警报或音频警报。
CN201080064557.1A 2010-06-09 2010-06-09 气体浓度监视器 Expired - Fee Related CN102770749B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2010/073695 WO2011153687A1 (en) 2010-06-09 2010-06-09 Gas concentration monitor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102770749A true CN102770749A (zh) 2012-11-07
CN102770749B CN102770749B (zh) 2015-04-22

Family

ID=45095802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080064557.1A Expired - Fee Related CN102770749B (zh) 2010-06-09 2010-06-09 气体浓度监视器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8648731B2 (zh)
JP (1) JP2013522633A (zh)
KR (1) KR101433497B1 (zh)
CN (1) CN102770749B (zh)
BR (1) BR112012029375A2 (zh)
WO (1) WO2011153687A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104937394A (zh) * 2012-11-22 2015-09-23 贝尔坦技术有限公司 用于气体的远程光学检测的设备

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103344335B (zh) * 2013-06-18 2014-04-02 武汉大学 一种基于mems检测器的中红外光谱仪
CN105320165A (zh) * 2015-11-30 2016-02-10 桂林斯壮微电子有限责任公司 车间氢气自动排放系统
US10900842B2 (en) 2019-01-11 2021-01-26 MP High Tech Solutions Pty Ltd On-board radiation sensing apparatus
US11813926B2 (en) 2020-08-20 2023-11-14 Denso International America, Inc. Binding agent and olfaction sensor
US11760169B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Particulate control systems and methods for olfaction sensors
US11881093B2 (en) 2020-08-20 2024-01-23 Denso International America, Inc. Systems and methods for identifying smoking in vehicles
US11828210B2 (en) 2020-08-20 2023-11-28 Denso International America, Inc. Diagnostic systems and methods of vehicles using olfaction
US11932080B2 (en) 2020-08-20 2024-03-19 Denso International America, Inc. Diagnostic and recirculation control systems and methods
US11636870B2 (en) 2020-08-20 2023-04-25 Denso International America, Inc. Smoking cessation systems and methods
US11760170B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Olfaction sensor preservation systems and methods
CN112363039B (zh) * 2020-10-29 2022-04-22 华南理工大学 一种有机光电器件的弱光检测系统及控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5767976A (en) * 1996-03-22 1998-06-16 Dragerwerk Ag Laser diode gas sensor
US20050225840A1 (en) * 2004-02-11 2005-10-13 Drasek William A V Dynamic laser power control for gas species monitoring
US7075653B1 (en) * 2005-04-29 2006-07-11 Heath Consultants Incorporated Method and apparatus for laser-based remote methane leak detection
US20070164221A1 (en) * 2001-08-31 2007-07-19 Russell James T Microspectrometer gas analyzer
CN101042340A (zh) * 2007-04-30 2007-09-26 西安交通大学 一种光纤传输的红外吸收式甲烷气体的检测方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2181536A (en) 1985-08-09 1987-04-23 Plessey Co Plc Wavelength scanning optical sensor
JP2000241313A (ja) 1999-02-17 2000-09-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ガス分光分析装置
JP3356134B2 (ja) 1999-10-07 2002-12-09 日本電気株式会社 ラジカル計測用光学系
EP1290416A4 (en) 2000-04-11 2004-11-24 Welldog Inc IN-SITU DETECTION AND ANALYSIS OF METHANE IN COAL BED METHOD INFORMATION WITH SPECTROMETERS
US7136588B1 (en) * 2000-12-22 2006-11-14 Cheetah Omni, Llc Apparatus and method for optical add/drop multiplexing
US6791086B2 (en) * 2001-08-31 2004-09-14 Respironics, Inc. Microspectrometer gas analyzer
US6816517B2 (en) * 2001-09-25 2004-11-09 International Business Machines Corporation Micro-electromechanical devices for wavelength tunable lasers
DE10319560A1 (de) 2003-04-24 2004-11-25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Mobile Ferndetektionsvorrichtung und Ferndetektionsverfahren für Methangasansammlungen
JP2005121463A (ja) * 2003-10-16 2005-05-12 Anritsu Corp ガスセンサ
JP4239799B2 (ja) 2003-11-25 2009-03-18 パナソニック電工株式会社 分光式特定成分センサ
US7218222B2 (en) * 2004-08-18 2007-05-15 Honeywell International, Inc. MEMS based space safety infrared sensor apparatus and method for detecting a gas or vapor
US7145455B2 (en) * 2004-08-18 2006-12-05 Honeywell International, Inc. MEMS based space safety infrared sensor apparatus and method
EP1969997A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-17 Radiometer Basel AG Sensor system
JP2008232918A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Anritsu Corp ガス検知装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5767976A (en) * 1996-03-22 1998-06-16 Dragerwerk Ag Laser diode gas sensor
US20070164221A1 (en) * 2001-08-31 2007-07-19 Russell James T Microspectrometer gas analyzer
US20050225840A1 (en) * 2004-02-11 2005-10-13 Drasek William A V Dynamic laser power control for gas species monitoring
US7075653B1 (en) * 2005-04-29 2006-07-11 Heath Consultants Incorporated Method and apparatus for laser-based remote methane leak detection
CN101042340A (zh) * 2007-04-30 2007-09-26 西安交通大学 一种光纤传输的红外吸收式甲烷气体的检测方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104937394A (zh) * 2012-11-22 2015-09-23 贝尔坦技术有限公司 用于气体的远程光学检测的设备
CN104937394B (zh) * 2012-11-22 2018-02-02 贝尔坦技术有限公司 用于气体的远程光学检测的设备

Also Published As

Publication number Publication date
US20110304470A1 (en) 2011-12-15
CN102770749B (zh) 2015-04-22
US8648731B2 (en) 2014-02-11
BR112012029375A2 (pt) 2016-07-26
WO2011153687A1 (en) 2011-12-15
JP2013522633A (ja) 2013-06-13
KR20120135299A (ko) 2012-12-12
KR101433497B1 (ko) 2014-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102770749B (zh) 气体浓度监视器
US7288770B2 (en) Real-time UV spectroscopy for the quantification gaseous toxins utilizing open-path or closed multipass white cells
US8508729B2 (en) Compact, low cost Raman monitor for single substances
US20220155273A1 (en) Multi-component gas and vapor monitoring sensor
US8077309B2 (en) Chemical analyzer for industrial process control
CN101504371B (zh) 液态奶中三聚氰胺含量的定量检测仪
Buldakov et al. Analyzing natural gas by spontaneous Raman scattering spectroscopy
CN101614667A (zh) 拉曼光谱系统及拉曼光谱测量方法
KR101784474B1 (ko) 파장분할 필터를 이용한 멀티 가스 검출장치
CN103245654A (zh) 基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪以及检测方法
US11579017B2 (en) Diode-pumped multipass cavity raman gas sensor and method of use
CN105973831A (zh) 一种四通道测量气体成分的热释电红外探测器
CN102954947A (zh) 一种双光源四探测器红外气体传感器
JP2013092524A (ja) データ取得方法
Alvarez et al. Techniques for measuring indoor radicals and radical precursors
KR20160102873A (ko) 원격 가스셀 검출기
CN103868906A (zh) 拉曼光谱系统及拉曼光谱测量方法
KR102640751B1 (ko) 다이크로익 필터를 이용한 유해물질 혼합가스의 검출 장치
CN214066923U (zh) 非分散红外长光程测量池联用测量气体系统
CN215114861U (zh) 一种共焦光谱仪
Mishra Optical Gas Sensors
KR20230077512A (ko) 선형 가변 밴드패스 필터를 이용한 유해물질 혼합가스의 검출 장치
RU143639U1 (ru) Устройство для дистанционного выявления паров и аэрозолей веществ в открытых и замкнутых газовых средах
RU171814U1 (ru) Источник оптического излучения для измерения концентрации молекул метана в газовой фазе
CN103776785A (zh) 一种集成型便携式超微光谱仪的光学系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150422

Termination date: 20190609