CN103620382A - 用于针对光学气体测量系统来控制辐射源可变性的装置及方法 - Google Patents
用于针对光学气体测量系统来控制辐射源可变性的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103620382A CN103620382A CN201280031436.6A CN201280031436A CN103620382A CN 103620382 A CN103620382 A CN 103620382A CN 201280031436 A CN201280031436 A CN 201280031436A CN 103620382 A CN103620382 A CN 103620382A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- source
- output signal
- irradiance
- radiation
- level
- 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
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 117
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 17
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 39
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims description 28
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 23
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 2
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 2
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000001915 proofreading effect Effects 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002644 respiratory therapy Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
- A61B5/082—Evaluation by breath analysis, e.g. determination of the chemical composition of exhaled breath
-
- 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
- G01J3/02—Details
- G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
- G01J3/108—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry for measurement in the infrared range
-
- 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
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
- G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
-
- 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
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physiology (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
一种红外探测器包括被配置为发射电磁辐射的辐射源。所述探测器包括源监测装置，所述源监测装置被配置为生成与通过所述辐射源的电阻相关的输出信号（62）。所述输出信号被用于在由所述探测器进行的测量中考虑辐射源温度。所述输出信号可以被用于（72）对所述辐射源的电力提供，以将所述探测器的温度维持在有益水平。所述探测器被配置为监测能呼吸气体流中的气体分子种类的水平。
Description
技术领域
本公开涉及通过补偿和/或调整红外源来改进通过红外光谱法的气体测量的方法及装置。
背景技术
已知基于对通过气体的红外电磁辐射的测量来执行所述气体水平的测量的系统。在这样的系统中，辐射源的发射参数可以随着所述辐射源（例如，在单一使用期内，几个期上，等等）的温度迁移而改变。发射参数的这些改变可能增加预热时间要求、降低准确度、要求现场校准和/或与其他缺陷相关联。
发明内容
因此，本公开的一个或多个方面涉及一种探测器，其被配置为监测能呼吸气体流中的气体分子种类的水平。在一个实施例中，所述探测器包括源、源光学器件、辐射传感器组件、源监测装置以及处理器。所述源被配置为发射电磁辐射。所述源光学器件被配置为将由所述源发射的电磁辐射定向穿过能呼吸气体流的流动路径，所述流动路径与受试者的气道连通。所述辐射传感器组件被配置为接收已被所述源发射并且已通过所述流动路径的电磁辐射。所述传感器组件还被配置为生成传达与所接收的电磁辐射的参数相关的信息的输出信号。所述源监测装置被配置为生成传达与通过所述源的电阻相关的信息的输出信号。所述处理器被配置为基于由所述辐射传感器组件生成的所述输出信号来确定所述流动路径中的所述能呼吸气体流中的气体分子种类的水平。所述处理器还被配置为使得：对所述气体分子种类的所述水平的所述确定还基于由所述源监测装置生成的所述输出信号，以考虑通过所述源的所述电阻。
本公开的又另一方面涉及一种监测能呼吸气体流中的气体分子种类的水平的方法。在一些实施例中，所述方法包括：将由辐射源发射的电磁辐射定向穿过能呼吸气体流的流动路径，所述流动路径与受试者的气道连通；接收已被发射并且已通过所述流动路径的电磁辐射；生成传达与所接收的电磁辐射的参数相关的信息的输出信号；生成传达与通过所述源的电阻相关的信息的输出信号；并且基于传达与所接收的电磁辐射的所述参数的信息相关的所述输出信号来确定所述流动路径中的所述能呼吸气体流中的气体分子种类的水平，其中，所述确定还基于传达与通过源的所述电阻相关的信息的所述输出信号。
本公开的再另一方面涉及一种用于监测能呼吸气体流内气体分子种类的水平的系统。在一些实施例中，所述系统包括：用于将由辐射源发射的电磁辐射定向穿过能呼吸气体流的流动路径的器件，所述流动路径与受试者的气道连通；用于接收已被发射并且已通过所述流动路径的电磁辐射的器件；用于生成传达与所接收的电磁辐射的参数相关的信息的输出信号的器件；用于生成传达与通过所述源的电阻相关的信息的输出信号的器件；以及用于基于传达与所接收的电磁辐射的所述参数相关的信息的所述输出信号来确定所述能呼吸气体流中的气体分子种类的水平的器件，其中，所述确定还基于传达与通过源的所述电阻相关的信息的所述输出信号，以考虑通过所述源的所述电阻。
在参考附图考虑以下说明和权利要求书时，本发明的这些及其它目的、特征和特性以及操作方法和相关结构的元件功能及部件组合和制造的经济性将变得更加明显，所有附图均形成本说明书的部分，其中，在各个附图中相似的附图标记指示相应的部分。然而，应该明确理解，附图仅是出于图示和描述的目的，并且不旨在作为对本公开的限度的限制。
附图说明
图1为被配置为测量能呼吸气体流中的分子气体种类的水平的系统；
图2为示出多个辐射源的电阻与温度之间的相关性的图；
图3为示出被用于发射电磁辐射的脉冲的辐射源中温度对时间的图；并且
图4图示了测量能呼吸气体流中的分子气体种类的水平的方法。
具体实施方式
本文中使用的单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括多个指代物，除非上下文中明确地另行规定。本文中所用的两个或多个零件或部件被“耦合”的表述将意味着所述零件直接或间接地（即，通过一个或多个中间零件或部件，只要发生连接）被结合到一起或一起工作。本文中所用的“直接耦合”意指两个元件彼此直接接触。本文中所用的“固定耦合”或“固定”意指两个部件被耦合以作为一体移动，同时维持相对于彼此的固定取向。
本文中所用的词语“一体的”意指部件被创建为单件或单个单元。亦即，包括单独创建并然后被耦合到一起成为单元的多件的部件不是“一体的”部件或体。本文中采用的两个或多个零件或部件相互“接合”的表述将意味着所述零件直接地或通过一个或多个中间零件或部件而相互施加力。本文中采用的术语“数目”将意味着一或大于一的整数（即，多个）。
本文中使用的方向短语，例如但不限于，顶部、底部、左、右、上、下、前、后以及它们的派生词涉及附图中所示的元件的取向，并且不对权利要求构成限制，除非在权利要求中明确记载。
图1图示了被配置为测量能呼吸气体流中的气体分子种类的水平的探测器10。所述气体分子种类可以为二氧化碳和/或其他气体分子种类。为了方便，以下特别参考二氧化碳的测量。将认识到，这样的参考并非限制性的，并且关于二氧化碳的测量所描述的原理可以在其他气体分子种类的测量中得以实践，而不偏离本公开的范例。此外，本文在呼吸治疗的背景下对被配置为测量气体分子种类的水平的探测器10的描述并非限制性的。本文描述的原理同样可用于在其他背景下执行气体水平测量的其他系统（例如，空气质量探测器、汽车排放探测器和/或其他系统）。
在一个实施例中，探测器10包括装有源组件12、中空气道组件14、辐射传感器组件16和/或其他部件的“U”形外壳28。“U”形外壳28的两个相对的腿限定它们之间的间隙的相对两侧，源组件12被设置在所述间隙的一侧（源侧）上的一个腿中，并且辐射传感器组件16被设置在所述间隙的相对侧（探测器侧）上的相对的腿中。探测器10也包括被设置在外壳28内的自含电子器件（其中的一些在图1中示出并在下文描述）。
气道组件14构成针对能呼吸气体流的流动路径，所述流动路径与受试者的气道连通。气道组件14具有被设置在相对两侧上的窗口28，使得经由气道组件14的一侧上的窗口28进入所述流动路径的红外辐射通过气道组件14中的所述能呼吸气体流（患者呼吸），并经由相对侧上的窗口28离开。气道组件14可以为可拆卸地夹住所述“U”形外壳的所述间隙中的一次性单元或可重复使用单元，其中源组件12和辐射传感器组件16大体上被配置为使得源自所述源组件的红外辐射被定向穿过所述间隙通过气道组件14中的气体样品，以冲击在辐射传感器组件16上。气道窗口28可以由塑料膜（一次性的）、蓝宝石（可重复使用的）和/或其他材料构成。
源组件12包括辐射源18、光学器件20、电源22、源监测装置24、处理器26，和/或其他部件。辐射源18产生宽带辐射，包括“MWIR”（中波长红外）带。红外辐射一般是指占据光谱中0.7μm至300μm波长带的辐射。“MWIR”一般是指红外辐射带中3μm至8μm的中波长子集。由辐射源18发射的MWIR辐射包括参考波长和二氧化碳波长（分别为λ参考和λCO2）。辐射源18可以针对所述光谱的至少部分（例如0.7μm至300μm），基本上作为黑体操作。
光学器件20被配置为将由辐射源18发射的电磁辐射定向穿过由气道组件14形成的所述流动路径。光学器件20可以包括透镜30、窗口32和/或其他部件。透镜30可以为蓝宝石半球透镜，其收集并准直所发射的辐射，将其定向穿过所述间隙并通过气道组件14经由窗口32朝向辐射传感器组件16。
电源22可以被配置为为辐射源18提供电力。电源22可以包括，例如，蓄电池、电容器、电源转换器、被配置为从外部源接收电力的端口或接头（例如壁插座、监视器和/或其他外部电源）和/或其他电源。电源22被配置为以脉冲方式传送电力，以使得由辐射源18发射的所述辐射为脉冲调制的。为了实现这一点，电源22可以变化电势、电流、功率和/或被提供到辐射源18的电力的其他参数。在一个实施例中，所述电力被这样提供到辐射源18，使得辐射源18被以约100Hz脉冲调制，以产生具有约10毫秒的周期的周期性变化的MWIR信号。
源监测装置24被配置为生成输出信号，该输出信号传达与通过辐射源18的电力的一个或多个参数相关的信息。这样的参数可以包括，例如，电流、电势、功率、电阻、电感，和/或其他参数。在一些实施例中，对通过辐射源18的电阻尤其感兴趣。这样，所述一个或多个参数可以包括电阻自身和/或可以从其确定通过辐射源18的电阻的其他参数。源监测装置24可以被与电源22和/或辐射源18集成，或者可以被单独构成，如在图1中所图示。
处理器26被配置为在探测器10中提供信息处理功能。这样，处理器26可以包括以下中的一个或多个：数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路、状态机和/或用于以电子方式处理信息的其他机构。尽管在图1中将处理器26图示为单个实体，但是这仅是出于例示的目的。在一些实现方式中，处理器16可以包括多个处理单元。这些处理单元可以在物理上定位于相同设备内，或者处理器16可以表示协同工作的多个设备的处理功能。处理器16的操作在下文进一步讨论。将处理器26包括在探测器10内的图示旨在限制。在本文中归属于处理器26的功能中的一些或全部可以由由设置在探测器10外部的一个或多个部件提供。
辐射传感器组件16包括光学器件36、第一传感器38、第二传感器40和/或其他部件。光学器件36被配置为将已通过由气道组件形成的所述流动路径的所述电磁辐射定向到第一传感器38和或第二传感器40上。在一些实施例中，光学器件36包括透镜组件42、分束器组件44和/或其他光学部件。透镜组件42——其在一个实施例中包括AR涂层的（防反射涂层的）硅平凸透镜——将从源组件12到达其的所述MWIR辐射聚焦，并经由分束器组件44，将所述电磁辐射朝向第一传感器38和第二传感器40定向。在分束器组件44中，二向色分束器46被定位为使包含二氧化碳波长λCO2的IR辐射朝向第一传感器38反射，并且经由转向镜48，使包含参考波长λ参 考的IR辐射透过朝向第二传感器40。透过λCO2的窄带第一滤光器50被定位在第一传感器38前方。透过λ参考的窄带第二滤光器52被定位在第二传感器40前方。
经由探测器10的二氧化碳测定/二氧化碳图背后的操作的基本原理为，随着，增加二氧化碳浓度，4.725μm附近带中的红外辐射经历越来越多的吸收（当通过样品气体行进固定长度路径时）——根据可靠可重复的关系。相比较而言，相同条件下3.681μm红外辐射的吸收基本上不受二氧化碳浓度影响。
当来自辐射源的所述MWIR辐射通过气道组件14中的气体本体时，在λCO2的IR辐射根据所述气体本体中二氧化碳的浓度而被衰减。然而在λ参考的IR辐射则不受所述气体本体中任何二氧化碳的影响，并且仅随时来自辐射源18的所述IR辐射的强度变化。由于λ参考和λCO2在黑体辐射曲线上相当接近，因而只要所述气体本体中的二氧化碳浓度保持恒定，第一传感器38和第二传感器40的输出信号（它们对IR电磁辐射敏感）将在源辐射强度的小的变化上大致上相互正成比。通过用N2（或用室内空气——在针对气氛中的残留二氧化碳进行适当补偿之后）“归零”探测器10，来自第一传感器38与第二传感器40的输出信号水平之间的参考比率得以建立。每当所述两个信号之间的比率等于该参考比率时，气道组件14中不存在二氧化碳。第一传感器38的所述输出信号相对于第二传感器40的输出信号的任意减少均指示在气道组件14中的二氧化碳的浓度的增加。
由辐射源18发射的所述电磁辐射可以随着环境温度改变而改变，尤其是在仪器预热间隔期间，所述间隔通常持续从两分钟至长达两小时。环境温度的这种改变可以通过由辐射源18自身发射的热造成。所述电磁辐射的所述改变可以包括强度改变、光谱位移和/或其他改变。在一些应用中，例如由图1中的探测器10执行的呼吸监测中，过度的预热时间是可不接受的，并且在许多临床设定中，期望接近瞬时的测量。此外，辐射源18的输出的改变如果没有得到补偿则将造成误差。
在常规系统中，可能需要周期性地现场校准（或归零），以针对这样的源校正测量漂移。备选地，有时采用自动归零，其中参考气体的样品（典型地为室内空气或某种其他参考）被周期性地插入源组件12与传感器组件16之间的光路中，并被用于重新建立零点。这样的归零系统造价昂贵并且具有额外的缺点，在于必须规律地中断测量，以执行所述归零。在许多应用中，例如呼吸气体监测中，这样的中断是不合期望的。
处理器26被配置为接收由传感器组件16生成的（例如由第一传感器38和第二传感器40生成的）输出信号，并且从所述输出信号确定在由气道组件14形成的所述流动路径中二氧化碳的水平（例如，根据本文中描述的原理）。确定二氧化碳的水平可以包括确定二氧化碳的浓度，确定二氧化碳的量，确定二氧化碳的分压，确定二氧化碳的摩尔分数，和/或确定二氧化碳的其他水平。处理器26还被配置为使得对二氧化碳的水平的所述确定考虑辐射源18的操作温度。为了考虑辐射源18的所述操作温度，处理器26被配置为基于由源监测装置24生成的所述输出信号，调节对二氧化碳的水平的所述确定。
通过辐射源18的所述电阻与辐射源18的所述温度相关。可以提前确定该相关性，并且可以被用于，或者被包括在处理器26的逻辑中。通过例示的方式，图2图示了在（在图1中图示并在本文中描述的）类似于或相同于辐射源18的几个源中，电阻与温度之间的相关性。如从图2中可见的，所述相关联可以被近似为被处理器用作多项式函数、用作直线函数和/或用作将温度描述为电阻的函数的其他函数。
返回参考图1，处理器26被配置为实施电阻与辐射源18内的温度之间的预定相关性，以调节对二氧化碳的水平的确定。基于由源监测装置24生成的所述输出信号确定调节，因为由源监测装置24生成的所述输出信号传达通过源监测装置24的电阻。基于由源监测装置24生成的所述输出信号调节对二氧化碳的水平的确定，可以减少或消除常规探测器中存在的因辐射源中的温度漂移造成的问题。例如，这可以减少因温度波动造成的不准确，和/或可以消除对现场校准的需要。
如上文所提及的，在工作期间，辐射源18脉冲调制的，以提供电磁辐射的脉冲流。对辐射源18的所述脉冲调制引起辐射源18的温度波动。通过非限制性例示的方式，图3描绘了示出针对被脉冲调制的辐射源温度对时间的图。如在图3中可见的，所述辐射源的温度在时间上随所述脉冲振荡，所述温度大体上倾向于更高。例如，如所示出地，峰值温度和/或波谷温度随时间倾向于更高。
返回参考图1，在一些实施例中，在校正辐射源18的温度中，处理器26被配置为将辐射源18的温度确定为不在逐个脉冲的基础上振荡。例如，温度可以被视为脉冲振荡的给定相位处的温度（例如，峰值温度、波谷温度、中间温度和/或其他相位）。作为另一个非限制性范例，所述温度可以为在某个时间滑窗上的平均值。
在一些实施例中，出于除对二氧化碳水平的确定的调节以外的目的，处理器26实施对由源监测装置24的所述输出信号提供的元温度的指示。例如，处理器26可以被配置为控制从电源22到辐射源18的电力提供。可以基于对由源监测装置24的所述输出信号提供的源温度的指示，调整对辐射源18的电力提供。这样的调整可以包括减少和/或增加功率水平，以考虑由温度迁移造成的强度的改变。调整被提供到辐射源18的电力可以包括调节被提供到辐射源18的功率的水平（一个或多个）（例如脉冲能量、峰值功率、波谷功率和/或其他功率水平）、脉冲的定时（例如周期、频率、脉冲长度和/或其他定时参数）以将辐射源18的温度（例如峰值温度）维持在一范围内、在阈值以下和/或其他界限内。
由处理器26对辐射源18的温度管理可以以多种方式提升探测器10的操作。例如，辐射源18的功率效率可以随温度增加。然而，各种设计参数可能使得非常高的温度是不合期望的。例如，过度的操作温度可能通过损耗或烧毁而减少辐射源18的寿命。通过将辐射源18的温度维持在某些限度内，可以提升效率而不对辐射源18的温度产生诱导，这种诱导可能显著降低辐射源18的寿命。
在一些实施例中，处理器26被配置为基于由源监测装置生成的输出信号来估计辐射源18的辐照度。例如，处理器26可以将辐照度估计为以下的函数：通过辐射源18的电阻、跨辐射源18的电势、通过辐射源18的电流和/或其他参数。可以使处理器26与第一传感器38和/或第二传感器40连接，以接收由传感器38和/或40生成的输出信号。尤其地由第二传感器40生成的所述输出信号，其涉及在λ参考所接收的电磁辐射的一个或多个参数，可以被处理器26用于确定所测量的辐照度。通过比较所估计的辐照度与所测量的辐照度，处理器26能监测可能潜在地影响气体测量准确度的一个或多个系统参数。例如，在所估计的辐照度与所测量的辐照度中相对较大的差异可能指示，沿从辐射源18到第一传感器38和/或第二传感器40的光路的改变。响应于确定所测量的辐照度与所估计的辐照度之间的所述差异突破阈值，处理器26可以生成针对用户（例如受试者、照护者，或设备维护人，和/或其他用户）的通知或警报，启动对探测器10的校准，和/或采取其他行动。
在一些实施例中，由处理器26确定的所估计的辐照度被用于计算二氧化碳的水平，代替实际测量在参考波长辐照度。这可以减少零件和/或组件的成本，减少系统的复杂性和/或提供其他益处。例如，由于不再需要在λ参 考的测量以提供对辐照度的测量，因而可以在设计上消除第二传感器40。所估计的辐照度然后被用于代替由第二传感器40生成的所述信号。
图4图示了监测能呼吸气体流中的气体分子种类的水平的方法。下文提供的方法54的操作旨在例示。在一些实施例中，可以用一个或多个未描述的额外操作和/或无需所讨论操作中的一个或多个来完成方法54。额外地，图4中所图示并在下文描述的方法54的操作顺序不旨在限制。
在一些实施例中，方法54可以在一个或多个处理设备（例如数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路、状态机，和/或用于以电子方式处理信息的其他机构）中得以实现。所述一个或多个处理设备可以包括响应于以电子方式储存在电子储存介质上的指令，运行操作54的操作中的一些或全部的一个或多个设备。所述一个或多个处理设备可以包括通过针对方法54的操作中的一个或多个的运行而专门设计的硬件、固件和/或软件配置的一个或多个设备。
在操作55，将电力提供到辐射源，所述电力引起所述辐射源发射电磁辐射。所述电力可以被这样提供到所述辐射源，使得以脉冲方式发射所述电磁辐射。在一个实施例中，所述辐射源类似于或相同于（图1中所示并且在本文中描述的）辐射源18。在一个实施例中，由与（图1中所示并且在本文中描述的）电源22类似或相同的电源执行操作55。
在操作56，在与受试者的气道连通的能呼吸气体流的流动路径上，定向由所述辐射源发射的电磁辐射。在一个实施例中，所述流动路径是由与（图1中所示并且在本文中描述的）气道组件14类似或相同的气道组件形成的。可以由与（图1中所示并且在本文中描述的）光学器件20类似或相同的一套光学器件执行操作56。
在操作58，接收在操作56发射的已通过所述流动路径的电磁辐射。在一个实施例中，由与（图1中所示并且在本文中描述的）传感器组件16类似或相同的传感器组件执行操作58。
在操作60，生成传达与所接收的电磁辐射的参数相关的信息的输出信号。所述参数可以包括强度、波长、相位和/或其他参数。在一个实施例中，由与（图1中所示并且在本文中描述的）第一传感器38和/或第二传感器40类似或相同的一个或多个传感器执行操作60。
在操作62，生成传达与通过所述源的电阻相关的信息的输出信号。例如，所述输出信号可以指示跨所述源的电势、通过所述源的电流和/或通过所述源的电能的其他参数。在一个实施例中，由与（图1中所示并且在本文中描述的）源监测装置24类似或相同的源监测装置执行操作62。
在操作64，基于在操作62生成的所述输出信号，确定所述辐射源的温度。如果所述辐射源被脉冲调制，则所确定的温度可以为在脉冲振荡中的给定相位处的温度（例如，峰值温度、波谷温度、中间温度和/或其他相位）、在时间滑窗上的平均温度和/或其他温度测量结果。所述辐射源的温度可以被确定为通过所述辐射源的电阻的函数。在一个实施例中，由与（图1中所示并且在本文中描述的）处理器26类似或相同的处理器执行操作64。
在操作68，基于在操作64确定的所述温度，调节在操作55对所述辐射源的电力提供。所述调节可以意图将所述辐射源的所述温度维持在特定界限内。所述界限可以包括范围、阈值和/或其他界限。在一个实施例中，由与（图1中所示并且在本文中描述的）处理器26类似或相同的处理器执行操作68。
在操作70，确定所述辐射源的所估计的辐照度。操作70可以还包括比较所估计的辐照度与所测量的辐照度。可以基于在操作62生成的所述输出信号，确定所估计的辐照度。可以基于在操作60生成的所述输出信号，确定所测量的辐照度。在操作70执行的所述比较可以提供对倾向于降低测量准确度的一个或多个现象的指示。通过非限制性范例的方式，在操作70执行的所述比较可以指示，如果所估计的辐照度与所测量的辐照度之间的差相对较大，则为测量光路中的改变和/或其他光学现象。在一些实施例中，由与（图1中所示并且在本文中描述的）处理器26类似或相同的处理器执行操作70。
在一些实施例中，响应于在操作70所估计的辐照度与所测量的辐照度之间相对较大的差（例如，突破阈值差），可以在操作72执行另外的动作。这种另外的动作可以包括，例如，提醒用户、触发重新校准和/或使所估计的辐照度与所测量的辐照度回到一致的其他另外的行为。在一些实施例中，由与（图1中所示并且在本文中描述的）处理器26类似或相同的处理器来执行操作72。
在操作74，基于传达与所接收的电磁辐射的所述参数相关的信息的所述输出信号，确定所述流动路径中所述能呼吸气体流内气体分子种类的水平。对所述气体分子种类的所述水平的所述确定还基于在操作74生成的所述输出信号，因为对所述气体分子种类的所述水平的所述确定考虑了所述辐射源的温度（例如通过所述辐射源的电阻）。这可以包括调节对气体分子种类的所述水平的确定，和/或在气体分子种类的所述水平的所述确定中，将在操作70估计的辐照度作为参考辐照度（代替所测量的辐照度）。在一个实施例中，由与（图1中所示并且在本文中描述的）处理器26类似或相同的处理器执行操作74。
在权利要求中，置于括号内的任何附图标记均不应被解释为对所述权利要求的限制。词语“包括”或“包含”不排除权利要求中列举的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。在枚举了几个器件的装置型权利要求中，可以由同一个硬件来实现这些器件中的几个。元件前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在枚举了几个器件的装置型权利要求中，可以由同一个硬件来实现这些器件中的几个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定元件，但这并不指示不能组合使用这些元件。
尽管基于当前认为是最实际和优选的实施例，以上提供的说明中出于例示的目的详细提供了细节，但要理解，这样的细节仅仅是为了该目的，并且本公开不限于所明确公开的实施例，而是相反，旨在涵盖在权利要求的精神和范围之内的修改和等价方案。例如，应该理解，本公开预期，在可能的范围内，可以将任意实施例的一个或多个特征与任意其他实施例的一个或多个特征组合。
Claims (15)
1.一种被配置为监测能呼吸气体流中的气体分子种类的水平的探测器（10），所述探测器包括：
源（18），其被配置为发射电磁辐射；
源光学器件（20），其被配置为将由所述源发射的电磁辐射定向穿过能呼吸气体流的流动路径，所述流动路径与受试者的气道连通；
辐射传感器组件（16），其被配置为接收已由所述源发射并且已通过所述流动路径的电磁辐射，所述传感器组件被还配置为生成输出信号，所述输出信号传达与所接收的电磁辐射的参数相关的信息；
源监测装置（24），其被配置为生成输出信号，所述输出信号传达与通过所述源的电阻相关的信息；以及
处理器（26），其被配置为：基于由所述辐射传感器组件生成的所述输出信号来确定所述流动路径中的所述能呼吸气体流中的气体分子种类的水平，其中，所述处理器还被配置为使得对所述气体分子种类的所述水平的所述确定还基于由所述源监测装置生成的所述输出信号，以考虑通过所述源的所述电阻。
2.如权利要求1所述的系统，其中，基于由所述源监测装置生成的所述输出信号对所述气体分子种类的所述水平的确定有效地针对所述源的温度来调节水平确定。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：基于由所述源监测装置生成的所述输出信号来估计所述辐射源的辐照度，基于由所述辐射传感器组件生成的所述输出信号来确定在所述辐射传感器组件接收的所测量的辐照度，并且将所估计的辐照度与所测量的辐照度进行比较。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还被配置为基于通过所述源的所述电阻来动态地控制对所述源的电力提供。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还被配置为基于由所述源监测装置生成的所述输出信号来估计所述辐射源的辐照度，以及在确定气体分子种类的所述水平的过程中采用所估计的辐照度作为参考辐照度。
6.一种监测能呼吸气体流中的气体分子种类的水平的方法，所述方法包括：
将由辐射源发射的电磁辐射定向穿过能呼吸气体流的流动路径，所述流动路径与受试者的气道连通；
接收已被发射并且已通过所述流动路径的电磁辐射；
生成传达与所接收的电磁辐射的参数相关的信息的输出信号；
生成传达与通过所述源的电阻相关的信息的输出信号；以及
基于传达与所接收的电磁辐射的所述参数相关的信息的所述输出信号，确定所述流动路径中的所述能呼吸气体流中的气体分子种类的水平，其中，所述确定还基于传达与通过源的所述电阻相关的信息的所述输出信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中，基于传达与通过所述源的所述电阻相关的信息的所述输出信号的对所述气体分子种类的所述水平的确定有效地针对所述源的温度调节水平确定。
8.如权利要求6所述的方法，还包括：基于传达与电阻相关的信息的所述输出信号估计所述辐射源的辐照度，基于传达与所接收的电磁辐射相关的信息的所述输出信号确定所测量的辐照度，并且将所估计的辐照度与所测量的辐照度进行比较。
9.如权利要求6所述的方法，还包括基于通过所述源的所述电阻来动态地控制对所述源的所述电力提供。
10.如权利要求6所述的方法，还包括基于传达与电阻相关的信息的所述输出信号来估计所述辐射源的辐照度，并且其中，基于传达与电阻相关的信息的所述输出信号对估计所述辐射源的辐照度的所述确定采用所估计的辐照度作为参考辐照度。
11.一种用于监测能呼吸气体流中的气体分子种类的水平的系统，所述系统包括：
用于将由辐射源（18）发射的电磁辐射定向穿过能呼吸气体流的流动路径的器件（20），所述流动路径与受试者的气道连通；
用于接收已被发射并且已通过所述流动路径的电磁辐射的器件（16）；
用于生成传达与所接收的电磁辐射的参数相关的信息的输出信号的器件（16）；
用于生成传达与通过所述源的电阻相关的信息的输出信号的器件（24）；以及
用于基于传达与所接收的电磁辐射的所述参数相关的信息的所述输出信号来确定所述流动路径中的所述能呼吸气体流中的气体分子种类的水平的器件（26），其中，所述确定还基于传达与通过源的所述电阻相关的信息的所述输出信号，以考虑通过所述源的所述电阻。
12.如权利要求11所述的系统，其中，用于基于传达与通过所述源的所述电阻相关的信息的所述输出信号来确定所述气体分子种类的所述水平的所述器件有效地针对所述源的温度来调节所述水平确定。
13.如权利要求11所述的系统，还包括：
用于基于传达与电阻相关的信息的所述示输出信号来估计所述辐射源的辐照度的器件（26）；
用于基于传达与所接收的电磁辐射相关的信息的所述输出信号来确定所测量的辐照度的器件（26）；以及
用于将所估计的辐照度与所测量的辐照度进行比较的器件（26）。
14.如权利要求11所述的系统，还包括用于基于通过所述源的所述电阻来动态地控制对所述源的所述电力提供的器件（26）。
15.如权利要求11所述的系统，还包括用于基于传达与电阻相关的信息的所述输出信号来估计所述辐射源的辐照度的器件（26），并且其中，用于确定气体分子种类的所述水平的所述器件在确定所述气体分子种类的所述水平的过程中采用所估计的辐照度作为参考辐照度。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201161479132P | 2011-04-26 | 2011-04-26 | |
| US61/479,132 | 2011-04-26 | ||
| PCT/IB2012/051647 WO2012153209A1 (en) | 2011-04-26 | 2012-04-04 | Apparatus and method for controlling radiation source variability for optical gas measurement systems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103620382A true CN103620382A (zh) | 2014-03-05 |
| CN103620382B CN103620382B (zh) | 2017-07-14 |
Family
ID=46025817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201280031436.6A Active CN103620382B (zh) | 2011-04-26 | 2012-04-04 | 用于针对光学气体测量系统来控制辐射源可变性的装置及方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10702187B2 (zh) |
| EP (1) | EP2702391B1 (zh) |
| CN (1) | CN103620382B (zh) |
| WO (1) | WO2012153209A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10702187B2 (en) | 2011-04-26 | 2020-07-07 | Koninklijke Philips N.V. | Apparatus and method for controlling radiation source variability for optical gas measurement systems |
| JP6387016B2 (ja) * | 2013-01-17 | 2018-09-05 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 関心ガス種レベルを測定する方法と装置 |
| JP6543126B2 (ja) * | 2015-07-28 | 2019-07-10 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | ガス濃度測定装置 |
| WO2018172203A1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-09-27 | Koninklijke Philips N.V. | Respiration gas monitor with automated resistance calibration |
| DE102017117709A1 (de) * | 2017-08-04 | 2019-02-21 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Musterbasierte spektroskopische Gasqualitätsüberwachung |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5369278A (en) * | 1992-01-30 | 1994-11-29 | Vaisala Oy | Calibration method for gas concentration measurements |
| US20050285055A1 (en) * | 2004-06-29 | 2005-12-29 | Ric Investments, Llc. | Infrared source modulation and system using same |
| EP1720001A1 (en) * | 2005-05-04 | 2006-11-08 | Tyco Electronics Raychem GmbH | Gas sensor arrangement with improved long-term stability and measuring method |
| CN101563595A (zh) * | 2006-12-12 | 2009-10-21 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 具有温度补偿的样品浓度检测器 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5159934A (en) * | 1990-09-10 | 1992-11-03 | Max Hoberman | Miniature sensor for mainstream capnometry/capnography instrumentation |
| US6325978B1 (en) * | 1998-08-04 | 2001-12-04 | Ntc Technology Inc. | Oxygen monitoring and apparatus |
| IL121793A (en) * | 1997-09-17 | 2008-06-05 | Lewis Coleman | Isotopic gas analyzer |
| US6023069A (en) * | 1997-10-28 | 2000-02-08 | Engelhard Sensor Technologies, Inc. | Semi-constant power circuit for use with a thermal radiation source |
| US6656127B1 (en) * | 1999-06-08 | 2003-12-02 | Oridion Breathid Ltd. | Breath test apparatus and methods |
| JP2005043153A (ja) * | 2003-07-25 | 2005-02-17 | Minolta Co Ltd | 分光輝度計の校正システム |
| US7119904B2 (en) * | 2004-01-13 | 2006-10-10 | Thermo Electron Scientific Instruments Corporation | Stabilized infrared source for infrared spectrometers |
| US7245373B2 (en) * | 2004-04-26 | 2007-07-17 | University Of Massachusetts | Spectrometer system for optical reflectance measurements |
| US7967759B2 (en) * | 2006-01-19 | 2011-06-28 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Endoscopic system with integrated patient respiratory status indicator |
| DE102006018862A1 (de) | 2006-03-17 | 2007-09-20 | Charité - Universitätsmedizin Berlin | Vorrichtung zur spektroskopischen Analyse eines Gases |
| DE102006054165B3 (de) * | 2006-11-16 | 2008-04-17 | Tyco Electronics Raychem Gmbh | Langzeitstabile optische Sensoranordnung, insbesondere Wasserstoffsensor, und kombinierte Gassensoranordnung |
| US8283644B2 (en) * | 2008-01-08 | 2012-10-09 | Novellus Systems, Inc. | Measuring in-situ UV intensity in UV cure tool |
| DE102009011421B3 (de) * | 2009-03-03 | 2010-04-15 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Gaskonzentrationsmessvorrichtung |
| US10702187B2 (en) | 2011-04-26 | 2020-07-07 | Koninklijke Philips N.V. | Apparatus and method for controlling radiation source variability for optical gas measurement systems |
-
2012
- 2012-04-04 US US14/113,528 patent/US10702187B2/en active Active
- 2012-04-04 EP EP12718377.0A patent/EP2702391B1/en active Active
- 2012-04-04 WO PCT/IB2012/051647 patent/WO2012153209A1/en active Application Filing
- 2012-04-04 CN CN201280031436.6A patent/CN103620382B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5369278A (en) * | 1992-01-30 | 1994-11-29 | Vaisala Oy | Calibration method for gas concentration measurements |
| US20050285055A1 (en) * | 2004-06-29 | 2005-12-29 | Ric Investments, Llc. | Infrared source modulation and system using same |
| EP1720001A1 (en) * | 2005-05-04 | 2006-11-08 | Tyco Electronics Raychem GmbH | Gas sensor arrangement with improved long-term stability and measuring method |
| CN101563595A (zh) * | 2006-12-12 | 2009-10-21 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 具有温度补偿的样品浓度检测器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 黄琥 等: "反馈部件的性能参数对热电型气体传感器的影响", 《功能材料与器件学报》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2702391B1 (en) | 2020-08-05 |
| EP2702391A1 (en) | 2014-03-05 |
| US10702187B2 (en) | 2020-07-07 |
| WO2012153209A1 (en) | 2012-11-15 |
| US20140052003A1 (en) | 2014-02-20 |
| CN103620382B (zh) | 2017-07-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11630087B2 (en) | Apparatus and method for in-situ calibration of a photoacoustic sensor | |
| CN103620382A (zh) | 用于针对光学气体测量系统来控制辐射源可变性的装置及方法 | |
| US10458903B2 (en) | Method and apparatus for monitoring a level of a gaseous species of interest | |
| US7291851B2 (en) | Infrared source modulation and system using same | |
| RU2471156C2 (ru) | Система и способы определения качества сигнала и коррекции сигнала | |
| JP4643875B2 (ja) | ガスセンサ機構 | |
| US8939006B2 (en) | Photoacoustic detector with long term drift compensation | |
| CA2553410A1 (en) | Gas detection method and gas detection device | |
| JP6113080B2 (ja) | ヒータレスセレン化鉛系カプノメトリおよび／またはカプノグラフィを実施するシステムならびに方法 | |
| CN106461544B (zh) | 气体传感器的温度补偿 | |
| KR101923003B1 (ko) | 가스 성분의 농도를 결정하기 위한 방법 및 이를 위한 분광계 | |
| JP2012501438A (ja) | 低濃度ガスのスペクトル分析に適合したスペクトル分析装置 | |
| US20220276154A1 (en) | Method for analysing a gas using an optical sensor | |
| JP2010032422A (ja) | レーザ式ガス分析計、酸素ガス濃度測定方法 | |
| Shah et al. | Enhanced Pyrometric device with Long Range for mass screening based on MLX90614 | |
| US20230096813A1 (en) | Gas sensing | |
| JP2012220250A (ja) | ガス濃度測定装置及びガス濃度測定方法 | |
| KR102439233B1 (ko) | 레이저 소스 내의 광전자기 센서의 교정 방법 | |
| Wilson et al. | Performance analysis of a novel pyroelectric device for non-dispersive infra-red CO 2 detection | |
| EP4061203A1 (en) | Methods and systems for capnography signal processing | |
| KR20230112058A (ko) | 가스 분석 장치, 및 가스 분석 방법 | |
| JP5693958B2 (ja) | 検体分析におけるシステム遅延及び／又は外来光の補償 | |
| CN103998919A (zh) | 用于使用反射的辐射来发射红外辐射以提升发射效率的系统与方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |