CN108885177B - 在不同波长的光下吸收气体并与其反应以获得更高气体敏感度的探测膜 - Google Patents

Abstract

本文公开了用于区分妨害性气体与目标气体或目标气体组的方法和系统，其涉及光源（120）和纸带（110）的配置，使得从光源（120）发射的光（112）可以从纸带（110）反射。光（112）可以选自红色、绿色、蓝色和紫外线波长的至少三个波长发射，并且模式识别可以用于识别和/或区分妨害性气体与目标气体或目标气体组。

Description

在不同波长的光下吸收气体并与其反应以获得更高气体敏感 度的探测膜

相关申请的交叉引用

本申请为2017年2月10提交且标题为“在不同波长的光下吸收气体并与其反应以获得更高气体敏感度的探测膜”的国际申请PCT/US2017/017288的国家阶段，其要求2016年2月11日提交且标题为“在不同波长的光下吸收气体并与其反应以获得更高气体敏感度的探测膜”的美国临时专利申请62/294,192的优先权，二者都如同整体复制地通过引用并入本文。

背景

气体检测器可以配置成检测一种或多种气体，以监控浓度和/或维持环境中一种或多种气体的阈值水平。在一些情况下，气体检测器包括浸渍有一种或多种与被检测的气体反应的化学品的膜。当与被检测气体接触时，膜变暗和/或染色。这些类型的气体检测器面临的挑战是目标气体的检测可能与妨害性（nuisance）气体的存在混淆，这可能导致错误警报。因此，需要将目标气体与其它妨害性气体区分开来，因为妨害性气体被检测到并引起错误警报，但对于检测目标气体的目的而言并不重要。

概要

本文公开了用于区分妨害性气体与目标气体或目标气体组的方法。例如，该方法可包括使气流与纸带接触；从光源发射选自红色、绿色、蓝色和紫外线波长的至少三个波长的光；检测从纸带反射的三个波长的光中的每一个的反射部分；并且使用模式识别来识别和/或区分妨害性气体与目标气体或目标气体组。

本文还公开了用于区分妨害性气体与目标气体或目标气体组的系统。例如，该系统包括纸带；光源，其配置成发射选自红色、绿色、蓝色或紫外线波长的至少三个波长的光；检测器，其配置成检测从纸带反射的三个波长的光中的每一个的反射部分；和处理器/控制器，其连接到检测器以：i）从检测器接收包含反射部分的检测信息的数字信号，ii）使用模式识别来识别和/或区分妨害性气体与目标气体或目标气体组。

附图的简要说明

为了更完整地理解本公开，现在结合附图和详细描述参考以下简要描述，其中相同的附图标记表示相同的部分。

图1图示说明了根据本公开的气体检测系统。

图2是配置成检测胂（AsH₃）和一种妨害性气体硫化氢（H₂S）的纸带的响应图。在不同的湿度下显示UV、蓝色和红色波长相对于绿色波长响应的响应。

图3是对于使用RGB-LED的AsH₃和H₂S中的每一个，红色波长的调整计数（AC）与绿色波长的AC的比率vs.蓝色波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。

图4是对于使用UV+GB-LED的AsH₃和H₂S中的每一个，红色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.UV波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。

图5是对于在45％相对湿度下使用RGB-LED的所选气体，红色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.蓝色波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。图5显示了用于H₂Se的4×标准偏差框。

图6显示与图5相同的图，具有用于H₂Se的4×标准偏差框，和用于H₂S、B₂H₆和PH₃的4×标准偏差框。

图7是对于在45％相对湿度下使用RGB-LED的所选气体，红色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.蓝色波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。

图8是对于在45％相对湿度下使用UV+ RG-LED的所选气体，红色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.UV波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。

图9是对于在10％相对湿度下使用RGB-LED的所选气体，红色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.蓝色波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。

图10是对于在10％相对湿度下使用UV + RG-LED的所选气体，红色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.UV波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。

图11是对于在65％-75％相对湿度下使用RGB-LED的所选气体，红色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.蓝色波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。

图12是对于在65％-75％相对湿度下使用UV+RG-LED的所选气体，红色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.UV波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。

图13是对于在10％相对湿度下使用UV + GB-LED的所选气体，蓝色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.UV波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。

图14是对于在65％-75％相对湿度下使用UV + GB-LED的所选气体，蓝色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.UV波长的AC与绿色波长的AC的比率的图。

详细说明

首先应该理解，尽管下文举例说明了一个或多个实施方案的示例性实施，但是所公开的系统和方法可以使用任何数量的技术来实施，无论是当前已知的还是尚未存在的。本公开绝不应限于下文举例说明的示例性实施方案、附图和技术，而是可以在所附权利要求的范围内以及它们的等同物的全部范围内进行修改。

以下术语的简要定义适用于整个申请：

术语“包含”表示包括但不限于，并且应该以其在专利语境中通常使用的方式进行解释；

短语“在一个实施方案中”，“根据一个实施方案”等通常意味着该短语之后的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施方案中，并且可以包括在本发明的多于一个实施方案中（重要的是，这样的短语不一定是指同一实施方案）；

如果说明书将某些内容描述为“示例性”或“实例”，则应理解为是指非排他性实例；

当与数字一起使用时，术语“约”或“大约”等可以表示特定数值，或者接近该特定数值的范围，如本领域技术人员所理解的；和

如果说明书声明组件或特征“可能”、“可以”、“能够”、“应该”、“将”、“优选地”、“可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“通常”或“可能”（或其他此类语言）被包括或具有特征，该特定组件或特征不必须被包括或具有该特征。此类组件或特征可以任选地包括在一些实施方案中，或者可以排除它。

本公开的实施方案包括气体检测器配置和气体检测方法，其使气流与纸带接触，从光源发射多个波长的光，检测多个波长的光中的每个的反射部分，以及使用模式识别来识别和/或区分妨害性气体与目标气体。所公开的实施方案可以检测和区分妨害性气体的量，所述妨害性气体触发被配置成检测一种或多种目标气体的气体检测器的错误警报。因此，所公开的实施方案允许减少由于妨害性气体引起的错误警报的数量，所述妨害性气体在高于目标气体的阈限值（TLV）的浓度下被检测，并且被现有的气体检测系统误认为是目标气体。

“妨害性气体”定义为可通过本文公开的气体检测器实施方案检测并具有比不是妨害性气体的目标气体或目标气体组的阈限值更高的阈限值（TLV）的气体，因此，当妨害性气体以高于目标气体的TLV或目标气体组的最低TLV的浓度存在时，引起用于目标气体或目标气体组的现有技术气体检测系统的错误警报。

在实施方案中，气流可以是任何气体，例如氧气、氮气、或氧气和氮气的组合（例如空气）。

在实施方案中，气流中的目标气体可以是硫化氢（H₂S）、硒化氢（H₂Se）、乙硼烷（B₂H₆）、锗烷（GeH₄）、硅烷（SiH₄）、膦（PH₃）、胂（AsH₃）、氨（NH₃）或其组合中的一种或多种。

在一个实施方案中，妨害性气体可以是H₂S，其可以使用本文公开的实施方案与氢化物区分，所述氢化物包括H₂Se、B₂H₆、GeH₄、SiH₄、PH₃、AsH₃、NH₃或其组合（一组氢化物）。例如，H₂S的TLV为1,000ppb，其高于B₂H₆的TLV（TLV = 100ppb）和AsH₃的TLV（TLV = 5ppb）。因此，气流中浓度为150 ppb的H₂S，其低于H₂S的TLV，可触发设置为检测5 ppb AsH₃和/或100ppb B₂H₆的TLV的检测器的错误警报，其中检测器无法区分H₂S在纸带中产生的染色和AsH₃和B₂H₆产生的染色。然而，所公开的实施方案可以区分H₂S与其他氢化物如B₂H₆和AsH₃，以防止在检测到H₂S浓度为150ppb的上述情况中的错误警报。

在另一个实施方案中，妨害性气体可以是NO₂，其可以使用本文公开的实施方案与Cl₂、F₂、ClO₂或其组合区分。例如，NO₂的TLV为200ppb，其高于ClO₂的TLV（TLV = 100ppb）。因此，浓度为150 ppb的NO₂，其低于NO₂的TLV，可触发设置为检测100 ppb ClO₂的TLV的检测器的错误警报，其中检测器无法区分NO₂在纸带中产生的染色和ClO₂产生的染色。然而，所公开的实施方案可以区分NO₂与ClO₂以防止在检测到NO₂浓度为150ppb的上述情况中的错误警报。

现在参考图1，示出了根据本公开的气体检测系统100的实施方案。系统100可以称为有毒气体分析仪盒。系统100包括纸带110，配置成发射光112的光源120，以及配置成检测从纸带110反射的光112的反射部分114中的至少一些的检测器130。如图1中可见，系统100还可以任选地包括控制器/处理器150和接口160。控制器/处理器150可以连接到光源120、检测器130、接口160或其组合。

纸带110是经化学处理的纸，其与通过在纸带110上方、经过纸带110或在纸带110上方与经过纸带110二者的含有目标气体的气流流动接触纸带110的目标气体反应。化学处理可以是用一种或多种化学品浸渍纸带。纸带110还可以称为吸收膜、氢化物带或氧化剂带。在实施方案中，气流的流动集中到纸带110的区域116。纸带110在与目标气体接触时与目标气体反应，并且反应在纸带110上形成染色（染色是通过目标气体与纸带110接触产生的反应产物）。通过目标气体与纸带110接触产生的染色可以是取决于目标气体和用于化学处理纸以产生纸带110的化学品的颜色。例如，PH₃产生锈色染色，AsH₃产生灰色或黑色染色，甲苯二异氰酸酯产生棕色或黑色染色。此外，染色可具有特定的强度，例如浅色、中度或深色。取决于化学处理，特定纸带110可以对一种或多种目标气体产生染色，而不对其他气体产生染色。未染色的纸带110可以被称为“白色”状态。纸带110的染色通常将纸带110从白色状态转变为染色状态，表明气流中存在一种或多种目标气体。提及“白色”纸带110，通常是指在与任何目标气体接触之前的纸带110，而不管纸带110的颜色如何（例如，纸带110可以具有淡黄色调而不是亮白色）。

光源120的实施方案通常包括可以发射多于一个波长的光的任何装置。在一个实施方案中，光源120发射的光包括对应于红色、绿色、蓝色和紫外线中的两种或更多种的波长。在另一个实施方案中，光源120是发射多个波长的光的宽带光源。

光源120可以是LED的形式。一个或多个LED可以选自i）一个或多个宽带LED，其发射光的波长的组合（例如，红色、绿色和蓝色（RGB）波长的光的组合），或ii）多个LED，每个发射单波长的光（例如，每个LED发射绿色、红色、蓝色或紫外线中的一种）。

发射红色、绿色和蓝色波长的光的LED的实例是来自Thorlabs®的RGB-LED（部件号LEDRGBE）和来自Bivar的SMD-LED（部件号SMP4-RBG）。

系统100被配置成使得从光源120发射的光行进到或者被引导到（例如，经由光管）纸带110的区域116，用于从纸带110的侧面113反射。

检测器130是本领域中已知的用于检测从纸带110反射的光112的一个或多个波长的任何光电检测器装置。检测器130位于纸带110的侧面113上方，使得检测器130可以检测从纸带110反射并到达检测器130的光112的反射部分114。检测器130可以输出指示光112的部分114的强度（例如，光量）和/或颜色（例如，光的波长）的信号。检测器130可以连接到控制器/处理器150，其可以提供对光112的检测部分114的进一步分析。

在光源120是宽带光源的实施方案中，检测器130可以是多波长检测器。在这样的实施方案中，纸带110可以用白光照射，并且可以检测和分析反射部分114的光谱分布，其中对发荧光的光的发荧光波长计数。在光源120发射特定波长的光（例如，红色、绿色、蓝色、UV或其组合）的实施方案中，检测器130配置成检测特定波长。在此类实施方案中，对光源120中激活的任何特定波长进行计数。

控制器/处理器150可以提供对检测的光112的反射部分114的进一步分析。控制器/处理器150还可以控制光源120的参数，例如，光源120是否以及何时打开和关闭，光源120的强度（例如，光量），光源120的哪个或哪些部分（例如，哪个或哪些波长）是活化或未活化的，或其组合。

接口160可以连接到控制器/处理器150。在一个实施方案中，接口160是MM接口。

在操作中，含有一种或多种气体的气流通过被引导到纸带110上方或经过纸带110，例如至少在纸带110的区域116上方或至少经过纸带110的区域116而接触纸带110。气流的流动方向可以是允许任何目标气体与纸带110的区域116接触的任何方向。流动方向包括在纸带110的侧面113上方并垂直于光112的部分114的流动（从右到左或从左到右，如图1所示），相对于光112的部分114以任何角度（包括零）并且从侧面113经过纸带110到相对侧115的流动（随后以相对于纸带110的任何角度从相对侧115流动离开），或者它们的组合。

气流中的一种或多种气体中的至少一种目标气体可与纸带110反应并导致纸带110变暗或染色。

控制器/处理器150控制光源120，以便根据本文公开的技术激活光源。通常，控制器/处理器150控制从光源120发射的光112的颜色（即，波长）和强度（例如，量）。例如，光源120可以以1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更大ms的光脉冲被激活（例如，闪烁）。在每次激活或闪烁期间，光源120闪烁单色（例如，红色、绿色、蓝色或UV）的波长。对于任何顺序的波长，光源120可以被激活任何次数。

通常，通过使光源120面向纸带110的侧面113或使用光管将光引导到纸带110的侧面113，将从光源120发射的光112（例如，对于特定光脉冲被激活的任何波长）引导至纸带110（例如，到纸带110的特定区域116）。光112的部分114从纸带110的侧面113反射，并且检测器130检测从光源120发射的光112的反射部分114。

检测器130针对光112的检测部分114与控制器/处理器150通信。通常，检测器130将检测的光信号转换为数字信号，将该数字信号通信至控制器/处理器150。控制器/处理器150配置成将以数字信号形式从检测器130接收的检测信息与从光源120发射的光112的相应波长信息相关联。控制器/处理器150可以与数据存储器170可操作地连接，所述数据存储器170用于存储和/或帮助处理检测信息和/或波长信息。

对于从光源120发射并由检测器130检测的每个波长的光的每个光脉冲，控制器/处理器150计算由下面的等式（1）定义的调整计数（这里为“AC”）：

AC = [S（0）/S（t）]-1 （1）

其中S（0）是在时间零点从光源120发射的光112的原始强度，S（t）是在时间t（其大于0）由检测器130检测的光112的反射部分114的实际强度。预期可以从波长的多个光脉冲计算每个波长的多个AC，以进一步获得特定总时间段（例如，每1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多秒）的波长的平均调整计数。

模式识别技术用于确定纸带110上的染色的特征或颜色模式，以识别和区分妨害性气体与目标气体或目标气体组，其也可以在纸带110中产生染色。合适的模式识别技术包括本领域已知的任何此类技术。本公开所考虑的模式识别技术包括通过将在不同光波长下测量的染色相互关联来计算对于光112的不同波长而言光112的反射部分114的特征或颜色模式并将一些特征或颜色模式分配给一组气体或颗粒和将其他特征或颜色模式分配给另一组气体。

基于红色、绿色、蓝色、UV或其组合的AC讨论示例性技术，例如下文实施例2至13中使用的技术。以下实施例显示这些技术可以用于确定能够区分开气体。因为确定了气体确实可使用模式识别技术进行区分，所以模式识别技术可以用于流过图1的系统100的实施方案的气流，以识别由来自纸带110上的染色的光112反射产生的特征或颜色模式。随后，计算的特征或颜色模式可以与先前记录的（例如，在与控制器/处理器150可操作地连接的数据存储器170中）特征或颜色模式匹配，以确定产生染色的气体的身份从而确定气体的身份是不发出警报的妨害性气体还是发出警报的目标气体。例如，可以将计算的特征或颜色模式与妨害性气体的特征或颜色模式进行比较，并且在没有匹配的情况下，确定气体的身份不是妨害性气体并且发出警报；可以将计算的特征或颜色模式与妨害性气体的特征或颜色模式进行比较，并且在存在匹配的情况下，确定气体的身份是妨害性气体，并且不发出警报；可以将计算的特征或颜色模式与目标气体或目标气体组的特征或颜色模式进行比较，并且在没有匹配的情况下，确定气体的身份是妨害性气体并且不发出警报；可以将计算的特征或颜色模式与目标气体或目标气体组的特征或颜色模式进行比较，并且在存在匹配的情况下，确定气体的身份不是妨害性气体，并且发出警报；或其组合。

模式识别技术可以包括生成与后续数据进行比较的参考水平。例如，在将纸带暴露于气流之前，光源120中的光112的每个波长（红色、绿色、蓝色、UV）可以对新鲜的纸带（例如，纸带的新鲜区域）分别闪光。模式识别技术可用于记录参考水平（例如，颜色、强度或颜色和强度两者的参考水平）。控制器/处理器150随后可以在对纸带的染色执行模式识别技术时使用参考水平，以识别染色并将任何妨害性气体与目标气体或目标气体组区分开。

预期到的是，图1中所示的系统100可以包括在普通电路板上制造的所有组件，该普通电路板具有适合于以某一顺序和布置连接组件120、130、150和任选地160的电路。在替代实施方案中，未嵌入电路板中的接线可以将控制器/处理器150连接到接口160。电路板和纸带110可以通过物理检测单元的壳体保持就位。壳体可以由任何材料制成，并且具有适于容纳用于气体检测的组件的任何配置。另外，图1的系统100的制造还可以包括光管，该光管将从光源120发射的光112引导到检测器130。与壳体类似，光管可以由材料制成并且根据本领域已知的技术制造。

结合本文公开的任何实施方案，其他光源和任选的其他检测器可用于传统的气体检测技术。在这样的实施方案中，控制器/处理器150可操作以控制光源120、检测器130、任何附加光源和任何附加检测器，使得所有组件协同操作。例如，传统光源可以使用每秒约十个短光脉冲来操作，每个短光脉冲的持续时间在1ms到10ms的范围内。传统光源的短光脉冲之间的时间（此处称为“暗时间”）可用于操作光源120以发射和反射光112，如图1所述。

上述系统和方法可包括以下实施方案。

实施方案1是一种用于区分妨害性气体与目标气体或目标气体组的方法，该方法包括：使气流与纸带（110）接触；从光源（120）发射选自红色、绿色、蓝色和紫外线波长的至少三个波长的光（112）；检测从纸带（110）反射的至少三个波长的光（112）中的每一个的反射部分（114）；并且使用模式识别来识别和/或区分妨害性气体与目标气体或目标气体组。

实施方案2可包括实施方案1，其中使用模式识别的步骤包括：使用模式识别技术来确定所检测的至少三个波长中的每一个的反射部分（114）的特征或颜色模式；使该特征或颜色模式与先前记录的特征或先前记录的颜色模式匹配；并且将该特征或颜色模式识别为属于妨害性气体、目标气体或目标气体组。

实施方案3可包括实施方案1至2中的任一个，其中至少三个波长的光是i）红色、绿色和蓝色，ii）紫外线、红色和绿色，iii）紫外线、绿色和蓝色，或iv）紫外线、红色和蓝色。

实施方案4可包括实施方案1至3中的任一个，其中至少三个波长作为单独的光脉冲发射。

实施方案5可包括实施方案4，其中每个光脉冲具有至少1毫秒（ms）的持续时间。

实施方案6可包括实施方案1至5中的任一个，还包括：控制从光源（120）发射的光（112）的强度。

实施方案7可以包括实施方案4至6中的任一个，还包括：对于从光源（120）发射的每个波长的光（112）的每个光脉冲计算由下列等式定义的调整计数：AC = [S（0）/ S（t）] -1，其中S（0）是在时间零点从光源120发射的光（112）的原始强度，S（t）是在时间t（其大于0）检测的光（112）的反射部分（114）的实际强度。

实施方案8可包括实施方案1至7中的任一个，其中对于i）妨害性气体、ii）目标气体、iii）目标气体组中的每种气体，或其组合，模式识别使用红色波长的调整计数（AC）与绿色波长的AC的比率vs.蓝色波长的AC与绿色波长的AC的比率。

实施方案9可以包括实施方案1至8中的任一个，其中对于i）妨害性气体、ii）目标气体、iii）目标气体组中的每种气体，或其组合，模式识别使用红色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.UV波长的AC与绿色波长的AC的比率。

实施方案10可包括实施方案1至9中的任一个，其中光源（120）包括UV+GB-LED、UV+RG-LED、RGB-LED或其组合。

实施方案11可包括实施方案1至10中的任一个，其中使用模式识别的步骤在不使用湿度数据的情况下执行。

实施方案12. 一种用于区分妨害性气体与目标气体或目标气体组的系统，该系统包括：纸带（110）；光源（120），其配置成发射选自红色、绿色、蓝色或紫外线波长的至少三个波长的光（112）；检测器（130），其配置成检测从纸带（110）反射的三个波长的光（112）中的每一个的反射部分（114）；处理器/控制器（150），其连接到检测器（130）以：i）从检测器（130）接收包含反射部分（114）的检测信息的数字信号，以及ii）使用模式识别来识别和/或区分妨害性气体与目标气体或目标气体组。

实施方案13可包括实施方案12，还包括：数据存储器（170），其可操作地连接到处理器/控制器（150），以记录由处理器/控制器（150）产生的特征、颜色模式或特征和颜色模式二者。

实施方案14可包括实施方案12至13中的任一个，其中为了使用模式识别，处理器/控制器（150）配置成：a）使用模式识别技术来确定所检测的三个波长的每一个的反射部分（114）的特征或颜色模式；b）将该特征或颜色模式与先前记录的特征或先前记录的颜色模式匹配； 和c）将该特征或颜色模式识别为属于妨害性气体、目标气体或目标气体组。

实施方案15可包括实施方案12至14中的任一个，其中三个波长作为单独的光脉冲发射。

实施方案16可包括实施方案15，其中每个光脉冲具有至少1毫秒（ms）的持续时间。

实施方案17可包括实施方案15至16中的任一个，其中处理器/控制器（150）还配置成针对从光源（120）发射的每个波长的光（112）的每个光脉冲计算由以下等式定义的调整计数：AC=[S（0）/S（t）]-1，其中S（0）是在时间零点从光源120发射的光（112）的原始强度，S（t）是在时间t（其大于0）检测的光（112）的反射部分（114）的实际强度。

实施方案18可包括实施方案12至17中的任一个，其中处理器/控制器（150）还配置成：控制从光源（120）发射的光（112）的强度。

实施方案19可包括实施方案12至18中的任一个，其中至少三个波长的光（112）是i）红色、绿色和蓝色，ii）紫外线、红色和绿色，iii）紫外线、绿色和蓝色，或iv）紫外线、红色和蓝色。

实施方案20可包括实施方案12至19中的任一个，其中控制器/处理器（150）不使用湿度数据来识别和/或区分妨害性气体与目标气体或目标气体组。

实施方案21可包括实施方案12至20中的任一个，其中，对于i）妨害性气体、ii）目标气体、iii）目标气体组中的每种气体，或其组合，模式识别使用红色波长的调整计数（AC）与绿色波长的AC的比率vs.蓝色波长的AC与绿色波长的AC的比率。

实施方案22可包括实施方案12至21中的任一个，其中对于i）妨害性气体、ii）目标气体、iii）目标气体组中的每种气体，或其组合，模式识别使用红色波长的AC与绿色波长的AC的比率vs.UV波长的AC与绿色波长的AC的比率。

实施方案23可包括实施方案12至22中的任一个，其中光源（120）包括UV+GB-LED、UV+RG-LED、RGB-LED或其组合。

实施例

已经一般性地描述了主题，给出以下实施例作为本公开的具体实施方案并且表明其实践和优点。应当理解，这些实施例是以举例说明的方式给出的，并不意图以任何方式将权利要求书的内容限定成如下内容。

实施例1至13使用了与图1的系统100相当的系统。

实施例1确定了配置用于检测胂（AsH₃）和一种妨害性气体硫化氢（H₂S）的纸带的响应。使用的波长是红色、绿色、蓝色和UV。UV、蓝色和红色波长相对于绿色波长响应的响应示于图2。x轴中的术语“干燥”、“中度”和“湿润”表示测试样品的相对湿度，术语“高”和“低”表示样品中AsH₃的浓度。可以看出，对于不同浓度的AsH₃和对于AsH₃和H₂S的不同湿度水平，当与H₂S对UV、蓝色和红色波长相对于绿色波长的响应比较时，AsH₃对UV、蓝色和红色波长相对于绿色波长的响应是可区分的。

进行实施例2以表明使用RGB-LED作为光源来区分AsH₃（目标气体）和H₂S（妨害性气体）的模式识别技术。实施例2中的模式识别技术包括计算红色波长的调整计数（AC）与绿色波长的AC的第一比率，计算蓝色波长的AC与绿色波长的AC的第二比率，并比较第一比率和第二比率，以确定AsH₃和H₂S之间的任何差异。实施例2的结果示于图3。术语“干燥”、“中度”和“湿润”表示测试的气流的相对湿度，术语“高”和“低”表示测试气流中AsH₃的浓度。可以看出，使用实施例2的模式识别技术用于RGB-LED光源，跨过气流中一定范围的湿度和一定范围的AsH₃浓度，可以将H₂S的染色与AsH₃的染色区分开。此外，实施例2表明了无论湿度如何，AsH₃和H₂S都是可区分的，这表明当区分至少一些妨害性气体与一些目标气体时，例如，当使用RGB-LED作为光源时区分H₂S和AsH₃，可以不需要相对湿度传感器。

进行实施例3以表明使用UV+GB-LED作为光源来区分AsH₃（目标气体）和H₂S（妨害性气体）的模式识别技术。实施例3中的模式识别技术包括计算红色波长的调整计数（AC）与绿色波长的AC的第一比率，计算UV波长的AC与绿色波长的AC的第二比率，并比较第一比率和第二比率，以确定AsH₃和H₂S之间的任何差异。实施例3的结果示于图4。术语“干燥”、“中度”和“湿润”表示测试的气流的相对湿度，术语“高”和“低”表示测试气流中AsH₃的浓度。可以看出，使用实施例3的模式识别技术用于UV+GB-LED光源，跨过气流中一定范围的湿度和一定范围的AsH₃浓度，可以将H₂S的染色与AsH₃的染色区分开。此外，实施例3表明，无论湿度如何，AsH₃和H₂S都是可区分的，这表明当区分至少一些妨害性气体与一些目标气体时，例如，当使用UV+GB-LED作为光源时区分H₂S和AsH₃，可以不需要相对湿度传感器。

进行实施例4和5以表明用于实施例2的模式识别技术可用于区分妨害性气体H₂S与一组氢化物气体，即H₂Se、B₂H₆、GeH₄、SiH₄、PH₃和AsH₃。实施例4和5的结果分别示于图5和6中。在图5和6中示出的模式识别技术中，绿色波长的AC值为100。用于产生图5和6的数据的系统利用RGB-LED作为光源。样品的相对湿度为45％。图5和图6之间的差别是图5示出了用于H₂Se的4×标准偏差框，图6示出了用于H₂Se以及H₂S、B₂H₆和PH₃的4×标准偏差框。计算的标准偏差示于图5和图6，以％计算，其测量结果来自1）同一纸带上的斑点的差异，2）不同的气体浓度（测量是连续的而不是平行的），和3）电路和纸带的其他固有的差异。标准偏差计算不包括所用纸带之间的差异或任何老化效应（仅使用新鲜纸带）。可以看出，不考虑标准偏差，图5和6的图中的H₂S值与所测试的其他氢化物可区分。然而，当考虑所述计算的标准偏差时，H₂S不能与H₂Se区分。

进行实施例6和7以表明用于实施例4和5的模式识别技术可用于在光的波长的不同强度下、对于不同光源和在恒定相对湿度下，区分妨害性气体H₂S与一组氢化物气体，即H₂Se、B₂H₆、GeH₄、SiH₄、PH₃和AsH₃。实施例6中使用实施例2的模式识别技术，实施例7中使用实施例3的模式识别技术。用于生成图7的数据的系统使用RGB-LED作为光源。用于生成图8的数据的系统使用UV+RG-LED作为光源。测试的气流均具有45％的相对湿度。对实施例6和7计算用于实施例4和5的相同的4×标准偏差。

实施例6和7的结果分别显示在图7和8中。在图7和图8中所示的模式识别技术中，改变绿色波长的强度，使得对于每种测试气体，绿色波长的AC为100（用“*”表示）和200（用气体标记中使用的“*”表示）。绿色波长的100的AC在下文称为绿色AC = 100，绿色波长的200的AC在下文中称为绿色AC = 200。

在不考虑标准偏差的情况下，图7和图8的图中的H₂S的值可与针对所使用的绿色波长的两个强度测试的其他氢化物相区分。然而，当在图7中考虑计算的标准偏差时，绿色AC = 100的H₂S值不能与绿色AC = 100和绿色AC = 200二者的任一H₂Se值相区分。当在图8中考虑计算的标准偏差时，绿色AC = 100的H₂S值可能具有与GeH₄区分的问题，但可与其他氢化物相区分。在绿色AC = 100下，对于GeH₄、SiH₄和PH₃中的每一个，红色波长AC与绿色波长AC的比值的大值（这可能导致在实施例7中的条件下区分H₂S与GeH₄的问题）令人惊讶，因为较低的值，例如在绿色AC = 200下的GeH₄，SiH₄和PH₃的每一个的那些是预期的。

在图8中，由于测试系统的故障（即带行进得过早），H₂S和H₂Se在产生AC绿色波长值200的强度的绿色波长处没有UV信号。

进行实施例8至11以表明用于实施例6和7的模式识别技术可用于在光的波长的不同强度、不同相对湿度和不同光源下，区分妨害性气体H₂S与一组氢化物气体，即H₂Se、B₂H₆、GeH₄、SiH₄、PH₃和AsH₃。实施例8和10使用实施例2的模式识别技术。实施例9和11使用实施例3的模式识别技术。用于生成图9和11（实施例8和10）的数据的系统使用RGB-LED作为光源。用于生成图10和12（实施例9和11）的数据的系统使用UV + RG-LED作为光源。对实施例8和9测试的气流的相对湿度为10％。对实施例10和11测试的气流的相对湿度为65％-75％。对于实施例8至11，计算在先前实施例中使用的相同的4×标准偏差。

实施例8至11的结果分别显示在图9至12中。在图9和12所示的模式识别技术中，改变绿色波长的强度，使得对于每种测试的气体，绿色波长的AC为100和200（由在气体标记中使用的*表示）。绿色波长的100的AC在下文中称为绿色AC = 100，绿色波长的200的AC在下文中称为绿色AC = 200。

在不考虑标准偏差的情况下，图9至12的图中的H₂S值可与在实施例8至11中的所有条件下测试的其他氢化物相区分。当考虑标准偏差时，图12显示绿色AC = 100下的H₂Se与绿色AC = 200下的H₂S不可区分。

实施例12和13显示了另一种模式识别技术，它可用于区分H₂S与一组氢化物气体，即H₂Se、B₂H₆、GeH₄、SiH₄、PH₃和AsH₃。实施例12和13中的模式识别技术包括计算蓝色波长的调整计数（AC）与绿色波长的AC的第一比率，计算UV波长的AC与绿色波长的AC的第二比率，并比较第一比率和第二比率以确定上述H₂S和该组氢化物气体之间的任何差异。绿色波长的AC为100。用于生成图13和14（分别为实施例12和13）的数据的系统使用UV+ RG-LED作为光源。实施例12中使用的气流的相对湿度为10％，实施例13中使用的气流的相对湿度为65％-75％。针对H₂Se计算4×标准偏差。实施例12和13的结果显示在图13和14中。可以看出，使用模式识别技术，所有氢化物都可与H₂S区分开。然而，使用模式识别技术，大多数氢化物彼此不可区分。

虽然上文已经示出和描述了根据本文公开的原理的各种实施方案，但是本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神和教导的情况下对其进行修改。本文描述的实施方案仅是代表性的，而不意在限制。许多变化、组合和修改都是可能的，并且在本公开的范围内。由组合、集成和/或省略一个或多个实施方案的特征而产生的替代实施方案也在本公开的范围内。因此，保护范围不受上述说明的限制，而是由所附权利要求限定，该范围包括权利要求的主题的所有等同物。每个权利要求作为进一步的公开内容并入说明书中，并且权利要求是一个或多个发明的一个或多个实施方案。此外，上述任何优点和特征可以涉及特定实施方案，但是不应将这样的所公布的权利要求的应用限制于实现任何或所有上述优点或具有任何或所有上述特征的方法和结构。

此外，本文使用的章节标题是为了与37 C.F.R.1.77中的提议保持一致或以其他方式提供组织性线索而提供。这些标题不应限制或表征可从本公开中发布的任何权利要求中阐述的一个或多个发明。具体地并且作为实例，尽管标题可以称为“领域”，但是权利要求不应该受到在该标题下选择用于描述所谓领域的语言的限制。此外，“背景技术”中的技术的描述不应被解释为承认某些技术是本公开中的任何一个或多个发明的现有技术。“概述”也不被认为是在所公布的权利要求中阐述的一个或多个发明的限制性特征。此外，本公开中对单数形式的“发明”的任何引用不应用于论证在本公开中仅存在单个新颖点。可以根据从本公开公布的多个权利要求的限制来阐述多个发明，并且这样的权利要求因此限定了由其保护的一个或多个发明及其等同物。在所有情况下，权利要求的范围应根据本公开内容根据其自身的优点来考虑，但不应受本文所述标题的约束。

使用更宽泛的术语，例如“包括”，“包含”和“具有”应该被理解为对较窄的术语，例如“由......组成”，“基本上由......组成”和“基本上由......构成”提供支持。关于实施方案的任何要素使用术语“任选地”、“可以”、“可能”、“能够”等意味着不需要该要素，或者需要该要素，两种替代方案都是在一个或多个实施方案的范围内。此外，仅出于说明性目的提供对实施例的参考，并且不旨在排除。

虽然已经在本公开中提供了若干实施方案，但是应当理解，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，所公开的系统和方法可以以许多其他具体形式实施。本实施例被认为是说明性的而非限制性的，并且意图不限于这里给出的细节。例如，各种要素或组件可以组合或集成在另一系统中，或者可以省略或不实现某些特征。

而且，在不脱离本公开的范围的情况下，在各种实施方案中描述和举例说明为离散或分离的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法组合或集成。显示或讨论为彼此直接耦合或通信的其他项目可以通过一些接口、设备或中间组件间接耦合或通信，无论是以电气、机械还是其他方式。在不脱离本文公开的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以确定并且可以做出改变、替换和变更的其他实施例。

Claims (6)

1.用于区分妨害性气体与目标气体或目标气体组的方法，该方法包括：

使气流与纸带（110）接触；

从光源（120）发射选自红色、绿色、蓝色和紫外线波长的至少三个波长的光（112）；

检测从纸带（110）反射的至少三个波长的光（112）中的每一个的反射部分（114）；和

使用模式识别来区分妨害性气体与目标气体或目标气体组，其中所述妨害性气体不发出警报，其中所述妨害性气体不是目标气体但可通过纸带（110）检测，和其中区分妨害性气体与目标气体降低错误警报的数量；

其中对于i）妨害性气体、ii）目标气体、iii）目标气体组中的每种气体，或其组合，所述模式识别使用红色波长的调整计数（AC）与绿色波长的调整计数的比率vs.蓝色波长的调整计数与绿色波长的调整计数的比率，或者所述模式识别使用红色波长的调整计数与绿色波长的调整计数的比率vs.UV波长的调整计数与绿色波长的调整计数的比率；

其中调整计数由以下等式（1）定义：

调整计数 = [S（0）/S（t）]-1 （1）

其中S（0）是在时间零点从光源（120）发射的光（112）的原始强度，以及S（t）是在大于0的时间t由检测器（130）检测的光（112）的反射部分（114）的实际强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用模式识别的步骤包括：

使用模式识别技术来确定所检测的至少三个波长中的每一个的反射部分（114）的特征或颜色模式；

使该特征或颜色模式与先前记录的特征或先前记录的颜色模式匹配；和

将该特征或颜色模式识别为属于妨害性气体、目标气体或目标气体组。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少三个波长的光是i）红色、绿色和蓝色，ii）紫外线、红色和绿色，iii）紫外线、绿色和蓝色，或iv）紫外线、红色和蓝色。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少三个波长作为单独的光脉冲发射。

5.用于区分妨害性气体与目标气体或目标气体组的系统，该系统包括：

纸带（110）；

光源（120），其配置成发射选自红色、绿色、蓝色或紫外线波长的至少三个波长的光（112）；

检测器（130），其配置成检测从纸带（110）反射的三个波长的光（112）中的每一个的反射部分（114）；和

处理器/控制器（150），其连接到检测器（130）以：

从检测器（130）接收包含反射部分（114）的检测信息的数字信号，和

使用模式识别来识别和/或区分妨害性气体与目标气体或目标气体组，其中所述妨害性气体不发出警报，其中所述妨害性气体不是目标气体但可通过纸带（110）检测，和其中区分妨害性气体与目标气体降低错误警报的数量；

其中对于i）妨害性气体、ii）目标气体、iii）目标气体组中的每种气体，或其组合，所述模式识别使用红色波长的调整计数（AC）与绿色波长的调整计数的比率vs.蓝色波长的调整计数与绿色波长的调整计数的比率，或者所述模式识别使用红色波长的调整计数与绿色波长的调整计数的比率vs.UV波长的调整计数与绿色波长的调整计数的比率；

其中调整计数由以下等式（1）定义：

调整计数 = [S（0）/S（t）]-1 （1）

其中S（0）是在时间零点从光源（120）发射的光（112）的原始强度，以及S（t）是在大于0的时间t由检测器（130）检测的光（112）的反射部分（114）的实际强度。

6.根据权利要求5所述的系统，还包括：

数据存储器（170），其可操作地连接到处理器/控制器（150），以记录由处理器/控制器（150）产生的特征、颜色模式或特征和颜色模式两者；

为了使用模式识别，处理器/控制器（150）配置成：

使用模式识别技术来确定所检测的三个波长中的每一个的反射部分（114）的特征或颜色模式；

将该特征或颜色模式与先前记录的特征或先前记录的颜色模式匹配；和

将该特征或颜色模式识别为属于妨害性气体、目标气体或目标气体组。

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