CN109000796B - 光化学分析仪和液体深度传感器 - Google Patents

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Abstract

一种光化学分析仪，包括：第一数量的辐射的源；光学模块，配置为引导第一数量的辐射，使得所述辐射入射到目标位置处的目标上或穿过目标位置处的目标，光学模块还配置为从该目标接收第二数量的拉曼散射辐射并将第二数量的辐射引导至空间干涉傅里叶变换模块，SIFT模块包括第一色散元件和第二色散元件，配置为由第一色散元件接收第二数量的辐射的一部分，并使该部分辐射与由第二色散元件接收到的第二数量的辐射的一部分相互干涉以便形成干涉图案；SIFT模块还包括检测器，配置为捕获干涉图案的至少一部分的图像并基于捕获到的图像产生检测器信号；以及处理器，配置为从检测器接收检测器信号并对检测器信号执行傅里叶变换，从而获得第二数量的辐射的频谱。

Description

光化学分析仪和液体深度传感器
本申请是申请日为2014年1月9日的中国专利申请“化学分析仪和液体深度传感器”(申请号201480013295.4)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种光化学分析仪和一种液体深度传感器。具体地，本发明涉及一种光化学分析仪和一种液体深度传感器，可以被附连到流体容器(fluid vessel)，例如，气体管道(gas pipeline)。
背景技术
气体管道形成用于从入口点向出口点传送气体的国家输气系统(NTS)的一部分。入口点可以包括沿海码头、处理设施和存储设施。出口点可以包括与分布网络、重要顾客和其它存储站点的连接。
一段时间以来，气体管道中存在污染物已成为难题。例如，每年在NTS的气体管道中都存在若干种液体污染物，其中的一些液体污染物对构成NTS一部分的气体设备或大型工业客户的设备造成损坏。仅UK每年用于修复损坏和赔偿顾客的资金就大约超过￡1M。
对于液体污染物，存在三个主要可疑机制。
首先，气体产生器(即，经由馈送点向NTS提供气体的设备)可能偶尔允许液体(例如，二醇类、甲醇、胺类、水或气体凝结物)污染气体。这可能是由于若干原因。二醇类脱水是用于从气体去除不想要的水的公知方法。可以使用的二醇类的示例包括三甘醇(TEG)和乙二醇(MEG)。将二醇类添加到气体中，使得它们可以使气体脱水，然后接着从气体去除二醇类。根据相似方式，可以向气体添加胺类以便去除不想要的硫化氢和二氧化碳。可以添加甲醇以便降低形成水合物(hydrate)的风险。在一些情况下，对添加的甲醇和/或胺类的去除可能并不彻底，导致它们仍然留存在气体中作为液体污染物。此外，较重的碳氢凝结物(例如，具有六个或更多的碳链长度的化合物)可能存在于所述气体中。
其次，在NTS中的气体可以某种组成(composition)，使得气体分量(component)在特定物理条件下(例如，温度、压力和/或气流改变)以不希望的方式从气体凝结出，作为液体污染物。
第三，构成NTS一部分的压缩机站的操作问题可能导致向气体管道泄漏压缩机油。
当前用于在NTS的入口点和NTS内监控气体污染物的化学分析仪是气相系统，也就是说，它们仅监测气体种类的存在。因此，可能无法通过该分析仪来检测液体污染物，和/或气体内存在液体污染物可能引起损坏分析仪或要求对分析仪进行长时间的维护。如果分析仪受损或需要维护，则它必须采用重要的离线测量系统，直到可以执行修复。如果撤下测量系统，同时由测量系统覆盖的NTS的部分继续操作，则无法检测在NTS的该部分中是否存在污染物。
如上所述，无法检测在NTS的气体管道中是否存在液体污染物可能导致损坏形成NTS的一部分的气体设备，或损坏大型工业客户的设备。
应认识到，由于当前无法检测是否存在液体污染物，同样不可能识别在NTS的气体管道中存在何种液体污染物(如果存在液体污染物)。
发明内容
本发明的目的在于用上述或以上未描述的公知化学分析仪和/或检测液体污染物的方法解决或缓解这些问题。本发明的另一目的在于提供备选的化学分析仪和/或备选的液体深度传感器。
根据本发明的一个方面，提供了一种光化学分析仪，包括：第一数量的辐射的源；光学模块，配置为引导第一数量的辐射，使得所述辐射入射到目标位置处的目标上或穿过目标位置处的目标，所述光学模块还配置为从该目标接收第二数量的辐射并将第二数量的辐射引导至空间干涉傅里叶变换(SIFT)模块，所述SIFT模块包括第一色散(dispersive)元件和第二色散元件，SIFT模块配置为由第一色散元件接收第二数量的辐射的一部分，并使该部分的辐射与由第二色散元件接收到的第二数量的辐射的一部分相互干涉以便形成干涉图案；所述SIFT模块还包括检测器，配置为捕获干涉图案的至少一部分的图像并基于捕获到的图像产生检测器信号；以及处理器，配置为从检测器接收检测器信号并对检测器信号执行傅里叶变换，从而获得第二数量的辐射的频谱。
所述目标可以位于高压环境下的气体中。高压环境可以是压力大于约3bar并小于约300bar的环境。在其它实施例中，压力可以大于约300bar。在一些实施例中，压力可以大于约70bar。
所述目标可以位于容器中，可选地，所述容器可以是气体管道。
光化学分析仪可以配置为位于相对目标位置的远离位置(stand-off location)处，使得在目标位置以及光学模块的任意光学组件之间沿着第一和第二数量的辐射中的每一辐射的光路的距离大于约30cm，其中在使用时第一或第二数量的辐射经过所述光学模块的任意光学组件。这样使得能够例如结合较大直径的管道来使用光化学分析仪，其中，光化学分析仪的一部分被安装到管道的顶部，目标位置处于管道的底部。
第一数量的辐射可以基本是单色的；SIFT模块还可以包括第三色散元件和第四色散元件，SIFT模块配置为由第三色散元件接收第一数量的辐射的一部分，并使该部分与由第四色散元件接收到的第一数量的辐射的一部分进行干涉，以便形成第二干涉图案；SIFT模块还包括第二检测器，配置为捕获第二干涉图案的至少一部分的图像并基于由第二检测器捕获到的图像产生第二检测器信号；以及处理器，配置为从第二检测器接收第二检测器信号并对第二检测器信号执行傅里叶变换，从而获得第一数量的辐射的频率，所述处理器还配置为将第二数量的辐射的频谱与第一数量的辐射的频谱进行比较，以便产生吸收谱。
所述处理器可以配置为产生吸收谱的频率，从而识别在目标中是否存在物质(或，在备选实施例中，识别是否不存在物质)，和/或确定目标中物质的浓度。
第一数量的辐射可以基本是单色且基本相干。
所述处理器可以配置为处理第二数量的辐射的频谱，从而识别在目标中是否存在物质和/或确定物质在目标中的浓度。
第二数量的辐射可以是被拉曼散射的辐射。
光学模块还可以包括抑制滤波器，配置为基本防止第二数量的辐射的分量到达SIFT模块，其中该分量的频率基本与第一数量的辐射的频率相同。
所述光学模块可以包括光纤，其中第一和第二数量的辐射沿着光纤传播。
SIFT模块可以包括分束装置，配置为将第二数量的辐射划分为：由第一色散元件接收的第二数量的辐射的一部分；以及由第二色散元件接收到第二数量的辐射的一部分。
第一和第二色散元件可以分别是第一和第二衍射光栅，第一和第二衍射光栅中的每一个的平面可以分别相对于由第一和第二衍射光栅接收到的第二数量的辐射的各部分的光轴是不垂直的。
所述检测器可以包括CCD或CMOS传感器。
光化学分析仪还可以包括目标检测模块，所述目标检测模块配置为检测期望类别的目标的存在性的改变，并当检测到关于期望类别的目标的存在性的预定改变时，输出目标改变信号。
可以配置所述光化学分析仪，使得基于由目标检测模块输出的目标改变信号，光化学分析仪的至少一部分从断电状态进入通电状态。
所述从断电状态进入通电状态的光化学分析仪的至少一部分可以是第一数量的辐射的源和/或检测器。
所述目标检测模块可以包括根据下文讨论的本发明第二方面的液体深度传感器。
液体深度传感器的控制器可以配置为当液体深度的测量值超过预定阈值时输出目标改变信号。
所述光化学分析仪还可以包括辐射引导元件，辐射引导元件配置为将第二数量的辐射引导到SIFT模块，将第二数量的检测辐射引导到传感器装置。
所述辐射引导元件可以包括二向色滤波器。
所述光学模块可以配置为引导第一数量的辐射，使得紧接在入射到目标上之前第一数量的辐射通过自由空间，其中光学模块配置为在将第二数量的辐射提供给SIFT模块之前使得来自目标的第二数量的辐射穿过自由空间。
自由空间可以包括流体。
光化学分析仪还可以包括成像设备。
所述成像设备可以配置为产生所述目标的至少一部分的图像。
所述光化学分析仪还可以包括成像控制器，所述成像控制器配置为使得成像控制器基于检测器信号，有选择性地向所述成像设备提供能量。
所述光学模块可以配置为将第一数量的辐射引导通过易挥发物质，使得第一数量的辐射向易挥发物质传送能量，其中所述第一数量的辐射的源和光学模块配置为，使得从第一数量的辐射向易挥发物质传送的总能量和/或能量密度小于点火量(ignitionamount)。
目标位置可以是滤波器(或滤波装置)的一部分处，所述滤波器配置为过滤(例如，减小其中所含的污染物的量)经过所述滤波器的流体。目标位置可以处于形成滤波器的一部分的滤波元件的表面处，所述滤波元件配置为减少在流经该滤波器的流体中所含的污染物的数量。
所述目标可以是流体，流体可以包含在容器中。在其它实施例中，目标可以是粉末或灰尘。粉末或灰尘可以包含在容器中。
所述光化学分析仪可以配置为位于容器外部。
所述容器可以是管道的一部分。所述管道可以是气体管道。所述气体管道可以承载自然气体或被压缩的空气。
所述容器可以是滤波器的一部分，其中所述滤波器被配置为过滤流经该滤波器的流体。
所述光化学分析仪还可以包括窗口，配置为安装到容器上，所述窗口对于第一和第二数量的辐射基本透明，所述源配置为在使用时第一和第二数量的辐射穿过所述窗口。
所述窗口可以由蓝宝石构成。蓝宝石可以是c切蓝宝石。可以适当地烧制蓝宝石。
所述光化学分析仪还可以包括加热器，所述加热器与所述窗口进行热传递，配置为对所述窗口加热。所述光化学分析仪还可以包括热隔离器，将加热器与容器进行热隔离。
所述光化学分析仪还可以包括通风通道，其第一端配置为与窗口的一部分以及第二端进行流体流传递，其中所述窗口的一部分与包含在容器内的流体进行流体流传递，所述第二端与容器外部进行流体流传递；所述通风通道还包括封闭元件，在通常封闭的配置下基本防止流体在通风通道的第一和第二端之间流动，在打开的配置下允许流体在通风通道的第一和第二端之间流动。
根据本发明的第二方面，提供了一种适合结合流体管道使用的液体深度传感器，所述液体深度传感器包括辐射源，产生第一数量的检测辐射，辐射源配置为在使用时引导第一数量的检测辐射，使得第一数量的检测辐射入射到深度感测位置处的液体上；传感器装置，布置为接收第二数量的检测辐射，第二数量的检测辐射是由所述液体反射的第一数量的检测辐射的一部分，第二数量的检测辐射入射在该传感器装置上的位置取决于辐射源与液体表面之间的路径长度，所述传感器装置还配置为输出对第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置加以指示的传感器信号；以及控制器，配置为接收所述传感器信号，并基于所述传感器信号确定对液体的深度加以指示的测量值。
所述控制器可以配置为基于所述传感器信号，确定对辐射源以及液体表面之间的路径长度加以指示的测量值。
所述传感器装置可以布置为接收第三数量的检测辐射，第三数量的检测辐射是由第二表面反射的第一数量的检测辐射的一部分，第三数量的检测辐射入射在该传感器装置上的位置取决于辐射源与第二表面之间的路径长度，所述传感器装置还配置为输出对第三数量的检测辐射入射到传感器装置上的位置加以指示的传感器信号。
所述控制器可以配置为基于所述传感器信号，确定对辐射源和液体表面之间的路径长度以及辐射源和第二表面之间的路径长度之间的差值加以指示的测量值。
深度感测位置可以是过滤器(或过滤装置)的一部分处，所述过滤器配置为过滤(例如，减小其中所含的污染物的量)经过所述过滤器的流体。深度感测位置可以处于形成过滤器的一部分的过滤元件的表面处，所述过滤元件配置为减少在流经该过滤器的流体中所含的污染物的量。
所述液体可以包含在容器中。
所述液体深度传感器可以配置为布置在容器外部。
所述容器可以是管道的一部分。所述管道可以是气体管道。所述气体管道可以承载天然气或被压缩的空气。
所述容器可以是过滤器的一部分，其中所述过滤器被配置为过滤流经该过滤器的流体。
所述液体深度传感器还可以包括窗口，配置为安装到容器上，所述窗口对于第一数量和第二检测数量的辐射是基本透明的，配置所述辐射源，使得在使用时第一数量和第二数量的检测辐射穿过所述窗口。
所述窗口可以由蓝宝石构成。蓝宝石可以是c切蓝宝石。可以适当地烧制蓝宝石。
所述液体深度传感器还可以包括加热器，所述加热器与所述窗口进行热传递，配置为对所述窗口加热。所述光化学分析仪还可以包括热隔离器，将加热器与容器进行热隔离。
所述液体深度传感器还可以包括通风通道，其第一端配置为与窗口的一部分以及第二端进行流体流传递，其中所述窗口的一部分与包含在容器内的流体进行流体流传递，所述第二端与容器外部进行流体流传递；所述通风通道还包括封闭元件，在通常封闭的配置下基本防止流体在通风通道的第一和第二端之间流动，在打开的配置下允许流体在通风通道的第一和第二端之间流动。
所述第二表面可以是容器的表面。
所述液体深度传感器还可以包括第一光束会聚元件，配置为将第一数量的辐射聚焦在基本与所述液体共同定位的焦点位置。
所述液体深度传感器还可以包括光束扩展元件，配置为在第一光束会聚元件的上游扩展第一数量的辐射。
所述液体深度传感器还可以包括：第二光束会聚元件，配置为将第二数量的检测辐射聚焦在基本与所述传感器装置共同定位的焦点位置。
所述液体深度传感器还可以包括去斑元件(despeckling element)，配置所述辐射源使得第一数量的检测辐射入射在去斑元件上，其中所述去斑元件配置为减小第一数量的辐射内的散斑对传感器信号的影响。
所述去斑元件可以包括扩散器，配置用于旋转，并布置所述扩散器使得在使用时将第一数量的检测辐射入射在其上。
液体深度传感器还可以包括基准通道，所述基准通道包括产生第四数量的检测辐射的第二辐射源，所述第二辐射源配置为在使用时引导第四数量的检测辐射，使得将第四数量的检测辐射入射在基准表面；第二传感器装置，布置为接收第五数量的检测辐射，所述第五数量的检测辐射是由基准表面反射的第四数量的检测辐射的一部分，第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置取决于第二辐射源和基准表面之间的路径长度，所述第二传感器装置还配置为输出对第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置加以指示的传感器信号；以及其中所述控制器配置为接收所述对第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置加以指示的传感器信号，并基于所述对第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置加以指示的传感器信号，确定对第二辐射源和基准表面之间的路径长度加以指示的测量值。
所述第二辐射源和产生第一数量的检测辐射的辐射源可以是同一辐射源。
所述控制器可以配置为基于对第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置加以指示的传感器信号以及对第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置加以指示的传感器信号，计算对液体深度加以指示的校正测量值。
所述液体深度传感器还可以包括成像设备。
所述成像设备可以配置为产生深度感测位置的图像。
所述液体深度传感器还包括成像控制器，所述成像控制器配置为使得所述成像控制器基于传感器信号有选择地向成像设备提供能量。
所述辐射源可以配置为引导第一数量的检测辐射通过易挥发物质，第一数量的检测辐射向易挥发物质传送能量，其中所述辐射源配置为使得从第一数量的检测辐射向易挥发物质传送的总能量和/或能量密度小于点火量(ignition amount)。
所述液体可以包括灰尘或粉末，或所述液体可以代替灰尘或粉末。
根据本发明的第一方面的光化学分析仪或根据本发明的第二方面的液体深度传感器还可以包括悬浮物(aerosol)检测模块，所述悬浮物检测模块包括：第一强度传感器，配置为测量引导至流体的辐射在入射到流体之前的强度；第二强度传感器，配置为测量由流体背向散射的辐射量的强度；以及处理器，配置为将由第一强度传感器测量到的强度与由第二强度传感器测量到的强度进行比较，以便确定对在流体内的悬浮物的量加以指示的测量值。
引导至流体的辐射的数量可以是第一数量的辐射。引导至流体的辐射的数量可以是第一数量的检测辐射。
根据本发明的第三方面，提供了一种使用光化学分析仪分析目标的方法，所述光化学分析仪包括：辐射源；光学模块；处理器；以及空间干涉傅里叶变换(SIFT)模块，包括第一和第二色散元件与检测器；所述方法包括：辐射源产生第一数量的辐射；光学模块引导第一数量的辐射使得将所述辐射入射在目标位置处的目标上或穿过目标位置处的目标，光学模块从目标接收第二数量的辐射；光学模块将第二数量的辐射引导至SIFT模块；SIFT模块接收第二数量的辐射；第一色散元件接收第二数量的辐射的第一部分；第二色散元件接收第二数量的辐射的第二部分；由第一色散元件接收到的第二数量的辐射的第一部分与由第二色散元件接收到的第二数量的辐射的第二部分相互干涉以便形成干涉图案；检测器捕获干涉图案的至少一部分的图像；检测器基于捕获到的图像产生检测器信号；处理器从检测器接收检测器信号；以及处理器对检测器信号执行傅里叶变换，从而获得第二数量的辐射的频谱。
所述目标可以包括管道或容器中的液体种类。所述管道可以是气体管道。所述气体管道可以承载天然气或被压缩的气体。
所述目标可以包括管道或容器中的液体种类。所述管道可以是气体管道。所述气体管道可以承载天然气或被压缩的气体。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于使用适合结合流体管道使用的液体深度传感器来确定对液体深度加以指示的测量值，所述液体深度传感器包括辐射源、传感器装置、以及控制器，所述方法包括：辐射源产生第一数量的检测辐射，辐射源引导第一数量的检测辐射使得将第一数量的检测辐射入射在深度感测位置处的液体上；传感器装置接收第二数量的检测辐射，第二数量的检测辐射是由所述液体反射的第一数量的检测辐射的一部分，第二数量的检测辐射入射在该传感器装置上的位置取决于辐射源与液体表面之间的路径长度，所述传感器装置输出对第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置加以指示的传感器信号；以及控制器接收所述传感器信号，并基于所述传感器信号确定对液体的深度加以指示的测量值。
根据本发明的第五方面，提供了一种光谱仪，包括：光纤、布置在光纤第一端的第一光学滤波器以及布置在光纤第二端的第二光学滤波器，其中所述第一光学滤波器选自包括光学带通滤波器、光学带阻滤波器以及光学边缘滤波器的组；所述第二光学滤波器选自包括光学带通滤波器、光学带阻滤波器以及光学边缘滤波器的组。
第一和第二光学滤波器可以是边缘滤波器。第一和第二光学滤波器可以都是长波通滤波器或可以都是短波通滤波器。
所述第一和/或第二光学滤波器可以布置为邻近光纤的相应两端。在这种情况下，当通过第一光学滤波器以及该光学滤波器的第一端之间时，辐射可以不通过另一光学组件。类似地，当通过第二光学滤波器以及该光学滤波器的第二端之间时，辐射可以不通过另一光学组件。
所述第一和第二光学滤波器可以配置为接收辐射，并设置所述第一和第二光学滤波器的朝向使得第一和第二光学滤波器中的每一个的光轴相对接收到的辐射的光轴是非平行的。
所述光谱仪可以是包括辐射源的拉曼光谱仪，所述辐射源配置为产生第一数量的具有第一波长的拉曼激发辐射，所述第一波长的拉曼激发辐射可以在采样中激发拉曼散射，所述第一和第二光学滤波器可以都是截止波长大于第一波长的长波通滤波器。
根据本发明的第六方面，提供了一种用于传送辐射的光学装置，所述光学装置包括光纤、位于光纤第一端处的第一光学滤波器以及位于光纤的第二端处的第二光学滤波器，其中所述第一光学滤波器选自包括光学带通滤波器、光学带阻滤波器以及光学边缘滤波器的组；所述第二光学滤波器选自包括光学带通滤波器、光学带阻滤波器以及光学边缘滤波器的组。
根据第六方面，所述光学装置无需构成光谱仪的一部分，可以用于任何适合应用中，例如在想要抑制任何不希望的辐射(由光纤产生的荧光辐射)的情况下。
第一和/或第二光学滤波器可以位于邻近光纤的两端。在这种情况下，当通过第一光学滤波器以及该光学滤波器的第一端之间时，辐射可能不通过另一光学组件。类似地，当通过第二光学滤波器以及该光学滤波器的第二端之间时，辐射可能无法通过另一光学组件。
所述第一和第二光学滤波器可以布置为接收辐射，并设置所述第一和第二光学滤波器的朝向使得第一和第二光学滤波器中的每一个的光轴相对接收到的辐射的光轴是非平行的。
所述第一和第二光学滤波器可以配置为减小由该光学装置传输的荧光辐射的量。例如，在一些实施例中，所述荧光辐射可以是在光纤中产生的。
根据本发明的第七方面，提供了一种连接器配件，配置为与包含有流体的容器相耦接，所述连接器配件包括：窗口，配置为对于感测辐射的一部分基本是透明的，从而允许该部分的感测辐射通过；加热器，所述加热器与所述窗口热通信并配置为对所述窗口进行加热；通风通道，其第一端配置为与窗口的一部分和其第二端进行流体流传递，其中所述窗口的一部分与包含在容器内的流体进行流体流传递，所述第二端配置为与容器外部进行流体流传递；所述通风通道还包括封闭元件，在通常封闭的配置下基本防止流体在通风通道的第一和第二端之间流动，在开放的配置下允许流体在通风通道的第一和第二端之间流动。加热器和通风通道的组合可以用于基本防止不想要的凝结物形成在所述窗口上。加热器可以用于增加所述窗口的温度，排气孔可以用于清洁较湿的(由凝结造成的)气体靠近所述窗口。
所述窗口可以由热传导性较高的材料构成，使得由加热器产生的热量被导入窗口内。
可以配置连接器配件，使得感测辐射的一部分从容器内部的位置穿过该窗口到容器外部的位置。还可以配置连接器配件，使得感测辐射的另一部分从容器外部的位置穿过窗口到达容器内部的位置。
所述感测辐射可以构成感测装置的一部分。例如，连接器配件可以构成感测装置的一部分，所述感测辐射是由所述感测装置产生的和/或由感测装置接收到的。所述感测装置可以是光谱仪或任何其它适合光化学分析仪。
所述连接器配件还可以包括热隔离器，配置为将加热器与所述连接器装配连接的容器进行热隔离。所述热隔离器最小化由加热器向容器传送的热量的量。这样有助于最小化形成在窗口上的凝结物。
所述容器可以是加压管道的一部分。所述管道可以是气体管道。所述气体管道可以承载天然气或被压缩的气体。
所述窗口可以包括蓝宝石，可选地，蓝宝石可以是c切蓝宝石。确定的是蓝宝石(具体地，c切蓝宝石)的荧光特性非常低。也就是说，蓝宝石(具体地，c切蓝宝石)不产生大量荧光辐射。在一些应用中，最小化荧光辐射可以是有利的，例如，在不期望荧光辐射的应用中。一个这种示例是在将穿过该窗口的辐射传送到光化学分析仪的情况下，这是由于荧光辐射可能导致光化学分析仪产生不准确的结果。
可以配置连接器配件，使得窗口表面的法线相对于感测辐射的一部分的传播方向是非平行的，其中所述表面是感测辐射的所述一部分通过的表面。这样可以帮助防止由该表面反射的辐射沿和入射在该表面上的辐射反向平行的方向行进。
根据本发明的第八方面，提供了一种包括目标检测模块的光化学分析仪，所述目标检测模块配置为检测期望类别目标存在性的改变，并当检测到关于期望类别目标的存在性的预定改变时输出目标改变信号；可以配置所述光化学分析仪，使得基于由目标检测模块输出目标改变信号，光化学分析仪的至少一部分从断电状态进入通电状态。这样可以防止在不必要的情况下对光化学分析仪的一部分进行通电。这样可以延长光化学分析仪的所述部分的工作寿命。
所述从断电状态进入通电状态的光化学分析仪的至少一部分可以是检测器和/或辐射源，所述辐射源配置为入射在目标上，以便光化学分析仪根据目标的化学组成输出信号。
所述目标检测模块可以包括根据上述本发明的第二方面的液体深度传感器。
所述液体深度传感器的控制器可以配置为当液体深度的测量值超过预定阈值时输出目标改变信号。
附图说明
现参考附图示例性地描述本发明的具体实施例，附图中：
图1示出了穿过气体管道形式的容器的示意横截面视图；
图2示出了安装到容器的本发明实施例的一部分的示意透视图；
图3示出了穿过安装到容器的支管(spur pipe)的本发明实施例的一部分的示意横截面；
图4示出了穿过安装到容器的支管的本发明另一实施例的一部分的示意横截面；
图5示出了本发明实施例的示意视图；
图6示出了根据本发明实施例的液体深度传感器的一部分的示意视图；
图7示出了图6所示的液体深度传感器的一部分的示意视图，其中液体示出为具有若干不同深度；
图8示出了图6和7所示的液体深度传感器的一部分的示意视图；
图9示出了可以形成图6到8所示的液体深度传感器的一部分的透镜装置(lensarrangement)的示意视图；
图10示出了图6到9所示的液体深度传感器的一部分的示意视图；
图11示出了根据本发明实施例的光化学分析仪的一部分的示意视图；
图12示出了可以构成图11所示的光化学分析仪的一部分的透镜装置的示意视图；
图13示出了根据本发明另一实施例的光化学分析仪的一部分的示意视图；
图13a示出了根据本发明的另一实施例的光化学分析仪和/或液体深度传感器的一部分的示意视图；以及
图14示出了针对若干直径的悬浮物微粒，测量强度(I)随着悬浮物微粒(M)的质量的变化图，其中由可以构成本发明实施例的一部分的悬浮物检测模块来测量强度。
用相同的附图标记来表示附图中等同的特征。
具体实施方式
如上所述，在某些时候，气体管道中存在污染物是个问题。具体地，在气体管道中存在液体污染物可能导致损坏气体设备。
用于检测气体管道中是否存在污染物的公知分析仪可能无法检测液体污染物，在一些情况下，如果将它们暴露向液体污染物，则它们可能不可操作或需要维护。
图1示出了可以构成用于传送气体的国家输气系统(NTS)的一部分的气体管道10的示意横截面。所述气体可以是天然气。气体管道10包括含有气体的区域12以及含有液体污染物14的区域。容器中的气体(在这种情况下，气体管道10)相对大气压力处于高压下。例如，气体可以具有大于约2个气压的压力。在一些情况下，气体可以具有最高为约100个气压的压力。可以看出如果在气体管道10中存在液体污染物14，则液体污染物聚集在气体管道10的最低点，以便形成液体污染物池。
图2示出了光化学分析仪的一部分以及液体深度传感器的一部分，二者都被含在经由支管18安装到气体管道10的管上单元(on-pipe unit)16中。
图3和4示出了允许管上单元16安装到支管18的两个不同装置的示意横截面视图，支管18与气体管道10相连(图3和4中未示出)。
每个实施例示出了管上单元16的罩20的一部分。
在图3所示的实施例中，罩20包括轴套部(boss portion)22。轴套部22包括螺纹24。经由与轴套部22的螺纹24相对应的螺纹28将法兰件26旋紧到罩20的轴套部22。法兰件26包括可以被称作窗口的观察玻璃30。在这种情况下，将观察玻璃30融合到法兰件26的其它部分。可以将任何适合材料用于观察玻璃30和法兰件26的其它部分。在一个实施例中，观察玻璃30由硼硅酸盐形成，法兰件26的其它部分由诸如钢的金属形成。
将观察玻璃30与法兰件26的其它部分融合确保在观察玻璃30和法兰件26的其它部分之间基本上没有气体泄漏。法兰件26被固定到支管18的法兰部32。可以以任何方便方式实现将法兰件26固定到支管18的法兰部32。例如，诸如螺栓(bolt)的保持器(retainer)可以穿过在法兰件26和支架18的法兰部32的孔径34。法兰件26被固定到支管18的法兰部32，使得在法兰件26和支管18之间基本没有气体泄漏。
图4所示的实施例与图3所示的实施例的不同之处在于：通过焊接(与此不同的是，图3所示的螺纹连接)将法兰件26a安装到罩20。然而，应认识到的是，法兰件26a可以以任何适合方式安装到罩20。例如，在一些实施例中，法兰件可以与所述罩是一体的。此外，代替法兰件26a包括融合到该法兰件的观察玻璃(如图3所示)，在图4所示的实施例中，将观察玻璃30a夹持在法兰件26a和支管18的法兰部32之间。将观察玻璃30a夹在法兰件26a和法兰部32之间，使得在观察玻璃30a和法兰件26a之间基本没有气体泄漏路径，使得在观察玻璃30a和支管18的法兰部32之间基本没有气体泄漏路径。观察玻璃30a可以由任何适合材料形成。在一个示例中，观察玻璃30a由蓝宝石形成。
在液体深度传感器和/或光化学分析仪的任意实施例中，蓝宝石可以用作观察玻璃/窗口的材料。蓝宝石可以是c切蓝宝石。可以通过包括胶粘或烧结的任何适合方法来固定观察玻璃/窗口(例如，固定到法兰件)。
在一些实施例中，优选的是基于材料的电磁传输特性和荧光特性，来选择形成观察玻璃30、30a的材料。对于观察玻璃有利的是允许所需波长或波长范围的电磁辐射基本无衰减地通过观察玻璃。此外，希望观察玻璃在特定波长或波长范围下展示最少荧光，使得任何荧光辐射不影响通过该观察玻璃的测量辐射。
附连到管上单元的支管可以是已与气体管道相连的支管。备选地，可以使用任何适合方法将支管连接到气体管道。例如，如本领域技术人员所熟知，支管可以被热铸(hottap)到气体管道。
应认识到，在其它实施例中，可以以任何适当方式将光化学分析仪和/或液体深度传感器中的一部分安装到容器(例如，气体管道)。
图5示出了根据本发明实施例的光化学分析仪和液体深度传感器的示意表示。光化学分析仪和液体深度传感器包括管上单元16(如上所述)和管外单元40(off-pipeunit)。
在该示例中，管上单元16包括多种光学器件，所述光学器件形成光化学分析仪的一部分并被示意性地表示为框42。管上单元16还包括液体深度传感器的组件，所述组件被示意性地表示为框44。
在实施例中，管外单元40包括形成光化学分析仪的一部分的第一辐射源46。管外单元40还包括形成光化学分析仪的一部分的检测器48。第一数量的辐射的源46以及检测器48通过至少一个光纤被光学链接到光化学分析仪42的组件，所述组件形成管外单元16的一部分。在这种情况下，辐射源46和检测器48通过在附图中表示为两个箭头50的一对光纤，光学链接到形成管外单元16的一部分的光化学分析仪的组件42。在一些实施例中，辐射源46和检测器48可以通过至少一个光纤被光学链接到形成管外单元16的一部分的光化学分析仪的组件42。在所示实施例中，辐射源46和检测器48通过两个光纤被光学链接到形成管外单元16的一部分的光化学分析仪的组件42：第一光纤承载由辐射源产生的到管外单元的辐射，第二光纤承载经由形成管外单元16的一部分的光化学分析仪的组件42从气体管道到检测器的辐射。
辐射源46和检测器48还链接到微处理器52。可以使用任何适合微处理器。微处理器可以能够执行处理操作和/或控制器操作。微处理器52还经由连接62连接到位于管外单元16中的液体深度传感器44的组件。可以将任何适合连接用于将组件链接到微处理器。例如，连接可以包括USB连接。
管外单元40还包括电源单元(PSU)54。PSU 54经由电力线56接收电力并分别经由连接58和60向管上单元16和管外单元40内的组件分布电力。在备选实施例中，可以单独地向管上单元和管外单元中的每一个提供电力。
在图5所示的实施例中，微控制器52经由连接64与远程终端66相连。在一些实施例中，尽管可以使用任何适合连接，然而连接64可以是以太网型连接。远程终端可以是个人计算机。远程终端66和微处理器52之间的连接支持远程终端从微处理器52检索数据和/或远程控制微处理器52的操作的方面。例如，连接64可以支持远程终端66监控由光化学分析仪产生的数据以便确定是否在目标中存在特定化学物质；和/或监控由液体深度传感器产生的数据，该数据指示在目标位置处的液体深度。
下文更详细地讨论了上述光化学分析仪和液体深度传感器的多种组件的操作。
图6示出了可以形成本发明实施例的一部分的液体深度传感器的示意表示。液体深度传感器包括辐射源70。辐射源70产生第一数量的检测辐射72。在一个示例中，辐射源可以是功率输出为10mW的二极管激光器，第一数量的检测辐射可以是波长为633nm的电磁辐射。辐射源配置为使用时引导第一数量的检测辐射72，使得将第一数量的检测辐射入射在液体深度感测位置76的液体74上。辐射源70可以是任何适合的辐射源，例如，任何适合类型的激光器。
在一些实施例中，液体74包含在容器中，例如，管道的一部分，液体深度传感器位于容器外部(例如，管道的一部分的外部)。例如，如图2所示，液体深度传感器的一部分可以布置在管上单元16中，管上单元16经由支管18安装到气体管道10，液体深度传感器的一部分可以布置在管外单元中。在所示实施例中，由辐射源70产生的第一数量的检测辐射72通过窗口(诸如，图3和4所示的窗口)，以便经由窗口从容器的外部(例如，管上单元16)穿到容器(例如，管道10)内。
在容器(例如，气体管道)的正常操作状态下，在容器内基本没有液体。在容器中存在液体的状态下，液体(例如，至少一个液体污染物)可以存在于容器中，例如，在气体管道的底部，如图6所示。
由液体74(在该情况下，液体74的表面78)反射第一数量的检测辐射72的一部分。所述由液体74反射的第一数量的检测辐射的部分可以被称作第二数量的检测辐射。由箭头80表示第二数量的检测辐射。第二数量的检测辐射穿过示意性表示为82的多种光学器件，并入射在布置用于接收第二数量的检测辐射80的传感器装置84上。
在一些实施例中，传感器装置可以包括CCD或CMOS型检测器。在一些实施例中，间距(pitch)(即，传感器的相邻像素之间的距离)可以大约为3μm到5μm。适合CCD的示例是间距为5μm的且尺寸为1280x1024个像素的CCD。
第二数量的检测辐射80入射在传感器装置84上的位置取决于在辐射源70和液体74的表面78之间的路径长度86。第二数量的检测辐射80入射在传感器装置84上的位置还取决于传感器装置84和液体74的表面78之间的路径长度。因此，第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置取决于在深度感测位置处的液体的深度。以下将参考图7进行详细讨论。
图7示出了容器88的一部分的示意图。如上所述，容器88可以容纳液体(例如，液体污染物)，例如，当容器处于存在液体状态下时。附图示出了液体的三个不同的潜在表面。将它们标记为78、78a和78b。当液体具有表示为78、78a、或78b的表面时，附图中将液体的深度分别表示为d1、d2和d3。根据液体表面被表示为78、78a还是78b，由液体表面反射的第二数量的检测辐射的路径将是不同的。如果由表面78、78a或78b反射第一数量的检测辐射，则分别将第二数量的检测辐射的不同路径表示为80、80a和80b。此外，由容器88的表面反射的第二数量的检测辐射的路径表示为80c。
然后由光学器件82引导第二数量的检测辐射80、80a、80b和80c的路径，并将其入射在传感器装置84上。第二数量的辐射80、80a、80b和80c入射在传感器装置84上的位置被分别表示为90、90a、90b和90c。因此，可以看出，第二数量的检测辐射入射在传感器装置84上的位置取决于液体的深度。应清楚，第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置取决于辐射源和液体表面之间的路径长度，还取决于传感器装置和液体表面之间的路径长度。这是由于辐射源或传感器装置与液体表面之间的路径长度取决于液体的深度。
例如，参考图7，液体深度d的改变将导致改变辐射源和液体表面之间的路径长度1，用下式表示：
Figure BDA0001726780900000191
其中θ是第一数量的检测辐射72的路径和液体表面的法线92之间的夹角。
传感器装置84还可以配置为输出传感器信号(示意示出为94)，表示第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置。液体深度传感器还可以包括微处理器52，配置为接收传感器信号94并基于所述传感器信号94确定对液体深度加以指示的测量值。
在一些实施例中，可以校准液体深度传感器。可以以任何适合方式校准液体深度传感器。例如，当在深度感测位置76处基本不存在液体时，可以将由辐射源70产生的第一数量的检测辐射72引导至深度感测位置76。在这种情况下，通过位于深度感测位置处的容器88的表面反射第一数量的检测辐射。参考图7，由容器88的表面反射的第一数量的检测辐射72的一部分将沿着路径80c行进，并入射在传感器装置的位置90c处。
传感器装置84输出对辐射入射在传感器装置上的位置90c加以指示的传感器信号94。将传感器信号提供给微处理器52，控制器可以存储这种表示没有液体存在于深度感测位置76处的容器88内的传感器信号。
然后，如果液体(例如，液体污染物)变成位于深度感测位置76处，则由传感器装置84接收到的第二数量的检测辐射的位置将从由容器表面反射的辐射的位置改变。这样将导致改变由传感器装置输出的传感器信号。控制器可以确定接收到的传感器信号相比于校准的存储传感器信号(当由容器表面反射第一数量的检测辐射时)的变化表示在深度感测位置76处存在的(特定深度的)液体。
在一些实施例中，可以配置液体深度传感器，使得控制器输出仅对是否在深度感测位置处存在液体(或相反)加以指示的信号。在实施例中，可以配置液体深度传感器，使得它可以确定对在液体感测位置处的液体的实际深度加以指示的测量值。在这两个示例中，控制器基于传感器信号确定对液体的深度加以指示的测量值。在控制器确定是否在深度感测位置处存在液体的实施例中，控制器确定液体的深度基本为零(即，在深度感测位置处不存在液体)或确定液体的深度不为零(即，在深度感测位置处存在液体)。尽管如此，其他实施例可以包括能够确定表示在深度感测位置处的液体的实际深度的测量值的控制器。
在一些实施例中，如上所述，控制器基于由传感器装置输出的传感器信号确定对深度感测位置处的液体深度加以指示的测量值，其中传感器信号取决于传感器装置接收第二数量的检测辐射的位置。在一些实施例中，控制器使用峰值拟合(peak fitting)算法，确定第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置，以便确定入射在传感器装置上的第二数量的辐射的图像的中心点。例如，在传感器装置包括CCD的情况下，控制器可以监控第二数量的辐射入射在CCD的每一像素上的数量，然后应用本领域技术人员公知的峰值拟合算法来基于入射在每一像素上的第二数量的辐射的数量，确定入射在CCD上的第二数量的辐射的中心位置。
参考图8，在将液体深度传感器安装到管道形式的容器内的特定实施例中(如图2所示)，管上单元和气体管道底部上的深度感测位置之间的窗口之间的距离d可以大约为1.8m。在该实施例中，窗口的直径可以大约为76mm。
将可以夹在第一数量的检测辐射72和液体74表面78的法线94之间的最大角度定义为γ。角度γ是第一数量的检测辐射72可以与容器88的表面的法线94相夹的最大角度，而第一数量的检测辐射可以从辐射源通过窗口引导至深度感测位置，从容器88表面反射的第二数量的辐射可以穿过该窗口并由传感器装置接收。如果窗口的宽度是DW，则最大角度γ表示为：
Figure BDA0001726780900000211
其中γ以弧度为单位。
如果需要检测等于0.1mm的液体深度d1，则将第一数量的检测辐射在它被反射之前的路径长度改变△表示为：
Figure BDA0001726780900000212
因此，用下式表示由容器88反射的检测辐射80c的数量和由液体74的表面78反射的第二数量的检测辐射80之间的位移R(在附图中水平示出)：
Figure BDA0001726780900000213
由于液体深度d1为0.1mm而引起的位移R等于0.0042mm，如果用于测量所述位移的检测器的间距是5μm，则为了使检测器(在该情况下，CCD)测量该位移R，可能需要放大该位移，使得位移大约等于检测器上的两个像素的移动。在这种情况下，由于检测器的间距为5μm，两个像素的移动将等于10μm的移动。
因此，为了令0.42μm的位移R在传感器装置处产生大约10μm的位移，需要放大大约2.5倍。
沿第二数量的检测辐射的路径布置在传感器装置84的上游的光学器件82可以配置为产生所需大约为2.5倍的放大。图9示出了光学系统的示意视图，光学系统可以形成第二数量的检测辐射在传感器装置84上游的路径中光学器件82的一部分，以便产生适合的放大。
图9所示的光学装置包括物镜96和成像透镜98。物镜的焦距为300mm，成像透镜的焦距为30mm。在光学系统中，存在与位移R相对应的物体100，其中位移R在该示例中的值为4.2μm。物镜96和物体(在这种情况下，是在容器88底部的深度感测位置处的位移R)之间的距离大约为1800mm。这是由于物镜96位于管上单元内的事实。如果物镜96和成像透镜98相隔392mm的总距离，则将在物镜96和成像透镜98之间与物镜相距360mm的位置处形成中间图像102。在这种情况下，中间图像102高度为0.84μm。
可以从图中看出，相较于中间图像102，在成像透镜98的相对侧形成最终图像104。最终图像104与成像透镜98相距480mm。最终图像104的高度为12.6μm。
通过将最终图像104的高度除以物体100的高度(即，位移R)，得到图9所示的光学系统的放大倍数，在该情况下，用12.6μm除以4.2μm等于3(即，足够接近所需的大约为2.5的倍数)。应认识到，可以将任何适合光学系统用于创建任何期望倍数的位移R，使得可以通过具有给定分辨率的传感器装置(例如，间距或像素间隔)测量由于液体深度的期望改变而引起的位移R。
在一些实施例中，为了改善液体深度传感器的准确度，可能需要当将第一数量的检测辐射入射在容器底部的液体上时最小化所述第一数量的检测辐射的直径。通过减小当将第一数量的检测辐射入射在液体上时该检测辐射的直径，减小当将第二数量的辐射入射在传感器装置上时该辐射的直径，从而便于传感器装置检测第二数量的检测辐射的位置，允许控制器基于由传感器装置产生的传感器信号，更准确地确定对液体深度加以指示的测量值。
在一些实施例中，为了改善液体深度传感器的准确度，可能需要的是当将第一数量的检测辐射入射在容器底部的液体上时最大化所述第一数量的检测辐射的直径。最大化第一数量的辐射的直径可以在一些应用下是有利的。例如，如果第一数量的检测辐射流经的流体(或将第一数量的检测辐射入射在其上的流体)在存在第一数量的检测辐射的情况下发出荧光，则有利的是最大化第一数量的检测辐射的直径，使得最小化第一数量的辐射的功率密度，从而减小由第一数量的检测辐射引起的荧光。减小荧光的数量可以是有利的，这是由于荧光辐射可能不利地影响液体深度传感器和/或光化学分析仪的性能。
在其它实施例中，第一数量的检测辐射可以包括入射在容器底部液体上的多个离散部分(例如，点)的辐射。在其它实施例中，第一数量的检测辐射可以具有任何适合配置。例如，在一些实施例中，第一数量的辐射可以形成大体线性的形状，诸如，入射在容器底部液体上的直线。
在没有任何其它光学器件的情况下，通过第一数量的检测辐射的源的发散以及第一数量的检测辐射和液体之间的路径长度，来控制当将第一数量的检测辐射入射在容器内的液体上时所述检测辐射的直径。
图10示出了液体深度传感器的实施例的示意图，所述液体深度传感器配置为当将第一数量的检测辐射72入射在容器88内的深度感测位置76处的液体74上时减小所述检测辐射72的直径。
为了清楚性，图10示出了由容器88的110指示的放大视图。
如上所述，可以看出辐射源70产生第一数量的检测辐射72，引导第一数量的检测辐射72使得将其入射在容器88底部的液体74上，使得由容器88的底部处的液体74反射第二数量的检测辐射80。然后通过传感器装置84接收第二数量的检测辐射80。如上所述，第一数量的检测辐射72和第二数量的检测辐射80穿过安装在容器88上的基本透明的窗口30b。如上所述，将窗口30b安装在容器上，使得窗口基本是气密的，因此可以基本防止在容器和窗口之间泄露容器88所包含的任何气体。可以以任何适合方式将窗口30b安装在容器88上，诸如图3和4所示。
液体深度传感器包括配置为扩展第一数量的检测辐射72的光束扩展元件112。液体深度传感器还包括第一和第二光束会聚元件114，整体配置为将第一数量的检测辐射聚焦在基本与液体74共同定位的焦点位置。
尽管所示实施例具有两个光束会聚元件114，然而其它实施例可以具有任意适合数量的光束会聚元件，例如，在一些实施例中，可以仅存在一个光束会聚元件。一些实施例可以不包括这种光束会聚元件。应注意，光束会聚元件114位于光束扩展元件112的下游。也就是说，光束扩展元件11位于光束会聚元件114的上游(针对第一数量的检测辐射72)。
图10所示的液体深度传感器还包括光束引导元件，将第一数量的检测辐射引导至深度感测位置76。在该实施例中，辐射引导元件116是反射性元件(例如，反射镜)。应认识到，在其它实施例中，辐射导向元件可以是任何适合的辐射引导元件，能够引导第一数量的检测辐射72。此外，在其它实施例中，液体深度传感器可以沿着第一和/或第二数量的检测辐射的路径包括任意适合数目的辐射引导元件。
在一些实施例中，可能需要的是包括光束会聚元件(未示出)，所述光束会聚元件位于第二数量的检测辐射的路径中并配置为将第二数量的检测辐射聚焦在基本与传感器装置共同定位的焦点位置。这样在将第二数量的检测辐射入射到感测装置上时，可以有助于减小该检测辐射的直径，从而增加确定第二数量的检测辐射入射在感测装置上的位置的准确度，因此增加控制器基于由传感器装置产生的传感器信号确定对液体深度加以指示的测量值的准确度。
液体深度传感器还包括去斑元件118。去斑元件位于第一数量的检测辐射72的路径中。第一数量的检测辐射72入射在去斑元件118上。去斑元件配置为减小第一数量的检测辐射72内的散斑对由传感器装置84产生的传感器信号的影响。
散斑是由相干辐射源(例如激光器)产生的辐射中的公知现象。散斑图案是由于从粗糙表面(诸如，液体表面)散射的相干辐射的干涉产生的。可以发现：由液体74表面反射的第二数量的检测辐射80内的散斑图案可以随着时间波动，因此改变由感测装置80测量到的第二数量的检测辐射80的形状。由感测装置84测量到的第二数量的检测辐射的形状改变可以导致感测装置不正确地确定如下结论：第二数量的检测辐射入射在该传感器装置上的位置发生移动(因此，液体深度改变)。
因此，发明人发现使用去斑元件来减小在第二数量的检测辐射内的散斑的数量改善了传感器装置对第二数量的检测辐射入射在该传感器装置上的位置的确定，因此，改善了对由控制器确定的液体深度加以指示的测量值。
在一个实施例中，去斑元件可以采用安装在第一数量的检测辐射路径中的扩散板(diffuser plate)的形式，使得将第一数量的检测辐射入射在其上并通过该元件。扩散板可以采取任何适合形式(例如，扩散板可以采用毛玻璃(frosted glass)的形式)。由电机旋转扩散板，使得第一数量的检测辐射通过扩散板的部分随着时间改变。应理解：第一数量的辐射通过随着时间改变的扩散板的粗糙表面。因此，旋转扩散板平滑了散斑图案，并使散斑图案最小化。
应认识到，在其它实施例中，可以使用任意适合去斑元件。例如，如本领域技术人员公知地，可以使用振荡的反射镜或将第一数量的检测辐射通过振动的光纤光学器件(fibre optic)。
可以配置液体深度传感器的一些实施例，使得将传感器装置布置为接收第三数量的检测辐射，其中所述第三数量的检测辐射是由第二表面以类似于液体表面反射第二数量的检测辐射的方式反射的第一数量的检测辐射的部分。第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置取决于辐射源和第二表面之间的路径长度(同样取决于传感器装置和第二表面之间的路径长度)。传感器装置还可以配置为输出对第三数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置加以指示的传感器信号。
参考图7更详细地解释了这种构思。附图示出了在容器88中的液体74的数量，使得表面78是液体74的表面。因此，在附图中表示为78a和78b的表面与对该构思的讨论无关。如上所述，可以看出：第一数量的检测辐射入射在液体74的表面78上并由液体74的表面78反射。第一数量的检查辐射72的被反射部分形成第二数量的检测辐射80，第二数量的检测辐射80接着入射在传感器装置84的位置90处。
此外，如果液体74对于第一数量的检测辐射72至少是部分透明的，则不由液体74的表面78反射的第一数量的检测辐射72的部分将穿过该液体74，并入射在第二表面上，在这种情况下，是容器88的表面。由容器88表面反射的辐射部分可以被称作第三数量的检测辐射并在图7中由80c表示。第三数量的检测辐射80c入射在传感器装置84的位置90c处。如上所述，位置90和90c之间的距离(即，第二数量的检测辐射和第三数量的检测辐射分别入射在传感器装置84上)取决于由液体表面78反射的第一数量的检测辐射72的路径长度和由容器88的表面反射的第一数量的检测辐射72的路径长度之间的差值。
在图7所示的情况下，表面78反射第一数量的检测辐射的位置和容器88的表面反射第一数量的检测辐射的位置之间的距离表示为式1，其中d等于d1。此外，如上所述，液体表面78反射第一数量的检测辐射的点和容器88表面反射第一数量的检测辐射的点之间的距离当前取决于液体74的深度，在该情况下，为d1。
应理解：控制器可以配置为基于由传感器装置产生的传感器信号，确定对辐射源和液体74的表面78之间的路径长度与辐射源和第二表面(在该情况下，容器88的表面)之间的路径长度的差值加以表示的测量值。应理解：控制器可以配置为基于由传感器装置产生的传感器信号，确定对由液体表面78反射第一数量的检测辐射的位置以及第二表面(在该情况下，容器88的表面)反射第一数量的检测辐射的位置之间的路径长度加以表示的测量值。
换言之，控制器可以配置为测量第二数量的检测辐射入射在传感器装置84的位置90和第三数量的检测辐射80c入射在传感器装置84上的位置90c之间的距离，以便确定对液体74表面78与容器88表面之间的距离加以指示的测量值。液体74的表面78和第二表面(在该情况下，容器88的表面)之间的距离可以是液体74的深度。
出于若干原因，以这种方式确定在深度感测位置处的液体深度可以是有利的。例如，第一数量的检测辐射的特性改变将以等同方式影响第二数量的检测辐射和第三数量的检测辐射。例如，如果改变了由辐射源产生的第一数量的检测辐射的方向，则将影响第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置和第三数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置。在一些实施例中，相比于由第一数量的检测辐射的方向改变所引起的位置90和90c的绝对移动，位置90和90c之间的距离受第一数量的检测辐射的方向改变的影响较小。因此，如果控制器基于位置90和位置90c之间的差值计算液体的深度，则最小化在确定对液体深度加以指示的测量值时由于第一数量的检测辐射的方向改变引起的任何误差。
另一潜在优点在于：与仅测量由液体表面反射的第二数量的检测辐射以便确定对液体深度加以指示的测量值的实施例不同，不需要初始校准来确定由容器表面反射的第一数量的辐射的部分的位置。这是由于在传感器装置84同时测量所入射的第二数量的检测辐射和第三数量的检测辐射的位置的情况下，持续地向控制器提供关于容器表面反射第一数量的检测辐射的部分(在该情况下，与第三数量的检测辐射相对应)的点的位置的信息。
在一些实施例中，入射在传感器装置上的第二和第三数量的辐射可以使得它们不是离散的。也就是说，第二和第三数量的辐射可以入射在传感器装置上，使得它们相交叠。在这种实施例中，代替通过测量第二数量的检测辐射入射在传感器装置的位置和第三数量的检测辐射入射在传感器装置的位置之间的距离来确定对液体表面和容器表面之间的距离加以表示的测量值，控制器可以通过测量相交叠的第二和第三数量的检测辐射的特性来确定对液体表面和容器表面之间的距离加以表示的测量值。例如，所述特性可以是相交叠的第二和第三数量的检测辐射的宽度或形状。在相交叠的第二和第三数量的检测辐射的测量特性是相交叠的第二和第三数量的检测辐射的宽度的情况下，相交叠的第二和第三数量的检测辐射的宽度越大，在深度感测位置处的液体的深度越深。
在一些实施例中，发现：如果相对深度感测位置处的液体深度对第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置绘制图形，则根据液体深度感测位置处的液体是透明还是不透明，曲线梯度不同。因此，在一些实施例中，控制器基于第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置的改变，确定液体深度感测位置处的液体是透明还是不透明，其中针对在液体深度感测位置处的液体深度的给定改变，出现所述位置改变。
已发现：液体深度传感器的一些实施例由于温度变化而受到不利影响。例如，在第一数量的检测辐射或第二数量的检测辐射的路径中的光学组件的温度改变可能导致改变第二数量的检测辐射的方向，从而导致改变第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置。应理解：这样可能导致处理器确定不准确的对液体深度加以指示的测量值。
一种最小化或消除由液体深度传感器的控制器确定的液体深度的任何误差的潜在方式是包括温度调节设备作为液体深度传感器的一部分。温度调节设备可以配置为将液体深度传感器的组件中的至少一个的温度保持为基本恒定。温度调节设备是本领域所公知的，因此不再对其进行赘述。
另一种最小化任何误差的潜在方式是在液体检测传感器中包括基准信道，其中所述任何误差可能是由于温度变化或液体检测传感器的工作参数的其它变化(例如，由辐射源产生的第一数量的检测辐射的特性的波动)而出现在液体深度传感器执行确定液体深度的测量值的过程中。
在一个实施例中，液体深度传感器包括基准信道。在一个实施例中，基准信道包括产生第四数量的检测辐射的第二辐射源。第二辐射源配置为使用时引导第四数量的检测辐射使得它入射在基准表面上。优选地，基准表面是反射第四数量的检测辐射的表面。基准表面位于相距第二辐射源的固定(忽略热效应)路径长度处。
基准信道还包括布置用于接收第五数量的检测辐射的第二传感器装置。第五数量的检测辐射是由基准表面反射的第四数量的检测辐射的一部分。根据与第二数量的检测辐射相似的方式，第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置取决于第二辐射源和基准表面之间的路径长度。
第二传感器装置还配置为输出对第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置加以指示的传感器信号。液体深度传感器的控制器配置为接收对第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置加以指示的传感器信号，并基于对第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置加以指示的传感器信号，确定第二辐射源和基准表面之间的路径长度的改变加以指示的测量值。在一些实施例中，第二传感器装置可以测量第二辐射源的至少一个其他操作特性(例如，由第二辐射源输出的辐射强度)，因此产生对第二辐射源的所述至少一个其它操作特性的改变加以指示的信号。
由于第二辐射源和基准表面之间的路径长度基本恒定的事实(不考虑激光指向和热效应)，第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的任何位置改变将取决于液体深度传感器的状态。
例如，第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置可能取决于液体深度传感器的温度改变，因此，第二辐射源(和/或第二传感器装置)和基准表面之间的路径长度的热感应变化。附加地或备选地，可能由于液体深度传感器的其他方面的变化引起第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的任何位置改变。
例如，第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置的位置可能随着第二辐射源的特性改变。例如，如果由第二辐射源产生的第四数量的检测辐射的传播方向改变，则将引起第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置改变。
在一些液体深度传感器中，如果产生第四数量的检测辐射的第二辐射源与产生第一数量的检测辐射的第一辐射源是同一个，则通过第一传感器装置和第二传感器装置测量所述辐射源的特性的任何波动。辐射源的这种波动不仅限于由辐射源产生的保护辐射(protection radiation)的方向波动，而且延伸到其它波动，诸如，辐射源功率波动或辐射源的多模波动。
因此，可以将基准信道用于确定液体深度传感器的特性是否以可能导致测量值误差的方式发生波动，其中由控制器确定的所述测量值指示液体深度。例如，如果检测到第二辐射源和基准表面之间的路径长度改变，则可能是影响基准信道的热量改变的结果。这种热量改变还可能影响在产生第一数量的检测辐射的第一源和容器内任何液体(如果存在)的表面之间的路径长度。因此，热量改变可能影响第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置，因此，影响由控制器确定的液体深度的测量值。
控制器可以配置为基于由第二传感器装置产生的基准信道的输出，校正由液体深度传感器的控制器确定的对液体深度加以指示的测量值。
在一些实施例中，基准信号可能受到第二辐射源本身特性的影响，诸如，由第二辐射源产生的第四数量的检测辐射的传播方向。如果第二辐射源和产生第一数量的检测辐射的辐射源是同一个，则第一数量的检测辐射的传播方向的改变还引起第四数量的检测辐射的传播方向的改变，其中第一数量的检测辐射的传播方向的改变将影响第一传感器装置确定的测量值，第四数量的检测辐射的传播方向的改变将由第二传感器装置测量。这样，液体深度传感器的控制器就可以使用由第二装置产生的信号来校正对基于传感器装置确定的液体深度加以指示的测量值的任何误差。也就是说，在一些实施例中，控制器可以配置为基于对第二数量的检测辐射入射在传感器装置上的位置加以指示的传感器信号以及基于对第五数量的检测辐射入射在第二传感器装置上的位置加以指示的传感器信号，计算对液体深度加以指示的校正测量值。
此外，如果第一辐射源(产生第一数量的检测辐射)和第二辐射源(产生第四数量的检测辐射)是同一个，则由第一传感器装置和第二传感器装置二者测量辐射源其它操作参数的波动。
例如，如上所述，在一些实施例中，第一和第二传感器装置可以配置为测量第二和第五数量的检测辐射的至少一个其他特性。第一和第二传感器装置可以配置为测量对应数量的检测辐射的强度分布或位置，和/或对应数量的检测辐射的总强度。这样，如果第一传感器装置和传感器装置检测到在入射辐射强度分布和/或总接收强度方面的相似浮动，则它可以指示辐射源多模化或由辐射源产生的辐射的功率浮动。控制器可以配置为输出对辐射源的子优选操作加以指示的信号，例如，多模或辐射源功率的波动。
液体深度传感器的一些实施例可能由于液体深度传感器所安装的容器温度改变和/或容器内流体温度改变而受到不利影响。一些实施例可能包括输出对容器温度和/或容器内流体的温度加以指示的信号的温度信号。温度传感器可以用于消除或缓解由于容器温度改变和/或容器内流体温度改变而发生的负面效果。可以实现这种作用的一种方式是使用温度传感器校准液体深度传感器。为了校准液体深度传感器，将已知深度的液体放置在深度感测位置。然后改变(或允许改变)容器温度和/或容器内流体温度。通过控制器监控温度传感器的输出以及对深度感测位置处的液体深度加以指示的测量值。然后，控制器可以确定对深度感测位置处的液体深度加以指示的测量值如何随着由温度传感器测量到的容器温度和/或容器内流体温度而改变。控制器可以配置为基于温度传感器的输出，校正由液体深度传感器的控制器确定的对液体深度加以指示的测量值。
图11示出了可以形成本发明实施例的一部分的光化学分析仪的示意图。如上结合图5所述，光化学分析仪包括第一数量的辐射的源46以及检测器48。辐射源46和检测器48位于由虚线框40示意表示的管外单元。
光化学分析仪还包括管上单元16。管上单元16安装在容器上，在该实施例中，容器是气体管道10。管上单元16可以以任何适合方式安装在气体管道10中。例如，结合图3或图4所示的装置中的任一装置，经由支管18安装管上单元16。
如上所述，管外单元40可以布置为远离管上单元。例如，管外单元40可以布置为与管上单元16相距超过约5米、约10米、约30米和约100米中的至少一个。
在一些实施例中，单个管外单元可以与多个管外单元相连，使得单个管外单元可以集中与多个管上单元进行通信/控制多个管上单元。如上所述，每一管上单元与中央管外单元相互协作。
通过至少两个光纤50a和50b将管上单元16连接到管外单元。
更具体地，在图11所示的实施例中，辐射源16配置为经由光学模块引导第一数量的辐射，使得第一数量的辐射200入射在目标位置处的目标或通过目标位置处的目标。在这种情况下，目标可以包括位于容器(气体管道10)底部的液体14和/或容器(气体管道10)内的气体。在一些情况下，气体管道内的气体可以包括蒸汽化或微粒的污染物，或气体支持的污染物是悬浮物。
在图11所示的实施例中，光学模块可以包括形成管外单元的一部分的光学器件(示意表示为202)、光纤50b和形成管上单元的一部分的光学器件(示意表示为204)。光学模块还配置为从目标接收第二数量的辐射206并将第二数量的辐射引导至空间干涉傅里叶变换(SIFT)模块。在实施例中，光学模块包括形成管上单元16的一部分的光学器件(总体表示为208)、作为管外单元16的一部分的第一边缘滤波器210、光纤50a、作为管外单元40的一部分的第二边缘滤波器212、以及形成管外单元40的一部分的光学器件(总体表示为214)。
应认识到，可以在光学模块中使用任意适合光学器件202、204、208和214，只要所述光学模块引导由辐射源46产生的第一数量的辐射，使得将其入射在目标位置或穿过目标位置，并使得光学模块可以从目标接收第二数量的辐射并将第二数量的辐射引导向SIFT模块。
可以配置辐射源和光学模块(例如，形成管外单元的一部分的光学器件和/或形成管上单元的一部分的光学器件)，使得第一数量的辐射是经光束扩展的辐射。例如，在一个实施例中，辐射源可以是激光器，可以配置辐射源和光学模块，使得当将第一数量的辐射入射在目标位置时所述第一数量的辐射的直径大约为16mm或大约为22mm。
在根据本发明的光化学分析仪的一些实施例中，当将第一数量的辐射入射在目标位置时，第一数量的辐射的直径明显大于在传统拉曼光谱学中入射在目标的用于激发拉曼散射辐射的辐射量的直径。在传统拉曼光谱学中，入射在目标位置的用于激发拉曼散射辐射的辐射量的直径通常远小于1mm。这是由于在传统拉曼光谱学中，必须最大化用于激励拉曼散射辐射的辐射量的能量密度。最大化用于激励拉曼散射辐射的辐射量的能量密度导致使产生的拉曼散射辐射的能量密度最大化。在传统拉曼光谱学中，可以将光学器件用于从非常小面积的目标位置接收拉曼散射辐射，其中将用于激励拉曼散射辐射的辐射量入射在所述非常小面积的目标位置上。
根据本发明实施例的光化学分析仪使用入射在目标位置处的经光束扩展辐射的能力意味着：相较于由传统拉曼光谱仪使用的拉曼激励辐射照射的目标位置的面积，由经光束扩展的辐射照射较大面积的目标位置。由于相较于传统拉曼光谱仪的照射面积，在本发明中的目标区域的被照射面积较大，相较于传统拉曼光谱仪，有可能令根据本发明的光化学分析仪在任意给定时刻分析较大面积。分析较大面积的能力使得局部物质更有可能位于被分析的区域中，因此进行检测。
在图11所示的实施例中，SIFT模块包括第一色散元件216和第二色散元件218。配置SIFT模块，使得由第一色散元件216接收第二数量的辐射的一部分220。此外，配置SIFT模块，使得由第二色散元件218接收第二数量的辐射的一部分222。随后，允许由第一色散元件216和第二色散元件218分别接收的辐射部分220和222彼此相干涉，以便形成干涉图案。在附图11内表示为224的辐射包括干涉图案，所述干涉图案是由通过第一色散元件接收的所述数量的辐射的所述部分与通过第二色散元件接收的所述数量的辐射的所述部分进行干涉而形成的。
检测器48配置为捕获存在于辐射224内的干涉图案的至少一部分的图像。检测器还配置为基于对所述至少一部分的干涉图案的捕获图像产生检测器信号226。
处理器(图11未示出，但在附图5中表示为52)配置为从检测器48接收检测器信号226，并对干涉图案的所述至少一部分的图像执行变换(例如，傅里叶变换)，其中所述图像构成检测器信号226的一部分，从而获得第二数量的辐射206的频谱。处理器可以配置为处理第二数量的辐射的频谱，从而以光谱仪领域的技术人员公知的方式识别在目标中是否存在物质和/或确定物质在目标中的浓度。
在图11所示的实施例中，检测器经由光学器件228和230捕获在辐射224中存在的干涉图案的至少一部分的图像。
构成光化学分析仪的一部分的SIFT模块可以结合任何适合类型的光谱仪使用。
在图11所示的实施例中，SIFT模块构成拉曼光谱仪的一部分。也就是说，图11示出的光化学分析仪包括拉曼光谱仪。在SIFT模块用作拉曼光谱仪的一部分的情况下，产生第一数量的辐射的辐射源46可以是基本单色且基本相干的辐射源。例如，辐射源可以是激光器，然而，应认识到可以使用任何基本单色且基本相干的辐射源。在一些实施例中，辐射源可以是输出功率为400mW的785nm的激光器。
在这种情况下或在拉曼光谱仪的情况下，从目标接收的第二数量的辐射206是拉曼散射辐射。可以通过用第一数量的辐射激励目标来产生第二数量的辐射(也被称作第二数量的拉曼散射辐射)。
在容器是气体管道的情况下，使用拉曼光谱仪来测量在气体管道中是否存在物质或物质的浓度并非是显而易见的。尤其是在液体位于诸如气体管道底部的远离位置的情况下。原因在于气体管道通常具有相对较大的直径(例如，1.8m)。由拉曼散射辐射产生的信号比使用其他类型的光谱(例如，吸收光谱)产生的信号的强度弱好多倍。因此，由于难以在较远的距离上测量拉曼散射幅度的事实，本领域技术人员无法想到使用拉曼光谱仪，其中辐射必须传播较远的距离以便由位于气体管道外部的远离位置处的检测器检测。在一些情况下，还可能由于需要拉曼散射辐射在传输到检测器之间穿过相对较窄的支管而加剧该问题。拉曼散射辐射必须通过较窄的管道/窗口的事实还使由检测器可以接收到的拉曼散射辐射的数量最小化，因此，使得检测器更加难以测量拉曼散射辐射。由检测器接收到的拉曼散射辐射越少，检测器就越难以测量拉曼散射辐射。也就是说，当在远离应用中使用时，传统拉曼光谱仪无法捕获足够的光子来促使捕获整个光谱。
发明人发现：通过使用将色散元件而不是反射镜(往往用于其它形式的光谱仪中)包括作为干涉仪的一部分的SIFT模块，有可能实现集光率(etendue)较高的系统，该系统具有较大的信号输出，支持即使在相对较大的距离上仍使用拉曼光谱，其中在所述相对较大的距离上，易于使用传统干涉仪对拉曼散射辐射进行测量。
此外，相较于吸收光谱，发现由拉曼光谱得到的测量值相对压力是不变的。相反，使用吸收光谱得到的测量值随着压力的增大引起吸收光谱内的峰值位置分散(在频域)。然而，拉曼光谱内获得的峰值并不如此。因此，可以在目标的压力或容器内的压力可能改变的环境中使用用拉曼光谱得到的测量值(与吸收光谱不同)，而无需考虑压力变化可能造成的影响。
此外，如果容器含有高压气体(例如，容器是高压下的气体管道)，则使用拉曼光谱来测量气体管道内是否存在物质或物质的浓度并非是显而易见的。也就是说，当目标位于高压环境下的气体中时，使用拉曼光谱并非是显而易见的。这是由于高压下气体的折射率通常随着温度变化具有较大改变(相较于大气压下的相同气体)。应清楚，对于高压下的气体，气体温度的较小局部波动可能导致气体折射率的较大改变。这样可能引起穿过气体的辐射的无法预测的摄动(unpredictable perturbation)。可以将其称作“热霾(heathaze)”。当考虑使用拉曼光谱时，这种现象是明显的。
如上所述，由拉曼散射辐射产生的信号比由使用其他类型的光谱(例如，吸收光谱)产生的信号弱许多倍。这是由于根据用于激励拉曼散射辐射的辐射数量产生的拉曼散射辐射的数量较低。由于以下事实进一步加剧了这个问题：尽管用于激励拉曼散射辐射的辐射通常来自特定方向，然而各向同性地发射拉曼散射辐射。这意味着如果检测器必须收集以特定方向发射的拉曼散射辐射，则它仅收集所发射的全部拉曼散射辐射的一小部分。
为了最大化所产生的拉曼散射辐射信号，在传统拉曼光谱中通常聚焦用于激励拉曼散射辐射的辐射，使得当将它入射在目标上时，它具有小于1mm的直径。这样导致将相对较大能量密度的辐射用于在目标位置处激励拉曼散射辐射。将相对较大能量密度的辐射用于在目标位置处激励拉曼散射辐射导致在目标位置处产生相对较高能量密度的拉曼散射辐射。传统拉曼光谱使用高放大倍数的光学器件，以便聚焦在由用于激励拉曼散射辐射的辐射照射的目标的较小区域上(远小于1mm的直径)，因此，从该目标发射拉曼散射辐射。这样支持传统拉曼光谱仪尽可能多地捕获所产生的拉曼散射辐射。
如上所述，对于高压下的气体，气体温度的相对较小的局部浮动可能导致气体折射率对应较大的改变。在传统拉曼光谱仪中该问题尤其重要，这是由于如上所述，传统拉曼光谱仪聚焦在非常小面积的目标上。可能由于气体折射率的局部变化摄动高方向性的返回信号(拉曼散射辐射)，所述折射率的局部变化是由于气体温度波动而引起的。返回信号的这种摄动可能足以导致无法由光谱仪接收返回信号，从而导致光谱仪无法正常运转。类似地，用于激励拉曼散射辐射的辐射可能由于气体折射率的局部变化而发生摄动，气体折射率的局部变化是由于气体温度浮动而引起的。这种摄动可能导致用于激励拉曼散射辐射的辐射无法在光谱仪聚焦以接收返回信号的位置处激励拉曼散射辐射。此外，这可能导致光谱仪无法正确地运转。
应认识到，由于在高压下的气体温度相对较小的局部浮动导致相应地明显改变气体折射率，本领域技术人员不会想到结合高压下的气体使用拉曼光谱仪。
发明人还发现：通过使用SIFT模块，有可能实现高集光率的系统，该系统使用经光束扩展的辐射光来激励拉曼散射辐射。使用SIFT模块同样不需要聚焦在非常小面积的目标上，以返回有用的信号。这样发明人研究了一种拉曼系统，通过使用SIFT模块，该系统不会明显受高压力气体的折射率的局部改变的影响，其中折射率的局部改变是由于气体温度的局部改变而引起的。因此，发明人研究了一种发明系统，该系统支持结合高压气体环境使用拉曼光谱，并不使用探针或入侵到管道内。
可以结合任何适合光谱仪使用SIFT模块。
当SIFT模块用作一些类型的光谱仪(例如，拉曼光谱仪)的部件时，光学模块还可以包括抑制滤波器，配置为基本防止第二数量的辐射的分量到达SIFT模块，其中该分量的频率与第一数量的辐射的频率基本相同。这是由于第一数量的辐射(即，由辐射源46产生的辐射)不包含关于目标特性的任何有用信息。实际上，在缺少抑制滤波器的情况下，可能存在如下情况：如果第二数量的辐射的分量到达SIFT模块，其中该分量的频率基本与第一数量的辐射的频率相同，则第二数量的辐射的该分量可能淹没检测器，使得检测器不可测量与目标相关的信息(例如，存在于拉曼散射辐射中)。这可能意味着检测器无法运转来识别在目标中是否存在物质和/或确定目标中物质的浓度。
在本实施例中，抑制滤波器包括两个边缘滤波器210和212。边缘滤波器210位于光纤50a的第一侧(在该情况下，位于管上单元16中)。第二边缘滤波器212位于光纤50a的第二侧(在该示例中，位于管外单元40内)。
系统通常包括边缘滤波器和光纤并将一个或多个边缘滤波器仅布置在光纤的一端。这是由于将边缘滤波器布置在光纤的两侧在空间配置方面是不利的。
发明人惊喜地发现：光纤产生较小数量的荧光。由光纤内的荧光产生的辐射可能足以由检测器检测，因此，在由处理器计算的第二数量的辐射的频率谱中引起错误。这是由于处理器可以接收由光纤的荧光产生的辐射并假定它是由目标产生的。
还惊喜地发现：如果将边缘滤波器布置在光纤每一端，则相较于将一个或多个边缘滤波器仅用在光纤的单端处的情况下，较大程度地缩小了由光纤内的荧光产生的辐射数量。最小化到达SIFT模块的与第一数量的辐射具有相同波长的辐射的数量以及最小化到达SIFT模块的由光纤内的荧光产生的辐射的数量可以导致减少不希望的辐射到达检测器。因此，这样将导致处理器更准确地计算第二数量的辐射的频谱。
通常存在两种类型的边缘滤波器：长波通边缘滤波器和短波通边缘滤波器。边缘滤波器的结构对于本领域技术人员是公知的，因此，不再对其进行赘述。
长波通边缘滤波器和短波通边缘滤波器都具有所谓的截止波长。配置长波通边缘滤波器使得它们对于波长大于截止波长的辐射基本是透明的，对于波长小于截止波长的辐射是相对不透明的或反射型的。相反，配置短波通边缘滤波器使得它们对于波长短于截止波长的辐射基本是透明的，对于波长长于截止波长的辐射是相对不透明的或反射型的。
在一些实施例中，可以布置边缘滤波器210和212，使得边缘滤波器都是长波通边缘滤波器或都是短波通边缘滤波器。如果两个边缘滤波器都是长波通边缘滤波器，则可以选择边缘滤波器的截止波长，使得截止波长是比第一数量的辐射的波长更长的波长。类似地，如果两个边缘滤波器都是短波通边缘滤波器，则可以选择边缘滤波器的截止波长，使得截止波长是比第一数量的辐射的波长更短的波长。
在其它实施例中，可以使用其它边缘滤波器装置。例如，可以布置边缘滤波器210和212，使得在光纤一端的边缘滤波器(例如，边缘滤波器210)是长波通边缘滤波器或短波通边缘滤波器之一，在光纤第二端的边缘滤波器(例如，边缘滤波器212)是长波通边缘滤波器或短波通边缘滤波器中的另一个。可以选择边缘滤波器的截止波长，使得长波通边缘滤波器的截止波长短于短波通边缘滤波器的截止波长。这样，长波通边缘滤波器与短波通边缘滤波器的组合对于波长在长波通边缘滤波器的截止波长与短波通边缘滤波器的截止波长之间的限定带宽内的辐射是相对透明的。可以选择长波通和短波通边缘滤波器的截止波长，使得通过边缘滤波器衰减频率/波长基本与第一数量的辐射的频率/波长相同的辐射，而边缘滤波器基本不衰减频率有助于确定目标的光谱的辐射。
尽管上述实施例使用在光纤的第一端和第二端处的边缘滤波器，然而在其它实施例中，可以使用任何适合滤波器来最小化到达SIFT模块的与第一数量的辐射具有相同波长的辐射的数量，和/或最小化到达SIFT模块的由光纤内的荧光产生的辐射的数量。例如，可以使用带阻或陷波滤波器。配置带阻或陷波滤波器，使得它们衰减预定频带的辐射。例如，带阻或陷波滤波器可以配置为基本衰减在具有上下频率限制的带宽内的辐射。所述滤波器还配置为允许频率大于上限频率和频率小于下限频率的辐射相对无衰减地通过。
在包括布置于光纤的第一端的第一光学滤波器以及布置于光纤的第二端的第二光学滤波器(如上所述)的一些装置中，调整第一和第二光学滤波器中的至少一个(在一些情况下，二者)的方向，使得光学滤波器的表面(辐射入射在该表面上)的法线与所述入射辐射的传播方向非平行。换言之，辐射所入射的光学滤波器的表面的法线不平行于辐射传播的光轴(相对该光轴存在夹角)。还可以将其称作光学滤波器的光轴不平行于辐射传播的光轴(相对辐射传播的光轴存在夹角)。
这样，沿与入射在光学滤波器上的辐射方向不同的方向，反射由该滤波器反射的入射在光学滤波器上的任何辐射。因此，由光学滤波器反射的辐射将不沿着与入射辐射相同沟道路径(沿相反方向)传播。这样在一些应用中可能是有利的，这是由于如果将反射辐射入射在目标上，则反射辐射可能导致目标发射不希望的辐射，从而导致不希望的辐射到达检测器，从而导致处理器不准确地计算第二数量的辐射的频率。因此，在这种应用中，如果光学滤波器的光轴不平行于入射在其上的辐射的光轴，则由光学滤波器沿某方向发射从目标位置传播的任何辐射(所述辐射入射在光学滤波器上并被光学滤波器反射)，使得不将被反射的辐射入射在目标位置处。
如上所述的装置可以形成任何适合光谱仪的一部分，如本文档所讨论地，在所述装置中，包括布置于光纤的第一端的第一光学滤波器以及布置于光纤的第二端的第二光学滤波器。
在图11所示的实施例中，SIFT模块包括分束装置232。可以使用任何形式的分束装置。在实施例中，分束装置包括分束器。分束装置配置为将第二数量的辐射分为由第一色散元件216接收的第二数量的辐射的一部分以及由第二色散元件218接收的第二数量的辐射的一部分。
配置第一和第二色散元件216、218，使得它们引起基于入射在它们上的辐射的频率，空间分离所述辐射。也就是说，配置色散元件，使得如果入射在色散元件上的辐射具有频谱，则色散元件在方向谱中分离所述辐射，方向谱中的每一方向与频率中的频率相对应。
可以将任何适合色散元件用于第一和第二色散元件(假定它们基于入射在色散元件上的辐射的频率，引起所述辐射的空间分离)。适合色散元件的示例包括棱镜或光栅。
图11所示的实施例具有分别是第一和第二衍射光栅的第一和第二色散元件。
设置第一和第二衍射光栅216、218的方向，使得第一和第二衍射光栅216、218的每一个的平面不垂直于由第一和第二衍射光栅216、218分别接收的第二数量的辐射的部分220、222的光轴。具体地，第一和第二衍射光栅中的每一个的平面的发现与第二数量的辐射的对应部分的光轴之间的夹角是Littrow角θ。在该情况下，通过调整下式得到θ：
mλ＝2d sinθ (5)
其中λ是辐射的波长，m是衍射级(整数值)，1/d是光栅线密度。
根据下式，辐射与衍射光栅相互作用：
Figure BDA0001726780900000401
其中ω是波数为k的辐射相对Littrow的衍射角。
应认识到，其他类型的色散元件(诸如棱镜)可能无需相对第二数量的辐射的对应部分的光轴具有一定角度。
对于给定配置的色散元件(例如，衍射光栅)，将该配置的光谱范围SR(为波数单位)表示为：
Figure BDA0001726780900000402
其中PD是测量衍射的检测器的像素数目，R是配置的分辨能力。
如果衍射光栅的Littrow波长被设置为920nm，则对于12mm孔径的衍射光栅，在光栅上每毫米需要200条线来覆盖801nm到1052nm的期望光谱范围。该光谱范围足以覆盖由可能存在于液体管道中的液体污染物(例如，二醇类、甲醇、胺类、气体凝结物和/或压缩机油)产生的预期拉曼辐射。应认识到，在其它实施例中，针对给定Littrow波长，可以使用任意适合孔径的衍射光栅和/或每毫米上任意适合数目的线的衍射光栅，来涵盖预期光谱范围。
在一个实施例中，检测器48是尺寸为26.4mm x 2mm的背照式CCD，将辐射224中出现的干涉图案成像在所述CCD上。尽管在实施例中所述的检测器是CCD检测器，然而应认识到在其它实施例中可以使用任何适合的传感器。例如，可以使用CMOS传感器。
在实施例中，两个柱透镜228和230用于在具有适合尺寸的检测器上形成存在于辐射224中的干涉图案的图像。
图12示出了柱状透镜228和230的示意表示。在该实施例中，物体300是第一和第二色散元件(在该情况下，第一和第二延伸光栅)中的每一个的表面。物体300位于与第一柱状透镜228相距72mm。如果物体300的尺寸大约为12mm(例如，由于衍射光栅的孔径为12mm)，则为了使该物体正确地成像在检测器上(尺寸为26.4mm x 2mm)，该图像在一个轴向上必须大约是两倍大(与检测器26.4mm的尺寸相对应)，在另一轴上大约是其尺寸的0.16倍(即，与检测器的2mm尺寸相对应)。
柱状透镜228和230的焦距长度分别为50mm和25mm。在该实施例中，柱状透镜230与物体300相距208mm，且相较于物体300，图像302形成在透镜230相对侧上与透镜230相距28mm的位置处。透镜228位于与对象相距72mm，形成与透镜228相距164mm并相较于对象300位于透镜228的另一侧上的图像。图12所示的透镜的组合导致将图像形成在尺寸为25mm x1.68mm的检测器上。
在图11所示的实施例中，可以配置在管外单元40内的光学器件202和212以及在管上单元16内的光学器件208和204，使得将在光纤50a、50b的任一侧产生的任何聚焦点的大小保持为低于光纤50a、50b的孔径。例如，如果光纤的孔径是0.9mm，则光学器件可以配置为确保在光纤处产生的任何聚焦点直径大约为0.8mm或更小。这样有助于确保最小化由于没有传到光学光纤50a、50b而丢失的辐射量，从而提升光化学分析仪的效率。
如上所述，光化学分析仪的实施例无需限制在上述拉曼光谱仪的范围内。光化学分析仪可以包括任何适合的光谱仪。例如，光化学分析仪的一些实施例可以包括吸收光谱仪。
在光化学分析仪包括吸收光谱仪的一些实施例中，第一数量的辐射的源可以配置为产生基本单色的辐射。也就是说，第一数量的辐射的源可以配置为产生具有频率谱的辐射。
包括吸收光谱仪的光化学分析仪的实施例与图11中的实施例(包括拉曼光谱仪)的不同之处在于以下方面。图11所示的光化学分析仪(包括拉曼光谱仪)具有SIFT模块，支持处理器获得第二数量的辐射(即，从目标接收到的辐射)的频谱。由处理器确定的频谱使能够测量由目标产生的拉曼散射辐射的谱线。
在包括吸收光谱仪的光化学分析仪中，SIFT模块和处理器可以配置为获得第一数量的辐射(即，向目标提供的辐射)的频谱，并将第一数量的辐射(提供给目标)的频谱和第二数量的辐射(从目标接收到)的频谱进行比较，以便产生目标的吸收谱。
通常，相较于包括拉曼光谱仪的光化学分析仪的SIFT模块，包括吸收光谱仪的光化学分析仪的SIFT模块将包括另一对的色散元件，所述色散元件可以接收第一数量的辐射的一部分，从而产生第二干涉图案，第二干涉图案可以由检测器进行成像并进行处理以获得第一数量的辐射的频谱。
更具体地，包括吸收光谱仪的光化学分析仪可以包括结合图11所示的具有拉曼光谱仪的光化学分析仪所述的特征，并附加地包括以下特征。SIFT模块还可以包括第三色散元件和第四色散元件。可以配置SIFT模块，使得通过第三色散元件接收第一数量的辐射的一部分，并将该部分与由第四色散元件接收到的第一数量的辐射的一部分进行干涉，以便形成第二干涉图案。简要回顾图11，可以从位置A沿着由第一数量的辐射的源46产生的第一数量的辐射的光束路径，传导被传导用于分别由第三色散元件和第四色散元件接收的第一数量的辐射的部分。也就是说，在一个实施例中，SIFT模块的所有组件可以位于管外单元中。包括吸收光谱仪的光化学分析仪的SIFT模块还可以包括第二检测器，配置用于捕获第二干涉图案的至少一部分的图像，并基于由第二检测器捕获到的图像产生第二检测器信号。
光化学分析仪的处理器配置用于从第二检测器接收第二检测器信号，并对第二检测器信号执行傅里叶变换，从而获得第一数量的辐射的频率。处理器还可以配置为将第二数量的辐射的频谱与第一数量的辐射的频谱进行比较以便产生吸收谱。例如，处理器可以配置为从第二数量的辐射的频谱减去第一数量的辐射的频谱，以便产生吸收谱。吸收谱是在目标位置处的目标的吸收谱。
处理器可以配置为处理吸收谱的频谱，从而识别在目标中是否存在物质和/或确定目标中物质的浓度。
光化学分析仪(例如，上述光化学分析仪中的任何光化学分析仪)的实施例的处理器还可以配置为基于第二数量的辐射的频谱，检测在目标位置处的期望物顾的存在性的改变(或在光化学分析仪包括吸收光谱仪的情况下，基于吸收谱)，并当存在物质时输出物质存在信号。
例如，在将光化学分析仪的实施例安装到气体管道的情况下，处理器可以配置用于基于频谱，检测是否污染物(二醇类、甲醇、胺类、气体凝结物或压缩机油)，或是否存在大于预定浓度的污染物。如果存在污染物或存在大于预定浓度的污染物，则目标检测模块可以输出物质存在信号。物质存在信号可以采取任何适合形式，但是在一个实施例中，可以是提供给图5所示的远程终端66的警报信号。警报信号可以向用户通知在气体管道中存在污染物，使得可以暂停使用气体管道，或使得可以保护附连到管道的或由管道提供的任何组份，其中所述管道可能受到污染物的损坏。
上述光化学分析仪的实施例中的任何实施例可以操作用于在管道或容器中确定过程压力下的气相或液相或固相种类。
上述光化学分析仪的实施例中的任何实施例还可以包括目标检测模块。目标检测模块可以配置为检测目标位置处的期望类型的目标的存在性的改变，并当检测到存在期望类型的目标时输出目标存在信号。目标检测模块可以包括任意适合传感器，以便检测在目标位置处期望类型目标存在性的任何适合期望改变。目标检测模块可以配置为检测是否存在液体(或存在的液体数量的增加)。包括这种目标检测模块的一个实施例可以包括如上所述的液体深度传感器。液体深度传感器的控制器可以确定对液体深度加以指示的测量值，如果由液体深度传感器检测到存在液体(或液体深度增加到大于预定阈值)，则液体深度传感器的控制器可以输出目标存在信号。
在包括目标检测模块的光化学分析仪的一些实施例中，可以配置光化学分析仪，使得光化学分析仪的至少一部分基于由目标检测模块输出目标存在信号，从断电状态进入通电状态。这是由于在一些实施例中不必识别是否在目标位置处存在物质(或物质的浓度)，除非适合目标布置在目标位置处。所述进入通电状态或断电状态的光化学分析仪的至少一部分的示例可以包括第一数量的辐射的源和/或检测器。
因此，光化学分析仪的至少一部分保持在断电状态，直到由目标检测模块输出目标存在信号。因此，光化学分析仪的至少一部分可以保持处于断电状态，而无论期望类别的目标是否存在于目标位置或是否以小于预定量的程度存在。在一些应用中，这样可能是有利的。
例如，当不存在足够的目标时最小化在通电状态下的光化学分析仪的量将减小光化学分析仪的能耗，这是由于当在目标位置处不存在足够的目标时，不必对光化学分析仪的至少一部分加电。此外，光化学分析仪的一些组件可以具有有限的操作寿命。例如，辐射源(诸如激光器)仅可以操作固定数目个小时，其中辐射源构成光化学分析仪的一部分。在这种情况下，通过仅在目标位置处存在足够目标时将这种组件布置在通电状态下，来最大化这种组件的操作寿命。
在其它实施例中，目标检测模块采取任何适合形式。例如，目标检测模块可以包括基于飞行时间的距离测量系统。基于飞行时间的距离测量系统可以测量到容器内液体表面的距离，并当由距离测量系统测量到的距离指示容器内的液体的深度落入预定范围内时(例如，超过预定量)，可以输出目标存在信号。基于飞行时间的距离测量系统如下所示地进行操作：测量辐射的一部分行驶一定距离的时间，并接着基于该部分的辐射的已知传播速度来计算该部分的辐射行驶的距离。例如，基于飞行时间的系统可以配置为测量由发射机发射的一部分辐射被容器内的液体表面反射开并被接收机接收所花费的时间。
在一些情况下，目标存在信号可以是信号的缺少。例如，在一些实施例中，当没有检测到目标时目标检测模块可以输出信号，当检测到目标时目标检测模块可以停止输出信号。在这种实施例中，可以将由检测模块输出的信号的停止认为是目标存在信号。
参考图13，在包括上述光化学分析仪以及上述液体检测传感器的一些实施例中，光化学分析仪可以包括辐射导向元件401，配置为将第二数量的辐射206导向光化学分析仪的SIFT模块，还将第二数量的检测辐射80导向液体检测传感器的传感器装置。如果第二数量的辐射206和第二数量的检测辐射80具有不同波长，则辐射导向元件可以包括二色滤波器，允许第二数量的辐射和第二数量的检测辐射之一的波长的辐射通过，反射第二数量的辐射和第二数量的检测辐射中的另一个的波长的辐射。
上述光化学分析仪或上述液体深度传感器的实施例可以包括成像器件。成像设备可以采用任何适合形式，在一些实施例中可以是摄像机。成像设备可以配置为产生至少一部分的目标(在光化学分析仪的情况下)或至少一部分的深度感测位置(在液体深度传感器的情况下)的图像。在其它实施例中，成像设备可以配置为产生容器的另一部分的图像，其中光化学分析仪或液体深度传感器附着到该容器的另一部分。
光化学分析仪或液体深度传感器还可以包括成像控制器，配置基于由检测器产生的检测器信号(在光化学分析仪的情况下)或基于由传感器产生的传感器信号(在液体深度传感器的情况下)，有选择性地向所述成像设备提供能量。
例如，当成像控制器形成光化学分析仪的一部分时，可以配置成像控制器，使得当光化学分析仪的检测器产生对光化学分析仪所安装的容器内存在特定物质(例如，污染物)加以指示的检测器信号时，向成像设备提供能量。在液体深度传感器包括成像设备的另一示例中，可以配置成像控制器，使得当由液体深度传感器的传感器产生的传感器信号指示在容器内存在液体或容器内存在的液体量(深度)超过预定数量时，有选择性地向成像设备提供能量。
在光化学分析仪的一些实施例中，光学模块可以配置为引导第一数量的辐射通过易挥发物质(例如，气体管道内的气体)。第一数量的辐射可以将能量传送到易挥发物质。第一数量的辐射的源和光学模块可以配置为，使得从第一数量的辐射向易挥发物质传送的总能量和/或能量密度小于点火量。总能量和/或能量密度的点火量是由第一数量的辐射向易挥发物质传送的用于第一数量的辐射引燃易挥发物质所需的总能量和/或能量密度。应认识到，希望将光化学分析仪配置成在其操作时第一数量的辐射不会引燃易挥发物质。
类似地，液体深度传感器的一些实施例可以使得将辐射源配置为引导第一数量的检测辐射通过易挥发物质。第一数量的检测辐射可以将能量传送到易挥发物质。辐射源和光学模块可以配置为，使得从第一数量的检测辐射向易挥发物质传送的总能量和/或能量密度小于点火量。与之前的方式类似，总能量和/或能量密度的点火量是由第一数量的检测辐射向易挥发物质传送的用于第一数量的检测辐射引燃易挥发物质所需的总能量和/或能量密度。应认识到，希望将液体深度传感器配置成在其操作时第一数量的检测辐射不会引燃易挥发物质。
光化学分析仪或液体深度传感器的一些实施例可以被安装到加压的容器，诸如气体管道。在这些实施例中，光化学分析仪或液体深度传感器可以包括窗口(如图3和4所示)，来自容器外部的辐射可以通过该窗口进入容器，来自容器内的辐射可以通过该窗口到达容器的外部。在一些应用中，由于在容器中存在气体，可以在窗口上形成凝结物。由于凝结物可能不利地影响辐射通过该窗口，这样可能是不利的。
例如，凝结物可能反射、吸收和/或重新传导通过该窗口的辐射。例如，在拉曼散射辐射的情况下，凝结物可以衰减由目标产生的拉曼散射辐射信号，从而引起光化学分析仪无法正确地确定由目标产生的拉曼散射辐射的频谱。在另一示例中，凝结物可能引起改变第二数量的检测辐射的路径，从而可能对由液体深度传感器的控制器确定的对液体深度加以指示的测量值引起误差。
一种减小形成在窗口上的凝结物数量的方式在于包括加热器，加热器与窗口进行热量通信并配置为对窗口进行加热。在一些实施例中，加热器可以包括缠绕在液体深度传感器的光化学分析仪的一部分上的加热线圈，其中该加热线圈与该窗口进行热量通信。在其它实施例中，任意适合加热器可以用于对窗口进行加热。加热器可以对窗口进行加热，使得窗口的温度大于在邻近窗口的气体管道内的气体的露点温度。将窗口的温度升至气体的露点之上减小了在窗口上形成的凝结物的数量，从而缓解了上述问题。
然而，发明人还惊喜地发现无法通过布置与窗口进行热量通信的加热器并对窗口进行加热充分地解决该问题(即，无法充分地从窗口消除凝结物)。原因如下所示。
确定的是如果将加热器用于对窗口进行加热，则加热器还可以对光化学分析仪或液体深度传感器所安装的容器进行加热。通过对容器进行加热，加热器还增加容器内的气体的温度。因此，这样引起气体的露点温度升高。升高气体的露点意味着向窗口施加的加热不足以防止在窗口上形成凝结物。
发明人发现了针对该间题的下述解决方案。光化学分析仪或液体深度传感器还包括在热量上将加热器与容器相隔离的热隔离器。通过在热量上将加热器与容器相隔离，减小在对窗口加热期间从加热器向容器不利传送的热量的数量。通过减小从加热器向容器传送的热量的数量，较少地加热在容器内的气体。因此，气体的露点温度增加较少，从而支持加热器减小形成在窗口上的凝结物的量。
在光化学分析仪或液体深度传感器包括管上单元的实施例中，其中管上单元包括窗口和加热器并以包括支管的管道形式安装到容器，热隔离器可以是安装在管上单元和支管之间的密封件(例如，由美国丹佛的GPT提供的酚醛密封件或VCS型密封件)。例如，在图3所示的设置中，酚醛密封件可以夹在支管的法兰部32以及法兰件26之间。在其它实施例中，可以使用任何适合的热隔离器。应认识到，在其它实施例中，可以由任何适合材料形成热隔离器。
结合图13a描述使能减小在窗口上形成的凝结物的数量的另一实施例。
图13a示出了根据本发明实施例的光化学分析仪和/或液体深度传感器的一部分的示意图。光化学分析仪和/或液体深度传感器的管上单元的罩20经过支管18安装到气体管道10。加热器装置400和双关双泄阀装备402布置在罩20和支管18之间。窗口30b用作将管上单元16与气体管道10(因此，支管以及双关双泄阀装备)中的气体相分离的液封件。如上所述，窗口30b可以由任意适合材料形成。在一个示例中，窗口30b由c切蓝宝石形成，将c切蓝宝石烧制成位于金属接收法兰404中。
加热器装置400包括加热带406形式的加热器，可以向加热带406提供电力以便增加加热带406的温度。加热带406被缠绕在接收法兰404上并与之热接触。因此，如果将电力提供给加热带406使得加热带温度增加，则来自加热带406的热量被传导到接收法兰404。蓝宝石具有相对较好的热传导特性，因此，将从加热带406向接收法兰404传导的热量传导到窗口30b，从而增加窗口30b的温度。
加热装置400还包括绝缘件408。绝缘件408由热隔离器形成并包围加热带406和接收法兰404，从而最小化从加热带406向罩20或气体管道10传导的热量的数量。提供加热器和绝缘件可以减小形成在窗口上的凝结物的量，如上所述。加热器装置的操作如上所述。
加热器装置还包括排气通道410。排气通道410支持在最靠近气体管道10的窗口侧(即，向气体管道内的流体暴露的窗口侧)以及大气之间进行流体流传递。排气通道410穿过接收法兰404。排气通道410的作用将在下文详述。
位于支管18和管上单元16之间的双阻双泄阀装置402包括第一主阀412和第二主阀414以及泄放阀416。双阻双泄阀装置402还包括中间室418，位于第一主阀412和第二主阀414以及泄放阀416的中间。第一主阀412控制中间室418和光化学分析仪和/或液体深度传感器的窗口30b之间的流体流动。第二主阀414经由支管18控制在中间室418和管道10之间的流体流动。泄放阀416控制在中间阀418和诸如大气的泄放地点之间的流体流动。尽管在该实施例中泄放地点是大气，在其它实施例中，泄放地点可以是具有任意适合压力下的气体的任何适合位置。
在一些应用中，在高压下(例如，基本与管道10内的气体相同的压力下)存在相对潮湿的大气气体可到导致在向气体暴露的窗口30b表面形成凝结物。如上所述，在窗口上形成凝结物可能是不利的，这是由于凝结物可能不利地影响辐射穿过该窗口。
发现设置通风通道410可以避免或缓解该问题。如下所述地实现该效果。
在光化学分析仪和/或液体深度传感器的一般操作状态下，通风通道410是正常配置，在正常配置下，通风通道410由例如阀门的密封件(未示出)封闭，密封件防止流体流动通过例如在大气和窗口30b之间的通风通道410。
如果发生凝结(或认为在窗口30b附近存在大气气体，可能导致在窗口上形成凝结物)，通风通道410可以处于开放配置中，在该配置下，密封件不再防止流体流动通过通风通道410(例如，在大气和相邻的窗口30b之间)。在窗口30b附近的流体的压力大于在通风通道410的另一端的流体的压力(例如，大气的大气压)的情况下，窗口30b附近的流体从邻近的窗口30b通过通风通道410到达通风通道410的另一端(例如，大气)。
这样，经由通风通道410从系统驱逐靠近窗口30b的相对潮湿的大气气体，使得大气气体不再靠近窗口30b，被来自气体管道的气体替换。由于相对潮湿的大气气体不再靠近窗口30b的事实，这样将减小或消除由于存在大气气体而导致可以形成在窗口30b上的任何凝结物。当从系统基本去除大气气体时，通风通道410可以返回到它正常的、封闭的配置。
在另一实施例中，可以以不同方式从系统去除靠近窗口30b存在的相对潮湿的大气气体。考虑到双关双泄阀装置402，在正常操作下，第一主阀412和第二主阀414二者都在开放配置下，使得在管道10(通过支管18)和窗口30b之间存在气体流动通道。这样还允许辐射通过窗口30b以便穿入容器(在该情况下，管道10)。此外，双关双泄阀装置402、泄放阀416的通常操作条件是关闭的，使得在中间室418(因此，窗口30b)和泄放地点之间没有流动传递。
如果在窗口30b上检测到凝结物(或如果认为相对潮湿的大气气体可能存在于窗口30b附近，可能导致在窗口30b上形成凝结物)，则可以使用双关双泄阀装置402来从系统清楚窗口30b附近的大气气体，如下所述。
第二主阀414可以布置在封闭配置中，使得在中间室418和容器(在该情况下，管道10)之间基本没有流体流动路径。泄放阀416可以布置在开放配置下，使得在泄放阀和中间室418之间存在气体流动路径。通风通道410还布置在开放配置下(即，密封件(未示出)不防止在相邻窗口30b和通风通道410的另一端之间进行流体流动的配置)，使得在相邻窗口30b和流动通道410的另一端之间存在流体流动路径。
相对干燥的气体的源与泄放地点或流动通道410一端之一相连，其中流动通道410的另一端布置在靠近窗口30b，相对干燥的气体不导致在窗口30b上形成凝结物。配置所述气体源，使得它处于比泄放低点和流动通道410一端中的另一个处的压力更高的压力下，其中流动通道410中的另一端靠近窗口30b。因此，来自所述气体源的相对干燥的气体流过泄放阀416、中间室418、第一主阀412和流动通道410。通过在何处将气体源与所述系统相连，来确定气体的流动方向。
从气体源向泄放地点或流动通道410一端(而不是相邻窗口30b)的流动导致从系统清除存在于窗口30b周围的任何相对潮湿的大气气体，并用来自气体源的相对干燥气体替换所述相对潮湿的大气气体。因此，将减小和/或消除由在窗口30b上的大气气体引起的凝结。从系统去除相对潮湿的大气气体，使得相对潮湿的大气气体不再靠近窗口30b，双关双泄阀装置402和流动通道410可以返回到它们的正常操作状态。
应认识到，一些实施例包括所示的加热器装置、通风通道和双关双泄阀装置。其它实施可以不包括加热器装置和/或双关双泄阀装置。上述通风通道、加热器装置和/或双关双泄阀装置可以包括在本申请所述的光化学分析仪和/或液体深度传感器的任何实施例中。
再次回顾图11，上述光化学分析仪包括配置用于引导第一数量的辐射200的光学模块，使得第一数量的辐射在入射到目标之前穿过自由空间。也就是说，如图11所示，如果目标是形成在气体管道10中的液体，则第一数量的辐射200在入射到目标液体14之前通过自由空间(在该情况下，气体形式的流体，尽管可以是任何适合流体)。类似地，配置光学模块，使得在将第二数量的辐射提供给SIFT模块之前，令来自目标(在该情况下，液体14)的第二数量的辐射206穿过自由空间(即，流体-在该情况下为气体，尽管在其它实施例中可以是任何适合流体)。
流体(在该情况下，为气体)布置为直接与目标(液体14)相邻。
在一些应用中，可能有利的是能够确定是否在容器内的气体中存在任何液体或微粒状悬浮物，或者所述液体或微粒状悬浮物的尺寸，其中光化学分析仪或液体深度传感器安装在所述容器中。
例如，在一些应用中(例如，如果容器是气体管道)，尽管气体可能包含污染物(例如，液体)，然而除非污染物是悬浮物的形式，否则它可能不对依附到管道的特定类型的机械装置造成任何明显损坏。例如，如果存在液体污染物且聚集在气体管道的底部，并不随气体流运输，则液体污染物有可能经由气体管道到达任何机械装置，因此，存在这种液体污染物可能不是受关注的内容。因此，光化学分析仪的一些实施例可能包括悬浮物检测模块，当存在悬浮物时进行检测。如果检测到悬浮物，则可以用于警告悬浮物可能不利地影响与管道相连的机械装置。
配置悬浮物检测模块以便将在辐射入射到流体(例如，气体管道内的气体)之前在流体处检测到的辐射量的强度与经过流体背向散射后的辐射量的一部分的强度进行比较。通过将在辐射入射到流体之前的辐射强度与经过流体背向散射后的辐射强度进行比较，有可能提供对流体内的悬浮物量加以指示的测量值。例如，在一些实施例中，通过将在辐射入射到流体之前的辐射强度与经过流体背向散射后的辐射强度进行比较，有可能提供关于流体内是否存在悬浮物的指示。
在一些实施例中，导向流体的辐射量可以是第一数量的辐射(即，由光化学分析仪的辐射源产生的辐射)。在一些实施例中，导向流体的辐射量可以是由液体深度传感器的辐射源产生的第一数量的检测辐射。
在一些实施例中，悬浮物检测模块可以包括引导至流体的独立辐射源(如图5所示的410)。悬浮物检测模块通过使用检测器(表示为图5的412)来测量由流体散射的辐射量。检测器向微处理器52提供检测器信号，检测器信号指示入射在检测器上的散射辐射的数量。通过测量射入流体且由流体散射的辐射量，处理器52可以确定对流体中存在的悬浮物的数量加以指示的测量值，如下所述。
此外，在一些实施例中，悬浮物检测模块可以使用检测器仅测量由流体散射的辐射量。也就是说，在这些实施例中，悬浮物检测模块不测量射入流体的辐射的强度。
相较于在容器所含的气体中没有液体或微粒化的悬浮物的情况下，在容器所含的气体中存在液体或微粒化的悬浮物将增加散射量。这是由于液体和微粒化的悬浮物相较于气体，引起对光线的更大散射。存在有助于通过液体或微粒化的悬浮物产生散射量的许多因素，由于这些因素对于理解悬浮物检测模块的功能而言并不重要，不对其进行具体解释。可能影响悬浮物散射量的因素的示例包括悬浮物微粒的计数浓度、悬浮物微粒的表面面积、悬浮物微粒的物质和悬浮物微粒的质量。
悬浮物检测模块可以操作在两个不同方式之一下。在第一方式下，将导向流体的辐射量聚焦在容器(例如，管道)底部的焦点位置。在这种情况下，来自焦点位置的相对较长路径的背向散射辐射必须穿过流体，以便进行检测。在这种情况下，存在悬浮物将导致减小测量到的由流体进行背向散射的该部分辐射量的强度。这是由于在辐射的焦点位置处背向散射的辐射必须通过含有悬浮物的流体，返回到用于检测辐射背向散射量的检测器，其中悬浮物引起散射。还可以通过流体内的悬浮物进一步散射经过背向散射的辐射，使得在焦点位置处经过流体背向散射的少量辐射到达检测器，因此进行测量。
在操作在第二方式下的悬浮物检测模块中，将引导至流体的辐射量聚焦在大约位于容器(例如，气体管道)中间的焦点位置，使得在焦点位置处进行背向散射的该部分辐射量行进穿过流体以便进行检测的路径相对较短。流体中悬浮物的含量的增加将引起在焦点位置处背向散射更多辐射。由于背向散射的辐射必须在含有散射悬浮物的流体内经过相对较短的路径的事实，相对较大部分的经背向散射的辐射到达检测器。因此，以这种方式操作的悬浮物检测器(即，将射入流体的辐射量入射在大约容器中心的位置处)，在流体中增加悬浮物将导致经背向散射的辐射的测量强度增加。
在上述悬浮物检测器中，以第一方式引导至流体的辐射量的焦点位置具有从流体到用于检测经背向散射的辐射量强度的检测器的路径长度较长，相较于通过以第二方式引导至流体的辐射的焦点位置和检测器之间的流体的路径长度。
图14示出了检测到的经背向散射的辐射强度I随着粒子质量M(测量单位μg)增加的增加百分比的图。针对三种不同直径的悬浮物粒子，示出经背向散射的辐射强度随粒子质量增加的增长百分比。310示出了针对0.5μm粒子的信号百分比变化。312示出了针对1μm粒子的信号百分比变化。314示出了针对10μm粒子的信号百分比变化。
使用将辐射量引导至流体(在该情况下，气体)使得焦点位置靠近容器的中心的悬浮物模块，得到图14所示的结果。可以看出：无论悬浮物微粒尺寸改变或悬浮物微粒质量改变，都可以改变测量到的经背向散射的辐射的强度。
控制器可以配置为确定对气体中存在的悬浮物的数量加以指示的测量值。控制器可以配置为输出随着对气体中存在的悬浮物数量加以指示的测量值而改变的信号。例如，如果检测到的背向散射的辐射的量大于预定值(如果引导至流体的辐射量聚焦在大约容器和流体的中心处)或小于预定值(如果引导至流体的辐射量聚焦在靠近容器底部的容器/流体的一部分处)，则控制器可以输出悬浮物存在信号。
在光化学分析仪和液体深度传感器的上述实施例中，容器是气体管道，目标是存在于气体管道中的液体污染物。应认识到，在其它实施例中，容器可以是能够容纳流体的任何适合容器。流体可以是任意适合流体。例如，流体可以是例如在液体管道中的液体。目标可以是气体或液体。
在一些实施例中，容器可以是流体池，流体可以是液体或气体。液体或气体可以引入流体池，并随后由光化学分析仪进行分析。
在一些实施例中，可以配置光化学分析仪和/或液体深度传感器，使得目标和/或深度感测位置位于滤波器装置的一部分处。滤波器装置可以位于流体导管中，可以配置为减小在流经该流体导管的流体中的污染物的数量。例如，可以将目标和/或深度感测位置布置在滤波器装置的滤波元件的表面处，滤波元件配置为当流体流过滤波器装置时去除在流体内的污染物的至少一部分。在一些实施例中，流体可以是液体，而在其他实施例中，它可以是气体。污染物可以是固体、液体或气体之一。可以配置液体深度传感器，使得由液体深度传感器确定的对液体深度加以指示的测量值指示在流体中存在的污染物的等级。例如，在一些实施例中，对液体深度加以指示的测量值越大，在滤波器中存在的污染物的等级就越高。在一些实施例中，需要的是确定在滤波器中存在的污染物的等级，这是由于在这种实施例中，如果在滤波器中的污染物的等级过高，则可能减弱滤波器的性能。例如，如果在滤波器中的污染物的等级过高，则可能以不希望的方式减小流体在滤波器内的流动。因此，如果液体深度传感器测量到在滤波器中的污染物的等级高于预定值，则它可以提供关于滤波器需要进行替换以便保持滤波性能的指示。在一些实施例中，污染物可以包括固体，因此，液体深度检测器将确定对所述固体的深度加以指示的测量值。
如果光化学分析仪的目标位于过滤装置的一部分，则它有可能确定是否在污染物中存在特定物质和/或识别污染物是何种物质。
在一些实施例中，可以配置光化学分析仪和液体深度传感器，使得目标和/或深度感测位置位于排水阱的一部分处。排水阱是诸如导管(例如，管道)的容器的一部分，位于容器的最低点。由于排水阱处于容器最低点的事实，容器内的流体的稠密组份将由于重力而聚集在排水阱中。如果容器内的流体是气体，则稠密组份可以是气体、液体或固体的相对稠密的部分。如果容器内的流体是液体，则稠密组份可以是液体或固体的相对稠密部分。配置光化学分析仪和/或液体深度传感器使得目标和/或深度感测装置位于排水阱的一部分上可以支持光化学分析仪识别聚集在排水阱的稠密组件，和/或支持液体深度传感器产生对聚集在排水阱的稠密组件的深度(因此，数量)加以指示的测量值。在一些实施例中，稠密组件可以是污染物。
在光化学分析仪的一些实施例中，目标可以是过程流体(即，用作工业处理的一部分的流体)。过程流体可以以高压容纳在容器中，例如，大于约2个或三个大气压的压力。
在液体深度传感器和光化学分析仪的上述实施例中，每一个都包括固定到容器的管上单元和与管上单元相分离的管外单元，管外单元没有固定到容器。在一些实施例中，可以将所有组份容纳在管上单元中。
此外，在上述实施例中，将液体深度传感器的一些组件和光化学分析仪的一些组件布置在管上单元或管外单元中。应认识到，在其它实施例中，可以改变布置在管外单元或管上单元中的液体检测传感器或光化学分析仪的组件。也就是说，所示位于管外单元的组件的一部分可以位于管上单元中，且反之亦然。在一些实施例中，可以没有管外单元。例如，在一些实施例中，光化学分析仪可以全部位于管上单元中。
所述的光化学分析仪和液体深度传感器的实施例都包括传输多个部分的辐射的至少一个光纤。在其它实施例中，在所述实施例中穿过至少一个光纤的多个部分的辐射中至少一部分可以穿过自由空间。在一些实施例中，在所述实施例中穿过所述至少一个光纤的多个部分的辐射的全部都可以穿过自由空间。也就是说，光化学分析仪和/或液体深度检测器的一些实施例可以包括光纤光学器件。
由于液体深度传感器和光化学传感器都位于它们所安装的容器的外部的事实，液体深度传感器和光化学传感器不侵入所述容器内。例如，液体深度传感器和光化学传感器不包括侵入容器的探针。这在一些应用中是有利的。例如，在将液体深度传感器或光化学分析仪安装到气体管道的情况下，有利的是不将光化学分析仪或液体深度传感器的部件突出到管道中，这是由于偶尔可能有大型物体穿过所述管道。可以穿过管道的示例或这种物体是清洁器(cleaning pig)。如果当光化学分析仪或液体深度传感器的一部分突出到气体管道时这种物体经过气体管道，则这种突出部分由于清洁器而受到损坏，或可能阻碍清洁器。
在所述实施例中，将液体深度传感器和光化学分析仪安装到容器的外部，辐射的多个部分通过单个窗口。在其他实施例中，可能不是这种情况。光化学分析仪和/或液体深度传感器需要的多个辐射部分可以通过任意适合数目的窗口。
在一些实施例中，液体深度传感器和/或光化学分析仪的至少一部分可以安装在支管或管道中。例如，可以配置包括基准通道的液体深度传感器的一些实施例，使得将基准通道的一部分布置在容器内(例如，与容器所含的流体位于窗口的相同侧)。这样，形成基准通道的一部分的第四和/或第五数量的辐射通过容器内的流体，因此受到容器内流体的温度的影响。因此，可以通过控制器使用基准通道以便校正液体深度传感器的输出，从而补偿容器和/或容器内流体的温度对表示液体深度的测量值的影响。在液体深度传感器和/或光化学分析仪的其它实施例中，可能需要的是当相对量的辐射进入/射出容器时它们穿过的窗口尽可能的小。为此，这种实施例可以包括聚焦元件(诸如，聚焦透镜)，布置在容器内并配置为会聚穿过窗口的至少一个辐射量，以便减小辐射的宽度，使得它可以穿过尺寸减小的窗口。
尽管这里所述的光化学分析仪的实施例通常涉及确定在目标位置处是否存在液体物质和/或确定在目标位置处的液体物质的浓度，然而，在其他实施例中，目标位置处的物质可以是气体或固体。
尽管这里所述的深度传感器的实施例通常涉及确定对在深度感测位置处的液体深度加以指示的测量值，然而在其他实施例中，可以不是这种情况。例如，在一些实施例中，深度传感器可以配置为确定对深度感测位置处的固体深度加以指示的测量值。在一些实施例中，固体可以在流体中运输(例如，散布在流体中)。固体可以以悬浮物的形式扩散在气体中，或固体可以以凝胶的形式扩散在液体中。扩散在流体中的固体可以沉积在表面上。在一个实例中，固体是扩散在天然气中的水合物。如果表面位于根据本发明实施例的深度传感器的深度感测位置，则深度传感器可以确定对在表面上沉积的固体的深度加以指示的测量值。
光化学分析仪或液体深度传感器可以适合在目标位置或深度感测位置位于高压环境的情况下进行使用。也就是说，使用时，目标位置或深度感测位置可以位于高压环境中。在目标位于容器内的光化学分析仪的实施例中，使用时，在容器内的环境可以是高压环境。类似地，在液体(其深度的测量值是要确定的)位于容器内的液体深度传感器的实施例中，使用时，容器内的环境可以是高压环境。
高压环境可以是压力大于约3bar且小于约300bar的环境。在其他实施例中，压力可以大于约300bar。在一些实施例中，压力可以约是70bar。
可以布置光化学分析仪或液体深度传感器，使得使用时光化学分析仪或液体深度传感器相对目标位置或深度感测位置布置在远离位置(或远离地点)。在一些实施例中，远离位置可以使得：在使用时，不将光化学分析仪或液体深度传感器的组件(例如，第一和第二数量的辐射经过的光学组件)布置在目标位置或深度感测位置的约30cm的范围内。例如，在上述包括窗口的光化学分析仪或液体深度传感器的实施例中，窗口可以布置在与所用的目标位置或深度感测位置相距超过约30cm的位置处。此外，可以布置光化学分析仪的实施例，使得使用时不将光学模块的任何部件(例如，第一和第二数量的辐射经过的光学模块的部件)布置在目标位置的约30cm的范围内。
换言之，光化学分析仪可以配置为相对目标位置布置在远离位置处，使得沿着在目标位置以及光学模块的任意光学组件之间的第一和第二数量的辐射中的每一辐射的光路(即，沿着在使用时辐射光束行进的路径)的距离大于30cm，其中在使用时第一或第二数量的辐射通过所述光学模块的任意光学组件。这样支持将根据本发明实施例的光化学分析仪或液体深度传感器布置为与目标位置或深度感测位置相距一定距离。这样在多种应用下是有利的。例如，在目标位置或深度感测位置位于较大直径的气体管道的底部的情况下，光化学分析仪或液体深度传感器可以相对气体管道的底部布置在远离位置处的事实意味着可以将光化学分析仪或液体深度传感器布置在气体管道顶部的外侧，使得不遮挡气体管道。
在上述实施例中，容器或气体管道可以承载天然气或任何其他适合气体，例如压缩气体。

Claims (21)

1.一种光化学分析仪，包括目标检测模块，所述目标检测模块被配置为检测期望类别的目标的存在性的改变，并当检测到期望类别的目标的存在性的预定改变时，输出目标改变信号；并且
其中，所述光化学分析仪被配置为使得基于所述目标检测模块输出所述目标改变信号，所述光化学分析仪的至少一部分从断电状态进入通电状态。
2.根据权利要求1所述的光化学分析仪，其中从断电状态进入通电状态的所述光化学分析仪的所述至少一部分可以是检测器和/或辐射源，所述辐射源被配置为入射在目标上，以便所述光化学分析仪根据所述目标的化学组成输出信号。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的光化学分析仪，其中所述目标是流体并且所述流体包含在容器中。
4.根据权利要求3所述的光化学分析仪，其中所述光化学分析仪被配置为位于所述容器外部。
5.根据权利要求3所述的光化学分析仪，其中所述容器是管道的一部分。
6.根据权利要求3所述的光化学分析仪，还包括：成像设备。
7.根据权利要求6所述的光化学分析仪，其中所述成像设备被配置为产生所述容器中的所述流体的图像。
8.根据任何权利要求6所述的光化学分析仪，还包括成像控制器，所述成像控制器被配置为使得所述成像控制器基于所述目标改变信号，选择性地向所述成像设备提供能量。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的光化学分析仪，还包括悬浮物检测模块，所述悬浮物检测模块包括：第一强度传感器，被配置为测量在流体处引导的一定量的辐射入射到所述流体之前的强度；第二强度传感器，被配置为测量由所述流体背向散射的一定量的辐射的强度；以及处理器，被配置为将由所述第一强度传感器测量到的强度与由所述第二强度传感器测量到的强度进行比较，以便确定对在所述流体内的悬浮物的量加以指示的测量值。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的光化学分析仪，其中所述光化学分析仪包括：
第一数量的辐射的源；
光学模块，被配置为引导所述第一数量的辐射，以便所述辐射入射到目标位置处的目标上或穿过所述目标位置处的目标，
所述光学模块还被配置为从所述目标接收第二数量的辐射并将所述第二数量的辐射引导至空间干涉傅里叶变换SIFT模块，所述SIFT模块包括第一色散元件和第二色散元件，所述SIFT模块被配置为使得所述第二数量的辐射中的由所述第一色散元件接收的部分，并使所述部分辐射与所述第二数量的辐射中的由所述第二色散元件接收到的部分相互干涉以便形成干涉图案；所述SIFT模块还包括检测器，被配置为捕获所述干涉图案的至少一部分的图像并基于捕获到的图像产生检测器信号；以及
处理器，被配置为从所述检测器接收所述检测器信号并对所述检测器信号执行傅里叶变换，从而获得所述第二数量的辐射的频谱。
11.根据权利要求10所述的光化学分析仪，其中所述第一数量的辐射是单色的；并且
其中所述SIFT模块还包括第三色散元件和第四色散元件，所述SIFT模块配置为使得由所述第三色散元件接收所述第一数量的辐射的一部分，并使所述部分辐射与所述第一数量的辐射中的由所述第四色散元件接收到的部分进行干涉，以便形成第二干涉图案；所述SIFT模块还包括第二检测器，被配置为捕获所述第二干涉图案的至少一部分的图像并基于由所述第二检测器捕获到的图像产生第二检测器信号；以及
处理器，被配置为从所述第二检测器接收所述第二检测器信号并对所述第二检测器信号执行傅里叶变换，从而获得所述第一数量的辐射的频谱，所述处理器还被配置为将所述第二数量的辐射的频谱与所述第一数量的辐射的频谱进行比较，以便产生吸收谱。
12.根据权利要求11所述的光化学分析仪，其中所述处理器可以配置为处理所述吸收谱的频谱，从而识别在目标中是否存在物质和/或确定目标中物质的浓度。
13.根据权利要求10所述的光化学分析仪，其中所述第一数量的辐射是单色的且是相干的。
14.根据权利要求10所述的光化学分析仪，其中所述处理器被配置为处理所述第二数量的辐射的频谱，从而识别在所述目标中是否存在物质和/或确定物质在所述目标中的浓度。
15.根据权利要求13所述的光化学分析仪，其中所述第二数量的辐射可以是被拉曼散射的辐射。
16.根据权利要求13所述的光化学分析仪，其中所述光学模块还包括抑制滤波器，被配置为防止所述第二数量的辐射的分量到达所述SIFT模块，其中所述分量的频率与所述第一数量的辐射的频率相同。
17.根据权利要求10所述的光化学分析仪，其中所述光学模块包括光纤，其中所述第一数量的辐射和所述第二数量的辐射沿着所述光纤传输。
18.根据权利要求17所述的光化学分析仪，还包括第一光学滤波器，布置在所述光纤的第一端；以及第二光学滤波器，布置在所述光纤的第二端；其中所述第一光学滤波器是光学带通滤波器、光学带阻滤波器或光学边缘滤波器；其中所述第二光学滤波器是光学带通滤波器、光学带阻滤波器或光学边缘滤波器；以及其中所述第一光学滤波器和所述第二光学滤波器被配置为接收辐射，并且定向为使得所述第一光学滤波器和所述第二光学滤波器中的每一个的光轴相对于接收到的辐射的光轴是不平行的。
19.根据权利要求10所述的光化学分析仪，其中所述SIFT模块包括分束装置，被配置为将所述第二数量的辐射划分为：所述第二数量的辐射中的由所述第一色散元件接收的部分；以及所述第二数量的辐射中的由所述第二色散元件接收的部分。
20.根据权利要求19所述的光化学分析仪，其中所述第一色散元件和所述第二色散元件分别是第一衍射光栅和第二衍射光栅，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅中的每一个的平面分别相对于所述第二数量的辐射中的由所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅接收到的部分的光轴是不垂直的。
21.一种操作光化学分析仪的方法，所述光化学分析仪包括目标检测模块，所述方法包括：
所述目标检测模块检测期望类别的目标的存在性的改变；
所述目标检测模块当检测到期望类别的目标的存在性的预定改变时，输出目标改变信号；以及
所述光化学分析仪的至少一部分基于所述目标检测模块输出所述目标改变信号，从断电状态进入通电状态。
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