CN109073612A - 光电离检测器自动化零级校准 - Google Patents
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Abstract
一种利用光电离检测器（PID）系统检测气体的方法。该方法包括：给光电离检测器通电；由PID系统的控制器关闭光电离检测器的紫外灯，以及在零校准过程期间保持它关闭；通过光电离检测器系统的风扇使环境空气从周围环境流过光电离检测器的检测器电极；由控制器处理检测器电极的输出以确定光电离检测器的零级；以及将零级存储在光电离检测器系统的存储器中，其中处于检测模式的光电离检测器系统将检测器电极的输出与零级进行比较以确定是否存在阈值浓度的气体。
Description
相关申请的交叉引用
没有。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
不适用。
微缩胶片附录的引用
不适用。
背景技术
光电离检测器（PID）采用灯发射光子，该光子使检测器电极附近的气体电离。通过施加的电压偏置在电极板之间建立电场。电场引起电离粒子移动到一个或另一个板，从而在电极之间建立电流。可以处理该电流以提取气体存在的指示。例如，PID可用于检测可能对人类造成威胁的挥发性有机化合物（VOC）的存在和/或浓度。
发明内容
在实施例中，公开了一种利用光电离检测器（PID）系统检测气体的方法。该方法包括：给光电离检测器通电；由光电离检测器系统的控制器关闭光电离检测器的紫外灯，以及在零校准过程期间保持它关闭；通过光电离检测器系统的风扇使环境空气从周围环境流过光电离检测器的检测器电极；由控制器处理检测器电极的输出以确定光电离检测器的零级；以及由控制器将零级存储在光电离检测器系统的存储器中，其中处于检测模式的光电离检测器将检测器电极的输出与零级进行比较以确定是否存在阈值浓度的气体。
在另一个实施例中，公开了光电离检测器（PID）系统。所述光电离检测器包括：检测器电极，输出信号；紫外灯；灯驱动器，以通信方式耦合到紫外灯，并且被配置为响应于控制输入而打开和关闭紫外灯；控制器，以通信方式耦合到检测器电极的输出信号并且耦合到灯驱动器的控制输入，基于检测器电极的输出信号并基于存储在光电离检测器系统中的零校准级来输出气体检测的指示；以及零校准应用，存储在光电离检测器系统的存储器中。当由控制器执行时，零校准应用在零校准过程期间关闭光电离检测器系统的紫外灯，处理检测器电极的输出信号，同时来自周围环境的环境空气流过检测器电极，以确定光电离检测器系统的零级，以及将零级存储在光电离检测器系统中。
在又一个实施例中，公开了一种由光电离检测器（PID）系统检测气体存在的方法。该方法包括：给光电离检测器通电；在零校准过程期间由光电离检测器系统的控制器关闭光电离检测器的紫外灯；通过光电离检测器系统的风扇使来自周围环境的环境空气流过光电离检测器的检测器电极；由控制器处理检测器电极的输出以确定光电离检测器的零级；以及由控制器将零级存储在光电离检测器系统的存储器中，其中光电离检测器系统在检测模式将检测器电极的输出与零级进行比较，以确定是否存在阈值浓度的气体。该方法还包括：在存储零级之后，由控制器周期性地打开和关闭紫外灯；在存储零级之后，由控制器分析检测器电极的输出的采样；由控制器基于所存储的零级并且基于在存储零级之后对检测器电极的输出的分析来确定气体浓度；以及由控制器基于对气体浓度的确定来输出气体检测指示。
从以下结合附图和权利要求理解的详细描述中，将更清楚地理解这些和其他特征。
附图说明
为了更完整地理解本公开，现在参考以下简要描述，该简要描述结合附图和详细描述理解，其中相似的附图标记表示相似的部分。
图1是根据本公开的实施例的光电离检测器系统的框图。
图2是根据本公开的实施例的方法的流程图。
图3是根据本公开的实施例的另一方法的流程图。
图4是根据本公开的实施例的系统的框图。
图5是根据本公开的实施例的光电离检测器的一部分的图示。
图6是根据本公开的实施例的波形的图示。
图7是根据本公开的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
首先应该理解，尽管下面说明了一个或多个实施例的说明性实现，但是所公开的系统和方法可以使用任何数量的技术来实现，无论是当前已知的还是尚未存在的技术。本公开绝不应限于下面说明的说明性实现、附图和技术，而是可以在所附权利要求的范围以及它们的等同物的全部范围内进行修改。
本公开教导了一种光电离检测器（PID），该光电离检测器在不使用专用气体而是改为简单地使用环境空气（无论环境空气当时可能包含何种气体）的情况下执行零级校准。这与需要提供专门来源的校准气体（诸如氮气）的已知方法形成对比。提供校准气体可能是昂贵的并且使校准PID的过程复杂化。本文公开的PID可以以手持设备的形状因子提供，该手持设备可以由潜在有害工作环境中的工作人员携带，在潜在有害工作环境中诸如苯、甲苯、汽油、燃料油、柴油燃料或其他挥发性有机化合物（VOC）之类的危险气体可能对工作人员造成危害。这些环境可以包括但不限于炼油厂、化工厂、制造厂等。在一些情况下，本公开的PID在基础设施的各部分中可以与人类分开安装，并且可以以通信方式耦合到监测系统。
PID的操作原理是将紫外光辐射到气流上，该气流来自一对电偏置电极附近的环境。如果存在VOC，则紫外气体会使一些VOC气体电离，在一个或另一个电极处收集离子从而产生电流，该电流可以被放大和滤波并被分析以确定表示VOC浓度的电流量值。电流越大，VOC浓度越大。可以在校准期间确定零级并将零级存储在PID的处理器或存储器中。当检测VOC浓度时，电流水平与存储的零级进行比较以确定气体浓度。
执行零校准的现有技术方法需要提供不响应于利用紫外光的辐射而发生电离并且因此在电极中不提供增量电流的气体。本公开教导了在执行零校准的同时关闭紫外灯。当这样做时，基本上没有由电极中的电离导致的增量电流。即使可能存在VOC，由于紫外灯被关闭，VOC也不会被电离，并且几乎没有增量电流。这提供了用于确定当不存在离子时存在的电流水平所期望的条件。该过程可能类似于确定皮重以测量容器中的重量——从容器和容器的内容物的组合重量中减去容器的重量，以确定单独的内容物的重量。
现在转向图1，描述了光电离检测器（PID）系统1。在实施例中，PID系统1包括控制器2、光电离检测器4、风扇6、电池8或外部电源、视觉显示器10和输入设备12。光电离检测器系统1在一些方面可以类似于下面参考图4、图5、图6和图7描述的PID系统100。这里重点在于PID系统1的零级校准方面；下面重点在于PID系统100的部件及其在确定零级后的功能。
来自周围环境的气体通过风扇6被汲取经过光电离检测器4。在零校准期间，光电离检测器4中的紫外灯被关闭，并且因此流入空气中存在的任何气体（例如任何VOC）没有被电离，因为没有紫外光辐射来电离气体分子。在该零校准过程期间（即，当紫外灯关闭时）由控制器2测量或采样光电离检测器4的电输出，并且零级被存储在控制器2中和/或存储在以通信方式耦合到控制器2的存储器中。在实施例中，零级可以是与零级相关联的计数。在实施例中，零级可以是由光电离检测器4的模数转换器输出的数字值。PID系统1可以由电池8或由外部电源（即，在该情况下，PID系统1不是手持设备，而是被耦合到精炼厂或制造厂中的基础设施）供电。视觉显示器10可以提供零校准过程已经开始以及零校准过程已经完成时的视觉反馈。
可以通过可以贯穿零级确定过程的整个持续时间始终保持光电离检测器4中紫外光关闭来确定零级。替代地，在实施例中，可以按照预定义开启占空比来关闭和打开紫外光，并且在紫外光关闭时（例如在紫外光已被关闭足够长以便已基本完成去电离之后）捕获光电离检测器4的电输出。然后使用光电离检测器4的被捕获的输出来确定零级。
工作人员可以使用输入设备12（例如键板或其他输入设备）在工作日开始时，在工作周开始时或按照某个其它计划启动零校准过程。视觉显示器10还可以针对有害气体的存在（例如VOC的存在）提供警报。视觉显示器10可以提供气体浓度的指示，例如量化为十亿分之几（ppb）或百万分之几（ppm）。当气体浓度超过预定义浓度阈值时，视觉显示器10和/或听觉警报（未示出）可以提供注意警报。例如，红色指示可以在视觉显示器10上闪烁和/或警报可以响起。在实施例中，PID系统1还可以包括振动器（未示出），该振动器可以振动以在高噪声工作环境中向工作人员传达警报，在高噪声工作环境中工作人员可能错过听觉警报。
零校准过程可以在大约1分钟的持续时间内，在大约5分钟的持续时间内，在大约15分钟的持续时间内，在大约1小时的持续时间内，在大约4小时的持续时间内，在大约12小时的持续时间内，在大约24小时的持续时间内，或作为这些持续时间中任何两个之间的中间数的持续时间内执行。
控制器2实现的气体浓度的确定可以按照如下方式执行：
气体浓度=灵敏度x（Countgas-Countzero） 公式1
其中Countzero是所存储的零级，并且其中Countgas是由光电离检测器在气体感测期间感测到的感测气体的水平或计数的值。如下面进一步讨论的，Countgas可以是在紫外灯已被关闭后不久确定的感测气体的水平或计数的值。如下面进一步讨论的，紫外灯可以周期性地关闭和打开，而不是连续地保持开启，以节省和延长电池电量。例如，紫外灯的开启占空比可小于10％。例如，紫外灯的开启占空比可小于2％。紫外灯的开启占空比减小还可以延长紫外灯的寿命并减缓聚合物沉积在紫外灯和/或灯窗口上的沉积速率。在实施例中，紫外灯可以是真空紫外（VUV）灯。
通过执行归零过程，可以由PID系统1容易地适配环境温度改变的影响。例如，当从具有第一环境温度的第一工作区域移动到具有第二环境温度的第二工作区域时，工作人员可以启动PID系统1的归零过程。替代地，PID系统1可以感测外部温度并相应地基于感测到的外部温度来在算法上适配零级的值Countzero。
现在转向图2，描述了用于利用光电离检测器系统1检测气体的方法50。在框52处，给光电离检测器通电。在框54处，光电离检测器的紫外灯被关闭并在零校准过程期间保持关闭。替代地，光电离检测器按照开-关周期循环的周期的小于50％，小于10％或小于2％的开启占空比被交替地打开和关闭。在框56处，环境空气通过光电离检测器的风扇从周围环境流过光电离检测器的检测器电极。在框58处，处理检测器电极的输出以确定光电离检测器的零级。检测器电极的输出在紫外光关闭时的一个时间（例如在紫外光关闭之后的预定义持续时间）被采样，以允许大多数电离的气体分子去电离。在框60处，零级被存储在光电离检测器系统1的存储器中，其中处于检测模式的光电离检测器系统1将检测器电极的输出与零级进行比较，以确定是否存在阈值浓度的气体。在实施例中，每当光电离检测器系统1通电时执行方法50的过程。在实施例中，还可以响应于使用输入设备12的用户输入（例如在用户从第一工作环境移动到第二工作环境（例如，从室内工作环境移动到室外工作环境）的情况下）来启动和执行方法50的过程。
现在转向图3，描述了用于由光电离检测器系统1检测气体存在的方法70。在框72处，给光电离检测器通电。在框74处，光电离检测器的紫外灯由光电离检测器系统1的控制器关闭，并在零校准过程期间保持它关闭。替代地，光电离检测器被交替地关闭和打开，其中开启占空比小于开-关周期循环周期的50％，小于10％或小于2％。在框76处，来自周围环境的环境空气通过光电离检测器系统1的风扇流过光电离检测器的检测器电极。在框78处，由控制器处理检测器电极的输出以确定光电离检测器的零级。检测器电极的输出在紫外光关闭时的某个时间（例如在紫外光关闭之后的预定义持续时间）被采样，以允许大多数电离气体分子去电离。
在框80处，由控制器将零级存储在光电离检测器系统1的存储器中，其中处于检测模式的光电离检测器系统1将检测器电极的输出与零级进行比较以确定是否存在阈值浓度的气体。在框82处，在存储零级之后，由控制器周期性地打开和关闭紫外灯。在实施例中，光电离检测器被交替地关闭和打开，其中开启占空比小于开-关周期循环周期的50％，小于10％或小于2％。在框84处，在存储零级之后，控制器分析检测器电极的输出。在框86处，控制器基于存储的零级并且基于在存储零级之后对检测器电极的输出的分析来确定气体浓度。在框88处，控制器基于气体浓度的确定输出气体检测指示。例如，视觉显示器10可以指示十亿分之几（ppb）或百万分之几（ppm）的气体浓度。替代地，如果气体浓度超过预定义警报阈值，则光电离检测器系统1可以呈现告警，诸如通过视觉显示器10上的视觉警报，听觉警报和/或振动警报。
在实施例中，灯驱动器由控制器打开和关闭，以打开和关闭PID灯。PID灯打开达相对较短的工作时间，例如小于10％的时间。这减少了电池的电力负荷。另外，这延长了PID灯的寿命并降低了PID灯和/或PID灯窗口上聚合物沉积的速率。接收PID传感器和/或PID电极的输出的信号调节电路由控制器关闭和打开，从而实现信号采样、调节、以及信号输出到控制器，以确定气体存在或不存在的指示。只有在PID灯驱动器（以及因此PID灯）关闭后，控制器才会打开信号调节电路。由于PID灯驱动器和/或PID灯在打开时在PID中产生电噪声，因此在PID灯驱动器和PID灯关闭时进行采样和信号调节减少进入信号调节电路的噪声。由于存在较少的电噪声，信号调节电路的滤波时间常数可以显著减小，从而增加了PID的响应时间。
现在转向图4，描述了PID系统100。在实施例中，该PID系统100可以基本上类似于上面参考图1、图2和图3描述的PID系统1。在实施例中，PID系统100包括控制器102、灯驱动器104、紫外（UV）灯106、电极108、滤波器112和模数转换器116。控制器102可以是微控制器、专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）或某种其他逻辑处理器。灯驱动器104被配置为提供电力给UV灯106和/或激励UV灯106以发射UV光。在实施例中，UV灯106可以与窗口（未示出）相关联，UV灯106发射的UV光在辐射电极108的附近之前穿过所述窗口。电极108可以包括至少两个平行的电极板，电极板被提供有稳定的直流（DC）偏置电压。
当UV灯106打开时，UV灯106发射的UV光电离电极108附近的气体（如果存在的话），并且电极108的板之间的电场引起电流，该电流与电离气体分子的存在成比例。注意，当UV灯106关闭时，电离过程停止但是已经电离的气体分子不会立即去电离，因此，如果存在气体（例如，如果存在挥发性有机化合物（VOC）），则在UV灯106关闭之后电流可以在108的板之间继续一些时间。当UV灯106打开时，UV灯106和/或灯驱动器104将电噪声引入PID中。当UV灯106和灯驱动器104被控制器102关闭时，该电噪声源被消除。
控制器102经由第一控制信号103打开和关闭灯驱动器104。在实施例中，控制器102周期性地并且按照小于10％的开启占空比来打开和关闭灯驱动器104。如本领域技术人员所理解的，占空比是某物被打开与关闭的时间量的表示，通常表示为百分比。作为示例，如果周期是1秒（S），则10％的开启占空比将使灯驱动器104在每个1S周期中打开达大约100毫秒（mS）并且关闭达大约900mS。在另一个示例中，如果周期为1秒，则1％的开启占空比将使灯驱动器104在每个1S周期中打开达大约10mS并且关闭达大约990mS。作为另一个示例，如果周期是100mS，则10％的开启占空比将使灯驱动器104在每个100mS的周期中打开达大约10mS并且关闭达大约90mS。在另一个示例中，如果周期是100mS，则1％的开启占空比将使灯驱动器104在每个100mS的周期中打开达大约1mS并且关闭达大约99mS。
滤波器112和模数转换器116可以被认为是信号调节电路。在实施例中，信号调节的一些或所有功能可以在控制器102中执行。例如，控制器102可以对来自模数转换器116的输入执行数字滤波。滤波器112和模数转换器116可以由控制器102打开和关闭。可以由控制器102（例如，通过第二控制信号111）按照小于1％的开启占空比打开和关闭滤波器112和/或模数转换器116。在实施例中，控制器102在灯驱动器104和UV灯106关闭之后打开滤波器12和/或模数转换器116。在实施例中，滤波器112持续保持打开，并且在灯驱动器104和UV灯106已被关闭之后，模数转换器116被打开。
在实施例中，在灯驱动器104和UV灯106已经关闭之后的预定义时间延迟，控制器102打开模数转换器116。在实施例中，预定义时间延迟与滤波器112的时间常数有关，例如预定义时间延迟是滤波器112的时间常数的一倍，滤波器112的时间常数的二倍或一些其他持续时间。如本领域技术人员所知的，滤波器的时间常数是滤波器响应于输入值而达到其最终输出值的阈值部分的时间。在实施例中，滤波器112的时间常数可以小于50mS。在实施例中，滤波器112的时间常数可以小于5mS。在实施例中，滤波器112的时间常数可以小于1mS。通过在灯驱动器104和UV灯106关闭之后打开模数转换器116，由灯驱动器104和UV灯106产生的噪声可以被保持在信号调节电路之外并且滤波器112的时间常数可以减小，从而在信号调节电路中产生更快速的响应。电极108输出检测器电极信号110，检测器电极信号110被输入到滤波器112。滤波器112输出经滤波的检测器电极信号114，经滤波的检测器电极信号114被输入到模数转换器116。模数转换器116输出数字信号118到控制器102。
现有技术的PID可以使UV灯持续开启。通过将UV灯106打开达缩短的一部分时间——例如达时间量的1/10 ——可以减少向PID系统100提供电力的电池132上的电力负荷并且可以延长电池生命周期（或再充电周期）。另外，通过打开UV灯106达缩短的一部分时间，UV灯106的寿命可在其烧坏之前被延长。此外，当在存在VOC的情况下打开UV灯106时，在电离期间可能形成一些聚合物，并且这些聚合物可能沉积并积聚在UV灯106上和/或UV灯的窗口上。聚合物在UV灯106和/或UV灯的窗口上的沉积可能使UV灯106的性能降级。
当控制器102检测到气体的存在时，它可以输出气体检测警报或信号120。该信号120可以引起PID系统100的输出设备122呈现指示，例如呈现给与PID系统100关联的人类。例如，PID系统100可以是由工作人员在可能使工作人员暴露于VOC危害的环境中携带的个人便携式光电离检测器。输出设备122可以包括听觉警报设备124和/或视觉警报设备126。在实施例中，PID系统100还包括微处理器128，微处理器128接收信号120并向输出设备122提供控制信号。微处理器128还可以将记录写入存储器130，例如记录按时间索引的气体检测水平的周期性日志条目。例如，这种日志条目对于审核工作环境的安全性可能是有用的和/或必需的。
现在转向图5，描述了PID系统100的进一步细节。在实施例中，滤波器112可以包括提高检测器电极信号110的幅度的放大器160。在实施例中，滤波器112还包括第一电阻器162、第二电阻器164和电容器166。应理解，滤波器112可以按照除图5中所示的方式之外的方式实现。
现在转向图6，描述波形图180。第一波形182表示由控制器102输出的第一控制信号103，用于启用或打开灯驱动器104并因此打开UV灯106。第一波形182在标记186处为高并且启用或打开灯驱动器104。第二波形184表示由控制器102输出的第二控制信号111，用于启用或打开滤波器112和/或模数转换器116。第二波形184在标记192处为高并且启用或打开滤波器112。在实施例中，滤波器112保持打开，并且第二控制信号111打开和关闭模数转换器116自己。应当理解，波形图180不表示波形182，184的周期的整个持续时间。例如，如果第一控制信号103具有1％的开启占空比，则图6中所示的完整波形周期的部分可以仅包括大约1/33的周期。波形图180图示了第一控制信号103的开启间隔的持续时间与第二控制信号111的开启间隔的持续时间之间的关系。波形图180进一步图示了第一控制信号103的开启间隔和第二控制信号111的开启间隔的定时序列。
第一控制信号103的开启间隔（并且因此UV灯106的开启间隔）显著长于第二控制信号111的开启间隔——并且因此长于至少模数转换器116的开启间隔。在实施例中，第一控制信号103的开启间隔可以是第二控制信号111的开启间隔的至少五倍。在实施例中，第一控制信号103的开启间隔可以是第二控制信号111的开启间隔的至少五十倍。在实施例中，第一控制信号103的开启间隔可以是第二控制信号111的开启间隔的至少五百倍。在实施例中，第一控制信号103开启达大约10mS（毫秒），而第二控制信号111可以开启达大约10μS（微秒）。
在第一控制信号103关闭之后，第二控制信号111打开。在实施例中，在第一控制信号103被关闭和第二控制信号111被打开之间存在时间间隔。例如，第一控制信号103可以在时间188处关闭，并且第二控制信号111可以在时间190处打开。时间188和时间190之间的差可以是与滤波器112的常数相关（例如滤波器112的常数的大约一倍、滤波器112的常数的大约两倍、滤波器112的常数的大约三倍或某个其它量）的预定义时间间隔。在关闭第一控制信号103之后延迟打开第二控制信号111某个预定义时间段可导致从检测器电极信号110的输出的采样和/或捕获中排除与UV灯106被打开相关联的噪声，并且可导致滤波器112达到稳定状态或检测器电极信号110的输出的稳定值。应注意，不希望过度延长该预定义时间段（在时间188和时间190之间的预定义时间段），因为随着时间的推移，电离气体会去电离。因此，预定义时间段应该足够长以允许在关闭第一控制信号103并因此关闭UV灯106并消除它产生的电噪声之后滤波器112稳定，而同时应该足够短以避免在UV灯106打开时被电离的气体过度去电离。结合本公开，本领域技术人员将容易确定时间188和时间190之间的偏差的合适时间间隔。作为示例，在一些实施例中，滤波器112的时间常数的大约三倍的时间间隔可能是适合的。另一个示例，在其他实施例中，滤波器112的时间常数的大约1.5倍的时间间隔可能是合适的。
现在转向图7，描述方法200。方法200可以描述使用PID系统100的方法。在实施例中，人类可以随身携带PID系统100进入工作环境以警告有害气体存在，例如警告VOC的存在。非限制性地，VOC可包括各种溶剂、燃料、脱脂剂、塑料、传热流体、润滑剂等。如果吸入和/或吸入的浓度超过预定义暴露阈值，VOC可能对人类有害。VOC可能造成爆炸或火灾风险，例如当存在的浓度超过预定义阈值时。PID系统100可用于监测工业卫生和安全、环境污染和修复、有害材料处置、氨检测和精炼厂环境。可以组合使用多个PID系统100，每个PID系统100基于其UV灯106的主波长被调谐到不同种类的气体或VOC。
在框202处，由控制器周期性地打开和关闭紫外灯，其中开启占空比小于100％。例如，UV灯106被控制器102周期性地打开和关闭。换句话说，UV灯106被灯驱动器104周期性地打开和关闭，并且灯驱动器104被控制器102周期性地打开和关闭。在框204处，当紫外灯关闭时，检测器电极的输出被采样。检测器的输出（例如，检测器电极信号110）可以在UV灯106被关闭之后的预定义时间段之后被采样，如上面参考图3进一步描述的。检测器的输出的采样可以在相对短的时间段内（例如，在大约10μs或大约100μs内）执行。可以以小于1％的开启占空比执行采样。在实施例中，可以以小于0.01％的开启占空比执行采样。
在框206处，控制器分析检测器电极的输出的采样。例如，控制器102至少间接地经由信号调节电路（即滤波器112和模数转换器116）分析检测器电极信号110。在框208处，控制器基于对检测器电极的输出的采样的分析输出气体检测指示。应理解，方法200包括持续地重复框204，206，208的处理。
在框210处，可选地（例如，在检测到高于预定义阈值的气体浓度的适当情况下），基于由控制器输出的气体检测指示呈现存在所检测的气体的警报。该警报可以由输出设备122呈现，例如由听觉警报设备124和/或视觉警报设备126呈现。在实施例中，方法200还可以包括周期性地将检测到的气体的水平记录到存储器130，例如，将日志存储到存储器130。
在实施例中，PID系统100可以通过把控制器102、灯驱动器104、UV灯106、检测器电极108、滤波器112、模数转换器116、输出设备122、微处理器128和/或存储器130机械固定到电路板和/或封装来制造。可以在部件之间提供合适的电线和连接。UV灯106可以设置在电路板上和/或封装内，以便靠近检测器电极108并朝向检测器电极108辐射UV光。风扇和空气通道可以设置在封装内用于当PID系统100在使用时将环境气体朝着检测器电极108和UV灯106引导。电池132可以在非制造时间（例如由在人类首次使用时）被组装到系统100中。
在实施例中，公开了光电离检测器。光电离检测器可包括：检测器电极，输出信号；紫外灯；灯驱动器，以通信方式耦合到紫外灯并且被配置为响应于控制输入打开和关闭紫外灯；以及控制器，以通信方式耦合到检测器电极的输出信号并且耦合到灯驱动器的控制输入，该控制器基于检测器电极的输出信号输出气体检测的指示，并以小于10％的开启占空比打开和关闭灯驱动器。在实施例中，控制器以小于2％的开启占空比打开和关闭灯驱动器。在实施例中，光电离检测器还包括滤波器，该滤波器具有小于5毫秒（mS）的时间常数，其中滤波器接收由检测器电极输出的信号并输出经滤波的检测器电极信号，其中控制器经由滤波器以通信方式耦合到检测器电极的输出信号并基于由滤波器输出的经滤波的检测器电极信号输出气体检测的指示。在实施例中，光电离检测器还包括模数转换器，模数转换器输出经滤波的数字检测器电极信号，其中控制器经由模数转换器以通信方式耦合到经滤波的检测器电极信号并基于由模数转换器输出的经滤波的数字检测器电极信号来输出气体检测的指示，并且其中控制器打开和关闭模数转换器以实现小于1％的开启占空比并且其中控制器在灯驱动器被关闭时打开模数转换器，并且在灯驱动器下一次被打开之前关闭模数转换器。在实施例中，控制器将模数转换器打开达小于15微秒（μS）。在实施例中，滤波器包括电子放大器。
在实施例中，一种利用光电离检测器（PID）检测气体存在的方法，包括：由控制器周期性地打开和关闭紫外灯，其中开启占空比小于10％；当紫外灯关闭时，对检测器电极的输出进行采样；由控制器分析检测器电极的输出的采样；以及，基于对检测器电极的输出的采样的分析，由控制器输出气体检测指示。在实施例中，该方法还包括由具有小于50毫秒（mS）的时间常数的滤波器对检测器电极的输出进行滤波，其中检测器电极的经滤波的输出被采样并提供给控制器用于分析。在实施例中，由控制器按照小于1％的占空比启用采样。在实施例中，采样包括模数转换。在实施例中，紫外灯的开启占空比小于2％。
在实施例中，光电离检测器包括：检测器电极，输出信号；紫外灯；灯驱动器，以通信方式耦合到紫外灯并且被配置为响应于控制输入而打开和关闭紫外灯；滤波器，接收由检测器电极输出的信号并输出经滤波的检测器电极信号，其中滤波器具有小于50毫秒（mS）的时间常数；以及控制器，以通信方式耦合到由滤波器输出的经滤波的检测器信号并且耦合到灯驱动器的控制输入，所述控制器基于由滤波器输出的经滤波的检测器电极信号来输出气体检测的指示，并且打开和关闭灯驱动器。在实施例中，滤波器具有小于5mS的时间常数。在实施例中，控制器打开和关闭灯驱动器以实现小于10％的开启占空比。在实施例中，光电离检测器还包括模数转换器，该模数转换器耦合到滤波器和控制器，将来自滤波器的经滤波的检测器电极信号转换为经滤波的数字检测器电极信号，并输出该经滤波的数字检测器电极信号到控制器，其中控制器基于由模数转换器输出的经滤波的数字检测器电极信号来输出气体检测的指示，并且其中所述控制器打开和关闭模数转换器以实现小于1％的开启占空比，并且其中控制器在灯驱动器关闭时打开模数转换器并在灯驱动器下一次打开之前关闭模数转换器。
尽管已经在本公开中提供了几个实施例，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体现。本示例被认为是说明性的而非限制性的，并且意图不限于本文给出的细节。例如，各种元件或部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，在各个实施例中被描述和说明为分立或分离的技术、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。被示出或讨论为彼此直接耦合或通信的其他物品可以通过某个接口、设备或中间部件被间接耦合或通信，无论是电气、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改变、替换和变更的其他示例，并且可以实现改变、替换和变更的其他示例。
Claims (15)
1.一种利用光电离检测器（PID）系统（1，100）检测气体的方法，包括：
给光电离检测器（4，104，106，108，112，116）通电；
由光电离检测器系统（1，100）的控制器（2，102）关闭光电离检测器（4，104，106，108，112，116）的紫外灯（106），并在零校准过程期间保持紫外灯（106）关闭；
通过光电离检测器系统（1，100）的风扇（6）使环境空气从周围环境流过光电离检测器（4，104，106，108，112，116）的检测器电极（108）；
由控制器（2，102）处理检测器电极（108）的输出以确定光电离检测器（4，104，106，108，112，116）的零级；
由控制器（2，102）把所述零级存储在光电离检测器系统（1，100）的存储器中，其中处于检测模式的光电离检测器系统（1，100）将检测器电极（108）的输出与所述零级进行比较以确定是否存在阈值浓度的气体。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括，
在存储所述零级后，由控制器（2，102）以小于50％的开启占空比打开和关闭紫外灯（106）；
对检测器电极（108）的输出进行采样；
由控制器（2，102）把检测器电极（108）的采样输出与存储的零级进行比较；
由控制器（2，102）确定存在阈值浓度的气体；以及
由光电离检测器系统（1，100）呈现警报。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述控制器（2，102）确定存在阈值浓度的挥发性有机化合物（VOC）。
4.根据权利要求2所述的方法，其中将所述检测器电极（108）的采样输出与所存储的零级进行比较包括：基于环境温度适配所存储的零级。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述光电离检测器系统（1，100）是个人装备的手持物品。
6.根据权利要求1所述的方法，在存储所述零级之后，由控制器（2，102）以小于10％的开启占空比打开和关闭紫外灯（106）。
7.根据权利要求1所述的方法，在存储所述零级之后，由控制器（2，102）以小于2％的开启占空比打开和关闭紫外灯（106）。
8.一种光电离检测器（PID）系统（1，100），包括：
检测器电极（108），输出信号；
紫外灯（106）；
灯驱动器（104），以通信方式耦合到紫外灯（106）并且被配置为响应于控制输入而打开和关闭紫外灯（106）；
控制器（2，102），以通信方式耦合到检测器电极（108）的输出信号并且耦合到灯驱动器（104）的控制输入，基于检测器电极（108）的输出信号并且基于存储在光电离检测器系统（1，100）中的零校准级输出气体检测的指示；和
零校准应用，存储在光电离检测器系统（1，100）的存储器中，当由控制器（2，102）执行时，所述零校准应用：
在零校准过程期间关闭光电离检测器系统（1，100）的紫外灯（106），
在来自周围环境的环境空气流过检测器电极（108）的同时处理检测器电极（108）的输出信号，以确定光电离检测器系统（1，100）的零级；以及
将所述零级存储在光电离检测器系统（1，100）中。
9.根据权利要求8所述的光电离检测器系统（1，100），其中紫外灯（106）包括真空紫外灯。
10.根据权利要求8所述的光电离检测器系统（1，100），其中所述零校准应用在所述零校准过程期间交替地打开和关闭所述紫外灯（106）。
11.根据权利要求10所述的光电离检测器系统（1，100），其中所述零校准应用以小于50％的开启占空比打开和关闭所述紫外灯（106）。
12.根据权利要求10所述的光电离检测器系统（1，100），其中所述零校准应用以小于10％的开启占空比打开和关闭所述紫外灯（106）。
13.根据权利要求10所述的光电离检测器系统（1，100），其中所述零校准应用以小于2％的开启占空比打开和关闭所述紫外灯（106）。
14.一种由光电离检测器（PID）系统（1，100）检测气体存在的方法，包括：
为光电离检测器（4，104，106，108，112，116）通电；
在零校准过程期间由光电离检测器系统（1，100）的控制器（2，102）关闭光电离检测器（4，104，106，108，112，116）的紫外灯（106）；
通过光电离检测器系统（1，100）的风扇（6）使环境空气从周围环境流过光电离检测器（4，104，106，108，112，116）的检测器电极（108）；
由所述控制器（2，102）处理检测器电极（108）的输出，以确定光电离检测器（4，104，106，108，112，116）的零级；
由所述控制器（2，102）将所述零级存储在光电离检测器系统（1，100）的存储器中，其中处于检测模式的光电离检测器系统（1，100）将检测器电极（108）的输出与所述零级进行比较以确定是否存在阈值浓度的气体；
在存储所述零级之后，由所述控制器（2，102）周期性地打开和关闭紫外灯（106）；
在存储所述零级之后，由所述控制器（2，102）分析检测器电极（108）的输出；
由所述控制器（2，102）基于存储的零级并且基于在存储所述零级之后对检测器电极（108）的输出的分析来确定气体浓度；和
基于气体浓度的确定，由所述控制器（2，102）输出气体检测指示。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述光电离检测器系统（1，100）被配置为检测高于预定义浓度阈值的挥发性有机化合物（VOC）的存在。
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