CN113196038A - 包括脉冲光源的气体传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于测量存在于气体中的气态物质的量的方法，该气态物质能够吸收在吸收光谱带中的光，该方法包括以下步骤：a)将所述气体放置在光源(11)与测量光电检测器(20)之间，所述光源(11)能够发射穿过所述气体向测量光电检测器(20)传播的光波(12)；b)激活所述光源(11)以对所述气体照明，以使得所述光源发射光脉冲；c)通过所述测量光电检测器(20)，在包括所述吸收光谱带的测量光谱带中，测量所述气体在其被照明期间传输的光波(14)的被称为测量强度的强度。根据本发明，使用脉冲激活信号来激活所述光源，每个脉冲具有特定形状，尤其是为了减小所述源的老化。

Description

包括脉冲光源的气体传感器

技术领域

本发明的技术领域是通过使用黑体或灰体类型的光源来分析气体并测量由光源发射的光波的吸收。更具体地说，本发明涉及光源，尤其涉及驱动该光源的方式。

背景技术

经常使用光学方法来分析气体。传感器允许通过基于构成气体的物质具有彼此不同的光谱吸收特性这一事实，来确定气体的构成。由此，当已知气态物质的吸收光谱带时，则可以使用比尔-朗伯定律，通过估计穿过气体的光的吸收，确定所述气态物质的浓度。该原理允许估计存在于气体中的气态物质的浓度。

根据最常用的方法，被分析的气体在光源与被称为测量光电检测器的光电检测器之间延展，该光电检测器旨在测量由待分析气体传输的光波，光波被该待分析气体部分地吸收。光源通常是发射红外光的源，然后所使用的方法通常用英文术语“NDIR检测”来指代，缩写NDIR表示Non Dispersive Infra-Red。这样的原理已经经常实施，例如在文献US5026992、WO2007064370中说明。

存在气体时的光波与没有气体的光波之间的比较允许表征气体的吸收。这涉及例如根据被称为“基于吸收的NDIR”的技术，确定气体中的气态物质。

通常，光源是脉冲源。测量光电检测器在每个脉冲时传递取决于由气体传输的光波的强度的信号。来自光电检测器的信号因此由幅度取决于气体对光源发射的光波的吸收的脉冲形成。吸收越大，幅度越小。对脉冲幅度的测量允许估计吸收，该吸收与该吸收归因于的气态物质的量相关联。由此，对幅度的测量允许评估期望确定的气态物质的量。由光电检测器传递的信号包括在光源的脉冲之外的最小值和由于光源的脉冲导致的最大值。可以通过最大值与最小值之间的比较或通过对光电检测器传递的信号的光谱分析来测量幅度。

光源的脉冲通常以约为一赫兹的频率来生成。当传感器长期使用时，例如连续数个月，光源经受老化，这导致发射的光波的脉冲的幅度减小。这是某些设备包括用于测量视为没有被气体吸收的光谱带中的每个脉冲的幅度的参照光电检测器的原因。参考光电检测器也可使得没有任何气体在光源与参考光电检测器之间延展。使用参考光电检测器允许如果估计没有被吸收的情况下会到达光电检测器的光波，以考虑到光源的脉冲的幅度逐渐地减小。这例如在WO2018149799或WO2018162848中说明。

本发明人提出完善当前的设备，以延迟光源的老化和/或便利对由光电检测器产生的信号的可能的光谱分析。

发明内容

本发明的第一主题在于一种用于测量存在于气体中的气态物质的量的方法，该气态物质能够吸收在吸收光谱带中的光，该方法包括以下步骤：

a)将气体布置在光源与测量光电检测器之间，光源能够发射穿过气体向测量光电检测器传播的光波；

b)激活光源以对气体照明，以使得光源发射光脉冲；

c)通过测量光电检测器，在包括吸收光谱带的测量光谱带中，测量气体在其被照明期间传输的光波的被称为测量强度的强度；

该方法的特征在于，步骤b)包括将脉冲激活信号供给光源，激活信号包括电脉冲，每个电脉冲在初始时刻与最终时刻之间延伸，并且每个电脉冲包括：

-初始周期，其自初始时刻开始延伸初始时长，在该初始时长期间，激活信号处于初始电平；

-额定周期，其在初始周期之后，在该额定周期期间，激活信号维持在严格小于初始电平的额定电平，额定周期具有比初始时长更长的额定时长。

初始时长可以是2至20ms，优选地是5ms至15ms。额定时长可以是20ms至150ms，优选地是50ms至100ms。

额定周期是接着初始周期的：初始周期的终止对应于额定周期的开始。

根据一个实施例，在初始周期期间，激活信号在初始时长期间维持在初始电平。

根据一个实施例，额定周期延伸到直至最终时刻。

根据一个实施例，额定周期之后接着最终周期，在该最终周期期间，激活信号在最终时长期间，减小到额定电平以下，直至最终时刻。最终时长可以比初始时长更长。最终时长可以比额定时长更短。根据该实施例，额定周期的终止对应于最终周期的开始。

在最终周期期间，激活信号可以逐渐地减小，直至最终时刻，例如根据例如线性或正弦函数的连续函数。

最终时长可以是10ms至100ms，优选地是20ms至50ms。

本发明的第二主题在于一种用于确定气体中的气态物质的量的传感器，该传感器包括：

-光源，其配置为发射向气体传播的光波，该光波位于气态物质的吸收光谱带中；

-测量光电检测器，其能够在不同测量时刻，在测量光谱带中检测由气体传输的光波和测量其被称为测量强度的强度；

-脉冲生成器，其配置为向光源发送激活信号，该激活信号由脉冲形成，每个脉冲包括：

·初始周期，其自初始时刻开始延伸初始时长，在该初始时长期间，激活信号处于初始电平；

·额定周期，其在初始周期之后，在该额定周期期间，激活信号维持在严格小于初始电平的额定电平，额定周期具有比初始时长更长的额定时长。

根据一个实施例，该传感器包括：

-参考光电检测器，其配置为在不同的测量时刻，在参考光谱带中，测量由光源发射的参考光波的被称为参考强度的强度。

根据一个实施例，

-初始时长是2至20ms，优选地是5ms至15ms；

-和/或，额定时长是20ms至150ms，优选地是50ms至100ms。

根据一个实施例，脉冲生成器配置为使得每个脉冲包括最终周期，在该最终周期期间，激活信号在最终时长期间，减小到额定电平以下，直至最终时刻。最终时长可以是10ms至100ms，优选地是20ms至50ms。

由以下对作为非限制性示例提供并在下列附图中示出的本发明的具体实施方式的说明，其它优点和特征将更清楚地显现。

附图说明

图1A示出允许实施本发明的设备的示例。

图1B示意性地示出黑体类型的光源的发射光谱。

图2A示出形成根据现有技术的激活信号的电脉冲。

图2B示出在图2A中用大括号表示的时间范围中的由根据现有技术的电脉冲供给的光源发射的光脉冲的形式。

图2C示出暴露于由根据现有技术的激活信号供给的光源的光电检测器检测的光脉冲形式。

图2D示出暴露于由根据本发明的一个实施例的激活信号供给的光源的光电检测器检测的光脉冲形式。

图3A是形成根据第一实施例的激活信号的电脉冲的示意图。

图3B示出经受如图3A所示的电脉冲的光源生成的光脉冲。

图3C是图3B的一部分的放大图。

图4是形成根据第二实施例的激活信号的电脉冲的示意图。

图5A是示出由分别根据现有技术和根据第二实施例的激活信号激活的光源发射的光波的记录。

图5B是示出由分别根据现有技术和根据第二实施例的激活信号激活的光源发射的光波的记录。

图6A示出来自气体传感器的光电检测器的信号。

图6B是图6A的频率分析。

具体实施方式

图1A是气体分析设备1的示例。该设备包括限定内部空间的外壳5，在该内部空间内存在：

-光源11，其能够发射被称为入射光波的光波12，以照明位于内部空间中的气体G。入射光波12位于照明光谱带Δ₁₂中。

-被称为测量光电检测器的光电检测器20，其配置为检测气体G在其被入射光波12照明的作用下由该气体传输的光波14。用术语测量光波来指代光波14。该光波由测量光电检测器20在测量光谱带Δ₂₀检测。

-参考光电检测器20_ref，其配置为在参考光谱带Δ_ref中检测被称为参考光波的光波12_ref。参考光谱带Δ_ref是其中气体G对光波12的吸收视为可忽略的光谱带。参考光谱带Δ_ref不同于测量光谱带Δ₂₀。参考光电检测器是可选的。

气体G包括气态物质G_x，追求确定在测量时刻k的该气态物质的量c_x(k)，例如浓度。该气态物质吸收光在吸收光谱带Δ_x中的可测量部分。

光源11能够在照明光谱带Δ₁₂中发射入射光波12，该照明光谱带可在近紫外线与中红外线之间、例如在200nm至10μm之间、最经常在1μm至10μm之间延伸。被分析的气态物质G_x的吸收光谱带Δ_x包括在照明光谱带Δ₁₂中。光源11是脉冲源，入射光波12是时长一般为100ms至1s的脉冲。光源11可尤其是被加热到400℃至800℃的温度的悬挂丝类型的光源。该光源在发射光谱带Δ₁₂中的发射光谱对应于黑体的发射光谱。

测量光电检测器20优选地关联到光学滤镜18，其限定包含气态物质的吸收光谱带Δ_x的全部或一部分的测量光谱带Δ₂₀。

在所考虑的示例中，测量光电检测器20是热电池，能够传递取决于所检测的光波的强度的信号。替代地，测量光电检测器可以是光电二极管或其它类型的光电检测器。

参考光电检测器20_ref布置在测量光电检测器20侧并与该测量光电检测器是相同类型。该参考光电检测器关联到称作参考光学滤镜18_ref的光学滤镜。参考光学滤镜18_ref限定对应于不被所考虑的气态物质吸收的波长范围的参考光谱带Δ_ref。参考带宽Δ_ref例如以3.91μm的波长为中心。

根据比尔-朗伯关系式，由测量光电检测器20在测量时刻k检测的光波14的称作测量强度的强度I₂₀(k)取决于测量时刻的量c_x(k)：

其中：

-μ(c_x(k))是取决于时刻k的量c_x(k)的吸收系数；

-l是在外壳5中被光波穿过的气体厚度；

-I₀(k)是入射光波在时刻k的强度，该强度对应于在测量光谱带Δ₂₀中在外壳5中没有吸收性气体的情况下到达测量光电检测器20的光波的强度。

形式为比值

的I₂₀(k)与I₀(k)之间的比较允许限定所考虑的气态物质在时刻k生成的吸收abs(k)。

所述设备包括连接到存储器32的处理单元30，例如微处理器。处理单元接收分别由测量光电检测器20和参考光电检测器20_ref检测的信号，以确定在每个测量时刻k的分析物的量c_x(k)。

在光源11的每个脉冲期间，可由此确定μ(c_x(k))，这允许估计c_x(k)，c_x(k)与μ(c_x(k))之间的关系是已知的。

表达式(1)假设已知入射光波12在测量时刻k的强度I₀(k)。该强度基于由参考光电检测器检测的光强度来确定。

如上所述，光源是脉冲式的。测量时刻k是对应于光脉冲的时刻。由此，不同的测量时刻分别对应于不同的光脉冲。

图1B是黑体类型的光源的发射光谱(即遵循普朗克定律)的示意图：

其中：

-L(λ，Temp)是取决于波长λ和黑体的表面温度Temp的亮度；

-h是普朗克常数；

-B是玻尔兹曼常数；

-c是空气中的光速。

光源11的照明光谱S对应于当光源被加热到温度Temp时，作为λ的函数的亮度L(λ，Temp)的变化。通常，该温度为400℃至800℃。

光源11由传递激活信号以激活光源的电脉冲生成器10控制。激活信号V是供给光源11的电信号。该激活信号由电脉冲imp_V形成，每个电脉冲产生光源发射光脉冲imp_I。激活信号的电平设置由光源传递的每个光脉冲的幅度。“电平”指激活信号的电流或电压电平。在本文的下文中，考虑激活信号以设置光源端子上的电压。替代地，可涉及供给光源的激活信号的电流。

图2A示出根据现有技术的激活信号V的时间的变化V(t)。该激活信号包括根据恒定时长Δt延伸的电脉冲imp_V。激活信号V的形式为由规则锯齿脉冲形成的不连续时间函数。要指出的是，每个锯齿脉冲是通过在电脉冲时长期间将激活信号增大到大致恒定的额定电平V_N来获得的。“大致恒定”指在统计学波动范围内具有相同值，例如误差为+5％或+10％。

本发明人用由如图2A所示的规则锯齿脉冲形成的激活信号V供给了如上所述的光源11。本发明人将光电二极管暴露于由该光源生成的光。图2B示出根据由该光电二极管传递的信号V_out(t)中的时间的变化。图2B示出了由光电二极管在由图2A中的大括号体现的时间区间期间传递的信号。要指出的是，为了实现该测试，本发明人使用了光电二极管，这是因为该类型光电检测器相对于光源的响应时间短的响应时间。由此，信号V_out可以视为代表光源所产生的光波12的强度I。

光源11的激活信号V的电脉冲的时长Δt是260ms。额定电平V_N为1100mV。用黑色虚线示意性地示出了激活信号的通过其最大值归一化的时间的变化V。

可观察到光源发射的光波的强度的形式为光脉冲imp_I，这是预料中的。然而，还观察到光脉冲imp_I经受相对于电脉冲imp_V的延迟。这导致激活信号的电脉冲与光源11的光脉冲之间的时间偏移。该时间偏移：

-在每个电脉冲imp_V开始时，体现为光脉冲imp_I的上升时间t_r，这在该上升期间造成光脉冲相对于电脉冲imp_V的延迟。在该示例中，上升时间大于40ms。

-在每个电脉冲结束时，体现为光脉冲imp_I的下降时间t_d，这在该下降期间造成光脉冲相对于电脉冲的延迟。在该示例中，下降时间约为40ms。

由于存在上升时间和下降时间，每个光脉冲imp_I的形式为如在图2C中示意性地示出的。可见，由于存在上升时间t_r，每个光脉冲的最大电平I_max相对于电脉冲的开始延迟。此外，由于存在下降时间t_d，每个光脉冲根据遵循类型e^-t/τ的方程的时间形式减小，其中，τ是取决于下降时间t_d的时间常数。

可如在图2C中观察到，每个光脉冲在光电检测器(无论是测量光电检测器20还是参考光电检测器20_ref)测量的信号处不体现为正弦形状。因此，当测量光电检测器20(或参考光电检测器20_ref)测量的信号经受频率分析时，必须在光电检测器与处理单元30之间放置滤波器，例如模拟滤波器。该滤波器允许成型所测量的信号，以如图2D所示的，使其呈正弦形。

本发明的目的在于更改激活信号的每个电脉冲的形状，以调节光源发射的每个光脉冲的形状，以避免对模拟滤波器的需求。

根据第一实施例，追求减小每个光脉冲的上升时间t_r，以便可以减小每个光脉冲的时长。根据第二实施例，追求调节光波在其下降期间的形状，以便利处理源自测量光电检测器20和可选的参考光电检测器20_ref的信号。

如前所述，每个测量时刻k优选地选择为对应于每个光脉冲的最大强度I_max。上升时间t_r越长，测量时刻就相对于激活信号V的电脉冲的开始必须偏移越多。该偏移允许测量时刻对应于光脉冲处于其最大值的时刻。

为了缩短光脉冲的上升时间t_r，本发明人提出调节用于控制光源11的激活信号V的每个电脉冲的幅度。这构成结合图3A至3C所述的本发明的第一实施例。

图3A示出一个电脉冲示例，其形状允许缩短光脉冲的上升时间t_r。电脉冲在初始时刻t_i与最终时刻t_f之间延伸。在初始时刻t_i与第一时刻t₁之间，激活信号V处于初始电平V_i，这持续根据初始时长Δt_i延伸的初始周期T_i。优选地，在初始周期T_i期间，激活信号维持在初始电平V_i，或大致在该电平附近。要提醒的是，术语“大致”指在统计学波动内，优选地小于±5％或±10％的变化。

在初始周期T_i结束时，激活信号在根据额定时长Δt_N延伸的额定周期T_N期间处于额定电平V_N。额定电平对应于光源的通常的供给电平。额定周期T_N在第一时刻t₁与第二时刻t₂之间延伸。在图3A所示的实施例中，第二时刻t₂与最终时刻t_f相同。额定电平V_N低于初始电平V_i。初始电平V_i优选地比额定电平V_N高至少10％、甚至至少15％或20％。优选地，额定时长Δt_N比初始时长Δt_i更长。例如，额定时长Δt_N是初始时长Δt_i的至少1.5倍。在额定周期T_N结束时，激活信号减小到零或最小值。在该示例中，额定时长Δt_N的结束与最终时刻t_f重合，但这不是强制的。由此，根据一个变型，激活信号在第二时刻t₂之后减小，直至最终时刻t_f。该减小对应于在第二时刻t₂与最终时刻t_f之间延伸的最终周期T_f。

通常，初始时长Δt_i比额定时长Δt_N更短。

初始时长Δt_i优选地为2ms至20ms，优选地为5ms至15ms。额定时长Δt_N优选地为20ms至150ms，优选地为50ms至100ms。

根据图3A所示的示例，每个电脉冲的时长Δt对应于初始时长Δt_i和额定时长Δt_N之和。

在图3B中，示出了由暴露于丝类型的光源11的光电二极管测量的信号V_out的时间的变化。光源11由脉冲激活电流V激活，该脉冲激活电流由如在图3A中所示意性地示出的电脉冲形成。在所示示例中，初始电平V_i和额定电平V_N分别等于2000mV和1100mV。初始时刻为t_i＝0ms。每个电脉冲的总时长Δt等于260ms。测试了不同的初始时长Δt_i：0ms(这对应于现有技术)；3ms；5ms；7ms；10ms；12ms。在图3B中已经示出了每个初始时长Δt_i。额定周期T_N的额定时长Δt_N调节为使得每个光脉冲的总时长等于260ms。

要提醒的是，由于光电二极管的可忽略的响应时间，图3B所示的脉冲代表光源响应于激活信号的每个电脉冲发射的光脉冲。

1000mV的值对应于根据现有技术的配置发射的光波的最大强度I_max。图3C是自初始时刻t_i起的前100微秒的图3B的细节。注意到当初始时长Δt_i短(0ms；3ms；5ms)时，光脉冲经受相对于初始时刻t_i的一定延迟。该延迟可以是80ms(Δt_i＝0ms)，或接近60ms(Δt_i＝3ms，Δt_i＝5ms)。延迟对应于上升时间t_r，即光波处于最大电平I_max时刻相对于初始时刻t_i的延迟。当初始时长Δt_i达到10ms或12ms时，光脉冲的上升时间t_r短。然而，在前40微秒期间，光脉冲形成通常用英文术语“overshoot”来指代的高于光源的额定强度的强度峰值。该强度峰值是不期望的，这是因为它可能会引起光源过早老化。考虑到所选择的初始电平和所选择的额定电平(V_i＝1100mV–V_N＝2000mV)，7ms的初始时长Δt_i是最优的：上升时间t_r短于20ms，并且光强度在上升时间期间的变化是单调的：它逐渐地向最大电平I_max增大。额定电平V_N的值根据初始电平V_i的值来选择：V_N与V_i之间的差越大，初始时长Δt_i就可以被减小越多。

本领域技术人员可测试不同的V_i、Δt_i、甚至V_N的值，以在光电检测器处获得视为最优的脉冲形状。可考虑到过高的V_i的值可能会显著地增大耗电。通过考虑到这样的初始时长Δt_i，最大电平I_max比根据现有技术更快地达到。这允许缩短每个光脉冲的时长，这是因为每个测量时刻k可以靠近每个脉冲的初始时刻。特别地，测量时刻是光脉冲达到了最大强度I_max的时刻。通过缩短光脉冲的上升时间t_r，更快速地达到最大强度I_max。脉冲的最终时刻t_f可以选择为在达到最大强度I_max之后数ms或数十ms。由此导致缩短光脉冲的总时长。通过缩短光脉冲的时长，延迟光源11的老化。在图3B所示的示例中，本发明人估计光脉冲的时长可以缩短到150ms。

根据可以与第一实施例同时或独立于第一实施例实施的另一实施例，主要追求优化光脉冲在其减小期间的形状。根据该第二实施例，也可追求缩短上升时间t_r。根据该实施例，如图4所示，在额定周期T_N结束时，即在第二时刻t₂之后，电脉冲imp_V逐渐地减小，直至最终时刻t_f。由第二时刻t₂和最终时刻t_f限定的时期是最终周期T_f。在图4所示的示例中，电脉冲包括如结合第一实施例所述的初始周期Δt_i。额定周期T_N在第二时刻t₂结束。最终周期T_f位于额定周期T_N之后，在该最终周期期间，激活信号逐渐地减小。

优选地，最终周期T_f的时长Δt_f比额定周期T_N的时长Δt_N更短，例如比额定周期T_N的时长Δt_N短至少1.5倍或至少2倍。优选地，最终周期的时长Δt_f比初始周期的时长Δt_i更长。最终周期T_f的时长Δt_f可以为10ms至100ms，优选地为20ms至50ms。在最终周期T_f期间，激活信号比额定电平V_N更短，优选地比初始电平V_i更短。

根据图4所示的例子，每个电脉冲的时长Δt对应于初始时长Δt_i、额定时长Δt_N，和最终时长Δt_f之和。

优选地，在最终周期T_f期间，激活信号的减小遵循单调递增函数，例如且有利地，正弦函数。

根据该实施例，如图2D所示，光脉冲imp_I以大致正弦的方式减小。

图4所示的电脉冲imp_V包括如结合图3A至3C所述的初始周期T_i。

根据一个变型，脉冲不包括初始周期T_i。初始时刻t_i则与额定周期T_N的第一时刻t₁重合。

无论是哪一个实施例，激活信号V的每个电脉冲可以具有以下参数：

-初始周期T_i的时长Δt_i；

-激活信号在初始周期T_i期间的电平V_i；

-额定周期T_N的时长Δt_N；

-激活信号在额定周期T_N期间的电平V_N；

-最终周期T_f的时长Δt_f；

-激活信号在最终周期T_f期间所遵循的函数。

这些参数可根据所追求的技术效果逐案确定：缩短光脉冲的上升时间t_r和/或优化光波的减小。可例如通过致动光源并观察光电检测器检测的信号的变化来进行参数确定。该光电检测器可以是传感器使用的测量光电检测器20，或用于调节成型形成激活信号的电脉冲的参数的目的的专用光电检测器，例如光电二极管。也可考虑到光源的功耗。

图5A和5B是示波器屏幕截屏。在这些图中的每幅中，示出了形成已经示出的丝类型的光源的激活信号V的电脉冲imp_V。还示出了暴露于光源所产生的光波的光电检测器生成的信号V_out的时间的变化。光电检测器代表测量光电检测器20或参考检测器20_ref。

图5A示出根据现有技术的配置，激活信号V形成呈锯齿形的电脉冲imp_V。图5B示出根据本发明的配置，激活信号V为如结合图4所述的。可以全部看到初始周期T_i期间的初始电平V_i、额定周期T_N期间的额定电平V_N，以及激活信号在最终周期T_f期间根据正弦函数的减小。在图5B中，激活信号的脉冲的参数设置允许获得光电检测器发射的形状接近正弦形的信号。如前所述，当对由测量光电检测器20产生的信号进行光谱分析时，这样的形状是合适的。

图6A示出由如图1A所示的气体传感器的测量光电检测器(热电池)20产生的信号。测量光电检测器20已暴露于由光源11生成的光波。光源11已由如图4所述的激活信号激活。在该示例中，脉冲的参数如下：

-初始周期T_i的时长Δt_i＝8ms；

-激活信号在初始周期T_i期间的电平V_i＝1.3V；

-额定周期T_N的时长Δt_N＝1.9V；

-激活信号在额定周期T_N期间的电平V_N＝45ms；

-最终周期T_f的时长Δt_f＝35ms；

-激活信号在最终周期T_f期间所遵循的函数：正弦函数。

由测量光电检测器20产生的信号包含三个脉冲，它们对应于光源生成管的三个光脉冲。

由光电检测器产生的信号是在快速傅里叶变换的应用之后的频率分析的对象，以获得对应于不同频率的光谱功率。图6B示出根据频率(x轴)的光谱功率(y轴)。在7Hz附近的频率处获得峰值。

该实施例允许限制源的老化，这是因为它允许缩短额定周期T_N的时长Δt_N。本发明人估计，该实施例允许将额定周期的时长从260ms缩短到45ms。

使用实施本发明的传感器(第二实施例)和现有技术的传感器，进行了超过一周的测试，在这些测试中，光源根据如图2A所示的规则时间间隔来供电。对于每个传感器，光脉冲的重复率为每秒1个脉冲。对于每个传感器，确定了光源的老化。该老化通过评估每个脉冲的最大强度的减小来确定。观察到源老化从用现有技术的设备的3.3％减小到实施本发明的0.1％。

由此，根据本发明的激活信号V的参数可以：

-如结合图3A至3C所说明的，有利于快速的光波上升时间，以便能够缩短每个光脉冲的时长：这允许减慢源的老化；

-和/或，如结合图4、5A和5B所说明的，有利于光波的正弦形状，以使得由测量光电检测器和可能的参考光电检测器产生的信号能够是光谱分析的对象，而无需使用用于成型信号的滤波器。应当注意，这也可假定缩短光脉冲的上升时间，这也有助于减慢源的老化。

可实施本发明控制配备气体传感器的光源，以用于大气污染检验、食品加工、监视工业方法、监视燃烧气体等的用途。

Claims (15)

1.一种用于测量存在于气体中的气态物质(G_x)的量(c_x)的方法，该气态物质能够吸收吸收光谱带(Δ_x)中的光，该方法包括以下步骤：

a)将所述气体放置在光源(11)与测量光电检测器(20)之间，所述光源(11)能够发射穿过所述气体向测量光电检测器(20)传播的光波(12)；

b)激活所述光源(11)以对所述气体照明，以使得所述光源发射光脉冲；

c)通过所述测量光电检测器(20)，在包括所述吸收光谱带(Δ_x)的测量光谱带(Δ₂₀)中，测量所述气体在其被照明期间传输的光波(14)的被称为测量强度的强度(I(k))；

该方法的特征在于，所述步骤b)包括将脉冲激活信号(V)供给所述光源，所述激活信号包括电脉冲，每个电脉冲在初始时刻(t_i)与最终时刻(t_f)之间延伸，并且每个电脉冲包括：

-初始周期(T_i)，其自所述初始时刻(t_i)开始延伸初始时长(Δt_i)，在该初始时长期间，激活信号(V)处于初始电平(V_i)；

-额定周期(T_N)，其在所述初始周期(T_i)之后，在该额定周期期间，所述激活信号维持在严格小于初始电平(V_i)的额定电平(V_N)，所述额定周期具有比初始时长(Δt_i)更长的额定时长(Δt_N)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述初始时长(Δt_i)是2至20ms，优选地是5ms至15ms。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述额定时长(Δt_N)是20ms至150ms，优选地是50ms至100ms。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述初始周期(T_i)期间，所述激活信号(V)在初始时长(Δt_i)期间维持在初始电平(V_i)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述额定周期(T_N)延伸到直至最终时刻(t_f)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述额定周期(T_N)之后接着最终周期(T_f)，在该最终周期期间，所述激活信号在最终时长(Δt_f)期间，减小到所述额定电平(V_N)以下，直至所述最终时刻(t_f)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述最终时长(Δt_f)比初始时长(Δt_i)更长。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的方法，其中，所述最终时长(Δt_f)比额定时长(Δt_N)更短。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，在所述最终周期(T_f)期间，所述激活信号逐渐地减小，直至所述最终时刻(t_f)。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，所述最终时长(Δt_f)是10ms至100ms，优选地是20ms至50ms。

11.一种用于确定气体(G)中的气态物质(G_x)的量(c_x)的传感器(1)，该传感器包括：

-光源(11)，其配置为发射向所述气体(G)传播的光波(12)，该光波位于所述气态物质(G_x)的吸收光谱带(Δ_x)中；

-测量光电检测器(20)，其能够在不同测量时刻(k)在测量光谱带中检测由所述气体传输的光波(14)并测量其被称为测量强度的强度(I(k))；

-脉冲生成器(10)，其配置为向所述光源发送激活信号，该激活信号由脉冲形成，每个脉冲包括：

·初始周期(T_i)，其自初始时刻开始延伸初始时长，在该初始时长期间，所述激活信号处于初始电平(V_i)；

·额定周期(T_N)，其在初始周期之后，在该额定周期期间，所述激活信号维持在严格小于初始电平的额定电平(V_N)，所述额定周期具有比初始时长更长的额定时长。

12.根据权利要求11所述的传感器，该传感器还包括：

-参考光电检测器(20_ref)，其配置为在不同的测量时刻(k)在参考光谱带中测量由所述光源(11)发射的参考光波(12_ref)的被称为参考强度的强度(I_ref(k))。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的传感器，其中：

-所述初始时长(Δt_i)是2至20ms，优选地是5ms至15ms；

-和/或，所述额定时长(Δt_N)是20ms至150ms，优选地是50ms至100ms。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的传感器，其中，所述脉冲生成器配置为使得每个脉冲包括最终周期(T_f)，在该最终周期期间，所述激活信号在最终时长(Δt_f)期间，减小到所述额定电平(V_N)以下，直至所述最终时刻(t_f)。

15.根据权利要求14所述的传感器，其中，所述最终时长是10ms至100ms，优选地是20ms至50ms。

Images