CN114270175A - 多通道气体传感器 - Google Patents

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Abstract

一种多通道气体传感器，包括气体池(101、601)、光源(110、210、310、410、510、610)、第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)、第一检测单元(120、220、320、420、520、620)和第二检测单元(130、230、330、430、530、630)。光源(110、210、310、410、510、610)设置成向气体池(101、5601)中发射光辐射。第一检测单元(120、220、320、420、520、620)设置成检测来自光源的、已经传播通过气体池(101、601)的至少一部分传播并且已经传输穿过第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)的光。第二检测单元(130、230、330、430、530、630)设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)中被反射并且然后在照亮第二检测单元之前已经传播通过气体池(101、601)的光照亮，并且检测已经在第一干涉滤光器中被反射的所述光的至少第二波长部分。

Description

多通道气体传感器
技术领域
本发明总体上涉及气体传感器。特别地，本发明涉及多通道气体传感器，该多通道气体传感器利用干涉滤光器将来自光源的光经由气体池引导至第一检测单元和第二检测单元以用于气体检测应用。
背景技术
利用各种气体在可见光或红外波长范围内的吸收带进行光学感测是表征气体含量的一种方法。
为了通过在紧凑单元中使用吸收带来测量气体含量，可以在具有反射表面的腔中执行测量，反射表面通过若干次反射导致比该单元长的光学路径。从而可以增加来自所提供的辐射源的辐射与气体相互作用的长度并且可以改进气体含量的检测。
为了表征特定气体的含量，在可以单独测量特定气体的吸收带的波长下执行测量被认为是有利的，从而最小化具有相似的吸收带的其他气体的同时测量。在很多情况下，这将限制可以用于测量的波长。在某些情况下，适合于在合适的波长中测量的设备、比如辐射源和传感器是昂贵或笨重的。
已知的问题是，嗅探应用中提供的低浓度气体需要高分辨率和高灵敏度，以便检测所提供的有限的量。类似地，与呼气气体的吸嘴检测相比，呼气气体的分离检测的低浓度样品需要更高的分辨率和更高的灵敏度。
发明内容
本发明的目的是抛开先前已知的气体传感器的缺点和不足且同时为气体的测量提供改进的解决方案。
特别地，目的是提供一种气体传感器，以用于借助紧凑且廉价的解决方案改进低浓度气体的检测。
本发明基于以下实现方案：即来自不同的通道的多次取样允许在若干种气体具有共存吸收带的波长中进行测量。通过考虑它们对分离通道的测量的合并影响，并由此计算出气体分离的出现。从而允许在更坚固的测量装置中、比如在所使用的辐射源和探测器中进行若干次简化。例如，如果要分析气体样品中气体A和气体B的存在，气体A在波长wA处吸收并且气体B在波长wA和wB处吸收，则可以在wB处执行测量并且获得可以被从在wA处执行的测量结果中减去的结果，以便获得在没有气体B的贡献的情况下对气体A处的测量结果。该原理可以扩展至若干次测量和同时出现，从而允许更精确的测量。
提供具有适当灵敏度并且在所描述的条件下可靠的气体传感器绝非易事。如果气体传感器本应当能够检测到多种物质且不受未测量物质的变化的干扰，则更是如此。
对于定向呼吸或嗅探应用所需的低气体浓度的检测比现有的经济型解决方案需要更高的分辨率。非接触式呼吸或嗅探应用也需要同时测量若干种不同的气体，以计算实际的稀释度，但现有的多气体感测解决方案昂贵、笨重并且耗费大量电力。另一方面，低浓度气体测量常常受到同时存在的其他更充足的气体的交叉灵敏度的限制。
鉴于上述情况，本公开总体的目的是提供一种改进的气体传感器，该气体传感器允许通过使用多通道测量来改进气体的测量。
本发明的目的在如所附权利要求中所限定的多通道气体传感器中得到满足。
在第一方面中，本发明涉及一种多通道气体传感器。该多通道气体传感器包括气体池、光源、第一干涉滤光器、第一检测单元和第二检测单元。
气体池设置成承载气体。光源设置成向气体池中发射光辐射。第一干涉滤光器设置成由从光源所发射的已经传播通过气体池的至少一部分的光照亮，并且该第一干涉滤光器配置成传输光辐射的第一波长部分并反射除第一波长部分以外的光辐射。第一检测单元设置成检测来自光源的已经传输穿过第一干涉滤光器的光。第二检测单元设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器中被反射的光照亮并检测所述光的已经在第一干涉滤光器中被反射的至少第二波长部分。第二检测单元设置成使得在第一干涉滤光器中被反射的第二波长部分在照亮第二检测单元之前已经在气体池中传播。
在气体池中传播是指光传播通过气体池的至少一部分。
因此，照亮第一检测单元的光和照亮第二检测单元的光在气体池中的传播路径是不同的。
通过这种方式，可以提供用于在不同波长下进行测量的多通道气体传感器。例如，不同的气体特定的光谱波长可以在不同的传播路径上从气体池被分出，在气体池的特定点上形成的明确定义的中间图像点处被分离。光学干涉滤光器可以布置在气体池的形成所选图像的点处。干涉滤光器将与用于一种或若干种目标气体的分子吸收相关的波长带传输至检测单元，而带外辐射被反射，因此该辐射继续在气体池中不受影响地传播，并且可以以类似的方式被用于检测其他波长下的其他吸收带。
通过使用干涉滤光器代替分色镜来将光分成不同的波长部分，可以避免对检测器的前面的附加的窄带滤光器的需求。干涉滤光器既可以具有将光分成波长部分的功能以及窄带滤光的功能。
因此，通过利用在不同波长下进行测量，这些测量结果可以被用于补偿计算。例如，通过使用在2.7μm下获得的吸水信息可以消除在3.4μm下的水蒸气的光谱交叉灵敏度。
在实施方式中，所述光辐射为中红外IR辐射，并且第一干涉滤光器可以配置成反射除第一波长部分以外的中红外辐射。
利用中红外范围内的光辐射具有若干优势、比如尺寸和成本，但对许多物质的高光谱交叉灵敏性造成了负担。通过利用本公开的多通道气体传感器，可以实现改进的气体传感器。
在实施方式中，多通道气体传感器还可以包括第二干涉滤光器。该第二干涉滤光器可以设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器中被反射的光照亮。该第二干涉滤光器还可以被配置成传输中红外辐射的第二波长部分并反射除第二波长部分以外的中红外辐射。第二检测单元可以设置成检测来自光源的已经传输穿过第二干涉滤光器的光。
在实施方式中，多通道气体传感器还可以包括第三检测单元，该第三检测单元设置成由来自光源的已经在第二干涉滤光器中被反射的光照亮并检测所述光的已经在第二干涉滤光器中被反射的至少第三波长部分。
在实施方式中，第一检测单元可以设置成检测4.26μm下的CO2峰值，第二检测单元可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元可以设置成检测3.41μm下的乙醇峰值。检测单元可以设置成通过将对应的干涉滤光器调节成将对应的波长部分传输至该检测单元、通过使滤光器布置在检测单元的前面、和/或使检测范围适合于该波长来检测波长。通过这种方式，多通道气体传感器可以适用于检测乙醇，并且用于例如酒精锁调查和筛选演示。
在实施方式中，多通道气体传感器可以包括计算单元，该计算单元设置有相关算法，以计算用于估计呼吸酒精浓度和血液酒精水平所需的扩散因子。
在实施方式中，第一检测单元可以设置成检测4.26μm下的CO2峰值，第二检测单元可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元可以设置成检测3.37μm下的R32峰值。检测单元可以设置成通过将对应的干涉滤光器调节成将对应的波长部分传输至该检测单元、通过使滤光器布置在检测单元的前面、和/或使检测范围适合于该波长来检测波长。通过这种方式，多通道气体传感器可以适用于检测R32和其他碳氢化合物，并且用于例如氟利昂检测、泄漏检测以及类似的检测。
在实施方式中，第一检测单元可以设置成检测3.45μm下的CxHy峰值，第二检测单元可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元可以设置成检测3.32μm下的甲烷峰值。检测单元可以设置成通过将对应的干涉滤光器调节成将对应的波长部分传输至该检测单元、通过使滤光器布置在检测单元的前面、和/或使检测范围适合于该波长来检测波长。通过这种方式，多通道气体传感器可以适用于检测甲烷，并且用于例如甲烷监测、泄漏检测、垃圾填埋场排放监测。
在实施方式中，第一检测单元可以设置成检测4.26μm下的CO2峰值，第二检测单元可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元可以设置成检测3.32μm下的甲烷峰值。检测单元可以设置成通过将对应的干涉滤光器调剂成将对应的波长部分传输至该检测单元、通过使滤光器布置在检测单元的前面、和/或使检测范围适合于该波长来检测波长。通过这种方式，多通道气体传感器可以适用于用作温室气体环境监测器，并且用于例如城市排放监测和碳循环制图。
在实施方式中，第一检测单元可以设置成检测4.26μm下的CO2峰值，第二检测单元可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元可以设置成检测4.505μm下的N2O峰值。检测单元可以设置成通过将对应的干涉滤光器调剂成将对应的波长部分传输至该检测单元、通过使滤光器布置在检测单元的前面、和/或使检测范围适合于该波长来检测波长。通过这种方式，多通道气体传感器可以适用于检测一氧化二氮，并且用于例如农业中的温室气体排放的监测和用于医院环境的监测。
在实施方式中，第一检测单元可以设置成检测4.26μm下的CO2峰值，第二检测单元可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元可以设置成检测4.695μm下的CO峰值。检测单元可以设置成通过将对应的干涉滤光器调节成将对应的波长部分传输至该检测单元、通过使滤光器布置在检测单元的前面、和/或使检测范围适合该波长来检测波长。通过这种方式，多通道气体传感器可以适应于检测一氧化碳，并且用于例如室内空间、比如车库的警报和监测。
在实施方式中，波长峰值的检测可以在波长峰值周围的检测范围内执行。检测范围可以以波长峰值为中心，或者检测范围可以包括波长峰值。检测范围的宽度可以例如是波长峰值的0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。检测范围的宽度可以由半最大值全宽度FWHM来定义。
在实施方式中，检测单元可以包括光电二极管检测器。光电二极管检测器可以被调谐为在目标波长范围内比在非目标波长范围内更灵敏。
在实施方式中，第二检测单元可以设置成使得在第一干涉滤光器中被反射的第二波长部分在照亮第二检测单元之前传播通过气体池。
通过这种方式，可以提供用于在不同的波长下进行测量的多通道气体传感器。例如，不同的气体特定的光谱波长可以在不同的传播路径上从气体池被分出，在气体池的特定点上形成的明确定义的中间图像点处被分离。光学干涉滤光器可以布置在气体池的形成所选图像的点处。干涉滤光器将与用于一种或若干种目标气体的分子吸收相关的波长带传输至检测单元，而带外辐射被反射，因此该辐射继续在气体池中不受影响地传播，并且可以以类似的方式用于被用于检测其他波长处下的其他吸收带。通过提供选择性的反射，多通道气体传感器可以为不同的光谱波长提供具有不同的长度的不同的吸收路径。
在实施方式中，多通道气体传感器还可以包括第一反射表面，该第一反射表面设置成将先前在第一干涉滤光器处被反射的红外辐射朝向第二干涉滤光器反射。
在实施方式中，第三检测单元可以设置成使得第三波长部分在于第二干涉滤光器处反射之后、传播通过气体池之后被检测。
在实施方式中，多通道气体传感器还可以包括第二反射表面，该第二反射表面设置成将先前在第二干涉滤光器处反射的红外辐射朝向第三干涉滤光器反射。
在实施方式中，第一反射表面和/或第二反射表面可以是弯曲的，从而充当准直反射器以收集从光轴侧向发射和/或反射的辐射。
在实施方式中，多通道气体传感器还可以包括第三干涉滤光器，该第三干涉滤光器设置成由来自光源的已经在第二干涉滤光器中被反射的光照亮。第三干涉滤光器还可以配置成将光辐射的第三波长部分传输至第三检测单元并反射除第三波长部分以外的光辐射。第三检测单元还可以设置成检测来自光源的已经传输穿过第三干涉滤光器的光。
在实施方式中，干涉滤光器可以是带通滤光器。由于该干涉滤光器是带通滤光器，因此可以避免对检测单元的前面的附加的窄带滤光器的需求。
波长部分可以被选择成包括2.7μm、3.4μm或4.25μm中的任一波长。
在实施方式中，干涉滤光器可以是带通滤光器且第一波长部分被选择成包括3.4μm，第二波长部分被选择成包括2.7μm并且第三波长部分被选择包括4.25μm。
在实施方式中，光源可以包括黑体辐射器和设置成传输中红外辐射的滤光器，其中，滤光器设置在黑体辐射器与气体池之间。
在实施方式中，光源可以是量子光电二极管。量子光电二极管可以例如基于铝、铟和锑的组合。
在实施方式中，光源可以是双脚灯。灯可以是小型化的或超小型的。
在实施方式中，黑体辐射器可以是灯泡。
在实施方式中，中红外辐射可以是波长低于4μm的红外辐射。
在实施方式中，中红外辐射可以是波长低于5μm的红外辐射。
在实施方式中，中红外辐射可以是波长低于6μm的红外辐射。
在实施方式中，光源可以包括光学元件，该光学元件设置成使从光源发射的辐射定形状。该光学元件可以具有适合于所发射的辐射的组成。例如，光学元件可以是透镜、反射镜和/或辐射源的定形状的梢部。梢部的示例可以是至少部分地封围辐射发光二极管的物体的梢部，这样的梢部可以被定形状成引导辐射。
在实施方式中，气体池可以由模制塑料制成。
在实施方式中，气体池可以包括使用焊接附接的多个部件。
在实施方式中，气体池可以包括使用胶水附接的多个部件。
在实施方式中，多通道气体传感器可以是非色散红外传感器NDIR，并且气体池可以是多通池。通过这种方式，可以增加池的内部的路径长度。例如，气体池可以构造为空白池。空白池可以被设置成具有有相同的曲率半径的三个球面的凹面镜。通过旋转三个镜，可以控制池中的反射次数且从而控制路径长度和吸收路径。
在实施方式中，来自光源的中红外辐射经由第一干涉滤光器通过气体池向第一检测单元的传播可以形成第一吸收路径。此外，来自光源的中红外辐射经由第一干涉滤光器、第一反射表面和第二干涉滤光器通过池向第二检测单元的传播可以形成第二吸收路径。另外，来自光源的中红外辐射经由第一干涉滤光器、第一反射表面、第二干涉滤光器、第二反射表面和第三干涉滤光器通过池向第三检测单元的传播可以形成第三吸收路径。
为了在不同的波长带处执行测量，已经意识到的是，可以通过允许不同长度的吸收路径用于相应的测量来进一步改进测量。通过这种方式，可以实现更高质量的测量信号。
在实施方式中，第一吸收路径长度可以为25cm，第二吸收路径长度可以为37cm，并且第三吸收路径长度可以为49cm。吸收路径长度是气体池中光的路径长度。
在实施方式中，气体池中的第一光学路径长度可以为25cm，气体池中的第二光学路径长度可以为37cm，并且气体池中的光学路径长度可以为49cm。气体长度中的光学路径长度等于吸收路径长度。多通道气体传感器也可以包括气体池外的光学路径长度，即，光在到达检测单元之前在气体池外行进的长度。气体池外的这种光学路径长度对通过多通道气体传感器进行的测量没有影响。
在实施方式中，气体池可以包括附加的反射表面，以增加不同的检测单元之间的光学路径长度。
在实施方式中，干涉滤光器可以沿着气体池的第一侧布置，并反射表面可以沿着气体池的第二侧布置。
在实施方式中，气池还可以包括气体入口。该气体入口可以例如被用于用气体或气体组合物填充气体池以进行测量。该气体入口可以例如是一个或多个孔。该气体入口可以包括过滤器、比如颗粒过滤器。该过滤器可以具有用以提供有限的流动阻力的组成。
在实施方式中，气体入口可以是扩散入口。
在实施方式中，气池还可以包括风扇、泵或类似的流提供装置。该流提供装置可以布置在气体池的入口和/或出口处。
在实施方式中，气体池还可以包括气体出口或出孔。该气体出口可以例如被用于清空气体池中的气体或气体组合物。该出孔也可以被用于调节气体池的压力。该气体出口可以例如是一个或多个孔。该气体出口还可以包括阀。
在实施方式中，气体出口可以是扩散出口。
在实施方式中，多通道气体传感器可以包括人机界面HMI、比如被设置成将多通道气体传感器从第一模式切换到第二模式和/或从第二模式切换到第一模式的按钮或开关。第一模式可以是暂停或关闭的。第二模式可以是运行或打开的。
在实施方式中，多通道气体传感器可以包括人机界面HMI、比如被设置成向使用者提供状态信息的发光二极管LED。
在实施方式中，HMI可以包括至少一个多色LED，其中，所述至少一个多色LED可以指示来自多通道气体传感器的结果。例如，多色LED可以由第一颜色、比如绿色指示远低于设定点限制值的测量结果，由第二颜色、比如黄色指示接近设定限制值的测量结果，以及由第三颜色、比如红色指示高于设定限制值的测量结果。接近设定限制值的测量结果或未经验证的测量结果可能需要第二次测量，这可以例如由第四颜色或闪烁的LED指示。
在实施方式中，多通道气体传感器可以包括人机界面HMI、比如被设置成将多通道气体传感器从第一操作模式切换到第二操作模式和/或从第二操作模式切换到第一操作模式的按钮或开关。第一操作模式可以是快速筛选模式。第二操作模式可以是精确测量模式。
在实施方式中，多通道气体传感器可以包括人机界面HMI、比如可以被设置成使通道气体传感器在若干种操作模式之间切换的按钮或开关，若干种操作模式比如说为单次呼吸测量、半连续呼吸结合呼吸测量、连续嗅探测量、可变/动态测量和并行积分时间的呼吸酒精浓度估计测量。
在实施方式中，多通道气体传感器可以包括温度调节装置。例如，加热单元和/或冷却单元。温度调节装置可以被设置为与气体池的内部功能连接或者与进入点、比如气体入口功能连接。通过利用温度调节装置，可以提供热稳定的气体池，从而提高多通道气体传感器的准确度、分辨率和长期稳定性。
在实施方式中，温度调节装置可以包括设置成在气体进入气体池之前增加气体温度的预加热器。
在实施方式中，温度调节装置可以被包括在泵、风扇或另一流提供装置中。
通过具有可以由流提供装置来辅助的灵敏的测量，多通道气体传感器可以被用于例如呼气的分离的测量，从而由于吸嘴的需求减少而提供了简化和卫生的解决方案。
附图说明
参照附图在示例性实施方式的以下说明性的和非限制性的详细描述中描述本发明，在附图中：
图1是根据本发明方面的多通道气体传感器的示意图。
图2是根据本发明实施方式的多通道气体传感器的示意图。
图3是根据本发明实施方式的多通道气体传感器的示意图。
图4是根据本发明实施方式的多通道气体传感器的示意图。
图5是根据本发明实施方式的多通道气体传感器的示意图。
图6a是根据本发明实施方式的多通道气体传感器的示意图。
图6b是根据本发明实施方式的多通道气体传感器中的光束路径的示意图。
所有图都是示意图，不一定是按比例，并且通常仅示出了为了阐明本发明所必需的部分，其中，其他部分可以被省略或仅被暗示。贯穿这些图，相同的附图标记表示相同或基本相同的特征。
具体实施方式
本发明可以被用于测量气体，其克服或至少减轻了现有技术的问题并且在提供可靠性益处的更有效的构造中具有改进的功能。
参照附图在示例性实施方式的以下说明性的和非限制性的详细描述中描述本发明，在附图中：
图1示出了多通道气体传感器100的示意图，该多通道气体传感器具有光源110、第一干涉滤光器150、第一检测单元120和第二检测单元130。光源110、第一干涉滤光器150、第一检测单元120和第二检测单元130被图示为至少部分地被包含在气体池101中。在气体池中的包含物可以是物理上的或功能上的。功能上的是指物体可以被布置在气体池101的外侧，但是在功能连通中，例如气体池101中可能存在将辐射传输至检测单元的窗口，然后，该检测单元可以被认为是在功能上被包含在气体池101中。气体池101设置成承载气体。光源110设置成向气体池中发射光辐射111。第一干涉滤光器150设置成由从光源110发射的光111照亮，光已经被传播通过气体池101的至少一部分，并且该第一干涉滤光器配置成传输光辐射的具有第一波长部分的光辐射112并反射除第一波长部分以外的光辐射113。第一检测单元120设置成检测来自光源110的已经传输穿过第一干涉滤光器150的光。第二检测单元130设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器中被反射的光113照亮并检测已经在第一干涉滤光器150中被反射的所述光113的至少第二波长部分。
示意图中所公开的反射表面、干涉滤光器和光束方向不一定沿正确的方向旋转，所图示的物体仅出于解释的目的，并且所示出的反射角度可能与以这种方式定向的物体产生的反射角度不同。
利用在不同波长处的测量，这些测量结果可以用于补偿计算。例如，通过使用在2.7μm下获得的吸水信息可以消除3.4μm下的水蒸气的光谱交叉灵敏度。
从光源110发射的光辐射可以是中红外IR辐射。光辐射也可以被称为光或辐射。因此，中红外辐射可以称为中红外光或中红外光辐射。第一干涉滤光器150可以配置成反射除第一波长部分以外的中红外辐射。
光源110可以包括黑体辐射器和设置成传输中红外辐射的滤光器，其中，滤光器设置在黑体辐射器与气体池的内侧之间。黑体辐射器可以是例如灯泡或者二极管。中红外辐射可以是波长低于5μm的红外辐射。
光源110可以包括光学元件，该光学元件设置成使从光源110发射的辐射定形状。该光学元件可以具有适合于所发射的辐射的组成。例如，光学元件可以是透镜、反射镜和/或辐射源的定形状的梢部。梢部的示例可以是至少部分地封围辐射发光二极管的物体的梢部，这样的梢部可以被定形状成引导辐射。
检测单元可以设置成通过将对应的干涉滤光器调节成将对应的波长部分传输至该检测单元、通过使附加的滤光器布置在检测单元的前面、和/或使传感器的检测范围适合于该波长来检测特定的波长范围。
波长峰值的检测可以在围绕波长峰值的检测范围内进行。检测范围可以以波长峰值为中心或者检测范围可以包括波长峰值。
第二检测单元130可以被设置成使得在第一干涉滤光器150中被反射的第二波长部分在照亮第二检测单元130之前通过气体池101传播。
气体池101可以由模制塑料制成、可以包括使用焊接或胶水附接的多个部件。
气体池101还可以包括气体入口。该气体入口可以例如被用于用气体或气体组合物填充气体池以进行测量。该气体入口可以例如是一个或多个孔。该气体入口可以包括过滤器、比如颗粒过滤器。该过滤器可以具有用以提供有限的流动阻力的组成。该气体入口也可以是扩散入口。
气体池101还可以包括风扇、泵或类似的流提供装置。该流提供装置可以布置在气体池的入口和/或出口处。
气体池101还可以包括气体出口或出孔。该气体出口可以例如被用于清空气体池中的气体或气体组合物。该出孔也可以被用于调节气体池的压力。该气体出口可以例如是一个或多个孔。该气体出口还可以包括阀。该气体出口也可以是扩散出口。
多通道气体传感器100还可以包括温度调节装置。例如，加热单元和/或冷却单元。温度调节装置可以被设置为与气体池101的内部功能连接或者与进入点、比如气体入口功能连接。通过利用温度调节装置，可以提供热稳定的气体池101，从而提高多通道气体传感器100的准确度、分辨率和长期稳定性。温度调节装置可以包括设置成在气体进入气体池之前增加气体温度的预加热器。该温度调节装置可以被包括在泵、风扇或另一流提供装置中。
图2示出了多通道气体传感器200的示意图，该多通道气体传感器具有光源210、第一干涉滤光器250、第二干涉滤光器260、第一检测单元220和第二检测单元230。光源210、第一干涉滤光器250、第一检测单元220和第二检测单元230至少部分地被包含在气体池中。气体池设置成承载气体。光源210设置成向气体池中发射光辐射211。第一干涉滤光器250设置成由从光源210发射的光211照亮，光已经被传播通过气体池的至少一部分，并且该第一干涉滤光器配置成传输光辐射的具有第一波长部分的光辐射212并反射除第一波长部分以外的光辐射213。第一检测单元220设置成检测来自光源210的已经传输穿过第一干涉滤光器250的光。第二检测单元230设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器中被反射的光213照亮，并且检测已经在第一干涉滤光器250中被反射的所述光213的至少第二波长部分。第二干涉滤光器260设置成由来自光源210的已经在第一干涉滤光器250中被反射并且在于第一干涉滤光器250中反射之后已经被传播通过气体池101的光213照亮。第二干涉滤光器260还配置成传输中红外辐射的第二波长部分的光辐射214并反射除第二波长部分以外的中红外辐射215。第二检测单元230设置成检测来自光源的已经被传输穿过第二干涉滤光器260的光214。
多通道气体传感器200可以具有吸收部分或出口，以允许未被检测到的辐射被吸收或离开气体池。
图3示出了多通道气体传感器300的示意图，该多通道气体传感器具有光源310、第一干涉滤光器350、第二干涉滤光器360、第一检测单元320、第二检测单元330和第三检测单元340。光源310、第一干涉滤光器350、第一检测单元320和第二检测单元330至少部分地被包含在气体池中。气体池设置成承载气体。光源310设置成向气体池中发射光辐射311。第一干涉滤光器350设置成由从光源310发射的已经被传播通过气体池的至少一部分的光311照亮，并且该第一干扰滤光器配置成传输光辐射的具有第一波长部分的光辐射312并反射除第一波长部分以外的光辐射313。第一检测单元320设置成检测来自光源310的已经被传输穿过第一干涉滤光器350的光。第二检测单元330设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器350中被反射且在于第一干扰滤光器中被反射之后已经在气体池101中传播的光313照亮，并且检测已经在第一干涉滤光器350中被反射的所述光313的至少第二波长部分。第二干涉滤光器360设置成由来自光源310的在第一干涉滤光器350中已经被反射并且在于第一干扰滤光器350中反射之后已经在气体池101中传播的光313照亮。第二干涉滤光器360还配置成传输中红外辐射的第二波长部分的光辐射314并反射除第二波长部分以外的中红外辐射315。第二检测单元330设置成检测来自光源的已经被传输穿过第二干涉滤光器360的光314。第三检测单元340设置成由来自光源310的已经在第二干涉滤光器360中被反射并且在于第二干涉滤光器360中反射之后、优选地在气体池101中传播的光315照亮，并且检测已经在第二干涉滤光器360中被反射的所述光315的至少第三波长部分。因此，照亮第二检测单元的光比照亮第一检测件的光在气体池中具有更长的传播路径。对应地，照亮第三检测单元的光优选地比照亮第二检测件的光在气体池中具有更长的传播路径。
干涉滤光器可以是带通滤光器，并且波长部分可以被选择为包括2.7μm、3.4μm或4.25μm中的任一波长。干涉滤光器也可以是带通滤光器且第一波长部分可以被选择为包括3.4μm，第二波长可以被选择为包括2.7μm并且第三波长部分可以被选择为包括4.25μm。
例如，第一检测单元320可以设置成检测4.26μm下的CO2峰值，第二检测单元330可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元340可以设置成检测3.41μm下的乙醇峰值。
例如，第一检测单元320可以设置成检测4.26μm下的CO2峰值，第二检测单元330可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元340可以设置成检测3.37μm下的R32峰值。
例如，第一检测单元320可以设置成检测3.45μm下的CxHy峰值，第二检测单元330可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元340可以设置成检测3.32μm下的甲烷峰值。
例如，第一检测单元320可以设置成检测4.26μm下的CO2峰值，第二检测单元330可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元340可以设置成检测3.32μm下的甲烷峰值。
例如，第一检测单元320可以设置成检测4.26μm下的CO2峰值，第二检测单元330可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元340可以设置成检测4.505μm下的N2O峰值。
例如，第一检测单元320可以设置成检测4.26μm下的CO2峰值，第二检测单元330可以设置成检测2.66μm下的H2O峰值并且第三检测单元340可以设置成检测4.695μm下的CO峰值。
检测单元可以包括光电二极管检测器。光电二极管检测器可以被调谐为在目标波长范围内比在非目标波长范围内更灵敏。
检测单元还可以设置成通过将对应的干涉滤光器调节成将对应的波长部分传输至该检测单元、通过使附加的滤光器布置在检测单元的前面、和/或使传感器的检测范围适合于该波长来检测特定的波长范围。
波长峰值的检测可以在围绕波长峰值的检测范围内进行。检测范围可以以波长峰值为中心或者检测范围可以包括波长峰值。
第三检测单元340设置成使得第三波长部分在于第二干涉滤光器360处反射之后、传播通过气体池后被检测。
多通道气体传感器300可以具有吸收部分或出口，以允许未被检测到的辐射被吸收或离开气体池。
图4示出了多通道气体传感器400的示意图，该多通道气体传感器具有光源410、第一干涉滤光器450、第二干涉滤光器460、第一检测单元420、第二检测单元430、第三检测单元440、第一反射表面480和第二反射表面490。光源410、第一干涉滤光器450、第一检测单元420和第二检测单元430至少部分地被包含在气体池中。气体池设置成承载气体。光源410设置成向气体池中发射光辐射411。第一干涉滤光器450设置成由从光源410发射的已经被传播通过气体池的至少一部分的光411照亮，并且该第一干涉滤光器配置成传输光辐射的具有第一波长部分的光辐射412并反射除第一波长部分以外的光辐射413。第一检测单元420设置成检测来自光源410的已经传输穿过第一干涉滤光器450的光。第二检测单元430设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器中和第一反射表面480中被反射并且在于第一干涉滤光器450中被反射之后已经在气体池101中传播的光414照亮，并且检测已经在第一干涉滤光器450和第一反射表面480中被反射且在于第一干涉滤光器450中被反射之后已经在气体池101中传播的所述光的至少第二波长部分。第二干涉滤光器460设置成由来自光源410的已经在第一干涉滤光器450和第一反射表面480中被反射的光414照亮。第二干涉滤光器460还配置成传输中红外辐射的第二波长部分的光辐射415并反射除第二波长部分以外的中红外辐射416。第二检测单元430设置成检测来自光源的已经传输穿过第二干涉滤光器460的光415。第三检测单元440设置成由来自光源410的已经在第二干涉滤光器460和第二反射表面490中被反射且在于第二干涉滤光器460中反射之后、优选地已经在气体池101中传播的光415照亮，并且检测已经在第二干涉滤光器460和第二反射表面490中被反射且在于第二干涉滤光器460中被反射之后优选地已经在气体池101中传播的所述光418的至少第三波长部分。
来自光源410的中红外辐射经由第一干涉滤光器450通过气体池向第一检测单元420的传播可以形成第一吸收路径。此外，来自光源410的中红外辐射经由第一干涉滤光器450、第一反射表面480和第二干涉滤光器460通过池向第二检测单元430的传播可以形成第二吸收路径。另外，来自光源410的中红外辐射经由第一干涉滤光器450、第一反射表面480、第二干涉滤光器460、第二反射表面490和第三干涉滤光器470通过池向第三检测单元440的传播可以形成第三吸收路径。
第一反射表面480和第二反射表面490可以弯曲，从而充当准直反射器以收集从光轴侧向发射的和/或反射的辐射。
干涉滤光器可以沿着气体池的第一侧布置，并且反射表面可以沿着气体池的第二侧布置。
图5示出了多通道气体传感器500的示意图，该多通道气体传感器具有光源510、第一干涉滤光器550、第二干涉滤光器560、第一检测单元520、第二检测单元530、第三检测单元540、第一反射表面580、第二反射表面590和附加的反射表面581、582、583。光源510、第一干涉滤光器550、第一检测单元520和第二检测单元530至少部分地被包含在气体池中。气体池设置成承载气体。光源510设置成向气体池511中发射光辐射。从光源510发射的光辐射511在附加的反射表面581、582、583上被反射以增加气体池内部的光的光学路径长度，从而增加吸收路径长度。第一干涉滤光器550设置成由从光源510所发射的已经经由附加的反射表面581被传播通过气体池的光511照亮，并且该第一干涉滤光器配置成传输光辐射的具有第一波长部分的光辐射512并反射除第一波长部分以外的光辐射513。第一检测单元520设置成检测来自光源510的已经传输穿过第一干涉滤光器550的光。第二检测单元530设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器和第一反射表面580中被反射的光514照亮，并且检测已经在第一干涉滤光器550和第一反射表面580中被反射的所述光的至少第二波长部分。第二干涉滤光器560设置成由来自光源510的已经在第一干涉滤光器550和第一反射表面580中被反射的光514照亮。第二干涉滤光器560还配置成传输中红外辐射的第二波长部分的光辐射515并反射除第二波长部分以外的中红外辐射516。第二检测单元530设置成检测来自光源的已经传输穿过第二干涉滤光器560的光515。第三检测单元540设置成由来自光源510的已经在第二干涉滤光器560和第二反射表面590中被反射的光515照亮，并且检测所述光518的已经在第二干涉滤光器560和第二反射表面590中被反射的至少第三波长部分。在干涉滤光器的每次反射之间，光优选地在气体池中传播。
还可以在第一干涉滤光器550与第二干涉滤光器560和/或第二干涉滤光器560与第三干涉滤光器570之间设置附加的反射表面，以便进一步增加不同的检测单元之间的光学路径长度。附加的反射表面可以是弯曲的，从而充当准直反射器以收集从光轴侧向发射的和/或反射的辐射。
图6a示出了多通道气体传感器600的示意图，该多通道气体传感器具有气体入口602、光源610、第一干涉滤光器650、第二干涉滤光器660、第三干涉滤光器670、第一检测单元620、第二检测单元630、第三检测单元640和反射表面681。光源610、第一干涉滤光器650、第一检测单元620和第二检测单元630至少部分地被包含在气体池中。气体池设置成承载气体。光源610设置成向气体池中发射光辐射。从光源610发射的光辐射在反射表面681上被反射，以增加气体池内部的光的光学路径长度，从而增加吸收路径长度。第一干涉滤光器650设置成由从光源610发射的、已经经由反射表面681通过气体池传播的光照亮，并且该第一干涉滤光器配置成传输光辐射的具有第一波长部分的光辐射并反射除第一波长部分以外的光辐射。第一检测单元620设置成检测来自光源610的已经传输穿过第一干涉滤光器650的光。第二检测单元630设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器和反射表面681中被反射的光照亮，并且检测已经在第一干涉滤光器650和反射表面681中被反射的所述光的至少第二波长部分。第二干涉滤光器660设置成由来自光源610的已经在第一干涉滤光器650和反射表面681中被反射的光照亮。第二干涉滤光器660还配置成传输中红外辐射的第二波长部分的光辐射并反射除第二波长部分以外的中红外辐射。第二检测单元630设置成检测来自光源的已经传输穿过第二干涉滤光器660的光。第三检测单元640设置成由来自光源610的已经在第二干涉滤光器660和反射表面681中被反射的光照亮，并且检测已经在第二干涉滤光器660和反射表面681中被反射的所述光的至少第三波长部分。
气体入口602可以例如被用于用气体或气体组合物填充气体池从而进行测量。气体入口602可以例如是一个或多个孔。气体入口602可以包括过滤器、比如颗粒过滤器。过滤器可以具有用以提供有限的流动阻力的组成。气体入口602也可以是扩散入口。气体入口602可以包括风扇、泵或类似的流提供装置。
气体池还可以包括气体出口或出孔。该气体出口可以例如被用于清空气体池中的气体或气体组合物。该出孔也可以被用于调节气体池的压力。该气体出口可以例如是一个或多个孔。该气体出口还可以包括阀。该气体出口也可以是扩散出口。该气体出口可以布置在气体入口602的另一侧。
第一干涉滤光器650、第二干涉滤光器660和第三干涉滤光器670可以形成连续的反射表面682。
图6b示出了多通道气体传感器600中的光束路径的示意图，该多通道气体传感器具有光源、第一干涉滤光器、第二干涉滤光器、第三干涉滤光器、第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和反射表面。光源、第一干涉滤光器、第一检测单元和第二检测单元至少部分地被包含在气体池中。气体池设置成承载气体。光源设置成向气体池611中发射光辐射。从光源发射的光辐射611在反射表面上被反射，以增加气体池内部的光的光学路径长度，从而增加吸收路径长度。第一干涉滤光器设置成由从光源所发射的已经经由反射表面传播穿过气体池的光611照亮，并且该第一干涉滤光器配置成传输光辐射的具有第一波长部分的光辐射并反射除第一波长部分以外的光辐射613。第一检测单元设置成检测来自光源的已经传输穿过第一干涉滤光器的光。第二检测单元设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器和反射表面中被反射的光614照亮，并且检测已经在第一干涉滤光器和反射表面中被反射的所述光的至少第二波长部分。第二干涉滤光器设置成由来自光源的已经在第一干涉滤光器和反射表面中被反射的光614照亮。第二干涉滤光器还配置成传输中红外辐射的第二波长部分的光辐射并反射除第二波长部分以外的中红外辐射616。第二检测单元设置成检测来自光源的已经传输通过第二干涉滤光器的光。第三检测单元设置成由来自光源的已经在第二干涉滤光器和反射表面中被反射的光617照亮，并且检测已经在第二干涉滤光器和反射表面中被反射的所述光的至少第三波长部分。
该池可以是多通池，例如在图6b中所示出的池。通过将池设置成多通池，可以增加池内部的路径长度。例如，气体池可以构造为空白池。空白池可以被设置成具有有相同的曲率半径的三个球面的凹面镜。在图6b中所示的情况下，反射表面681可以包括若干镜面元件、比如说具有相同的曲率半径的两个球面的凹面镜。第一干涉滤光器、第二干涉滤光器和第三干涉滤光器可以形成连续的反射表面，该反射表面可以是球面的凹面镜，该球面的凹面镜与所述两个球面的凹面镜具有相同的曲率半径。通过旋转三个镜，可以控制池中的反射次数且从而控制路径长度和吸收路径。
图中、比如图6b中所示出的光束路径是用于多通道气体传感器中的光束路径a的示意图。不同的元件之间的光束方向可能与图示不同。
多通道气体传感器还可以包括人机界面HMI、比如可以被设置成将多通道气体传感器从第一模式切换到第二模式和/或从第二模式切换到第一模式的按钮或开关。第一模式可以是暂停或者关闭的。第二模式可以是运行或者打开的。
该多通道气体传感器还可以包括人机界面HMI、比如设置为向使用者提供状态信息的发光二极管LED。该LED装置可以是至少一个多色LED，其中，所述至少一个多色LED可以指示来自多通道气体传感器的结果。例如，多色LED可以由第一颜色、比如绿色指示远低于设定点限制值的测量结果，由第二颜色、比如黄色指示接近设定限制值的测量结果，以及由第三颜色、比如红色指示高于设定限制值的测量结果。接近设定限制值的测量结果或未经验证的测量结果可能需要第二次测量，这可以例如由第四种颜色或闪烁的LED指示。
多通道气体传感器还可以包括人机界面HMI、比如被设置成将多通道气体传感器从第一操作模式切换到第二操作模式和/或从第二操作模式切换到第一操作模式的按钮或开关。第一操作模式可以是快速筛选模式。第二操作模式可以是精确测量模式。
多通道气体传感器还可以包括人机界面HMI、比如被设置成使多通道气体传感器在若干种操作模式之间切换的按钮或开关，若干种操作模式比如说为单次呼吸测量、半连续呼吸结合呼吸测量、连续嗅探测量、可变/动态测量和并行积分时间的呼吸酒精浓度估计测量。
在框图中，图示的部件被描绘为分立的功能块，但是实施方式不限于其中如图示那样组织本文中所描述的功能的系统。由部件中的每个部件所提供的功能可以由与当前描绘的的方式不同的方式组织的硬件模块提供。本文中所描述的系统的控制可以由一台或更多台计算机的一个或更多个处理器提供，所述一台或更多台计算机执行存储在可触摸的、非暂时的、机器可读的介质上的代码。在某些情况下，尽管使用了单数术语“介质”，但指令可以分布在与不同的计算设备相关联的不同存储设备上，例如，每个计算设备具有不同的指令子集。这种实现方式应被视为与本文单数术语“介质”的使用一致。在某些情况下，第三方内容交付网络可以寄存通过网络传达的部分或全部信息，在这种情况下，在信息(例如内容)被认为是提供的或以其他方式提供的范围内，信息可以通过发送从内容交付网络检索该信息的指令而被提供。
虽然已经描述了具体的实施方式，但本领域技术人员将理解的是，可以在如所附权利要求限定的范围内设想各种改型和变型。

Claims (18)

1.一种多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，包括气体池(101、601)，所述气体池设置成承载气体；
光源(110、210、310、410、510、610)，所述光源设置成向所述气体池中发射光辐射；
其特征在于，所述多通道气体传感器还包括
第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)，所述第一干涉滤光器设置成由从所述光源发射的已经传播通过所述气体池(101、601)的至少一部分的光照亮，并且所述第一干涉滤光器配置成传输光辐射的第一波长部分并反射除所述第一波长部分以外的光辐射；
第一检测单元(120、220、320、420、520、620)，所述第一检测单元设置成检测来自所述光源的已经传输穿过所述第一干涉滤光器的光；以及
第二检测单元(130、230、330、430、530、630)，所述第二检测单元设置成由来自所述光源的已经在所述第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)中被反射的光照亮并且检测已经在所述第一干涉滤光器中被反射的所述光的至少第二波长部分，
其中，所述第二检测单元设置成使得在所述第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)中被反射的所述第二波长部分在照亮所述第二检测单元之前已经在所述气体池(101、601)中传播。
2.根据权利要求1所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，光辐射为中红外IR辐射；并且
所述第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)配置成反射除所述第一波长部分以外的中红外辐射。
3.根据权利要求2所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，还包括：
第二干涉滤光器(260、360、460、560、660)，所述第二干涉滤光器设置成由来自所述光源的已经在所述第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)中被反射的光照亮，并且所述第二干涉滤光器配置为传输中红外辐射的第二波长部分并反射除所述第二波长部分以外的中红外辐射，其中，所述第二检测单元(130、230、330、430、530、630)设置成检测来自所述光源的已经传输穿过所述第二干涉滤光器(260、360、460、560、660)的光。
4.根据任一前述权利要求所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，还包括：
第三检测单元(340、440、540、640)，所述第三检测单元设置成由来自所述光源的已经在所述第二干涉滤光器(260、360、460、560、660)中被反射的光照亮，并且检测已经在所述第二干涉滤光器(260、360、460、560、660)中被反射的所述光的至少第三波长部分。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，还包括：
第一反射表面(480、580)，所述第一反射表面将先前在所述第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)处被反射的红外辐射朝向所述第二干涉滤光器(260、360、460、560、660)反射。
6.根据权利要求4或5所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，所述第三检测单元(340、440、540、640)设置成使得所述第三波长部分在于所述第二干涉滤光器(260、360、460、560、660)处反射之后、传播通过所述气体池(101、601)之后被检测。
7.根据权利要求5或6所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，还包括：
第二反射表面(490、590)，所述第二反射表面设置成将先前在所述第二干涉滤光器(260、360、460、560、660)处被反射的红外辐射朝向第三干涉滤光器反射。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，还包括：
第三干涉滤光器(470、570、670)，所述第三干涉滤光器设置成由来自所述光源的已经在所述第二干涉滤光器(260、360、460、560、660)中被反射的光照亮，并且所述第三干涉滤光器配置成将光辐射的所述第三波长部分传输至所述第三检测单元(340、440、540、640)并反射除所述第三波长部分以外的光辐射，其中，所述第三检测单元(340、440、540、640)设置成检测来自所述光源的已经传输穿过所述第三干涉滤光器(470、570、670)的光。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，所述干涉滤光器为带通滤光器。
10.根据权利要求9所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，所述波长部分被选择为包括2.7μm、3.4μm或4.25μm中的任一波长。
11.根据前述权利要求和权利要求4中的任一项所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，所述干涉滤光器为带通滤光器；
所述第一波长部分被选择为包括3.4μm；
所述第二波长部分被选择为包括2.7μm；并且
所述第三波长部分被选择为包括4.25μm。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，所述光源(110、210、310、410、510、610)包括黑体辐射器和设置成传输中红外辐射的滤光器，其中，所述滤光器设置在所述黑体辐射器与所述气体池(101、601)之间。
13.根据权利要求12所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，所述黑体辐射器为灯泡。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，中红外辐射是波长低于5μm的红外辐射。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，所述气体池由模制塑料制成。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，所述多通道气体传感器为非色散红外传感器NDIR，并且所述气体池(101、601)是多通池。
17.根据权利要求7至16中的任一项所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，来自所述光源(110、210、310、410、510、610)的中红外辐射经由所述第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)通过所述气体池(101、601)向所述第一检测单元(120、220、320、420、520、620)的传播形成第一吸收路径；
来自所述光源(110、210、310、410、510、610)的中红外辐射经由所述第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)、所述第一反射表面和所述第二干涉滤光器(260、360、460、560、660)通过所述气体池(101、601)向所述第二检测单元(130、230、330、430、530、630)的传播形成第二吸收路径；并且
来自所述光源的中红外辐射经由所述第一干涉滤光器(150、250、350、450、550、650)、所述第一反射表面、所述第二干涉滤光器(260、360、460、560、660)、所述第二反射表面和所述第三干涉滤光器(470、570、670)通过所述池向所述第三检测单元(340、440、540、640)的传播形成第三吸收路径。
18.根据权利要求5至15中的任一项所述的多通道气体传感器(100、200、300、400、500、600)，其中，所述干涉滤光器沿着所述气体池的第一侧布置，并且所述反射表面沿着所述气体池的第二侧布置。
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