CN117157522A - 感测方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种感测环境中的目标材料的方法。所述方法包括将传感器暴露于环境，持续第一暴露时段。所述方法进一步包括在所述第一暴露时段后，将所述传感器与所述环境中的任何目标材料隔离，持续第一隔离时段，其中所述第一隔离时段小于所述传感器在所述第一暴露时段之后返回到基线的特性恢复时段。所述方法进一步包括：在所述第一隔离时段后，将所述传感器暴露于所述环境，持续第二暴露时段；以及根据所述传感器在第二次暴露期间的响应或所述传感器在第一次和第二次暴露期间的响应确定所述目标材料的浓度。
Description
背景技术
可能期望确定环境中某些材料的存在和/或浓度。然而，用于此目的的传感器可以对环境中除目标材料之外的一种或多种材料作出响应。这种情况可以被称为交叉敏感性。
当在含有干扰剂(干扰物)的环境中操作传感器时，会出现交叉敏感性。用于解决交叉敏感性的一种方法是通过过滤从环境中去除干扰物。然而，并不总是能够找到在让目标气体通过的同时去除干扰物的过滤器。
由植物产生的乙烯可以加速跃变型果实的成熟、花朵的开放和植物叶子的脱落。因此，期望感测含有干扰物如其它挥发性有机化合物的环境中乙烯的存在、浓度或浓度变化。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了一种感测环境中的目标材料的方法。所述方法包括将传感器暴露于环境，持续第一暴露时段。所述方法进一步包括在所述第一暴露时段后，将所述传感器与所述环境中的任何目标材料隔离，持续第一隔离时段，其中所述第一隔离时段小于所述传感器在所述第一暴露时段之后返回到基线的特性恢复时段。所述方法进一步包括在所述第一隔离时段后，将所述传感器暴露于所述环境，持续第二暴露时段。所述方法进一步包括根据所述传感器在第二次暴露期间的响应或所述传感器在第一次和第二次暴露期间的响应确定所述目标材料的浓度。
如果所述传感器对所述环境中的任何目标材料的响应幅度大于所述传感器对所述环境中的任何干扰物的响应幅度，并且所述传感器对任何目标材料的恢复速率快于所述传感器在所述第一隔离时段期间对所述干扰物的恢复速率，则可以通过测量所述传感器在所述第二暴露时段期间的响应的变化来确定所述目标材料的所述浓度。
如果所述传感器对任何目标材料的响应幅度小于所述传感器对所述环境中的任何干扰物的响应幅度，并且所述传感器对所述目标材料的恢复速率慢于所述传感器在所述第一隔离时段期间对所述干扰物的恢复速率，则可以通过测量所述传感器在所述第一暴露时段期间的响应的变化与所述传感器在所述第二暴露时段期间的响应的变化之间的差异来确定所述目标材料的所述浓度。
所述第一隔离时段可以是在所述第一隔离时段开始之后所述传感器在所述第一暴露时段期间的响应返回到所述传感器的峰值响应的90％与10％之间所花费的时间。
所述第一隔离时段可以是在所述第一隔离时段开始之后所述传感器在所述第一暴露时段期间的响应返回到所述传感器的峰值响应的60％与40％之间所花费的时间。
将所述传感器与所述环境中的所述目标材料隔离可以包括在所述传感器暴露于所述环境之前从所述环境中过滤所述目标材料，或者可以包括将所述传感器暴露于不含所述目标材料的环境。
所述方法可以进一步包括通过在所述传感器暴露于环境所述之前从所述环境中过滤至少一种干扰物，或者通过将所述传感器暴露于不含至少一种干扰物的环境，将所述传感器与所述环境中的所述至少一种干扰物隔离。
所述方法可以进一步包括至少n个隔离时段和n+1个暴露时段，并且其中n为至少2。
所述目标材料可以是乙烯。
所述环境可以含有一种或多种挥发性有机化合物，不包含所述目标材料。
所述传感器可以是气体传感器，例如电化学气体传感器。
根据本公开的第二方面，提供了一种计算机程序，其在由至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器执行本公开的第一方面的方法。
根据本公开的第三方面，提供了一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质，所述计算机可读介质存储根据本公开的第二方面的计算机程序。
根据本公开的第四方面，提供了一种设备，其包括至少一个处理器以及与所述至少一个处理器操作性地通信的存储器。所述至少一个处理器被配置成执行本公开的第一方面的方法。
本发明人惊奇地发现，通过使用传感器如何对不同试剂作出响应的固有动力学差异，可以将传感器对目标材料的响应与传感器对干扰物的响应区分开，而不需要例如另外的传感器来区分目标材料与干扰物和/或过滤器来去除任何干扰物。因此，可以使用简单且低成本的设备来执行对含有干扰物的环境中的目标材料的感测。
附图说明
所公开的技术和附图描述了所公开技术的一些实施方案。
图1是用于确定环境中的目标材料的存在、浓度或浓度变化的系统框图；
图2是根据一些实施例的第一传感器设备；
图3是根据一些实施例的第二传感器设备；
图4展示了流体传感器的电流随时间的变化；
图5是根据一些实施例的过程流程图，用于使用传感器设备的测量结果来确定环境中的目标材料的存在、浓度或浓度变化；
图6展示了第三传感器设备。
图7展示了流体传感器的电流随时间的变化；
图8展示了电压随时间的变化；
图9展示了图8中的数据的归一化曲线图；并且
图10展示了四种实验条件下电压随时间的变化。
附图没有按比例绘制，并且具有多种观点和视角。附图是一些实现方式和实例。此外，为了讨论所公开的技术的一些实施例的目的，一些组件和/或操作可以被分成不同的块或者被组合成单个块。此外，虽然本技术可以有各种修改和替代形式，但是在附图中已经通过实例的方式示出了具体实施例，并且在下面详细地描述。然而，目的不是将技术限制于所描述的特定实现方式。相反，本技术旨在覆盖落入如由所附权利要求限定的技术范围内的所有修改、等同物和替代物。
具体实施方式
除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等应以包含性的意义，而不是以排他性的或穷尽性的意义解释；也就是说，以“包含但不限于”的意义解释。如本文所使用的，术语“连接”、“耦接”或其任何变体表示两个或更多个元件之间的任何直接或间接的连接或耦接；元件之间的耦接或连接可以是物理的、逻辑的、电磁的或其组合。另外地，当在本申请中使用时，词语“在本文中”、“上面”、“下面”和类似含义的词语指的是本申请的整体，而不是本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，具体实施方式中使用单数或复数的词语也可以分别包含复数或单数。词语“或”在涉及两个或更多个项目的列表时，涵盖了所述词语的所有以下解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中项目的任何组合。
本文所提供的技术的教导可以应用于其它系统，不一定是下文描述的系统。下文所描述的各个实例的元素和动作可以组合以提供所述技术的进一步实施方案。所述技术的一些替代性实施方案不仅可以包含对下文提到的那些实施方案的另外的元素，而且还可以包含更少的元素。
鉴于以下详细描述，可以对技术做出这些和其它改变。虽然本说明书描述了所述技术的某些实例，并且描述了所设想的最佳模式，但无论描述出现多么详细，都可以以多种方式实践所述技术。所述系统的细节在其具体实现方式中可以有相当大的变化，同时仍然被本文公开的技术所涵盖。如上所述，当描述技术的某些特征或方面时使用的特定术语不应被理解为暗示所述术语在本文中被重新定义为限于与所述术语相关联的技术的任何特定特性、特征或方面。一般而言，在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将技术限制于说明书中公开的特定实例，除非具体实施方式部分明确定义了这类术语。因此，本技术的实际范围不仅涵盖所公开的实例，而且还涵盖在权利要求下实践或实现本技术的所有等同方式。
为了减少权利要求的数量，本技术的某些方面在下面以某些权利要求的形式给出，但是申请人考虑了以任何数量的权利要求形式的本技术的各个方面。例如，虽然本技术的一些方面可以作为计算机可读介质权利要求来陈述，但是其它方面同样可以作为计算机可读介质权利要求来体现，或者以其它形式来体现，如以装置加功能的权利要求来体现。
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对所公开的技术的实现方式的全面理解。然而，对本领域技术人员来说将显而易见的是，所公开的技术的实施例可以在没有这些具体细节中的一些具体细节的情况下实施。
在此介绍的技术可以体现为专用硬件(例如，电路系统)、体现为用软件和/或固件适当编程的可编程电路系统，或者体现为专用和可编程电路系统的组合。因此，实施例可以包含其上存储有指令的机器可读介质，所述指令可以用于对计算机(或其它电子装置)进行编程以执行过程。机器可读介质可以包含但不限于软盘、光盘、致密盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘、ROM、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡、闪速存储器或适于存储电子指令的其它类型的介质/机器可读介质。机器可读介质包含非暂时性介质，其中非暂时性不包括传播信号。例如，处理器可以连接到存储用于由处理器执行指令的指令的非暂时性计算机可读介质。
可能经常期望感测含有其它材料的环境中的目标材料(例如，分析物)。这些其它材料可以充当用于确定目标材料的存在、浓度或浓度变化的传感器的干扰剂(也被称为“干扰物”)。此类情况可以被称为交叉敏感性。交叉敏感性会使目标材料的存在、浓度或浓度变化的读数不准确。用于解决交叉敏感性的一种方法是通过去除干扰物来过滤环境，然后将经过滤的暴露于传感器以获得目标材料的准确读数。环境可以含有零种、一种或多于一种干扰物。
本发明人惊奇地发现，通过使用传感器如何对不同试剂作出响应的固有动力学差异，可以将传感器对目标材料(如果存在的话)的响应与传感器对干扰物的响应区分开，而不需要例如另外的传感器来区分目标材料与干扰物和/或过滤器来去除任何干扰物。因此，可以使用简单且低成本的设备来执行对含有干扰物的环境中的目标材料的感测。
系统概述
参考图1，示出了根据一些实施例的传感器系统1，所述传感器系统用于感测环境(例如，气体或液体环境)中的目标材料(如果存在的话)的存在、浓度或浓度变化。系统1包含传感器设备2，所述传感器设备操作性地连接到控制器3。传感器设备2包含用于环境流体6进入设备的流体入口5；传感器6；以及用于控制流体流动通过设备2的阀布置8。阀布置8可以是单个阀或阀的组合，用于引导流体流动通过传感器设备2。传感器7被配置成对环境中的目标材料作出响应。目标材料可以是气体、液体或悬浮在流体中的颗粒。目标材料可以是例如烯烃，例如1-甲基环丙烯或乙烯，优选地乙烯。
任选地，传感器设备2可以包含一个或多个过滤室10，所述一个或多个过滤室可以包含例如过滤材料。过滤器可以是过滤材料、过滤网、化学过滤器、洗涤器、吸气剂或过滤装置等。任选地，如果流体是气体，则传感器设备2可以进一步包含干燥剂11和/或加湿器(例如，储水器)12。传感器设备可以进一步包含用于将流体泵送通过设备2的泵13和用于将流体返回到环境中的流体出口14。包括过滤材料、干燥剂或加湿器之一的过滤室可以在流体遇到传感器7之前以任何合适的顺序布置。
控制器3可以进一步包含处理器15、系统存储器16和接口18(例如，显示器)，以允许控制器3，例如由人编程。控制器可以包含用于记录环境条件的另外的外围装置，例如温度计(未示出)和湿度计(未示出)等。在一些实施例中，控制器3可以是远程的，即远离传感器设备2，例如，控制器3和传感器设备可以位于不同的网络位置处。在一些实施例中，处理器15、系统存储器16或接口18可以位于控制器3和/或传感器设备2的不同网络位置处。
如本文所使用的，“阀”意指被配置成允许或阻止流体流动通过阀的任何设备，并且可以是手动操作的(例如，通过手动操作的龙头的方式)和/或可以是机电的，例如电磁阀，可由控制器3(例如，可编程控制器)控制。例如，控制器3可以控制阀布置8的配置。控制器3可以通过接口18编程。
传感器设备2可以与控制器3有线或无线通信，所述控制器被配置成从传感器7接收测量结果。控制器3可以包含处理器15，所述处理器可以被配置成根据接收到的传感器测量结果来确定目标材料的存在、浓度和/或浓度变化。控制器3可以包含系统存储器16，所述系统存储器可以存储传感器测量结果和/或由系统1记录的其它环境信息。控制器3可以与云(未示出)无线通信，并且向云发送数据和从云接收数据。处理器15可以基于传感器测量结果和由系统1记录的其它环境信息来执行计算。处理器15可以位于云上，并且计算可以在云上执行。传感器测量结果和其它环境信息也可以存储在云上位于存储器16中。接口18可以位于云上，或者在云上可以有用户可以用来监测和输入系统1的第二接口18。控制器3上的第一接口18可以是控制器3与流体传感器设备2之间的接口。
传感器类型
特定传感器7可以对流体环境6中的不同材料表现出不同的响应。例如，特定传感器对目标材料的响应可能在以下方面中的一个或多个方面不同于其对一种或多种干扰物材料的响应：暴露于材料时的响应速度；暴露于材料时的响应幅度；以及暴露于材料后恢复到暴露于材料后的基线的速率。在一些实施例中，传感器7对目标材料(例如，乙烯)的响应可能比对干扰物的对应响应更快、幅度更大和/或恢复更快。在一些实施例中，传感器7对干扰物的响应可能比对目标材料的对应响应更快、幅度更大和/或恢复更快。
传感器7可以是任何合适的传感器类型。合适的传感器类型可以是传感器元件直接与分子相互作用的传感器。例如，电化学传感器、金属氧化物传感器、表面声波传感器、场效应晶体管(包含有机场效应晶体管(OFET))或石英晶体微量天平。
传感器设备
参考图2，根据本公开的一些实施例，用于确定环境中的目标材料的存在、浓度或浓度变化的第一传感器设备21包含与环境流体连通的流体入口5、被配置成感测环境中的目标材料的传感器7以及布置在传感器7与入口5之间的具有第一配置和第二配置(也分别被称为‘暴露配置’或‘隔离配置’，或简称为‘暴露’或‘隔离’)的阀布置8。
当第一传感器设备21处于暴露配置时，流体环境6沿着流动路径‘A’流动，并且到达传感器7而不被过滤。当阀布置8处于隔离配置时，流体环境6沿着流动路径‘B’流动。当流体沿着流动路径‘B’流动时，如果存在的话，在流体环境6到达传感器7之前，环境中的任何目标材料被从环境中去除。目标材料可以通过过滤器10从环境中去除。一种或多种干扰物也可以通过相同或不同的过滤器10从流体环境中去除。如果环境6中的流体是气体，则第一传感器设备21可以进一步包含过滤室10，所述过滤室包括过滤材料、干燥剂(未示出)和/或加湿器12。过滤室10、干燥剂和加湿器12可以布置在流动路径‘B’中位于入口5与传感器7之间。干燥剂可以布置在过滤室10中。第一传感器设备可以进一步包含泵13和出口，所述泵用于通过入口5从环境中抽取流体并经过过滤器7，所述出口用于在流体经过传感器7之后将流体送回环境中。
在一些实施例中，阀布置8可以是双通阀或三通阀。
还参考图3，第二传感器设备22类似于第一传感器设备21。当阀布置8处于第一配置时，流动路径标记为‘A’，传感器7与流体入口5流体连通。当阀布置8处于第二配置时，流动路径标记为‘B’，传感器7不与入口5流体连通，并且与环境隔离开。当阀布置8处于第二配置时，不含目标材料的流体源9经过传感器7。当来自流体源9的流体经过传感器7时，传感器7可以从暴露于目标材料中恢复。第二传感器设备22可以具有一个或多个泵13和出口14。在一些实施例中，流动路径，路径‘A’和路径‘B’可以在经过传感器之后再次汇合，并且单个泵可以用于通过设备2抽取流体。在一些实施例中，阀布置8可以是例如双通阀、三通阀或双通阀和/或三通阀的组合。
第一传感器设备21和第二传感器设备22可以在第一配置与第二配置之间循环。
传感器响应
对于给定的传感器7，传感器7对目标材料的响应幅度mt和对干扰物的响应幅度mi将通过在执行所述方法之前的校准而得知。幅度被定义为在可能的操作场景中响应的预期大小。同样，对于给定的传感器7，在执行所述方法之前，将会知道暴露之后传感器对目标材料的恢复速率rt和对干扰物的恢复速率ri。另外，对于给定的传感器，传感器对目标材料的响应速度st和对干扰物的响应速度si也可以是已知的。
如稍后将更详细解释的，知道目标材料与干扰物之间的相对响应幅度、相对恢复速率和任选地相对响应速度，允许确定环境中的目标材料的浓度。例如，知道对目标材料的响应幅度mt大于对干扰物的响应幅度mi，并且传感器对目标材料的恢复速率rt快于暴露之后对干扰物的恢复速率ri，就有可能确定环境中的目标材料的浓度。
对目标的响应幅度mt和对干扰物的响应幅度mi可以使用以下等式来计算：
灵敏度(nA/ppm)×实际浓度(ppm)＝幅度(nA) (1)
响应的幅度、恢复速率以及任选地响应速度将取决于传感器类型、传感器的灵敏度以及传感器所暴露的目标材料和干扰物。对目标材料的响应幅度mt可以是例如对干扰物的响应幅度mi的1.5倍以上、2倍以上、3倍以上或4倍以上。在暴露于目标材料之后，传感器恢复到峰值响应的90％与10％之间的恢复速率rt可以是传感器在暴露于干扰物之后恢复到峰值响应的90％与10％之间的恢复速率ri的两倍或三倍或三倍以上。例如，传感器在暴露于目标材料之后恢复到峰值响应的70％的速率可以是大约10分钟或者可以是大约30分钟，并且传感器在暴露于干扰物之后恢复到峰值响应的70％的速率可以是大约20分钟，或者可以是大约60分钟。在另一个实例中，传感器在暴露于目标材料之后恢复到峰值响应的20％的速率可以是大约20分钟或者可以是大约60分钟，并且传感器在暴露于干扰物之后恢复到峰值响应的20％的速率可以是大约120分钟。
传感器测量结果
参考图4，电压被施加到传感器7，并且当传感器7暴露于含有目标材料的环境或与所述环境隔离开时，随时间推移从所述传感器测量电流。在第一时间点t1处，传感器7暴露于环境，持续第一暴露时段Texp1。测量并记录响应ΔR1(例如，电流的变化ΔI1)。测量结果可以存储在控制器3的存储器16中。在第二时间点t2处，传感器7与环境中的目标材料隔离开，持续第一隔离时段Tiso1。可以测量和记录第一隔离时段Tiso1内传感器7的恢复速率。当传感器7已经恢复时，但是在传感器7的电流读数已经返回到基线之前，例如，来自传感器7的电流读数可以处于传感器7的峰值的90％与10％之间，第一隔离时段Tiso1在第三时间点t3处结束。此恢复时间将取决于传感器类型、传感器的灵敏度以及传感器所暴露的目标材料和干扰物。在第三时间点t3处，传感器7暴露于环境，持续第二暴露时段Texp2，直到第四时间点t4。测量并记录在第二暴露时段Texp2期间来自传感器7的响应ΔR2(例如，电流的变化ΔI2)。
第三时间点t3，即第二暴露时段Texp2的开始，可以在从传感器7记录的响应处于第一(或先前)暴露时段Texp1期间响应峰值的90％与10％之间或60％与40％之间时发生。
可以使用其它类型的流体传感器7，并且可以以不同的方式测量其它类型的传感器7的响应变化，例如，传感器7的响应ΔR1、ΔR2可以是电压变化、电流变化、电阻变化或阻抗变化(例如，对于表面声波传感器(SAWS)或石英晶体微量天平(QCM)传感器)。
确定浓度的方法
参考图5，为了确定还可能含有干扰物的环境中的目标材料(如果存在的话)的浓度，传感器7暴露于流体环境，例如气体环境(步骤S1)，持续第一暴露时段Texp1。流体环境可以包含目标材料和一种或多种干扰物。在传感器第一次暴露于流体环境期间的响应ΔR1被测量并记录在例如系统存储器16中。所使用的传感器类型将决定所采取的测量类型，例如，测量可以是电流的变化或者可以是电压的变化。
例如，在含有作为要感测的目标材料的乙烯和作为干扰物的挥发性有机化合物的气体环境中，将已知的是，给定的传感器7响应于暴露于乙烯比暴露于挥发性有机化合物具有更大的幅度和更快的恢复。还可以知道，传感器7对乙烯的响应比对挥发性有机化合物的响应更快。
一旦第一暴露时段Texp1已经过去，传感器7就与气体环境中的任何目标材料隔离，持续第一隔离时段Tiso1(步骤S2)。传感器7可以以任何合适的方式与存在的任何目标材料隔离，例如，环境中的任何目标材料可以被过滤以去除目标材料，或者传感器7可以暴露于不含任何目标材料的非环境流体。在先前的流体感测方法中，像这样的隔离时段将被用于将传感器7的读数返回到指示不存在目标材料或干扰物的基线。然而，此方法依赖于第一隔离时段Tiso1小于传感器7返回到基线读数所需的时段。一旦第一隔离时段Tiso1已经过去，传感器7就暴露于流体环境，持续第二暴露时段Texp2(步骤S3)。在传感器第二次暴露于流体环境期间的响应ΔR2被测量并记录在例如系统存储器16中。
同样地，传感器7可以以任何合适的方式与存在的任何干扰物隔离，例如，环境中存在的任何干扰物可以被过滤以去除干扰物，或者传感器7可以暴露于不含任何或特定干扰物的非环境流体。
使用第一次暴露和第二次暴露期间的响应ΔR1、ΔR2，确定目标材料的浓度(步骤S4)。例如，在第一种情况下，如果对目标材料的响应幅度mt大于对干扰物的响应幅度mi，并且对目标材料的恢复速率rt大于对干扰物的恢复速率ri，则目标材料的浓度与第二次暴露期间的响应ΔR2成比例。在第二种情况下，如果对干扰物的响应幅度mi大于对目标材料的响应幅度mt，并且对干扰物的恢复速率ri大于对目标材料的恢复速率rt，则目标材料的浓度与第一次暴露期间的响应ΔR1减去第二次暴露期间的响应ΔR2成比例。在第三种情况下，如果对干扰物的恢复速率ri大于对目标材料的恢复速率rt，并且对目标材料的响应幅度mt和对干扰物的响应幅度mi大致相等，则传感器7的响应速率和恢复速率可以用于确定目标材料的浓度。特定的传感器7可以在使用之前被校准，使得传感器对目标材料的响应和动力学以及对存在的一种或多种干扰物的响应。此类校准可以允许导出目标材料的更准确的浓度。
传感器7可以暴露多于一次，允许测量多个传感器响应。使用多于一个响应或多于一对响应可以增加目标材料浓度测量的准确度。
S1至S4中的任一个步骤都可以由计算机执行，并且用于执行每个步骤的指令可以存储在计算机可读介质上。
实验
参考图6，用于校准传感器7的第三气体传感器设备20包含空气源21、氮源22、乙烯源23和挥发性有机化合物源24。设备20进一步包含第一质量流量控制器25、第二质量流量控制器26和第三质量流量控制器27，这些质量流量控制器各自连接到空气源21、氮源22和乙烯源23之一，以控制每个源进入传感器设备20的流量。设备20进一步包含传感器28和用于将气体排出设备的出口29，以及用于控制提供给传感器28的样品中挥发性源24存在或不存在的阀设备30。第三传感器设备可以包含用于控制挥发性有机化合物源24与传感器28之间的流体连通的第二阀布置。在一些实施例中，不需要第二阀布置，因为挥发性有机化合物源24与传感器28之间的流动路径具有足够的长度，使得扩散路径太长而不会发生可检测水平的挥发性扩散。
参考表1，将电化学气体传感器暴露于含有挥发性有机化合物(VOC)、乙烯和VOC或者仅含有乙烯的环境，持续不同的暴露时段和恢复时段的四种条件。
表1
Membrapor S200电化学乙烯传感器暴露于10ppm乙烯气体(C4)或100ppm混合挥发物(C1)(包含乙酸丁酯、乙酸乙酯和异丙醇)或乙烯和混合挥发物两者(C2和C3)。使用质量流量控制器(MFC)精确控制暴露量，通过编程将更高浓度的挥发性化合物样品稀释至所需浓度。监测电压值，并使用Python中的SciPy‘find_peaks’包确定峰值。
参考图7，示出了电化学气体传感器的电流所示出的对条件C1至C4的随时间的响应。与仅由乙烯组成的样品相比，在C1条件下电化学气体传感器从暴露中恢复的恢复速率较慢。
还参考图8和9，当同时暴露于乙烯和VOC两者时，电化学气体传感器的恢复差异可以在一起绘图时更清楚地看到。图8示出了图8的归一化数据。
乙烯与VOC之间相互作用的动力学差异可以用于增加传感器7读数的准确度。此类方法是时间分辨激光光谱学的基础。在这种情况下，通过施加来自激光的能量脉冲，单个分子被移动到激发态。通过施加频繁快速的加成激光脉冲将分子维持在这种激发态，有可能研究激发态的动力学，而结果不会被另外的更慢的弛豫到基态的过程所掩盖。通过执行一系列具有较短恢复时间的暴露(表1中的C3条件)，可以复制这种效果，使用初始暴露将传感器移动到类似于“激发态”的状态，并且然后以频繁的间隔执行后续暴露，以分离目标材料(分析物)和干扰物吸收和解吸的动态过程。
参考图10，通过使用对目标材料和干扰物的不同动力学响应，可以获得更高准确度的传感器读数。示出了在表1中概述的条件C1至C4下，通过峰值幅度相对于时间确定的传感器7的响应。阴影区域指示对仅乙烯的响应的大约10％以内的响应。可以看出，具有最短恢复时间的条件，C3，提供了最接近单独存在乙烯时的响应。
如上文所展示的，虽然执行单个响应使得显著影响传感器读数，但是执行具有更短恢复时间的多次暴露会显著增加准确度。此外，如在图10中可以看出的，此测量的准确度随着后续脉冲而增加。这可以归因于两个动态过程的更好的分离。
Claims (14)
1.一种感测环境中的目标材料的方法，所述方法包括：
将传感器暴露于环境，持续第一暴露时段；
在所述第一暴露时段后，将所述传感器与所述环境中的任何目标材料隔离，持续第一隔离时段，其中所述第一隔离时段小于所述传感器在所述第一暴露时段之后返回到基线的特性恢复时段；
在所述第一隔离时段后，将所述传感器暴露于所述环境，持续第二暴露时段；以及
根据所述传感器在第二次暴露期间的响应或所述传感器在第一次和第二次暴露期间的响应确定所述目标材料的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述传感器对所述环境中的任何目标材料的响应幅度大于所述传感器对所述环境中的任何干扰物的响应幅度，并且所述传感器对任何目标材料的恢复速率快于所述传感器在所述第一隔离时段期间对所述干扰物的恢复速率，则通过测量所述传感器在所述第二暴露时段期间的响应的变化来确定所述目标材料的所述浓度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述传感器对任何目标材料的响应幅度小于所述传感器对所述环境中的任何干扰物的响应幅度，并且所述传感器对所述目标材料的恢复速率慢于所述传感器在所述第一隔离时段期间对所述干扰物的恢复速率，则通过测量所述传感器在所述第一暴露时段期间的响应的变化与所述传感器在所述第二暴露时段期间的响应的变化之间的差异来确定所述目标材料的所述浓度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一隔离时段是在所述第一隔离时段开始之后所述传感器在所述第一暴露时段期间的响应返回到所述传感器的峰值响应的90％与10％之间所花费的时间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中将所述传感器与所述环境中的任何目标材料隔离包括从所述环境中过滤所述目标材料并且将所述传感器暴露于经过滤的环境，或者包括将所述传感器暴露于不含所述目标材料的流体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括通过在所述传感器暴露于所述环境之前从所述环境中过滤任何干扰物来将所述传感器与所述环境中的任何干扰物隔离，或者包括将所述传感器暴露于不含任何干扰物的流体。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其包括至少n个隔离时段和n+1个暴露时段，并且其中n为至少2。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述目标材料是乙烯。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述环境含有一种或多种挥发性有机化合物，不包含所述目标材料。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述传感器是气体传感器。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述传感器是电化学气体传感器。
12.一种计算机程序，其在由至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
13.一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质，所述计算机可读介质存储根据权利要求12所述的计算机程序。
14.一种设备，其包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器操作性地通信的存储器；
所述至少一个处理器被配置成执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
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