CN117664453A - 多方向开放路径检测器系统及其使用方法 - Google Patents

多方向开放路径检测器系统及其使用方法 Download PDF

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CN117664453A CN202311052102.3A CN202311052102A CN117664453A CN 117664453 A CN117664453 A CN 117664453A CN 202311052102 A CN202311052102 A CN 202311052102A CN 117664453 A CN117664453 A CN 117664453A
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Abstract

各种实施方案涉及一种多方向开放路径检测器系统，该多方向开放路径检测器系统包括：多个发射器；接收器，该接收器被配置为针对每个发射器接收对应于由相应发射器发射的光束信号的传入光束，该接收器包括：光学元件；至少一个检测器；和反射器元件，该反射器元件与该光学元件反射连通，其中对于每个发射器：该反射器元件被配置为将该传入光束朝向该光学元件引导，该光学元件被配置为将该传入光束朝向该至少一个检测器重新引导，并且该至少一个检测器被配置为至少部分地基于该传入光束来生成输出信号；并且该系统还包括控制器，该控制器可通信地耦合到该至少一个检测器，以至少部分地基于该输出信号来生成检测信号。

Description

多方向开放路径检测器系统及其使用方法
技术领域
本文中所描述的各种实施方案整体涉及用于检测区域中气体的存在的检测器系统，并且更具体地涉及开放路径检测器系统。
背景技术
如今一般使用开放路径检测器系统来确定由于各种环境(例如管线环境)中的泄漏而引起的气体(例如危险气体)的存在。具体地说，开放路径检测器系统可用于至少部分地基于发射辐射的衰减来监测区域中气体的存在。通过所施加的努力、智慧和创新，申请人已通过开发体现在本公开中的解决方案而解决了与开放路径检测器系统相关的问题，下文详细描述这些解决方案。
发明内容
本文中所描述的各种实施方案涉及多方向开放路径检测器系统及其使用方法。各种实施方案涉及一种多方向开放路径检测器系统，该多方向开放路径检测器系统包括：多个发射器，其中每个发射器被配置为在光束路径中发射光束信号，并且其中每个光束路径方向对于多个发射器中的每个发射器是不同的；接收器，该接收器位于接收器位置处，其中接收器定位在多个发射器中的每个发射器的光束路径中，并且被配置为针对每个发射器接收对应于由相应发射器发射的光束信号的传入光束，该接收器包括：光学元件；至少一个检测器；和反射器元件，该反射器元件与该光学元件反射连通，其中对于每个发射器：该反射器元件被配置为将该传入光束朝向该光学元件引导，该光学元件被配置为将该传入光束朝向该至少一个检测器重新引导，并且该至少一个检测器被配置为至少部分地基于该传入光束来生成输出信号；并且多方向开放路径检测器系统还包括可通信地耦合到接收器的控制器，其中控制器被配置为至少部分地基于输出信号来生成检测信号，其中检测信号可以指示所检测的气体的存在。
在各种实施方案中，多个发射器可以围绕接收器周向地间隔开。在各种实施方案中，反射器元件可以包括多个反射器面，其中多个发射器中的每个发射器与多个反射器面中的反射器面对准，并且其中每个反射器面被配置为将传入光束从对应发射器引导到光学元件。
在各种实施方案中，反射器元件可以具有棱锥形状。在各种实施方案中，光学元件可以包括凹面镜。在各种实施方案中，光学元件可以包括平面镜。在各种实施方案中，多个发射器可以被配置为以连续次序发射光束信号。
在各种实施方案中，接收器可以还包括可通信地耦合到光学元件的分束器，其中分束器被配置为将朝向至少一个检测器重新引导的每个传入光束分成第一传入光束部分和第二传入光束部分。在各种实施方案中，至少一个检测器可以包括第一检测器和第二检测器，其中第一检测器被配置为接收具有第一波长的第一传入光束部分，并且第二检测器被配置为接收具有第二波长的第二传入光束部分。
在各种实施方案中，接收器与每个发射器之间的光束路径可以是笔直光束路径。在各种实施方案中，由每个发射器发射的光束信号可以包括红外辐射。
在各种实施方案中，由至少一个检测器生成的输出信号可以包括强度测量值。在各种实施方案中，控制器可以被配置用于将检测信号无线传送到一个或多个外部设备。
各种实施方案涉及一种用于多方向开放路径检测器的接收器，该接收器包括：至少一个检测器；控制器，该控制器能够通信地耦合到至少一个检测器；光学元件；和反射器元件，该反射器元件与光学元件反射连通，其中：反射器元件被配置为将来自发射器的传入光束朝向光学元件引导；该光学元件被配置为将传入光束朝向至少一个检测器重新引导；该至少一个检测器被配置为至少部分地基于传入光束来生成输出信号；并且控制器被配置为至少部分地基于输出信号来生成检测信号，其中检测信号可以指示所检测的气体的存在。在各种实施方案中，反射器元件可以包括多个反射器面，其中每个反射器面被配置用于与多个发射器中的发射器对准，并且其中每个反射器面被配置为将传入光束从对应发射器引导到至少一个检测器。在各种实施方案中，反射器元件可以具有棱锥形状。在各种实施方案中，光学元件可以包括凹面镜。在各种实施方案中，光学元件可以包括平面镜。
各种实施方案涉及一种用于检测区中的气体的方法，该方法包括：将接收器与多个发射器对准；从多个发射器中的每个发射器接收传入光束；对于每个发射器：对所接收的传入光束进行重新引导；以及至少部分地基于重新引导的传入光束来生成检测信号。在各种实施方案中，连续地接收每个传入光束。在各种实施方案中，每个所接收的传入光束被朝向至少一个检测器重新引导。在各种实施方案中，从每个发射器接收到的传入光束可以包括红外辐射。在各种实施方案中，该方法可以还包括将一个或多个检测信号传送到一个或多个外部设备。
附图说明
现在将参考附图，这些附图未必按比例绘制，并且其中：
图1示意性地示出了根据本发明的各种实施方案的示例性多方向开放路径检测器系统。
图2示意性地示出了根据本发明的各种实施方案的示例性多方向开放路径检测器系统的示例性接收器。
图3示出了根据本发明的各种实施方案的示例性多方向开放路径检测器系统的示例性接收器的近距离视图。
图4示出了用于实现本公开的各种实施方案的示例性装置。
图5A示意性地示出了根据本发明的各种实施方案的多方向开放路径检测器系统的另一示例性接收器。
图5B示意性地示出了根据本发明的各种实施方案的示例性接收器的示例性反射器元件的俯视图。
图6示出了根据本发明的各种实施方案的多方向开放路径检测器系统的操作示例。
具体实施方式
本公开参考附图更全面地描述了各种实施方案。应当理解，本文示出和描述了一些但不是全部的实施方案。实际上，实施方案可采用许多不同的形式，并且因此本公开不应该被解释为限于本文所阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案是为了使本公开满足适用的法律要求。在全篇内容中，类似的标号指代类似的元件。
首先应理解，尽管下文示出了一个或多个方面的例示性具体实现，但可以使用任何数量的技术(无论是当前己知的还是尚不存在的技术)来实现所公开的系统和方法。本公开决不应当限于下文所示的示例性实施方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求书的范围以及其等同物的全部范围内进行修改。虽然公开了各种元件的尺寸值，但附图可能未按比例绘制。
本文所用的词语“示例”或“示例性”旨在表示“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例”或“示例性实施方案”的任何具体实现不一定比其他具体实现优选或有利。
本文中描述了一种设备，该设备被配置为检测区域中一种或多种气体(例如目标气体)的存在。作为非限制性示例，各种应用可能产生、运输和/或储存气体，该气体在泄漏到环境中而未被检测到时会造成严重的环境和健康风险。各种气体检测器系统可以利用接收器和发射器，至少部分地基于这些气体与行进穿过发射器与接收器之间的光束路径的辐射信号的相互作用来检测目标气体的存在。然而，如本文中所描述，被配置为利用接收器和发射器来帮助确定区域(特别是较大区域)中气体的存在的气体检测器系统可能受到由窄视场引起的系统不准确性的影响。例如，至少部分地由于接收器的窄视场，入射在接收器上的发射辐射可能并未穿过监测区域中的目标气体(例如泄漏气体)，因此引起不准确的检测。附加地，利用多个接收器和发射器的各种实施方案可能受到各种变量的约束，这些变量包括但不限于安装空间、增加的成本以及增加的工艺和功率消耗。因此，需要一种能够有效且准确地确定区域中目标气体的存在的气体检测系统。
本文中所描述的本发明的各种实施方案包括被配置为提供多路径检测的示例性多方向开放路径检测器系统，该多路径检测至少有效地补偿接收器的窄视场，并且因此实现更准确的气体检测。根据本文中所描述的各种实施方案的示例性多方向开放路径检测器系统可以包括被配置为提供多视场的接收器，其中可以至少部分地基于从监测区域中的不同方向入射在接收器上的辐射光束来检测区域中目标气体的存在，因此覆盖/跨越区域的较大部分。
在各种实施方案中，示例性多方向开放路径检测器系统可以被配置为至少部分地基于入射在接收器上的辐射光束的由于目标气体与信号的干扰而引起的所确定/所测量的信号强度衰减来检测目标气体的存在。当辐射光束行进穿过包括一定体积的气体(例如目标气体)的路径时，某些波长可能由气体吸收，从而导致信号强度减小。在各种实施方案中，本发明的示例性多方向开放路径检测器系统可以被配置为测量从多个方向入射在接收器上的辐射光束的强度以确定强度衰减(如果存在)，并且可以被配置为至少部分地基于所确定的强度衰减来确定目标气体的存在。
在各种实施方案中，如本文中所描述的示例性接收器可以包括一个或多个检测器以及具有多个反射器面(例如接收面)的反射器元件。反射器面可以被配置为结合一个或多个光学元件来收集入射在相应反射器面上的辐射光束(例如红外(IR)辐射光束、光线光束等)，并且将这些辐射光束朝向至少一个检测器引导。入射辐射光束可以从多个发射器发射，该多个发射器各自定位在距接收器一定距离处，其中接收器定位在多个发射器中的每个发射器的光束路径中。发射器可以定位在监测区域中的不同位置(例如接收器位置)处，以便使得能够从不同方向(例如不同光束路径方向)发射辐射光束。发射器可以相对于彼此和/或接收器以不同配置来布置、定向和/或分布。在各种实施方案中，发射器的距离、布置、定向和/或分布可以是至少部分地基于反射器元件的反射器面的配置。如本文中所描述的示例性发射器可以被配置为发射至少具有由目标气体吸收的波长的辐射(例如红外(IR)、光线等)。
在各种实施方案中，对应于发射辐射光束信号的传入辐射光束可以以连续方式在反射器元件的反射器面上被接收到(入射在这些反射器面上)。例如，在各种实施方案中，发射器对辐射信号的发射可以是时间延迟的，以便实现连续发射。如上文所提到，多个反射器面可以被配置为经由一个或多个光学元件将连续入射的传入辐射光束引导到至少一个检测器。例如，在各种实施方案中，每个反射器面可以可通信地耦合到光学元件(例如与该光学元件反射连通)，该光学元件被配置为接收从反射器面反射的传入辐射光束，并且将所接收的传入辐射光束重新引导到至少一个检测器。在一些实施方案中，每个反射器面可以可通信地耦合到单个光学元件。在一些实施方案中，反射器面的子集可以可通信地耦合到多个光学元件中的特定光学元件。
该至少一个检测器可以被配置为针对每个所接收的传入辐射光束生成输出信号。在各种实施方案中，输出信号可以表示相应所接收的传入辐射光束的信号强度(intensity)(例如信号强度(strength))。在各种实施方案中，入射在反射器面上的传入辐射光束被引导到一组检测器，并且该组检测器中的每个检测器可以被配置为针对相应传入辐射光束生成输出信号(例如强度/信号强度)。所生成的输出信号可以被进一步分析和/或处理以生成指示目标气体(例如所检测的气体)的存在或不存在的检测信号。因此，根据本发明的各种实施方案的上述配置使得能够基于多视场进行更准确的气体检测，同时减少安装成本、装备成本、工艺和功率消耗以及空间利用。此外，至少部分地由于有效的空间利用(例如利用单个接收器而不是多个接收器)，本发明的示例性多方向开放路径检测系统的各种实施方案可以在受空间约束的区域中加以利用，因而使得能够在这些所提到的区域中进行更准确的检测。
在各种实施方案中，该组检测器可以包括第一检测器和第二检测器，该第一检测器和该第二检测器各自被配置为接收传入辐射光束的入射在反射器的反射器面上的一部分。在一些实施方案中，分束器可用于将每个传入辐射光束分成第一辐射光束部分和第二辐射光束部分，使得第一辐射光束部分被朝向第一检测器引导，并且第二辐射光束部分被朝向第二检测器引导。每个检测器可以被配置为接收具有特定波长的辐射光束部分，并且可以被配置为针对所接收的辐射光束部分生成输出信号，其中输出信号可以对应于处于特定波长的辐射光束的强度。例如，第一检测器可以被配置为生成对应于处于第一波长(例如目标气体吸收辐射的样本波长)的传入辐射光束的强度(例如强度测量值)的第一输出信号，而第二检测器可以被配置为生成对应于处于第二波长(目标气体不吸收辐射的参考波长)的相同传入辐射光束的强度(例如强度测量值)的第二输出信号。
在各种实施方案中，如本文中所描述的示例性检测器可以包括一个或多个光学滤波器(例如带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器等)，该一个或多个光学滤波器被配置为允许期望波长穿过，以便使得能够测量处于期望波长的信号的强度。例如，第一检测器可以包括被配置为允许样本波长穿过的第一光学滤波器，并且第二检测器可以包括被配置为允许参考波长穿过的第二光学滤波器。在一些实施方案中，分束器可以被配置为将每个传入辐射光束分成具有第一波长(例如样本波长)的第一辐射光束部分以及具有第二波长(例如参考波长)的第二辐射光束部分，使得检测器可以不包括和/或不需要光学滤波器。
在各种实施方案中，可通信地耦合到接收器和/或检测器的控制器可以被配置为至少部分地基于来自每个检测器的输出信号来生成指示对应路径中目标气体的存在或不存在的检测信号。例如，在各种实施方案中，控制器可以被配置为至少部分地基于对来自第一检测器和第二检测器的针对特定传入辐射光束的输出信号进行比较来生成针对入射在接收器上的特定传入辐射光束的检测信号，其中相对于参考波长的样本波长处的较低强度可以指示目标气体的存在。作为非限制性示例，在各种实施方案中，控制器可以被配置为至少部分地基于确定(例如计算)输出信号之间的差(例如差测量值)以及确定差测量值是否满足差测量值阈值来生成针对传入辐射光束的检测信号，其中满足差测量值阈值的差测量值可以指示目标气体的存在。作为另一非限制性示例，在各种实施方案中，控制器可以被配置为至少部分地基于确定(例如计算)处于样本波长的传入辐射光束的强度与处于参考波长的传入辐射光束的强度的比率(例如比率测量值)以及确定比率测量值是否满足比率测量值阈值来生成针对传入辐射光束信号的检测信号，其中满足比率测量值阈值的比率测量值可以指示目标气体的存在。
图1示意性地示出了根据本发明的各种实施方案的示例性多方向开放路径检测器系统1。在各种实施方案中，示例性多方向开放路径检测器系统1可以包括接收器2和一个或多个发射器3，并且可以被配置为检测区域中气体(例如可燃和/或有毒气体)的存在。例如，如图1中所示出，示例性多方向开放路径检测器系统1可以包括接收器2和多个发射器3，该接收器和该多个发射器被配置为沿着由接收器2和多个发射器3限定的多个光束路径检测气体的存在。在各种实施方案中，光束路径可以是接收器2与对应发射器3之间的笔直光束路径。
在各种实施方案中，每个发射器3可以包括辐射源(例如发光二极管(LED)、激光二极管、弧光灯、红外辐射源等)，该辐射源被配置为沿光束路径发射辐射光束信号(例如准直辐射光束)。如图1中所示出，每个发射器3可以限定发射面32，发射器3可以通过该发射面发射一个或多个信号。在各种实施方案中，发射器3(例如该发射器的辐射源)可以被配置为发射具有至少特定波长的辐射光束信号。例如，在各种实施方案中，由发射器3发射的辐射的波长可以被选择为使得辐射具有至少特定波长(例如将由目标气体吸收的样本波长)。在各种实施方案中，发射器3(例如发射器的辐射源)可以被配置为发射具有至少第一波长(将由目标气体吸收的样本波长)和第二波长(将不由目标气体吸收的参考波长)的辐射光束信号。示例性发射器3可以包括壳体34，该壳体被构造成容纳辐射源和/或一个或多个其他部件(未示出)，诸如光学部件、内部控制器等。一个或多个发射器3可以被配置为沿光束路径朝向接收器2发射信号(例如红外辐射信号)。
在各种实施方案中，每个发射器3可以包括被配置为控制相应发射器3的一个或多个功能和/或操作参数的一个或多个内部控制器和/或电路(未示出)。在各种实施方案中，一个或多个内部控制器(例如发射器内部控制器和/或电路)和/或电路可以被配置为与一个或多个外部控制器通信。例如，在各种实施方案中，一个或多个发射器内部控制器和/或电路可以被配置为与控制器100(下文进一步描述)(例如无线地)通信。在一些实施方案中，每个发射器3(例如该发射器的内部控制器和/或电路)可以被配置为响应于接收到驱动信号而发射辐射光束信号。在一些实施方案中，驱动信号可以由接收器2(例如该接收器的控制器和/或电路)生成和发射。在一些实施方案中，驱动器信号可以不由接收器2生成和/或发射。在各种实施方案中，驱动信号可以由控制器(诸如控制器100)生成。如上文所提到，发射器3可以以多种配置(例如至少部分地基于接收器配置、应用和/或监测区域)来布置。每个发射器3可以定位在监测区域内和/或监测区域附近的位置(例如接收器位置)处。作为非限制性示例，如图1中所示出，多个发射器3可以围绕接收器2周向地间隔开。
图2示意性地示出了根据本发明的各种实施方案的示例性接收器2，而图3示出了接收器2的近距离视图。如图2中所示出，接收器2可以包括反射器元件20、光学元件30和检测器组(例如检测器52、54)，该检测器组被配置为从发射器3中的每个发射器接收传入辐射光束信号(传入辐射光束)36，其中传入辐射光束信号36可以描述入射在反射器元件20上的发射辐射光束信号，其中发射辐射光束信号可以包括准直辐射光束。反射器元件20可以可通信地耦合到光学元件30，并且可以被配置为经由与光学元件30的反射连通将传入光束信号(传入光束)引导到检测器。在各种实施方案中，光学元件30可以可通信地耦合到分束器和/或至少一个检测器(例如检测器52、检测器54)。
在各种实施方案中，如图2和图3中所示出，反射器元件20可以包括多个反射器面24。在各种实施方案中，如图2和图3中所描绘，反射器面24可以是基本上平面的。附加地和/或另选地，在各种其他实施方案中，反射器面可以包括弯曲部分。
在各种实施方案中，反射器面24的至少一部分可以包括镜面(例如透镜)，该镜面被配置为将传入辐射光束朝向光学元件30反射。例如，在各种实施方案中，每个反射器面24是镜面或者另外包括镜面。然而，应理解，在其他实施方案中，反射器面可以包括适于将传入辐射光束朝向光学元件30反射的任何光学部件。反射器面24的形状、倾斜角度和/或曲率角可以被选择为使得入射在反射器面24上的传入辐射光束被朝向光学元件30反射(例如引导)。附加地和/或另选地，传入辐射光束在反射器面上的入射角可以被选择为使得传入辐射光束被朝向光学元件30反射。例如，传入辐射光束的源(例如发射器)可以被配置为以一定角度(例如30°、45°、70°等)发射辐射光束，使得当辐射光束(例如以如上文所提到的期望/选定入射角)入射在反射器面24上时，辐射光束被朝向光学元件30引导。在各种实施方案中，每个反射器面24可以被配置为使得该反射器面可以在接收器位置处接收由发射器3发射的辐射光束信号。例如，在各种实施方案中，反射器元件20可以被配置为使得多个反射器面24可以与多个发射器3(例如发射器的发射面32)对准，其中每个反射器面24与不同的发射器3对准。例如，在各种实施方案中，反射器元件20可以被配置为使得多个发射器3可以被间隔开、布置和/或分布成使得每个发射器3的发射面32面向反射器元件20的多个反射器面24中的反射器面24。以此方式，反射器元件20(例如反射器元件的反射器面24)可以可操作以接收来自不同方向(例如不同光束路径方向)的传入辐射光束。
在各种实施方案中，每个发射器3和对应反射器面24可以布置成使得每个发射器3与对应反射器面24彼此相距一定距离，并且维持至少基本上水平的构型，其中发射辐射光束可以在基本上水平的平面内行进。然而，应理解，在其他实施方案中，一个或多个反射器面24可以被配置为以多种角度(例如45度、60度等)接收传入辐射光束信号。例如，如上文所提到，在一些实施方案中，一个或多个发射器3可以被配置为以45度角、60度角等发射辐射信号。此外，发射器3的发射面32与对应反射器面24之间的距离可以变化，并且可以是任何合适/期望的距离(例如至少部分地基于应用、监测环境、发射器的类型、反射器元件的部件等)。作为非限制性示例，在示例应用中，发射器3的发射面32与反射器元件20的对应反射器面24之间的优选距离在10ft至330ft的范围内。然而，应理解，在各种实施方案中，发射器3的发射面32与对应反射器面24之间的距离可以小于10ft或大于330ft。
在各种实施方案中，反射器元件20可以限定多个侧面，其中该侧面中的一个或多个侧面可以包括反射器面24。例如，在各种实施方案中，反射器元件20可以限定具有多个侧面的形状的至少一部分，其中该多个侧面中的一个或多个侧面可以包括反射器面24。作为非限制性示例，如图3中所示出，反射器元件20可以限定棱锥形状的至少一部分，其中每个侧面包括反射器面24。在各种实施方案中，反射器元件20可以限定开口26，并且可以被构造成容纳接收器2的一个或多个部件(例如检测器52、54、分束器60和/或其他部件)。
虽然图3描绘了具有带有四个侧面的棱锥形状轮廓的反射器元件20，但本发明的各种其他实施方案可以包括具有带有n数量个侧面(例如其中n＝3、4、5、6、7等)的其他棱锥形状轮廓的反射器元件20，其中一个或多个侧面可以包括反射器面24。例如，在各种实施方案中，反射器元件20可以包括五边形棱锥、七边形棱锥、八边形棱锥等的至少一部分。此外，虽然图3描绘了具有棱锥形状的反射器元件20，但本发明的各种其他实施方案可以包括具有其他形状轮廓的反射器元件20。此外，虽然图3描绘了反射器元件20，其中反射器元件20的侧面中的每个侧面包括反射器面24，但在各种其他实施方案中，反射器元件20的一个或多个侧面可以不包括反射器面。此外，反射器元件20可以限定(例如包括)不同于棱锥形状的形状。例如，在一些实施方案中，反射器元件20可以是锥形的(未示出)，使得反射器元件包括跨越锥形反射器元件的整个表面(例如，或基本上整个表面)的单个反射器面。在所提到的示例中，反射器元件的锥形形状可以使得能够相对于监测区域将发射器定位在任何地方，使得来自不同方向的传入辐射光束可以在锥形反射器元件的不同区域处入射在锥形反射器元件的单个反射器面上，并且被朝向光学元件30反射。
在各种实施方案中，光学元件30可以包括镜面(例如透镜)，该镜面被配置为对从反射器面24反射的传入辐射光束(例如准直辐射光束)进行重新引导，其中对传入辐射光束进行重新引导包括将传入准直辐射光束会聚在期望的焦点处(例如在检测器处)。光学元件30的形状、焦距、孔径、f数和/或其他参数/特性可以被选择为使得光学元件30将传入辐射光束会聚/集中到至少一个检测器(例如检测器52和/或检测器54)。附加地，在一些实施方案中，接收器的大小(例如反射器面的大小)以及/或者光学元件30与被重新引导的辐射光束会聚的至少一个检测器之间的距离可以至少部分地基于光学元件的f数(例如焦距与孔径的比率)。作为非限制性示例，在各种实施方案中，光学元件30(例如光学元件30的至少一部分)可以包括具有凹面形状(例如球形、非球形、复合形等)的镜面(例如透镜)，并且可以相对于反射器元件20定位在上方，使得凹面形镜面(例如凹面镜)面向下。例如，在图2所示出的实施方案中，反射器面24可以被配置为相对于传入辐射光束以约90度在向上方向上反射传入辐射光束，并且光学元件30可以相对于反射器元件20定位在上方，其中凹面镜31面向下，并且处于使得能够对从反射器元件20的每个反射器面24反射的每个传入辐射光束朝向检测器52和/或检测器54进行重新引导(例如会聚/集中)的焦距、孔径和/或f数。
如图2中所示出，光学元件30的凹面镜的孔径(例如反射凹面镜的长度(直径)D)和焦距可以被选择为使得从每个反射器面24反射的每个传入辐射光束入射在光学元件30的凹面镜的至少一部分上。接收器2的配置(例如反射器元件20的形状、反射器面的角度和/或轮廓、光学元件30的形状、孔径和/或焦距等)可以变化以实现不同的视场，如本文中进一步描述。应理解，虽然在图2和图3所示的实施方案中，光学元件30相对于反射器元件20定位在上方，但在其他实施方案中，光学元件30可以相对于反射器元件20定位在下方(例如反射器元件可以包括倒置棱锥)。
在各种实施方案中，接收器2可以包括分束器60。在一些实施方案中，分束器可以包括部分反射镜，并且可以被配置为将从光学元件30重新引导的每个辐射光束分成两个部分。如图2中所示出，分束器60可以定位在光学元件30与至少一个检测器(例如检测器52)之间，并且可以被配置为至少部分地基于透射辐射光束的一部分(例如对应于第一辐射光束部分36A)以及反射辐射光束的一部分(例如对应于第二辐射光束部分36B)，将从光学元件30重新引导的每个辐射光束分成第一辐射光束部分36A(也称为第一传入光束部分)和第二辐射光束部分36B(也称为第二传入光束部分)。在一些实施方案中，第一辐射光束部分36A包括参考波长，并且第二辐射光束部分36B包括样本波长，或者反之亦然。例如，在一些实施方案中，第一辐射光束部分36A包括样本波长，并且第二辐射光束部分36B包括参考波长。检测器52、54和分束器60中的每一者相对于彼此的取向和/或位置可以被选择为使得第一辐射光束部分36A(例如透射部分)被引导到第一检测器52，并且第二辐射光束部分36B(例如反射部分)被引导到第二检测器54。作为非限制性示例，如图2中所示出，分束器可以包括二向色分束器，该二向色分束器被配置为将辐射光束分成具有参考波长的第一辐射光束部分以及具有样本波长的第二辐射光束，或者反之亦然(如上文所描述)。在一些实施方案中，分束器可以包括平板分束器、立方体分束器和/或其他合适的分束器。
如上文所提到，在一些实施方案中，分束器60和检测器52、54可以容纳在由反射器元件20限定/形成的壳体内。在所提到的示例性实施方案中，光学元件30可以被配置为通过由反射器元件壳体限定的开口26对来自反射器元件20的反射器面24的反射传入辐射光束信号(传入辐射光束)进行重新引导。在一些实施方案中，分束器60和检测器52、54可以不位于反射器元件20内。例如，在一些实施方案中，反射器元件20可以不限定开口，并且可以不容纳分束器60和/或检测器52、54。在一些实施方案中，反射器元件20可以容纳分束器60、第一检测器52或第二检测器54中的一者或多者。在各种实施方案中，接收器2的一个或多个部件(如本文中所描述)可以使用机械安装件(诸如星形安装系统)来支撑。在一些实施方案中，机械安装件(例如星形安装系统)的至少一部分定位在光学元件30与反射器元件20之间。在一些实施方案中，机械安装件的至少一部分定位在反射器元件20内。
如上文所描述，在一些实施方案中，分束器可以被配置为将从光学元件30重新引导的每个辐射光束分成具有第一波长(例如样本波长)的第一辐射光束部分36A以及具有第二波长(例如参考波长)的第二辐射光束部分36B，或者反之亦然。附加地和/或另选地，在一些实施方案中，接收器2可以包括一个或多个光学滤波器，诸如带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器，以及/或者被配置为至少部分地基于允许期望波长(例如样本波长或参考波长)穿过以及移除和/或反射其他波长来选择期望波长(例如样本波长或参考波长)的类似滤波器。例如，在一些实施方案中，接收器2可以包括分束器(例如平板分束器)，该分束器被配置为将从光学元件30重新引导的每个辐射光束分成第一辐射光束部分和第二辐射光束部分，其中第一辐射光束部分和第二辐射光束部分中的每一者包括样本波长和参考波长两者。在所提到的示例实施方案中，第一光学滤波器(未示出)可以定位在第一检测器52的前面，并且第二光学滤波器(未示出)可以定位在第二检测器54的前面，其中第一光学滤波器被配置为允许处于样本波长的第一辐射光束部分穿过，并且第二光学滤波器被配置为允许处于参考波长的第二辐射光束部分穿过(或者反之亦然)。在一些实施方案中，第一检测器52可以包括第一光学滤波器(如上文所描述)，并且第二检测器54可以包括第二光学滤波器(如上文所描述)。
每个检测器52、54可以包括光谱检测器，并且可以被配置为生成针对从光学元件30重新引导的每个辐射光束的输出信号(对应于入射在反射器面24上的传入辐射光束信号)。例如，在各种实施方案中，检测器52、54可以包括光电二极管以及/或者被配置用于测量辐射光束信号的强度的另一设备。在各种实施方案中，每个检测器52、54可以被配置为至少部分地基于入射在检测器52、54上的相应辐射光束部分来生成输出信号。例如，第一检测器52可以被配置为至少部分地基于具有样本波长的第一辐射光束部分来生成输出信号，其中第一输出信号对应于/表示处于样本波长的对应入射辐射光束的强度，并且第二检测器54可以被配置为至少部分地基于具有参考波长的第二辐射光束部分来生成第二输出信号，其中第二输出信号对应于/表示处于参考波长的对应入射辐射光束的强度。在各种实施方案中，控制器(例如控制器100)的检测器信号电路可以被配置为分析和/或处理由检测器52、54生成的输出信号以确定区域中目标气体的存在。
在各种实施方案中，接收器2、该组检测器52、54、反射器元件20和/或发射器3可以可通信地耦合到控制器100。在一些实施方案中，接收器2可以包括控制器100。如图4中所示出，控制器100可以包括存储器101、处理器102、输入/输出电路103、通信电路105、发射器处理电路104和检测器信号处理电路106。控制器100可以被配置为执行本文中所描述的各种操作中的一个或多个操作。虽然针对功能限制描述了各部件，但应当理解，特定的具体实施必定包括使用特定硬件。还应当理解，本文所述的某些部件可包括类似或常见的硬件。例如，两组电路均可使用相同的处理器、网络接口、存储介质等执行其相关联的功能，使得每组电路均不需要重复的硬件。因此，应理解，如本文中针对控制器100的部件所使用的术语“电路”的使用包括被配置为执行与如本文中所描述的特定电路相关联的功能的特定硬件。
术语“电路”应被广义地理解为包括硬件，并且在一些实施方案中，包括用于配置硬件的软件。例如，在一些实施方案中，“电路”可包括处理电路、存储介质、网络接口、输入/输出设备等。在一些实施方案中，控制器100的其他元件可以提供或补充特定电路的功能。例如，处理器102可以提供处理功能，存储器101可以提供存储功能，通信电路105可以提供网络接口功能等。
在一些实施方案中，处理器102(以及/或者协处理器或协助该处理器或以其他方式与该处理器相关联的任何其他处理电路)可以经由总线与存储器101通信，以用于在装置的部件之间传递信息。存储器101可以是非暂态的，并且可以包括例如一个或多个易失性和/或非易失性存储器。例如，存储器101可以是电子存储设备(例如计算机可读存储介质)。在各种实施方案中，存储器101可以被配置为存储用于使得装置能够根据本公开的示例实施方案来实施各种功能的信息、数据、内容、应用程序、指令等。将理解，存储器101可以被配置为部分地或完全地存储任何电子信息、数据、数据结构、实施方案、示例、附图、过程、操作、技术、算法、指令、系统、装置、方法、查找表或本文中所描述的计算机程序产品或它们的任何组合。作为非限制性示例，存储器101可以被配置为存储发射器信号数据、气体检测数据、系统历史数据等。
处理器102可以以多种不同的方式体现，并且可以例如包括被配置为独立地执行的一个或多个处理设备。附加地或另选地，处理器可包括经由总线串联配置的一个或多个处理器，以实现对指令、流水线和/或多线程的独立执行。术语“处理电路”的使用可以理解为包括单核处理器、多核处理器、装置内部的多个处理器、和/或远程或“云”处理器。
在示例实施方案中，处理器102可以被配置为执行存储在存储器101中或者可由处理器以其他方式访问的指令。另选地或除此之外，处理器可被配置为执行硬编码功能。因此，无论通过硬件方法或软件方法配置，还是通过它们的组合配置，处理器均可表示能够根据本公开的实施方案执行操作同时进行相应配置的实体(例如，以电路系统形式物理地体现)。另选地，又如，当处理器体现为软件指令的执行器时，指令可将处理器专门配置为在执行指令时执行本文所述的算法和/或操作。举例来说，在各种实施方案中，处理器102可以包括被配置为生成信号的驱动电路。例如，驱动电路可以被配置为生成待由发射器3接收的、至少部分地由一个或多个预定信号特性(例如信号频率)限定的信号，其中该信号可以使得发射器3朝向接收器2的反射器面24发射辐射光束信号，如本文中所描述。
在一些实施方案中，控制器100可以包括输入-输出电路103，该输入-输出电路又可以与处理器102通信以向用户提供输出，并且在一些实施方案中，接收由用户提供的输入，诸如命令。输入-输出电路103可以包括用户界面，诸如图形用户界面(GUI)，并且可以包括显示器，该显示器可以包括网络用户界面、GUI应用程序、移动应用程序、客户端设备或者任何其他合适的硬件或软件。在一些实施方案中，输入-输出电路103还可以包括显示设备、显示屏、用户输入元件(诸如触摸屏)、触摸区域、软键、键盘、鼠标、麦克风、扬声器(例如蜂鸣器)、发光设备(例如红色发光二极管(LED)、绿色LED、蓝色LED、白色LED、红外(IR)LED、紫外线(UV)LED或它们的组合)或其他输入-输出机构。处理器102、输入-输出电路103(该输入-输出电路可以利用处理电路)或两者可以被配置为通过存储在非暂态计算机可读存储介质(例如存储器101)中的计算机可执行程序代码指令(例如软件、固件)来控制一个或多个用户界面元素的一个或多个功能。输入-输出电路103是任选的，并且在一些实施方案中，控制器100可以不包括输入-输出电路。例如，在控制器100不与用户直接交互的情况下，控制器100可以生成用户界面数据以供一个或多个用户直接与其交互的一个或多个其他设备显示，并且将所生成的用户界面数据传输到那些设备中的一个或多个设备。例如，控制器100使用用户界面电路可以生成供一个或多个显示设备显示的用户界面数据，并且将所生成的用户界面数据传输到那些显示设备。
通信电路105可以是以硬件或者硬件与软件的组合体现的设备或电路，该设备或电路被配置为从网络和/或与系统1通信的任何其他设备、电路或模块接收数据，以及/或者向网络和/或与该系统通信的任何其他设备、电路或模块传输数据。例如，通信电路105可以被配置为经由有线(例如USB)或无线(例如蓝牙、Wi-Fi、蜂窝等)通信协议与一个或多个计算设备进行通信。
在各种实施方案中，处理器102可以被配置为与发射器处理电路104进行通信。发射器处理电路104可以是以硬件或者硬件与软件的组合体现的设备或电路，该设备或电路被配置为接收、处理、生成和/或传输数据，诸如由一个或多个检测器生成的发射器信号数据。在各种实施方案中，发射器处理电路104可以被配置为从一个或多个发射器接收和/或检索发射器信号数据。如本文中所描述，在各种实施方案中，由发射器处理电路104接收到的发射器信号数据可以包括例如针对由发射器产生/生成的一个或多个发射辐射光束信号的一个或多个信号数据。
发射器处理电路104可以被配置为控制对来自一个或多个发射器的光束信号的获取。例如，发射器处理电路104可以可通信地耦合到发射器，并且被配置为向发射器提供信号(例如驱动信号)以使得发射器发射辐射光束信号。在各种实施方案中，发射器处理电路104可以被配置为控制从一个或多个发射器发射辐射光束的顺序。例如，在各种实施方案中，发射器处理电路104可以被配置为至少部分地基于时间延迟方案/协议以及/或者用于使得一个或多个发射器能够连续发射的其他合适的方案/协议来控制一个或多个发射器连续地发射辐射光束。作为非限制性示例，发射器处理电路104可以被配置为使得第一发射器在时间t1处发射第一辐射光束，并且使得第二发射器3在延迟之后的时间t2处发射第二辐射光束。此外，继续该示例，发射器处理电路104可以被配置为使得第三发射器在另一延迟之后的时间t3处发射第三辐射光束，并且可以继续此过程直到已使得所有发射器发射辐射光束。此外，发射器处理电路104可以再次重复上述过程。作为另一非限制性示例，发射器处理电路104可以被配置为使得发射器(例如发射器的辐射源)以预定间隔发射辐射光束。
在各种实施方案中，处理器102可以被配置为与检测器信号处理电路106进行通信。检测器信号处理电路106可以是以硬件或者硬件与软件的组合体现的设备或电路，该设备或电路被配置为接收、处理、生成和/或传输数据，诸如由一个或多个检测器生成的检测器信号数据(例如输出信号数据)。在各种实施方案中，检测器信号处理电路106可以被配置为从一组检测器接收和/或检索检测器信号数据。如本文中所描述，在各种实施方案中，由检测器信号处理电路106接收到的检测器信号数据(例如检测信号)可以包括例如针对由发射器产生/生成的一个或多个发射辐射光束信号的一个或多个信号数据(例如强度/信号强度)。
在各种实施方案中，检测器信号处理电路106可以被配置为至少部分地基于一个和/或多个信号分析过程来区分针对由第一发射器产生的第一辐射光束的信号数据(例如强度)与由第二发射器针对第二辐射光束产生的信号数据。此外，在各种实施方案中，检测器信号处理电路106可以被配置为执行一个和/或多个信号分析过程，以至少部分地基于从一个或多个检测器接收到的输出数据(例如强度数据/信号)来检测和/或计算信号强度的衰减，以生成可指示区域中气体的存在的检测信号。例如，控制器100可以被配置为至少部分地基于比较输出信号(例如由第一检测器在样本波长处测量的强度与由第二检测器在参考波长处测量的强度)来分析和/或处理来自一组检测器的输出信号。在各种实施方案中，检测器信号处理电路106可以被配置为执行一个或多个信号分析过程和/或数据变换操作以便将检测器信号数据的至少一部分处理成可传送到一个或多个外部设备的格式化数据。
在各种实施方案中，检测器信号处理电路106可以被配置为在两个或更多个实例处执行本文中所描述的操作中的一个或多个操作，以便促进随时间在各种实例(例如运行时)处对信号数据的接收、处理、生成和/或传输。在各种实施方案中，检测器信号处理电路106可以被配置为将对应于本文中所描述的操作中的一个或多个操作的所得数据的至少一部分存储为历史系统数据，该历史系统数据例如可以与一个或多个实例(例如安装实例、特定运行时)相关联。在这种示例性情况下，检测器信号处理电路106可以被配置为访问历史系统数据的至少一部分(例如经由存储器101)以便有助于执行本文中所描述的一个或多个操作。
在各种实施方案中，多方向开放路径检测器系统1可以连接到电源(未示出)，该电源被配置为接收电力，并且对多方向开放路径检测器系统1的各种部件供电。作为非限制性示例，电源可以包括一个或多个电池、一个或多个电容器、一个或多个恒定电源(例如壁式插座)等。
如上文所提到，接收器2的配置可以变化以实现不同的视场(例如定制的视场)。在一些实施方案中，接收器2的配置和/或取向可以至少部分地基于发射器3与反射器元件20的反射器面24之间的光束路径的方向和/或角度。在一些实施方案中，发射器3与反射器元件20的反射器面24之间的光束路径的方向和/或角度可以至少部分地基于接收器2的配置来选择。(例如反射器元件20和/或光学元件30的配置)
图5A示意性地示出了根据本发明的各种实施方案的多方向开放路径检测器系统1的另一示例性接收器200。如图5A中所示出，接收器200可以包括反射器元件210、光学元件300和一组检测器520、540，该组检测器被配置为从发射器3中的每个发射器接收传入辐射光束信号360(例如每个传入辐射光束信号的至少一部分)(如上文所描述)。
在各种实施方案中，反射器元件210可以包括多个反射器面240(例如一个或多个镜面)，该多个反射器面被配置为将传入光束信号(传入光束)朝向接收器200的光学元件300反射。图5B示意性地示出了示例性反射器元件210的俯视图。如图所示，在图5A和图5B中，反射器面240可以包括该反射器面的具有弯曲反射表面(例如弯曲镜面)的至少一部分，使得入射在反射器面240上的准直传入光束信号360可以相对于入射辐射光束以一定角度(例如大于90度)被朝向光学元件300反射。作为非限制性示例，如图5A中所示出并且在各种实施方案中，光学元件300可以包括平面镜。例如，光学元件300可以包括基本上平面的镜面320，该基本上平面的镜面定向成使得从每个反射器面240反射的传入辐射光束入射在光学元件300的镜面上。例如，镜面320可以具有长度L，使得入射在反射器面240上的每个反射传入辐射光束被朝向镜面320反射。光学元件300(例如光学元件的镜面)可以被配置为经由分束器600(类似于分束器60)将反射传入辐射光束360朝向至少一个检测器(例如检测器520和/或检测器540)重新引导(例如会聚/集中)。如上文参考图2所描述，分束器600可以被配置为将重新引导的辐射光束分成第一辐射光束部分360A和第二辐射光束部分360B，并且可以被配置为将第一辐射光束部分360A和第二辐射光束部分360B引导到检测器520和540(如上文参考图2所描述)。
如上文所提到，应理解，在各种其他实施方案中，光学元件300和/或反射器元件210的各种部件(如本文中所描述)可以包括多种形状。例如，在一些实施方案中，反射器元件的反射器面可以包括平面形状(例如基本上平面的)，而光学元件包括弯曲形状。在一些实施方案中，反射器元件的反射器面和光学元件都可以包括弯曲形状。在一些实施方案中，反射器元件的反射器面可以包括弯曲形状，而光学元件包括平面形状(例如基本上平面的形状)。
图6示出了根据本发明的各种实施方案的多方向开放路径检测器系统1的示例性操作。如图6中所示出，接收器和多个发射器可以布置在监测区域(诸如气体管线环境)中。作为非限制性示例，如图6中所描绘，示例性多方向开放路径检测器系统1可用于检测来自管线70的气体泄漏80。气体可以包括任何数量的气体(例如甲烷、氨气、烃和/或其他气体)。可通信地耦合到接收器2和/或多个发射器3的控制器(例如控制器100)可以向发射器3连续地发射驱动信号，以使得发射器发射辐射光束信号。在一些实施方案中，控制器可以形成接收器2的一部分。每个发射辐射光束可以通过光束路径行进到接收器2的反射器元件20的反射器面24，其中每个发射器在与多个发射器中的其他发射器不同的光束路径方向上发射辐射信号(例如准直辐射光束)。入射在反射器面24上的传入辐射光束可以由反射器面24朝向光学元件30反射。光学元件30可以经由分束器60(如参考图2所描述)将反射传入辐射光束重新引导(例如会聚/集中/聚焦)到第一检测器和第二检测器，其中第一检测器52(如参考图2所描述)可以接收处于第一波长(样本波长)的第一辐射光束部分，并且第二检测器54(如参考图2所描述)可以接收处于第二波长(参考波长)的第二辐射光束部分。第一检测器可以至少部分地基于测量第一辐射光束部分的强度来生成第一输出信号(例如样本波长处的信号强度)，并且第二检测器可以至少部分地基于测量第二辐射光束部分的强度来生成第二输出信号(例如参考波长处的信号强度)。耦合到接收器2(或形成该接收器的一部分)的控制器(例如控制器100)可以接收每个输出信号(例如第一输出信号和第二输出信号)，并且处理和/或分析输出信号以至少部分地基于输出信号(例如，如上文所描述的比率测量值和/或差测量值)来生成检测信号，该检测信号可以指示区域中泄漏气体80(例如所检测的气体)的存在。
本公开所属领域的技术人员将想到许多修改和其他实施方案，其具有前述描述和相关附图中呈现的教导的益处。因此，应当理解，本公开不限于所公开的特定实施方案，并且修改和其他实施方案旨在包括在所附权利要求书的范围内。尽管本文采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性意义使用，而不是出于限制的目的。

Claims (10)

1.一种多方向开放路径检测器系统，所述多方向开放路径检测器系统包括：
多个发射器，其中每个发射器被配置为在光束路径中发射光束信号，并且其中每个光束路径方向对于所述多个发射器中的每个发射器是不同的；
接收器，所述接收器位于接收器位置处，其中所述接收器定位在所述多个发射器中的每个发射器的所述光束路径中，并且被配置为针对每个发射器接收对应于由相应发射器发射的光束信号的传入光束，所述接收器包括：
光学元件；
至少一个检测器；和
反射器元件，所述反射器元件与所述光学元件反射连通，其中对于每个发射器：
所述反射器元件被配置为将所述传入光束朝向所述光学元件引导，
所述光学元件被配置为将所述传入光束朝向所述至少一个检测器重新引导，并且
所述至少一个检测器被配置为至少部分地基于所述传入光束来生成输出信号；和
控制器，所述控制器能够通信地耦合到所述接收器，其中所述控制器被配置为至少部分地基于所述输出信号来生成检测信号，其中所述检测信号指示所检测的气体的存在。
2.根据权利要求1所述的多方向开放路径检测器系统，其中所述多个发射器围绕所述接收器周向地间隔开。
3.根据权利要求1所述的多方向开放路径检测器系统，其中所述反射器元件包括多个反射器面，其中所述多个发射器中的每个发射器与所述多个反射器面中的反射器面对准，并且其中每个反射器面被配置为将所述传入光束从对应发射器引导到所述光学元件。
4.根据权利要求1所述的多方向开放路径检测器系统，其中所述光学元件包括凹面镜或平面镜。
5.根据权利要求1所述的多方向开放路径检测器系统，其中所述多个发射器被配置为以连续次序发射所述光束信号。
6.根据权利要求1所述的多方向开放路径检测器系统，其中所述接收器还包括能够通信地耦合到所述光学元件的分束器，其中所述分束器被配置为将朝向所述至少一个检测器重新引导的每个传入光束分成第一传入光束部分和第二传入光束部分。
7.根据权利要求1所述的多方向开放路径检测器系统，其中所述至少一个检测器包括第一检测器和第二检测器，并且其中所述第一检测器被配置为接收具有第一波长的第一传入光束部分，并且所述第二检测器被配置为接收具有第二波长的第二传入光束部分。
8.根据权利要求1所述的多方向开放路径检测器系统，其中由每个发射器发射的所述光束信号包括红外辐射，并且由所述至少一个检测器生成的所述输出信号包括强度测量值。
9.一种用于多方向开放路径检测器的接收器，所述接收器包括：
至少一个检测器；
控制器，所述控制器能够通信地耦合到所述至少一个检测器；
光学元件；和
反射器元件，所述反射器元件与所述光学元件反射连通，
其中：
所述反射器元件被配置为将传入光束从发射器朝向所述光学元件引导；
所述光学元件被配置为将所述传入光束朝向所述至少一个检测器重新引导；
所述至少一个检测器被配置为至少部分地基于所述传入光束来生成输出信号；
并且所述控制器被配置为至少部分地基于所述输出信号来生成检测信号，其中所述检测信号指示所检测的气体的存在。
10.一种用于检测区中的气体的方法，所述方法包括：
将接收器与多个发射器对准；
从所述多个发射器中的每个发射器接收传入光束；
对于每个发射器：
对所接收的传入光束进行重新引导；以及
至少部分地基于经重新引导的传入光束来生成检测信号。
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