一种检测气体吸收线的方法包括交替地传输和扫描(402)通过吸收单元(102)的两个射频(RF)信号，其中两个RF信号在分开某一范围的不同频率下被传输并且在频谱的微波和毫米波区域中的某一频率跨度上被扫描。通过接收器接收(404)RF信号，并且针对由扫频跨度中的气体的吸收线导致的气体的相对吸收，通过闭环系统对接收到的信号进行分析(406)。当两个RF信号跨越气体吸收线并且两个RF信号的相对吸收相等时，检测(408)气体的吸收线。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种检测气体吸收线的方法包括交替地传输和扫描(402)通过吸收单元(102)的两个射频(RF)信号，其中两个RF信号在分开某一范围的不同频率下被传输并且在频谱的微波和毫米波区域中的某一频率跨度上被扫描。通过接收器接收(404)RF信号，并且针对由扫频跨度中的气体的吸收线导致的气体的相对吸收，通过闭环系统对接收到的信号进行分析(406)。当两个RF信号跨越气体吸收线并且两个RF信号的相对吸收相等时，检测(408)气体的吸收线。【专利说明】用于检测和追踪气体中吸收线的中心频率的锁定系统
技术介绍
光谱学和光谱仪可以被用作多种测量和参考工具。它们可以将一系列测量技术用于几乎任何形式的物质。测量技术可以取决于感兴趣的材料，所述感兴趣的材料可以规定可能最适合用于测量的频率/波长。举例来说，光谱仪可以适用于测量发射或吸收光谱。此夕卜，吸收光谱仪可以具体地寻找材料的特征吸收线。吸收线可以用于从已知光谱类别中识别未知物质，或者其可以用于检测样本中已知物质的量。通常，光谱学原理可以用于多种测量或用于基于频率或波长来限定参照物。
技术实现思路
本文描述一种用于检测和追踪吸收线的中心频率的方法、装置和系统。一个实施例是一种方法，其包括交替地传输和扫描通过吸收单元的两个射频(RF)信号，其中两个RF信号在分开一定范围的不同频率处被传输并且在频谱的微波和毫米波区域中的某一频率跨度上被扫描。通过接收器接收RF信号，并且针对由扫频跨度中的气体的吸收线导致的气体的相对吸收，通过闭环系统对所接收的信号进行分析。当两个RF信号跨越气体吸收线并且两个RF信号的相对吸收相等时，检测气体的吸收线。 另一实施例包括一种用于检测气体的吸收线的系统，所述系统包括处理器、耦合到处理器的信号发生器、耦合到被配置为产生两个射频(RF)信号的信号发生器的发射器。每个RF信号在不同频率处产生并且被设定的频率范围分离。两个RF信号被交替地传输并且在频谱的微波和毫米波区域中的某一频率跨度上被扫描，以检测气体的吸收线。接收器耦合到处理器上，并且吸收单元填充有处于一定压力下的气体，其中发射器传输两个RF信号通过吸收单元，并且两个RF信号由接收器检测到。而且，检测器模块用于比较两个接收到的RF信号的振幅并且用于基于两个RF信号之间的振幅差确定何时检测到气体的吸收线。 又一实施例是一种气体吸收线检测和追踪装置，所述装置包括:填充有气体的吸收单元；用于传输RF信号通过吸收单元的发射器；用于接收RF信号的接收器；以及耦合到发射器和接收器上的控制模块，其用于利用在光谱的微波和毫米波频率区域中操作的频移键控(FSK)检测方案来检测气体的吸收线。 【专利附图】【附图说明】 为了对本专利技术的示例性实施例进行详细描述，现将参考附图，其中: 图1示出根据本文中描述的各实施例的光谱仪的框图，所述光谱仪可以用于气体吸收线的检测和追踪； 图2A是包括用于测量光谱200的两个色调的透射光谱200的代表性曲线； 图2B是由检测器从两个接收到的FSK色调中接收的方波212的代表性曲线，所述FSK色调已由气体的透射光谱进行调制； 图2C是在非常接近气体的吸收线的多个频率下的锁定振幅的代表性偏移曲线 220 ； 图3示出根据本文中描述的各示例的由光谱仪100实施的闭环控制功能300的框图；以及 图4示出根据本文中描述的各实施例的用于实施气体吸收线的检测和追踪的方法400的流程图。 【具体实施方式】 标号和术语 特定的术语在整个以下描述和权利要求书中被用来指代特定的系统组件。本领域技术人员将认识到，各公司可以利用不同的名称来指代同一组件。此文档并不意欲区分名称不同而非功能上不同的组件。在以下论述中并且在权利要求书中，术语“包括”以及“包含”以一种开放方式使用，并且因此应解释为意指“包括但不限于...”。并且，术语“耦合”意图表示间接或直接的电气连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，那么该连接可能通过直接或间接连接。 具体描述 以下论述针对本专利技术的各实施例。虽然这些实施例中的一个或多个可能是优选的，但是不应将所公开的实施例解释为或用于限制本专利技术的范围(包括权利要求书)。此夕卜，本领域技术人员将理解以下描述具有广泛的应用，并且任何实施例的论述仅意味着该实施例的示例性论述，而并非意图暗示将本专利技术的范围(包括权利要求书)限制于该实施例。 取决于所测量的材料以及感兴趣的特征，常规光谱仪利用一系列广泛的探测和测量技术。本文中所使用的“探测”可以表示照射到所测量材料上或被传输穿过所测量材料的辐射信号。所测量材料与探测信号的交互作用可以产生所测量的光谱。因此，光谱仪可以被设计为检测和测量反射、透射或激发(仅举几个例子)。另外，单一材料可以具有在不同频率范围内的不同频率下激发和观察到的不同机制。例如，气体可以显示由于在一个频率范围内的气体的振动态的激发而产生的吸收，并且随后显示在不同频率范围内的与旋转激发相关联的吸收。气体分子内的电子激发可以在第三频率范围内发生。简言之，取决于期望研究和测量的材料的哪个方面，可以使用不同的激发和测量机制。 光谱学利用辐射能量来探测所测量的材料。举例来说，为了测量空气的吸收光谱，处于不同频率的采用射频(RF)信号形式的电磁(EM)辐射可以被传输通过气体单元中的空气样本。在RF信号离开单元之后，可以对所传输的信号进行检测和测量。所得的光谱可以针对所传输或测量的频率显示空气的不同吸收/透射特征。此外，RF信号可以在透射之前被调制以协助RF信号的检测。调制方案可以包括振幅调制(AM)、频率调制(FM)以及频移键控(FSK)(仅举几个例子)。如上所述，调制方案可以帮助检测在那些频率下从噪音或任何背景辐射中检测出信号。 在吸收光谱学的情况下，所测量的信号可以示出与传输信号相比减小的振幅，其中振幅减小量表示在该频率下的气体的吸收量。因此，在一系列频率上的吸收光谱可以示出在该系列内的多种频率下的不同吸收特征，所述吸收特征与旋转或振动激发状态相关联或者换言之与材料的吸收线相关联。由于吸收线与材料的物理激发相关联，因此该激发的中心频率应保持大致恒定，其中仅由于压力和温度变化而导致较小的偏移。 然而，吸收线的形状可能由于样本的环境条件而发生改变。理想的吸收线将是δ函数，但事实上，吸收线具有覆盖小频率范围的宽度。该范围的宽度或吸收线的宽度可以归因于环境因素，例如温度或压力。吸收线的宽度可以表明样本的多余能量。在高压下，吸收线可以是非常宽的并且难以从剩余的测量光谱中辨别出。在极低压力下，单元中可能不具有足够的气体来允许可靠的测量。因此，优选的压力范围可以给出可靠且可重复的测量。温度变化可以赋予样本相同的效果。 测量的可靠性和重复性也可以通过由光谱仪使用的调制方案来实现。由于检测器被调谐到那些调制方案，因此使用FM、AM或FSK调制可以在检测器处产生更加可检测的信号。另外，使用两个探测信号的FSK可以允许光谱仪更容易地锁定和追踪材料的吸收线，这是因为两个信号可以被定位在吸收线周围并且反馈机制被用于在需要时改变两个信号，以使得两个信号相对于吸收线保持在相同位置。 本文中公开的是检测和追踪EM光谱的毫米波(mmwave)、微波和/或太赫兹本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种检测气体吸收线的方法，其包含：交替地传输和扫描(402)通过吸收单元(102)的两个射频信号即RF信号，其中所述两个RF信号在分开一范围的不同频率下被传输并且在频谱的微波和毫米波区域中的一频率跨度上被扫描；通过接收器接收(404)所述RF信号；针对由扫频跨度中的所述气体的吸收线导致的气体的相对吸收，通过闭环系统(106)对所接收的信号进行分析(406)；以及当所述两个RF信号跨越所述气体吸收线并且所述两个RF信号的所述相对吸收相等时，检测(408)所述气体的所述吸收线。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·M·纳多，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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