本质安全的光谱分析仪制造技术

一种激光光谱仪能够操作以分析存在于可燃气体混合物中的一种或多种分析物。所述光谱仪能够包括使得能够进行本质安全操作的一个或多个特征。即，在所述光谱仪的可能存在爆炸性气体混合物的危险区域内，能够限制电气、电子和、热/或光学能量源。

Intrinsically safe spectrum analyzer

A laser spectrometer can be operated to analyze one or more of the analytes existing in the mixture of combustible gases. The spectrometer can include one or more features that enable essential security operations to be performed. That is, it is possible to restrict electrical, electronic and thermal / or optical energy sources in the dangerous areas of the spectrometer that may exist explosive gas mixtures.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本质安全的光谱分析仪相关申请的交叉引用本申请要求2015年3月9日提交的临时申请序列号62/130,463的优先权，其公开内容在此通过引用以其整体并入。
本文所述的主题涉及基于光谱分析的分析仪，例如用于分析一种或多种分析物的激光光谱仪，并且特别涉及提高基于光谱分析的分析仪的危险位置安全性。
技术介绍
在位于可能存在爆炸或其它燃烧危险的气氛中的电子仪器中，期望消除这些危险。目前实际的方法包括使所有的封闭体和接口都防危险气氛爆炸。然而，这样做可能昂贵，并且需要向仪器添加庞大且不方便的组件和结构。特别地，包括具有非常高的质量以穿过精密激光束的光学窗的防爆封闭体可能相当难以设计并且制造成本高。必须在将电气仪器或电子仪器置于危险环境中的任何时候都考虑防止或减轻潜在的爆炸。减轻潜在爆炸相关危害的典型方法能够包括防火/防爆外壳，这些外壳通常由压铸、沉重并且昂贵的铝箱制成，这些铝箱被设计成在结构上足够坚固并防止爆炸的传播，并且通常抵抗爆炸事件产生的内部压力下的断裂或变形。其它方法包括惰性气体吹扫(inertgaspurge)和正压差动系统(能够包括被设计成保持防止围绕任何通电组件的潜在爆炸性环境的产生的静压力、泄漏补偿和/或连续稀释系统)、油、粉末填充、通电组件封装等。经常需要的对典型的光学分析仪的危险位置认证为加拿大标准协会(CSA)第1分部认证，这是真正防爆的，或法国标准协会：ATEX(AppareilsdestinésàêtreutilisésenATmosphèresEXplosibles，94/9/EC指令的法国篇)0区或1区认证。通常，所有这些防爆或防火设计都需要由一个或多个监管机构进行测试和认证。这些认证和测试通常需要重复多次以符合各种国际危险位置认证，包括但不限于CSA(美国和加拿大)，ATEX(欧洲)，IECEx(澳大利亚和其它地区)，GOST(前苏联的俄罗斯和其它国家)，巴西的Inmetro等。
技术实现思路
在本主题的一个方面，操作激光光谱仪以分析含有至少一种可燃气体的混合物中存在的一种或多种分析物。操作包括向多个组件提供电力并且将来自激光器的光功率提供至混合物的体积。多个组件中的至少一个组件的危险区域部分位于光谱仪的可能含有混合物并且不包括至少一个爆炸减轻结构的危险区域中。该方法进一步包括将危险区域部分的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数限制为小于安全阈值，以防止发生足以点燃可燃气体混合物的点火能量。光功率、电气、电子和/或热点火引发参数包括从激光器传递到混合物的体积的一种或多种光功率、暴露于来自还未光学受限的激光器的辐射的颗粒量、提供到危险区域部分的电流，提供到危险区域部分的电压、危险区域部分的温度以及危险区域部分的储存能量。该方法还进一步包括限制多个组件中的至少一个组件的非危险区域部分的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数。非危险区域部分位于光谱仪的非危险区域中，其不能包含混合物或者包括至少一个爆炸减轻结构。在一些变体中，能够以任何可行的组合可选地包括一个或多个以下特征。例如，限制能够包括监控危险区域中或者被施加到危险区域中的光功率、电流、电压、温度和存储的能量中的至少一个。多个组件能够包括激光器、光电检测器、温度控制装置、温度传感器、温度热敏电阻器、压力换能器、光功率降低装置和流量传感器。限制能够包括将提供到多个组件中的至少一个组件的电压限制为小于能够引起点火能量的最小电压。在该示例中，一种方法能够进一步包括检测提供到多个组件中的至少一个组件的电压大于或等于最小电压，以及通过触发晶体管和/或电子电路和/或机电电路来增加有效电阻而降低电压。限制能够进一步包括使用钳位齐纳二极管、熔丝、包括运算放大器的有功功率限制电路、和分压器中的至少一个。限制能够进一步包括使用熔丝，并且其中熔丝包括热熔丝，所述热熔丝能够操作以防止危险区域中的过温状况。限制能够包括将提供到多个组件中的至少一个组件的电流限制为小于能够引起足以点燃可燃气体混合物的点火能量的最小电流。对电流的限制能够包括使用电流监控电路、有功功率限制电路和电流感测电阻器中的至少一个来监控电流。限制能够包括将多个组件中的至少一个组件的表面温度限制为小于能够引起足以点燃可燃气体混合物的点火能量的最低温度。一种方法能够进一步包括检测电流、电压和温度中的至少一个大于或等于阈值；以及将电流、电压和温度中的检测到的至少一个降低至小于阈值的量。限制能够包括减少或切断施加到多个组件中的至少一个组件的电压或电流。可替选地或者另外，限制能够包括使用耦合电容器和齐纳二极管使施加到多个组件中的至少一个组件的电流或电压平滑，以防止功率尖峰。限制气体混合物中的光功率能够包括使来自激光器的辐射穿过将光功率降低到小于安全阈值的吸收性和/或反射性滤光器。一种方法能够进一步包括经由光纤电缆向危险区域部分光学地提供能量。光纤耦合的高效率激光二极管能够可选地提供和限制施加到多个组件中的至少一个组件的电压或电流，并且由光纤电缆传递的光能够被转换成提供到多个组件的电功率。一种方法也能够可选地包括使用太阳能电池向多个组件提供电功率。在相互关联的方面，一种激光光谱仪包括：封闭的危险区域，其被构造成容纳潜在的可燃气体混合物以允许分析可燃气体混合物中存在的一种或多种分析物；多个组件，所述多个组件中的至少一个组件的危险部分位于封闭区域中；以及电气和/或计算硬件，所述电气和/或计算硬件被构造成执行操作。所述操作包括一个或多个上述特征。在可选变体中，多个组件能够包括激光器、光电检测器、温度控制装置、温度传感器、温度热敏电阻器、压力换能器和流量传感器中的一个或多个。激光光谱仪能够进一步包括激光器和滤光器，并且限制能够包括通过使由激光器发射的光学辐射在遇到可能含有颗粒的气体之前穿过滤光器来限制光功率。滤光器能够操作以将光辐射的光功率限制为低于足以防止出现暴露于可燃气体混合物的点火源的安全阈值。在又另一可选变体中，一种计算机程序产品包括存储指令的机器可读介质，所述指令在由至少一个可编程处理器执行时使得该至少一个可编程处理器执行操作。操作包括操作激光光谱仪以分析存在于含有至少一种可燃气体的混合物中的一种或多种分析物。操作包括向多个组件供电，以及将来自激光器的光功率提供到混合物的体积。多个组件中的至少一个组件的危险区域部分存在于光谱仪的可能含有混合物并且不包括至少一个爆炸减轻结构的危险区域中。操作进一步包括监控危险区域中或被施加到所述危险区域中的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数的状态。所述光功率、电气、电子和/或热点火引发参数包括从激光器传递到混合物的体积的光功率、暴露于来自还未被限制光功率的激光器的辐射的颗粒量、提供到危险区域部分的电流、提供到危险区域部分的电压、危险区域部分的温度和危险区域部分的储存能量中的一种或多种。这些操作进一步包括将激光光谱仪的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数限制为小于安全阈值，以防止发生足以点燃可燃气体混合物的点火能量。描述了符合这种方法的系统和方法以及包括有形实施的机器可读介质的物品，该物品能够操作以使一个或多个机器(例如，计算机等)导致本文所述的操作。类似地，还描述了一种计算机系统，其可包括处理器和耦合至处理器的存储器。存储器可包括一个或多个程序，该一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：操作激光光谱仪以分析存在于含有至少一种可燃气体的混合物中的一种或多种分析物，所述操作包括向多个组件提供电功率，并且将来自激光器的光功率提供到混合物的体积，多个组件中的至少一个组件的危险区域部分存在于所述光谱仪的能够含有混合物并且不包括至少一个爆炸减轻结构的危险区域中；将所述危险区域部分的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数限制为低于安全阈值，以防止发生足以点燃所述可燃气体混合物的点火能量，所述光功率、电气、电子和/或热点火引发参数包括从所述激光器传递到所述混合物的体积的光功率、暴露于来自还未被限制光功率的所述激光器的辐射的颗粒量、提供到所述危险区域部分的电流、提供到所述危险区域部分的电压、所述危险区域部分的温度和所述危险区域部分的储存能量中的一个或多个；以及不对所述多个组件中的所述至少一个组件的非危险区域部分限制所述光功率、电气、电子和/或热点火引发参数，所述非危险区域部分位于所述光谱仪的不能包含混合物或者包括所述至少一个爆炸减轻结构的非危险区域中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.09 US 62/130,4631.一种方法，包括：操作激光光谱仪以分析存在于含有至少一种可燃气体的混合物中的一种或多种分析物，所述操作包括向多个组件提供电功率，并且将来自激光器的光功率提供到混合物的体积，多个组件中的至少一个组件的危险区域部分存在于所述光谱仪的能够含有混合物并且不包括至少一个爆炸减轻结构的危险区域中；将所述危险区域部分的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数限制为低于安全阈值，以防止发生足以点燃所述可燃气体混合物的点火能量，所述光功率、电气、电子和/或热点火引发参数包括从所述激光器传递到所述混合物的体积的光功率、暴露于来自还未被限制光功率的所述激光器的辐射的颗粒量、提供到所述危险区域部分的电流、提供到所述危险区域部分的电压、所述危险区域部分的温度和所述危险区域部分的储存能量中的一个或多个；以及不对所述多个组件中的所述至少一个组件的非危险区域部分限制所述光功率、电气、电子和/或热点火引发参数，所述非危险区域部分位于所述光谱仪的不能包含混合物或者包括所述至少一个爆炸减轻结构的非危险区域中。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述限制包括监控所述危险区域中或者被施加到所述危险区域中的光功率、电流、电压、温度和存储的能量中的至少一个。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中所述多个组件包括激光器、光电检测器、温度控制装置、温度传感器、温度热敏电阻器、压力换能器、光功率降低装置和流量传感器。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所述限制包括将提供到所述多个组件中的至少一个组件的电压限制为小于能够引起所述点火能量的最小电压。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：检测提供到所述多个组件中的至少一个组件的电压大于或等于所述最小电压；和通过触发晶体管和/或电子电路和/或机电电路来增加有效电阻而降低电压。6.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法，其中所述限制还包括使用钳位齐纳二极管、熔丝、包括运算放大器的有功功率限制电路、和分压器中的至少一个。7.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法，其中所述限制还包括使用熔丝，并且其中所述熔丝包括热熔丝，所述热熔丝能够操作以防止所述危险区域中的过温状况。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中所述限制包括将提供到所述多个组件中的至少一个组件的电流限制为小于能够引起足以点燃所述可燃气体混合物的所述点火能量的最小电流。9.根据权利要求8所述的方法，其中对电流的限制包括使用电流监控电路、有功功率限制电路和电流感测电阻器中的至少一个来监控电流。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中所述限制包括将所述多个组件中的至少一个组件的表面温度限制为低于能够引起足以点燃所述可燃气体混合物的所述点火能量的最低温度。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，还包括：检测电流、电压和温度中的至少一个大于或等于所述阈值；和将电流、电压和温度中的所检测到的至少一个降低至小于所述阈值的量。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法，其中所述限制包括减少或切断施加到所述多个组件中的至少一个组件的电压或电流。13.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其中所述限制包括使用耦合电容器和齐纳二极管以使施加到所述多个组件中的至少一个组件的电流或电压平滑，来防止功率尖峰。14.根据权利要求1至13中的任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：基斯·本杰明·赫尔布莱，于尔根·德塞克，哈拉尔德·米勒，尼古拉·芬克，威廉·布瓦莱，彼得·多恩，保罗·西尔瓦，
申请(专利权)人：光谱传感器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US