用于通过光学传感器分析气体的方法技术

一种用于测量存在于气体中的气态物质(G

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过光学传感器分析气体的方法


[0001]本专利技术的
是用于通过实施黑体或灰体类型的光源和测量由光源发射的光波的吸收来分析气体的光学方法。

技术介绍

[0002]经常将光学方法用于分析气体。通过基于构成气体的物质具有彼此不同的吸收谱特性的事实，传感器允许确定气体组成。由此，在知悉气态物质的吸收光谱带的情况下，可通过估计穿过气体的光的吸收，使用比尔
‑
朗伯定律，确定所述气态物质的浓度。该原理允许估计存在于气体中的气态物质的浓度。
[0003]根据最常用的方法，被分析的气体在光源与称作测量光电检测器的光电检测器之间延伸，该光电检测器旨在测量待分析气体传输的光波，光波被该待分析气体部分地吸收。光源通常是发射红外线的源，所使用的方法通常称作英文术语“NDIR detection”，缩写NDIR指Non Dispersive Infra
‑
Red。这样的原理经常实施，例如在文献US5026992或WO2007064370中描述。
[0004]常用方法一般包括测量由源发射的称作参照光波的光波，所述参照光波不被所分析的气体吸收，或以可被忽略的方式被吸收。对参照光波的测量允许估计由源发射的光波的强度，或估计在没有被所分析的气体吸收的情况下将由测量光电检测器测量到的光波。该技术称作术语“double beam”。存在气体的情况下的光波与没有气体情况下的光波之间的比较允许表征气体的吸收。这涉及例如根据称作术语“吸收式NDIR”的技术，确定气体中的气态物质的量。
[0005]参照光波由参照光电检测器测量。这可涉及不同于测量光电检测器且设置为布置为面对光源的参照光电检测器，所述参照光电检测器与参照滤光片关联。参照滤光片限定参照光谱带，在所述参照光谱带中，待分析气体不具有显著的吸收。
[0006]根据在US2011/0042570中描述的一种方法，使用测量光电检测器和参照光电检测器，两个光电检测器检测相同的光谱带、在此为CO2的吸收光谱带中的光波。参照光电检测器布置为比测量光电检测器更接近光源。分别由测量光电检测器和参照光电检测器测量的信号的比较允许消除对由源发射的光波的强度的了解。
[0007]文献FR3000548描述了CO2传感器，其包括在红外线光谱带中的测量路径和在可见光谱带(0.4μm至0.8μm)中的参照路径。参照路径被视为不受被测量的气体中的CO2浓度影响。为了考虑到光源发射光谱的演变，该文献描述使用代表光源分别在可见光谱带和红外线光谱带中的老化的函数F。函数F用恒等函数近似：由此，光源在红外线中的老化被视为等于光源在可见光中的老化。
[0008]本专利技术人观察到使用参照光波可能具有某些缺陷。本专利技术人提出允许克服这些缺陷的方法，以改善测量精度。

技术实现思路

[0009]本专利技术的第一主题在于一种用于测量存在于气体中的气态物质的量的方法，该气态物质能够吸收吸收光谱带中的光，该方法包括以下步骤：
[0010]a)将气体布置在光源与测量光电检测器之间，光源能够发射入射光波，入射光波穿过气体向测量光电检测器传播，电源电流经过光源，以使得光源达到温度值；
[0011]b)用光源照明气体；
[0012]c)通过测量光电检测器，测量由气体传输的光波在包括吸收光谱带的测量光谱带中的称作测量强度的强度；
[0013]d)通过参照光电检测器，测量参照光波的称作参照强度的强度，参照光波由光源在参照光谱带中发射；
[0014]在多个测量时刻实施步骤b)至d)，所述方法在每个测量时刻包括：
[0015]e)基于参照光电检测器测量的参照强度，考虑代表入射光波在测量光谱带中的强度相对于入射光波在参照光谱带中的强度的变化的修正函数；
[0016]f)基于在步骤c)时测量的测量强度、在步骤d)时测量的参照强度和在步骤e)时考虑到的修正函数，估计气态物质的量；
[0017]所述方法的特征在于，通过比较在不同的温度水平或不同的电源电流水平下的分别由测试光源在测量光谱带中和在参照光谱带中发射的光强度，在校准阶段期间预先建立修正函数，所述测试光源视为代表在每个测量时刻在步骤b)时使用的光源。
[0018]根据一个实施例，通过使用限定测试光源的根据光源温度和波长的发射强度的理论表达式，实现校准，所述校准是通过分别考虑测量光谱带中的波长和参照光谱带中的波长实现的。校准可包括确定使得光源在参照光谱带中的老化与光源在测量光谱带中的老化关联的老化函数。则基于老化函数，确定修正函数。
[0019]根据一个实施例，实验地实现校准，并且校准包括：
[0020]‑
将测试光源布置为面对测试测量光电检测器并面对测试参照光电检测器，测试测量光电检测器和测试参照光电检测器分别代表测量光电检测器和参照光电检测器；
[0021]‑
通过测试光源照明测试测量光电检测器和测试参照光电检测器，所述测试光源通过不同的电源电流相继达到不同的温度值；
[0022]‑
在每个温度值下，将由测试测量光电检测器在测量光谱带中检测的光强度与由测试参照光电检测器在参照光谱带中检测的光强度比较，基于在每个温度值下实施的比较来建立修正函数。
[0023]校准可以包括确定将光源在参照光谱带中的老化与光源在测量光谱带中的老化进行关联的老化函数，所述方法使得基于老化函数来确定修正函数。
[0024]在每个测量时刻，测试光源可以与在步骤b)中使用的光源重合。
[0025]所述方法可以使得：
[0026]‑
步骤e)包括，基于修正函数和由参照光电检测器在步骤d)时测量的强度，估计在没有气体的情况下将由测量光电检测器检测的强度；
[0027]‑
在步骤f)时，基于由测量光电检测器在步骤c)时测量的强度与在步骤e)时估计的强度之间的比较，确定气态物质的量。
[0028]所述方法可以使得：
[0029]‑
步骤e)包括，基于修正函数和由参照光电检测器在步骤d)时测量的强度，确定在没有光源的老化的情况下与将由测量光电检测器检测的强度相对应的修正强度；
[0030]‑
在步骤f)时，基于源自步骤e)的经修正强度与在光源和测量光电检测器之间没有气体的情况下和没有光源的老化的情况下将由测量光电检测器检测的强度的估计之间的比较，确定气态物质的量。
[0031]无论实施例如何，步骤e)都可包括基于在测量时刻测量的参照强度，和在初始时刻测量的参照强度，估计光源在参照光谱带中的老化。可基于在测量时刻测量的参照强度与在初始时刻测量的参照强度之间的比较，计算光源在参照光谱带中的老化。该比较可例如具有减法或比值的形式。该比较可以通过在初始时刻测量的参照强度来归一化。
[0032]无论实施例如何，校准旨在建立老化函数以基于光源在参照光谱带中的老化，估计光源在测量光谱带中的老化。光谱带中的老化对应于在该光谱带中在测量时刻测量的强度与在该光谱带中在初始时刻测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量存在于气体中的气态物质(G
x
)的量(c
x
)的方法，所述气态物质能够在吸收光谱带(Δ
x
)中吸收光，所述方法包括以下步骤：a)将所述气体布置在光源(11)与测量光电检测器(20)之间，所述光源(11)能够发射入射光波(12)，所述入射光波穿过气体向所述测量光电检测器(20)传播，所述光源被电源电流经过，以使得所述光源达到温度值；b)通过所述光源(11)照明气体(G)；c)通过所述测量光电检测器(20)测量由所述气体传输的光波(14)在包括所述吸收光谱带(Δ
x
)的测量光谱带(Δ
mes
)中的称作测量强度的强度(I(k))；d)通过参照光电检测器(20
ref
)，测量参照光波(12
ref
)的称作参照强度的强度(I
ref
(k))，所述参照光波由所述光源(11)在参照光谱带(Δ
ref
)中发射；在多个测量时刻(1
…
k
…
K)，实施所述步骤b)至d)，所述方法在每个测量时刻包括：e)基于由所述参照光电检测器测量的参照强度(I
ref
(k))，考虑到代表所述入射光波(12)在测量光谱带(Δ
mes
)中的强度相对于所述入射光波(12)在参照光谱带(Δ
ref
)中的强度的变化的修正函数(δ)，f)基于在所述步骤c)时测量的测量强度、在所述步骤d)时测量的参照强度和在所述步骤e)时考虑到的修正函数，估计所述气态物质(G
x
)的量((c
x
(k))；所述方法的特征在于，通过比较不同的温度水平或不同的电源电流水平下的由测试光源分别在所述测量光谱带中和在所述参照光谱带中发射的光强度，在校准阶段期间预先建立所述修正函数(δ)，所述测试光源视为代表在每个测量时刻在所述步骤b)中使用的光源。2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使用根据所述光源的温度(T)和波长(λ)限定所述测试光源的发射强度(L(λ,T))的理论表达式来实现所述校准，通过分别考虑所述测量光谱带(Δ
mes
)中的波长和所述参照光谱带(Δ
ref
)中的波长来实现所述校准。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述校准包括确定将所述光源在参照光谱带中的老化与所述光源在测量光谱带中的老化相关联的老化函数(h)，所述方法使得基于所述老化函数(h)来确定修正函数(δ)。4.根据权利要求1所述的方法，其中，实验性地实现所述校准，并且所述校准包括：
‑
将所述测试光源(11)布置为面对测试测量光电检测器(20
’
)和面对测试参照光电检测器(20
’
ref
)，所述测试测量光电检测器和测试参照光电检测器分别代表所述测量光电检测器(20)和参照光电检测器(20
ref
)；
‑
通过所述测试光源照明所述测试测量光电检测器和测试参照光电检测器，所述测试光源通过不同的电源电流相继达到不同的温度值；
‑
在每个温度值下，将由所述测试测量光电检测器在测量光谱带(Δ
mes
)中检测的光强度(I(j))与由所述测试参照光电检测器在参照光谱带(Δ
ref
)中检测的光强度(I
ref
(j))比较，基于在每个温度值下实施的所述比较来建立所述修正函数。5.根据权利要求4所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：坦，
申请(专利权)人：伊莱肯兹公司，
类型：发明
国别省市：