用于测量测量介质中的多个分析物浓度的设备和方法技术

本公开涉及用于测量测量介质中的多个分析物浓度的设备和方法。一种用于测量测量介质中的第一分析物浓度和第二分析物浓度的设备包括：样品室；第一光源单元；第一检测器单元；功能元件；第二光源单元；第二检测器单元；以及控制单元，其适于分析检测到的第一光以确定表示测量介质中的第一分析物的浓度的第一值，并且适于分析检测到的第三光以确定表示测量介质中的第二分析物的浓度的第二值。还公开了使用该设备的方法。用该设备的方法。用该设备的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于测量测量介质中的多个分析物浓度的设备和方法


[0001]本公开涉及一种用于测量测量介质中的第一分析物浓度和第二分析物浓度的设备，以及一种用于测量测量介质中的第一分析物浓度和第二分析物浓度的方法。

技术介绍

[0002]在分析测量技术中，例如在工业制氢领域，所产生的氢气中的被测变量例如水分和氧气含量是用于监测生产过程的质量的重要参数。这些被测变量可以使用例如称为可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)的技术来记录和监测。然而，TDLAS的一个缺点是，在非常低氧浓度下，例如当测量介质中仅存在微量氧气时，测量不太可靠。
[0003]因此，需要一种即使在非常低浓度下也能够测量水分和氧浓度的设备。

技术实现思路

[0004]该目的通过根据本公开的用于测量测量介质中的第一分析物浓度和第二分析物浓度的设备来实现。根据本公开的至少一个实施例，这种设备包括：用于接收测量介质的样品室，该样品室包括入口、出口和窗口，其中入口允许将测量介质引入到样品室中，并且出口允许从样品室排出测量介质；第一光源单元，其定向于窗口以将第一光发射到样品室中；第一检测器单元，其定向于窗口以检测离开样品室的第一光；功能元件，其被设置在样品室中，使得功能元件与测量介质接触；第二光源单元，其定向于窗口以将第二光发射到功能元件上，其中功能元件包括具有发光体的功能层，发光体适于在用第二光激励时取决于测量介质中的第二分析物的存在而发射第三光；第二检测器单元，其定向于窗口以检测来自功能元件的第三光；以及控制单元，用于控制第一光源单元、第一检测器单元、第二光源单元和第二检测器单元，其中，控制单元适于分析检测到的第一光以确定表示测量介质中的第一分析物的浓度的第一值，并且适于分析检测到的第三光以确定表示测量介质中的第二分析物的浓度的第二值。
[0005]根据本公开的设备的优点是即使在非常低浓度下也可以测量氧浓度。该设备提供一种集成的、低维护的解决方案，以测量所产生的氢气中的微量水分和氧气，从而在线监测氢气质量和电解槽状态。
[0006]根据本公开的实施例，第一光源单元包括可调谐激光器，并且第一光检测器单元包括Si光电检测器、InP光电检测器、InGaAs光电检测器、扩展InGaAs光电检测器或MCT光电检测器。
[0007]根据本公开的实施例，第一分析物是水分(例如，水蒸气)，而第二分析物是氧气。
[0008]根据本公开的实施例，第二光源单元和/或第二光检测器单元经由光纤电缆与功能元件或窗口连接。
[0009]根据本公开的实施例，第一光源单元至少包括第一激光器和第二激光器，第一激光器被配置成生成具有第一波长的第一光，第二激光器被配置成生成具有不同于第一波长的第二波长的第四光。
[0010]根据本公开的实施例，控制单元包括数据存储设备，该数据存储设备具有表，该表具有用于评估检测到的第一光和检测到的第三光的参考值。
[0011]根据本公开的实施例，功能元件还包括保护层，该保护层被配置成对于第二分析物是可渗透的并且对于特定其他分析物是不可渗透的。
[0012]根据本公开的实施例，功能元件还包括配置成过滤光的滤光层。
[0013]该目的还通过根据本公开的用于测量测量介质中的第一分析物浓度和第二分析物浓度的方法来实现。
[0014]在根据本公开的至少一个实施例中，这种方法包括以下步骤：提供根据本公开的设备的实施例；由第一光源单元将第一光发射到样品室中；由第一检测器单元检测离开样品室的第一光；通过控制单元评估检测到的第一光，以确定表示测量介质中的第一分析物浓度的第一值；由第二光源单元将第二光发射到功能元件上，使得发光体由第二光激励以发射第三光；使用第二检测器单元检测来自功能元件的第三光；以及通过控制单元评估检测到的第三光，以确定表示测量介质中的第二分析物浓度的第二值。
[0015]根据本公开的实施例，利用吸收光谱技术执行对第一光的检测。
[0016]根据本公开的实施例，利用光声光谱技术执行对第一分析物浓度和/或第二分析物浓度的确定，其中，该设备还包括设置在样品室内的麦克风，其中，麦克风与控制单元连接。
[0017]根据本公开的实施例，第一光源单元被配置成发射第一波长的第一光，并且被配置成发射不同于第一波长的第二波长的第四光，其中，方法还包括以下步骤：由第一光源单元将第四光发射到样品室中；由第一检测器单元检测离开样品室的第四光；通过控制单元评估检测到的第四光，以确定表示测量介质中的第二分析物浓度的第三值；通过控制单元比较第二值和第三值；以及由控制单元基于比较步骤发信号通知设备的状态。
[0018]根据本公开的实施例，第一光源单元顺序地发射第一光和第四光。
[0019]根据本公开的实施例，光源单元包括被配置成发射第一光的第一激光器和被配置成发射第四光的第二激光器，其中，第一光由第一激光器发射，并且第四光由第二激光器同时发射。
[0020]根据本公开的实施例，以不同频率调制第一光和第四光。
[0021]根据本公开的实施例，该方法还包括以下步骤：在比较步骤指示第二值与第三值不同的情况下，将氧浓度高于10ppm的另一种介质引入到样品室中；发射用于激励功能元件以发射第三光的第二光；检测第三光；评估检测到的第三光以确定表示其他介质中的氧浓度的新第二值；发射第四光；检测第四光；评估检测到的第四光以确定表示其他介质中的氧浓度的新第三值；比较新第二值与新第三值；以及当比较指示新第二值与新第三值不同时，通过提升第三值来评估比较。
[0022]根据本公开的实施例，该方法还包括以下步骤：在比较步骤指示第二值与第三值不相同的情况下，将参考介质引入到样品室中，其中，参考介质具有已知参考氧浓度；发射用于激励功能元件以发射第三光的第二光；检测第三光；评估检测到的第三光以确定表示参考介质中的已知参考氧浓度的新第二值；发射第四光；检测第四光；评估检测到的第四光以确定表示参考介质中的已知参考氧浓度的新第三值；将表示所测量的氧浓度的新第二值与已知参考氧浓度进行比较；将表示另一所测量的氧浓度的第三值与已知参考氧浓度进行
比较；以及评估比较并且输出设备的状态。
[0023]该目的还通过根据本公开的另一实施例的用于测量测量介质中的第一分析物浓度和第二分析物浓度的方法来实现，该方法包括以下步骤：提供根据本公开的设备的实施例；由第一光源单元将第四光发射到样品室中；由第一检测器单元检测离开样品室的第四光；通过控制单元评估检测到的第四光，以确定表示测量介质中的第二分析物浓度的第三值；由第二光源单元将第二光发射到功能元件上，使得发光体由第二光激励以发射第三光；使用第二检测器单元检测来自功能元件的第三光；通过控制单元评估检测到的第三光，以确定表示测量介质中的第二分析物浓度的第二值；比较第三值和第二值；以及输出关于第三值的可靠性的信息。
附图说明
[0024]通过参考结合附图对本公开的各种实施例的以下描述，所描述的实施例和本文包含的其他特征、优点和公开以及实现它们的方式将变得显而易见，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量测量介质中的第一分析物浓度和第二分析物浓度的设备，所述设备包括：样品室，所述样品室适于接收测量介质并且包括入口、出口和窗口，其中，所述入口被配置成能够将所述测量介质引入到所述样品室中，并且所述出口被配置成能够从所述样品室排出所述测量介质；第一光源单元，所述第一光源单元被配置并且定向成经由所述窗口将第一光发射到所述样品室中；第一检测器单元，所述第一检测器单元被配置并且定向成检测经由所述窗口离开所述样品室的第一光；功能元件，所述功能元件被设置在所述样品室内，使得所述功能元件与所述测量介质接触；第二光源单元，所述第二光源单元被配置并且定向成经由所述窗口将第二光发射到所述功能元件上，其中，所述功能元件包括功能层，所述功能层包括发光体，所述发光体适于在用所述第二光激励时发射第三光，所述第三光取决于所述测量介质中的第二分析物的存在；第二检测器单元，所述第二检测器单元被配置并且定向成检测经由所述窗口来自所述功能元件的第三光；以及控制单元，所述控制单元被配置成控制所述第一光源单元、所述第一检测器单元、所述第二光源单元和所述第二检测器单元，其中，所述控制单元被配置成分析检测到的第一光以确定表示所述测量介质中的第一分析物浓度的第一值，并且被配置成分析检测到的第三光以确定表示所述测量介质中的第二分析物浓度的第二值。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一光源单元包括可调谐激光器，并且所述第一光检测器单元包括硅光电检测器、磷化铟光电检测器、砷化铟镓光电检测器、扩展砷化铟镓光电检测器或碲镉汞光电检测器。3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一分析物是水分，并且所述第二分析物是氧气。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一光源单元至少包括第一激光器和第二激光器，所述第一激光器被配置成生成具有第一波长的第一光，所述第二激光器被配置成生成具有不同于所述第一波长的第二波长的第四光。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制单元包括数据存储设备，所述数据存储设备包括具有用于评估检测到的第一光和检测到的第三光的参考值的表。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述功能元件还包括保护层，所述保护层被配置成对于所述第二分析物是可渗透的并且对于特定其他分析物是不可渗透的。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述功能元件还包括被配置成过滤光的滤光层。8.一种用于测量测量介质中的第一分析物浓度和第二分析物浓度的方法，所述方法包括：提供根据权利要求1
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7所述的设备；将所述第一光从所述第一光源单元发射到所述样品室中；
使用所述第一检测器单元检测离开所述样品室的第一光；使用所述控制单元评估检测到的第一光以确定表示所述测量介质中的第一分析物浓度的第一值；将所述第二光从所述第二光源单元发射到所述功能元件上，使得所述发光体由所述第二光激励以发射所述第三光；使用所述第二检测器单元检测来自所述功能元件的第三光；使用所述控制单元评估检测到的第三光以确定表示所述测量介质中的第二分析物浓度的第二值。9.根据权利要求8所述的方法，其中，利用吸收光谱技术执行对所述第一光的检测。10.根据权利要求8或9所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔光学分析股份有限公司，
类型：发明
国别省市：