光声传感器包括用于光声检测的传感器系统、至少一个噪声消除压力传感器、和与该噪声消除压力传感器有效连接以主动消除环境中的噪声对传感器系统的作用的控制系统。另一光声传感器包括测量腔、光能源、光声压力传感器、和至少一个震动消除传感器(例如传声器或加速度计)。另一光声传感器包括测量腔、光能源、和光声压力传感器。测量腔在除与光源光学连通的窗口与测量腔相交的地方之外的基本上整个内表面上具有连续弧形的内表面。
【技术实现步骤摘要】
光声气体传感器本申请是国际申请日为2007年11月I日、国际申请号为PCT/US2007/023078、中国申请号为200780041084. I、题为“光声气体传感器”的专利技术专利申请的分案申请。相关_请本申请要求2006年11月6日提交的美国临时专利申请No. 60/857, 042的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术介绍
本专利技术一般涉及气体传感器，更具体地涉及光声气体传感器。 提供以下信息以帮助读者理解以下公开的本专利技术和通常使用它的环境。在本文中使用的术语不g在被限制为任意特定的狭义解释，除非在此文档中清楚地阐述。在本文中所陈述的參考文献可便于理解本专利技术或本专利技术的背景。在本文中陈述的所有參考文献的公开内容通过引用結合。利用扩散气体传感器利用光声效应来检测感兴趣的气态物质的浓度水平是公知的。例如，美国专利No. 4，740，086公开了当光随着感兴趣的气态物质扩散进入光入射的感测室而机械激发和热激发感兴趣的气态物质时，利用扩散光声气体传感器来将调幅光源的光能转换成声能。因为由气体吸收的光辐射产生与位于感测室内的气体分子数量成比例的压力量值波动，所以会产生强度对应于室内气体的浓度水平的声波。这些声音/压カ波由诸如传声器之类的声波检测器检测。光声气体传感器可具有机械阀，这些机械阀在开启时使样气进入，然后关闭以捕集样气并阻挡外部噪声。阀门具有需要能量来操作和具有会磨损的活动部件从而导致使用寿命有限(通常O. 5至3年)的缺点。诸如在美国专利No. 4，740, 086中描述的气体扩散元件可用来同时允许气体扩散和衰减外部噪声。但衰减程度和气体扩散的速率是ー个折衷。较快的气体扩散速率通常伴随着外部噪声衰减的減少。因此，利用扩散元件(相对于阀门)的光声传感器更易受来自环境的通过扩散元件进入的外部噪声影响。扩散光声传感器的输出信号易受由来自诸如风之类的气压波动、震动、以及声学现象的外部源的干扰所产生的噪声影响。为了消除这些噪声，可引入使外部产生的压カ波衰减的某些手段，同时尝试使气体自由地扩散到感测室中以便检測。例如，通常将气体相对容易通过其扩散、又使外部压カ波动效果衰减的多孔构件放置在光声传感器的入口处。然而，必须使该衰减效应与相应的响应时间变长平衡。在该方面，引入ー个或多个声/压衰减元件来减小噪声通常会导致对变化的分析物浓度的响应的相应损失。美国仪表学会(ISA)的易燃气体检测器规范要求在最高达5米毎秒(m/s)的风速下具有小于12秒的相应响应时间(达满标值指示的60%)的气体浓度水平测量稳定性。美国专利No. 7，034，943公开了为用于扩散、非谐振的光声气体传感器(检测器)设计的声/压阻尼元件(SDE)。该SDE将外部的低频噪声减小至可接受的水平，同时允许声光检测器(传感器)保持对变化的气体浓度水平的适当响应时间。一般而言，美国专利No. 7，043，943的光声检测器包括第一腔，其具有用于在其中进行光声检测的传感器系统。第一腔通过开ロ与环境流体连通以使气体分析物能通过开ロ扩散到第一腔中。美国专利No. 7，043，943的光声检测器还包括与第一腔连接的第二腔(SDE腔)，以使压力容易地在第一腔和第二腔之间相等，而且使分析物气体从第一腔到第二腔的扩散被阻止(或相比于分析物气体从环境到第一腔的扩散被减缓)。通常，第二腔(例如300mL)显著大于第一腔(例如ImL)以加强外部压カ波动的衰減。第一腔可例如通过通道连接至第二腔，该通道的形状被设计成限制分析物气体通过它的扩散。该通道相比于到第一腔的开ロ可例如细长且具有小截面积。SDE的缺点包括所需的气体容积大(尤其对于爆炸性气体)、样气填充大SDE的时间、以及SDE的物理大小/体积。 美国专利No. 7，106, 445公开了ー种利用扩散的光声气体传感器，它具有感测腔和包含声压传感器的声压传感器腔，以使感测腔和声压传感器之间的流体连通限制分析物气体通过其的流动但不限制光声信号通过其的传输。美国专利No. 7，106，445的方法和装置提供了控制分析物气体在扩散光声气体传感器内的扩散以例如相比于具有大SDE的传感器改善该传感器的响应时间。美国专利No. 6, 006, 585公开了一种光声气体传感器，其包括传感器主体、光源、具有气体可滲透膜的測量室、测量传声器、以及光源与測量室之间的光学測量过滤器。该传感器还包括与測量室分离的參比室。该參比室与測量室在容积和形状上大致相同。參比室和測量室各自包括气体入口。參比室具有屏蔽要检测气体的光声信号的參比传声器。在该方面，參比室基本上没有具有要检测气体的吸收波长的经强度调制的光辐射。通过来自测量和參比传声器的信号相减获得指示气体浓度的測量信号。作为相减的結果，由震动或气压波动引起的干扰信号据称被消除(前者通过使用未接收来自要测量的气体的光声信号的參比传声器，而后者依靠与參比传声器空间分离的參比室)。參见列I行49到列2行7。如以上简略讨论地，光声传感器还可对它们工作环境中的震动能量敏感。例如，美国专利No. 4，818，882公开了使用两个相对的传声器来降低对震动的灵敏度。传声器的方向被转为相对并围绕测量室中所包含气体的重心对称地定位。两个相対的传声器的信号相加以减少震动对传感器输出的影响。来自空气和膜的震动信号的同时补偿需要一样的传声器。虽然光声传感器领域已实现了进步，但仍然斯望开发经改进的光声气体传感器、用于光声气体传感器的装置和制造光声气体传感器的方法。
技术实现思路
—般而言，本专利技术提供一种用于测量环境中的分析物气体的光声传感器。在ー个方面中，光声传感器包括用于光声检测的传感器系统、至少一个噪声消除压カ传感器、和与噪声消除压カ传感器有效连接以主动消除环境中的噪声对传感器系统的作用的控制系统。传感器系统通常包括測量腔、光能源、和光声压カ传感器。在数个优选实施例中，噪声消除压カ传感器是第一传声器，而光声压カ传感器是第二传声器。噪声消除压カ传感器(例如传声器)可与初始腔声学连通，该初始腔与測量腔连通。光声传感器还可包括測量腔与初始腔之间的阻挡件(barrier)。该阻挡件可包括阀门。測量腔与初始腔之间的阻挡件可替换地包括用于使压力波衰减同时允许分析物气体分子通过它扩散的第一扩散元件。光声传感器还可包括在初始腔和光声气体传感器的入口之间定位的第二扩散元件。第二扩散元件用于使压力波衰减同时允许分析物气体分子通过它扩散。第一扩散元件和第二扩散元件例如可以是烧结金属元件。光声传感器还可包括用来以与噪声消除压カ传感器的输出信号大致反相的信号驱动的扬声器。在数个实施例中，仅在光声传感器的工作频率附近的频率范围上驱动扬声器。初始腔的容积可以例如不大于測量腔的十倍。初始腔的容积还可不大于測量腔的五倍。在数个实施例中，初始腔的容积不大于测量腔。光声传感器还可包括不与测量腔或 环境声学连通的至少ー个震动消除传感器(例如，传声器或加速度计)。光声传声器和震动消除传感器可例如被安装在公共表面上。在另一方面中，本专利技术提供包括測量腔、光能源、光声传声器、和至少ー个震动消除传感器(例如传声器或加速度计)的光声传感器。该震动消除传感器不与测量腔或环境声学连通。在数个实施例中，光声传感器是第一传声器，而噪声消除传感器是第二传声器。光声传声器和震动本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·E·乌伯，
申请(专利权)人：矿井安全装置公司，
类型：发明
国别省市：
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