專利名稱：氣體濃度監(jiān)視器的制作方法
技術領域：
本公開一般地涉及氣體濃度監(jiān)視技木。
背景技術：
除非另有聲明，這一部分中所述的方法相對于本申請的權利要求而言并非現(xiàn)有技木，并且并不因為包括在這一部分中而承認是現(xiàn)有技木。氣體檢測器、特別是能夠可靠地量化一種或多種氣體的氣體濃度的氣體檢測器在エ業(yè)、研究和其他設施中具有很多有用的應用。例如，任何易燃氣體(例如甲烷、氫氣等)具有與其相關聯(lián)的爆炸下限和爆炸上限，并且任何時間空氣中易燃氣體的濃度落在其爆炸上限和上限之間時，爆炸可能會隨著任何火花而發(fā)生。這種爆炸可能導致死亡、エ業(yè)設施的破壞、生產(chǎn)中斷以及諸如粉塵爆炸、礦井火災和礦井坍塌之類的次生災害。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本公開的ー個實施例，ー種氣體監(jiān)測設備包括光源；MEMS微鏡，設置在來自光源的已經(jīng)通過樣品的光的光路上，并且配置用于將選定波長的光導引到単一檢測點；檢測器，設置在所述單ー檢測點，并且配置用于將入射光轉(zhuǎn)換為電信號；以及處理器，所述處理器被編程為基于所述電信號確定樣品中的一種或多種氣體的氣體濃度。根據(jù)本公開的另一個實施例，一種確定氣體樣品中的氣體濃度的方法包括將光透射通過氣體樣品；將透射的光分離為多個波長；將透射通過所述氣體樣品的選定波長的光導引至単一檢測點；以及基于由所述單ー檢測點處對所述選定波長進行檢測而產(chǎn)生的信號來確定氣體濃度。根據(jù)本公開的另外一個實施例，一種用于保護避免特定氣體的高濃度的報警系統(tǒng)，包括氣體濃度監(jiān)測設備、處理器、和報警裝置。所述氣體濃度監(jiān)測設備包括=MEMS微鏡，所述MEMS微鏡將已經(jīng)透射通過用于監(jiān)測有害氣體的樣品的選定波長的光引導至單一檢測點；以及檢測器，設置在所述單ー檢測點，所述檢測器將入射光轉(zhuǎn)換為電信號。所述處理器基于所述電信號來確定樣品中的一種或多種氣體的氣體濃度，當特定氣體的氣體濃度超過閾值時產(chǎn)生警報。前述概述只是示例性的，并非意欲按照任意方式進行限制。除了上述的示例方面、實施例和特征之外，通過參考附圖和以下詳細描述，另外的方面、實施例和特征將變得清楚明白。


圖I示出了具有光路的氣體監(jiān)測設備的示例性實施例的示意圖；以及圖2是用于監(jiān)測氣體濃度的方法的示例性實施例的流程圖。
具體實施方式
參考附圖進行以下詳細描述，所述附圖形成了描述的一部分。在附圖中，除非上下文另有規(guī)定，類似的符號典型地表示類似的部件。在詳細描述、附圖和權利要求中描述的說明性實施例并非意味著限制。在不脫離這里所展現(xiàn)主題的精神和范圍的情況下，可以利用其他實施例或者可以進行其他變化。應該理解的是如這里一般性描述并且在附圖中說明的本公開的方面可以按照多種不同的結(jié)構進行排列、替代、組合和設計，這里明確地考慮了這些內(nèi)容并使其成為本公開的一部分。本公開涉及監(jiān)測氣體濃度的技術、方法和設備等。當光透射通過氣體樣品時或者當光入射到固體材料的薄盤上時，在材料中包含的分子選擇性地吸收特定的獨特頻帶或吸收線處的透射光。這些吸收線在光已經(jīng)透射通過材料之后得到的光的光譜中是明顯的。這樣得到的光譜在現(xiàn)有技術中公知為材料的“吸收譜”?；诂F(xiàn)有技術中已知的朗伯-比爾理論和化學計量學技術，可以針對具體的氣體或氣體混合物得出某些頻帶的吸收率和氣體濃度之間的關系，使得能夠?qū)崿F(xiàn)氣體樣品的定性和定量分析。由于分子的基本振動而導致的氣體分子的吸收譜通常位于中紅外頻帶， 即具有約400-4000(3!^1波長的光，雙倍化合物頻率的吸收譜位于近紅外頻帶，即具有約4000-14285cm^或者約2500_700nm波長的光。甲烷(天然氣的主要成分)具有在1650nm波長周圍的近紅外吸收峰。因此根據(jù)這里公開的實施例，針對甲烷可以在近紅外波長范圍中進行氣體濃度檢測。這里公開的實施例設想了能夠精確并可靠地確定氣體樣品中的一種或多種氣體的濃度的氣體監(jiān)測設備。所述氣體檢測設備包括光源、單一光傳感器、衍射光柵和微機電系統(tǒng)(MEMS)掃描微鏡(用作掃描光柵)。因為可以響應于控制信號精確地旋轉(zhuǎn)或定位MEMS掃描微鏡，可以將來自氣體樣品的吸收譜的光的每ー個所需波長選擇性地導引至光傳感器，從而利用單一光傳感器實現(xiàn)氣體樣品吸收譜的全光譜獲取。氣體樣品吸收譜的全光譜獲取與現(xiàn)有技術已知的任意化學計量技術相結(jié)合，允許利用單一光傳感器對氣體樣品中包含的一種或多種氣體的精確氣體監(jiān)測。圖I示出了具有光路150的氣體監(jiān)測設備100的示例性實施例的示意圖。如所示的，氣體監(jiān)測設備100包括光源101、MEMS掃描微鏡102、閃耀光柵109、單點檢測裝置103、準直光學元件104、聚焦光學元件105、處理器106、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器107和調(diào)節(jié)電路(conditioning circuit) 108,以上元件可以如圖所示地配置。光路150表示在氣體監(jiān)測設備100的操作期間來自光源101的光通過采樣區(qū)域120傳播至單點檢測裝置103的路徑。光源101可以是鹵素光源、LED光源或者提供用于透射通過位于或者包含在采樣區(qū)域120中的樣品氣體的光的寬帶光源的其他光源。可以基于由氣體樣品吸收譜中的吸收線占據(jù)的波長來選擇具體的光源。例如，對于含甲烷氣體樣品，其在近紅外波長范圍中具有吸收峰，可以將白熾燈泡或石英鹵素燈泡用作近紅外輻射的寬帶光源?？梢詳?shù)字地驅(qū)動MEMS掃描微鏡102 (基于MEMS的光學掃描微鏡)，并且將通過采樣區(qū)域120的光導引至閃耀光柵109。通過迅速地旋轉(zhuǎn)ー個或多個特定的角度，MEMS掃描微鏡102可以配置用于將通過采樣區(qū)域120的光重復地導引至閃耀光柵109的所需部分。適于用作氣體監(jiān)測設備100中的MEMS掃描微鏡102的基于MEMS的光學掃描微鏡是從位于日本東京的日本信號公司(Japanese SignalCompany)可得到的ESS IllA光學掃描微鏡。閃耀光柵109用作氣體監(jiān)測設備100的閃耀光柵。閃耀光柵109配置用于將準直入射光的波長元素空間地分離，并且配置用于在特定的波長產(chǎn)生最大效率。單點檢測裝置103將入射光轉(zhuǎn)換為電信號。在ー些實施例中，單點檢測裝置103是InGaAS單點檢測裝置。然而，諸如PbS基、Ge基或Si基器件之類的現(xiàn)有技術中已知的其他類似光檢測裝置可以用作單點檢測裝置103。準直光學元件104可以是鏡子、透鏡系統(tǒng)或者其他光學元件，配置用于將來自單色光源101的入射光準直，并且將準直的光導引至MEMS掃描微鏡102。聚焦光學兀件105可以是鏡子、透鏡系統(tǒng)或其他光學元件，配置用于將來自閃耀光柵109的光聚焦且導引至單點檢測裝置103。處理器106可以用于定位MEMS掃描微鏡102、適當?shù)乜刂茰乜仉娐?未示出)、執(zhí)行從A/D轉(zhuǎn)換器107的信號獲取、處理接收到的數(shù)據(jù)以及控制顯示界面(未示出)。在一些實施例中，處理器106可以是單芯片處理器，例如從位于德克薩斯州的奧斯丁的硅實驗室(Silicon Labs)可得到的C8051F單芯片微計算機。調(diào)節(jié)電路108對通過單點檢測裝置103產(chǎn)生的信號進行濾波和放大，以便進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器107對來自調(diào)節(jié)電路108的信號執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。在一個實施例中，氣體監(jiān)測設備100配置用于監(jiān)測甲烷氣體的濃度，是ー種可用于礦井中輔助防止爆炸的結(jié)構。在這ー實施例中，單點檢測裝置103在長波近紅外頻帶操作，以測量甲烷的吸收譜。此外，因為甲烷是易燃氣體，氣體監(jiān)測設備100可以根據(jù)現(xiàn)有技 術中已知的防爆要求進行配置，例如具有高強度外売。可以將合適的報警顯示器合并到氣體監(jiān)測設備100中，只要甲烷濃度接近或者超過預定安全閾值就激活所述警報顯示器。當氣體監(jiān)測裝置100操作時，將樣品氣體引入到采樣區(qū)域120，并且光源101將選定頻帶的光導引通過采樣區(qū)域120。通過準直光學元件104對源自點光源(即徑向發(fā)散光線的源)的光線151準直以形成準直的光束152。準直的光束152通過氣體樣品已知的距離，例如約10cm。采樣區(qū)域120的長度，即準直光束152通過樣品氣體傳播的距離，可以依賴于光強度和單點檢測裝置103的靈敏度而變化。準直光束152然后入射到MEMS掃描微鏡102上。當準直光束152通過氣體樣品時，在氣體樣品中包含的一種或多種氣體選擇性地吸收某些已知頻帶的光。因此，在離開采樣區(qū)域120時，準直光束152包括對于在氣體樣品中包含的氣體(或多種氣體)唯一的吸收譜(或者多個吸收譜)，準直光束152被導引至MEMS掃描微鏡102。在處理器106的控制下，MEMS掃描微鏡102旋轉(zhuǎn)ー個或多個角度以將準直光束152導引至閃耀光柵109的ー個或多個部分，其中閃耀光柵109的被照射的ー個或多個部分可以依賴于波長分量153的波長。閃耀光柵109經(jīng)由衍射將構成準直光束152的光的連續(xù)波長空間地分離。當在閃耀光柵109的表面上掃描準直光束152時，執(zhí)行入射光的全范圍逐點掃描，從而選擇性地將準直光束152的單一所需波長分量153導引至聚焦光學元件105。因此，當MEMS掃描微鏡102在閃耀光柵109的不同部分掃描準直光束152時，可以將準直光束152的不同波長分量153導引至聚焦光學兀件105。聚焦光學兀件105將入射光(即波長分量153)聚焦到單點檢測裝置103。單點檢測裝置103將入射光轉(zhuǎn)換為電信號，并且調(diào)節(jié)電路108對這些電信號進行濾波和放大，以便通過A/D轉(zhuǎn)換器107進行A/D轉(zhuǎn)換。由單點檢測裝置103產(chǎn)生的電信號可以是與進入單點檢測裝置103的光強度在幅度上成正比的模擬電信號。處理器106從A/D轉(zhuǎn)換器107接收數(shù)字信號，并且可以使用現(xiàn)有技術中已知的多種化學計量技術的任一種來處理接收到的數(shù)據(jù)(即數(shù)字信號)以確定由圖I的氣體濃度數(shù)據(jù)170表示的樣品氣體的氣體濃度。可以將由處理器106產(chǎn)生的氣體濃度數(shù)據(jù)170實時地顯示在顯示界面上和/或進行存儲，用于進一歩分析和長期過程監(jiān)測。此外，處理器106可以將樣品氣體的當前氣體濃度與氣體濃度安全閾值171進行比較，可以由用戶規(guī)定所述氣體濃度安全閾值。只要樣品氣體的當前氣體濃度超過了氣體濃度安全閾值171，處理器106可以引起向報警顯示器或音頻報警單元輸出報警信號172。由MEMS掃描微鏡102執(zhí)行的掃描過程使得能夠使用單一光檢測裝置(即單點檢測裝置103)，而不是通過使用檢測裝置的陣列來量化氣體樣品的吸收譜。這是因為MEMS掃描微鏡102與閃耀光柵109相結(jié)合可以執(zhí)行所需頻帶的全帶寬掃描，即可以旋轉(zhuǎn)MEMS掃描微鏡102以將光導引至閃耀光柵109的多個區(qū)域，使得可以通過單點檢測裝置103測量所覆蓋范圍中的各種波長的光。與依賴于多個光檢測器的固定陣列的分光光度計不同，可以選擇通過氣體監(jiān)測設備100測量的所需頻帯，以促進多種氣體和氣體混合物濃度的監(jiān)測。此外，掃描微鏡光柵技術(即MEMS掃描微鏡102)的使用確保了高的效率和性能。首先，MEMS制造エ藝的精度可以有效地消除掃描噪聲。其次，因為將來自處理器106的驅(qū)動信號直接施加至MEMS掃描微鏡102，驅(qū)動電路簡單且易于調(diào)節(jié)。
傳統(tǒng)的氣體監(jiān)測器主要基于電化學傳感器，由于傳感器精度和準確度的退化而具有有限的壽命。當這些傳感器用于監(jiān)測易燃氣體時(例如在煤礦中)，準確度隨時間的降低是嚴重的安全問題，并且當這些傳感器用于化學過程的長期監(jiān)測時，是ー個嚴重的過程控制問題。在現(xiàn)有技術中還已知其他氣體感測技術，但是其具有其他缺陷。例如，基于濾波器的近紅外分光鏡具有簡單的結(jié)構和較小的尺寸，并且相對易于制造。然而，這種儀器具有低準確度并且只具有監(jiān)測有限種類氣體的能力。基于傅里葉理論的儀器具有高精度、良好的重復性和可靠性，但是核心部件(干涉儀)較大、昂貴、并且對于振動超級敏感，使其在エ業(yè)設施中的使用成為問題。聲光可調(diào)設備在不包括移動部分的情況下具有高精度，但是頻率靈敏帶有限。檢測器陣列使用光柵(raster)作為格柵光柵(grating)，并且在不包括移動部件的情況下具有快速的響應，但是工作于長波近紅外頻帶的陣列檢測器非常昂貴和復雜。相反，如這里所述的本公開的各種實施例可以基于單一光傳感器和MEMS掃描微鏡。此外，利用MEMS掃描微鏡，確保了光路的可靠性，并且通過部件的小型化容易實現(xiàn)便攜性。本公開的各種實施例也能夠?qū)崿F(xiàn)高分析解析度，并且可以在幾秒鐘之內(nèi)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。這種實時監(jiān)測對于監(jiān)測易燃氣體、エ業(yè)排放和要求嚴格的制造エ藝是非常有益的。例如，在易燃氣體成分突然増加的情況下，根據(jù)本公開實施例配置的氣體監(jiān)測設備可以立即報警，并且可以進行測量以獲取用于挽救生命和財產(chǎn)的有價值的時間。圖2是用于監(jiān)測氣體濃度的方法200的示例性實施例的流程圖。為了便于描述，根據(jù)與圖I的氣體監(jiān)測設備100實質(zhì)上類似的氣體監(jiān)測設備的操作來描述方法200。然而，氣體監(jiān)測設備的其他結(jié)構也可以執(zhí)行方法200。方法200可以包括如功能塊201、202、203、204和/或205所示的ー個或多個操作、功能或動作。各種功能塊并非意欲局限于所述的實施例。例如，本領域普通技術人員應該理解的是，對于這里公開的處理和其他處理，可以按照不同的順序執(zhí)行在所述處理和方法中執(zhí)行的功能。另外，概述的步驟和操作只是作為示例提供，在不脫離所公開實施例的本質(zhì)的情況下，步驟和操作的一些可以是可選的、組合為更少的步驟或操作、或者擴展到附加的步驟和操作。在功能塊201中(照射氣體樣品)，通過光源101照射氣體樣品以產(chǎn)生通過所述氣體樣品的光的吸收譜。然后通過合適的光學元件，例如準直光學元件104，將所述光導引至MEMS掃描微鏡102。在功能塊202中(定位MEMS掃描鏡)，MEMS掃描微鏡102將已經(jīng)通過采樣區(qū)域120的光導引至閃耀光柵109。處理器106定位MEMS掃描微鏡102，以將入射光導引至閃耀光柵109的特定部分，使得可以在功能塊204中分析氣體樣品吸收譜的特定吸收線。在功能塊203中(分離吸收譜)，閃耀光柵109空間地分離入射光的波長分量。所產(chǎn)生的光的波長依賴于閃耀光柵109被照射的部分。因此，通過照射閃耀光柵109的特定部分可以產(chǎn)生所需的吸收線。在功能塊204中(測量吸收線)，通過單點監(jiān)測裝置103接收氣體樣品吸收譜的所需吸收線?？梢酝ㄟ^在路徑中的聚焦光學元件105將吸收線聚焦到單點檢測裝置103。單點檢測裝置103將接收的光能量轉(zhuǎn)換為電信號，處理器106接收所述電信號作為數(shù)字數(shù)據(jù)。如果要求氣體樣品吸收譜的附加吸收線以執(zhí)行氣體樣品的精確分析，針對每一條吸收線重復功能塊203。 在功能塊205中(確定氣體濃度)，處理器106使用現(xiàn)有技術中已知的多種化學計量方法來處理接收的數(shù)據(jù)，以確定氣體樣品中目標氣體的濃度。處理器106可以可選地將氣體樣品的當前氣體濃度與預定的氣體濃度安全閾值進行比較，以進一歩確定是否發(fā)生報警條件。然后，處理器106向顯示界面和/或數(shù)據(jù)存儲器輸出所述氣體濃度數(shù)據(jù)，并且如果可能，向合適的報警顯示器輸出報警條件。在系統(tǒng)方案的硬件和軟件實現(xiàn)方式之間存在ー些小差別；硬件或軟件的使用一般(但并非總是，因為在特定情況下硬件和軟件之間的選擇可能變得很重要)是ー種體現(xiàn)成本與效率之間權衡的設計選擇。可以各種手段(例如，硬件、軟件和/或固件)來實施這里所描述的過程和/或系統(tǒng)和/或其他技木，并且優(yōu)選的手段將隨著所述過程和/或系統(tǒng)和/或其他技術所應用的環(huán)境而改變。例如，如果實現(xiàn)方確定速度和準確性是最重要的，則實現(xiàn)方可以選擇主要為硬件和/或固件配置的手段；如果靈活性是最重要的，則實現(xiàn)方可以選擇主要是軟件的實施方式；或者，同樣也是可選地，實現(xiàn)方可以選擇硬件、軟件和/或固件的特定組合。以上的詳細描述通過使用方框圖、流程圖和/或示例，已經(jīng)闡述了設備和/或過程的眾多實施例。在這種方框圖、流程圖和/或示例包含一個或多個功能和/或操作的情況下，本領域技術人員應理解，這種方框圖、流程圖或示例中的每一功能和/或操作可以通過各種硬件、軟件、固件或?qū)嵸|(zhì)上它們的任意組合來單獨和/或共同實現(xiàn)。在一個實施例中，本公開所述主題的若干部分可以通過專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器(DSP)、或其他集成格式來實現(xiàn)。然而，本領域技術人員應認識到，這里所公開的實施例的ー些方面在整體上或部分地可以等同地實現(xiàn)在集成電路中，實現(xiàn)為在一臺或多臺計算機上運行的一個或多個計算機程序(例如，實現(xiàn)為在一個或多個計算機系統(tǒng)上運行的一個或多個程序)，實現(xiàn)為在一個或多個處理器上運行的一個或多個程序(例如，實現(xiàn)為在一個或多個微處理器上運行的一個或多個程序)，實現(xiàn)為固件，或者實質(zhì)上實現(xiàn)為上述方式的任意組合，并且本領域技術人員根據(jù)本公開，將具備設計電路和/或?qū)懭胲浖?或固件代碼的能力。此外，本領域技術人員將認識到，本公開所述主題的機制能夠作為多種形式的程序產(chǎn)品進行分發(fā)，并且無論實際用來執(zhí)行分發(fā)的信號承載介質(zhì)的具體類型如何，本公開所述主題的示例性實施例均適用。信號承載介質(zhì)的示例包括但不限干可記錄型介質(zhì)，如軟盤、硬盤驅(qū)動器、緊致盤(CD)、數(shù)字視頻盤(DVD)、數(shù)字磁帶、計算機存儲器等；以及傳輸型介質(zhì)，如數(shù)字和/或模擬通信介質(zhì)(例如，光纖光纜、波導、有線通信鏈路、無線通信鏈路
寸ノ o本領域技術人員應認識到，上文詳細描述了設備和/或過程，此后使用工程實踐來將所描述的設備和/或過程集成到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中是本領域的常用手段。也即，這里所述的設備和/或過程的至少一部分可以通過合理數(shù)量的試驗而被集成到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。本領域技術人員將認識到，典型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一般包括以下各項中的ー項或多項系統(tǒng)単元外殼；視頻顯示設備；存儲器，如易失性和非易失性存儲器；處理器，如微處理器和數(shù)字信號處理器；計算實體，如操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序、圖形用戶接ロ、以及應用程序；一個或多個交互設備，如觸摸板或屏幕；和/或控制系統(tǒng)，包括反饋環(huán)和控制電動機(例如，用于感測位置和/或速度的反饋；用于移動和/或調(diào)整分量和/或數(shù)量的控制電動機)。典型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以利用任意合適的商用部件(如數(shù)據(jù)計算/通信和/或網(wǎng)絡計算/通信系統(tǒng)中常用的部件)予以實現(xiàn)。 本公開所述的主題有時說明不同部件包含在不同的其他部件內(nèi)或者不同部件與不同的其他部件相連。應當理解，這樣描述的架構只是示例，事實上可以實現(xiàn)許多能夠?qū)崿F(xiàn)相同功能的其他架構。在概念上，有效地“關聯(lián)”用以實現(xiàn)相同功能的部件的任意設置，從而實現(xiàn)所需功能。因此，這里組合實現(xiàn)具體功能的任意兩個部件可以被視為彼此“關聯(lián)”從而實現(xiàn)所需功能，而無論架構或中間部件如何。同樣，任意兩個如此關聯(lián)的部件也可以看作是彼此“可操作地連接”或“可操作地耦合”以實現(xiàn)所需功能，且能夠如此關聯(lián)的任意兩個部件也可以被視為彼此“能可操作地耦合”以實現(xiàn)所需功能。能可操作地耦合的具體示例包括但不限于物理上可連接和/或物理上交互的部件，和/或無線交互和/或可無線交互的部件，和/或邏輯交互和/或可邏輯交互的部件。至于本文中任何關于多數(shù)和/或単數(shù)術語的使用，本領域技術人員可以從多數(shù)形式轉(zhuǎn)換為単數(shù)形式，和/或從單數(shù)形式轉(zhuǎn)換為多數(shù)形式，以適合具體環(huán)境和應用。為清楚起見，在此明確聲明単數(shù)形式/多數(shù)形式可互換。本領域技術人員應當理解，一般而言，所使用的術語，特別是所附權利要求中(例如，在所附權利要求的主體部分中)使用的術語，一般地應理解為“開放”術語(例如，術語“包括”應解釋為“包括但不限干”，術語“具有”應解釋為“至少具有”等)。本領域技術人員還應理解，如果意在所引入的權利要求中標明具體數(shù)目，則這種意圖將在該權利要求中明確指出，而在沒有這種明確標明的情況下，則不存在這種意圖。例如，為幫助理解，所附權利要求可能使用了引導短語“至少ー個”和“一個或多個”來引入權利要求中的特征。然而，這種短語的使用不應被解釋為暗示著由不定冠詞引入的權利要求特征將包含該特征的任意特定權利要求限制為僅包含一個該特征的發(fā)明，即便是該權利要求既包括引導短語“ー個或多個”或“至少ー個”又包括不定冠詞(例如，不定冠詞應當?shù)湫偷乇唤忉尀橐庵浮爸辽侃`個”或“ー個或多個”)；在使用定冠詞來引入權利要求中的特征時，同樣如此。另外，即使明確指出了所引入權利要求特征的具體數(shù)目，本領域技術人員應認識到，這種列舉應典型地解釋為意指至少是所列數(shù)目(例如，不存在其他修飾語的短語“兩個特征”典型地意指至少兩個該特征，或者兩個或更多該特征)。另外，在使用類似于“A、B和C等中至少ー個”這樣的表述的情況下，一般來說應該按照本領域技術人員通常理解該表述的含義來予以解釋(例如，“具有A、B和C中至少ー個的系統(tǒng)”應包括但不限于單獨具有A、単獨具有B、單獨具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系統(tǒng)等)。在使用類似于“A、B或C等中至少ー個”這樣的表述的情況下，一般來說應該按照本領域技術人員通常理解該表述的含義來予以解釋(例如，“具有A、B或C中至少ー個的系統(tǒng)”應包括但不限于單獨具有A、單獨具有B、單獨具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系統(tǒng)等)。本領域技術人員還應理解，實質(zhì)上任意表示兩個或更多可選項目的轉(zhuǎn)折連詞和/或短語，無論是在說明書、權利要求書還是附圖中，都應被理解為給出了包括這些項目之一、這些項目任一方、或兩個項目的可能性。例如，短語“A或B”應當被理解為包括“A”或“B”、或“A和B”的可能性。盡管已經(jīng)在此公開了多個方案和實施例，但是本領域技術人員應 當明白其他方案和實施例。這里所公開的多個方案和實施例是出于說明性的目的，而不是限制性的，本公開的真實范圍和精神由所附權利要求表征。
權利要求
1.一種氣體監(jiān)測設備，包括 光源； MEMS微鏡，設置在來自光源并已經(jīng)通過樣品的光的光路上，并且配置用于將選定波長的光導引到單一檢測點； 檢測器，設置在所述單一檢測點，并且配置用于將入射光轉(zhuǎn)換為電信號；以及 處理器，所述處理器被編程為基于所述電信號確定樣品中的一種或多種氣體的氣體濃度。
2.根據(jù)權利要求I所述的氣體監(jiān)測設備，其中所述處理器被編程為控制MEMS微鏡將來自光源并已經(jīng)通過樣品的光導引至閃耀光柵上的位置。
3.根據(jù)權利要求2所述的氣體監(jiān)測設備，其中所述光的所述選定波長與要被監(jiān)測的樣品中的一種或多種氣體的吸收譜相對應。
4.根據(jù)權利要求I所述的氣體監(jiān)測設備，其中所述檢測器是InGaAs單點檢測裝置。
5.根據(jù)權利要求I所述的氣體監(jiān)測設備，還包括準直光學元件，設置在光源和MEMS微鏡之間的光路中。
6.根據(jù)權利要求I所述的氣體監(jiān)測設備，還包括聚焦光學元件，設置在通過MEMS微鏡導引的所述選定波長的光的光路中，以將所導引的光聚焦到所述單一檢測點上。
7.根據(jù)權利要求I所述的氣體監(jiān)測設備，其中所述光源是寬帶光源。
8.一種確定氣體樣品中的氣體濃度的方法，包括 將光透射通過氣體樣品； 將透射光分離為多個波長； 將透射通過所述氣體樣品的選定波長的光導引單一檢測點；以及 基于由所述單一檢測點處對所述選定波長進行檢測而產(chǎn)生的信號來確定氣體濃度。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，還包括 在所述單一檢測點處對所述選定波長進行檢測，從而產(chǎn)生電信號； 其中基于所述電信號確定氣體濃度。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，還包括 選擇要監(jiān)測的透射光的波長； 其中所述導引包括控制MEMS微鏡以將每一個所述選定波長導引至所述單一檢測點。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述光的所述選定波長與氣體樣品的吸收譜相對應。
12.根據(jù)權利要求8所述的方法，還包括 在分離之前對所述透射光進行準直。
13.根據(jù)權利要求8所述的方法，還包括 將所述選定波長的透射光聚焦到所述單一檢測點。
14.根據(jù)權利要求8所述的方法，還包括 從寬帶光源產(chǎn)生所述光； 其中將從所述寬帶光源產(chǎn)生的所述光透射通過所述氣體樣品。
15.一種用于保護避免特定氣體的高濃度的報警系統(tǒng)，包括 氣體濃度監(jiān)測設備，所述氣體濃度監(jiān)測設備包括=MEMS微鏡，所述MEMS微鏡將已經(jīng)透射通過用于監(jiān)測有害氣體的樣品的選定波長的光引導至單一檢測點；以及檢測器，設置在所述單一檢測點，所述檢測器將入射光轉(zhuǎn)換為電信號； 處理器，所述處理器基于所述電信號來確定樣品中的一種或多種氣體的氣體濃度；以及， 警報，當特定氣體的氣體濃度超過閾值時產(chǎn)生所述警報。
16.根據(jù)權利要求15所述的報警系統(tǒng)，其中所述處理器控制MEMS微鏡，以經(jīng)由閃耀光柵將所述選定波長的光導引至所述單一檢測點。
17.根據(jù)權利要求16所述的報警系統(tǒng)，其中所述光的所述選定波長與要監(jiān)測的樣品中的一種或多種氣體的吸收譜相對應。
18.根據(jù)權利要求17所述的報警系統(tǒng)，其中被監(jiān)測的氣體是甲烷，并且所述光的所述選定波長與甲烷的吸收譜相對應。
19.根據(jù)權利要求15所述的報警系統(tǒng)，其中所述檢測器是InGaAs單點檢測裝置。
20.根據(jù)權利要求15所述的報警系統(tǒng)，其中所述警報是視覺警報或音頻警報。
全文摘要
一般性地描述了涉及用于監(jiān)測氣體濃度的方法和系統(tǒng)的技術。一種示例氣體監(jiān)測設備包括光源；MEMS微鏡，設置在來自光源的已經(jīng)通過樣品的光的光路上，并且配置用于將選定波長的光導引到單一檢測點；檢測器，設置在所述單一檢測點，并且配置用于將入射光轉(zhuǎn)換為電信號；以及處理器，所述處理器被編程為基于所述電信號確定樣品中的一種或多種氣體的氣體濃度。
文檔編號G01J3/40GK102770749SQ201080064557
公開日2012年11月7日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權日2010年6月9日
發(fā)明者李巖琪, 蘇雷龍, 錢峰 申請人:英派爾科技開發(fā)有限公司