用于檢測和追蹤氣體中吸收線的中心頻率的鎖定系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種檢測氣體吸收線的方法包括交替地傳輸和掃描(402)通過吸收單元(102)的兩個(gè)射頻(RF)信號，其中兩個(gè)RF信號在分開某一范圍的不同頻率下被傳輸并且在頻譜的微波和毫米波區(qū)域中的某一頻率跨度上被掃描。通過接收器接收(404)RF信號，并且針對由掃頻跨度中的氣體的吸收線導(dǎo)致的氣體的相對吸收，通過閉環(huán)系統(tǒng)對接收到的信號進(jìn)行分析(406)。當(dāng)兩個(gè)RF信號跨越氣體吸收線并且兩個(gè)RF信號的相對吸收相等時(shí)，檢測(408)氣體的吸收線。
【專利說明】用于檢測和追蹤氣體中吸收線的中心頻率的鎖定系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0001]光譜學(xué)和光譜儀可以被用作多種測量和參考工具。它們可以將一系列測量技術(shù)用于幾乎任何形式的物質(zhì)。測量技術(shù)可以取決于感興趣的材料，所述感興趣的材料可以規(guī)定可能最適合用于測量的頻率/波長。舉例來說，光譜儀可以適用于測量發(fā)射或吸收光譜。此夕卜，吸收光譜儀可以具體地尋找材料的特征吸收線。吸收線可以用于從已知光譜類別中識別未知物質(zhì)，或者其可以用于檢測樣本中已知物質(zhì)的量。通常，光譜學(xué)原理可以用于多種測量或用于基于頻率或波長來限定參照物。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本文描述一種用于檢測和追蹤吸收線的中心頻率的方法、裝置和系統(tǒng)。一個(gè)實(shí)施例是一種方法，其包括交替地傳輸和掃描通過吸收單元的兩個(gè)射頻(RF)信號，其中兩個(gè)RF信號在分開一定范圍的不同頻率處被傳輸并且在頻譜的微波和毫米波區(qū)域中的某一頻率跨度上被掃描。通過接收器接收RF信號，并且針對由掃頻跨度中的氣體的吸收線導(dǎo)致的氣體的相對吸收，通過閉環(huán)系統(tǒng)對所接收的信號進(jìn)行分析。當(dāng)兩個(gè)RF信號跨越氣體吸收線并且兩個(gè)RF信號的相對吸收相等時(shí)，檢測氣體的吸收線。
[0003]另一實(shí)施例包括一種用于檢測氣體的吸收線的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括處理器、耦合到處理器的信號發(fā)生器、耦合到被配置為產(chǎn)生兩個(gè)射頻(RF)信號的信號發(fā)生器的發(fā)射器。每個(gè)RF信號在不同頻率處產(chǎn)生并且被設(shè)定的頻率范圍分離。兩個(gè)RF信號被交替地傳輸并且在頻譜的微波和毫米波區(qū)域中的某一頻率跨度上被掃描，以檢測氣體的吸收線。接收器耦合到處理器上，并且吸收單元填充有處于一定壓力下的氣體，其中發(fā)射器傳輸兩個(gè)RF信號通過吸收單元，并且兩個(gè)RF信號由接收器檢測到。而且，檢測器模塊用于比較兩個(gè)接收到的RF信號的振幅并且用于基于兩個(gè)RF信號之間的振幅差確定何時(shí)檢測到氣體的吸收線。
[0004]又一實(shí)施例是一種氣體吸收線檢測和追蹤裝置，所述裝置包括:填充有氣體的吸收單元；用于傳輸RF信號通過吸收單元的發(fā)射器；用于接收RF信號的接收器；以及耦合到發(fā)射器和接收器上的控制模塊，其用于利用在光譜的微波和毫米波頻率區(qū)域中操作的頻移鍵控(FSK)檢測方案來檢測氣體的吸收線。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]為了對本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，現(xiàn)將參考附圖，其中:
[0006]圖1示出根據(jù)本文中描述的各實(shí)施例的光譜儀的框圖，所述光譜儀可以用于氣體吸收線的檢測和追蹤；
[0007]圖2A是包括用于測量光譜200的兩個(gè)色調(diào)的透射光譜200的代表性曲線；
[0008]圖2B是由檢測器從兩個(gè)接收到的FSK色調(diào)中接收的方波212的代表性曲線，所述FSK色調(diào)已由氣體的透射光譜進(jìn)行調(diào)制；
[0009]圖2C是在非常接近氣體的吸收線的多個(gè)頻率下的鎖定振幅的代表性偏移曲線
220 ；
[0010]圖3示出根據(jù)本文中描述的各示例的由光譜儀100實(shí)施的閉環(huán)控制功能300的框圖；以及
[0011]圖4示出根據(jù)本文中描述的各實(shí)施例的用于實(shí)施氣體吸收線的檢測和追蹤的方法400的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]標(biāo)號和術(shù)語
[0013]特定的術(shù)語在整個(gè)以下描述和權(quán)利要求書中被用來指代特定的系統(tǒng)組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，各公司可以利用不同的名稱來指代同一組件。此文檔并不意欲區(qū)分名稱不同而非功能上不同的組件。在以下論述中并且在權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”以及“包含”以一種開放方式使用，并且因此應(yīng)解釋為意指“包括但不限于...”。并且，術(shù)語“耦合”意圖表示間接或直接的電氣連接。因此，如果第一裝置耦合到第二裝置，那么該連接可能通過直接或間接連接。
[0014]具體描述
[0015]以下論述針對本發(fā)明的各實(shí)施例。雖然這些實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)可能是優(yōu)選的，但是不應(yīng)將所公開的實(shí)施例解釋為或用于限制本發(fā)明的范圍(包括權(quán)利要求書)。此夕卜，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解以下描述具有廣泛的應(yīng)用，并且任何實(shí)施例的論述僅意味著該實(shí)施例的示例性論述，而并非意圖暗示將本發(fā)明的范圍(包括權(quán)利要求書)限制于該實(shí)施例。
[0016]取決于所測量的材料以及感興趣的特征，常規(guī)光譜儀利用一系列廣泛的探測和測量技術(shù)。本文中所使用的“探測”可以表示照射到所測量材料上或被傳輸穿過所測量材料的輻射信號。所測量材料與探測信號的交互作用可以產(chǎn)生所測量的光譜。因此，光譜儀可以被設(shè)計(jì)為檢測和測量反射、透射或激發(fā)(僅舉幾個(gè)例子)。另外，單一材料可以具有在不同頻率范圍內(nèi)的不同頻率下激發(fā)和觀察到的不同機(jī)制。例如，氣體可以顯示由于在一個(gè)頻率范圍內(nèi)的氣體的振動(dòng)態(tài)的激發(fā)而產(chǎn)生的吸收，并且隨后顯示在不同頻率范圍內(nèi)的與旋轉(zhuǎn)激發(fā)相關(guān)聯(lián)的吸收。氣體分子內(nèi)的電子激發(fā)可以在第三頻率范圍內(nèi)發(fā)生。簡言之，取決于期望研究和測量的材料的哪個(gè)方面，可以使用不同的激發(fā)和測量機(jī)制。
[0017]光譜學(xué)利用輻射能量來探測所測量的材料。舉例來說，為了測量空氣的吸收光譜，處于不同頻率的采用射頻(RF)信號形式的電磁(EM)輻射可以被傳輸通過氣體單元中的空氣樣本。在RF信號離開單元之后，可以對所傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行檢測和測量。所得的光譜可以針對所傳輸或測量的頻率顯示空氣的不同吸收/透射特征。此外，RF信號可以在透射之前被調(diào)制以協(xié)助RF信號的檢測。調(diào)制方案可以包括振幅調(diào)制(AM)、頻率調(diào)制(FM)以及頻移鍵控(FSK)(僅舉幾個(gè)例子)。如上所述，調(diào)制方案可以幫助檢測在那些頻率下從噪音或任何背景輻射中檢測出信號。
[0018]在吸收光譜學(xué)的情況下，所測量的信號可以示出與傳輸信號相比減小的振幅，其中振幅減小量表示在該頻率下的氣體的吸收量。因此，在一系列頻率上的吸收光譜可以示出在該系列內(nèi)的多種頻率下的不同吸收特征，所述吸收特征與旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)激發(fā)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)或者換言之與材料的吸收線相關(guān)聯(lián)。由于吸收線與材料的物理激發(fā)相關(guān)聯(lián)，因此該激發(fā)的中心頻率應(yīng)保持大致恒定，其中僅由于壓力和溫度變化而導(dǎo)致較小的偏移。
[0019]然而，吸收線的形狀可能由于樣本的環(huán)境條件而發(fā)生改變。理想的吸收線將是δ函數(shù)，但事實(shí)上，吸收線具有覆蓋小頻率范圍的寬度。該范圍的寬度或吸收線的寬度可以歸因于環(huán)境因素，例如溫度或壓力。吸收線的寬度可以表明樣本的多余能量。在高壓下，吸收線可以是非常寬的并且難以從剩余的測量光譜中辨別出。在極低壓力下，單元中可能不具有足夠的氣體來允許可靠的測量。因此，優(yōu)選的壓力范圍可以給出可靠且可重復(fù)的測量。溫度變化可以賦予樣本相同的效果。
[0020]測量的可靠性和重復(fù)性也可以通過由光譜儀使用的調(diào)制方案來實(shí)現(xiàn)。由于檢測器被調(diào)諧到那些調(diào)制方案，因此使用FM、AM或FSK調(diào)制可以在檢測器處產(chǎn)生更加可檢測的信號。另外，使用兩個(gè)探測信號的FSK可以允許光譜儀更容易地鎖定和追蹤材料的吸收線，這是因?yàn)閮蓚€(gè)信號可以被定位在吸收線周圍并且反饋機(jī)制被用于在需要時(shí)改變兩個(gè)信號，以使得兩個(gè)信號相對于吸收線保持在相同位置。
[0021]本文中公開的是檢測和追蹤EM光譜的毫米波(mmwave)、微波和/或太赫茲(THz)區(qū)域中的氣體的吸收線的裝置、系統(tǒng)和方法。吸收的檢測和追蹤可以使用FSK調(diào)制方案和允許鎖定并追蹤吸收線的中心頻率的閉環(huán)控制模塊。閉環(huán)控制模塊可以使用由FSK調(diào)制方案產(chǎn)生的誤差信號作為模塊的控制函數(shù)中的因數(shù)。此外，F(xiàn)SK方案的兩個(gè)色調(diào)可以用于檢測和追蹤水的183.31GHz吸收線。
[0022]圖1示出根據(jù)本文中描述的各實(shí)施例的光譜儀100的框圖，所述光譜儀可以用于氣體吸收線的檢測和追蹤。光譜儀100可以包含吸收單元102 (吸收單元102在本文中也可以稱為單元102)、信號發(fā)生器104、閉環(huán)控制模塊106和檢測器模塊108。此外，光譜儀100還可以包含具有相關(guān)天線112的發(fā)射器110以及具有相關(guān)天線116的接收器114。發(fā)射器110和接收器114經(jīng)由它們相應(yīng)的天線112、116可以用于傳輸和接收EM光譜的毫米波、微波和/或THz區(qū)域中的EM輻射能量。因此，傳輸信號的頻率可以在從低千兆赫茲范圍到較高的太赫茲范圍中變化。
[0023]單元102可以填充有處于一定壓力下的氣體并且可以具有變化的長度。單元102中的氣體的壓力可以在0.0lmbar (毫巴)到1mbar的范圍內(nèi)變化。單元102的長度可以影響接收到的信號的信噪比，并且還可以影響光譜儀100用來檢測和鎖定氣體的吸收線所花費(fèi)的時(shí)間長度。吸收單元可以包括閥和泵(未示出)，以使得單元102內(nèi)的氣體可以被改變和/或單元102的壓力可以被調(diào)節(jié)到期望水平。單元102的溫度也可以是可調(diào)節(jié)的(未示出)。根據(jù)各實(shí)施例，單元102可以填充有處于約0.1mbar壓力下的空氣。
[0024]圖2A是包括兩個(gè)色調(diào)的吸收光譜200的代表性曲線，這兩個(gè)色調(diào)用于測量單元102中的氣體的光譜200。吸收光譜200顯示出吸收線202和兩個(gè)RF信號或色調(diào)Π204和f2206。吸收光譜200的X軸可以是頻率(Hz)、波長或波數(shù)的單位，并且y軸可以是表示信號強(qiáng)度的量值的單位且可以是伏特或相對透射率(百分?jǐn)?shù)、dB或無單位)。信號發(fā)生器104可以可替代地產(chǎn)生由設(shè)定的頻率范圍(例如小于IMHz)分離的兩個(gè)色調(diào)204和206?？商娲?，分離兩個(gè)色調(diào)204、206的范圍可以被設(shè)定成等于感興趣的吸收線的帶寬，或者等于圖2A中的點(diǎn)208和210處所示的吸收線的最大斜率點(diǎn)。設(shè)定分離兩個(gè)色調(diào)的范圍與吸收線在最大斜率點(diǎn)處(圖2A中的點(diǎn)208、210)相交可以有助于增大所測量信號中的信噪比并且可以允許更快地追蹤吸收線。兩個(gè)色調(diào)204、206可以在鎖定步驟中掃過一頻率跨度，同時(shí)保持分離所述兩個(gè)色調(diào)的范圍恒定。此外，產(chǎn)生兩個(gè)色調(diào)204、206的頻率可以在50%的工作周期之間交替，以使得每個(gè)色調(diào)被單獨(dú)地產(chǎn)生。由信號發(fā)生器104產(chǎn)生的兩個(gè)色調(diào)204、206可以通過發(fā)射器110/天線112的組合體傳輸?shù)絾卧?02中并且穿過單元102。
[0025]在所傳輸?shù)纳{(diào)204、206已穿過單元102之后，接收器114經(jīng)由天線116接收所傳輸?shù)纳{(diào)。接收器114將所接收的信號傳送到檢測器模塊108。檢測器模塊108可以在兩個(gè)接收到的色調(diào)之外產(chǎn)生方波。該方波可以表示單元102中的氣體對兩個(gè)色調(diào)的相對吸收。
[0026]圖2B是通過檢測器模塊108從兩個(gè)接收到的FSK色調(diào)產(chǎn)生的方波212的代表性曲線。方波212包含兩個(gè)信號級214和216，其中所述信號級表示接收到的信號以及偏移218的量值。方波212的X軸可以是時(shí)間的單位，并且y軸可以是量值、電壓或相對吸收的任意單位。信號級214可以對應(yīng)于接收到的信號208，而信號級216對應(yīng)于接收到的信號206，或者該對應(yīng)關(guān)系可以調(diào)換過來。由于兩個(gè)色調(diào)204、206經(jīng)受單元102中的氣體的不同吸收量，因此方波212可以由檢測器模塊108產(chǎn)生。當(dāng)兩個(gè)信號被吸收不同量時(shí)，在方波中產(chǎn)生偏移218。換言之，方波212并且更具體地說偏移218可以表示沿著頻率軸的兩個(gè)色調(diào)204、206與吸收線202的中心頻率的差值并且可以與該差值成比例?；蛘?，所述偏移表示分離兩個(gè)色調(diào)的范圍的中心點(diǎn)距離吸收線202的中心頻率多遠(yuǎn)。因此，當(dāng)方波212變成直線時(shí)，兩個(gè)色調(diào)204、206可以跨越吸收線202。換言之，當(dāng)偏移218變成零時(shí)，已發(fā)現(xiàn)吸收線202的中心頻率。
[0027]此外，由檢測器模塊108檢測到的接收信號可以提供關(guān)于在對兩個(gè)色調(diào)進(jìn)行掃描的頻率跨度范圍內(nèi)的氣體吸收特征的信息。此信息即與吸收線202周圍的頻率范圍相對應(yīng)的偏移可以由閉環(huán)控制模塊106使用，以鎖定和追蹤吸收線的中心頻率。偏移218即誤差信號可以用于驅(qū)動(dòng)積分器控制回路。檢測器模塊108可以產(chǎn)生針對有疑問的吸收線周圍的一系列頻率的偏移218值的表格。偏移218值的表格可以用于產(chǎn)生曲線,所述曲線可以由閉環(huán)控制模塊106使用，以進(jìn)一步限定積分器控制回路的額外參數(shù)。
[0028]盡管檢測器模塊108可以產(chǎn)生偏移218范圍信息，以協(xié)助限定某些反饋控制參數(shù)，但是偏移范圍信息的產(chǎn)生可能對光譜儀100的操作來說是不必要的并且出于說明的目的進(jìn)行論述。偏移218與頻差線性地成比例(并且當(dāng)吸收線頻率和兩個(gè)色調(diào)204、206的中心重合時(shí)，所述頻差理想上為零)的特性是誤差信號可能唯一所需的。再者，確定所產(chǎn)生曲線的斜率可以有助于決定最佳控制參數(shù)即斜率的倒數(shù)，以利用最小振鈴信號獲得最快的可能響應(yīng)，盡管這并非被嚴(yán)格要求。
[0029]圖2C是在氣體的吸收線周圍的多個(gè)頻率下的代表性偏移曲線220。偏移曲線220具有針對X軸的頻率(Hz)值和針對y軸的電壓值。當(dāng)兩個(gè)色調(diào)204、206相對于吸收線的中心頻率處于不同頻率下，但仍以不同程度跨越吸收線時(shí)，偏移曲線220的斜率222對應(yīng)于偏移218的變化。斜率222表示每頻率的伏特變化，并且可以由閉環(huán)控制模塊106使用，以協(xié)助檢測、鎖定以及追蹤吸收線202。
[0030]閉環(huán)控制模塊106可以使用誤差信號來驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器104，以在檢測到吸收線之后鎖定和追蹤感興趣的吸收線。在兩個(gè)色調(diào)204、206精確地跨越吸收線之后，誤差信號可以減小到零。然而，如果兩個(gè)色調(diào)204、206開始偏移到頻譜之上或之下，那么誤差信號可以正向地或負(fù)向地變化。誤差信號的變化可以使得閉環(huán)控制模塊調(diào)節(jié)由信號發(fā)生器104產(chǎn)生的兩個(gè)色調(diào)204、206的頻率。
[0031]閉環(huán)控制模塊106可以實(shí)施積分器控制回路，所述積分器控制回路包含誤差信號和誤差信號斜率的倒數(shù)(對比頻率偏移)作為控制回路傳遞函數(shù)中的因數(shù)。圖3示出根據(jù)本文中描述的各實(shí)例的由光譜儀100的閉環(huán)控制模塊106實(shí)施的閉環(huán)控制功能300的框圖?？刂乒δ?00可以包括加法器塊302、乘法器塊304以及第二乘法器塊306。加法器塊302產(chǎn)生兩個(gè)信號與f 之間的誤差量。該誤差量隨后乘以塊304中將頻率轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換因數(shù)。以電壓為單位的所得誤差量隨后乘以塊306，所述塊306驅(qū)動(dòng)閉環(huán)控制模塊106的響應(yīng)時(shí)間。
[0032]控制功能的輸入可以是所測量的吸收線的理想中心頻率(在圖3中表示為并且可以被閉環(huán)控制模塊106用作參考?？刂乒δ艿妮敵隹梢允俏站€的中心頻率的估計(jì)值(在圖3中表示為fit號發(fā)生器)并且可以用于驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器104。頻率fit號發(fā)生器可以是兩個(gè)色調(diào)204、206之間的中點(diǎn)頻率，這可以用于確定兩個(gè)色調(diào)中的每一個(gè)應(yīng)被驅(qū)動(dòng)的頻率。kl308可以是給出由檢測器模塊108產(chǎn)生的頻率偏移(Hz)的誤差響應(yīng)的斜率，并且k2310可以是kl308的倒數(shù)。通過將k2310選擇為kl308的倒數(shù)，閉環(huán)離散極點(diǎn)z312可以被驅(qū)動(dòng)至零，這樣可以產(chǎn)生用于由光譜儀100鎖定吸收線的最快響應(yīng)時(shí)間。
[0033]閉環(huán)控制模塊106隨后可以控制信號發(fā)生器104以連續(xù)地改變兩個(gè)色調(diào)被傳輸時(shí)所處的頻率，以使得吸收單元的中心頻率被追蹤。通過追蹤吸收線的中心頻率，光譜儀100可以以十億分之一的頻率精確度提供參考頻率。
[0034]圖1描繪了包含光譜儀100的若干分離元件。然而，應(yīng)當(dāng)了解多個(gè)元件可以被組合。舉例來說，信號發(fā)生器104、閉環(huán)控制模塊106以及檢測器模塊108可以組合成單個(gè)裝置例如檢測和控制模塊。可替代地，一些工件可以被實(shí)施為由計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號處理器執(zhí)行的軟件或者硬件與軟件的組合。
[0035]圖4示出根據(jù)本文中描述的各實(shí)施例的用于實(shí)施氣體吸收線的檢測和追蹤的方法400的流程圖。方法400開始于在塊402處交替地傳輸和掃描通過吸收單元的兩個(gè)RF信號。兩個(gè)RF信號在分開某一范圍的不同頻率下被傳輸并且在頻譜的微波和毫米波區(qū)域中的某一頻率跨度上被掃描。兩個(gè)色調(diào)的頻率可以以50%占空比/工作周期(duty cycle)傳輸，以使得一次僅傳輸兩個(gè)色調(diào)中的一個(gè)。兩個(gè)RF信號或色調(diào)類似于上文所述的兩個(gè)色調(diào)204、206并且可以由信號發(fā)生器104傳輸并且在所述頻率跨度上被掃描。
[0036]方法400的塊404包括通過接收器接收RF信號。兩個(gè)RF信號或色調(diào)可以由如上所述的接收器114/天線116的組合接收。接收器114隨后可以將接收到的信號傳送到檢測器模塊108，其中信號的分析可以通過檢測器模塊108來執(zhí)行。
[0037]方法400的塊406包括:針對由于氣體的吸收線在掃頻跨度中而導(dǎo)致的氣體的相對吸收，由閉環(huán)系統(tǒng)對接收到的信號進(jìn)行分析。該閉環(huán)系統(tǒng)可以是檢測器模塊108和閉環(huán)控制模塊106的組合?？商娲兀撻]環(huán)系統(tǒng)可以進(jìn)一步包含信號發(fā)生器104。接收到的信號的分析可以遵從由上述檢測器模塊106執(zhí)行的分析。兩個(gè)接收到的信號將被用于產(chǎn)生方波，所述方波將向閉環(huán)系統(tǒng)通知兩個(gè)色調(diào)與氣體的吸收線之間的相對頻率關(guān)系。方波級/水平(level)可以表示氣體對傳輸信號的相對吸收。方波可以經(jīng)由鎖定技術(shù)進(jìn)行檢測，以有助于改進(jìn)信噪比并且減少獲取時(shí)間。
[0038]方法400的塊408包括:當(dāng)兩個(gè)RF信號跨越氣體吸收線且兩個(gè)RF信號的相對吸收相等時(shí)，檢測氣體的吸收線。如上所述，當(dāng)兩個(gè)RF信號(即色調(diào))的相對吸收相等時(shí)，檢測氣體吸收線且更確切地說，檢測吸收線的中心頻率。該相等類似于當(dāng)上述方波變成直線且偏移218變成零的情況。當(dāng)偏移218變成零時(shí)，兩個(gè)色調(diào)可以準(zhǔn)確地跨越吸收線的中心頻率。
[0039]另外，方法400可以進(jìn)一步包含通過閉環(huán)系統(tǒng)追蹤氣體的吸收線。吸收的中心頻率可以被維持在分離兩個(gè)RF信號的頻率范圍的中部?？梢酝ㄟ^將偏移218用作閉環(huán)控制模塊106的誤差信號來實(shí)現(xiàn)追蹤。實(shí)施利用該誤差信號的閉環(huán)控制可以使得能夠使用單元102中的氣體對兩個(gè)RF信號的相對吸收來對吸收線進(jìn)行追蹤。
[0040]方法400所描述的順序并不決定該方法可以被如何實(shí)施。方法400的步驟能夠以與呈現(xiàn)的順序不同的順序執(zhí)行，或者步驟可以組合起來并且同時(shí)執(zhí)行?？商娲兀椒?00的步驟中的一些(如果不是全部)可以并行地執(zhí)行。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，執(zhí)行所述方法的變體也會產(chǎn)生期望的結(jié)果。
[0041]上述討論旨在圖示說明本發(fā)明的原理和各種實(shí)施例。一旦完全理解了上述公開內(nèi)容，則許多變體和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見。希望將隨附的權(quán)利要求解釋為涵蓋所有此類變體和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測氣體吸收線的方法，其包含: 交替地傳輸和掃描(402)通過吸收單元(102)的兩個(gè)射頻信號即RF信號，其中所述兩個(gè)RF信號在分開一范圍的不同頻率下被傳輸并且在頻譜的微波和毫米波區(qū)域中的一頻率跨度上被掃描； 通過接收器接收(404)所述RF信號； 針對由掃頻跨度中的所述氣體的吸收線導(dǎo)致的氣體的相對吸收，通過閉環(huán)系統(tǒng)(106)對所接收的信號進(jìn)行分析(406);以及 當(dāng)所述兩個(gè)RF信號跨越所述氣體吸收線并且所述兩個(gè)RF信號的所述相對吸收相等時(shí)，檢測(408)所述氣體的所述吸收線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含通過所述閉環(huán)系統(tǒng)追蹤所述氣體的所述吸收線，其中所述吸收線的中心頻率將被維持在分開所述兩個(gè)RF信號的范圍的中部，并且使用所述兩個(gè)RF信號之間的所述相對吸收對所述氣體吸收線進(jìn)行追蹤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含: 基于所述兩個(gè)RF信號之間的所述相對吸收產(chǎn)生偏移；以及 將所述偏移用作所述閉環(huán)系統(tǒng)中的誤差信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包含: 求偏移斜率的倒數(shù)；以及 將偏移斜率的倒數(shù)用作所述閉環(huán)系統(tǒng)中的另一因數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測所述吸收線包含將頻移鍵控用作檢測方案。
6.一種用于檢測氣體的吸收線的系統(tǒng)，其包含: 處理器； 耦合到所述處理器的信號發(fā)生器(104)； 耦合到所述信號發(fā)生器的發(fā)射器(110)，其被配置為產(chǎn)生兩個(gè)射頻信號即RF信號，每個(gè)信號處于不同頻率，其中所述兩個(gè)RF信號被設(shè)定的頻率范圍分開、被交替地傳輸并且在頻譜的微波和毫米波區(qū)域中的一頻率跨度上被掃描，以檢測所述氣體的吸收線； 耦合到所述處理器的接收器(114)； 填充有處于一定壓力下的氣體的吸收單元(102)，其中所述發(fā)射器傳輸所述兩個(gè)RF信號通過所述吸收單元并且所述兩個(gè)RF信號由所述接收器檢測；以及 檢測器模塊(108)，用于比較兩個(gè)接收到的RF信號的振幅并且基于所述兩個(gè)RF信號之間的振幅差確定何時(shí)檢測到氣體的吸收線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含: 閉環(huán)控制模塊(106)，用于通過將所述氣體對所述兩個(gè)RF信號的吸收之間的差異用作閉環(huán)控制算法中的因數(shù)來鎖定所述氣體吸收線的檢測。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述氣體對所述兩個(gè)RF信號的吸收之間的偏移斜率的倒數(shù)是所述閉環(huán)控制算法中的因數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述吸收單元填充有處于0.1mbar壓力下的空氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中水的183.31GHz吸收線是所述氣體的所述吸收線。
【文檔編號】G01N21/31GK104181115SQ201410221864
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】P·M·納多 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司