用于使用浸膠帶探測各種氣體的波長譜分析的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于使用浸膠帶探測各種氣體的波長譜分析的系統(tǒng)和方法。提供一種包括浸膠帶、可調(diào)顏色源、光電二極管和處理器的設(shè)備。所述可調(diào)顏色源朝所述浸膠帶發(fā)射第一輻射并在光譜中的多個不同目標(biāo)波長中的每一個下操作。所述光電二極管測量從所述浸膠帶反射的第二輻射，以及所述處理器分析來自于所述光電二極管的測量以從所述多個目標(biāo)波長中確定峰值波長。基于所述峰值波長，所述處理器確定在所述浸膠帶上色斑的顏色和暗度?；谒_定的色斑的顏色和暗度，所述處理器還確定所述浸膠帶所暴露于的氣體的類型和濃度。
【專利說明】用于使用浸膠帶探測各種氣體的波長譜分析的系統(tǒng)和方法
[0001 ] 本申請是國家申請?zhí)枮?01210076749.5、國際申請日為2012年2月9日、發(fā)明名稱為“用于使用浸膠帶探測各種氣體的波長譜分析的系統(tǒng)和方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明一般地涉及氣體探測。更特別地，本發(fā)明涉及使用可調(diào)顏色源和波長譜分析來探測多種類型的氣體。
【背景技術(shù)】
[0003]使用浸膠帶(treatedtape)測量氣體的氣體探測器在本領(lǐng)域是已知的。例如，使用浸膠帶的一些氣體探測器能夠測量開始與該帶相接觸的低濃度氣體。
[0004]在已知的氣體探測器中，浸膠帶可以包括化學(xué)處理的紙，該化學(xué)處理的紙對目標(biāo)氣流起反應(yīng)，例如，該目標(biāo)氣流由氣體探測器內(nèi)部的樣品提取系統(tǒng)所輸送。浸膠帶能夠通過在目標(biāo)氣體與該帶相接觸的點改變顏色來對氣流起反應(yīng)。
[0005]不同類型的目標(biāo)氣體能夠在該帶上引起不同的色斑。相似地，目標(biāo)氣體的不同濃度能夠改變該帶上的色斑。例如，更高濃度的目標(biāo)氣體能夠產(chǎn)生更暗的斑點。
[0006]使用浸膠帶測量氣體濃度的已知氣體探測器結(jié)合了LED。該LED可具有校準(zhǔn)的強度且可以作為該定向到該帶上的光源。來自該帶和其上任何斑點的光反射可以被光電二極管測量。因而，該斑點的暗度可以被測量，并且該目標(biāo)氣體的濃度可以被確定。
[0007]使用浸膠帶的一些已知氣體探測器僅采用單波長LED。單波長LED氣體探測器對由特定類型氣體引起的單個斑點顏色具有高靈敏度。也就是說，單波長LED氣體探測器對探測單個類型的氣體是高度敏感的，因為該LED的波長針對由該特定類型氣體引起的特定帶顏色而被校準(zhǔn)。然而，這些單波長LED氣體探測器對由其他類型氣體引起的斑點顏色有減少的和/或最低的靈敏度。因而，單波長LED氣體探測器對探測多類型氣體具有差的靈敏度。
[0008]因此，對于探測多類型氣體的氣體探測器具有持續(xù)的、正在進行的需求。優(yōu)選地，這些氣體探測器使用可調(diào)顏色源和波長譜分析。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的框圖。
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]雖然本發(fā)明容許有以許多不同形式的實施例，但其在附圖中示出并將在此詳細描述的特定實施例理解為本公開被認(rèn)為是本發(fā)明原理的范例。并非意在將本發(fā)明限制于特定說明的實施例。
[0012]本發(fā)明的實施例包括使用可調(diào)顏色源和波長譜分析來探測多種類型氣體的氣體探測器。在本發(fā)明的實施例中，可調(diào)顏色源的波長和強度被調(diào)節(jié)，以及來自于該可調(diào)顏色源的光被定向到浸膠帶上。光電二極管可測量來自于該浸膠帶的反射，以及微處理器可分析來自于該光電二極管的結(jié)果以確定所暴露于該帶的氣體的類型和濃度。
[0013]例如，根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)顏色源可以包括RGB(紅色-綠色-藍色)LED。根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)顏色源也可以包括單獨的紅色LED，綠色LED，和藍色LED。
[0014]可調(diào)顏色源能夠由微處理器所控制使得來自于該源的凈輸出輻射被調(diào)節(jié)到目標(biāo)波長。例如，在該源中的紅色、綠色和藍色元件中的每一個的強度可被調(diào)節(jié)以在目標(biāo)波長下達到凈輸出輻射。在本發(fā)明的實施例中，微處理器能夠控制該源單獨地或同時地在光譜中的多個目標(biāo)波長中的每一個下輸出輻射。
[0015]在本發(fā)明的實施例中，該源輸出的波長可沿光譜被調(diào)節(jié)到目標(biāo)波長，該光譜例如是可見輻射光譜。在一些實施例中，微處理器可調(diào)節(jié)可調(diào)顏色源的波長從大約450nm到大約650nm。在該源輸出的波長已經(jīng)沿所期望的顏色光譜被調(diào)節(jié)到每個目標(biāo)波長之后，該源完成顏色掃描。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，來自可調(diào)顏色源的輻射可作為光源并且被定向到浸膠帶上。光電二極管能夠測量來自該帶及其上任何斑點的反射輻射。在一些實施例中，光電二極管能夠測量反射福射的波長和強度。
[0017]當(dāng)該源的波長沿光譜被調(diào)節(jié)時，光電二極管可測量反射輻射。從而，該光電二極管可獲得與沿光譜的多個源輸出波長相對應(yīng)的測量。
[0018]當(dāng)微處理器接收來自光電二極管的測量時，微處理器可執(zhí)行光譜掃描分析以確定在該帶上的斑點的顏色以及該色斑的暗度?；谶@個確定，該微處理器可確定浸膠帶所暴露于的氣體的類型。在一些實施例中，微處理器還可確定該帶所暴露于的氣體的濃度。據(jù)此，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可在不損失對任一種特定類型氣體的靈敏度的情況下探測不同類型氣體的存在。
[0019]為了確定浸膠帶所暴露于的氣體的類型，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可確定光譜中的哪個源波長對于該帶和其上的任何色斑具有最高的靈敏度。在一些實施例中，該帶所暴露于的氣體的濃度也可通過確定哪個光源波長具有最高靈敏度來被確定。
[0020]為了確定具有最高靈敏度的源波長，依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可對來自該光電二極管的測量執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。例如，在本發(fā)明的一些實施例中，系統(tǒng)和方法可對來自光電二極管的測量在頻域中執(zhí)行快速傅里葉變換(FFT)。該FFT的結(jié)果能夠指示對于由氣體暴露所引起的色斑具有最高響應(yīng)的源波長。
[0021]—旦具有最高靈敏度的波長被確定，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可識別在浸膠帶上的斑點的相應(yīng)的顏色和暗度。然后，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可確定該帶所暴露于的氣體的類型和濃度。例如，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可訪問交叉參照表，以基于所識別的波長來識別斑點的相關(guān)顏色和暗度以及引起該斑點的氣體的相關(guān)類型和濃度。
[0022]在可調(diào)顏色源包括RGB LED的實施例中，該RGB LED輸出的波長輸出可通過控制紅色、綠色和藍色元件中的每一個的波長來被調(diào)節(jié)。例如，可調(diào)節(jié)經(jīng)過紅色、綠色、和藍色連接點中的每一個的電流以改變每個元件的強度。當(dāng)三個連接點的波長擴散時，該RGB LED的凈輸出可被改變。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可驗證可調(diào)顏色源的實際輸出與該源的目標(biāo)輸出相一致。也就是說，系統(tǒng)和方法可驗證由該源所發(fā)射的輻射的實際波長和強度與目標(biāo)波長和強度輸出相一致。例如，在一些實施例中，可使用存儲在微處理器中的光學(xué)參數(shù)來將目標(biāo)波長輸出與在LED處的驅(qū)動電流相比較。在一些實施例中，顏色傳感器可測量該源的實際紅色、綠色和藍色的光學(xué)輸出，并且系統(tǒng)和方法可計算該源的混合波長和強度。
[0024]在一些實施例中，該源的實際輸出可通過測量紅色、綠色和藍色元件的每一個的電流和電壓降來被驗證。然后，從該源實際發(fā)射的輻射可被測量，并且實際的源輸出的波長和強度可被測量。
[0025]當(dāng)實際輸出與目標(biāo)輸出不一致時，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可調(diào)節(jié)紅色、綠色和藍色元件中的每一個的強度。例如，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可使任何該紅色、綠色或藍色元件的輸出變暗以使該源的輸出變暗。
[0026]在一些實施例中，該源的光學(xué)性能的公差可被降低。例如，在該源處的溫度可被測量，并且光學(xué)輸出上的溫度漂移可由微處理器來補償。
[0027]在一些實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可使用白色源來代替可調(diào)顏色源。在這些實施例中，系統(tǒng)和方法可采用可調(diào)顏色探測，該可調(diào)顏色探測使用例如顏色過濾器或者照相機。
[0028]圖1是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)100的框圖。如圖1中可見，系統(tǒng)100可包括微處理器110、可調(diào)顏色源120、顏色傳感器130、浸膠帶140和光電二極管150。在本發(fā)明的一些實施例中，可調(diào)顏色源120可包括RGB LED。在本發(fā)明的一些實施例中，微處理器110、可調(diào)顏色源120、顏色傳感器130、浸膠帶140和光電二極管150中的任意或一些可被收納在外殼160中。
[0029]將被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的，微處理器110可包括存儲在非瞬時計算機可讀介質(zhì)上的可執(zhí)行控制軟件112。微處理器110也可包括存儲器114。在一些實施例中，存儲器114可以是內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，以及在一些實施例中，存儲器114可以是可被微處理110訪問的外部數(shù)據(jù)庫。
[0030]微處理器110可控制可調(diào)顏色源120以沿光譜來調(diào)節(jié)源120的波長。也就是說，微處理110可調(diào)節(jié)源120使得該源在光譜中的多個目標(biāo)波長下輸出輻射。在一些實施例中，微處理器110可在可見光譜內(nèi)調(diào)節(jié)源120的波長。在一些實施例中，微處理器110可以順序地或同時地在不同波長下輸出福射。
[0031]顏色傳感器130可接收和測量由源120所發(fā)射的輻射。然后，顏色傳感器130可向微處理器110傳送與所接收的輻射有關(guān)的測量，并且微處理器可確定由源120所實際輸出的輻射的波長是否與該源的目標(biāo)波長相一致。當(dāng)該目標(biāo)波長和實際輸出波長不一致時，微處理器可調(diào)節(jié)源120直到達到一致。
[0032]浸膠帶140可暴露于氣體。例如，浸膠帶140可暴露于環(huán)境空氣，或者浸膠帶可暴露于由提取系統(tǒng)所輸送的氣流中。要理解的是，帶140暴露于空氣和氣體的方法不是對本發(fā)明的限制。
[0033]當(dāng)浸膠帶140暴露于空氣時，空氣中的氣體可引起帶140上的斑點。不同的氣體可引起不同的色斑，并且不同的氣體濃度可引起不同的斑點暗度級別。
[0034]有該源所發(fā)射的輻射可被定向到浸膠帶140上，并且由帶140所反射的輻射可由光電二極管150所測量。由帶140上的任何色斑所反射的輻射也可由光電二極管150所測量。因此，光電二極管150可測量由帶140所反射的任何輻射并且可探測在帶140上的任何色斑而不管斑點的顏色或暗度。
[0035]由光電二極管150所獲得的測量可被傳送到微處理器110，并且微處理器110可分析這些測量以確定帶140所暴露于的氣體的類型和濃度。
[0036]圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法200的流程圖。在本發(fā)明的實施例中，微處理器可執(zhí)行方法200，該微處理器例如是如圖1中所示的微處理器110。
[0037]方法200如在210中可確定顏色掃描是否已經(jīng)完成。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)源在光譜之內(nèi)的每個目標(biāo)波長下已經(jīng)輸出輻射時，顏色掃描完成。
[0038]如在215中，如果顏色掃描尚未完成，則可選擇下一個目標(biāo)顏色波長和強度。然后，如在220中，可調(diào)節(jié)R/G/B(紅色/綠色/藍色)元件強度以調(diào)節(jié)該源的輸出波長到目標(biāo)波長和強度。在這些調(diào)節(jié)之后，如在225中，可測量R/G/B元件的電流和電壓。如在230中，可捕獲R/G/B光強度，以及如在235中，可計算實際的顏色波長和強度。
[0039]方法200如在240中可確定輸出顏色是否與目標(biāo)顏色相一致。如果不一致，則如在220中，該方法可再次調(diào)節(jié)該R/G/B元件的強度，如在225中，測量該R/G/B元件的電流和電壓，如在230中，捕獲該R/G/B光強度，以及如在235中，計算實際的顏色波長和強度。
[0040]當(dāng)如在240中所確定的，輸出顏色與目標(biāo)顏色相一致時，如在245中，可測量來自于光電二極管的輸出。然后，如在210中，方法200可再次確定顏色掃描是否完成。
[0041]當(dāng)如在210中所確定的，顏色掃描完成時，方法200如在250中可執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。如在255中，可確定最敏感的波長，以及如在260中，可確定在浸膠帶上的斑點顏色。最后，如在265中，可確定氣體的種類和氣體濃度。
[0042]盡管上述已詳細描述了一些實施例，但其他的修改是可能的。例如，為了實現(xiàn)期望的結(jié)果，在圖中所描繪的邏輯流程不需要所示出的特定順序，或連續(xù)的順序?？商峁┢渌牟襟E，或者可從所描述的流程消除某些步驟，并且可以對所描述的系統(tǒng)增加其他的部件或從所描述的系統(tǒng)中去除組件。其他的實施例可以在之后的權(quán)利要求的的范圍內(nèi)。
[0043]從前述將看到，可在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下實現(xiàn)許多變化和修改。要理解的是，意在或應(yīng)當(dāng)推斷沒有相對于在此說明的特定系統(tǒng)或方法的限制。當(dāng)然地，意在由所附權(quán)利要求覆蓋所有落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的這種修改。
【主權(quán)項】
1.一種方法，包括: 在光譜中的多個不同目標(biāo)波長中的每一個下朝目標(biāo)帶發(fā)射第一輻射； 測量從所述目標(biāo)帶反射的第二輻射；以及 分析所測量的第二輻射以從所述多個目標(biāo)波長中確定峰值波長，以及 基于所述峰值波長，確定在所述目標(biāo)帶上的色斑的顏色和暗度。2.權(quán)利要求1的方法，其中分析所測量的第二輻射包括對所測量的第二輻射執(zhí)行快速傅立葉變換。3.權(quán)利要求1的方法，還包括基于所確定的顏色和所確定的暗度來確定所述目標(biāo)帶所暴露于的氣體的類型和濃度。4.權(quán)利要求1的方法，還包括調(diào)節(jié)第一輻射的源以使發(fā)射的輻射與目標(biāo)輻射相一致。5.權(quán)利要求1的方法，其中所述目標(biāo)帶包括化學(xué)處理的紙。6.權(quán)利要求1的方法，其中可調(diào)顏色源發(fā)射第一輻射，其中所述可調(diào)顏色源包括RGBLED。7.權(quán)利要求1的方法，其中可調(diào)顏色源發(fā)射第一輻射，其中所述可調(diào)顏色源包括紅色LED、綠色LED和藍色LED。8.權(quán)利要求1的方法，其中可調(diào)顏色源發(fā)射第一輻射，其中所述可調(diào)顏色源包括白色源。9.權(quán)利要求1的方法，其中所述光譜包括可見輻射光譜。10.權(quán)利要求1的方法，其中測量第二輻射包括測量所述第二輻射的峰值波長和強度。
【文檔編號】G01N21/31GK105928895SQ201610579762
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2012年2月9日
【發(fā)明人】P.金
【申請人】霍尼韋爾國際公司