气体浓度监视器制造技术

一般性地描述了涉及用于监测气体浓度的方法和系统的技术。一种示例气体监测设备包括：光源；MEMS微镜，设置在来自光源的已经通过样品的光的光路上，并且配置用于将选定波长的光导引到单一检测点；检测器，设置在所述单一检测点，并且配置用于将入射光转换为电信号；以及处理器，所述处理器被编程为基于所述电信号确定样品中的一种或多种气体的气体浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般地涉及气体浓度监视技木。
技术介绍
除非另有声明，这一部分中所述的方法相对于本申请的权利要求而言并非现有技木，并且并不因为包括在这一部分中而承认是现有技木。气体检测器、特别是能够可靠地量化一种或多种气体的气体浓度的气体检测器在エ业、研究和其他设施中具有很多有用的应用。例如，任何易燃气体(例如甲烷、氢气等)具有与其相关联的爆炸下限和爆炸上限，并且任何时间空气中易燃气体的浓度落在其爆炸上限和上限之间时，爆炸可能会随着任何火花而发生。这种爆炸可能导致死亡、エ业设施的破坏、生产中断以及诸如粉尘爆炸、矿井火灾和矿井坍塌之类的次生灾害。
技术实现思路
根据本公开的ー个实施例，ー种气体监测设备包括光源；MEMS微镜，设置在来自光源的已经通过样品的光的光路上，并且配置用于将选定波长的光导引到単一检测点；检测器，设置在所述单ー检测点，并且配置用于将入射光转换为电信号；以及处理器，所述处理器被编程为基于所述电信号确定样品中的一种或多种气体的气体浓度。根据本公开的另一个实施例，一种确定气体样品中的气体浓度的方法包括将光透射通过气体样品；将透射的光分离为多个波长；将透射通过所述气体样品的选定波长的光导引至単一检测点；以及基于由所述单ー检测点处对所述选定波长进行检测而产生的信号来确定气体浓度。根据本公开的另外一个实施例，一种用于保护避免特定气体的高浓度的报警系统，包括气体浓度监测设备、处理器、和报警装置。所述气体浓度监测设备包括=MEMS微镜，所述MEMS微镜将已经透射通过用于监测有害气体的样品的选定波长的光引导至单一检测点；以及检测器，设置在所述单ー检测点，所述检测器将入射光转换为电信号。所述处理器基于所述电信号来确定样品中的一种或多种气体的气体浓度，当特定气体的气体浓度超过阈值时产生警报。前述概述只是示例性的，并非意欲按照任意方式进行限制。除了上述的示例方面、实施例和特征之外，通过參考附图和以下详细描述，另外的方面、实施例和特征将变得清楚明白。附图说明图I示出了具有光路的气体监测设备的示例性实施例的示意图；以及图2是用于监测气体浓度的方法的示例性实施例的流程图。具体实施方式參考附图进行以下详细描述，所述附图形成了描述的一部分。在附图中，除非上下文另有規定，类似的符号典型地表示类似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并非意味着限制。在不脱离这里所展现主题的精神和范围的情况下，可以利用其他实施例或者可以进行其他变化。应该理解的是如这里一般性描述并且在附图中说明的本公开的方面可以按照多种不同的结构进行排列、替代、组合和设计，这里明确地考虑了这些内容并使其成为本公开的一部分。本公开涉及监测气体浓度的技术、方法和设备等。当光透射通过气体样品时或者当光入射到固体材料的薄盘上时，在材料中包含的分子选择性地吸收特定的独特频带或吸收线处的透射光。这些吸收线在光已经透射通过材料之后得到的光的光谱中是明显的。这样得到的光谱在现有技术中公知为材料的“吸收谱”。基于现有技术中已知的朗伯-比尔理论和化学计量学技术，可以针对具体的气体或气体混合物得出某些频带的吸收率和气体浓度之间的关系，使得能够实现气体样品的定性和定量分析。由于分子的基本振动而导致的气体分子的吸收谱通常位于中红外频带， 即具有约400-4000(3!^1波长的光，双倍化合物频率的吸收谱位于近红外频带，即具有约4000-14285cm^或者约2500_700nm波长的光。甲烷(天然气的主要成分)具有在1650nm波长周围的近红外吸收峰。因此根据这里公开的实施例，针对甲烷可以在近红外波长范围中进行气体浓度检测。这里公开的实施例设想了能够精确并可靠地确定气体样品中的一种或多种气体的浓度的气体监测设备。所述气体检测设备包括光源、单一光传感器、衍射光栅和微机电系统(MEMS)扫描微镜(用作扫描光栅)。因为可以响应于控制信号精确地旋转或定位MEMS扫描微镜，可以将来自气体样品的吸收谱的光的每ー个所需波长选择性地导引至光传感器，从而利用单一光传感器实现气体样品吸收谱的全光谱获取。气体样品吸收谱的全光谱获取与现有技术已知的任意化学计量技术相结合，允许利用单一光传感器对气体样品中包含的一种或多种气体的精确气体监测。图I示出了具有光路150的气体监测设备100的示例性实施例的示意图。如所示的，气体监测设备100包括光源101、MEMS扫描微镜102、闪耀光栅109、单点检测装置103、准直光学元件104、聚焦光学元件105、处理器106、模数(A/D)转换器107和调节电路(conditioning circuit) 108,以上元件可以如图所示地配置。光路150表示在气体监测设备100的操作期间来自光源101的光通过采样区域120传播至单点检测装置103的路径。光源101可以是卤素光源、LED光源或者提供用于透射通过位于或者包含在采样区域120中的样品气体的光的宽带光源的其他光源。可以基于由气体样品吸收谱中的吸收线占据的波长来选择具体的光源。例如，对于含甲烷气体样品，其在近红外波长范围中具有吸收峰，可以将白炽灯泡或石英卤素灯泡用作近红外辐射的宽带光源。可以数字地驱动MEMS扫描微镜102 (基于MEMS的光学扫描微镜)，并且将通过采样区域120的光导引至闪耀光栅109。通过迅速地旋转ー个或多个特定的角度，MEMS扫描微镜102可以配置用于将通过采样区域120的光重复地导引至闪耀光栅109的所需部分。适于用作气体监测设备100中的MEMS扫描微镜102的基于MEMS的光学扫描微镜是从位于日本东京的日本信号公司(Japanese SignalCompany)可得到的ESS IllA光学扫描微镜。闪耀光栅109用作气体监测设备100的闪耀光柵。闪耀光栅109配置用于将准直入射光的波长元素空间地分离，并且配置用于在特定的波长产生最大效率。单点检测装置103将入射光转换为电信号。在ー些实施例中，单点检测装置103是InGaAS单点检测装置。然而，诸如PbS基、Ge基或Si基器件之类的现有技术中已知的其他类似光检测装置可以用作单点检测装置103。准直光学元件104可以是镜子、透镜系统或者其他光学元件，配置用于将来自单色光源101的入射光准直，并且将准直的光导引至MEMS扫描微镜102。聚焦光学兀件105可以是镜子、透镜系统或其他光学元件，配置用于将来自闪耀光栅109的光聚焦且导引至单点检测装置103。处理器106可以用于定位MEMS扫描微镜102、适当地控制温控电路(未示出)、执行从A/D转换器107的信号获取、处理接收到的数据以及控制显示界面(未示出)。在一些实施例中，处理器106可以是单芯片处理器，例如从位于德克萨斯州的奥斯丁的硅实验室(Silicon Labs)可得到的C8051F单芯片微计算机。调节电路108对通过单点检测装置103产生的信号进行滤波和放大，以便进行模数转换。A/D转换器107对来自调节电路108的信号执行模数转换。在一个实施例中，气体监测设备100配置用于监测甲烷气体的浓度，是ー种可用于矿井中辅助防止爆炸的结构。在这ー实施例中，单点检测装置103在长波近红外频带操作，以测量甲烷的吸收谱。此外，因为甲烷是易燃气体，气体监测设备100可以根据现有技 术中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏雷龙，钱峰，李岩琪，
申请(专利权)人：英派尔科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：