用于使用浸膠帶探測(cè)各種氣體的波長(zhǎng)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(cè)各種氣體的波長(zhǎng)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(gè)不同目標(biāo)波長(zhǎng)中的每一個(gè)下操作。所述光電二極管測(cè)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(cè)量以從所述多個(gè)目標(biāo)波長(zhǎng)中確定峰值波長(zhǎng)?；谒龇逯挡ㄩL(zhǎng)，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(cè)各種氣體的波長(zhǎng)譜分析的系統(tǒng)和方法
[0001 ] 本申請(qǐng)是國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01210076749.5、國(guó)際申請(qǐng)日為2012年2月9日、發(fā)明名稱為“用于使用浸膠帶探測(cè)各種氣體的波長(zhǎng)譜分析的系統(tǒng)和方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明一般地涉及氣體探測(cè)。更特別地，本發(fā)明涉及使用可調(diào)顏色源和波長(zhǎng)譜分析來探測(cè)多種類型的氣體。
【背景技術(shù)】
[0003]使用浸膠帶(treatedtape)測(cè)量氣體的氣體探測(cè)器在本領(lǐng)域是已知的。例如，使用浸膠帶的一些氣體探測(cè)器能夠測(cè)量開始與該帶相接觸的低濃度氣體。
[0004]在已知的氣體探測(cè)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(duì)目標(biāo)氣流起反應(yīng)，例如，該目標(biāo)氣流由氣體探測(cè)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(diǎn)改變顏色來對(duì)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?cè)搸系纳?。例如，更高濃度的目?biāo)氣體能夠產(chǎn)生更暗的斑點(diǎn)。
[0006]使用浸膠帶測(cè)量氣體濃度的已知?dú)怏w探測(cè)器結(jié)合了LED。該LED可具有校準(zhǔn)的強(qiáng)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(diǎn)的光反射可以被光電二極管測(cè)量。因而，該斑點(diǎn)的暗度可以被測(cè)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?dú)怏w探測(cè)器僅采用單波長(zhǎng)LED。單波長(zhǎng)LED氣體探測(cè)器對(duì)由特定類型氣體引起的單個(gè)斑點(diǎn)顏色具有高靈敏度。也就是說，單波長(zhǎng)LED氣體探測(cè)器對(duì)探測(cè)單個(gè)類型的氣體是高度敏感的，因?yàn)樵揕ED的波長(zhǎng)針對(duì)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(zhǎng)LED氣體探測(cè)器對(duì)由其他類型氣體引起的斑點(diǎn)顏色有減少的和/或最低的靈敏度。因而，單波長(zhǎng)LED氣體探測(cè)器對(duì)探測(cè)多類型氣體具有差的靈敏度。
[0008]因此，對(duì)于探測(cè)多類型氣體的氣體探測(cè)器具有持續(xù)的、正在進(jìn)行的需求。優(yōu)選地，這些氣體探測(cè)器使用可調(diào)顏色源和波長(zhǎng)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(shí)施方式】
[0011]雖然本發(fā)明容許有以許多不同形式的實(shí)施例，但其在附圖中示出并將在此詳細(xì)描述的特定實(shí)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(shí)施例。
[0012]本發(fā)明的實(shí)施例包括使用可調(diào)顏色源和波長(zhǎng)譜分析來探測(cè)多種類型氣體的氣體探測(cè)器。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可調(diào)顏色源的波長(zhǎng)和強(qiáng)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(cè)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(lán)色)LED。根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)顏色源也可以包括單獨(dú)的紅色LED，綠色LED，和藍(lán)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(zhǎng)。例如，在該源中的紅色、綠色和藍(lán)色元件中的每一個(gè)的強(qiáng)度可被調(diào)節(jié)以在目標(biāo)波長(zhǎng)下達(dá)到凈輸出輻射。在本發(fā)明的實(shí)施例中，微處理器能夠控制該源單獨(dú)地或同時(shí)地在光譜中的多個(gè)目標(biāo)波長(zhǎng)中的每一個(gè)下輸出輻射。
[0015]在本發(fā)明的實(shí)施例中，該源輸出的波長(zhǎng)可沿光譜被調(diào)節(jié)到目標(biāo)波長(zhǎng)，該光譜例如是可見輻射光譜。在一些實(shí)施例中，微處理器可調(diào)節(jié)可調(diào)顏色源的波長(zhǎng)從大約450nm到大約650nm。在該源輸出的波長(zhǎng)已經(jīng)沿所期望的顏色光譜被調(diào)節(jié)到每個(gè)目標(biāo)波長(zhǎng)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(cè)量來自該帶及其上任何斑點(diǎn)的反射輻射。在一些實(shí)施例中，光電二極管能夠測(cè)量反射福射的波長(zhǎng)和強(qiáng)度。
[0017]當(dāng)該源的波長(zhǎng)沿光譜被調(diào)節(jié)時(shí)，光電二極管可測(cè)量反射輻射。從而，該光電二極管可獲得與沿光譜的多個(gè)源輸出波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的測(cè)量。
[0018]當(dāng)微處理器接收來自光電二極管的測(cè)量時(shí)，微處理器可執(zhí)行光譜掃描分析以確定在該帶上的斑點(diǎn)的顏色以及該色斑的暗度?；谶@個(gè)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(shí)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(duì)任一種特定類型氣體的靈敏度的情況下探測(cè)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(gè)源波長(zhǎng)對(duì)于該帶和其上的任何色斑具有最高的靈敏度。在一些實(shí)施例中，該帶所暴露于的氣體的濃度也可通過確定哪個(gè)光源波長(zhǎng)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(zhǎng)，依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可對(duì)來自該光電二極管的測(cè)量執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。例如，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，系統(tǒng)和方法可對(duì)來自光電二極管的測(cè)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(duì)于由氣體暴露所引起的色斑具有最高響應(yīng)的源波長(zhǎng)。
[0021]—旦具有最高靈敏度的波長(zhǎng)被確定，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可識(shí)別在浸膠帶上的斑點(diǎn)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(shí)別的波長(zhǎng)來識(shí)別斑點(diǎn)的相關(guān)顏色和暗度以及引起該斑點(diǎn)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(shí)施例中，該RGB LED輸出的波長(zhǎng)輸出可通過控制紅色、綠色和藍(lán)色元件中的每一個(gè)的波長(zhǎng)來被調(diào)節(jié)。例如，可調(diào)節(jié)經(jīng)過紅色、綠色、和藍(lán)色連接點(diǎn)中的每一個(gè)的電流以改變每個(gè)元件的強(qiáng)度。當(dāng)三個(gè)連接點(diǎn)的波長(zhǎng)擴(kuò)散時(shí)，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(yàn)證可調(diào)顏色源的實(shí)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(yàn)證由該源所發(fā)射的輻射的實(shí)際波長(zhǎng)和強(qiáng)度與目標(biāo)波長(zhǎng)和強(qiáng)度輸出相一致。例如，在一些實(shí)施例中，可使用存儲(chǔ)在微處理器中的光學(xué)參數(shù)來將目標(biāo)波長(zhǎng)輸出與在LED處的驅(qū)動(dòng)電流相比較。在一些實(shí)施例中，顏色傳感器可測(cè)量該源的實(shí)際紅色、綠色和藍(lán)色的光學(xué)輸出，并且系統(tǒng)和方法可計(jì)算該源的混合波長(zhǎng)和強(qiáng)度。
[0024]在一些實(shí)施例中，該源的實(shí)際輸出可通過測(cè)量紅色、綠色和藍(lán)色元件的每一個(gè)的電流和電壓降來被驗(yàn)證。然后，從該源實(shí)際發(fā)射的輻射可被測(cè)量，并且實(shí)際的源輸出的波長(zhǎng)和強(qiáng)度可被測(cè)量。
[0025]當(dāng)實(shí)際輸出與目標(biāo)輸出不一致時(shí)，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(lán)色元件中的每一個(gè)的強(qiáng)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(lán)色元件的輸出變暗以使該源的輸出變暗。
[0026]在一些實(shí)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(cè)量，并且光學(xué)輸出上的溫度漂移可由微處理器來補(bǔ)償。
[0027]在一些實(shí)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(shí)施例中，系統(tǒng)和方法可采用可調(diào)顏色探測(cè)，該可調(diào)顏色探測(cè)使用例如顏色過濾器或者照相機(jī)。
[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(shí)施例中，可調(diào)顏色源120可包括RGB LED。在本發(fā)明的一些實(shí)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(chǔ)在非瞬時(shí)計(jì)算機(jī)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(chǔ)器114。在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器114可以是內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)，以及在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器114可以是可被微處理110訪問的外部數(shù)據(jù)庫(kù)。
[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(zhǎng)。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(gè)目標(biāo)波長(zhǎng)下輸出輻射。在一些實(shí)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(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，微處理器110可以順序地或同時(shí)地在不同波長(zhǎng)下輸出福射。
[0031]顏色傳感器130可接收和測(cè)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(cè)量，并且微處理器可確定由源120所實(shí)際輸出的輻射的波長(zhǎng)是否與該源的目標(biāo)波長(zhǎng)相一致。當(dāng)該目標(biāo)波長(zhǎng)和實(shí)際輸出波長(zhǎng)不一致時(shí)，微處理器可調(diào)節(jié)源120直到達(dá)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(duì)本發(fā)明的限制。
[0033]當(dāng)浸膠帶140暴露于空氣時(shí)，空氣中的氣體可引起帶140上的斑點(diǎn)。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(diǎn)暗度級(jí)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(cè)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(cè)量。因此，光電二極管150可測(cè)量由帶140所反射的任何輻射并且可探測(cè)在帶140上的任何色斑而不管斑點(diǎn)的顏色或暗度。
[0035]由光電二極管150所獲得的測(cè)量可被傳送到微處理器110，并且微處理器110可分析這些測(cè)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(shí)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(gè)目標(biāo)波長(zhǎng)下已經(jīng)輸出輻射時(shí)，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(gè)目標(biāo)顏色波長(zhǎng)和強(qiáng)度。然后，如在220中，可調(diào)節(jié)R/G/B(紅色/綠色/藍(lán)色)元件強(qiáng)度以調(diào)節(jié)該源的輸出波長(zhǎng)到目標(biāo)波長(zhǎng)和強(qiáng)度。在這些調(diào)節(jié)之后，如在225中，可測(cè)量R/G/B元件的電流和電壓。如在230中，可捕獲R/G/B光強(qiáng)度，以及如在235中，可計(jì)算實(shí)際的顏色波長(zhǎng)和強(qiáng)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(qiáng)度，如在225中，測(cè)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(qiáng)度，以及如在235中，計(jì)算實(shí)際的顏色波長(zhǎng)和強(qiáng)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(shí)，如在245中，可測(cè)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(shí)，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(zhǎng)，以及如在260中，可確定在浸膠帶上的斑點(diǎn)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(xì)描述了一些實(shí)施例，但其他的修改是可能的。例如，為了實(shí)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。可提供其他的步驟，或者可從所描述的流程消除某些步驟，并且可以對(duì)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(shí)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(shí)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(duì)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(xiàng)】
1.一種方法，包括: 在光譜中的多個(gè)不同目標(biāo)波長(zhǎng)中的每一個(gè)下朝目標(biāo)帶發(fā)射第一輻射； 測(cè)量從所述目標(biāo)帶反射的第二輻射；以及 分析所測(cè)量的第二輻射以從所述多個(gè)目標(biāo)波長(zhǎng)中確定峰值波長(zhǎng)，以及 基于所述峰值波長(zhǎng)，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(cè)量的第二輻射包括對(duì)所測(cè)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(lán)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(cè)量第二輻射包括測(cè)量所述第二輻射的峰值波長(zhǎng)和強(qiáng)度。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK105928895SQ201610579762
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2012年2月9日
【發(fā)明人】P.金
【申請(qǐng)人】霍尼韋爾國(guó)際公司