[发明专利]光学检测气体的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测流体的设备，该设备包括数个光纤，光源以及检测器。每个光纤设置有传感器端以及相对的耦合端，其中每个传感器端设置有具有反射特性的光学传感器，其中，反射特性取决于在传感器被检测的流体的特性，诸如流体的浓度。

背景技术

如在本专利申请文中提及，光学检测流体这种表达被理解为意味着在光纤的传感器端检测由于被检测的流体性质改变导致的(反射率)光学改变。例如，流体的这种性质是流体的浓度，例如用于检测这种流体的存在。然而，流体的这种性质也可以是流体的pH值或流体的温度。例如，可以使用该设备来检测被释放的氢气(例如，在电解反应期间)，或检测在水或乙醇中的碳氢化合物，等等。可以将该光学传感器在流体(液体和/或气体)中用来检测流体(液体和/或气体)。

进一步的申请是用每个传感器检测不同的化合物/元素。

NL 1030299公开了一种氢气传感器，其设置有光学转换设备，该光学转换设备的反射特性取决于其被放置的空间中存在的氢气的量。将该光学转换设备经由光纤以及二分叉器(bifurcator)连接到光源和检测器。检测器检测光学转换设备的反射特性的改变，可以从改变推导出氢气浓度。可以将检测器连接到多个光纤，这些光纤被连接到位于相同空间或位于不同区域的光学转换设备。然而，在这种情况下，由检测器相继读取光学转换设备是很费时的。

参考图22，US 5320814描述了一种用于确定着色剂特性的光学系统。将该着色剂盛放在容器中，容器包含一系列光纤的传感器端，每个传感器端可以检测特定的特性。光经由光纤导入到样本容器，以及所产生的射出的信号传导到光敏检测器(诸如，照相机)用于进一步处理。

发明内容

本发明的目的是提供可以同时容易地读取数个气体指示器(indicator)的光学设备。

本发明的进一步的目的是提供可以用于常规流体(例如液体)确定的光学设备。

根据本发明，发明目的是这样实现的：该设备包括：光学体，并且将光纤的耦合端彼此间隔一距离地连接到该光学体，以及将光源和检测器设置在该光学体上，由此光从光源通过光学体传导并在光纤的耦合端进入，以及被光学传感器反射并且从光纤的耦合端射出的光通过光学体传导，并且由检测器接收，并且光纤的耦合端之间的距离使得从每个耦合端射出的光可以分别被检测。由于实施方式中的光学体具有空间分离的光纤的耦合端，故能够同时容易地读取不同的光学传感器。必须将这样的光学体与现有技术中公知的光束分离器相区别，在光束分离器中能够区分用于光纤上入射光束的路径和用于光纤的出射光束的路径。这样的光束分离器使用镜子等。本发明涉及单一“视野(field of view)”，光被分别从该单一“视野”进入以及射出。

进一步的优点是，由于将数个光纤同时耦合到单一光源和单一检测器，使得成本和故障率降低。此外，由于限制了部件的数量并且可以用简单的方式进行定位和校准，所以安装和维护成本相对要低。

在一个实施方式中，按照网格将光纤的耦合端连接到光学体，在该实施方式中，检测器被设置有图像平面，用于根据光点网格接收从每个耦合端射出的光，该光点网格对应于耦合端网格。例如，该网格是正方形或矩形，以使光点网格也被形成为正方形或矩形网格。在该光点网格中，如果光点没有出现，或仅出现到减小的程度，这就意味着相关光纤的传感器没有反射光，或者仅反射了不充足的光。这就给出了关于在该传感器的位置存在的流体的浓度的信息。

这样的网格是明确的，也就是说，例如，如果将传感器端相对于光学体移动，可以导致由在光学体上的光纤生成的“图像”移位，但是尽管如此，该网格的结构保持原样。这意味着，例如，如果使用照相机来检测图像，照相机可以记录这样的移位，这样的结果是保证了对在传感器上的每个信号进行正确读取。

第一光学传感器可以具有取决于第一流体的浓度的反射特性，以及第二光学传感器具有取决于第二流体的浓度的反射特性，其中第二流体不同于第一流体。然后可将每个传感器具体体现为用于每次检测不相同的流体，使得可以测量流体的构成，诸如气体混合物的气体组成。

更具体地，根据本发明，在光纤处的光强度(光强度的改变)被确定。原则上，这就意味着不是被观察到的颜色的改变，而是被导入的光的量的哪个部分在特定的光纤处被返回。