[发明专利]气体浓度监视器

说明书

技术领域

本公开一般地涉及气体浓度监视技术。

背景技术

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术，并且并不因为包括在这一部分中而承认是现有技术。

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工业、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、工业设施的破坏、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。

发明内容

根据本公开的一个实施例，一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。

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单一检测点；以及基于由所述单一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，设置在所述单一检测点，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，通过参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1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

参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，除非上下文另有规定，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400-4000cm^-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^-1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一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。