[发明专利]光声气体传感器和方法

说明书

本公开涉及光声气体传感器和方法。用于测量气体浓度的方法包括利用光脉冲加热第一气体，光脉冲具有由第一气体所吸收的波长，其中第一气体在柔性膜上施加压力。方法包括接收第一信号和接收第二信号，第一信号指示膜的第一偏斜，其中第一偏斜是由于第一气体的压力的改变所引起的，第二信号指示在第一信号之后发生的膜的第二偏斜，其中第二偏斜是由于第一气体的压力的改变所引起的。方法包括：确定第一信号和第二信号之间的差，以及基于第一信号和第二信号之间的差来确定第一气体的第一浓度。

技术领域

本发明总体涉及针对光声气体传感器的系统和方法，并且在特定实施例中，涉及用于根据光声传感器信号来确定气体浓度的系统和方法。

背景技术

一般而言，光声效应指的是由于光的吸收而引起的气体体积或压力的局部变化。例如，特定气体的分子可以吸收特定频率的光，从而增加分子的温度，并且导致气体的体积或压力相应地增加。光声气体传感器使用光声效应来确定气体的特性(诸如，气体的浓度或组成)。在一些情况中，在可以确定关于气体测量的有用信息之前，来自光声气体传感器的信号需要进行处理或分析。

发明内容

根据本发明的一个实施例，方法包括从压力传感器接收第一输出信号以及从压力传感器接收第二输出信号，第一输出信号与气体的第一浓度相关联，第二输出信号与气体的第二浓度相关联。方法还包括：根据在第一时间指示处的第一输出信号的第一值以及在第二时间指示处的第一输出信号的第二值来确定第一输出信号的第一斜率，以及根据在第一时间指示处的第二输出信号的第一值以及在第二时间指示处的第二输出信号的第二值来确定第二输出信号的第二斜率。方法还包括基于第一斜率、第二斜率、第一浓度和第二浓度来确定输出信号的斜率和气体的浓度之间的相关性。在一个实施例中，在第一时间指示和第二时间指示之间的第三时间指示处，第一输出信号和第二输出信号具有相同的值。在一个实施例中，气体是CO₂。在一个实施例中，压力传感器是光声传感器系统的一部分。在一个实施例中，方法进一步包括利用周期性调制的光源照射气体。在一个实施例中，第一时间指示和第二时间指示指示当气体未被周期性调制的光源照射时的时间。在一个实施例中，压力传感器包括柔性膜，并且第一输出信号对应于膜的偏斜量。在一个实施例中，确定相关性包括基于第一斜率、第二斜率、第一浓度和第二浓度来确定输出信号的斜率和气体的浓度之间的线性关系的参数。在一个实施例中，方法进一步包括：从压力传感器接收第三输出信号，根据在第一时间指示处的第三输出信号的第一值以及在第二时间指示处的第三输出信号的第二值来确定第三输出信号的第三斜率，以及基于第三斜率和相关性来确定与第三输出信号相关联的气体的第三浓度。在一个实施例中，确定第三输出信号的第三斜率包括将第三输出信号与至少一个附加的输出信号求和。在一个实施例中，方法进一步包括将第三输出信号的第一值和第四输出信号的第一值之间的差与阈值进行比较。

根据本发明的一个实施例，方法包括利用光脉冲加热第一气体，光脉冲具有由第一气体所吸收的波长，其中第一气体在柔性膜上施加压力。方法还包括接收第一信号和接收第二信号，第一信号指示膜的第一偏斜，其中第一偏斜是由于第一气体的压力的改变所引起的，第二信号指示在第一信号之后发生的膜的第二偏斜，其中第二偏斜是由于第一气体的压力的改变所引起的。方法还包括：确定第一信号和第二信号之间的差，以及基于第一信号和第二信号之间的差来确定第一气体的第一浓度。在一个实施例中，第一信号是电压信号，并且第二信号是电压信号。在一个实施例中，第一信号和第二信号之间的差是由模拟电路确定的。在一个实施例中，确定第一气体的第一浓度包括将第一信号和第二信号之间的差与存储在查找表中的值进行比较。在一个实施例中，膜的第一偏斜发生在光脉冲发生之后，或者在光脉冲发生的同时发生。