[发明专利]饱和过滤NDIR气敏方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2009年4月19日提交的、发明名称为“饱和过滤NDIR方法(saturation filtering NDIR methodology)”、申请号为61/212,713的美国专利申请的部分持续申请。

技术领域

本申请涉及气体分析领域，更具体地涉及使用非色散红外(NDIR)气体分析技术通过感应经过气体的红外辐射的吸收来确定在样本室中特定气体类型的浓度的装置。

背景技术

长久以来，非色散红外(NDIR)技术都被认为是气体测量的最好方法之一。除了高度专业外，NDIR气体分析仪还非常的敏感、稳定、可靠以及易于维修和服务。从二十世纪五十年代中期气体测量的NDIR技术被引入并投入实践以来，已经提出并成功证实了大量用于气体检测的基于NDIR原理改进的测量技术。在本领域中，近几年来最为著名的进步总结如下。

Burch等人(申请号为3,793,525的美国专利)以及Blau等人(申请号为3,811,776的美国专利)在1974年首先提出用于NDIR气体测量的所谓的“双光束(Double beam)”技术，其利用某些强吸附性气体的非线性吸收原理来创建基准通道(reference channel)。之后不久，通过利用两个插置的光谱过滤器(一个是吸附性的，另一个是中性的)来创建样本和基准检测器通道，大大简化了这种“双光束”NDIR气体传感器技术。随后利用该技术所设计的NDIR气体传感器都具有以上涉及的主要良好性能。

在专利号为4,578,762的美国专利(1986)中，Wong提出了利用新颖的双轮斩光器和镜子(chopper and mirror)配置的第一个自动校准NDIR CO₂分析仪。另一种改进型的这种气体分析仪在Wong所提出的专利号为4,694,173的美国专利(1987)中进行了图示和描述。这种气体分析仪不同于前述NDIR气体分析仪，其不具有用于影响光谱过滤器的插置从而创建样本和基准检测器通道的移动部件。

在专利号为5,163,332的美国专利(1992)中，Wong提出一种用于简化NDIR气体传感器的所谓的“导波器(wave-guide)”样本室概念，所述简化的气体传感器为紧凑的、稳定的且低成本的，同时还能维持其优良的性能特点。这种概念随后在设计当今的NDIR气体传感器中被广泛采用，尤其是在低成本且高容量的情况下。

在过去的二十年里，所有上述用于测量混合物中的一种或多种气体的浓度的NDIR气体分析仪都功能良好，且对气体分析领域的所有技术进步做出了贡献。它们被广泛用于医疗领域和工业领域。除了其在这些年中毫无争议的成功外，仍旧存在大量重要的传感器性能特点需要大大改进，以便进一步延伸这些设备在许多范围内的有用应用。

迄今为止，包括NDIR气体传感器在内，如今的气体传感器最不足的性能特点是传感器随着时间的输出稳定性。与人们对家中或办公地点中所熟知的温度控制器和恒温设备不同，这些设备用于感应温度并且不需要随着时间的输出调整或校准，不管气体传感器的操作原理、功能设计、材料组成甚至成本，这都不是气体传感器的情况。基于气体传感器的类型，它们中的每个都毫无例外地需要在每六个月至一年进行校准，从而能保持随着时间的准确性。虽然多年来已经很好地容忍了这种性能缺陷，但是其仍然作为气体传感器的主要缺陷，甚至将气体传感器排除在许多重要应用外，因此必需最终消除这种缺陷。

无论操作原理如何，当今气体传感器的第二大性能缺陷是作为传感器所处的环境温度的函数的输出依赖。虽然勉强，但该对于所有的气体传感器的性能缺陷普遍是通过如下处理的：相对于标准温度规定的输出，指定每度温度变化的输出校正。在有些气体传感器中，这些输出温度校正非常大，并且在许多情况下，严格地限制了这些传感器在户外的使用。因为气体传感器在大部分工业中的普遍使用，如果解决了该性能缺陷，这将是未来气体传感器(尤其是NDIR型传感器)的发展中向前的重要一步。

发明内容

本发明一般涉及利用非色散红外传感器中用于信号通道和基准通道的单一窄带通光谱过滤器来检测关注气体的装置和方法，其中所述基准通道还包括含有关注气体的饱和腔室，并且信号检测器和基准检测器安装在单一温度平台上。