補償分析物分析中系統延遲的系統和方法

2023-06-23 04:27:21 3

專利名稱：補償分析物分析中系統延遲的系統和方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相關的 信息的系統和方法，並且尤其涉及調節確定這種信息中的不準確性。
背景技術：
己知使用發光猝滅(luminescence-quenching)檢測來確定與氣體中存 在的氣態分析物相關的信息。然而，常規系統無法充分補償由它們的組件 所引入的某些系統誤差。例如，光敏探測器通常由常規系統用來檢測來自 可發光介質的發光。光敏探測器可引入無法由常規系統充分補償的系統延 遲。其它系統組件(諸如但不限於放大器和過濾器)也可引入延遲。這些 系統延遲可導致不準確和/或不精確地確定與氣態分析物相關的信息。

發明內容
本發明的一個方面涉及一種配置為確定與氣體中的一個或多個氣態分 析物相關的信息的系統。在一個實施例中，所述系統包括一個或多個發射 器、 一個或多個光敏探測器和處理器。 一個或多個發射器配置為將已調幅 的電磁輻射發射到與氣體聯通的可發光介質，其中由所述發射器發射到所 述可發光介質的電磁輻射使所述可發光介質發光。光敏探測器配置為接收 由可發光介質的發光產生的電磁輻射，其中所述一個或多個光敏探測器響 應於所接收的電磁輻射來產生一個或多個輸出信號，所述輸出信號指示所 接收的電磁輻射的強度。所述處理器適於接收由光敏探測器產生的一個或 多個輸出信號並且適於基於所發射的已調幅電磁輻射的幅度調製與所接收
7的己調幅電磁輻射的幅度調製之間的相位差來確定與氣體中的一個或多個 氣態分析物相關的信息。在一個實施例中，由處理器確定與一個或多個氣 態分析物相關的信息包括補償由一個或多個光敏探測器在產生一個或多個 輸出信號中的延遲，所述補償作為所接收的己調幅電磁輻射的強度的函數 而改變。
本發明的另一方面涉及一種確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相 關的信息的方法。在一個實施例中，所述方法包括將所發射的已調幅電磁
輻射提供給與氣體聯通的可發光介質以便使所述可發光介質發光；接收由 所述可發光介質的發光產生的已調幅電磁輻射；產生指示接收自所述可發 光介質的已調幅的電磁輻射的強度的一個或多個輸出信號；基於提供給所 述可發光介質的所發射的已調幅電磁輻射的幅度調製與所接收的已調幅電 磁輻射的幅度調製之間的相位差來確定與氣體中的一個或多個氣態分析物 相關的信息；以及對所接收的已調幅電磁輻射的接收與一個或多個輸出信 號的產生之間的延遲提供補償，所述補償作為所接收的已調幅電磁輻射的 強度的函數而改變。
本發明的又一方面涉及一種配置為確定與氣體中的一個或多個氣態分 析物相關的信息的處理器。在一個實施例中，所述處理器包括相位差模塊、 延遲補償模塊和分析物信息模塊。相位差模塊適於確定在(i)所發射的已 調幅電磁輻射的幅度調製與(ii)所接收的已調幅電磁輻射的幅度調製之間 的相位差，其中所發射的已調幅電磁輻射已經被提供給與氣體聯通的可發 光介質，並且響應於在所述可發光介質上提供的所發射的已調幅電磁輻射 由所述可發光介質的發光來產生所接收的已調幅電磁輻射。在一些情況下， 相位差模塊適於基於由光敏探測器產生的一個或多個輸出信號來確定相位 差，所述光敏探測器被構造為接收由可發光介質的發光產生的所接收的己 調幅電磁輻射的至少一部分，所述光敏探測器產生一個或多個輸出信號來 至少指示所接收的已調幅電磁輻射的強度。延遲補償模塊適於補償光敏探 測器在產生一個或多個輸出信號中的延遲，其中由所述延遲補償模塊執行 的補償作為所接收的已調幅電磁輻射的強度的函數來改變。分析物信息模 塊適於基於相位差來確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息。
本發明的又一方面涉及一種確定與氣體中的氣態分析物相關的信息的方法。在一個實施例中，所述方法包括確定在(i)所發射的已調幅電磁輻 射的幅度調製與(ii)所接收的已調幅電磁輻射的幅度調製之間的相位差， 所發射的已調幅電磁輔射被提供給與氣體聯通的可發光介質，所接收的己 調幅電磁輻射由所述可發光介質的發光來產生，其中至少部分地基於產生 為所接收的已調幅電磁輻射的強度的函數的輸出信號來確定所述相位差， 所接收的已調幅電磁輻射由所述可發光介質的發光來產生；補償在產生作 為所接收的已調幅電磁輻射的強度的函數的所述輸出信號中的延遲，所接 收的已調幅電磁輻射由所述可發光介質的發光來產生；並且基於所述確定 和所述補償來確定與所述氣態分析物相關的信息。
在參照作為本說明書一部分的附圖的基礎上考慮以下說明書和所附權 利要求，本發明的這些及其它目的、特徵和特性以及操作方法和相關結構 元件和部件組合的功能以及製造的經濟性將變得更加清楚，其中同樣的附 圖標記在各個附圖中指代相對應的部分。然而應當明白地理解，附圖僅是 為了說明和描述目的而並非意圖限制本發明。如在說明書和權利要求中所 使用，單數形式"一個"、"一種"和"該"包括複數情況，除非上下文清楚地另 外說明。


圖l依照本發明一個實施例示出配置為確定與氣體中的一個或多個氣態 分析物相關的信息的系統；
圖2依照本發明一個實施例示出包括光敏探測器的傳感器；
圖3依照本發明一個實施例示出包括光敏探測器的傳感器；
圖4依照本發明一個實施例示出確定與氣體中一個或多個氣態分析物 相關的信息的方法；
圖5依照本發明一個實施例示出補償非恆定系統延遲的方法；
圖6依照本發明一個實施例示出補償非恆定系統延遲的替代方法。
具體實施例方式
圖l示出配置為確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息的系 統10。系統10包括一個或多個發射器12、光敏探測器14、可發光介質16和
9處理器18。系統10可以確定與包含在流路20內的氣體中的一個或多個氣態 分析物相關的信息。在一個實例中，流路20由適於向和/或從病人輸送氣體 的導管22來限定。在更特定的實例中，導管22可與配置為與病人的氣管聯 通的病人接口設備協作。病人接口設備的一些實例可以包括例如氣管內導 管、鼻管、氣管切開插管、面罩或其它病人接口設備。本發明不限於這些 實例，並且設想可以確定任何氣體中的分析物。
在一些實現方式中，發射器12、光敏探測器14和/或可發光介質16可以 形成傳感器。傳感器可以形成為單個單元以用於與導管22和/或構造為耦合 導管22的氣管適配器(未示出)相集成。例如，授權給Labuda等並於2003 年9月9日頒證的題為"OXYGEN MONITORING APPARATUS"的美國專利 No.6,616，896 (以下稱為"'896專利")和授權給Blazewicz等並於2003年10月 14日頒證的題為"OXYGEN MONITORING APPARATUS"的美國專利 No.6，632，402 (以下稱為'"402專利")均描述了這樣的傳感器，其(1)包括 與發射器12、光敏探測器14和/或可發光介質16中的一些或全部相類似的組 件，並且(2)確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息。在此將 這兩個專利全部結合到本公開內容中以供參考。
發射器12發射由波狀線13表示的電磁輻射，所述電磁輻射被引導至可發 光介質16上。如下面進一步討論的，由發射器12發射的電磁輻射13包括其 波長會使可發光介質16發光的電磁輻射。發射器12可以包括一個或多個有 機發光二極體("OLED")、雷射器(例如，二極體雷射器或其它雷射源)、 發光二極體("LED")、熱陰極發光燈("HCFL")、冷陰極發光燈("CCFL")、 白熾燈、滷素燈泡、所接收的環境光和/或其它電磁輻射源。
在一個實現方式中，發射器12包括一個或多個綠色和/或藍色LED。這 些LED—般在可發光介質16的可發光組成吸收區域中具有高亮度並且在其 它波長(例如uv禾n/或近uv)輸出較少量的輻射。這使由發射器12、光敏 探測器14和/或可發光介質16形成的傳感器的雜散幹擾光(stray interfering light)和光降解(photo degradation)最小化。
雖然本發明決不限於使用LED，但將LED實現為發射器12的其它優點包 括它們的重量輕、體積小、低功耗、低電壓要求、低發熱量、可靠性、堅 固性、相對低的成本和穩定性。LED還可以非常迅速地、可靠地且可重複地接通和關閉。
在一些實現方式中，系統10可以包括一個或多個光學元件(未示出)來
引導、聚焦和/或另外處理由發射器12發射的輻射13。例如， 一個或多個透 鏡可以在所選方向上校準輻射13。作為更特定的例子，所結合的'896和'402 專利都公開了使用處理由與發射器12類似的發射器發射的輻射的光學元 件。
來自發射器12的電磁輻射13可以以預定的幅度調製(例如，具有預定頻 率，具有預定的最大和/或最小幅度等)到達可發光介質16。在一個實施例 中，可以驅動發射器12來發射帶有預定幅度調製的電磁輻射13。在另一實 施例中，系統10可以包括一個或多個光學元件(未示出)，用於調製由發射 器12發射的電磁輻射13的幅度。 一個或多個光學元件可以包括一個或多個 周期性驅動的有源元件(例如，液晶堆疊等)和/或一個或多個被周期性地 移入和移出由發射器12發射的電磁輻射13的光路的無源元件(例如，過濾 器、半透明反射鏡等)。
如在圖l中所見，導管22可包括窗口24。窗口24可基本上是透明的以便 使諸如由發射器12發射的電磁輻射13的電磁輻射能夠進入和/或離開導管22 的內部。例如，窗口24可以由藍寶石、 一個或多個聚合物(例如聚乙烯等)、 玻璃和/或其它基本上透明的材料形成。在一些實施例中(未示出)，導管22 可以包括與窗口24類似的兩個窗口。如在'402參考文件中所示出和描述的， 兩個窗口可以彼此相對地布置在氣管適配器中以使電磁輻射13能夠穿過所 述氣管適配器。在此配置中，光敏探測器14可以位於發射器12的相對一側。
可發光介質16是這樣的介質，即其響應暴露於來自發射器12的電磁輻射 13和/或其它激發能量，發光從而以不同於由發射器12提供的電磁輻射13的 波長依照基本上全向方式來發射由波狀線26所表示的電磁輻射。此發光電 磁輻射26的強度和/或持久性根據包含在導管22內的氣體中的一個或多個分 析物的相對量來上升或下降。在一個實施例中，氧氣通過猝滅發光反應來 改變發光電磁輻射26的強度和/或持久性。隨著氧氣的濃度增加時，發光電 磁輻射26的強度和/或持久性的變化將降低。在一個實施例中，可發光介質 16形成為發光薄膜。例如，所結合的'896和'402專利均公開了可以用作可發 ，介質16的薄膜。在圖l所圖示的實施例中，可發光介質16設置在熱電容器28上。熱電容 器28被用於將可發光介質16維持在基本恆定的操作溫度上，並且由此減少 或消除了系統10中由於可發光介質16的溫度變化所導致的不準確性。 .光敏探測器14被定位為接收至少一部分來自可發光介質16的發光電磁 輻射26。因此，發光電磁輻射26在次也稱為"所接收的電磁輻射26"等。基於 所接收的電磁輻射26，光敏探測器14產生與所接收的電磁輻射26的一個或 多個屬性相關的一個或多個輸出信號。例如， 一個或多個輸出信號可以與 所接收的電磁輻射26的量、所接收的電磁輻射26的強度、所接收的電磁輻 射26的幅度調製和/或所接收的電磁輻射26的其它屬性相關。在一個實施例 中，光敏探測器14包括PIN二極體。在其它實施例中，其它光敏設備被用作 光敏探測器14。例如，光敏探測器14可以採取二極體陣列、CCD晶片、CMOS 晶片、光電倍增管(PMT)和/或其它光敏器件的形式。
在一個或多個輸出信號的產生中，光敏探測器14可能將延遲引入到系統 10中。應當注意，如在此所使用的術語"延遲"指的是所接收的電磁輻射26 的給定光子在光敏探測器14上的接收與輸出信號的產生之間的遲延，所述 輸出信號包括與所述給定光子在光敏探測器14上的接收相關的信息。為簡 單起見，在此結合光敏探測器14來討論"延遲"，然而，可設想該延遲也可能 由用於產生輸出信號的其它系統組件(諸如但不限於放大器和過濾器)引 入。在一些情況下，這一延遲可能並不是恆定的。例如，所述延遲可以作 為由光敏探測器14接收的發光電磁輻射26的強度(例如，幅度)的函數來 改變。在一些情況下，延遲隨著發光電磁輻射26的強度降低而增加。由於 各種原因，下面將論述其中的一些，系統10可以補償此延遲以增強確定信 息的精確性和/或準確性，所述信息與包含在導管22內的氣體中的一個或多 個氣態分析物相關。
在當前實施例中，校準光敏探測器14來補償上述延遲。光敏探測器14 的校準例如可以包括以多個強度或者在另 一實施例中至少以單個強度來對 光敏探測器14的延遲採取一系列校準測量。隨後可以將在校準測量期間獲 得的所測量的延遲和相應的測量強度用於確定補償曲線，所述補償曲線將 光敏探測器14的延遲描述為測量強度的函數。例如在一個實施例中，使用 曲線擬合算法來將所測量的延遲和相應的測量強度與表達式為D = a + bl +C/I的補償曲線相擬合，其中D表示所測量的延遲，I表示相應的測量強度，
並且a、 b和c表示由曲線擬合算法所確定的恆定係數。應當理解，提供此形
式的補償曲線用於說明性目的並且可以使用其它形式。例如，可以使用更 高階的多項式，可以使用三角函數等。
應當進一步理解，校準曲線的實現方式只是可以用作補償光敏探測器14 延遲的各種可能機制之一。例如，可以創建査找表，所述査找表提供了光 敏探測器14的系統延遲值，所述值對應於各個測量強度。
可以在製造包括光敏探測器14的傳感器時對光敏探測器14執行校準來 確定補償曲線。在一些實施例中，對於光敏探測器14的使用期來說，都使 用在此初始校準期間所確定的此初始補償曲線。在其它實施例中，周期性 地重新校準光敏探測器14以確定更新的補償曲線。
圖2示出了包括光敏探測器14的傳感器的實施例，其中一個或多個過濾 器元件27位於可發光介質16和光敏探測器14之間。如在所結合的'896和'402 專利中所描述的，過濾器元件27—般被設計成用於防止不是由可發光介質 l'6發射的電磁輻射入射到光敏探測器14上。例如在一個實施例中，過濾器 元件27是波長特定化的並且允許發光輻射26穿過以入射到光敏探測器14 上，同時基本上阻止其它波長的輻射。
傳感器的此實施例還包括參考光敏探測器29和分束元件31 。如在所結合 的'896專利中所描述的，分束元件31可以將向光敏探測器14傳播的一部分輻 射26引導至參考光敏探測器29上。由參考光敏探測器29產生的一個或多個 輸出信號可以用作參考來解決和補償由光敏探測器14產生的一個或多個輸 出信號中的系統噪聲(例如，發射器12中的強度波動等)。
圖3示出了傳感器的另一配置。在圖3所示的配置中，熱電容器28至少是 部分透明的，並且位於窗口24附近。在此配置中，可發光介質16設置在熱 電容器28上與窗口24相對的一側。可發光介質16在其一側被暴露於流路20， 所述一側與在電容器28和可發光介質16之間的邊界相對。如同所見的，由 發射器12發射的電磁輻射13穿過窗口24和熱電容器28以入射到可發光介質 16上。從可發光介質16發射的發光輻射26進而通過熱電容器28和窗口24返 回，從而以基本上與上述相同的方式入射到光敏探測器14和/或29中的一個 或兩個。返回到圖l，在一個實施例中，存在於氣體中的一個或多個氣態分析物
在可發光介質16處響應於接收來自發射器12的輻射13來猝滅由可發光介質 16所呈現的發光。更具體而言，由可發光介質16所呈現的峰值發光和所述 發光的衰減時間隨著存在於可發光介質16處的這些一個或多個氣態分析物 量增加而下降。在一個實施例中， 一個或多個氣態分析物可以包括氧。
處理器18可操作地與發射器12和光敏探測器14耦合。處理器18被配置為 確定與導管22內的氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息。處理器18 基於已知和/或測量的信息來確定此信息，所述已知和/或測量的信息與(1) 由發射器12發射到可發光介質16上的電磁輻射13和(2)響應於接收來自發 射器12的輻射13由可發光介質16發出的發光電磁輻射26相關。例如，處理 器18可以基於一個或多個氣態分析物與可發光介質16的發光的衰減時間之 間的關係來確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息。
如圖1中所示，處理器18包括相位差模塊30、延遲補償模塊32和分析物 信息模塊34。模塊30、 32和34可以用軟體；硬體；固件；軟體、硬體和/或 固件的某種組合來實現和/或以其它方式實現。應當理解，雖然模塊30、 32 和34在圖1中所示為一起位於單個處理單元內，但是處理器18可以包括多個 處理單元，而且這些處理單元中的一些可以定位為彼此遠離。在這種實施 例中， 一個或多個模塊30、 32和34可以定位為與其它模塊遠離並且可以經 由一個或多個通信鏈路來實現在所述模塊之間的操作通信。這種通信鏈路 可以是無線或硬接線的。
相位差模塊30確定在(1)從發射器12發射的放大調製的電磁輻射13的 幅度調製與(2)響應於所發射的電磁輻射13，由可發光介質16發出的所接 收的已調幅電磁輻射26的幅度調製之間的相位差，其中所述電磁輻射13入 射到可發光介質16上。
為了確定此相位差，相位差模塊30獲得所發射電磁輻射13的幅度調製。 在一個實施例中，以周期信號(例如，正弦信號)的形式來獲得所發射電 磁輻射13的幅度調製，所述周期信號與所發射電磁輻射13的幅度調製成比 例和/或與其頻率成比例地改變。此信號可以從向發射器12提供的調製功率 信號、從用於驅動有源光學元件的調製功率信號或者從與發射器12和可發 光介質16之間的無源光學元件的定位相關的信號獲得以調製向可發光介質、6提供的電磁輻射13的幅度，其中所述有源光學元件用於調製由發射器12 發射的電磁輻射13的幅度。
相位差模塊30還獲得由可發光介質16發出的接收電磁輻射26的幅度調 制。在一些實施例中，以信號的形式來獲得由可發光介質16發出的接收電 磁輻射26的幅度調製，所述信號與所接收的發光電磁輻射26的幅度調製成 比例和/或與其頻率成比例地改變。例如，可以從由光敏探測器14產生的一 個或多個輸出信號中獲得此信號。
相位差模塊30確定所獲得的發射電磁輻射13的幅度調製與所獲得的接 收電磁輻射26的幅度調製之間的相位差。在一些實例下，相位差模塊30包 境鎖定放大器，用於產生與在這兩個幅度調製之間的相位差成正比的DC信 號。在其它實例中，相位差模塊30可以用軟體來實現，所述軟體計算所獲 得的由發射器12發射的輻射13與由可發光介質16發出的輻射的幅度調製之 間的相位差。
延遲補償模塊32補償一個或多個系統延遲。例如，延遲補償模塊32補償 光敏探測器14在產生上述一個或多個輸出信號中的延遲。在一個實施例中， 延遲補償模塊32使用(1)由光敏探測器14產生的一個或多個輸出信號和(2) 補償曲線來確定光敏探測器14的延遲，所述一個或多個輸出信號與發光輻 射26的強度(例如，幅度)有關，所述補償曲線對應於光敏探測器14並且 將延遲描述為發光輻射26所測量強度的函數。例如，補償曲線的形式可以 .^D = a + bJ + C/I，如上面相對於光敏探測器14的校準所描述的。 一旦延遲 補償模塊32確定了延遲，正在和/或已經由相位差模塊30處理的信息由延遲 補償模塊32調節以補償所確定的延遲。
例如在一個實施例中，延遲補償模塊32確定作為所測量的強度(例如， 幅度)的函數的光敏探測器14的延遲，繼而調節由相位差模塊30確定的相 位差以補償由延遲補償模塊32確定的延遲。在另一實施例中，延遲補償模 塊32使用所確定的延遲來調節由相位差模塊30獲得的發光電磁輻射26的幅 度調製。在此實施例中，相位差模塊30使用所調節的發光電磁輻射26的幅 度調製(如由延遲補償模塊32所調節的)來確定從發射器12入射到可發光 介質16上的電磁輻射13的幅度調製與由可發光介質16發出的電磁輻射26的 幅度調製之間的相位差。應當理解，由於可發光介質16生成已調幅的發光電磁輻射26 (例如，在
強度上具有周期性波動)，所以補償作為所測量的強度的函數的光敏探測器
i4延遲的實施例將比不取決於強度而是恆定地補償延遲的實施例更加準 確。因此，通過延遲補償模塊32確定作為所測量的強度的函數的光敏探測 器14的延遲並且執行補償以解決此延遲將提高處理器18確定由發射器12發 射到可發光介質16的電磁輻射13的幅度調製與發光電磁輻射26的幅度調製 之間的相位差值的準確性。
分析物信息模塊34基於從發射器12入射到可發光介質16上的電磁輻射 13的幅度調製與由可發光介質16發出的電磁輻射26的幅度調製之間的相位 差來確定與導管22內的氣體中的一個或多個分析物相關的信息，所述相位 差如由相位差模塊30和延遲補償模塊32所確定的。例如，由相位差模塊30 辨定的相位差(由延遲補償模塊32調節的)與可發光材料16的發光的衰減 時間相關。如上所述，可發光材料16的衰減時間作為存在於可發光介質16 處的一個或多個氣態分析物的量的函數而改變。因此，分析物信息模塊34 能夠基於由相位差模塊30確定的相位差(由延遲補償模塊32調節)來確定 與這一個或多個氣態分析物相關的信息(例如，存在於可發光材料16處的 量)。例如，分析物信息模塊34可以確定與一個或多個氣態分析物相關的濃 度、分壓和/或其它信息。在一些實施例中， 一個或多個氣態分析物可以包 括氧。
圖4示出了確定與氣體中一個或多個氣態分析物相關的信息的方法36。 在操作38中，發射已調幅電磁輻射。所發射的已調幅電磁輻射具有能夠使 預定的可發光介質發光的一個或多個屬性。例如在一個實施例中，操作38 可以由系統10中的發射器12來執行(如圖l所示)。
在操作40中，所發射的電磁輻射被引導至設置在氣體中的可發光介質 上。引導至可發光介質上的電磁輻射使可發光介質發光，從而發射發光輻 射。因為引導至可發光介質上的電磁輻射被調幅，所以發光輻射也被調幅。 作為一個例子，操作40可以將輻射引導至系統10的可發光介質16上(如圖l 所示)。
在操作42中，接收由可發光介質發射的發光輻射。在操作44中，產生一 個或多個輸出信號。至少一個輸出信號指示接收自可發光介質的發光輻射
16的強度。在一個實施例中，操作42和44由系統10的光敏探測器14執行(如 圖l所示)。
在操作46中，確定被引導至可發光介質的電磁輻射的幅度調製與由可發 光介質發出的發光輻射的幅度調製之間的相位差。在操作46中，確定相位 差以補償在產生輸出信號中作為發光輻射的強度的函數而改變的延遲。在 一些實施例中，操作46由如先前所闡述的系統10的處理器18來執行(如圖l
所示)。
在操作48中，根據在操作46中確定的相位差來確定與氣體中一個或多個 氣態分析物相關的信息。在一個實施例中，在操作48中確定的信息可以包 括與一個或多個氣態分析物的量相關的信息，諸如分壓、濃度或其它信息。 在一些實施例中，操作48由如上所述的系統10的處理器18來執行(如圖l所 示)。
圖5示出了確定被引導至可發光介質的電磁輻射的幅度調製與由可發光 介質響應所接收的輻射而發出的電磁輻射的幅度調製之間的相位差的方法 50。在一個實施例中，在方法40的操作46中(如圖4所示)執行方法50的一 些或全部操作。
在操作52中，獲得被引導至可發光介質的電磁輻射的幅度調製。這包括 獲得作為時間函數的輻射的幅度大小或強度。在一個實施例中，操作52可 以由相位差模塊30來執行(如圖l所示)，如上所述。
在操作54中，獲得由可發光介質發出的電磁輻射的幅度調製。在一個實 施例中，從接收發光輻射的光敏探測器的輸出信號中獲得此發光電磁輻射 的幅度調製。例如，操作54可以由相位差模塊30依照上面所闡明的方式獲 得由光敏探測器14產生的一個或多個輸出信號來執行(如圖l所示)。
在操作56中，確定所獲得的被引導至可發光介質的電磁輻射的幅度調製 與所獲得的由可發光介質發出的電磁輻射的幅度調製之間的相位差。可以 通過增加、減去和/或解調這些幅度調製來確定相位差。在一個實施例中， 操作56可以由相位差模塊30來執行(如圖l所示)，如上所述。
在操作58中，確定在產生輸出信號中的延遲，所述輸出信號在操作54 中用來獲得由可發光介質發出電磁輻射的幅度調製。在操作58中，延遲被 確定為由可發光介質發出電磁輻射的幅度或強度的函數。在一個實施例中，
17操作58由相位延遲模塊32依照先前所描述的方式來執行(如圖l所示)。在 一些情況下，可以在操作58中確定對延遲的補償，而不是實際的延遲。
在操作60中，調節在操作56中確定的相位差以補償在操作58中確定的延 遲。這將提高相位差的準確性和/或精確性。在一個實施例中，對延遲的補 償包括向或從操作56中確定的相位差增加或減去操作58中確定的延遲。在 一些情況下，操作60可以由延遲補償模塊32和/或相位差模塊30來執行(如 圖l所示)。
圖6示出了確定被引導至可發光介質的電磁輻射的幅度調製與由可發光 介質響應所接收的輻射而發出的電磁輻射的幅度調製之間的相位差的一個 可行的替代方法62。就像方法50—樣，在一些實施例中，在方法36的操作 46中(如圖4所示)執行方法62的一些或全部操作。
在操作64中，獲得被引導至可發光介質的電磁輻射的幅度調製。這包括 獲得作為時間函數的輻射的幅度大小或強度。在一個實施例中，操作64對 應於方法50的操作52，如圖5中所圖示並且如上所述。
返回到圖6，在操作66中，獲得由可發光介質發出的電磁輻射的幅度調 制。在一個實施例中，從接收發光輻射的光敏探測器的輸出信號中獲得發 光電磁輻射的幅度調製。操作66可以對應於方法50的操作54，如圖5中所圖 示並且如先前所闡明。
在圖4中的操作68中，確定在產生輸出信號中的延遲，所述輸出信號在 操作66中用來獲得由可發光介質發出的電磁輻射的幅度調製。在操作68中， 延遲被確定為由可發光介質發出的電磁輻射的幅度或強度的函數。在一個 實施例中，操作68對應於方法50的操作58，如上所述。就像操作58的情況 一樣，在一些情況下，可以在操作68中確定對延遲的補償，而不是實際的 延遲。
在操作70中，確定所調節的由可發光介質發出的電磁輻射的幅度調製。 這包括調節在操作66中確定的幅度調製來補償在操作68中確定的延遲。在 一些實施例中，操作70可以由相位延遲模塊32來執行(如圖l所示)，如上 所述。
在操作72中，對於在操作70中確定的所調節的幅度調製以及在操作64 中確定的被引導至可發光介質的電磁輻射的幅度調製來確定相位差。可以通過增加、減去和/或解調這些幅度調製來確定相位差。在一個實施例中， 操作72可以由相位差模塊30來執行(如圖l所示)，如上所述。
在上述並且如圖4 - 6中所圖示的本發明的實施例中，已經對信息補償了 由光敏探測器14導致的系統延遲以提供被引導至可發光介質16的電磁輻射 13的幅度調製與發光輻射26的幅度調製之間的相位差的補償確定。然而， 可以設想補償系統延遲的其它機制。在一個實施例中，在已經確定系統延 遲之後基於所述系統延遲來補償與一個或多個分析物相關的實際信息，所 述實際信息由分析物信息模塊24來確定。例如，在此實施例中，分析物信 息模塊24可以確定未補償的分析物濃度並且延遲補償模塊32可以調節已確 定的濃度。在另一實施例中，可以調節所獲得的電磁輻射13的幅度調製值 來解決傳感器的系統延遲，其中所述電磁輻射13被引導至可發光介質16。 在此實施例中，調節所獲得的電磁輻射13的幅度調製可在此幅度調製與由 可發光介質16發出的電磁輻射26的幅度調製之間的相位差被確定之前進 行，其中所述電磁輻射13被引導至可發光介質16。
應當理解，雖然在分析氣態分析物的範圍內已經闡明了上述系統和方 法，但是可更進一步地理解本發明的一般原理。例如，調節作為發光照明 強度的函數的發光探測器中的系統延遲的原理可以擴展到其它類型的探測 器和/或分析器，所述探測器和/或分析器依賴於檢測發光照明的衰減時間。
考慮到這裡所公開的本發明的說明和實施方式，本發明的其它實施例、 用途和優點對那些本領域技術人員來說將變得顯而易見。說明書僅應當被 認為是示例性的，並且因此本發明的範圍意在僅由以下權利要求來限定。
權利要求
1、一種配置為確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息的系統(10)，所述系統(10)包括與氣體聯通的可發光介質(16)；一個或多個發射器(12)，被配置為將已調幅電磁輻射(13)發射到所述可發光介質(16)上，其中所發射的已調幅電磁輻射(13)導致所述可發光介質(16)中的發光；光敏探測器(14)，被配置為接收由所述可發光介質(16)的發光所產生的已調幅電磁輻射(26)，其中所述光敏探測器(14)響應於所接收的已調幅電磁輻射(26)來產生一個或多個輸出信號，所述輸出信號指示所接收的已調幅電磁輻射(26)的強度；以及處理器(18)，其適於接收由所述光敏探測器(14)產生的所述一個或多個輸出信號並且適於基於所發射的已調幅電磁輻射(13)的幅度調製與所接收的已調幅電磁輻射(26)的幅度調製之間的相位差來確定與所述氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息，其中所述處理器(18)適於補償由所述光敏探測器(14)在產生所述一個或多個輸出信號中產生的延遲，當確定與所述一個或多個氣態分析物相關的所述信息時，所述補償作為所接收的已調幅電磁輻射(26)的所述強度的函數而改變。
2、 如權利要求l所述的系統，其中所述一個或多個氣態分析物包括氧。
3、 如權利要求l所述的系統，其中與所述一個或多個氣態分析物相關的 所述信息包括所述氣體中的所述一個或多個氣態分析物的濃度。
4、 如權利要求1所述的系統，其中所述處理器(18)包括相位差模塊(30)， 所述相位差模塊(30)適於確定所發射的已調幅電磁輻射(13)的所述幅 度調製與所接收的已調幅電磁輻射(26)的所述幅度調製之間的所述相位
5、 如權利要求4所述的系統，其中所述相位差模塊(30)包括鎖定放大器。國'r
6、 如權利要求4所述的系統，其中所述處理器(18)適於(i)基於由 所述一個或多個輸出信號所指示的所接收的已調幅電磁輻射(26)的所述 強度來確定光敏探測器(14)在產生所述一個或多個輸出信號中的所述延 遲，和(ii)基於所確定的延遲，通過調節由所述相位差模塊(30)確定的 所述相位差來補償所述光敏探測器(14)在產生所述一個或多個輸出信號 中的延遲。
7、 如權利要求l所述的系統，其中所述處理器(18)適於控制所述一個 或多個發射器(13)。
8、 一種確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息的方法，所述方法包括將所發射的已調幅電磁輻射(13)提供到與氣體聯通的可發光介質(16)上以便導致所述可發光介質(16)中的發光；接收己調幅電磁輻射(26)，其中由所述可發光介質(16)的所述發光 來產生所接收的已調幅電磁輻射(26);產生指示接收自所述可發光介質(16)的所接收的已調幅電磁輻射(26) 的強度的一個或多個輸出信號；基於所發射的己調幅電磁輻射(13)的幅度調製與所接收的已調幅電磁 輻射(26)的幅度調製之間的相位差來確定與所述氣體中的一個或多個氣 態分析物相關的信息；以及對所接收的已調幅電磁輻射(26)的接收與所述一個或多個輸出信號的 產生之間的延遲提供補償，所述補償作為所接收的已調幅電磁輻射(26) 的強度的函數而改變。
9、 如權利要求8所述的方法，其中所述一個或多個氣態分析物包括氧。
10、 如權利要求8所述的方法，其中確定與所述一個或多個氣態分析物 相關的信息包括確定所述氣體中的所述一個或多個氣態分析物的濃度。
11、 如權利要求8所述的方法，其中確定與所述一個或多個氣態分析物 相關的信息還包括確定所發射的已調幅電磁輻射(13)的所述幅度調製與 所接收的己調幅電磁輻射(26)的所述幅度調製之間的相位差。
12、 如權利要求ll所述的方法，其中確定與所述一個或多個氣態分析物 相關的信息還包括(i)確定所接收的己調幅電磁輻射(26)的接收與指示 所接收的已調幅電磁輻射(26)的強度的所述一個或多個輸出信號的產生 之間的延遲，以及(ii)通過基於所確定的延遲來調節所發射的已調幅電磁 輻射(13)的所述幅度調製與所接收的已調幅電磁輻射(26)的所述幅度 調製之間所確定的相位差，來提供對所述延遲的補償。
13、 如權利要求8所述的方法，還包括發射所發射的已調幅電磁輻射 (13)。
14、 一種配置為確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息的處 理器(18)，所述處理器(18)包括相位差模塊(30)，適於確定在(i)所發射的已調幅電磁輻射(13)的 幅度調製與(ii)所接收的電磁輻射(26)的幅度調製之間的相位差，所述 所發射的已調幅電磁輻射(13)已經提供給與氣體聯通的可發光介質(16), 所接收的電磁輻射(26)由可發光介質(16)響應於其上所提供的所發射 的已調幅電磁輻射(26)而發光來產生，其中所述相位差模塊(26)適於基於由光敏探測器(14)產生的一個或 多個輸出信號來確定所述相位差，其中所述光敏探測器(14)被構造為接 收由所述可發光介質(16)的所述發光產生的所接收的已調幅電磁輻射(26) 的至少一部分並且被構造為產生所述一個或多個輸出信號，並且其中至少 一些所述輸出信號至少指示由所述可發光介質(16)的所述發光產生的所接收的已調幅電磁輻射(26)的強度；延遲補償模塊(32)，適於對所述光敏探測器(14)在產生所述一個或 多個輸出信號中的延遲進行補償，其中所述補償作為由所述可發光介質 (16)的所述發光產生的所接收的已調幅電磁輻射(26)的所述強度的函 數而改變；以及分析物信息模塊(34)，適於基於所述相位差來確定與所述氣體中的一 個或多個氣態分析物相關的信息。
15、 如權利要求14所述的處理器(18)，其中所述一個或多個氣態分析 物包括氧。
16、 如權利要求14所述的處理器(18)，其中由所述處理器(18)確定 的與所述一個或多個氣態分析物相關的所述信息包括所述氣體中的所述一 個或多個氣態分析物的濃度。
17、 如權利要求14所述的處理器(18)，其中所述相位差模塊(30)包 括鎖定放大器。
18、 如權利要求14所述的處理器，其中所述延遲補償模塊(32)還適於 (0基於所接收的已調幅電磁輻射(26)的所述強度來確定所述光敏探測器(14)在產生所述一個或多個輸出信號中的所述延遲，其中所述強度由 所述一個或多個輸出信號來指示，以及(ii)通過基於所確定的延遲調節由 所述相位差模塊(30)確定的所述相位差來補償所述光敏探測器(14)在 產生所述一個或多個輸出信號中的所述延遲。
19、 如權利要求14所述的處理器，其中所述延遲補償模塊(32)還適於 (i)基於所接收的已調幅電磁輻射(26)的所述強度來確定所述光敏探測器(14)在產生所述一個或多個輸出信號中的所述延遲，其中所述強度由 所述一個或多個輸出信號來指示，以及(ii)通過調節所述一個或多個輸出 信號以補償所述光敏探測器(14)在產生所述一個或多個輸出信號中的所述延遲來解決所述延遲，並且其中所述相位差模塊(30)還適於基於已經 由所述延遲補償模塊(32)調節的所述輸出信號來確定所述相位差。
20、 一種確定關於氣體中的氣態分析物的信息的方法，包括確定在(i)所發射的已調幅電磁輻射(13)的幅度調製與(ii)所接收 的己調幅電磁輻射(26)的幅度調製之間的相位差，所發射的己調幅電磁 輻射(13)被提供給與氣體聯通的可發光介質(16)，所接收的已調幅電磁 輻射(26)由所述可發光介質(16)的發光來產生，其中至少部分地基於作為所接收的已調幅電磁輻射(26)的強度的函數 產生的輸出信號來確定所述相位差，所接收的已調幅電磁輻射(26)由所 述可發光介質(16)的所述發光來產生；對於在產生作為所接收的已調幅電磁輻射(26)的所述強度的函數的所 述輸出信號中的延遲進行補償，所接收的已調幅電磁輻射(26)由所述可 發光介質(16)的所述發光來產生；以及基於所述確定和所述補償來確定與所述氣態分析物相關的信息。
全文摘要
一種配置為確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息的系統(10)包括可發光材料(16)、一個或多個發射器(12)、一個或多個光敏探測器(14)和處理器(18)。發射器(12)將已調幅的電磁輻射(13)發射到可發光介質(16)上，所述可發光介質(16)與氣體聯通以導致所述可發光介質(16)發光。光敏探測器(14)接收由可發光介質(16)的發光所產生的已調幅的電磁輻射(26)並且產生一個或多個輸出信號，至少一個輸出信號指示所接收的電磁輻射(26)的強度。處理器(18)接收輸出信號並且確定與氣體中的一個或多個氣態分析物相關的信息。確定與一個或多個氣態分析物相關的信息可以包括補償作為所接收的電磁輻射(26)的強度的函數而改變的延遲。
文檔編號G01N21/64GK101523197SQ200780030619
公開日2009年9月2日 申請日期2007年8月15日 優先權日2006年8月18日
發明者C·米勒 申請人:Ric投資有限責任公司