補償發光介質的退化的傳感器的製作方法
2023-07-07 16:55:36 1
專利名稱：補償發光介質的退化的傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種補償傳感器中發光介質的退化的系統和方法，該傳感 器確定與氣體主體中的一個或多個被分析物相關的信息。
背景技術：
包括發光介質的傳感器是己知的，所述傳感器測量發光介質發光的一 個或多個方面，以確定與氣體主體中的被分析物相關的信息，所述氣體主 體中的被分析物與該發光介質接觸。專利號為6,325,978; 6，632，402; 6,616,896和6,815,211的美國專利均公開了這類傳感器的實例，所述傳感器 使用發光淬火來確定流經樣品管的氣體中諸如氧氣的氣體濃度，這裡以引 用的方式將上述每個專利的內容結合到本申請中。
通常，由於發光介質的退化，這些基於發光的傳感器的精度會隨著時 間而降低，所述發光介質的退化是由光致漂白、原子團形成和/或其它現象 造成的。如果不相對頻繁地校準和/或相對頻繁地更換發光介質，則這類常 規傳感器會因為該降低而變得不可靠。還存在與發光介質退化相關聯的其 它缺點。
發明內容
本發明的一個方面涉及一種傳感器，用於確定與氣體主體中的一個或 多個氣態被分析物相關的信息。在一個實施例中，所述傳感器包括第一傳感器部分和第二傳感器部分。第一傳感器部分包括發射器，所述發射器用 於發射電磁輻射。所述第二傳感器部分用於可拆卸地耦合到所述第一傳感 器部分並且包括發光介質、存儲模塊和發射器。發光介質與氣體主體保持 可操作的通信，並且，如果第二傳感器部分可拆卸地耦合到第一傳感器部 分，則設計該發光介質以接收來自發射器的電磁輻射。發光介質對其從發 射器接收的電磁輻射做出響應而發射發光輻射，以使得可以根據該發光輻 射的一個或多個屬性來確定與氣體主體中的一個或多個氣態被分析物相關 的信息。存儲模塊儲存與發光介質的退化相關的信息，其中發光介質的退 化通過發光介質而影響發光輻射的發射。發射機傳輸所述與發光介質的退 化相關的信息。
本發明的另一方面涉及一種系統，用於確定與氣體主體中的一個或多 個氣態被分析物相關的信息。在一個實施例中，該系統包括處理器和傳感 器。所述傳感器包括第一傳感器部分和第二傳感器部分。第一傳感器部分 包括發射器和光敏檢測器。所述發射器用於發射幅度調製的電磁輻射。所 述光敏檢測器用於接收電磁輻射並且對所接收的電磁輻射做出響應而生成 一個或多個輸出信號，所述輸出信號表示所接收的電磁輻射的幅度。所述 第二傳感器部分用於可拆卸地耦合到所述第一傳感器部分並且包括發光介 質、存儲模塊和發射機。
發光介質與氣體主體保持可操作的通信，並且，如果第二傳感器部分 可拆卸地耦合到第一傳感器部分，則設計所述發光介質以接收來自發射器 的幅度調製的電磁輻射。發光介質對其從發射器接收的電磁輻射做出響應 而發射發光輻射，以使得可以根據該發光輻射的一個或多個屬性來確定與 氣體主體中的一個或多個氣態被分析物相關的信息。此外，如果第二傳感 器部分可拆卸地耦合到第一傳感器部分，則設計所述發光介質以使得該發 光輻射的一部分聚集到光敏檢測器。存儲模塊儲存與發光介質的退化相關 的信息，其中發光介質的退化通過發光介質而影響發光輻射的發射。
發射機傳輸所述與發光介質的退化相關的信息。處理器(i)接收由 光敏檢測器生成的輸出信號，(ii)接收由發射機無線傳輸的所述與發光介 質的退化相關的信息，並且(iii)基於由光敏檢測器生成的輸出信號和從 發射機接收的信息來確定與一個或多個氣態被分析物相關的信息。本發明的再一方面涉及一種傳感器，其對刺激物(stimulus)做出響應 而生成輸出信號，其中以與所述刺激物的一個或多個屬性具有預定關係的 方式生成該輸出信號，以使得可以根據該輸出信號來確定所述刺激物的一 個或多個屬性。在一個實施例中，傳感器包括元件、傳感器處理器和發射 機。元件會退化，從而導致在輸出信號與刺激物的一個或多個屬性之間以 預定關係產生可預測的波動。傳感器處理器提供與元件的退化相關的信息。 發射機無線地傳輸由處理器提供的信息。
本發明的這些以及其它目的、特徵和特性，相關結構元件的操作方法 和功能，部件的組合和製造的效率等，將通過下列參照附圖的說明書和所 附權利要求書的描述而變得清晰，所有這些構成了該說明書的一部分，其 中相似的附圖標記在不同的圖中指示相應的部件。然而，應該清楚地了解， 附圖只是用於說明和描述目的，並不是本發明限制的定義。如說明書和權 利要求書中所使用的，除非文中以其它方式明確指出，單數形式的"一個"、 "一種"以及"所述"也包括複數意義。
圖1A示出了根據本發明一個實施例的用於確定與氣體主體中的一個 或多個被分析物相關的信息的系統；
圖1B示出了根據本發明一個實施例的用於確定與氣體主體中的一個 或多個被分析物相關的信息的系統；
圖2示出了根據本發明一個實施例的用於確定與氣體主體中的一個或 多個被分析物相關的信息的傳感器的配置；
圖3示出了根據本發明一個實施例的用於確定與氣體主體中的一個或 多個被分析物相關的信息的傳感器的配置；
圖4示出了根據本發明一個實施例的用於確定與氣體主體中的一個或 多個被分析物相關的信息的傳感器中的處理器；以及
圖5示出了根據本發明一個實施例的用於確定與氣體主體中的一個或 多個被分析物相關的信息的處理器。
具體實施方式
參照圖1A，其示出了用於確定與氣體主體中的一個或多個被分析物或 組分相關的信息的系統10。系統10包括傳感器12和處理器14。傳感器12 包括第一傳感器部分16和第二傳感器部分18。在一個實施例中，第一傳感 器部分16和第二傳感器部分18可拆卸地彼此耦合。圖1A示出了第一傳感 器部分16未與第二傳感器部分18耦合。
圖1B示意性地示出了第一傳感器部分16與第二傳感器部分18耦合在 一起時的系統10。第二傳感器部分18提供由管道22形成的流通通道20， 氣體可以經過所述流通通道20。如果將第一傳感器部分16耦合到第二傳感 器部分18 (例如，如圖1B所示)，則第一傳感器部分16可以運行以生成 輸出信號，經由位於第一傳感器部分16與處理器14之間的可操作運行的 通信鏈路(例如，有線鏈路、無線鏈路、離散鏈路、經由網絡的鏈路，等 等)將所述輸出信號提供給處理器14。基於由第一傳感器部分16生成的輸 出信號，處理器14確定與置於流通通道20中的氣體所包括的一個或多個 被分析物或組分的一個或多個屬性相關的信息。經由基於發光的技術進行 監控的氣流中被分析物或組分的實例是氧氣。
在一個實施例中，管道22適合於將氣體運載到患者和/或運載來自患者 的氣體。因此，管道22可以與將氣體傳送到管道22的另一管道、電路或 管路耦合。在更具體的實例中，管道22可以接收來自用於與患者的導氮管 通{言的患者接口應用設備的氣體。例如，患者接口應用設備的一些實例可 以包括氣管內導管、鼻套管、氣管切開插管、氧氣罩或其它患者接口應用 設備。本發明不限於這些實例，並且考慮氣體主體中被分析物的確定。
正如圖1A和圖1B所示的，在一個實施例中，第二傳感器部分18包括 發光介質24、處理器26和發射機/接收機28。在一個實施例中，第一傳感 器部分16包括發射器30、光敏檢測器32和發射機/接收機34。
應該意識到，可以實現多種機制以可拆卸地耦合傳感器部分16和18。 在一些實施例中，在管道22的外表面上提供安裝區域，所述安裝區域適合 於可靠地接收用於容納第一傳感器部分16的殼體。例如，傳感器部分16 和18可以按照於2003年9月9日授予給Labuda等人的專利號為6,616,896 並且發明名稱為"Oxygen Monitoring Apparatus (氧氣監控裝置)"的美國專 利(此後將其稱為"，896專利")中描述的方式中進行耦合，或者按照於2003年10月14日授予給Blazewicz等人的專利號為6,632,402並且發明名稱為 "Oxygen Monitoring Apparatus (氧氣監控裝置)"的美國專利(此後將其稱 為"'402專利")中描述的方式進行耦合。另外，這些參考文獻中都描述了 一種傳感器，其(1)包括與發射器30、光敏檢測器32和/或發光介質24 的一些或全部類似的元件，並且(2)以與傳感器12類似的方式確定與氣 體主體中的一個或多個被分析物相關的信息。這裡以參考的方式將，402專 利和，896專利的全部內容結合到本申請中。這些實例並不是限定性的，並 且應該意識到，可以使用適合於耦合傳感器部分16和18的任何方法。另 外，在另一實施例中，傳感器部分16和18永久性地彼此連接，或者至少 是不容易被分離開。
當傳感器部分16和18耦合在一起時，發射器30發射聚集於發光介質 24上的電磁輻射。如下面將進一步討論的，由發射器30發射的電磁輻射包 括具有促使發光介質24發光的波長的電磁輻射。發射器30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 雷射器源)、發光二極體("LED")、熱陰極螢光燈("HCFL")、冷陰極熒 光燈("CCFL")、白熾燈、卣素燈泡、接收的環境光和/或其它電磁輻射源。
在一種實現方式中，發射器30包括一個或多個綠光和/或藍光LED。 這些LED通常在發光介質24的發光成分吸收區中具有高的亮度並且在其 它波長(例如，紅光和/或紅外線)處輸出較少量的輻射。這使得傳感器12 的雜散幹擾光和光降解作用最小化。
同時，本發明絕不僅限於LED的使用，將LED用作發射器30的其它 優點包括重量輕、體積小、低功耗、低電壓要求、低產熱、可靠性、魯棒 性、相對低的成本和穩定性。而且，可以快速、可靠和重複性地開關這些 LED。
在一些實現方式中，系統10可以包括設置在第一傳感器部分16和第 二傳感器部分18中的一個或二者之中的一個或多個光學元件(未示出)以 引導、聚集和/或以其它方式處理由發射器30發射的輻射。例如， 一個或多 個透鏡可以在選擇的方向上校準輻射。作為更具體的實例，所結合的'896 和，402專利都公開了光學元件的使用，所述光學元件處理由類似於發射器 30的發射器所發射的輻射。當傳感器部分16和18耦合在一起時，來自發射器30的並且進行了預 定幅度調製(例如，具有預定頻率、具有預定最大和/或最小幅度，等等) 的電磁輻射可以到達發光介質24。在一個實施例中，可以驅動發射器30以 發射進行了預定幅度調製的電磁輻射。在另一實施例中，第一傳感器部分 16可以包括用於調製由發射器30發射的電磁輻射的幅度的一個或多個光學 元件(未示出)。該一個或多個光學元件可以包括一個或多個被周期性驅動 的有源元件(例如，液晶棧，等等)和/或一個或多個無源元件，將所述無 源元件周期性地移動進出由發射器30 (例如，過濾器、單向透視玻璃，等 等)發射的電磁輻射的光學路徑。
第二傳感器部分18可以包括在管道22的壁中形成的窗口 36。窗口 36 可以是基本上透明的，以在傳感器部分16和18耦合在一起時使諸如由發 射器30發射的電磁輻射等的電磁輻射能夠進入和/或離開管道22的內部。 例如，窗口36可以由藍寶石、 一個或多個聚合體(例如，聚乙烯，等等)、 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)，管道 22可以包括與窗口 36類似的兩個窗口。正如，402專利中所示出和描述的， 可以將兩個窗口彼此相對地設置在管道22中，以使電磁輻射能夠穿過管道 22。在該實施例中，當傳感器部分16和18耦合在一起時，光敏檢測器32 可以與發射器30分離開而位於管道22的相對側上。
發光介質24是一種介質，其對來自發射器30和/或一些其它激勵能量 的輻射做出響應而發光，如波浪線38所示，以在與由發射器30提供的電 磁輻射的波長不同的波長處按照基本上全方向的方式發射電磁輻射。這種 發光的電磁輻射38的亮度和/或餘輝根據包括在管道22內的氣體主體中的 一個或多個被分析物的相對數量而升高或降低。在一個實施例中，通過淬 滅發光反應，氧氣使發光輻射38的亮度和/或餘輝發生變化。隨著氧氣濃度 的增加，發光輻射38的亮度和/或餘輝的變化將會減少。在一個實施例中， 將發光介質24形成作為發光膜。例如，所結合的'896和'402專利都公開了 可以用作發光介質24的膜。
在圖1A和圖1B示出的實施例中，將發光介質24設置為與熱電容器 40接觸、近距離接近或以其它方式熱耦合。採用熱電容器40以使發光介質 24維持在基本上恆定的操作溫度，並且從而降低或消除由發光介質24的溫度變化引起的系統10中的錯誤。因此，熱電容器40是實現該功能的任意 設備，例如基於溫度傳感器的輸出而以反饋方式控制的加熱器、散熱片， 等等。
將光敏檢測器32設置於第一傳感器部分16內，以使得如果傳感器 部分16和18耦合在一起，則光敏檢測器32接收來自發光介質24的發光 電磁輻射的至少一部分。基於所接收的輻射，光敏檢測器32生成與所接收 的輻射的一個或多個屬性相關的一個或多個輸出信號。例如，該一個或多 個輸出信號可以與輻射量、輻射強度、輻射調製和/或輻射的其它屬性相關。 在一個實施例中，光敏檢測器32包括PIN二極體。在其它實施例中，採用 其它光敏設備作為光敏檢測器32。例如，光敏檢測器32可以採用二極體陣 列、CCD晶片、CMOS晶片、光致倍增管和/或其它光敏設備的形式。
圖2示出了包括光敏檢測器32的傳感器12的實施例，其中將一個或 多個過濾器元件42放置在第一傳感器部分16內，位於發光介質24和光敏 檢測器32之間。如所結合的，896和'402專利中描述的，通常將過濾器元件 42設計為阻止不是由發光介質24發射的電磁輻射入射到光敏檢測器32上。 例如，在一個實施例中，過濾器元件42是特定波長的，並且允許發光輻射 38穿過併入射到光敏檢測器32上，而基本上阻止具有其它波長的輻射。
在圖2示出的傳感器12的實施例中，第一傳感器部分16還包括基準 光敏檢測器44和分束元件46。如所結合的'896專利中描述的，分束元件 46可以將朝向光敏檢測器32傳播的輻射的一部分導向基準光敏檢測器44。 由基準光敏檢測器44生成的一個或多個輸出信號可以用作解決和補償由光 敏檢測器32生成的一個或多個輸出信號中的系統噪聲(例如，發射器30 中的亮度波動，等等)的基準。
應該意識到，儘管將圖2中所示的過濾器42、基準光敏檢測器44和分 束元件46設置在第一傳感器部分16中，但這只是說明性的。在其它實施 例中，可以將分束元件46、基準光敏檢測器44和/或一個或多個過濾器42 中的一些或全部設置在第一傳感器部分16中。
圖3示出了傳感器12的另一配置。在圖3示出的配置中，熱電容器40 是至少部分透明的，並且位於窗口 36附近。在該配置中，將發光介質24 放置為在熱電容器40的與窗口 36相對的側上與熱電容器40進行熱通信。發光介質24在其與電容器40和發光介質24之間的邊界相對的側上暴露於 流通通道20。正如所見到的，由發射器30發射的電磁輻射47既穿過窗口 36也穿過熱電容器40，以入射到發光介質24。由發光介質24發射的發光 輻射38繼續回穿過熱電容器40和窗口 36，以按照與上述基本上相同的方 式入射到光敏檢測器32和/或44中的一個或全部。
返回到圖1A和1B，發射機/接收機28和34彼此傳輸和/或接收信號。 具體地說，在一個實施例中，發射機/接收機28和34無線地傳輸和/或接收 信號。由於在醫療環境中不建議或禁止暴露的通信線和/或引線，這在將系 統IO應用於醫療環境的實例中是有益的。然而，在其它實施例中，發射機 /接收機28和34可以經由有線連接而傳輸和/或接收信號。這些實施例可以 包括將系統10應用於醫療環境的一些實例。正如在圖1A和1B中所見到的， 發射機/接收機28與處理器26連接以傳輸來自處理器26的信號和/或接收 用於處理器26的信號。發射機/接收機34與處理器14連接以傳輸來自處理 器14的信號和/或接收用於處理器14的信號。
在某些實施例中，發光介質24會隨著時間退化，導致發光介質24對 激勵能量(例如，來自發射器30的電磁輻射)的響應(例如，發光輻射38 的亮度和/或餘輝)中的波動。換言之，由於使用和老化中的一個或全部導 致的出現在發光介質24內的化學和/或物理變化會引起發光介質24對於兩 個在時間上非鄰近的點處施加到其上的相同激勵能量產生不同的反應。隨 著發光介質24持續退化，通過改變代表由發光介質24發出的發光輻射38 的一個或多個屬性的輸出信號與期望的刺激物(氣體主體中的一個或多個 被分析物或組分)之間的相關性，其會影響傳感器10在監控其期望的剌激 物方面的精確度。會引起發光介質24退化現象的一些實例包括光致漂白、 氧原子團的形成和/或其它現象。
處理器26確定與發光介質24的退化相關的信息，所述退化隨著發光 介質24的老化和/或使用而增加。隨後，該信息由發射機/接收機28從處理 器26處傳輸出來，並且通過發射機/接收機34由處理器14接收該信息。正 如下面將進一步討論的，處理器14還接收光敏檢測器32的輸出信號。隨 後，處理器14基於所述輸出信號和從處理器26接收的和信息來確定與存 在於流通通道22內的氣體主體中的一個或多個被分析物相關的信息。圖4示出了根據本發明一個或多個實施例的處理器26。如所示出的， 在一個實施例中，處理器26包括補償模塊48和存儲模塊50。模塊48和 50可以實現為軟體、硬體、固件，以及軟體、硬體和/或固件的組合；和/ 或以其它方式實現該模塊48和50。應該意識到，儘管圖4中示出的模塊 48和50共同位於單個處理單元中，但是處理器26可以包括多個處理單元， 並且這些處理單元中的一些處理單元可以在第二傳感器部分18中彼此遠 離。在這樣的實施例中，模塊48和50可以與其它模塊彼此遠離並且經由 一個或多個通信鏈路來實現模塊之間的可操作的通信。這樣的通信鏈路可 以是無線的或硬連接的。
補償模塊48確定與發光介質24的退化有關的信息。正如之前提到的， 發光介質24的退化將隨著老化和/或使用而增加。因此，在一個實施例中， 補償模塊48監控(1)安裝了發光介質24的傳感器12的時間量("tage") 和/或(2)發光介質24接收來自傳感器12中的發射器30的電磁輻射的時 間量("tuse")。在某些實施例中顯而易見的是，當按照解決發光介質24退 化的方式校準傳感器10時，可以重設或者不可以重設t^和tuse中的一個或 全部。
為了監控tage和tuse，補償模塊48可以包括時鐘、定時器和/或一些其它 走時元件。tage的確定是相當簡單的，因為其只要求持續運行的時間段。確
定tw要求在發光介質24從發射器30接收電磁輻射時通知補償模塊48 (或
該時間段的近似值)。
例如，在一個實施例中，補償模塊48與諸如圖2中示出的光敏檢測器 32等的光敏檢測器進行通信，所述光敏檢測器位於處在或鄰近發光介質24 的第二傳感器部分18中。光敏檢測器32適合於檢測由發射器30發射的輻 射，並且補償模塊48對於tuM計數時間，在該時間期間光敏檢測器32檢測 由發射器30發射的輻射。
回到圖4，在另一實施例中，處理器26通過發射機/接收機28接收指 示電磁輻射開始/消除的信號，所述電磁輻射被從發射器30引導到發光介質
24。在某些實施例中，tuse可以僅僅是發光介質24處於使用中的時間的近似
值。例如，第二傳感器部分18 (和/或第一傳感器部分16)可以包括用於檢 測傳感器部分16和18何時耦合的檢測器(未示出)，並且補償模塊48可以將傳感器16和18耦合的時間測量作為tuse。
在一個實施例中，補償模塊48執行一種算法，所述算法根據tage和tuse 中的一個或全部來確定補償因數。隨後，通過發射機/接收機28和34將該 補償因數傳輸至處理器14，在確定與氣體主體中存在的一個或多個被分析 物相關的信息中，通過處理器14運用所述補償因數。該算法可以包括數學 函數、查找表和/或其它形式的算法。在另一實施例中，補償模塊48使tage 和/或^6經由發射機/接收機28和34而傳輸至處理器14，並且處理器14
運用t^和/或tuse以確定補償因數。
存儲模塊50可以用於儲存信息，處理器26和/或處理器14的其它元件 使用所述信息以確定補償因數。例如，存儲模塊50可以儲存用於確定tage
禾口/或W的開始時間和/或結束時間、tage和/或t^、査找表、數學函數和/或
其它信息，其中補償模塊48使用所述查找表以確定補償因數，補償模塊48
使用所述數學函數以確定補償因數。
在一個實施例中，處理器26能夠在不使用補償模塊48的情況下確定 tage。在該實施例中，存儲模塊50儲存將發光介質24置於第二傳感器部分 18中和/或上一次校準傳感器10的時間的時間戳。將該時間戳傳輸至處理 器14，該處理器14在確定tage和域補償因數中運用該時間戳。在類似的實 施例中，在發光介質24每次從發射器30接收電磁輻射的開始和/或結束時， 處理器26會在存儲模塊50中儲存時間戳。這些時間戳指示接收到電磁輻 射的實際時間，或者其某些近似值(例如，當傳感器部分16和18耦合起 來或分開時)。隨後，將這些時間戳傳輸至處理器14，該處理器14使用時 間戳來確定W。
在一個實施例中，處理器26和發射機/接收機28包括具有相關聯的非 易失性存儲器(例如，EEPROM，等等)的RFID發射機應答器。例如，與 RFID發射機應答器相關聯的存儲器可以用於按照針對存儲模塊50的上述 方式儲存與t^和/或tuse相關的信息。該信息可以包括時間、時間戳、補償
因數和/或與t^和/或tuse相關的其它信息。RFID發射機應答器的發射機/接
收機作為發射機/接收機28進行操作以傳輸來自處理器26的信息並且接收 用於處理器26的信息。例如，發射機/接收機可以傳輸來自與RFID發射機 應答器相關聯的存儲器的信息並且接收到該與RFID發射機應答器相關聯的存儲器的信息。
在另一實施例中，發射機/接收機28包括光學發射機(例如，通過條形 碼，等等)。在該實施例中，光學發射機可以包括提供光學編碼信息的可視 標籤。可視標籤的顯示可以是靜態的(例如，列印的)和/或動態的(例如， LCD顯示、等離子顯示、OLED顯示，等等)。光學編碼信息可以包括與tage
和/或t^相關的信息，例如時間、時間戳、補償因數和/或與tage和/或W相 關的其它信息。在該實施例中，靜態的一部分可視標籤可以用作存儲模塊
50 (例如，通過儲存信息)和發射機/接收機28 (通過光學傳輸該信息)。 在該實施例中，動態的一部分可視標籤可以用作發射機/接收機28，而被通 信連結以驅動動態顯示的處理器可以提供上述處理器26的某些或全部功 能。在該實施例中，發射機/接收機34將包括光學碼讀取器以接收來自光學 顯示的信息。
圖5示出了包括相差模塊52、補償模塊54和被分析物信息模塊56的 處理器14的實施例。可以將模塊52、 54和56實現為軟體、硬體和/或固件； 軟體、硬體和/或固件的某些組合；或者以其它方式實現模塊52、 54和56。 應該意識到，儘管圖1示出的模塊52、 54和56共同地位於單個處理單元 中，但是處理器14可以包括多個處理單元，並且這些處理單元中的一些處 理單元可以彼此遠離。在這樣的實施例中，模塊52、 54和56中的一個或 多個可以與其它模塊遠離，並且可以通過一個或多個通信鏈路來實現模塊 之間的可操作的通信。這樣的通信鏈路可以是無線的或硬連接的。
相差模塊52確定以下兩者之間的相差(1)從發射器30入射到發光 介質24上的電磁輻射的幅度調製，和(2)通過發光介質24對由發射器30 發射的電磁輻射做出響應而發出的電磁輻射38的調製。
為了確定該相差，相差模塊52獲得來自發射器30的電磁輻射的幅度 調製。在一個實施例中，以周期信號的形式(例如，正弦信號、方波信號， 等等)獲得來自發射器30的電磁輻射的幅度調製，所述周期信號與電磁輻 射的幅度調製成比例地變化，和/或隨著電磁輻射的幅度調製的頻率變化。 可以根據提供給發射器30的調製功率信號、根據用於驅動對由發射器30 發射的電磁輻射進行幅度調製的有源光學元件的調製功率信號或者根據與 位於發射器30和發光介質24之間的無源光學元件的位置相關以對提供到發光介質24的電磁輻射進行幅度調製的信號來獲得所述信號。
相差模塊52還獲得由發光介質24發出的電磁輻射38的幅度調製。在 某些實施例中，以信號的形式獲得由發光介質24發出的電磁輻射38的幅 度調製，所述信號與發出的電磁輻射38的幅度調製成比例地變化和/或隨著 發出的電磁輻射38的幅度調製的頻率變化。例如，可以根據由光敏檢測器 32生成的一個或多個輸出信號來獲得所述信號。
相差模塊52確定獲得的由發射器30發射的電磁輻射的幅度調製與獲 得的發出的電磁輻射38的幅度調製之間的相差。在某些實例中，相差模塊 52包括鎖相放大器，其生成與這兩個幅度調製之間的相差成比例的直流信 號。在其它實例中，相差模塊52可以實現為軟體，所述軟體計算獲得的由 發射器30發射的輻射的幅度調製和由發光介質24發出的輻射的幅度調製 之間的相差。
補償模塊54補償一個或多個系統延遲。例如，補償模塊54補償由於 前述的發光介質24的退化引起的傳感器10的響應中的波動。補償模塊54 使用從處理器26 (例如從補償模塊48和/或存儲模塊50)接收的關於發光 介質24退化的信息來補償這些波動。正如前面所討論的，從處理器26接 收的關於發光介質24退化的信息可以包括補償因數。補償因數可以包括用 於下列的補償(1)由發射器30發射的電磁輻射的幅度調製，(2)發光輻 射38的幅度調製(如由光敏檢測器32的輸出信號所指示的)，和/或(3) 由相差模塊52確定的相差。
在某些實施例中，處理器26可以為補償模塊54提供比預定的補償因 數更"原始"的信息。例如，處理器26可以為補償模塊54提供t^和/或tuse
的值或可以通過其確定t^和/或W的信息(例如時間戳)。在這些實例中，
補償模塊54以前述方式處理該信息以在對發光介質24的退化進行補償之 前確定補償因數。
正如由相差模塊52所確定的，被分析物信息模塊56基於相差來確定 與管道22內氣體主體中的一個或多個被分析物相關的信息，所述相差是由 發射器30發射的入射到發光介質24上的電磁輻射的幅度調製與發光介質 24發射的電磁輻射38的調製之間的相差。例如，由相差模塊52 (通過補 償模塊54進行了補償)確定的相差與發光材料24發光的衰變時間相關。正如前面提到的，發光材料24的衰變時間根據存在於發光介質24處 的一種或多種氣體的數量而變化。因此，被分析物信息模塊56能夠基於由 相差模塊52確定的相差來確定與這些一種或多種氣體(例如，存在於發光 材料24處的量)相關的信息。例如，被分析物信息模塊56可以確定與一 種或多種氣體相關的濃度、部分壓力和/或其它信息。在某些實施例中，該 一種或多種氣體可以包括氧氣。
儘管在上面的描述中，將通過補償模塊54對發光介質24的退化進行 補償描述為在通過被分析物信息模塊56確定被分析物信息之前，但是仍存 在對該設計的替代方法。例如，在一個實施例中，確定補償因數(通過處 理器26或補償模塊54)以調整由被分析物信息模塊56確定的被分析物信 息。在該實施例中，直到被分析物信息模塊56已經基於未補償的信息確定 了被分析物信息之後，才會由補償模塊54應用補償因數。
該與、e和域W相關的信息還可以用於系統10中的其它目的。例如，
與t^和/或tuM相關的信息可以用於確定發光介質24何時已經超出其有用
的生存期(例如，不再基於其發光屬性來精確地確定信息)。在該實施例中，
可以向使用者傳輸應該替換發光介質24的信號(例如，可視信號、可聽信 號，等等)。發光介質24的替換可以包括替換第二傳感器部分18中的發光 介質24或者以包括"更年輕的"發光介質的另一傳感器部分替換第二傳感 器部分18。
應該意識到，儘管已經在分析氣態被分析物的情景中闡述了前述的系 統和方法，但本發明的通用原理遠不止於此。例如，在不背離本發明範圍 的情況下，由於一個或多個傳感器元件隨著時間的退化而引起的傳感器中 系統錯誤的調整原理可以延伸到其它類型的檢測器和/或分析器。
儘管基於目前被認為是最實用和首選的實施例，以說明為目的而詳細 描述了本發明，但是應該理解，這樣的細節僅僅是為了所述目的，並且本 發明並不限於所公開的實施例，但是，相反，本發明意欲覆蓋在所附權利 要求的精神和範圍內的更改和等同設計。例如，應該理解，本發明預期在 儘可能的範圍內將任意實施例的一個或多個特徵與任意其它實施例的一個 或多個特徵組合起來。
權利要求
1、一種傳感器(12)，用於確定與氣體主體中的一個或多個氣態被分析物相關的信息，所述傳感器包括(a)第一傳感器部分(16)，其包括發射器(30)，所述發射器用於發射電磁輻射；以及(b)第二傳感器部分(18)，用於可拆卸地耦合到所述第一傳感器部分，所述第二傳感器部分包括(1)發光介質(24)，其與所述氣體主體進行可操作的通信，並且如果所述第二傳感器部分可拆卸地耦合到所述第一傳感器部分，則所述發光介質(24)被配置為接收來自所述發射器的電磁輻射，其中所述發光介質對其從所述發射器接收的電磁輻射做出響應而發射發光輻射，其中根據所述發光輻射的一個或多個屬性，確定與所述氣體主體中的一個或多個氣態被分析物相關的信息，(2)存儲模塊(26、50)，其儲存與所述發光介質的退化相關的信息，其中所述發光介質的退化通過所述發光介質而影響所述發光輻射的發射，以及(3)發射機(28)，所述發射機傳輸與所述發光介質的退化相關的信息。
2、 根據權利要求1所述的傳感器，其中，所述第二傳感器部分還包括補償模塊(26、 48)，其確定與所述發光介 質的退化相關的信息。
3、 根據權利要求2所述的傳感器，其中，所述補償模塊確定與所述發光介質的退化相關的信息，所述發光介質 的退化是由所述發光介質中存在原子團引起的。
4、 根據權利要求1所述的傳感器，其中，與所述發光介質的退化相關的信息包括所述發光介質已經從所述發射器接收電磁輻射的時間總量。
5、 根據權利要求2所述的傳感器，其中，與所述發光介質的退化相關的信息包括補償因數，所述補償模塊根據 所述發光介質己經從所述發射器接收電磁輻射的時間總量來確定所述補償 因數。
6、 根據權利要求1所述的傳感器，其中，所述第一傳感器部分還包括接收機(34)，並且其中，所述發射機將與 所述發光介質的退化相關的信息無線地傳輸到所述接收機。
7、 根據權利要求6所述的傳感器，其中，所述接收機將與所述發光介質的退化相關的信息提供給處理器，所述 處理器運用所述信息以調整與氣體主體中的一個或多個氣態被分析物相關 的信息的確定。
8、 根據權利要求1所述的傳感器，其中，所述第二傳感器部分還包括RFID發射機應答器，其提供所述存儲模塊 和所述發射機。
9、 根據權利要求1所述的傳感器，其中，當將所述發光介質設置在所述第二傳感器部分內時，將與所述發光介 質的退化相關的信息儲存到所述存儲模塊，並且其中，所述存儲模塊靜態 地儲存與所述發光介質的退化相關的信息。
10、 根據權利要求1所述的傳感器，其中， 所述發射機無線地傳輸與所述發光介質的退化相關的信息。
11、 根據權利要求l所述的傳感器，其中， 所述一個或多個氣態被分析物包括氧氣。
12、 一種系統(10)，用於確定與氣體主體中的一個或多個氣態被分析物相關的信息，所述系統包括(a) 處理器(14);以及(b) 傳感器(12)，所述傳感器包括(1) 第一傳感器(16)部分，其包括(i )發射器(30)，用於發射幅度調製的電磁輻射，和 (ii)光敏檢測器(32)，用於接收電磁輻射並且對所接收的電磁輻射做出響應而生成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幅度；以及(2) 第二傳感器部分(18)，用於可拆卸地耦合到所述第一傳感 器部分，所述第二傳感器部分包括(i )發光介質(24)，其與所述氣體主體進行可操作的通信， 並且如果所述第二傳感器部分可拆卸地耦合到所述第一傳感器部 分，則所述發光介質(24)被配置為接收來自所述發射器的幅度 調製的電磁輻射，其中所述發光介質對其從所述發射器接收的電 磁輻射做出響應而發射發光輻射，其中根據所述發光輻射的一個 或多個屬性，確定與所述氣體主體中的一個或多個氣態被分析物 相關的信息，還將所述發光介質配置為如果所述第二傳感器部 分可拆卸地耦合到所述第一傳感器部分，則將所述發光輻射的一 部分引導到所述光敏檢測器，(ii) 存儲模塊(26、 50)，其儲存與所述發光介質的退化相 關的信息，其中所述發光介質的退化通過所述發光介質而影響所 述發光輻射的發射，以及(iii) 發射機(28)，其傳輸與所述發光介質的退化相關的信 息，其中所述處理器用於(a)接收由所述光敏檢測器生成的所 述輸出信號，(b)接收由所述發射機傳輸的與所述發光介質的退 化相關的信息，以及(c)基於由所述光敏檢測器生成的所述輸出 信號以及從所述發射機接收的所述信息，確定與所述一個或多個 氣態被分析物相關的信息。
13、 根據權利要求12所述的系統，其中，所述第二傳感器部分還包括補償模塊(26、 48)，其確定與所述發光介 質的退化相關的信息。
14、 根據權利要求12所述的系統，其中，所述第二傳感器部分還包括RFID發射機應答器，其提供所述存儲模塊 和所述發射機。
15、 根據權利要求12所述的系統，其中，所述處理器確定的與所述一個或多個氣態被分析物相關的信息包括與 氧氣的濃度和部分壓力中的一個或全部相關的信息。
16、 根據權利要求12所述的系統，其中，.所述第一傳感器部分還包括接收機(34)，其與所述處理器通信，並且 其中，所述發射機將與所述發光介質的退化相關的信息無線地傳輸到所述 接收機，並且所述處理器從所述接收機接收與所述發光介質的退化相關的f曰息c
17、 根據權利要求12所述的系統，其中，當將所述發光介質設置在所述第二傳感器部分內時，將與所述發光介 質的退化相關的信息儲存到所述存儲模塊，並且其中，所述存儲模塊靜態 地儲存與所述發光介質的退化相關的信息。
18、 根據權利要求12所述的系統，其中， 所述發射機無線地傳輸與所述發光介質的退化相關的信息。
19、 一種傳感器(12)，其對刺激物做出響應而生成輸出信號，其中以 與所述刺激物的一個或多個屬性具有預定關係的方式生成所述輸出信號， 以使得根據所述輸出信號來確定所述刺激物的所述一個或多個屬性，所述傳感器包括會退化的元件(24)，其中所述元件的退化導致在所述輸出信號與所述 刺激物的一個或多個屬性之間以預定關係產生可預測的波動；傳感器處理器(26)，其提供與所述元件的退化相關的信息；以及 發射機(28)，其無線地傳輸由所述處理器提供的信息。
20、 根據權利要求19所述的傳感器，其中，所述元件以基本上與時間量成比例的速率退化，並且其中，所述傳感 器處理器提供與所述時間量相關的信息。
21、 根據權利要求20所述的傳感器，其中，所述時間量是自上一次校準所述傳感器以來已經過去的時間的總量， 並且其中，校準所述傳感器包括確定所述輸出信號與所述刺激物的一個 或多個屬性之間的預定關係，所述預定關係允許根據所述輸出信號來確定 所述刺激物的所述一個或多個屬性。
22、 根據權利要求21所述的傳感器，其中，由所述傳感器處理器提供的與所述時間量相關的信息包括自上一次校 準所述傳感器以來已經過去的時間的總量。
23、 根據權利要求21所述的傳感器，其中，由所述傳感器處理器提供的與所述時間量相關的信息包括補償因數， 所述傳感器處理器根據自上一次校準所述傳感器以來己經過去的時間的總 量來確定所述補償因數。
24、 根據權利要求20所述的傳感器，其中，所述時間量是自上一次校準所述傳感器以來已經使用所述傳感器的時 間的量，並且其中，校準所述傳感器包括確定所述輸出信號與所述刺激 物的所述一個或多個屬性之間的預定關係，所述預定關係允許根據所述輸 出信號來確定所述刺激物的所述一個或多個屬性。
25、 根據權利要求24所述的傳感器，其中，由所述傳感器處理器提供的與所述時間量相關的信息包括自上一次校 準所述傳感器以來已經使用所述傳感器的時間的量。
26、 根據權利要求24所述的傳感器，其中，由所述傳感器處理器提供的與所述時間量相關的信息包括補償因數， 所述傳感器處理器根據自上一次校準所述傳感器以來已經使用所述傳感器 的時間來確定所述補償因數。
27、 根據權利要求19所述的傳感器，還包括RFID發射機應答器，其 提供所述存儲模塊和所述發射機。
28、 根據權利要求19所述的傳感器，還包括 接收機(38)，其接收由所述發射機傳輸的信息；第一傳感器部分(16)，其承載所述接收機，所述第一傳感器部分與系 統處理器進行可操作的通信，以使得將由所述接收機接收的信息傳輸到所 述系統處理器；以及第二傳感器部分(18)，其承載所述元件、所述傳感器處理器和所述發 射機，其中，所述第二傳感器部分被配置為可拆卸地耦合到所述第一傳感 器部分，並且其中，所述系統處理器運用從所述接收機傳送的信息以調整 由所述傳感器監控的與一個或多個被分析物相關的信息的確定。
全文摘要
本發明公開一種傳感器(12)，其對刺激物做出響應而生成輸出信號，其中以與所述刺激物的一個或多個屬性具有預定關係的方式生成所述輸出信號，以允許根據所述輸出信號來確定所述刺激物的一個或多個屬性。在一個實施例中，傳感器包括元件(24)、傳感器處理器(26)和發射機(28)。元件會退化，從而導致在輸出信號與所述刺激物的一個或多個屬性之間的預定關係中的可預測的波動。傳感器處理器提供與元件的退化相關的信息。發射機無線地傳輸由處理器提供的信息。
文檔編號G01N7/00GK101523189SQ200780037089
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月4日 優先權日2006年10月6日
發明者C·米勒 申請人:Ric投資有限責任公司