專利名稱：使用帶通濾波器的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，所述傳感器具有濾波裝置、布置在所述濾波裝置下游的檢測裝置和連接到檢測裝置的估算裝置，濾波裝置具有至少一個第一濾波器、被構(gòu)造成允許第一預定波段(可疑波段(suspect band))通過的帶通濾波器的可疑物濾波器(suspect filter)、至少一個第二濾波器、被構(gòu)造成允許(一個或多個)第二預定波段((一個或多個)參考波段)通過的帶通濾波器的(一個或多個)基準濾波器，其中檢測裝置具有與所述濾波器中的至少一個相關(guān)聯(lián)的至少一個檢測器。帶通基準濾波器分布在可疑物濾波器的帶通以上和以下。傳感器有利地可以在頂波段中使用，并且可以有利地用于檢測co2。
背景技術(shù)：
例如由US 5，081，998A已知被構(gòu)造成為氣體傳感器的這種傳感器。頂輻射源設(shè)置在該傳感器中，所述頂輻射源通過濾波裝置作用在總共四個檢測器上。濾波裝置具有兩個濾波器，所述濾波器具有不同的通過特性。第一濾波器具有用于頂輻射的被(X)2吸收的通帶。該濾波器因此還被稱作為"CO2濾波器”。布置在下游的檢測器為指定的CO2檢測器。 另一個濾波器具有不同于所述第一濾波器的用于確定參考量的通帶。布置在基準濾波器下游的檢測器被稱作為基準檢測器。在頂源與兩個濾波器之間布置有第三濾波器，所述第三濾波器被稱作為自然密度濾波器(natural densityfilter)并與第一濾波器的一半和第二濾波器的一半重疊。因此，兩個CO2檢測器中的一個和基準檢測器中的一個僅接收具有通過自然密度濾波器和CO2濾波器或基準濾波器的頂輻射。在估算裝置中形成兩個CO2檢測器的輸出信號的差值和兩個基準檢測器的差值。兩個差值然后彼此相除。例如，這種CO2傳感器需要例如用于確定病人呼吸中的CO2,以便能夠在麻醉期間更好地監(jiān)控病人。這種傳感器的缺點在于該傳感器具有相對較高的功率要求，并且另一個缺點在于所需的檢測器的數(shù)量。由US 5，081，998A已知的裝置需要輻射源，所述輻射源在長期使用的任何情況下都不適于電池供電的應(yīng)用。此外，這種頂源通常需要一定的加熱時間，使得在需要時在沒有進行一定程度的事先準備的情況下不能總是可以執(zhí)行測量。本發(fā)明要解決的問題是簡化引入US 2008/0283753中所述的傳感器中的頂傳感器，其中第一濾波器的通帶布置在第二濾波器的通帶內(nèi)，并且估算裝置形成檢測器的信號的差值并對于檢測器的信號標準化所述差值。該結(jié)構(gòu)使得可以估算相當多的頂輻射。頂輻射因此不會被分成兩個單獨的范圍， 且每一個檢測器僅檢測一個范圍。相反，一個檢測器檢測具有預設(shè)頻譜范圍的頂輻射，其中所述預設(shè)頻譜范圍還包括例如正在被確定的氣體(這里為CO2)的吸收頻譜。另一個檢測器從其子范圍檢測頂頻譜，其中所述頂頻譜不包括正在被確定的氣體的吸收頻譜。對于檢測器的輸出信號標準化該差值能夠?qū)斴椛涞膹姸鹊牟▌舆M行補償。還可以使用具有相應(yīng)更多數(shù)量的濾波器的多于兩個的傳感器，各個通帶范圍因此重疊。利用這種傳感器還可以獲得例如關(guān)于溫度、室內(nèi)運動、室內(nèi)人數(shù)等的其它信息。因為可以檢測相當多的輻射， 因此可以降低功率消耗，使得也可以由電池供應(yīng)所需的電力。這進而根據(jù)本地安裝和用途給出了更多的自由度。傳感器可以無線發(fā)送其信號。第一濾波器的通帶優(yōu)選地大于第二濾波器的通帶。因此，除包括允許通過第二濾波器的頻譜范圍之外，第一濾波器還包括其中頂輻射被吸收的頻譜范圍。兩個濾波器優(yōu)選地具有共有截止波長。這簡化了估算。接著可以容易地形成檢測器的輸出信號之間的差值，而不需要另外的計算步驟。截止波長是限定(也就是說限制) 通帶的波長。所述截止波長被稱作為“下波長”和“上波長”。無論是何種已知的情況，發(fā)射體的輻射量以及頻譜分布具有與發(fā)射體的溫度的相關(guān)性。這由公知的輻射的普朗克分布給出。假設(shè)給出發(fā)射體的溫度，普朗克曲線則給出輻射與波長的相關(guān)性，其中普朗克曲線在某一波長處具有最大輻射，且該最大輻射值以及最大輻射的波長與溫度相關(guān)。使用諸如類似于US 2008/0283753中所述的傳感器系統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)中的天然源將使得濾波器的通帶的能量(或換句話說，輻射強度密度)在波長波帶上變化。這種結(jié)構(gòu)能夠補償光源的輻射強度的變化，然而，該結(jié)構(gòu)例如對于光源的溫度變化是不穩(wěn)固的。本發(fā)明的一個目的是引入解決當前傳感器的這些問題的方法和一種使用該解決方案的傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過引入具有不同的截止波長的可疑物濾波器和(一個或多個)基準濾波器來解決這些問題，其中下波長和上波長不同。“下波長”是濾波器允許輻射通過的最低波長，而“上波長”是濾波器切斷輻射的通過的高于下波長的最高波長。可疑物濾波器的允許波長范圍在以下被稱為“可疑波段”，而(一個或多個)基準濾波器的允許波長以下被稱為“(一個或多個)參考波段”。如所述，本發(fā)明中的可疑下波長不同于(一個或多個)參考下波長，而可疑上波長不同于(一個或多個)參考上波長。這樣的優(yōu)點在于可以通過將(一個或多個)參考波段分布成高于或低于可疑波段來補償諸如入射輻射的強度的頻譜分布的例如由所述源的溫度波動產(chǎn)生的變化。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，通過溫度變化進行此分布，參考波段上的輻射強度(或強度密度或能量)的增加大致等于可疑波段上的輻射強度(或強度密度或能量)的增加。在一個可選的或另外的實施例中，輻射強度密度(或能量)在可疑波段上的平均值或平均數(shù)大致等于參考波段中的每一個上的輻射強度密度(或能量)的平均值或平均數(shù)。在一個可選的或另外的實施例中，可疑波段上的輻射強度密度(或能量)大致等于整個組合參考波段上的輻射強度密度(或能量)的平均值或平均數(shù)。(‘基準濾波系統(tǒng)波段’是所有基準濾波器的組合參考波段)。在另一個可選的或另外的實施例中，可疑波段上的輻射強度密度(或能量)大致等于參考波段中的每一個或所述參考波段中的一個的輻射強度密度(或能量)的平均值或平均數(shù)。本發(fā)明的濾波器可以由串聯(lián)的濾波元件形成，或者由作為可疑物濾波器和(一個或多個)基準濾波器操作的一個單個濾波元件形成。當兩個或更多個濾波器被串聯(lián)布置成濾波元件時，所述濾波器在輻射方向上一個接一個地布置，也就是說布置在(一個或多個) 輻射源與檢測器之間。傳感器有利地可以在任何輻射波長內(nèi)操作，并且所述源可以為任意輻射源。該實例在下文中描述了用于確定其中頂源優(yōu)選地作為光源的環(huán)境中的CO2含量的傳感器，然而，除了(X)2之外的任何其它物質(zhì)也可應(yīng)用于本發(fā)明，正如除了在頂波段之外的任何其它光源可以應(yīng)用一樣。在本發(fā)明的又一個實施例中，至少一個基準濾波器(將稱作為第一基準濾波器) 具有稱作第一參考波段的參考波段，具有比可疑波段寬的波長范圍，其中該第一基準濾波器的第一參考下波長為低于可疑下波長的波長，而該第一基準濾波器的第一參考上波長具有高于可疑上波長的波長。依此方式，可疑波段與第一參考波段重疊。在該實施例中，第一參考波段的中心波長(第一中心參考波長)和可疑波段的中心波長可以相同，或者可以不同。對于溫度變化，可疑波段和參考波段中的強度的相對變化必須相同，以便溫度相關(guān)性互相抵消。當使用有源驅(qū)動的輻射源或天然輻射源時，強度的相對變化以非線性方式取決于波段跨越的波長。因此，可以引入不匹配的中心波長以提高溫度漂移的穩(wěn)定性。在該實例中，(一個或多個)基準濾波器有利地具有從0. 2 μ m至1 μ m的大于可疑物濾波器的通帶的通帶。對于可疑物濾波器理想的是基本上僅涵蓋相對較窄的波長范圍或輻射譜的頻譜范圍，例如頂輻射被CO2吸收的范圍。所述范圍對此足以。由其它氣體進行的吸收對測量結(jié)果具有不利影響并歪曲該結(jié)果的風險保持較小。這里對于第一基準濾波器優(yōu)選的是具有在從4μπι至4.5μπι范圍內(nèi)的通帶，而可疑物濾波器具有在從4. 1 μ m至4. 4μπι范圍內(nèi)的通帶。在檢測到對氣體或其它量的相關(guān)性時，這些頻譜范圍當然也可以改變。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施例中，所述系統(tǒng)包括分別具有第一參考波段和第二參考波段(一起構(gòu)成組合參考波段)的第一基準濾波器和第二基準濾波器，其中第一參考波段和第二參考波段不重疊，這表示所述第一參考波段和所述第二參考波段沒有共同的波長。這樣的優(yōu)點在于在除了所關(guān)心的一種或多種氣體的環(huán)境中如果具有其它氣體等，通過可以影響測量值的可疑波段附近的吸收波段難以避免參考波段與這種‘污染’波段重疊。已知的是通過確保最多一個參考波段受到這種‘污染’吸收波段的影響至少其它參考波段未受影響。在該實施例的一個優(yōu)選的變型例中，第一參考波段和第二參考波段中的至少一個與可疑波段重疊，這表示第一參考上波長為高于可疑下波長的波長，和/或第二參考下波長為低于可疑上波長但高于第一參考上波長的波長，從而導致第一參考波段和第二參考波段在可疑波段的每一側(cè)延伸而沒有重疊。在該實施例的優(yōu)選變型例中，第一參考上波長為低于可疑下波長的下波長，而第二參考下波長為高于可疑上波長的波長，從而使得第一參考波段和第二參考波段在可疑波段的每一側(cè)延伸。在可選的實施例中，第一參考波段和第二參考波段重疊，從而具有至少一個共有波長。在尤其優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，傳感器使用來自環(huán)境的諸如頂輻射的天然輻射。因此，對于需要單獨電源并因此具有特定電源要求的輻射源沒有要求。頂輻射基本上到處存在，即使當沒有入射陽光時也存在。原則上，每一個主體都會發(fā)射一定量的熱輻射。因為不需要頂輻射源則可以進行輻射，因此“測量范圍”也被增加，也就是說對于可疑氣體含量可以監(jiān)測相對較大的室內(nèi)面積。這有助于監(jiān)測并建立“私人室內(nèi)氣候”或室內(nèi)空氣質(zhì)量。沒必要首先將室內(nèi)的空氣引導到傳感器，其中所述空氣在頂輻射源與具有上游濾波器的檢測器之間通過。傳感器足以布置在其中可以“測量”要被監(jiān)測的大量空氣的房間內(nèi)的點處。在這種情況下，氣體傳感器例如可以以簡單的方法檢測平均氣體濃度。傳感器因此確定平均值，所述平均值尤其對于私人室內(nèi)氣候能夠構(gòu)成相當好的測量結(jié)果。當然，還可以使用該傳感器提高通過燈或其它發(fā)光裝置操作的傳感器的技術(shù)。當使用自然或環(huán)境IR輻射時，可以降低照明裝置的能量。這導致更長的維護周期和更長的使用壽命。濾波器優(yōu)選地包括CaF2、鍺或硅。濾波器和傳感器裝置的有意義的任何其它部分優(yōu)選地具有抗反射涂層以提高透射率。


以下參照結(jié)合附圖的優(yōu)選示例性實施例說明本發(fā)明。圖1是說明本發(fā)明的操作原理的圖解視圖；圖2A-E以圖解形式顯示了兩個或三個濾波器的通帶；圖3以圖解形式示出了普朗克曲線和具有非恒定輻射強度的波段；圖4以圖解形式顯示了可以由檢測器檢測到的能量的量；圖5A-D是用于說明氣體傳感器的結(jié)構(gòu)的不同實施例的方框線路圖；以及圖6A-B是關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的傳感器的設(shè)計參數(shù)的溫度關(guān)系。
具體實施例方式圖1顯示了用于確定例如測量區(qū)域(3)中的CO2含量(二氧化碳含量)的氣體傳感器(1)的圖解視圖，其中傳感器(1)包括檢測部分O)。測量區(qū)域可以例如是房間或其中私人室內(nèi)氣候要進行調(diào)節(jié)的房間的一部分。太陽符號(4)表示輻射源，例如天然頂源、 被動源或任何可能的放射源(日光、激光器、發(fā)光二極管、受控制的加熱源等等)。太陽符號(4)這里僅用于進行說明。氣體傳感器(1)還能夠在沒有日光的情況下操作，這是因為原則上實際上任何主體都輻射熱量并因此生成頂射線。在該示例中，大量CO2分子存在于測量區(qū)域O)中，且CO2分子在這里由小圓圈表示。氣體分子(4)吸收特定頻譜范圍內(nèi)的由箭頭(5)表示的頂射線。CO2的濃度越高，則特定頻譜范圍中的氣體傳感器(1)可以檢測到的能量越低。圖5A以圖解形式顯示了說明氣體傳感器(1)的簡單檢測部分O)的結(jié)構(gòu)的方框線路圖。檢測部分( 具有濾波裝置(6)、檢測裝置(7)和估算裝置(8)。諸如殼體、固定裝置或類似部件的進一步詳細說明在這里沒有示出。所示濾波裝置具有第一基準濾波器(10)和可疑物濾波器(9)，其中兩個濾波器 (9)和(10)具有不同的通過特性，其中一個實施例在圖2A中被示出。第一基準濾波器(10)允許第一參考波段RBl內(nèi)的波長通過，而可疑物濾波器(10)允許可疑波段SB內(nèi)的波長通過。圖2B中的實施例顯示了范圍大于可疑波段SB的第一參考波段RB1，但是其中可疑波段 SB與第一參考波段RBl重疊，使得第一參考波段RBl包括與可疑波段SB相同的波長。因此，第一參考下波長RLWl為比可疑下波長SLW低的波長，而第一參考上波長RUWl具有比可疑上波長SUW高的波長。第一參考波段RBl具有第一中心波長RCW1，而可疑波段具有可疑中心波長SCW。該圖示出了具有共有中心波長RCWl和SCW的兩個波段。圖2B顯示了與圖2A中所示的實施例相關(guān)的實施例，其中兩個實施例的不同在于中心波長RCW和RCW1。對于溫度的變化，可疑波段和參考波段的強度的相對變化必須相同， 以便使溫度相關(guān)性互相抵消。當使用有源驅(qū)動的輻射源或天然輻射源時，強度的相對變化以非線性的方式取決于波段跨越的波長。因此，可以引入不匹配的中心波長以提高溫度漂移的穩(wěn)定性。圖3顯示了發(fā)射有由普通布朗克曲線表示的頻譜分布的源的情況，其中所述普朗克曲線在波長λ 處具有最大輻射，并且對于大于λ 的增加波長具有連續(xù)減小的輻射， 因此使用兩個這種波長λ 1與λ 2之間的波段Δ λ。下波長λ 1處的輻射Rl大于上波長 λ 2處的輻射R2。因此，為了確保輻射的相同平均值(或平均數(shù))，引入不匹配的中心波長，從而提供分別在可疑波段以上和以下的(一個或多個)參考波段的不同范圍的波長，其中這些不同范圍接著能夠補償變化的輻射強度。圖2C顯示了其中第二基準濾波器已經(jīng)被引入跨越從第二參考下波長RLW2延伸到第二參考上波長RUW2的第二參考波段RB2的系統(tǒng)中的另一個實施例。所示的實施例還具有可疑波段SB，所述可疑波段僅部分地與第一參考波段RBl和第二參考波段RB2重疊，使得可疑下波長SLW位于第一參考下波長RLWl與第一參考上波長RUWl之間。可疑上波長SUW 位于第二參考下波長RLW2與第二參考上波長RUW2之間。所示的實施例具有高于第二參考下波長RLW2的第一參考上波長RUWl，然而在其它實施例中，第一參考波段RB和第二參考波段RB2可能不重疊，這表示第一參考上波長RUWl低于或等于第二參考下波長RLW2。圖2D顯示了具有兩個基準濾波器(10)和00)的可選實施例，其中參考波段RBl 和RB2中沒有一個至少大致與可疑波段SB重疊，而是至少在所述可疑波段SB的每一側(cè)延伸，這表示第一參考上波長RUWl不高于可疑下波長SLW，而是可選地可以是相同的，并且第二參考下波長RLW2不低于可疑上波長SUW，而是可選地可以是相同的。該圖顯示了兩個具有大致相同的波長通過范圍的參考波段RBl和RB2，然而如圖2Ε中所示，可以不是該情況， 兩個參考波段RBl和RB2可以具有十分不同的波長通過范圍。波段的相對位置和尺寸取決于許多因素，例如，濾波器的邊緣的公差、可疑帶通的寬度、可疑波段的吸收線的分布和可能引起橫向靈敏度的任何其它氣體。在作為CO2傳感器操作的傳感器(1)的實例中具有其中頂輻射被CO2吸收的頻譜范圍λ (CO2)。該頻譜范圍大約從4.2 μ m至4.3 μ m。因此，可疑波段SB可以有利地具有大約4. 0 μ m的可疑下波長SLW和大約4. 5 μ m的可疑上波長SUW，或具有從4. 1 μ m至4. 4 μ m 的可疑波段的更加窄的范圍，或涵蓋(X)2的頻譜范圍的任何其它波段。參考起始波長和上波長則有利地可以分別在可疑下波長SLW以上且在可疑上波長SUW以下延伸大約0. 5 μ m。圖4顯示了圖1中所示的本發(fā)明的第一實施例的第一參考波段RBl和可疑波段SB，其中可疑波段具有由參考字母A表示的未降低的能量。該能量被減少例如被CO2所吸收的量C。在可疑波段的每一側(cè)延伸的第一參考波段RBl的兩個部分每一個都具有由參考字母B表示的能量。該能量實際上是恒定的，這是因為所述能量不會受到例如(X)2的影響。熱電堆傳感器例如可從 PerkinElmer Optoelectronics GmbH, D-65199ffiesbaden, Germany 獲得。圖5A顯示了濾波裝置(6)的結(jié)構(gòu)的一個簡單實施例，其中可疑物濾波器(9)包括兩個濾波元件(11)和(12)，第一可疑濾波元件(11)限定可疑上波長SUW并具有比可疑下波長SLW低的下波長。第二可疑濾波元件(1 限定可疑下波長SLW并具有基本上高于可疑上波長SUW的上波長。以同樣方式，第一基準濾波器(10)包括分別限定第一參考上波長 RUWl和第一參考下波長RLWl的兩個濾波元件(13)和(14)?；谥T如被引入系統(tǒng)中的濾波器(9)和(10)的數(shù)量，任意數(shù)量的這種結(jié)構(gòu)的濾波元件(11)、(12)、(13)和(14)都可以被引入濾波裝置(6)中。當濾波器具有相同的端部和/或下波長時，在該實施例和任何其它實施例中的一些濾波元件可以共用兩個或更多個濾波器，這在圖5B中被示出，其中兩個 ‘上’濾波元件(11)和(1 為一個共用濾波元件。圖5C顯示了具有附加基準濾波器、第二基準濾波器00)的類似傳感器，并且其中每一濾波器僅具有單個濾波元件(21，22，23)，所述濾波元件包括對于上波長和下波長的期望帶通特性，可疑物濾波器因此限定可疑下波長SLW和上可疑波長SUW。第一基準濾波器0 限定第一參考上波長RUWl和第一參考下波長RLWl，而第二基準濾波器限定第二參考上波長RUW2和第二參考下波長RLW2。兩個濾波元件(22，2 在所示的實施例中連接到相同的檢測器(16)，盡管實際上在例如通過兩個單獨的熱電堆已經(jīng)獲得所述濾波元件的信號之后沒有對所述信號進行數(shù)學相加。圖5D顯示了與圖5C的實施例有關(guān)的實施例，其中僅第三檢測器04)連接到第二基準濾波器00)。應(yīng)該注意的是諸如圖5A-D中公開的實例的濾波元件(11，12，13，14)的任意組合、 排列、數(shù)量和定位都可應(yīng)用于本發(fā)明。通常，傳感器還可以用于測量多于一種的氣體，則如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的僅包括所需數(shù)量的傳感器、檢測器等。然后通過檢測裝置(7)檢測不同能量。檢測裝置(7)具有檢測例如通過可疑物濾波器(9)的IR輻射的第一檢測器(1 和檢測例如通過第一基準濾波器(10)的頂輻射的第二檢測器(16)。兩個檢測器(1 和(16)可以具有還被公知為“熱電堆”的熱電元件、焦熱電頂檢測器或任何其它類型的公知檢測器的形式。每一個檢測器根據(jù)出現(xiàn)的例如頂輻射產(chǎn)生電壓或電流，也就是說產(chǎn)生電量，所述電量越大，入射的頂輻射越多。因此，第一檢測器(1 生成信號Si，而第二檢測器(16)生成信號S2。因為在熱電堆傳感器中，通常執(zhí)行溫度測量(因為輸出信號隨著溫度而變化)，因此已經(jīng)包含傳感器周圍的溫度測量。如所考慮的，還可通過該傳感器獲得房間的輻射溫度， 可以基于這兩個測量值同時直接獲得操作溫度，所述操作溫度然后可以用于控制室溫或非常不同于室溫的其它參數(shù)。對于頂，還可以想到的是可以直接通過傳感器進行室內(nèi)運動的測量，所述測量然后可以用于例如控制通風系統(tǒng)，所述通風系統(tǒng)例如僅在表示有人在室內(nèi)的運動的情況下被啟動。基于各種移動測量值，還可以想到的是可以估算室內(nèi)人數(shù)，這種估算還可用于控制目的，從而基于室內(nèi)人數(shù)控制/修改室溫或通風。本發(fā)明的諸如圖5A中所示的傳感器的基本傳感器通過被供應(yīng)給估算裝置(8)的兩個信號S1、S2操作。因此，這給出S1 = a (Ic02n)S2 = a (Irefn)其中Ι〇02η是包括關(guān)于頂吸收的信息的電量，例如電流或電壓，而仁_是沒有受到頂吸收的影響的參考量。當Sl與S2之間的差值形成時(“有效參考”是參考波段的不包括可疑波段的一部分)，差值形成器(17)為此以圖示的方式被示出，可獲得以下量S^-S2 = a (IQO2 - )相對于第一檢測器(1 的輸出信號Sl標準化差值S1-S2，從而獲得信號S3。
C3-Sl_ ^coJ
有效參考值= (S2-S1) aflRef；本發(fā)明的傳感器可以用于測量諸如氮氣、一氧化氮、氧氣或CO的任何種類的氣體，并且甚至不限于測量氣體，而是還可以用于測量諸如液體和固體的其它形式的可疑物。 當從(X)2改變可疑物時，通帶必須相應(yīng)地被改變，例如H20的吸收譜帶大約為2. 7 μ m。本發(fā)明的傳感器還可以包括任何可能的其它光學部件，例如用作另外的帶通濾波器的藍寶石窗口(sapphire window)、反射體、作為聚集或聚焦例如頂輻射的定位在傳感器上游的集中裝置(例如，準直儀)等。還可以使用這種傳感器直接用于廢氣監(jiān)測。為此，所述傳感器安裝在煙囪或排氣裝置中。具體地，在加熱系統(tǒng)的情況下，則可以在所述傳感器(或多個傳感器中的一個)的輸出信號的幫助下控制燃燒。本發(fā)明不排除上述說明和附圖，上述說明和附圖的任何替換，包括諸如可疑物濾波器(9)和基準濾波器(10，20)、濾波元件(21，22，23)、檢測器(15，16，24)的任何數(shù)量和替換，也可應(yīng)用于本發(fā)明。此外，本發(fā)明不排除測量氣體，傳感器也可以在通常作為介質(zhì)的一部分的測量物質(zhì)中實施，其中該介質(zhì)不排除氣體本身，而是可以例如為液體。本發(fā)明的一個重要方面尤其涉及可能會改變的操作溫度條件(尤其是光源(3)的溫度以及包括氣體的周圍環(huán)境的溫度)，或涉及僅隨時間變化以在同一個產(chǎn)品中滿足多種不同的客戶要求。光源被假設(shè)具有源標準溫度T0，然而這在周圍環(huán)境的溫度變化和/或到光源(3)的輸出功率變化時也可以改變。人造光源具有源標準溫度T0，這是因為所述人造光源典型地具有給定操作功率要求，且這主要影響操作溫度。該給定的操作功率要求然后可以用于限定源標準溫度TO。然而，實際操作溫度可能會例如由于輸出功率的變化、由于光源的老化等而改變。原理是相對于可疑中心波長SCW偏移(可選地系統(tǒng))參考中心波長RCW，使得 S3 (T)的溫度導數(shù)至少接近源標準溫度TO附近的最小值，這表示dS3 (T) /dT在TO附近被至少近似最小化。圖6A和6B顯示了其中R(T)是溫度T下的發(fā)射輻射以便對于溫度變化并因此對于發(fā)射輻射分布的變化而最大化系統(tǒng)的穩(wěn)定性的情況。圖6A顯示了兩個不同溫度Tl和T2下的發(fā)射輻射曲線，而圖6B顯示了這兩個曲線R(Tl)和R(T2)在由參考系統(tǒng)下波長RLW和參考系統(tǒng)上波長RUW指定的波段中的關(guān)系。通過選擇參考中心波長RCW相對于可疑中心波長SCW的偏移，可以獲得這種穩(wěn)定性?？梢酝ㄟ^在TO附近最小化dS3(T)/dT來獲得這種變化。在室溫或煙囪溫度Q00-300攝氏溫度下對于諸如無源輻射源的低溫源穩(wěn)定性的提高尤其重要。這是因為輻射源溫度越低，則輻射源溫度變化的靈敏度越大。以同樣方式， 與在較長波長范圍處進行的測量相比，下波長范圍(<3微米)中的氣體測量會受到輻射源溫度變化的更多影響。因此，即使可以實現(xiàn)對所有輻射源溫度和波長范圍的提高，但是對于低溫源來說，對下波長范圍的提高潛力更大。
權(quán)利要求
1.一種傳感器，所述傳感器具有濾波裝置、布置在所述濾波裝置下游的檢測裝置和連接到所述檢測裝置的估算裝置，所述濾波裝置具有使具有在可疑波段內(nèi)的波長的輻射通過的可疑物濾波器和具有至少一個基準濾波器的參考濾波器系統(tǒng)，每一個基準濾波器使具有至少在參考波段內(nèi)的波長的輻射通過，并且其中參考濾波器系統(tǒng)波段是所有所述基準濾波器的組合參考波段；所述檢測裝置具有至少兩個檢測器，所述至少兩個檢測器中的每一個與濾波器相關(guān)聯(lián)，其特征在于所述參考系統(tǒng)波段分布在所述可疑波段的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述可疑波段至少部分地與所述參考系統(tǒng)波段重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其中，所述參考系統(tǒng)包括單個濾波器，第一基準濾波器具有第一參考波段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其中，所述可疑波段和所述第一參考波段具有共有的中心波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其中，所述可疑波段和所述第一參考波段具有不同的中心波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項所述的傳感器，其中，所述可疑波段的所有波長也存在于所述第一參考波段中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述參考系統(tǒng)包括第一基準濾波器和第二基準濾波器，所述第一基準濾波器和所述第二基準濾波器分別具有第一參考波段和第二參考波段。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其中，所述可疑波段至少部分地與所述第一參考波段和所述第二參考波段重疊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其中，所述可疑波段、所述第一參考波段和所述第二參考波段中沒有一個包括任何共有波長。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的傳感器，其中，所述第一參考波段和所述第二參考波段的平均強度密度是相同的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器，其中，所述可疑波段的平均強度密度與所述第一參考波段和所述第二參考波段的平均強度密度相同。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的傳感器，其中，所述傳感器包括用于測量任意數(shù)量的不同氣體的任意數(shù)量的可疑濾波器。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的傳感器，其中，所述傳感器被形成為使得至少一個參考中心波長相對于所述可疑中心波長偏移，使得dS3 (T) /dT在選擇的溫度TO附近被最小化，所述選擇的溫度可選地為源標準溫度。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的傳感器，其中，所述傳感器包括具有源標準溫度 TO的光源(3)，并且其中所述傳感器被形成為使得至少一個參考中心波長相對于所述可疑中心波長偏移，使得dS3 (T) /dT在TO附近被最小化。
15.一種傳感器系統(tǒng)，包括-光源，所述光源具有源標準溫度TO ；-濾波裝置，在所述濾波裝置的下游布置有檢測裝置和連接到所述檢測裝置的估算裝置，所述濾波裝置具有使具有在可疑波段內(nèi)的波長的輻射通過的可疑物濾波器、和具有至少一個基準濾波器的參考濾波器系統(tǒng)，每一個所述基準濾波器使具有至少在參考波段內(nèi)的波長的輻射通過，并且其中參考濾波器系統(tǒng)波段是所有所述基準濾波器的組合參考波段； 所述檢測裝置具有至少兩個檢測器，所述至少兩個檢測器中的每一個與濾波器相關(guān)聯(lián)，其特征在于所述參考系統(tǒng)波段分布在所述可疑波段的兩側(cè)，并且其中dS3(T)/dT至少基本上形成 TO附近的最小值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器系統(tǒng)，其中，至少一個參考中心波長相對于所述可疑中心波長偏移，使得dS3(T)/dT至少基本上形成TO附近的最小值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳感器，所述傳感器具有濾波裝置、布置在所述濾波裝置下游的檢測裝置和連接到檢測裝置的估算裝置，濾波裝置具有至少一個第一濾波器、被構(gòu)造成允許第一預定波段(可疑波段)通過的帶通濾波器的可疑物濾波器、至少一個第二濾波器、被構(gòu)造成允許(一個或多個)第二預定波段((一個或多個)參考波段)通過的帶通濾波器的(一個或多個)基準濾波器，其中檢測裝置具有與所述濾波器中的至少一個相關(guān)聯(lián)的至少一個檢測器。通帶基準濾波器分布在可疑物濾波器的帶通以上和以下。傳感器有利地可以在IR波段中使用，并且可以有利地用于檢測CO。
文檔編號G01J5/60GK102460122SQ201080026867
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者亨利克·格德·穆斯, 延斯·莫勒·延森, 托米納·施托爾貝格-羅爾, 拉爾斯·蒙奇, 阿倫·克里希納, 雷恩·畢希納 申請人:丹佛斯Ixa股份有限公司