用于測量玻璃單元內的氣體組分濃度的方法和設備的制作方法
【專利摘要】一種用于確定玻璃單元的間隙中所包含的氣體混合物中的氣體組分的濃度的非侵入式方法，該玻璃單元具有彼此間隔開的并且形成所述間隙的至少兩個玻璃板。一個或多個光束以一定角度應用于所述玻璃單元的表面，其中所發(fā)射光束的波長在感興趣的氣體組分的至少一個吸收譜線周圍或之上變化。透射至少一個表面或位于間隙的相對側處的界面或從那里反射的光束被檢測器所收集，并且隨后確定處于感興趣的氣體組分的吸收譜線之上的所透射或反射的光束的強度的非線性變化?；谒鰪姸鹊姆蔷€性變化確定待測量的氣體組分的濃度。
【專利說明】用于測量玻璃單元內的氣體組分濃度的方法和設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量一個或多個單獨腔的玻璃單元或任意其它類似透明容器內的氣體組分濃度的方法和設備。此外，本發(fā)明涉及測量一個或多個單獨腔的玻璃單元或任意其它類似透明容器的尺寸、疊層和金屬涂層。
【背景技術】
[0002]在玻璃制造處理中，玻璃板(被稱作浮法玻璃)可以與諸如涂層或回火層之類的不同類型的元素進行組合以創(chuàng)建具有具體特性的用于不同目的的玻璃窗格。例如，中空玻璃單元IGU通常利用具有兩個或更多玻璃板的配置進行構造，該玻璃板在板之間具有封閉的間隙，其中該封閉間隙被填充有具有低導熱性的氣體，諸如氧、氬、氙、氪、氮或那些的混合物。
[0003]除了具有低導熱性的氣體之外，還使用低輻射系數(shù)的涂層以便相當程度地減少窗戶玻璃嵌裝單元(window glazing unit)中的熱傳輸。大多數(shù)商用涂層在其中具有金屬物質并且因此是導電的。它們還比原玻璃表面更好地反射可見光。由于低輻射系數(shù)的涂層通常處于中空玻璃單元內部用于機械和化學保護，所以其無法直接被接近以進行傳導性測量。
[0004]在制造玻璃窗格時，必須根據(jù)制造商的質量系統(tǒng)、標準或本地法規(guī)對它們的質量進行評定。玻璃窗格最為典型的參數(shù)是其機械尺寸、玻璃窗格的厚度、可能的一個或多個疊層或一個或多個涂層的厚度、窗格之間的間隙、可能的表面涂層和可能增韌的位置，或者玻璃窗格的回火，而且還有間隙中一個或多個氣體組分的濃度。
[0005]從現(xiàn)有技術獲知用于確定間隙中所包含的氣體混合物中的氣體組分的濃度的不同類型的解決方案，諸如從間隙中取得氣體樣本并例如使用質譜儀對其進行測量。取得氣體樣本是侵入式的方法，因此必須打破玻璃單元的表面，這是侵入式方法的明顯缺陷。非侵入式方法同樣是已知的，諸如通過向間隙施加快速交變電場而對玻璃單元的板之間的間隙放電，并且對所發(fā)射的放電光線進行分析。放電可以由針狀電極創(chuàng)建，因此由導電材料所制成的玻璃單元的內部涂層被用作另一個電極。
[0006]已知的非侵入式方法還有一些缺陷。例如，如果玻璃窗格利用塑料薄膜進行涂覆或層壓，則必須以另一種方式來提供另一個電極。此外，在至少一個板具有金屬涂覆表面時，測量就無法通過該金屬表面來完成，原因在于快速交變電場無法穿透金屬表面。此外，一次僅能夠對一個間隙進行測量。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是緩解并克服與已知現(xiàn)有技術相關的問題。特別地，本發(fā)明的目的是提供一種用于獨立于可能的涂覆材料而對玻璃單元的間隙中所包含的氣體混合物中的氣體組分的濃度進行非侵入式確定的方法。本發(fā)明另外的目的是提供一種用于同時單獨確定每個間隙中的氣體組分的濃度的方法。[0008]本發(fā)明的目的能夠通過獨立權利要求的特征來實現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1的設備。此外，本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求14的設備或裝置。
[0010]根據(jù)實施例，非侵入式地確定具有至少兩個彼此間隔開的并且形成間隙的玻璃板的玻璃單元的所述間隙中所包含的氣體混合物的氣體組分的濃度。在該方法中，至少一個光束以一定角度應用于所述玻璃單元的表面并且所發(fā)射光束的波長在感興趣的氣體組分的至少一個吸收譜線周圍或之上變化。從至少一個表面或位于充滿氣體的間隙的相對側處的界面所反射的光束在檢測器上被收集。根據(jù)另一個實施例，該測量可以是通過式測量，因此發(fā)光器件和檢測器位于玻璃單元的相對側并且透射玻璃單元的光束被檢測器所確定。所述間隙之中的氣體組分吸收對于每個氣體組分而言非常窄線寬的特性，并且由于吸收所導致的強度變化的幅度與氣體的濃度成比例。感興趣的氣體組分的吸收譜線周圍或之上的強度變化是非常非線性的。在本發(fā)明中，在感興趣的氣體組分的吸收譜線周圍或之上所反射或透射的光束的強度的這些非線性變化隨后得以確定以便確定該氣體組分的濃度。
[0011]根據(jù)示例性實施例，氣體組分的濃度例如能夠通過將強度變化的幅度與基準強度變化相比較來確定，該基準強度變化諸如所測量或以其它方式事先已知的所述氣體的不同濃度的強度變化。
[0012]根據(jù)實施例，在玻璃單元的相對側處使用反射器作為將所發(fā)射光束通過玻璃單元反射到檢測器上的表面或界面。當使用反射器時，反射的強度通常比來自任意其它表面的反射更強。待注意到的是，在所發(fā)射光束的波長在一個或多個吸收譜線之上有所變化時以這種方式從一個或多個吸收譜線處的一個或多個強度變化所測量的確定濃度是(所有)一個或多個測量空間上的平均濃度。然而，較高的反射強度使得能夠進行更為準確的分析。此外，所要注意的是，反射測量允許長的測量距離(因為光束與傳輸測量相比行進兩倍的距離)，因此針對小濃度而言測量準確性也非常好。此外，反射測量使得能夠從在一些情況下明顯有利的一側進行測量。
[0013]所要注意的是，根據(jù)本發(fā)明的實施例，單獨地或除附加反射器之外，反射光束的表面或界面也可以是朝向所述包括氣體組分的所述間隙的玻璃板的表面或界面，并且能夠對來自每個表面或界面的反射進行測量并且確定這些反射的強度變化以便確定可能甚至是在每個間隙中的氣體濃度。包括氣體組分濃度并且因此導致所述非線性強度變化的間隙能夠通過檢測器上從玻璃單元的玻璃板的表面或界面所反射的光束的順序進行確定。
[0014]另一種方式是使用實質上恒定的光束角度，但是改變測量單元(所述單元包括發(fā)光器件以及檢測器)距玻璃單元的表面(外表面，但是也可以是距內表面)的距離，并且因此確定強度的最大值。仍然根據(jù)另一個實施例，發(fā)光器件和檢測器的相互角度可以有所改變并且因此從強度最大值確定表面。每個強度最大值對應于玻璃單元的一個表面。
[0015]根據(jù)實施例，還能夠確定關注的玻璃板的界面類型和/或可能的涂層(諸如疊層或金屬涂層)。根據(jù)本發(fā)明，這在利用某種光源而從不同類型的表面所反射的光束的強度事先已知時是可能的。例如，由低輻射系數(shù)表面(金屬涂覆并且因此導電的表面)所反射的光束的強度遠大于(通常為5倍或甚至10倍)沒有任何涂層的表面(非導電表面)所反射的光束的強度。此外，在所使用的波長上，來自涂層的反射實質上沒有強度變化。
[0016]根據(jù)實施例，確定反射光束的強度并且將其與例如有利地存儲到存儲器器件中的強度進行比較，并且如果所檢測的強度明顯大于從非導電表面所反射的光束的強度，則能夠自動指示所確定的對象包括低輻射系數(shù)表面?；诓煌繉拥膹姸忍匦?，甚至能夠確定涂層的材料。這例如能夠通過選擇其已知強度與所測量強度最佳匹配的界面類型和/或涂層類型來實現(xiàn)。而且，通過從所述涂層反射在反射器上的光束的順序能夠確定涂層的位置。
[0017]此外，還能夠基于從檢測器上的第一和第二界面所反射的光束的位置來確定玻璃單元的兩個界面或表面之間的層的厚度，以及還能夠基于從檢測器上的相對應板所反射的光束的位置和該板的所述材料的折射系數(shù)來確定兩個板之間的距離，諸如最外側和最內側板之間的距離。利用包括發(fā)光器件以及檢測器的測量單元，這也是可能的，其中如結合圖2C、2D所說明的，所述單元的距離由于玻璃單元的一個或多個表面或所述發(fā)光器件和檢測器的角度而有所變化。
[0018]所應用的光束有利地為可調諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術所提供的激光束。所使用的激光頻率能夠在感興趣的氣體組分的吸收譜線周圍或之上進行調諧，隨后測量反射強度的變化。
[0019]測量通過Beer-Lambert-Bouguer法則進行管理,其如下描述了光線強度在與吸收材料進行相互作用時如何減小:
[0020]I = 10e—°(u)NL
[0021]其中u是頻率[HZ]，I。和I [W]分別是初始和透射強度，σ (υ) [cm2/分子]是感興趣的氣體的依賴于頻率的吸收橫截面，N[分子/cm3]是該氣體的分子的計數(shù)濃度，并且L[cm]是路徑長度。圖1 (a)示出了反射光束的檢測強度I(u)，其中幾乎看不到弱吸收。圖1 (b)示出了使用IJu)的二階基線估計(即，適應于檢測信號的邊緣的第二階多項式)所計算的所述反射光束的強度。
[0022]待檢測的吸收信號由WMS或FMS技術進行操控，諸如通過在待確定的氣體組分的吸收特征上掃描正弦調頻二極管激光以便對適應于表示所檢測光束和待檢測的氣體組分濃度的強度變化的非線性曲線的二階多項式進行強化，和/或使得所引發(fā)的低頻噪聲最小化。
[0023]直接吸收的性能經(jīng)常由于Ι/f噪聲的出現(xiàn)而劣化。避免例如Ι/f激光過量噪聲的系統(tǒng)組件的這種低頻噪聲的一種常見方式是將吸收信號偏移至較高頻率。在TDLAS技術中，這能夠通過二極管激光操作電流的調制來實現(xiàn)。這樣的調制導致了瞬時激光頻率的調制。在與吸收譜線的非線性反射強度剖面(profile)進行相互作用時，這會導致所檢測強度的周期性調制。這允許以基本調制頻率或其泛音對吸收信號進行檢測。
[0024]例如，二極管激光操作電流的正弦調制導致激光輸出的正弦波長(和振幅)調制。與依賴于波長且非線性的反射信號(例如，吸收線形)進行相互作用導致了周期性但非正弦的反射信號，其由調制頻率自身及其諧波泛音所構成。這能夠在實施例中用來將檢測頻率偏移至較少受到低頻噪聲(例如，Ι/f噪聲)影響的高頻區(qū)域，并且因此提高了敏感度。這通常通過在激光在感興趣的吸收譜線上調諧時對諧波分量(最常見的是第二諧波)的振幅進行鎖定放大器測量來實現(xiàn)。
[0025]對反射光束進行檢測的檢測器的溫度有利地也有所降低以便使得噪聲最小化。此夕卜，光源一有利地為激光一被保持在確保發(fā)射波長并不任意變化的恒定溫度。
[0026]因此，根據(jù)實施例，還能夠通過除先前的實施例之外的實施例來測量氣體濃度:[0027]創(chuàng)建快速地交變的高電壓，
[0028]將該快速地交變的高電壓局部施加于玻璃單元的間隙以實現(xiàn)局部發(fā)射，
[0029]收集并傳輸所發(fā)射光線，
[0030]確定其中至少一個對應于感興趣的氣體組分的至少兩個不同光譜間隔的強度，
[0031]計算其中之一對應于感興趣的氣體組分的兩個光譜間隔的強度之間的比率，并且
[0032]從所述比率確定該氣體組分的濃度。
[0033]根據(jù)實施例，測量結果可以被寫入與諸如玻璃單元的所測量對象相耦合的存儲器器件。該存儲器器件例如可以是RFID標簽，或者有利地是連接至玻璃單元的NFC標簽，其中所存儲的測量結果例如可以指示以下屬性:
[0034]對象的界面類型，
[0035]兩個界面之間的涂覆材料，
[0036]組成材料的折射率，
[0037]兩個界面之間的層的厚度，
[0038]兩個界面之間的層的厚度變化，
[0039]諸如最外側和最內側窗格的第一和第二窗格之間的距離，
[0040]任意表面的可能增韌或回火，
[0041]對象的涂覆和/或非涂覆表面的存在和位置，
[0042]玻璃單元內所包含的氣體混合物中的至少一種氣體組分的濃度，和/或
[0043]包括氣體組分的所述間隙的標識信息(諸如位置)。
[0044]根據(jù)實施例，跨氣體的吸收譜線掃描窄帶寬激光，并且使用檢測器來記錄所反射或透射的光束的強度剖面。為了提高敏感度，采用諸如麗S或FWM的調制技術。如Beer-Lambert法則所給出的，氣體吸收的強度將取決于氣體濃度和光線通過該氣體所行進的路徑長度兩者，從而根據(jù)實施例，例如還從所反射光束撞擊檢測器的位置來確定路徑長度(當發(fā)射光束的角度已知或者測量設備通過這些信息進行校準時，這是可能的)。另一種方式是使用具有發(fā)射器件和檢測器的單元并且改變所述單元距玻璃單元的一個或多個表面的距離或者所述單元的發(fā)光器件和檢測器的相互角度。在此之后，能夠確定氣體組分的濃度。
[0045]根據(jù)另外的實施例，能夠通過以下來確定氣體組分的濃度:
[0046]確定檢測器上的第一反射光束的位置和強度(從玻璃板朝向所述間隙的第一表面/界面所反射，因此該光束并不與氣體組分進行相互作用)，
[0047]確定檢測器上的第二反射光束的位置和強度(從玻璃板朝向所述間隙的第二或另外的表面/界面或者從反射器所反射)，
[0048]基于檢測器上的所述第一和第二 (或另外的)所確定反射光束的位置確定光束已經(jīng)在間隙內行進的距離，并且
[0049]基于第一和第二所確定反射光束的強度差和該行進距離確定所述間隙中的氣體組分的濃度。
[0050]所要注意的是，表面的位置(以及因此它們的距離)還能夠通過改變具有發(fā)光器件和檢測器的單元距該表面的距離(或者其相互角度)并且確定在改變所述單元的距離(或角度)時對應于來自所述表面的反射的強度最大值而得以確定，例如圖2C和2D所示。[0051]第一反射可以被用于對第一板以及可能在激光源和表面之間或者表面和檢測器之間出現(xiàn)的任何吸收的效果進行補償。所要注意的是，以上實施例能夠在本文中所公開的本發(fā)明的其它實施例中加以利用。
[0052]此外，如以上所討論的，由光源所發(fā)射的入射光束可以從對象的若干表面進行反射，因此接收并檢測(對應于多個表面的)多個光束。同樣的原理可以像之前針對對象的每個表面所暗示的那樣用于確定這些表面是否是低輻射系數(shù)表面以及氣體組分在哪個間隙中導致所述所確定強度的變化(如果存在)。
[0053]根據(jù)實施例，當檢測器上的單獨反射射線之間的距離、入射光束撞擊對象的角度以及材料的折射率已知時，透明對象的厚度以及該透明對象的表面的組成材料的厚度連同其它層的厚度能夠基于來自所述對象的不同層的發(fā)射光束在光敏電子設備(檢測器)上的位置進行檢測。而且，如例如結合圖2C、2D所說明的，當它們的距離(或角度)針對表面有所變化并且強度最大值被確定時，可以使用具有固定發(fā)光器件和檢測器的單元。
[0054]此外，根據(jù)實施例，能夠檢測玻璃單元的界面類型，諸如空氣-玻璃、玻璃-塑料、玻璃-低E涂覆或玻璃-玻璃類型。該界面類型確定有利地是基于來自每個界面層的反射，這是因為每個界面層導致反射而使得來自每個界面層的反射光束撞擊檢測器的位置取決于所討論的界面的類型。還應當注意的是，反射光束的強度也取決于該光束從其進行反射的界面類型。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，甚至不需要與對象的層的厚度相關的信息，這是因為能夠單純從反射光束的強度來確定界面類型(例如，空氣-玻璃)。由于事先已知入射光束將首先從空氣-玻璃界面進行反射，所以能夠從下一次反射(來自下一個表面的反射)的強度來確定下一個界面類型，這是因為一般使用的界面類型的特征強度是事先已知的。例如，從玻璃-空氣界面所反射的光束的強度可明顯與從玻璃-塑料或低E涂層界面所反射的光束的強度區(qū)分開來。因此，還能夠基于反射的強度來確定對象的媒介(或兩個界面之間的組成材料，諸如玻璃或塑料)。同樣，在組成材料已知時，還能夠檢測每個層的折射率，并且通過使用所確定的折射率，例如能夠在確定了檢測器上的反射光束之間的距離時計算每一層的厚度。
[0056]根據(jù)實施例，諸如玻璃、空氣、塑料和層壓涂層的典型媒介的折射率有利地被存儲在測量設備的存儲器器件中，其能夠在確定界面類型時得以使用。根據(jù)實施例，對象的每個媒介層的折射率能夠僅基于反射的強度來確定(因為第一媒介即空氣始終是已知的)并且隨后使用存儲到媒介器件中的似乎與所計算反射率最為相關的典型媒介的準確反射率。這是一種對確定進行管理的便捷方式，因為例如由于媒介的吸收，并非始終都可能僅基于反射強度對反射率進行完全準確的測量。
[0057]此外，當設備相對于對象移動時，通過將平均反射強度與已知界面類型所導致的已知反射強度相比較，能夠使用平均反射強度來確定界面類型。顯然，該反射強度例如當然取決于所使用的光源以及入射光撞擊對象的角度，但是這些能夠事先進行檢測并且在確定所討論的界面類型時被納入考慮。
[0058]本發(fā)明提供了許多優(yōu)于已知現(xiàn)有技術方法的有利特征。使用多個反射(來自多個表面或界面的反射)，所測量結構和氣體濃度的信息質量有所提高并且結果的準確性同樣有所提高。此外，即使待測量的玻璃單元中存在或不存在不同類型的涂層，都能夠針對大量透明間隙進行測量。此外，本發(fā)明的方法能夠被用來確定玻璃單元的間隙中的氣體濃度(特別是02)，而且同時能夠被用來確定玻璃單元的結構。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0059]接下來將依據(jù)附圖參考示例性實施例對本發(fā)明進行更為詳細的描述，其中:
[0060]圖1 (a)示出了反射光束的所檢測強度I ( υ )，其中幾乎看不到弱吸收，
[0061]圖1 (b)示出了使用IQ(u)的二階基線估計(即，適應于檢測信號的邊緣的第二階多項式)所計算的所述反射光束的強度，
[0062]圖2a_e圖示了根據(jù)本發(fā)明有利實施例的用于確定透明結構內的氣體組分濃度的示例性測量構造的原理，和
[0063]圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明有利實施例而針對傳導性和非傳導性表面所測量的示例性強度。
【具體實施方式】
[0064]圖1 (a)和1 (b)涉及從現(xiàn)有技術已知的測量和現(xiàn)象，并且本文中之前進行過討論。
[0065]圖2a_2e圖示了根據(jù)本發(fā)明有利實施例的用于確定透明結構內的氣體組分濃度的示例性測量構造200的原理。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種設備包括光源201,其用于向諸如玻璃單兀202的對象的表面發(fā)射至少一個光束。該光源有利地是窄帶光源，其例如可以是垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。所發(fā)射激光的波長例如可以由可調節(jié)電流源203通過電流進行控制。根據(jù)實施例，通過向激光源的電流控制器引入調制波形而對所發(fā)射的激光束204進行調制(例如，通過WMS技術)。例如，能夠使用任意波形發(fā)生器205。
[0067]WMS是高分辨率激光吸收技術，其中吸收信號被移動至較高檢測頻率以便避免系統(tǒng)組件的低頻噪聲。在TDLAS中，這通過在一些窄(例如，氣體相位)吸收特征上掃描正弦調頻的二極管激光而實現(xiàn)。該特征用作非線性傳輸函數(shù)，在傳輸中產生周期性的但并非完全正弦的變化(即，發(fā)生諧波生成，生成了泛音)。WMS信號測量諧波頻率的振幅的時間演進并且已經(jīng)傳統(tǒng)地使用鎖定放大而獲得。有用性來源于WMS信號與吸收成比例(并且因此在弱吸收的情況下與氣體濃度成比例)的事實。
[0068]從每個板206a、206b、206c的不同表面以及其它界面所反射的光束207隨后被檢測器208所收集，諸如被CCD或CMOS傳感器或者一個或多個光電二極管所收集。所產生的電壓信號通常使用Α/D板進行相干采樣。有利地，通過使用第二通道來記錄經(jīng)高通(HP)濾波的并放大(A)的信號版本而提高敏感度。當激光在感興趣的吸收譜線上被調諧時，鎖定放大器(或其它適當測量器件)209被用于測量諧波分量的振幅(最為常見的是第二諧波)。
[0069]所要注意的是，根據(jù)圖2A-2B所示的實施例，來自不同表面的多個反射207能夠被檢測器208所接收。然而，每個反射源于其的表面能夠通過檢測器上所接收信號的位置來確定，即，撞擊檢測器的第一反射是從第一板的背面(而并不與間隙210a或210b中的氣體進行相互作用)，撞擊檢測器的第二反射是從朝向可能包含待測量的氣體組分等的第一間隙210a的第二板的第一表面。因此，第二反射已經(jīng)與第一間隙等中所包含的氣體進行了相互作用，并且因此每個間隙210a、210b中的氣體濃度能夠通過確定與所討論的所述間隙進行相互作用的某些反射來確定。
[0070]當所發(fā)射激光束的入射角度已知時，能夠確定導致相對應反射的每個表面的位置并且因此還能夠確定反射光線已經(jīng)行進的距離。
[0071]如本文中其它地方所討論的，也可以使用反射器211。
[0072]圖2B圖示了另一種構造，其中測量裝置包括諸如微處理器的數(shù)據(jù)處理器件300，用于確定所測量的強度而且還確定反射光束在檢測器上的位置，并且用于計算或確定對象的屬性和不同參數(shù)，諸如界面類型、組成材料、折射率，以及由其是玻璃單元的不同空間中的氣體組分的濃度，如本文中其它地方所討論的。此外，該裝置可以包括用于對光源和/或檢測器進行控制的另一個附加控制器件以及存儲器器件，其用于存儲例如不同氣體濃度所導致的反射強度、界面類型、組成材料而且還有這些材料的折射率。裝置300還可以包括用于讀取例如測量信息和/或將其寫入所測量對象的存儲器器件的器件，諸如與玻璃單元相耦合的NFC標簽212。
[0073]測量裝置200還可以包括用于檢測玻璃單元的一個間隙中的至少一種氣體組分的濃度的附加器件301。該附加的氣體檢測器件301有利地包括用于創(chuàng)建快速地交變的高電壓的器件302，該高電壓有利地被局部施加于玻璃單元的間隙210a以通過對填充氣體的原子進行電離而實現(xiàn)局部發(fā)射303。此外，該檢測器件包括用于收集并傳輸所發(fā)射光線以便有利地確定和分析至少兩個不同光譜間隔的強度的器件304，其中至少一個光譜間隔對應于感興趣的氣體組分。在該電離方法中，該裝置(諸如器件300或301)有利地適于計算其中之一對應于感興趣的氣體組分的兩個光譜間隔的強度之間的比率，并且因此從所述比率確定氣體組分的濃度。
[0074]例如能夠通過使用針狀電極305而將快速交變電場應用于例如玻璃單元。作為另一種電極，例如能夠使用對象的傳導層。該快速交變電場在間隙201a中產生放電通道303，并且在電極305的末端附近開始放電。所發(fā)射的光線有利地由透鏡304進行收集。
[0075]在圖2A、2B所示的實施例中，通過朝向所述表面所發(fā)射的光束的角度以及通過反射光束在檢測器208上的位置來確定距所述反射表面的距離(并且因此確定該表面或界面或間隙的厚度)。
[0076]然而，圖2C和2D圖示了用于測量表面的距離(以及因此確定厚度以及其它參數(shù))的另一個實施例。根據(jù)第一方面(圖2C)，設備200包括單元230，其包括發(fā)光器件201而且還包括檢測器208兩者，它們有利地固定安裝至單元230。如圖2C中所示出的，單元230的距離231被配置為關于玻璃單元202或其表面而有所變化。當距離231變化時，所述發(fā)射光束的焦點232也有所變化。當該焦點偏移至撞擊所述玻璃單元的任意表面時，確定能夠通過所述單元的距離變化231而確定強度最大值和所述表面的距離(或位置)。
[0077]根據(jù)第二方面(圖2D)，設備200包括單元240，其包括發(fā)光器件201而且還包括檢測器208兩者，它們有利地安裝至單元240以使得所發(fā)射光束的角度241 (或發(fā)光器件和檢測器的相對角度)能夠改變。如圖2D中所示出的，該角度241被配置為關于玻璃單元202或其表面而有所變化。當角度241變化時，所述發(fā)射光束的焦點232也有所變化。當該焦點偏移至撞擊所述玻璃單元的任意表面時，確定能夠通過角度變化241而確定強度最大值和所述表面的距離(或位置)。因此，利用圖2C和2D所示的實施例，強度最大值的順序與反射所述光束的界面(的順序)相關聯(lián)。
[0078]此外，所要注意的是，根據(jù)實施例也可能進行傳輸測量，如圖2E所示，其中發(fā)光器件201與檢測器208位于待測量的玻璃單元202的不同側。這使得設備200的結構非常簡單，因為無需使得發(fā)光器件201和檢測器208關于彼此進行移動并且對焦也是非常直觀的。而且，所檢測的信號通常明顯更強。然而，僅能夠確定總體吸收。
[0079]圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明有力實施例的針對傳導400a和非傳導400b表面所測量的不例性強度401a、401b,其中與反射低強度光束401b的非傳導表面400b相比，傳導表面400a反射高強度的光束401a。
[0080]以上已經(jīng)參考上述實施例對本發(fā)明進行了解釋，并且已經(jīng)論證了本發(fā)明的若干優(yōu)勢。所明確的是，本發(fā)明并不僅局限于這些實施例，而是包括處于發(fā)明思想和以下專利權利要求的精神和范圍之內的所有可能實施例。即使以上僅對玻璃單元進行了描述，但是所要注意的是，能夠確定例如玻璃或塑料的不同類型的反射透明對象，諸如浮法玻璃、疊層玻璃、增韌或回火玻璃，特別是中空玻璃或涂覆有例如導電涂層的涂層的玻璃。
[0081]此外，所要注意的是，所發(fā)射光束的波長還能夠在感興趣的氣體組分的二級吸收譜線周圍或之上有所變化，即在(例如，較低強度的)二級吸收譜線處對例如TDL (可調諧二極管激光)傳送器進行操作有效地仿真了較低氧氣濃度的測量。例如，光源光線的波長可以進一步有所變化以使得該波長被適配為利用待測量的氣體例如氧氣的不同吸收屬性而與至少一個其它吸收最大值(峰值)相符，并且相對應地根據(jù)光線波長對其它一個或多個吸收最大值進行測量。該設備或裝置還可以包括計算機程序產品，當所述程序在該設備或裝置上運行時，其適于執(zhí)行用于確定氣體組分的濃度的方法步驟。
[0082]此外，所要注意的是，能夠結合發(fā)光器件使用不同類型的透鏡以便將所發(fā)射的光束聚焦到表面上，而且其還結合檢測器進行使用以便將所收集的光束聚焦到檢測器表面上。這使得所采集的信號能夠更強并且因此例如02的濃度測量更為可靠。
【權利要求】
1.一種用于確定玻璃單元的間隙中所包含的氣體混合物中的氣體組分的濃度的非侵入式方法，所述玻璃單元具有彼此間隔開的并且形成所述間隙的至少兩個玻璃板，所述方法包括:-將一個或多個光束以一定角度應用于所述玻璃單元的表面，其中所發(fā)射光束的波長在感興趣的氣體組分的至少一個吸收譜線周圍或之上變化，-通過檢測器收集透射穿過至少一個表面或位于所述間隙的相對側處的界面或從那里反射的光束，-確定處于待確定的感興趣的氣體組分的吸收譜線之上的所透射或反射的光束的強度的非線性變化，并且-基于所述強度的非線性變化確定所述氣體組分的濃度。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中濃度確定通過將所述非線性強度變化的量與基準強度變化相比較來實現(xiàn)，所述基準強度變化諸如是事先已知的所述氣體的不同濃度的強度變化。
3.根據(jù)之前任一項權利要求的方法，其中反射光束的表面或界面是在所述玻璃單元的相對側處使用的反射器，其用于將所發(fā)射光束穿過所述玻璃單元反射到所述檢測器上，因此從當在一個或多個吸收譜線之上改變所發(fā)射光束的波長時一個或多個吸收譜線處的強度變化，檢測所測量的玻璃單元內的氣體濃度。
4.根據(jù)之前任一項權 利要求的方法，其中反射光束的表面或界面是玻璃板的朝向包括氣體組分的所述間隙的表面或界面。
5.根據(jù)之前任一項權利要求的方法，其中包括所述氣體組分濃度并且因此導致所述非線性強度變化的間隙由從所述玻璃單元的玻璃板的表面或界面所反射的光束在檢測器上的順序或位置而確定。
6.根據(jù)之前任一項權利要求的方法，其中所述方法進一步包括通過測量從所述界面所反射的光束的強度，將所測量的強度與已知界面類型和/或涂層類型的已知強度相比較，并且選擇其已知強度與所測量強度最佳匹配的界面類型和/或涂層類型，來確定所討論的玻璃板的界面類型和/或可能的涂層。
7.根據(jù)之前任一項權利要求的方法，其中所述方法進一步包括:-基于從第一和第二界面反射的光束在所述檢測器上的位置來檢測所述玻璃單元的兩個界面之間的層的厚度，-基于從相對應的板所反射的光束在所述檢測器上的位置以及板的所述材料的折射率來檢測諸如最外側和最內側板這樣的兩個板之間的距離。
8.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中由包括發(fā)光器件和所述檢測器的測量單元測量所述玻璃單元的表面或界面的位置并且因此測量它們的距離，該測量單元距所述表面或界面的距離變化或者其關于所述表面或界面的角度變化，并且其中確定強度變化以便基于所述強度的最大值來確定所述表面或界面的所述位置并且因此確定它們的距離。
9.根據(jù)之前任一項權利要求的方法，其中所述光束為通過在感興趣的氣體組分的吸收譜線上對所使用的激光頻率進行調諧而由可調諧二極管激光吸收光譜(TDLAS )技術所提供的激光束。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其中待檢測的吸收信號通過WMS或FMS技術進行操控，諸如通過在待確定的氣體組分的吸收特征上掃描正弦調頻二極管激光以便對適于表示所檢測光束的強度變化和待檢測的氣體組分濃度的非線性曲線的二階多項式進行強化，和/或使得所引發(fā)的低頻噪聲最小化。
11.根據(jù)之前任一項權利要求的方法，其中所述方法進一步包括:-創(chuàng)建快速地交變的高電壓，-將所述快速地交變的高電壓局部施加于所述玻璃單元的間隙以實現(xiàn)局部發(fā)射，-收集并傳輸所發(fā)射光線，-確定至少兩個不同光譜間隔的強度，所述至少兩個不同光譜間隔中至少有一個對應于感興趣的氣體組分，-計算兩個光譜間隔的強度之間的比率，這兩個光譜間隔中有一個對應于感興趣的氣體組分，并且-從所述比率確定所述氣體組分的濃度。
12.根據(jù)之前任一項權利要求的方法，其中待測量的所述氣體組分是以下的至少一個:氧、気、氣、氪和/或氮。
13.根據(jù)之前任一項權利要求的方法，其中測量結果被寫入連接至所述玻璃單元的NFC標簽，所述測量結果指示至少一種以下屬性:-對象的界面類型，-兩個界面之間的涂覆材料，-組成材料的折射率，-兩個界面之間的層的厚度，-兩個界面之間的層的厚度變化，-諸如最外側和最內側窗格這樣的第一和第二窗格之間的距離，-任意表面的可能增韌或回火，-所述對象的涂覆和/或非涂覆表面的存在和位置，-所述玻璃單元內所包含的氣體混合物中的至少一種氣體組分的濃度，和/或-包括氣體組分的所述間隙的標識信息。
14.一種用于非侵入式地確定玻璃單元的間隙中所包含的氣體混合物中的氣體組分的濃度的裝置，所述玻璃單元具有彼此間隔開的并且形成所述間隙的至少兩個玻璃板，所述裝置被適配為:-將一個或多個光束以一定角度應用于所述玻璃單元的表面，并且所發(fā)射光束的波長在感興趣的氣體組分的至少一個吸收譜線周圍或之上變化，-通過檢測器收集透射穿過至少一個表面或位于所述間隙的相對側處的界面的光束或從那里反射的光束，-確定感興趣的氣體的吸收譜線之上的所透射或反射的光束的強度的非線性變化，并且-基于所述強度的非線性變化確定所述氣體組分的濃度。
15.根據(jù)權利要求14的裝置，其中所述裝置被適配為通過將所述非線性強度變化的量與基準強度變化相比較來確定濃度，所述基準強度變化諸如是事先已知的所述氣體的不同濃度的強度變化。
16.根據(jù)權利要求14或15的裝置，其中所述裝置被適配為由從所述玻璃單元的玻璃板的表面或界面所反射的光束在所述檢測器上的順序或位置來確定包括所述氣體組分濃度并且因此導致所述非線性強度變化的間隙。
17.根據(jù)權利要求14或15的裝置，其中所述裝置包括測量單元，其包括發(fā)光器件和所述檢測器，其距表面或界面的距離被配置為有所變化或者其角度被配置為關于所述表面或界面有所變化，并且其中所述裝置被配置為確定強度變化以便基于所述強度的最大值來確定待測量的所述玻璃單元的表面或界面的位置并且因此確定其距離。
18.根據(jù)權利要求14-17中任一項的裝置，其中所述裝置被適配為通過測量從所述界面所反射的光束的強度，將所測量的強度與已知界面類型和/或涂層類型的已知強度相比較，并且選擇其已知強度與所測量強度最佳匹配的界面類型和/或涂層類型，來確定所討論的玻璃板的界面類型和/或可能的涂層。
19.根據(jù)權利要求14-18中任一項的裝置，其中所述裝置包括可調諧二極管激光器(TDLAS)并且被適配為在感興趣的氣體組分的吸收譜線上對所使用的激光頻率進行調諧。
20.根據(jù)權利要求14-19中任一項的裝置，其中所述裝置被適配為通過WMS或FMS技術對待檢測的吸收信號進行操控，諸如通過在待確定的氣體組分的吸收特征上掃描正弦調頻二極管激光以便對適于表示所檢測光束的強度變化和待檢測的氣體組分濃度的非線性曲線的二階多項式進行強化，和/或使得所引發(fā)的低頻噪聲最小化。
21.根據(jù)權利要求14-20中任一項的裝置，其中所述裝置進一步包括用于以下的器件:-創(chuàng)建快速地交變的高電壓，-將所述快速地交變的高電壓局部施加于所述玻璃單元的間隙以實現(xiàn)局部發(fā)射，-收集并傳輸所發(fā)射的光線，-確定至少兩個不同光譜間隔的強度，所述至少兩個不同光譜間隔中至少一個對應于感興趣的氣體組分，-計算兩個光譜間隔的強度之間的比率，這兩個光譜間隔中的一個光譜間隔對應于感興趣的氣體組分，并且-從所述比率確定所述氣體組分的濃度。
【文檔編號】G01N21/39GK103649723SQ201280034171
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月18日 優(yōu)先權日:2011年5月18日
【發(fā)明者】卡伊·尼拉寧, 艾爾諾·勞諾 申請人:Oy斯巴萊克有限公司