本申請(qǐng)?jiān)诘?5部美國(guó)法典第119節(jié)下要求于2014年9月3日提交的名稱為“光學(xué)氣敏傳感器”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/045,222的優(yōu)先權(quán)，該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過參引結(jié)合到本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本文中說(shuō)明的實(shí)施例大致涉及氣敏傳感器，并且更具體地涉及用于光學(xué)氣敏傳感器的系統(tǒng)、方法和裝置。

背景技術(shù)：

氣體濃度的檢測(cè)和測(cè)量對(duì)于了解和監(jiān)控比如為環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)過程控制分析、燃燒過程、毒性可燃?xì)怏w以及爆炸物的檢測(cè)的各種各樣的應(yīng)用是重要的。例如，能夠高靈敏度和高選擇性的氣敏傳感器可被用于大氣科學(xué)，用于檢測(cè)和監(jiān)控包括溫室氣體和臭氧的不同氣體種類，并且可被用于呼吸診斷中，用于檢測(cè)和監(jiān)控一氧化氮、乙烷、氨和眾多其他生物標(biāo)志物。作為另一個(gè)示例，在燃?xì)獠⒕W(wǎng)應(yīng)用中，由生物過程產(chǎn)生的甲烷被測(cè)試雜質(zhì)(例如硫化氫或H₂S)以確定甲烷是否足夠純以與天然氣直接混合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一般說(shuō)來(lái)，在一個(gè)方面中，本公開涉及具有第一工件的傳感頭。第一工件可以包括具有外表面和內(nèi)表面的本體和在內(nèi)表面處布置在本體中的光源腔，其中，光源腔布置在本體的第一端部處并且構(gòu)造成接收光源。第一工件還可以包括在內(nèi)表面處布置在本體中的光學(xué)裝置腔，其中光學(xué)裝置腔鄰近于光源腔布置并且構(gòu)造成容納光學(xué)裝置。第一工件還可以包括在內(nèi)表面處布置在本體中的橢球體腔，其中橢球體腔鄰近于光學(xué)裝置腔布置。第一工件還可以包括布置在鄰近于形成橢球體腔的內(nèi)表面的本體中的接收裝置腔，其中，接收裝置腔構(gòu)造成容納接收裝置。第一工件還可以包括布置在本體中的至少一個(gè)通道，其中，至少一個(gè)通道具有布置在鄰近于橢球體腔的內(nèi)表面處的第一端部。

在另一個(gè)方面中，本公開可以大致涉及一種包括傳感頭的至少一個(gè)工件的光學(xué)氣敏傳感器。傳感頭的至少一個(gè)工件可以包括具有外表面和內(nèi)表面的本體以及在內(nèi)表面處布置在本體中的光源腔，其中，光源腔布置在本體的第一端部處。傳感頭的至少一個(gè)工件還可以包括在內(nèi)表面處布置在本體中的光學(xué)裝置腔，其中光學(xué)裝置腔鄰近于光源腔布置。傳感頭的至少一個(gè)工件還可以包括在內(nèi)表面處布置在本體中的橢球體腔，在此橢球體腔鄰近于光學(xué)裝置腔布置，并且橢球體腔包括第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)。傳感頭的至少一個(gè)工件還可以包括布置在鄰近于形成橢球體腔的內(nèi)表面的本體中的接收裝置腔。傳感頭的至少一個(gè)工件還可以包括布置在本體中的第一通道，其中，第一通道具有布置在形成橢球體腔的內(nèi)表面處的第一端部。光學(xué)氣敏傳感器還可以包括布置在光源腔內(nèi)的光源、布置在光學(xué)裝置腔內(nèi)的光學(xué)裝置以及布置在接收裝置腔內(nèi)的接收裝置。

從以下說(shuō)明書和隨附權(quán)利要求書中將更加清楚地理解這些以及其他方面、目的、特征和實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

附圖僅示出光學(xué)氣敏傳感器的示例實(shí)施例并且因此不被視為限制其范圍，因?yàn)楣鈱W(xué)氣敏傳感器可以具有其他同樣有效的實(shí)施例。附圖中示出的元件和特征并不一定按比例，替代地重點(diǎn)在于清楚地說(shuō)明示例實(shí)施例的原理。另外，一些尺寸或位置可被夸大以幫助直觀表達(dá)這些原理。在附圖中，附圖標(biāo)記指示相似或相應(yīng)的元件，但并不一定指示相同元件。

圖1示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的傳感頭的一部分的俯視透視圖。

圖2示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的另一個(gè)傳感頭的一部分的俯視透視圖。

圖3示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的傳感器的截面?zhèn)纫晥D。

圖4A和圖4B示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的光波在橢球體腔內(nèi)的分配。

圖5A和圖5B示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的聲波在橢球體腔內(nèi)的分配。

圖6示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的用于確定氣體中的雜質(zhì)水平的方法的流程圖。

圖7示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的傳感器子組件的截面?zhèn)纫晥D。

圖8示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的另一個(gè)傳感器子組件的截面?zhèn)纫晥D。

圖9示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的又一個(gè)傳感器子組件的截面?zhèn)纫晥D。

圖10示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的仍然另一個(gè)傳感器子組件的截面?zhèn)纫晥D。

具體實(shí)施方式

本文中討論的示例實(shí)施例涉及與光學(xué)氣敏傳感器相關(guān)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。光學(xué)氣敏傳感器可以具有多種結(jié)構(gòu)并且使用多種技術(shù)。例如，石英增強(qiáng)光聲光譜(QEPAS)傳感器可以具有被引導(dǎo)穿過以其諧振頻率振動(dòng)的石英音叉(QTF)的叉尖之間的間隙的氣體特定波長(zhǎng)的光學(xué)輻射。光能被吸收并且通過氣體釋放，引起QTF的諧振頻率的改變。QTF的諧振頻率的變化量與氣體分子的濃度成正比。如本文所說(shuō)明的，QTF也可被稱作音叉。

作為另一個(gè)例子，示例光學(xué)氣敏傳感器可以調(diào)制光(例如激光)波激發(fā)頻率，使得測(cè)試氣體產(chǎn)生具有對(duì)于QTF或其他接收裝置匹配共振頻率的頻率的聲波。隨著氣體濃度的提高，聲波的幅值提高，這接著增大接收裝置的振蕩。一個(gè)或多個(gè)部件(例如鎖相放大器)可被用于以基本僅諧振頻率放大信號(hào)(例如聲波)，這可以改善信噪比(SNR)比值。作為又一個(gè)示例，示例光學(xué)氣敏傳感器可以采用一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)音器。換句話說(shuō)，本文中說(shuō)明的示例實(shí)施例不限于用于比如關(guān)于接收裝置的某項(xiàng)技術(shù)。

雖然本文中說(shuō)明的示例實(shí)施例涉及光學(xué)氣敏傳感器，示例實(shí)施例還可以用于其他類型的傳感器。另外，可被用于示例實(shí)施例的光學(xué)氣敏傳感器可以具有本文中未示出或說(shuō)明的多種結(jié)構(gòu)中的任一種。如本文所說(shuō)明的，用戶可以是與示例光學(xué)氣敏傳感器相互作用的任何人。用戶的示例可以包括但不限于消費(fèi)者、業(yè)務(wù)專家、氣體工程師、管理者、顧問、承包商、操作人員以及制造商代表。

在一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例中，用于光學(xué)氣敏傳感器的示例蓋需要滿足一些標(biāo)準(zhǔn)和/或要求。例如，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，比如應(yīng)用于光學(xué)氣敏傳感器的IEC 60079-28，示例蓋必須在待使用的應(yīng)用領(lǐng)域符合上述標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)定可適用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章的其他組織的示例包括但不限于美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)(NEMA)、美國(guó)國(guó)家電氣規(guī)程(NEC)、電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)以及保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL)。

在一些例子中，本文中說(shuō)明的示例實(shí)施例可被用于任何類型的危險(xiǎn)環(huán)境，包括但不限于飛機(jī)庫(kù)、鉆井裝置(用于油、氣或水)、修井作業(yè)機(jī)(用于油或氣)、精煉廠、化工廠、發(fā)電廠、礦山作業(yè)廠、廢水處理設(shè)施以及煉鋼廠。本文中說(shuō)明的用于光學(xué)氣敏傳感器(或其部件)的蓋可以物理地設(shè)置在腐蝕成分(例如氣體)中和/或用于腐蝕成分中。另外或在可替代方案中，用于光學(xué)氣敏傳感器(或其部件)的示例蓋可以承受極熱、極冷、潮濕、濕氣、塵埃以及可以引起用于光學(xué)氣敏傳感器的蓋或其部分損耗的其他條件。

在一些示例實(shí)施例中，用于光學(xué)氣敏傳感器的蓋，包括其任何部件和/或部分，由設(shè)計(jì)成保持長(zhǎng)期使用壽命以及當(dāng)在沒有機(jī)械和/或其他類型的失效的情況下需要時(shí)所執(zhí)行的一種或多種材料制成。這些材料的示例可以包括但不限于鋁、不銹鋼、玻璃纖維、玻璃、塑料、陶瓷和橡膠。

本文中說(shuō)明的用于光學(xué)氣敏傳感器的示例蓋的任何部件(例如進(jìn)口管聯(lián)接特征、接收通道)或其部分可以由單個(gè)工件制成(如通過模鑄、注塑、壓鑄或擠出工藝)。另外或在可替代方案中，部件(或其部分)可以由彼此機(jī)械聯(lián)接的多個(gè)工件制成。在該例子中，可以利用多種聯(lián)接方法中的一種或多種使多個(gè)工件彼此機(jī)械聯(lián)接，聯(lián)接方法包括但不限于環(huán)氧樹脂、焊接、緊固裝置、壓合裝配、匹配螺紋和開槽裝配。彼此機(jī)械聯(lián)接的一個(gè)或多個(gè)工件可以以多種方式中的一種或多種彼此聯(lián)接，包括但不限于固定、鉸接、可拆卸、可滑動(dòng)以及螺紋地。

本文中說(shuō)明的部件和/或特征可以包括說(shuō)明作為聯(lián)接、緊固、固定、抵接或其他相似術(shù)語(yǔ)的元件。這些術(shù)語(yǔ)僅旨在區(qū)別部件或裝置內(nèi)的各個(gè)元件和/或特征，并且并非旨在限制特定元件和/或特征的性能或功能。例如，說(shuō)明為“聯(lián)接特征”的特征可以聯(lián)接、緊固、固定、抵接和/或執(zhí)行除僅聯(lián)接之外的其他功能。

如本文中說(shuō)明的聯(lián)接特征(包括互補(bǔ)聯(lián)接特征)可以允許光學(xué)氣敏傳感器的一個(gè)或多個(gè)部件(例如形成橢球體腔的壁)和/或部分變得直接或間接地機(jī)械和/或電氣聯(lián)接至光學(xué)氣敏傳感器的另一個(gè)部分。聯(lián)接特征可以包括但不限于夾具、鉸鏈的一部分、孔、凹入?yún)^(qū)域、突出部、槽、彈簧夾、舌片、止動(dòng)器、螺紋接頭和配對(duì)螺紋。示例光學(xué)氣敏傳感器的一個(gè)部分可以通過直接采用一個(gè)或多個(gè)聯(lián)接特征聯(lián)接至光學(xué)氣敏傳感器的另一個(gè)部分。另外，或在可替代方案中，示例光學(xué)氣敏傳感器的一部分可以利用與布置在光學(xué)氣敏傳感器的部件上的一個(gè)或多個(gè)聯(lián)接特征相互作用的一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立裝置聯(lián)接至光學(xué)氣敏傳感器的另一個(gè)部分。這些裝置的示例包括但不限于銷、鉸鏈、緊固裝置(例如螺栓、螺釘、鉚釘)和彈簧。

本文中說(shuō)明的一個(gè)聯(lián)接特征可以與本文中說(shuō)明的一個(gè)或多個(gè)其他聯(lián)接特征相同或不同。本文中說(shuō)明的互補(bǔ)聯(lián)接特征可以是與另一個(gè)聯(lián)接特征直接或間接機(jī)械聯(lián)接的聯(lián)接特征。對(duì)于本文中示出和說(shuō)明的任何附圖，可以省略、增加、重復(fù)和/或替代部件中的一個(gè)或多個(gè)。因此，特定附圖中示出的實(shí)施例不應(yīng)該被視為限于該附圖中示出的部件的特定布置。

本文的一個(gè)或多個(gè)附圖中說(shuō)明的任何部件可以適用于具有相同標(biāo)記的任何其他(例如后續(xù))附圖。換句話說(shuō)，對(duì)于不同(例如后續(xù))附圖的任何部件的說(shuō)明可被認(rèn)為與關(guān)于另一個(gè)(例如前述)附圖說(shuō)明的相應(yīng)部件基本相同。對(duì)于本文附圖中的部件的編號(hào)方案使得每個(gè)部件由三或四個(gè)數(shù)字表示，在此，附圖之間的基本相似部件由具有相同的最后兩個(gè)數(shù)字的附圖標(biāo)記表示。這樣，與不同附圖具有基本相似特征的附圖可以依賴于與不同附圖相關(guān)的基本相似特征的描述和/或附圖標(biāo)記。

以下將參照附圖更多全面地說(shuō)明光學(xué)氣敏傳感器的示例實(shí)施例，附圖中示出示例光學(xué)氣敏傳感器。然而，光學(xué)氣敏傳感器可以實(shí)施為多種不同的形成并且不應(yīng)該被解釋為限于本文中所闡述的示例實(shí)施例。相反地，提供這些示例實(shí)施例使得本公開全面和完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員表達(dá)光學(xué)氣敏傳感器的范圍。類似地但非必然地，為了一致性各個(gè)附圖中的同一元件(有時(shí)也稱作部件)由相同附圖標(biāo)記表示。

比如為“頂部”、“底部”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“端部”、“部分”、“第一”和“第二”的術(shù)語(yǔ)僅用于區(qū)別一個(gè)部件(或部件的部分或部件的狀態(tài))與另一個(gè)部件。這些術(shù)語(yǔ)并非旨在表示優(yōu)先或特定取向。另外，給予本文中說(shuō)明的各個(gè)部件的名稱是對(duì)示例實(shí)施例的說(shuō)明并且非旨在以任何方式進(jìn)行限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在本文的一個(gè)實(shí)施例(例如在附圖中)示出和/或說(shuō)明的特征和/或部件可被用于另一個(gè)實(shí)施例中(例如用于任何其他附圖中)，即便在這些其他實(shí)施例中未明確地示出和/或說(shuō)明。

圖1示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的傳感頭101的頂部部分的俯視側(cè)透視圖和半透明視圖。在該例子中傳感頭101的頂部部分是包括本體104的單個(gè)工件，本體104具有內(nèi)表面105、與內(nèi)表面105相對(duì)的外表面(視圖中隱藏)和至少一個(gè)側(cè)面107。傳感頭101的頂部部分可以具有多個(gè)形狀和尺寸中的任一者。例如，圖1中示出的傳感頭101的部分為圓柱形形狀。傳感頭101的部分可以由多種適當(dāng)?shù)牟牧现械囊环N或多種制成，包括但不限于不銹鋼和鎳基合金。傳感頭101的部分的材料可以抵抗多種腐蝕性物質(zhì)中的一種或多種，包括但不限于硫化氫(H₂S)氣體。

在一些示例實(shí)施例中，多個(gè)腔在內(nèi)表面105處布置在本體104中。例如，光源腔110可以由光源腔壁111、光源腔壁113和布置在其之間的擋圈112形成。光源腔110可以具有寄存多個(gè)光源中的一個(gè)或多個(gè)的形狀和尺寸(如以下關(guān)于圖3所示和所述的)。光源腔110可以沿著內(nèi)表面105布置在任何位置處。例如，如圖1所示，光源腔110可以布置在傳感頭101的頂部部分的一端處(例如，靠近側(cè)面107)。

作為另一個(gè)示例，光學(xué)裝置腔120可以由光學(xué)裝置腔壁121和擋圈122形成。光學(xué)裝置腔120可以具有寄存多個(gè)光學(xué)裝置中的一個(gè)或多個(gè)的形狀和尺寸(如以下關(guān)于圖3所示和所述的)。光學(xué)裝置腔120可以沿著內(nèi)表面105布置在任何位置處。例如，如圖1所示，光學(xué)裝置腔120可以鄰近光源腔110布置，使得光學(xué)裝置腔壁121與光源腔壁113鄰接。

作為又一個(gè)示例，橢球體腔130(有時(shí)在本文中更簡(jiǎn)單地稱為腔130)可以由橢球體腔壁131形成。橢球體腔130可以具有足以接收和反射多次從光源發(fā)射并且使所反射的光與布置在橢球體腔130中的氣體混合的光。橢球體腔130可以沿著內(nèi)表面105布置在任何位置處。例如，如圖1所示，橢球體腔130可以鄰近于光學(xué)裝置腔120布置，使得橢球體壁131與擋圈122鄰接。氣體可以通過布置在傳感頭101的頂部部分的本體104中的一個(gè)或多個(gè)通道173布置在橢球體腔130中。在該例子中，具有僅一個(gè)通道173，通道173具有位于外表面處的第一端部171、位于橢球體腔壁131處的第二端部170和布置在第一端部171與第二端部170之間的通道壁172。第一端部171也可以位于側(cè)面107處。通道173可以是線性、曲線、傾斜的和/或具有一個(gè)或多個(gè)任何其他形狀。

作為仍然的另一個(gè)示例，接收裝置腔140可以由音叉腔壁141和擋圈142形成。接收裝置腔140可以具有寄存多個(gè)音叉中的一個(gè)或多個(gè)的形狀和尺寸(如以下關(guān)于圖3所示和所述的)。接收裝置腔140可以沿著內(nèi)表面105布置在任何位置處。例如，如圖1所示，接收裝置腔140可以鄰近于橢球體腔130布置，使得擋圈142與橢球體腔壁131鄰接。另外，接收裝置腔140可以布置在傳感頭101的頂部部分的另一個(gè)端部(例如靠近側(cè)面107)。在這種情況下，接收裝置腔140可以相對(duì)于光源腔110位于傳感頭101的頂部部分的相對(duì)端部處。

在一些示例實(shí)施例中，光源腔110、光學(xué)裝置腔120、橢球體腔130和接收裝置腔140可以彼此基本線性地對(duì)準(zhǔn)并且具有沿著每個(gè)腔的長(zhǎng)度延伸的公共軸線。在一些示例實(shí)施例中，具有傳感頭的多個(gè)部分。例如，可以具有兩個(gè)對(duì)稱工件的傳感頭，其中一個(gè)工件是圖1所示的傳感頭101的頂部部分。在該例子中，當(dāng)兩個(gè)工件聯(lián)結(jié)在一起時(shí)，各個(gè)腔變得封閉并且墻變得基本連續(xù)。

圖2示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的傳感頭202的一部分的側(cè)俯視透視圖。參照?qǐng)D1和圖2，圖2的傳感頭202的底部部分除如下所述之外與圖1的傳感頭101的頂部部分相同。圖2的傳感頭202的底部部分包括多個(gè)聯(lián)接特征206(在該例子中為孔)，聯(lián)接特征206允許傳感頭202的底部部分直接或間接地聯(lián)接至傳感頭的另一個(gè)對(duì)稱構(gòu)造部分，比如傳感頭101的頂部部分。另外，在該例子中，圖2的傳感頭202的底部部分不包括任何通道，比如圖1的通道173。

圖3示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的傳感器子組件300的截面俯視圖。換一種方式，圖3示出傳感器子組件300的傳感頭301的頂部部分的俯視圖，其中光源315布置在光源腔(在視圖中被光源315遮擋)中，光學(xué)裝置325布置在光學(xué)裝置腔(在視圖中被光學(xué)裝置325遮擋)中，以及接收裝置345(在該例子中為音叉345)布置在接收裝置腔340(在視圖中被音叉345遮擋)中。

參照?qǐng)D1-3，光源315可以采用產(chǎn)生導(dǎo)向光學(xué)裝置325的光317的任何類型的照明技術(shù)(例如發(fā)光二極管、激光二極管(也稱為半導(dǎo)體激光器))。光源315可以具有符合光源腔310的一個(gè)或多個(gè)型線的形狀和尺寸。由光源315產(chǎn)生和發(fā)射的光317可以根據(jù)多個(gè)因素中的一個(gè)或多個(gè)具有任何適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)，多個(gè)因素包括但不限于被測(cè)試的氣體、溫度以及光學(xué)裝置325的特性。光源315可以聯(lián)接至動(dòng)力源360(例如驅(qū)動(dòng)器)，動(dòng)力源360可以向光源315提供動(dòng)力和/或控制信號(hào)。光源315可以包括多個(gè)部件中的一個(gè)或多個(gè)，包括但不限于光元件(例如二極管、燈泡)和電路板。

在一些示例實(shí)施例中，光學(xué)裝置325是能夠接收來(lái)自光源315的光317并且處理光317以產(chǎn)生被傳輸?shù)綑E球體腔330內(nèi)的特定位置的光327的任何類型的裝置。光學(xué)裝置325可以具有抵接壁121和擋圈122的一些或全部的外表面326，擋圈122在傳感頭301的部分中形成光學(xué)裝置腔320。光學(xué)裝置325可以具有符合光學(xué)裝置腔320的一個(gè)或多個(gè)型線的任何形狀(例如球體、半球體、錐體)和尺寸。

光學(xué)裝置325可以由包括但不限于二氧化硅和玻璃的一種或多種適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。在任何情況下，光學(xué)裝置325耐受腐蝕性物質(zhì)，比如H₂S氣體。為了使光學(xué)裝置325將光327傳輸至橢球體腔330內(nèi)的特定位置(在該例子中為焦點(diǎn)333)，必須平衡多個(gè)因素。這些因素可以包括但不限于光學(xué)裝置325的定向、光學(xué)裝置325的材料、光學(xué)裝置325相對(duì)于橢球體腔330和光源315的位置以及光317的波長(zhǎng)。在一些示例實(shí)施例中，密封件(例如墊片、o形環(huán)、硅樹脂)可被用于提供防止橢球體腔330中的潛在腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入光學(xué)裝置腔320或光源腔310內(nèi)的屏障。

橢球體腔330具有在光學(xué)和聲學(xué)上反射的一個(gè)或多個(gè)壁331。如果橢球體腔330由一個(gè)工件以上的傳感頭301形成，則工件高精度機(jī)械加工以使得多個(gè)工件在橢球體腔330內(nèi)交會(huì)的接頭相對(duì)于橢球體腔330的壁331的其余部分提供光學(xué)和聲學(xué)反射均勻性的很小至完全沒有的實(shí)質(zhì)的降低。在一些示例實(shí)施例中，橢球體腔330具有沿著橢球體腔330的長(zhǎng)軸339定位的兩個(gè)焦點(diǎn)(在這種情況下，焦點(diǎn)333和焦點(diǎn)338)。在一些例子中，如圖3所示，橢球體腔330的長(zhǎng)軸339可以沿著光學(xué)腔320、光源腔310和/或接收裝置腔340的基本中心延伸。

在一些示例實(shí)施例中，從光學(xué)裝置325傳輸?shù)墓?27導(dǎo)向橢球體腔330內(nèi)的焦點(diǎn)333。在這種情況下，光(光波)通過焦點(diǎn)333并且至少一次從壁331反射以會(huì)聚在橢球體腔330內(nèi)的焦點(diǎn)338。來(lái)自光327的光波如何從焦點(diǎn)333傳播至橢球體腔330內(nèi)的焦點(diǎn)338的示例以下示出在圖4A和圖4B。

在一些示例實(shí)施例中也布置在橢球體腔330內(nèi)的是氣體。氣體可以包括能夠組合以形成一種或多種化合物(例如甲烷)的一個(gè)或多個(gè)元素(例如碳、氫)。在一些例子中，氣體也可以具有利用示例實(shí)施例進(jìn)行存在狀態(tài)和量的檢測(cè)的雜質(zhì)(例如H₂S)。如上所述，氣體可以通過布置在傳感頭301的本體304中的一個(gè)或多個(gè)通道(例如通道172)噴射到橢球體腔330內(nèi)，通過第二端部370(也稱作氣體進(jìn)入端口370)進(jìn)入橢球體腔330。當(dāng)氣體分子與從橢球體腔330中的壁331反射的光波(來(lái)源于光327)相互作用時(shí)，氣體分子變得被激發(fā)。

通道的每個(gè)第二端部370可以布置在形成橢球體腔330的壁331上的任一點(diǎn)處。例如，如圖3所示，當(dāng)從側(cè)視圖中觀察橢球體腔330時(shí)，通道372的第二端部370可以在壁331上定位在焦點(diǎn)333與焦點(diǎn)338之間的點(diǎn)處。在這種情況下，通過第二端部370發(fā)出的氣體可以更多容易地與橢球體腔330內(nèi)的反射光波相互作用。

如下所述，當(dāng)接收裝置345是音叉時(shí)，音叉的布置在接收裝置腔340中的柄部347可以定位成使得焦點(diǎn)338布置在柄部347之間。當(dāng)通過橢球體腔330中的光波激發(fā)氣體分子時(shí)，聲波的與氣體分子相關(guān)的振幅提高。當(dāng)這些聲波達(dá)到焦點(diǎn)338時(shí)，其具有基本匹配柄部347振動(dòng)的頻率的頻率。具體地，聲波振幅越大，柄部347共振的振蕩越強(qiáng)，柄部347的振蕩的這種增強(qiáng)可以被捕獲以確定測(cè)試氣體的含量。

在一些示例實(shí)施例中，音叉345是以一種或多種頻率任何類型的裝置。音叉345可以具有一個(gè)或多個(gè)部件。例如，在該例子中，音叉345具有多個(gè)(例如兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè))柄部347以及柄部347由其延伸的基部346。柄部347可以至少部分柔性，以便能夠改變柄部347的形狀。當(dāng)柄部347的形狀改變時(shí)，柄部可以以不同的頻率振動(dòng)。音叉345(包括其部件中的任一者，比如柄部347)可以由包括但不限于石英的任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。在任何例子中，音?45可以耐受腐蝕性物質(zhì)，比如H₂S氣體。

音叉345的柄部347可以在橢球體腔330內(nèi)以多種適當(dāng)?shù)姆绞街械娜我环N定向。例如，柄部347可以基本平行于橢球體腔330的包括焦點(diǎn)333和焦點(diǎn)338的長(zhǎng)軸339。在一些示例實(shí)施例中，密封件(例如墊片、o形環(huán)、硅樹脂)(未示出)可被用于提供防止橢球體腔330中的潛在腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入接收裝置腔340內(nèi)的屏障。

在一些示例實(shí)施例中，音叉345的柄部347可以基于除橢球體腔330內(nèi)的激發(fā)氣體分子以外的因素振動(dòng)。例如，驅(qū)動(dòng)器365可以聯(lián)接至音叉345。在該例子中，驅(qū)動(dòng)器365可以向音叉345提供振動(dòng)頻率，使得柄部347以一定的頻率振動(dòng)。該頻率可以基本類似于由在橢球體腔330內(nèi)被激發(fā)的純凈形式(無(wú)任何雜質(zhì))的氣體引起的頻率?？商娲兀舨?45的柄部347可以以由驅(qū)動(dòng)器365確定的共振頻率振動(dòng)。

為了測(cè)量音叉345的柄部347振動(dòng)的頻率，可以使用一個(gè)或多個(gè)測(cè)量裝置。例如，如圖3所示，接收器368可以聯(lián)接至音叉345。在這種情況下，接收器368可以確定音叉345的振動(dòng)頻率。因此，當(dāng)柄部347的振動(dòng)頻率改變時(shí)，所測(cè)量的變化可以與通過通道噴射到橢球體腔330內(nèi)的氣體中的雜質(zhì)直接相關(guān)。可替代地，當(dāng)柄部347以共振頻率振動(dòng)時(shí)，接收器368可以測(cè)量音叉345的柄部347的振蕩。

在一些示例實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器365和/或接收器368可以以多種方式中的一種或多種聯(lián)接至音叉345。例如，如圖3所示，適配器367可以機(jī)械地聯(lián)接至音叉345的基部346，一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)體366可以聯(lián)接在適配器367與驅(qū)動(dòng)器和/或接收器368之間。在一些可替代實(shí)施例中，無(wú)線技術(shù)可被用于將驅(qū)動(dòng)器365和/或接收器368聯(lián)接至音叉345。

圖4A和圖4B示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的光波427在橢球體腔430內(nèi)的分配。具體地，圖4A示出開始從焦點(diǎn)433傳播至焦點(diǎn)438的光波427，圖4B示出在焦點(diǎn)433與焦點(diǎn)438之間完全反射的光波427。參照?qǐng)D1-圖4B，圖4A和圖4B的橢球體腔430和壁431與圖3的橢球體腔330和壁331基本相同。光波427來(lái)源于由光學(xué)裝置325發(fā)射并且穿過焦點(diǎn)433的光327。如能夠看到的，光波427從壁431反射并且集中于焦點(diǎn)433和焦點(diǎn)438。

如上所述，音叉345的柄部347可以基于來(lái)源于驅(qū)動(dòng)器365的信號(hào)而振動(dòng)。另外或在可替代方案中，音叉345的柄部347包圍焦點(diǎn)338，并且當(dāng)氣體由橢球體腔430內(nèi)的光波427激發(fā)時(shí)，可以變化柄部347的振動(dòng)頻率。在任何情況下，當(dāng)音叉345的柄部347振動(dòng)時(shí)，柄部347發(fā)射聲波528，如圖5A和5B所示。可替代地，與氣體相關(guān)的聲波528可以具有基本匹配音叉345的柄部347的共振頻率的頻率。在該例子中，當(dāng)聲波528的振幅增大時(shí)，以共振頻率共振的柄部347的振蕩也增強(qiáng)。圖5A示出開始從焦點(diǎn)538傳播至焦點(diǎn)533焦點(diǎn)聲波528，圖5B示出在焦點(diǎn)533與焦點(diǎn)538之間完全反射的聲波528。

參照?qǐng)D1-圖5B，圖5A和圖5B的橢球體腔530和壁531與圖3的橢球體腔330和壁331基本相同。聲波528來(lái)源于音叉345的包圍焦點(diǎn)538的柄部347的振動(dòng)。如能夠看到的，聲波528從壁531反射并且集中于焦點(diǎn)533和焦點(diǎn)538。接收器368或相似聲學(xué)測(cè)量裝置可被用于測(cè)量聲波528，并且因此確定噴射到橢球體腔530內(nèi)的氣體中的雜質(zhì)的量。

圖6示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的用于利用音叉確定氣體中的雜質(zhì)水平的方法的流程圖600。參照?qǐng)D1-6，在圖6的流程圖600的步驟602中，氣體在橢球體腔330的兩個(gè)焦點(diǎn)333與338之間噴射到橢球體腔330內(nèi)。在步驟604中，接收裝置345(在該例子中為音叉345)布置在橢球體腔330內(nèi)?？商娲兀邮昭b置345可以布置在橢球體腔330外部的一些位置處，以下關(guān)于圖8-10論述其示例。具體地，音叉345的多個(gè)柄部347布置在橢球體腔330內(nèi)并且振動(dòng)。柄部347可以圍繞橢球體腔330的兩個(gè)焦點(diǎn)的第一焦點(diǎn)338布置。柄部347可以以等同于純凈形式的氣體的第一速率振動(dòng)。柄部347可以由驅(qū)動(dòng)器365以第一速率振動(dòng)?？商娲?，音叉345的柄部347可以以由驅(qū)動(dòng)器365確定的共振頻率振動(dòng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是其他接收裝置(例如以下所述的擴(kuò)音器)可被用于替代音叉。

在步驟606中，來(lái)自光源315的光317可被引導(dǎo)通過光學(xué)特征325。光學(xué)特征325可以鄰近于橢球體腔330定位。光317可以通過光學(xué)特征325作為光327被導(dǎo)向橢球體腔330內(nèi)的兩個(gè)焦點(diǎn)的第二焦點(diǎn)333。從焦點(diǎn)333開始，光427可以通過形成橢球體腔330的至少一個(gè)壁331從第二焦點(diǎn)333反射至兩個(gè)焦點(diǎn)的第一焦點(diǎn)338。光427可以激發(fā)橢球體腔330內(nèi)的氣體。在一些示例實(shí)施例中，光源315和光學(xué)特征325可以組合成單個(gè)部件。

在步驟608中，進(jìn)行音叉345的測(cè)量。例如，可以測(cè)量音叉345的柄部347的振動(dòng)的第二速率。第二速率可以基于氣體的雜質(zhì)水平。振動(dòng)的第二速率可以通過由光427激發(fā)的氣體驅(qū)動(dòng)。振動(dòng)的第二速率可以是通過比如為接收器368的測(cè)量裝置測(cè)量的聲波528。作為另一個(gè)示例，當(dāng)柄部347以共振頻率振動(dòng)時(shí)，音叉345的柄部347的振蕩可以通過接收器368測(cè)量。示例實(shí)施例可被用于增大聲波528的振幅，使得接收裝置345能夠關(guān)于測(cè)試氣體的含量做出更加準(zhǔn)確和有效的測(cè)量。

圖7示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的傳感器子組件700的截面?zhèn)纫晥D。圖7的傳感器子組件700包括氣敏傳感器測(cè)量組件703、光源715、光學(xué)裝置725和接收裝置745(在該例子中為音叉745)。氣敏傳感器測(cè)量組件703可以包括傳感頭701的頂部部分和傳感頭702的底部部分，在此傳感頭701的頂部部分和傳感頭702的底部部分彼此聯(lián)接，使得橢球體腔730、光源腔710、光學(xué)裝置腔720和接收裝置腔740是整體并且基本連續(xù)。

參照?qǐng)D1-7，傳感頭702的底部部分與圖2的傳感頭202的底部部分基本類似。另外，圖7的傳感頭701的頂部部分除如下所述之外與圖1的傳感頭101的頂部部分基本相似。具體地，圖7的傳感頭701的頂部部分具有兩個(gè)通道(通道773和通道778)，而非單個(gè)通道。通道778基本類似于通道773。例如，通道778具有位于外表面處的第一端部776、位于橢球體腔壁731處的第二端部775以及布置在第一端部776與第二端部775之間通道壁777。此外，圖7的光源715、光學(xué)裝置725和音叉745與如上關(guān)于圖3所述的光源315、光學(xué)裝置325和音叉345基本相似。

在一些示例實(shí)施例中，如圖7所示，蓋780可以布置在傳感頭701的頂部部分的頂部上。蓋780以及傳感頭701的頂部部分和傳感頭702的底部部分，包括其任何部分，可以由耐受腐蝕和可以由測(cè)試氣體、已測(cè)試氣體和/或氣敏傳感器測(cè)量組件703暴露的環(huán)境所引起的其他有害影響的一種或多種材料制成。蓋780的目的可以包括控制被輸送至本文中說(shuō)明的示例橢球體腔(例如橢球體腔330)內(nèi)的測(cè)試氣體的量、速率和/或其他流動(dòng)特性。蓋780可以具有多種結(jié)構(gòu)中的任一種。圖7中示出蓋780的結(jié)構(gòu)的示例。以下圖9和圖10示出蓋的其他示例。

蓋780相對(duì)于傳感頭的橢球體腔730和其他部件(例如光學(xué)特征725、光源715)的形狀和尺寸的這些結(jié)構(gòu)可被調(diào)整以提供多個(gè)有益效果。例如，蓋780的特定結(jié)構(gòu)可以允許更容易地調(diào)整測(cè)試氣體噴射到橢球體腔730內(nèi)的位置和多少。作為另一個(gè)示例，蓋780的特定結(jié)構(gòu)可以幫助以一定的更加精確的頻率產(chǎn)生接收裝置745(比如音叉745的柄部747)的共振。頻率的這種確定性可以增大聲波的振幅，這接著可以允許通過接收裝置745進(jìn)行更加精確的測(cè)量。

在一些示例實(shí)施例中，氣敏傳感器測(cè)量組件703構(gòu)造成執(zhí)行待測(cè)試氣體(本文中也稱作測(cè)試氣體)的任何測(cè)量。這樣，氣敏傳感器測(cè)量系統(tǒng)703可以構(gòu)造成接收測(cè)試氣體并且去除已被測(cè)試的任何氣體(也稱作測(cè)試氣體)。為了出現(xiàn)這種情況，蓋780聯(lián)接至傳感頭701的頂部部分，由此使得蓋780向傳感頭701的頂部部分傳送測(cè)試氣體，并且還接收來(lái)自傳感頭701的頂部部分的已測(cè)試氣體(已被測(cè)試的測(cè)試氣體)。

在一些示例實(shí)施例中，蓋780、傳感頭701的頂部部分和傳感頭702的底部部分由單個(gè)工件形成?？商娲?，蓋780、傳感頭701的頂部部分和/或傳感頭702的底部部分可以是聯(lián)接至其他工件中的一個(gè)或多個(gè)的獨(dú)立工件。蓋780可以包括形成腔的至少一個(gè)壁。例如，蓋780在這種情況下具有形成腔的頂壁781、側(cè)壁782和底壁785。腔可以完全封閉、基本封閉或部分封閉。例如，如果不存在蓋780的底壁785，則蓋780的腔將部分地封閉。

在一些示例實(shí)施例中，蓋780的腔具有多個(gè)(例如兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè))部分。例如，在該例子中，腔被分成第一腔部分758和第二腔部分759。當(dāng)蓋780的腔具有多個(gè)腔部分時(shí)，每個(gè)腔部分可以與蓋780的腔的其他腔部分虛擬地或物理地分離。例如，在該例子中，第一腔部分758和第二腔部分759通過隔板788彼此物理分離。在該例子中，隔板788可以具有或包括多個(gè)特性中的一個(gè)或多個(gè)。這些特性的例子可以包括但不限于固體結(jié)構(gòu)、多孔材料、非多孔材料、網(wǎng)眼和孔口(比如孔口789)。

當(dāng)蓋780的腔的部分通過隔板788彼此物理分離時(shí)，隔板788可以基本隔離一個(gè)部分(例如腔部分758)與另一個(gè)部分(例如腔部分759)。隔板788在蓋780的腔中的位置可以是暫時(shí)或永久性的。隔板788可以幫助分離測(cè)試氣體與已測(cè)試氣體。隔板788還可以幫助減小和/或控制測(cè)試氣體的流速和/或紊流，這接著可以控制發(fā)送至傳感頭的腔730的測(cè)試氣體流。隔板788還可以幫助調(diào)節(jié)蓋780的腔內(nèi)的多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)(例如壓力)。如果蓋780的腔具有多個(gè)部分，腔的一個(gè)部分的形狀和尺寸可以與腔的其他部分的形狀和尺寸相同或不同。例如，在該例子中，腔部分758可以與腔部分759具有基本相同的形狀和尺寸。

在一些示例實(shí)施例中，蓋780聯(lián)接至傳感頭701的頂部部分。可替代地，蓋780可以聯(lián)接至傳感頭的某個(gè)另外的部分。如果蓋780和傳感頭是獨(dú)立工件，則蓋780可以利用多個(gè)聯(lián)接特征中的一個(gè)或多個(gè)聯(lián)接至傳感頭701的頂部部分。例如，聯(lián)接特征可以是橫貫蓋780的厚度并且朝向蓋780的外圓周基本等間距布置的一個(gè)或多個(gè)孔。在該例子中，每個(gè)聯(lián)接特征可以容納用于將蓋780聯(lián)接至傳感頭701的頂部部分的緊固裝置(例如螺栓)。

聯(lián)接特征的特性(例如形狀、尺寸、結(jié)構(gòu))可被構(gòu)造成對(duì)應(yīng)于傳感頭701的頂部部分的聯(lián)接特征的相關(guān)特性。在該例子中，蓋780可以以一個(gè)或多個(gè)一定的定向聯(lián)接至傳感頭701的頂部部分。蓋780可以包括容納聯(lián)接特征的一個(gè)或多個(gè)特征。例如，可以具有其中可以布置聯(lián)接特征的凹入?yún)^(qū)域。每個(gè)聯(lián)接特征可以至少部分地布置在蓋780的壁(例如頂壁781、底壁785)中的至少一個(gè)中。

在一些示例實(shí)施例中，蓋780通過進(jìn)口管751接收來(lái)自源頭(例如氣敏傳感器裝置的進(jìn)口集管)的測(cè)試氣體。在該例子中，進(jìn)口管751聯(lián)接至蓋780的某個(gè)部分。例如，蓋780可以包括聯(lián)接至進(jìn)口管751的進(jìn)口管聯(lián)接特征。進(jìn)口管聯(lián)接特征可以包括多個(gè)聯(lián)接特征中的一個(gè)或多個(gè)。例如，進(jìn)口管聯(lián)接特征可以包括布置在進(jìn)口管751的遠(yuǎn)端處的螺紋接頭。在該例子中，螺紋接頭聯(lián)接至進(jìn)口管751。

進(jìn)口管751的近端可以布置在蓋780的壁(例如頂壁781、側(cè)壁782、底壁785)內(nèi)，使得測(cè)試氣體可被輸送至蓋780的腔或其部分(例如腔部分758、腔部分759)。換一種方式，進(jìn)口管聯(lián)接特征的管751可以布置在蓋780的壁(在該例子中為頂壁781)中，使得通過管751的近端發(fā)射的測(cè)試氣體被輸送至腔的一部分(在該例子中為腔部分759)。在該例子中，管751的近端可以沿著壁(例如頂壁781)的內(nèi)表面布置，使得管751與腔的該部分鄰接。

為了將來(lái)自蓋780的測(cè)試氣體輸送至傳感頭701的頂部部分，至少一個(gè)通道(例如通道778、通道773)可以在傳感頭701的蓋780與頂部部分之間延伸。每個(gè)通道可以至少部分地布置在蓋780的壁(例如底壁785)中。此外，通道可以鄰近于腔的部分(例如腔部分159)定位。在一些示例實(shí)施例中，通道778與腔的和進(jìn)口管751相同的部分(在該例子中為腔部分759)鄰接。例如，在該例子中，通道778和進(jìn)口管751各自沿著蓋780的壁(或在該例子中為不同的壁)在不同位置處鄰近于腔部分159定位。

在一些示例實(shí)施例中，通道778將來(lái)自蓋780的測(cè)試氣體輸送至傳感頭701的頂部部分。例如，在該例子中，通道778布置在傳感頭701的鄰近于橢球體腔730的頂部部分中。在一些示例中，通道778(或其部分)可以包括隔板，如同如上關(guān)于蓋780的腔所述的隔板788一樣，以在測(cè)試氣體流動(dòng)至橢球體腔730時(shí)幫助控制測(cè)試氣體的流動(dòng)。一旦測(cè)試氣體通過通道778分配到橢球體腔730內(nèi)，則如上關(guān)于圖1-6所述地在橢球體腔730內(nèi)測(cè)試測(cè)試氣體。

為了完成涉及測(cè)試氣體的環(huán)流處理，一旦在橢球體腔730中測(cè)試測(cè)試氣體，則從橢球體腔730去除所產(chǎn)生的氣體(稱作已測(cè)試氣體)。為了通過蓋780從橢球體腔730接收已測(cè)試氣體，一個(gè)或多個(gè)通道(在該例子中為通道773)可以布置在傳感頭701的頂部部分處的橢球體腔730與蓋780的腔部分758之間。一旦測(cè)試氣體被從橢球體腔730通過通道773發(fā)送至腔部分758，可以從蓋780的腔部分758去除測(cè)試氣體。

例如，如圖7所示，蓋780可以包括聯(lián)接鄰近于腔部分758的壁782的出口管756。出口管756可以包括多個(gè)聯(lián)接特征中的一個(gè)或多個(gè)。例如，出口管756可以包括布置在出口管756的遠(yuǎn)端處的螺紋接頭。在該例子中，螺紋接頭聯(lián)接蓋780的壁782。出口管756的近端可以布置在蓋780的壁(例如頂壁781、側(cè)壁782、底壁785)內(nèi)，以便可以從蓋780的腔或其部分(例如腔部分758、腔部分759)去除測(cè)試氣體。換一種方式，出口管756可以布置在蓋780的壁(在該例子中為側(cè)壁781)中，使得已測(cè)試氣體可以通過出口管756的遠(yuǎn)從腔的一部分(在該例子中為腔部分758)接收。在該例子中，管756的近端可以聯(lián)接至氣敏傳感器裝置的另一個(gè)部分(例如出口集管)。

通道773可以至少部分地布置在蓋780的壁(例如底壁785)中。此外，通道773可以鄰近于蓋780腔的部分(例如腔部分758)定位。在一些示例實(shí)施例中，通道773與腔的和出口管756相同的部分鄰接。例如，在該例子中，通道773和出口管756各自沿著蓋780的壁(或在該例子中為不同的壁)在不同位置處鄰近于腔部分758定位。在一些示例實(shí)施例中，通道773(或其部分)可以包括隔板，如同如上關(guān)于蓋780的腔所述的隔板788一樣，以在已測(cè)試氣體從橢球體腔730流動(dòng)至蓋780的腔部分758時(shí)幫助控制已測(cè)試氣體的流動(dòng)。

在一些示例實(shí)施例中，蓋780的腔的一部分可以包括引導(dǎo)氣體(例如測(cè)試氣體、已測(cè)試氣體)流過腔的該部分的一個(gè)或多個(gè)特征。這些特征的示例可以包括但不限于壁和擋板的型線內(nèi)表面。例如，腔部分759可以包括引導(dǎo)從進(jìn)口管751通過腔部分759流動(dòng)至通道778的測(cè)試氣體的擋板。在任何情況下，從進(jìn)口管751流入腔部分759內(nèi)的測(cè)試氣體的部分(例如3％)被導(dǎo)向通道778，而從進(jìn)口管751流入腔部分759內(nèi)的測(cè)試氣體的其余部分(例如97％)被引導(dǎo)通過孔口789。

圖8示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的另一個(gè)傳感器子組件800的截面?zhèn)纫晥D。圖8的傳感器子組件800與圖7的傳感器子組件700除如下所述之外基本相同。具體地，雖然接收裝置845仍然是音叉845，但是音叉845(包括音叉845的柄部847)不布置在橢球體腔830內(nèi)。替代地，音叉845的整體布置在鄰近于橢球體腔830定位的接收裝置腔840中。換句話說(shuō)，接收裝置腔840開口到形成橢球體腔830的內(nèi)表面831內(nèi)。此外，與圖7中從右向左流動(dòng)相比，氣體在圖8中從左向右流動(dòng)。橢球體腔830的尺寸可被選擇成使其以一定的共振頻率(例如音叉845的共振頻率)獲得聲共振。在該例子中，聲波828可以由于共振而被放大，這提高了氣敏傳感器的性能。

另外，圖8的傳感器子組件800與圖7的傳感器子組件700的不同在于接收裝置腔840相對(duì)于橢球體腔830的定向和位置已經(jīng)改變。具體地，如圖8所示，接收裝置腔840沿著橢球體腔830的底部布置，而非如圖7所示沿著右側(cè)布置。圖8的傳感器子組件800與圖7的傳感器子組件700之間的又一個(gè)區(qū)別在于在圖8中具有組合圖7的光源715和光學(xué)裝置725的單個(gè)光學(xué)裝置815。類似地，在圖8中僅具有光學(xué)裝置聯(lián)接特征820，而不是圖7的光源聯(lián)接特征710和光學(xué)裝置聯(lián)接特征720。

聯(lián)接至光學(xué)裝置聯(lián)接特征820的光學(xué)裝置825可以是利用任何類型的光學(xué)和/或其他技術(shù)(例如光纖)的一個(gè)或多個(gè)部件(例如透鏡、光源)的組件。例如，光學(xué)裝置825可以是激光二極管組件或光纖光源。如果光學(xué)裝置825包括透鏡，則透鏡可以是具有在腔830中的某點(diǎn)(例如焦點(diǎn)838)處的焦點(diǎn)的普拉諾凸透鏡。光學(xué)裝置825可以直接或間接地聯(lián)接至光學(xué)裝置聯(lián)接特征820。例如，光學(xué)裝置825可以包括或可以聯(lián)接至超小型版本A(SMA)的連接器，連接器接著聯(lián)接至光學(xué)裝置聯(lián)接特征820。

如果光學(xué)裝置825包括光源，則光源可以產(chǎn)生直接或間接(例如通過透鏡)導(dǎo)向光學(xué)裝置825的腔830的光。由光源產(chǎn)生和發(fā)射的光可以根據(jù)多個(gè)因素中的一個(gè)或多個(gè)具有任何適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)，多個(gè)因素包括但不限于被測(cè)試的氣體、溫度以及光學(xué)裝置825的透鏡的特性。光學(xué)裝置825的光源可以聯(lián)接至動(dòng)力源(例如驅(qū)動(dòng)器)，動(dòng)力源可以向光學(xué)裝置825的光源和/或其他部件提供動(dòng)力和/或控制信號(hào)。

光源可以包括多個(gè)部件中的一個(gè)或多個(gè)，包括但不限于光元件(例如發(fā)光二極管、燈泡)和電路板。如果光學(xué)裝置825包括透鏡，則透鏡能夠接收光(例如來(lái)自光源)并且處理光以產(chǎn)生被傳輸?shù)角?30內(nèi)的特定位置的光。光學(xué)裝置825可以具有符合光學(xué)裝置聯(lián)接特征820的一個(gè)或多個(gè)型線的任何形狀(例如球體、半球體、錐體)和尺寸。

光學(xué)裝置825可以由包括但不限于二氧化硅和玻璃的一種或多種適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞Ｔ谌魏吻闆r下，光學(xué)裝置825耐受腐蝕性物質(zhì)，比如H₂S氣體。為了將光傳輸?shù)角?30內(nèi)的特定位置的光學(xué)裝置825，必須平衡多個(gè)因素。這些因素可以包括但不限于光學(xué)裝置825的定向、光學(xué)裝置825的材料、光學(xué)裝置825相對(duì)于接收裝置345的位置以及光的波長(zhǎng)。在一些示例實(shí)施例中，密封件(例如墊片、o形環(huán)、硅樹脂)可被用于提供防止腔830中的潛在腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入光學(xué)裝置聯(lián)接特征820內(nèi)的屏障。

在該例子中，光學(xué)裝置825的遠(yuǎn)端基本延伸至橢球體腔830內(nèi)的焦點(diǎn)833。此外，由于接收裝置845未至少部分地布置在橢球體腔830中，測(cè)試氣體(聲波828)的由光波827激發(fā)的一部分必須穿過光學(xué)裝置聯(lián)接特征820。在該例子中，光學(xué)裝置聯(lián)接特征820的至少一部分可被構(gòu)造成類似如上所述的通道(例如通道873、通道878)。

圖9示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的又一個(gè)傳感器子組件900的截面?zhèn)纫晥D。圖9的傳感器子組件900與圖8的傳感器子組件800除如下所述之外基本相同。具體地，圖9的傳感器子組件900的蓋980僅具有單個(gè)腔959，這意味著蓋980不具有隔板(例如隔板888)或孔口(例如孔口889)，如圖8所示。此外，在蓋980的腔959與橢球體腔930之間僅具有一個(gè)通道978。因此，測(cè)試氣體通過通道978沿僅一個(gè)方向從蓋980的腔959流動(dòng)至橢球體腔930。

由于橢球體腔930中的測(cè)試氣體可以流動(dòng)的僅有的另一選項(xiàng)是通過接收裝置腔940。因此，接收裝置腔940的至少一部分可被構(gòu)造成類似通道(例如通道978)，如上所述。如同圖8的傳感器子組件800，接收裝置945(在該例子中為音叉945)布置在接收裝置腔940內(nèi)，使得音叉945沒有布置在橢球體腔930內(nèi)的部分。

圖10示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的仍然另一個(gè)傳感器子組件1000的截面?zhèn)纫晥D。圖10的傳感器子組件1000與圖8的傳感器子組件800除如下所述之外基本相同。具體地，圖10的傳感器子組件1000的接收裝置1045是擴(kuò)音器1045而非音叉。圖10示出擴(kuò)音器1045可以相對(duì)于橢球體腔1030布置的多個(gè)位置和定位。

傳感器子組件1000可以具有單個(gè)擴(kuò)音器1045或多個(gè)擴(kuò)音器1045。擴(kuò)音器1045可以相對(duì)于橢球體腔1030定位在任何位置處。例如，擴(kuò)音器1045可以緊靠形成橢球體腔1030的內(nèi)表面1031。可替代地，擴(kuò)音器1045可以至少部分地布置在橢球體腔1030內(nèi)。作為又一個(gè)可替代方案，擴(kuò)音器1045可以與形成橢球體腔1030的內(nèi)表面1031集成。作為仍然另一個(gè)可替代方案，可以從橢球體腔1030完全移除擴(kuò)音器1045一定距離。

此外，擴(kuò)音器可以沿著橢球體腔1030定位在任一點(diǎn)處。例如，擴(kuò)音器可以鄰近和/或?qū)蚪裹c(diǎn)(例如焦點(diǎn)1033、1038)定位，如圖10所示的左側(cè)實(shí)施例和右側(cè)實(shí)施例。作為另一個(gè)示例，擴(kuò)音器可以接近橢球體腔1030的中心定位和/或?qū)?，如圖10中顯示的中間實(shí)施例所示。

擴(kuò)音器1045布置其中的接收裝置腔1040可以與如上所述的接收裝置腔基本相似。例如，接收裝置腔1040的一部分可被至少部分地構(gòu)造為使橢球體腔1030中的測(cè)試氣體和/或已測(cè)試氣體的至少一部分能夠流動(dòng)通過的通道。雖然圖8-10中示出的全部接收裝置布置在傳感頭的底部部分中，但是一個(gè)或多個(gè)接收裝置(以及還由此一個(gè)或多個(gè)接收裝置腔)可以布置在傳感頭的頂部部分中。

示例實(shí)施例提供多個(gè)有益效果。這些有益效果的例子包括但不限于符合一個(gè)或多個(gè)可適用標(biāo)準(zhǔn)(例如IP65、IEC 60079-28、區(qū)域1或區(qū)域2一致性)、易于保持和替代部件以及氣體中雜質(zhì)的更加準(zhǔn)確和快速的檢測(cè)和測(cè)量。

盡管參照示例實(shí)施例對(duì)本文中的實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是各種改進(jìn)完全落入本公開的范圍和精神之內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，本文中說(shuō)明的示例實(shí)施例不限于任何具體論述的應(yīng)用以及本文中說(shuō)明的實(shí)施例是說(shuō)明性的而非限制性的。從對(duì)示例實(shí)施例的說(shuō)明來(lái)看，其中所示的元件的等同物自身呈現(xiàn)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，利用本公開構(gòu)造其他實(shí)施例的方式將自身呈現(xiàn)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員。因此，本文不限于示例實(shí)施例的范圍。