Система и способ компенсации задержки системы при анализе анализируемого вещества - RU2445608C2

Чертежи

Описание

Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно 35 U.S.C. §119(e) в отношении предварительной патентной заявки США № 60/838806, поданной 18 августа 2006, содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится, в общем, к системе и способу, которые определяют информацию, относящуюся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, и, в частности, исправляют неточности в определении такой информации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно применение детектирования тушения люминесценции для определения информации, относящейся к газообразным анализируемым веществам, присутствующим в теле газа. Однако обычные системы могут неадекватно компенсировать определенные систематические ошибки, вызываемые их компонентами. Например, фоточувствительные детекторы, как правило, применяются в обычных системах для детектирования люминесценции от люминесцентной среды. Фоточувствительные детекторы могут вносить задержку системы, которая не компенсируется адекватно обычными системами. Другие компоненты системы (такие как, без ограничения, усилители и фильтры) также могут вносить задержку. Эти задержки системы могут приводить к неверным и/или неточным определениям информации, относящейся к газообразным анализируемым веществам.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один аспект настоящего изобретения касается системы, сконфигурированной для определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа. В одном варианте осуществления система содержит один или несколько излучателей, один или несколько фоточувствительных детекторов и процессор. Один или несколько излучателей сконфигурированы так, чтобы испускать амплитудно-модулированное электромагнитное излучение на люминесцентную среду, сообщающуюся с телом газа, причем электромагнитное излучение, испускаемое излучателем на люминесцентную среду, вызывает люминесценцию в люминесцентной среде. Фоточувствительные детекторы сконфигурированы так, чтобы принимать электромагнитное излучение, которое генерируется люминесценцией люминесцентной среды, причем один или несколько фоточувствительных детекторов генерируют один или несколько выходных сигналов в ответ на принятое электромагнитное излучение, причем выходные сигналы указывают интенсивность принятого электромагнитного излучения. Процессор приспособлен принимать один или несколько выходных сигналов, генерируемых фоточувствительными детекторами, и приспособлен определять информацию, относящуюся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, на основании разности фаз между модуляцией амплитуды испускаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения и модуляцией амплитуды принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения. В одном варианте осуществления определение информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам, с помощью процессора содержит компенсацию задержки от одного или нескольких фоточувствительных детекторов при генерации одного или нескольких выходных сигналов, компенсация изменяется, как функция интенсивности принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения.

Другой аспект настоящего изобретения касается способа определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа. В одном варианте осуществления способ содержит этапы, на которых обеспечивают испускаемое амплитудно-модулированное электромагнитное излучение на люминесцентную среду, сообщающуюся с телом газа, так, чтобы вызвать люминесценцию в люминесцентной среде; принимают амплитудно-модулированное электромагнитное излучение, которое генерируется люминесценцией люминесцентной среды; генерируют один или несколько выходных сигналов, указывающих интенсивность принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения, принятого от люминесцентной среды; определяют информацию, относящуюся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, на основании разности фаз между модуляцией амплитуды испускаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения, обеспеченного на люминесцентную среду, и модуляцией амплитуды принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения; и обеспечивают компенсацию задержки между приемом принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения и генерацией одного или нескольких выходных сигналов, причем данная компенсация изменяется, как функция интенсивности принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения.

Еще один аспект данного изобретения касается процессора, сконфигурированного для определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа. В одном варианте осуществления процессор содержит модуль разности фаз, модуль компенсации задержки и модуль информации об анализируемом веществе. Модуль разности фаз приспособлен для определения разности фаз между (i) модуляцией амплитуды испускаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения, которое обеспечивается на люминесцентную среду, соединяющуюся с телом газа, и (ii) модуляцией амплитуды принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения, генерируемого посредством люминесценции люминесцентной среды в ответ на испускаемое амплитудно-модулированное электромагнитное излучение, обеспеченное на нее. В некоторых случаях модуль разности фаз приспособлен для определения разности фаз на основании одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых фоточувствительным детектором, которые сконструированы так, чтобы принимать, по меньшей мере, часть принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения, генерируемого посредством люминесценции люминесцентной среды, причем фоточувствительный детектор генерирует один или несколько выходных сигналов, указывающих, по меньшей мере, интенсивность принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения. Модуль компенсации задержки приспособлен компенсировать задержку фоточувствительного детектора при генерации одного или нескольких выходных сигналов, причем компенсация, выполняемая с помощью модуля компенсации задержки, изменяется как функция интенсивности принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения. Модуль информации об анализируемом веществе приспособлен для определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, на основе разности фаз.

Еще один аспект настоящего изобретения касается способа определения информации, относящейся к газообразному анализируемому веществу в теле газа. В одном варианте осуществления способ содержит этапы, на которых определяют разность фаз между (i) модуляцией амплитуды испускаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения, обеспеченного на люминесцентную среду, соединяющуюся с телом газа, и (ii) модуляцией амплитуды принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения, генерируемого посредством люминесценции люминесцентной среды, причем разность фаз определяют, по меньшей мере, частично на основе выходных сигналов, генерируемых как функция интенсивности принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения, генерируемого посредством люминесценции люминесцентной среды; компенсируют задержку при генерации выходных сигналов как функцию интенсивности принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения, генерируемого посредством люминесценции люминесцентной среды; и определяют информацию о газообразном анализируемом веществе на основании определения и компенсации.

Эти и другие задачи, признаки и отличия настоящего изобретения, а также способы выполнения и функции соответствующих элементов структуры и комбинации частей, и меры экономии при изготовлении станут понятнее при рассмотрении нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, все из которых образуют часть данного описания, причем одинаковые численные обозначения обозначают соответствующие части на различных фигурах. Отчетливо понятно, однако, что данные чертежи даны только с целью иллюстрации и описания, и не предполагаются в качестве определения пределов данного изобретения. Используемая в данном описании и формуле изобретения форма единственного числа "а", "an" и "the" включает в себя множественное число объекта ссылки, если данный контекст ясно не диктует иное.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 иллюстрирует систему, сконфигурированную для определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, согласно одному варианту осуществления данного изобретения.

Фиг.2 иллюстрирует сенсор, включающий в себя фоточувствительный детектор согласно одному варианту осуществления данного изобретения.

Фиг.3 иллюстрирует сенсор, включающий в себя фоточувствительный детектор согласно одному варианту осуществления данного изобретения.

Фиг.4 иллюстрирует способ определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, согласно одному варианту осуществления данного изобретения.

Фиг.5 иллюстрирует способ компенсации непостоянной задержки системы согласно одному варианту осуществления данного изобретения.

Фиг.6 иллюстрирует альтернативный способ компенсации непостоянной задержки системы согласно одному варианту осуществления данного изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 иллюстрирует систему 10, сконфигурированную для определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа. Система 10 включает в себя один или несколько излучателей 12, фоточувствительный детектор 14, люминесцентную среду 16 и процессор 18. Система 10 может определять информацию, относящуюся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, содержащегося внутри пути потока 20. В одном примере путь потока 20 определяется трубопроводом 22, приспособленном переносить газ к пациенту и/или от него. В более конкретном примере трубопровод 22 может взаимодействовать с устройством связи с пациентом, сконфигурированным для сообщения с дыхательными путями пациента. Некоторые примеры устройства связи с пациентом могут включать в себя, например, эндотрахеальную трубку, назальную канюлю, трахеотомическую трубку, маску или другие устройства связи с пациентом. Настоящее изобретение не ограничивается этими примерами и предполагает определение анализируемых веществ в любом теле газа.

В некоторых вариантах осуществления излучатель 12, фоточувствительный детектор 14 и/или люминесцентная среда 16 могут образовывать сенсор. Данный сенсор может быть образован в виде одного узла для интеграции с трубопроводом 22 и/или адаптером воздушных путей (не показан), сконструированным для соединения с трубопроводом 22. Например, патент США № 6616896 для Labuda et al., озаглавленный "УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КИСЛОРОДА" и выданный 9 сентября 2003 (далее "патент '896") и патент США №6632402 для Blazewicz et al., озаглавленный "УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КИСЛОРОДА" и выданный 14 октября 2003 (далее "патент '402"), оба описывают сенсоры, которые (1) включают в себя компоненты, аналогичные в некотором или во всем излучателю 12, фоточувствительному детектору 14 и/или люминесцентной среде 16, и (2) определяют информацию, относящуюся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа. Оба эти патента включены во всей их полноте в данное описание посредством ссылки.

Излучатель 12 испускает электромагнитное излучение, указанное волнистой линией 13, которое направлено на люминесцентную среду 16. Как будет дополнительно описано ниже, электромагнитное излучение 13, испускаемое излучателем 12, включает в себя электромагнитное излучение с длиной волны, которая заставляет люминесцентную среду 16 люминесцировать. Излучатель 12 может включать в себя один или несколько органических светоизлучающих диодов ("ОСИД"), лазеров (например, диодных лазеров или других лазерных источников), светоизлучающих диодов ("СИД"), термокатодных флуоресцентных ламп ("ТКФЛ"), флуоресцентных ламп с холодным катодом ("ХКФЛ"), ламп накаливания, галогенных ламп, получаемый внешний свет и/или другие источники электромагнитного излучения.

В одном осуществлении излучатель 12 включает в себя один или несколько зеленых и/или синих СИД. Эти СИД обычно имеют высокую интенсивность в области поглощения люминесцентной композиции люминесцентной среды 16 и меньшие величины выхода излучения при других длинах волн (например, УФ и/или ближнее УФ). Это минимизирует рассеянный мешающий свет и фоторазложение сенсора, образованного излучателем 12, фоточувствительным детектором 14 и/или люминесцентной средой 16.

Хотя настоящее изобретение никоим образом не ограничивается применением СИД, другие преимущества использования СИД в качестве излучателя 12 включают в себя легкий вес, компактность, низкое потребление энергии, требование низкого напряжения, низкое выделение тепла, надежность, выносливость, относительно низкую стоимость и стабильность. Также СИД может включаться и выключаться очень быстро, надежно и воспроизводимо.

В некоторых осуществлениях система 10 может включать в себя один или несколько оптических элементов (не показаны) для направления, фокусирования и/или иной обработки излучения 13, испускаемого излучателем 12. Например, одна или несколько линз могут сводить излучение 13 в выбранном направлении. В качестве более конкретных примеров, оба из включенных патентов '896 и '402 описывают применение оптических элементов, которые обрабатывают излучение, испускаемое излучателем, подобным излучателю 12.

Электромагнитное излучение 13 от излучателя 12 может достигать люминесцентной среды 16 с предварительно заданной амплитудной модуляцией (например, имеющей заданную частоту, имеющей заданную максимальную и/или минимальную амплитуду, и т.д.). В одном варианте осуществления излучатель 12 может побуждаться испускать электромагнитное излучение 13 с заданной амплитудной модуляцией. В другом варианте осуществления система 10 может включать в себя один или несколько оптических элементов (не показаны), которые модулируют амплитуду электромагнитного излучения 13, испускаемого излучателем 12. Эти один или несколько оптических элементов могут включать в себя один или несколько периодически приводимых в действие активных элементов (например, жидкокристаллический блок и др.) и/или один или несколько пассивных элементов, которые периодически вдвигаются в оптический путь электромагнитного излучения 13, испускаемого излучателем 12, и выдвигаются из него (например, фильтры, полузеркала и др.).

Как можно видеть на Фиг.1, трубопровод 22 может включать в себя окно 24. Окно 24 может быть по существу прозрачным, позволяя электромагнитному излучению, такому как электромагнитное излучение 13, испускаемое излучателем 12, входить в трубопровод 22 и/или выходить из него. Например, окно 24 может быть образовано из сапфира, одного или нескольких полимеров (например, полиэтилена и т.д.), стекла и/или других, по существу, прозрачных материалов. В некоторых вариантах осуществления (не показаны) трубопровод 22 может включать в себя два окна, подобных окну 24. Как показано и описано в ссылке '402, два окна могут располагаться в адаптере воздушных путей напротив друг друга, позволяя электромагнитному излучению 13 проходить сквозь адаптер воздушных путей. В этом расположении фоточувствительный детектор 14 может находиться на противоположной стороне от излучателя 12.

Люминесцентная среда 16 представляет собой среду, которая, в ответ на электромагнитное излучение 13 от излучателя 12 и/или некую другую возбуждающую энергию люминесцирует, испуская электромагнитное излучение, указанное с помощью волнистых линий 26, по существу, во всех направлениях с длиной волны, отличающейся от длины волны электромагнитного излучения 13, обеспечиваемого излучателем 12. Интенсивность и/или продолжительность этого люминесцентного электромагнитного излучения 26 растет и падает соответственно относительным количествам одного или нескольких газообразных анализируемых веществ, включенных в тело газа внутри трубопровода 22. В одном варианте осуществления кислород вызывает модификацию интенсивности и/или продолжительности люминесцентного электромагнитного излучения 26 путем тушения реакции люминесценции. При увеличении концентрации кислорода модификация интенсивности и/или продолжительности люминесцентного электромагнитного излучения 26 будет уменьшаться. В одном варианте осуществления люминесцентная среда 16 образуется в виде люминесцентной пленки. Например, оба из включенных патентов '896 и '402 описывают пленки, которые могут применяться в качестве люминесцентной среды 16.

В варианте осуществления, показанном на Фиг.1, люминесцентная среда 16 располагается на тепловой емкости 28. Тепловая емкость 28 применяется для поддержания люминесцентной среды 16 при, по существу, постоянной рабочей температуре и, тем самым, для снижения или устранения неточностей в системе 10, возникающих от изменений температуры люминесцентной среды 16.

Фоточувствительный детектор 14 располагается так, чтобы принимать, по меньшей мере, часть люминесцентного электромагнитного излучения 26 от люминесцентной среды 16. Соответственно, люминесцентное электромагнитное излучение 26 также может называться здесь "принимаемое электромагнитное излучение 26" или подобным образом. На основе принимаемого электромагнитного излучения 26 фоточувствительный детектор 14 генерирует один или несколько выходных сигналов, относящихся к одному или нескольким свойствам принимаемого электромагнитного излучения 26. Например, один или несколько выходных сигналов могут быть связаны с количеством принимаемого электромагнитного излучения 26, интенсивностью принимаемого электромагнитного излучения 26, модуляцией амплитуды принимаемого электромагнитного излучения 26 и/или другими свойствами принимаемого электромагнитного излучения 26. В одном варианте осуществления фоточувствительный детектор 14 включает в себя РIN диод. В других вариантах осуществления другие фоточувствительные устройства применяются в качестве фоточувствительного детектора 14. Например, фоточувствительный детектор 14 может иметь форму диодной матрицы, ССD микросхемы, трубки фотоумножителя (ТФУ) и/или других фоточувствительных устройств.

При генерации одного или нескольких выходных сигналов фоточувствительный детектор 14 может вносить задержку в систему 10. Следует заметить, что применяемый здесь термин "задержка" касается отставания между приемом данного фотона принимаемого электромагнитного излучения 26 фоточувствительным детектором 14 и генерацией выходного сигнала, который включает в себя информацию о приеме данного фотона фоточувствительным детектором 14. Для простоты, "задержка" обсуждается здесь в связи с фоточувствительным детектором 14; однако предполагается, что задержка также может вноситься другими компонентами системы (такими как усилители и фильтры, и без ограничения), которые применяются для генерации выходного сигнала. В некоторых случаях эта задержка может быть постоянной. Например, задержка может меняться, как функция интенсивности (например, амплитуды) люминесцентного электромагнитного излучения 26, принимаемого фоточувствительным детектором 14. В некоторых случаях задержка увеличивается, когда интенсивность люминесцентного электромагнитного излучения 26 уменьшается. По разным причинам, некоторые из которых обсуждаются ниже, система 10 может компенсировать эту задержку, чтобы увеличить точность и/или правильность определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, содержащегося в трубопроводе 22.

В текущем варианте осуществления фоточувствительный детектор 14 калибруется, чтобы компенсировать описанную выше задержку. Калибровка фоточувствительного детектора 14, например, может включать в себя проведение ряда калибровочных измерений задержки фоточувствительного детектора 14 при многих интенсивностях или, по меньшей мере, одной интенсивности в другом варианте осуществления. Измеренные задержки и соответствующие измеренные интенсивности, полученные во время калибровочных измерений, могут затем применяться для определения компенсационной кривой, которая описывает задержку фоточувствительного детектора 14 как функцию измеренной интенсивности. Например, в одном варианте осуществления алгоритм подбора кривой применяется, чтобы аппроксимировать задержки и соответствующие измеренные интенсивности компенсационной кривой в виде D = а + b · I + c/I, где D обозначает измеренную задержку, I обозначает соответствующую измеренную интенсивность, и a, b и с обозначают постоянные коэффициенты, определенные с помощью алгоритма подбора кривой. Следует понимать, что этот вид компенсационной кривой обеспечивается только в целях иллюстрации, и другие виды могут быть использованы. Например, может применяться полином более высокого порядка, может применяться тригонометрическая функция и т.д.

Следует также понимать, что получение калибровочной кривой представляет собой только один из множества возможных механизмов, которые могут быть использованы для компенсации задержки фоточувствительного детектора 14. Например, может быть создана справочная таблица, которая обеспечивает значения для системной задержки фоточувствительного детектора 14, которые соответствуют различным измеренным интенсивностям.

Калибровка фоточувствительного детектора 14 для определения компенсационной кривой может проводиться, когда изготовлен сенсор, включающий в себя фоточувствительный детектор 14. В некоторых вариантах осуществления эта исходная компенсационная кривая, определенная во время этой исходной калибровки, используется в течение срока службы фоточувствительного детектора 14. В других вариантах осуществления фоточувствительный детектор 14 периодически повторно калибруется для определения обновленной компенсационной кривой.

Фиг.2 иллюстрирует вариант осуществления сенсора, включающего в себя фоточувствительный детектор 14, в котором один или несколько фильтрующих элементов 27 расположены между люминесцентной средой 16 и фоточувствительным детектором 14. Как описывается в обоих включенных патентах '896 и '402, фильтрующие элементы 27 обычно приспособлены для предотвращения падения на фоточувствительный детектор 14 электромагнитного излучения, не испускаемого люминесцентной средой 16. Например, в одном варианте осуществления фильтрующие элементы 27 являются специфичными по длине волны и позволяют люминесцентному излучению 26 проходить насквозь, чтобы попасть на фоточувствительный детектор 14, по существу, блокируя излучение с другими длинами волн.

Этот вариант осуществления сенсора также включает в себя сравнительный фоточувствительный детектор 29 и элемент 31 расщепления луча. Как описано во включенном патенте '896, элемент 31 расщепления луча может направлять часть излучения 26, распространяющегося в направлении фоточувствительного детектора 14, на сравнительный фоточувствительный детектор 29. Один или несколько выходных сигналов, генерируемых сравнительным фоточувствительным детектором 29, могут использоваться в качестве ссылки, чтобы вычислить и компенсировать шум системы (например, интенсивность флуктуаций в излучателе 12 и т.д.) в одном или нескольких выходных сигналах, генерируемых фоточувствительным детектором 14.

Фиг.3 иллюстрирует еще одну конфигурацию сенсора. В конфигурации, показанной на Фиг.3, тепловая емкость 28 является, по меньшей мере, частично прозрачной и находится возле окна 24. В данной конфигурации люминесцентная среда 16 располагается на тепловой емкости 28 на стороне емкости 28, противоположной от окна 24. Люминесцентная среда 16 контактирует с путем потока 20 на стороне люминесцентной среды 16, которая противоположна границе между емкостью 28 и люминесцентной средой. Как можно видеть, электромагнитное излучение 13, испускаемое излучателем 12, проходит сквозь окно 24 и тепловую емкость 28, падая на люминесцентную среду 16. Люминесцентное излучение 26, испускаемое люминесцентной средой 16, проходит назад сквозь тепловую емкость 28 и окно 24, падая на один или несколько фоточувствительных детекторов 14 и/или 29, по существу, таким же образом, как описано выше.

Возвращаясь к Фиг.1, в одном варианте осуществления одно или несколько газообразных анализируемых веществ в теле газа у люминесцентной среды 16 тушит люминесценцию, производимую люминесцентной средой 16 в ответ на принимаемое излучение 13 от излучателя 12. Более конкретно, пик люминесценции и время задержки люминесценции, демонстрируемые люминесцентной средой 16, уменьшаются, когда количество этого одного или нескольких газообразных анализируемых веществ, присутствующих у люминесцентной среды 16, увеличивается. В одном варианте осуществления одно или нескольких газообразных анализируемых веществ могут включать в себя кислород.

Процессор 18 оперативно соединяется с излучателем 12 и фоточувствительным детектором 14. Процессор 18 скомпонован для определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа внутри трубопровода 22. Процессор 18 определяет эту информацию в основе на известной и/или измеряемой информации об (1) испускании электромагнитного излучения 13 излучателем 12 на люминесцентную среду 16 и (2) люминесцентном электромагнитном излучении 26, которое люминесцируется люминесцентной средой 16 в ответ на излучение 13, принимаемое от излучателя 12. Например, процессор 18 может определять информацию, относящуюся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, основываясь на соотношении между данным одним или несколькими газообразными анализируемыми веществами и временем задержки люминесценции люминесцентной среды 16.

Как показано на Фиг.1, процессор 18 включает в себя модуль 30 разности фаз, модуль 32 компенсации задержки и модуль 34 информации об анализируемом веществе. Модули 30, 32 и 34 могут быть выполнены в виде программного обеспечения; аппаратного обеспечения; записанного обеспечения; некоторой комбинации программного обеспечения, аппаратного обеспечения и/или записанного обеспечения; и/или быть выполнены иным образом. Следует понимать, что, хотя модули 30, 32 и 34 показаны на Фиг.1 расположенными в одном обрабатывающем узле, процессор 18 может включать в себя множество обрабатывающих узлов, и что некоторые из этих обрабатывающих узлов могут быть расположены удаленно друг от друга. В таких вариантах осуществления один или несколько модулей 30, 32 и 34 могут располагаться удаленно от других модулей, и оперативное соединение между модулями может достигаться посредством одной или нескольких линий связи. Такие линии связи могут быть беспроводными или проводными.

Модуль 30 разности фаз определяет разность фаз между (1) модуляцией амплитуды испускаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения 13 от излучателя 12, которое падает на люминесцентную среду 16, и (2) модуляцией амплитуды принимаемого амплитудно-модулированного электромагнитного излучения 26, люминесцируемого люминесцентной средой 16 в ответ на испускаемое электромагнитное излучение 13.

Чтобы определить эту разность фаз, модуль 30 разности фаз получает модуляцию амплитуды испускаемого электромагнитного излучения 13. В одном варианте осуществления модуляция амплитуды испускаемого электромагнитного излучения 13 получается в виде периодического сигнала (например, синусоидального сигнала), который изменяется пропорционально модуляции амплитуды испускаемого электромагнитного излучения 13 и/или его частоте. Этот сигнал может быть получен из сигнала модулированной мощности, который обеспечивается на излучатель 12, из сигнала модулированной мощности, используемого для движения активного оптического элемента, который модулирует амплитуду электромагнитного излучения 13, испускаемого излучателем 12, или из сигнала, соответствующего позиционированию пассивных оптических элементов между излучателем 12 и люминесцентной средой 16 для модуляции амплитуды электромагнитного излучения 13, обеспечиваемого на люминесцентную среду 16.

Модуль 30 разности фаз также получает модуляцию амплитуды принимаемого электромагнитного излучения 26, которое люминесцируется люминесцентной средой 16. В некоторых вариантах осуществления модуляция амплитуды принимаемого электромагнитного излучения 26, которое люминесцируется люминесцентной средой 16, получается в виде сигнала, который изменяется пропорционально модуляции амплитуды принимаемого люминесцентного электромагнитного излучения 26 и/или его частоте. Например, этот сигнал может быть получен от одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых фоточувствительным детектором 14.

Модуль 30 разности фаз определяет разность фаз между получаемой модуляцией амплитуды испускаемого электромагнитного излучения 13 и получаемой модуляцией амплитуды принимаемого электромагнитного излучения 26. В некоторых случаях модуль 30 разности фаз включает в себя синхронный усилитель, который генерирует сигнал постоянного тока, пропорциональный разности фаз между этими двумя модуляциями амплитуды. В других случаях модуль 30 разности фаз может воплощаться в программном обеспечении, которое вычисляет разность фаз между получаемыми модуляциями амплитуды излучения, испускаемого 13 излучателем 12 и люминесцируемого люминесцентной средой 16.

Модуль 32 компенсации задержки компенсирует одну или несколько системных задержек. Например, модуль 32 компенсации задержки компенсирует задержку фоточувствительного детектора 14 при генерации одного или нескольких выходных сигналов, обсуждаемых выше. В одном варианте осуществления модуль 32 компенсации задержки использует (1) один или несколько выходных сигналов, генерируемых фоточувствительным детектором 14, которые относятся к интенсивности (например, амплитуде) люминесцентного излучения 26, и (2) компенсационную кривую, которая соответствует фоточувствительному детектору 14 и описывает задержку как функцию измеренной интенсивности люминесцентного излучения 26, чтобы определять задержку фоточувствительного детектора 14. Например, компенсационная кривая может быть вида D = а + b · I + c/I, как было описано выше в отношении калибровки фоточувствительного детектора 14. После того как задержка определена с помощью модуля 32 компенсации задержки, информация, которая обрабатывается и/или была обработана модулем 30 разности фаз, корректируется с помощью модуля 32 компенсации задержки, чтобы компенсировать определенную задержку.

Например, в одном варианте осуществления модуль 32 компенсации задержки определяет задержку фоточувствительного детектора 14 как функцию измеренной интенсивности (например, амплитуды) и затем корректирует разность фаз, определенную с помощью модуля 30 разности фаз, чтобы компенсировать задержку, определенную модулем 32 компенсации задержки. В другом варианте осуществления модуль 32 компенсации задержки использует определенную задержку, чтобы корректировать модуляцию амплитуды люминесцентного электромагнитного излучения 26, которое получается модулем 30 разности фаз. В этом варианте осуществления модуль 30 разности фаз использует скорректированную модуляцию амплитуды люминесцентного электромагнитного излучения 26 (скорректированную модулем 32 компенсации задержки) для определения разности фаз между модуляцией амплитуды электромагнитного излучения 13 от излучателя 12, которое падает на люминесцентную среду 16, и модуляцией амплитуды электромагнитного излучения 26, которое испускается люминесцентной средой 16.

Следует понимать, что, так как люминесцентная среда 16 производит люминесцентное электромагнитное излучение 26, которое является амплитудно-модулированным (например, имеет периодические флуктуации по интенсивности), варианты осуществления, которые компенсируют задержку фоточувствительного детектора 14 как функцию измеренной интенсивности, будут более точными, чем варианты осуществления, которые компенсируют данную задержку как константу, которая не зависит от интенсивности. Следовательно, определение задержки фоточувствительного детектора 14 как функции измеренной интенсивности модулем 32 компенсации задержки и компенсация, выполняемая для учета этой задержки, будут улучшать точность процессора 18 в определении величины разности фаз между модуляцией амплитуды электромагнитного излучения 13, испускаемого излучателем 12 на люминесцентную среду 16, и модуляцией амплитуды люминесцентного электромагнитного излучения 26.

Модуль 34 информации об анализируемом веществе определяет информацию, относящуюся к одному или нескольким анализируемым веществам в теле газа внутри трубопровода 22, на основании разности фаз между модуляцией амплитуды электромагнитного излучения 13 от излучателя 12, которое падает на люминесцентную среду 16, и модуляцией амплитуды электромагнитного излучения 26, которое испускается люминесцентной средой 16, определенной модулем 30 разности фаз и модулем 32 компенсации задержки. Например, разность фаз, определенная модулем 30 разности фаз (скорректированная модулем 32 компенсации задержки), касается времени задержки люминесценции люминесцентного материала 16. Как было указано выше, время задержки люминесцентного материала 16 меняется как функция количества одного или нескольких газообразных анализируемых веществ, присутствующих у люминесцентной среды 16. Следовательно, модуль 34 информации об анализируемом веществе способен определять информацию об этом одном или нескольких газообразных анализируемых веществах (например, количестве, присутствующем у люминесцентного материала 16) на основании разности фаз, определенной модулем 30 разности фаз (скорректированной модулем 32 компенсации задержки). Например, модуль 34 информации об анализируемом веществе может определять концентрацию, парциальное давление и/или другую информацию, относящуюся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам. В некоторых вариантах осуществления данные одного или нескольких газообразных анализируемых веществ могут включать в себя кислород.

Фиг.4 иллюстрирует способ 36 определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа. На этапе 38 испускается амплитудно-модулированное электромагнитное излучение. Амплитудно-модулированное электромагнитное излучение испускается с одним или несколькими свойствами, которые заставляют заданную люминесцентную среду люминесцировать. Например, в одном варианте осуществления этап 38 может выполняться излучателем 12 в системе 10 (как показано на Фиг.1).

На этапе 40 испускаемое электромагнитное излучение направляется на люминесцентную среду, находящуюся в теле газа. Электромагнитное излучение, направляемое на люминесцентную среду, заставляет люминесцентную среду люминесцировать, испуская люминесцентное излучение. Так как электромагнитное излучение, направляемое на люминесцентную среду, является амплитудно-модулированным, люминесцентное излучение также является амплитудно-модулированным. В качестве примера, на этапе 40 излучение может направляться на люминесцентную среду 16 системы 10 (как показано на Фиг.1).

На этапе 42 принимается люминесцентное излучение, испускаемое люминесцентной средой. На этапе 44 генерируются один или несколько выходных сигналов. По меньшей мере, один из выходных сигналов указывает интенсивность люминесцентного излучения, принимаемого от люминесцентной среды. В одном варианте осуществления этапы 42 и 44 осуществляются фоточувствительным детектором 14 системы 10 (как показано на Фиг.1).

На этапе 46 определяется разность фаз между модуляцией амплитуды электромагнитного излучения, которое направляется на люминесцентную среду, и модуляцией амплитуды люминесцентного излучения, которое испускается люминесцентной средой. На этапе 46 разность фаз определятся, чтобы компенсировать задержку генерации выходных сигналов, которая меняется как функция интенсивности люминесцентного излучения. В некоторых вариантах осуществления этап 46 выполняется процессором 18 системы 10 (как показано на Фиг.1), как это было изложено ранее.

На этапе 48 информация, относящаяся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, определяется на основании разности фаз, определенной на этапе 46. В одном варианте осуществления информация, определяемая на этапе 48, может включать в себя информацию о количестве одного или нескольких газообразных анализируемых веществ, таком как парциальное давление, концентрация или другая информация. В некоторых вариантах осуществления этап 48 выполняется процессором 18 системы 10 (как показано на Фиг.1), как описано выше.

Фиг.5 иллюстрирует способ 50 определения разности фаз между модуляцией амплитуды электромагнитного излучения, которое направлено на люминесцентную среду, и модуляцией амплитуды электромагнитного излучения, которое люминесцируется люминесцентной средой в ответ на принимаемое излучение. В одном варианте осуществления некоторые или все этапы способа 50 выполняются на этапе 46 способа 40 (показанного на Фиг.4).

На этапе 52 получается модуляция амплитуды электромагнитного излучения, которое направлено на люминесцентную среду. Это действие включает в себя получение величины амплитуды, или интенсивности, данного излучения как функции времени. В одном варианте осуществления этап 52 может выполняться модулем 30 разности фаз (показанным на Фиг.1), как было описано выше.

На этапе 54 получается модуляция амплитуды электромагнитного излучения, которое люминесцируется люминесцентной средой. В одном варианте осуществления модуляция амплитуды этого люминесцентного электромагнитного излучения получается из выходного сигнала(ов) фоточувствительного детектора, который принимает люминесцентное излучение. Например, этап 54 может выполняться модулем 30 разности фаз, получая один или несколько выходных сигналов, генерируемых фоточувствительным детектором 14 (показанным на Фиг.1) изложенным выше образом.

На этапе 56 определяется разность фаз между полученной модуляцией амплитуды электромагнитного излучения, направленного на люминесцентную среду, и полученной модуляцией амплитуды электромагнитного излучения, люминесцируемого люминесцентной средой. Эта разность фаз может определяться путем сложения, вычитания и/или демодуляции этих модуляций амплитуды. В одном варианте осуществления этап 56 может выполняться модулем 30 разности фаз (показанным на Фиг.1), как обсуждается выше.

На этапе 58 определяется задержка генерации выходного сигнала(ов), используемого на этапе 54 для получения модуляции амплитуды электромагнитного излучения, люминесцируемого люминесцентной средой. На этапе 58 данная задержка определяется как функция амплитуды, или интенсивности, электромагнитного излучения, люминесцируемого люминесцентной средой. В одном варианте осуществления этап 58 выполняется модулем 32 фазовой задержки (показанном на Фиг.1) описанным ранее образом. В некоторых случаях компенсация задержки может определяться на этапе 58 вместо действительной задержки.

На этапе 60 разность фаз, определенная на этапе 56, корректируется, чтобы компенсировать задержку, определенную на этапе 58. Это увеличит точность и/или правильность разности фаз. В одном варианте осуществления компенсация задержки включает в себя добавление или вычитание задержки, определенной на этапе 58, из разности фаз, определенной на этапе 56. В некоторых случаях этап 60 может выполняться модулем 32 компенсации задержки и/или модулем 30 разности фаз (показанных на Фиг.1).

Фиг.6 иллюстрирует один возможный альтернативный способ 62 определения разности фаз между модуляцией амплитуды электромагнитного излучения, которое направлено на люминесцентную среду, и модуляцией амплитуды электромагнитного излучения, которое люминесцируется люминесцентной средой в ответ на принимаемое излучение. Как и в способе 50, в некоторых вариантах осуществления некоторые или все этапы способа 62 выполняются на этапе 46 способа 36 (показанного на Фиг.4).

На этапе 64 получается модуляция амплитуды электромагнитного излучения, которое направлено на люминесцентную среду. Это действие включает в себя получение величины амплитуды, или интенсивности, данного излучения как функции времени. В одном варианте осуществления этап 64 соответствует этапу 52 способа 50, показанному на Фиг.5 и описанной выше.

Возвращаясь к Фиг.6, на этапе 66 получается модуляция амплитуды электромагнитного излучения, которое люминесцируется люминесцентной средой. В одном варианте осуществления модуляция амплитуды этого люминесцентного электромагнитного излучения получается из выходного сигнала(ов) фоточувствительного детектора, который принимает люминесцентное излучение. Этап 66 может соответствовать этапу 54 способа 50, показанному на Фиг.5 и описанному ранее.

На этапе 68 определяется задержка генерации выходного сигнала(ов), используемого на этапе 66 для получения модуляции амплитуды электромагнитного излучения, люминесцируемого люминесцентной средой. На этапе 68 данная задержка определяется как функция амплитуды, или интенсивности, электромагнитного излучения, люминесцируемого люминесцентной средой. В одном варианте осуществления этап 68 соответствует этапу 58 способа 50, описанному выше. Как и в случае с этапом 58, в некоторых случаях компенсация задержки может определяться на этапе 68 вместо действительной задержки.

На этапе 70 определяется исправленная модуляция амплитуды электромагнитного излучения, которое люминесцируется люминесцентной средой. Это действие включает в себя корректировку модуляции амплитуды, определенной на этапе 66, чтобы компенсировать задержку, определенную на этапе 68. В некоторых вариантах осуществления этап 70 может выполняться модулем 32 фазовой задержки (показанным на Фиг.1), как было описано выше.

На этапе 72 определяется разность фаз между исправленной модуляцией амплитуды, определенной на этапе 70, и модуляцией амплитуды электромагнитного излучения, направленного на люминесцентную среду, определенной на этапе 64. Разность фаз может определяться путем сложения, вычитания и/или демодуляции этих модуляций амплитуды. В одном варианте осуществления этап 72 может выполняться модулем 30 разности фаз (показанным на Фиг.1), как обсуждается выше.

В вариантах осуществления данного изобретения, описанных выше и показанных на Фиг.4-6, компенсация системной задержки, вызываемой фоточувствительным детектором 14, выполняется, чтобы обеспечить компенсированное определение разности фаз между модуляцией амплитуды электромагнитного излучения 13, направленного на люминесцентную среду 16, и модуляцией амплитуды электромагнитного излучения 26. Однако предполагаются и другие механизмы компенсации системной задержки. В одном варианте осуществления действительная информация, относящаяся к одному или нескольким анализируемым веществам, определенная модулем 24 информации об анализируемых веществах, компенсируется на основании системной задержки после того, как она определяется. Например, в этом варианте осуществления модуль 24 информации об анализируемых веществах может определять некомпенсированную концентрацию анализируемого вещества, а модуль 32 компенсации задержки может корректировать эту определенную концентрацию. В другом варианте осуществления полученная величина модуляции амплитуды электромагнитного излучения 13, которое направлено на люминесцентную среду 16, может корректироваться, принимая во внимание системную задержку сенсора. В этом варианте осуществления исправление полученной модуляции амплитуды электромагнитного излучения 13, которое направлено на люминесцентную среду 16, будет корректироваться до определения разности фаз между этой модуляцией амплитуды и модуляцией амплитуды электромагнитного излучения 26, которое люминесцируется люминесцентной средой 16.

Следует понимать, что, хотя система и способы, описанные выше, описаны в контексте анализа газообразных анализируемых веществ, общие принципы данного изобретения распространяются дальше. Например, принципы корректировки системных задержек детекторов люминесценции как функции интенсивности испускания люминесценции могут распространяться на другие типы детекторов и/или анализаторов, которые полагаются на детектирование времен спада люминесцентного излучения.

Другие варианты осуществления, применения и преимущества данного изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники из рассмотрения данного описания и практики раскрываемого здесь изобретения. Данное описание следует рассматривать только в качестве примера, и объем данного изобретения, соответственно, предполагается ограниченным только нижеследующей формулой изобретения.

Реферат

Система 10, сконфигурированная для определения информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа, содержит люминесцентный материал (16), один или несколько излучателей (12), один или несколько фоточувствительных детекторов (14) и процессор (18). Излучатели (12) испускают амплитудно-модулированное электромагнитное излучение (13) на люминесцентную среду (16), сообщающуюся с телом газа, вызывая люминесценцию в люминесцентной среде (16). Фоточувствительный детектор (14) принимает амплитудно-модулированное электромагнитное излучение (26), генерируемое посредством люминесценции люминесцентной среды (16), и генерирует один или несколько выходных сигналов, причем, по меньшей мере, один из выходных сигналов указывает интенсивность принимаемого электромагнитного излучения (26). Процессор (18) принимает выходные сигналы и определяет информацию, относящуюся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам в теле газа. Определение информации, относящейся к одному или нескольким газообразным анализируемым веществам, может содержать компенсацию задержки, которая меняется как функция интенсивности принимаемого электромагнитного излучения (26). 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула