Сенсор, который вводит поправку на деградацию люминесцирующей среды - RU2459196C2

Чертежи

Описание

ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТ

В соответствии с положениями 35 U.S.C §119(e), эта заявка предъявляет права на преимущество U.S. предварительной заявки на патент с серийным номером 60/849,951, зарегистрированной 6-го октября 2006 года, а также в соответствии с положениями 35 U.S.C §120/365, это заявление предъявляет права на преимущество U.S. Application Serial № (US Заявление Серийный Номер) 11/866,046, зарегистрированной 2-го октября 2007 года.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к системе и методу компенсации деградации люминесцирующей среды в сенсоре, который определяет информацию, относящуюся к одному или более аналитам в объеме газа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известны сенсоры, включающие люминесцирующую среду, которые измеряют один или более аспектов люминесценции люминесцирующей среды с целью определения информации, относящейся к веществам аналитам в объеме газа, находящегося в контакте с люминесцирующей средой. Патенты US с номерами 6,325,978; 6,632,402; 6,616,896 и 6,815,211, содержание каждого из которых представлено здесь посредством ссылки, раскрывают примеры такого сенсора, который использует тушение люминесценции для определения концентрации газа, такого как кислород, в составе газа, протекающего через ячейку образца.

Обычно со временем точность таких сенсоров, основанных на эффекте люминесценции, понижается из-за деградации люминесцирующей среды вследствие фотообесцвечивания, образования радикалов и/или других явлений. Если не использовать относительно частую калибровку и/или относительно частую замену люминесцирующей среды, традиционные сенсоры этого типа могут стать ненадежными из-за понижения их точности. Существуют также другие недостатки, связанные с деградацией люминесцирующей среды.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один из аспектов изобретения относится к сенсорам, настроенным на получение информации, относящейся к одному или более газовым аналитам в объеме газа. В одном из вариантов осуществления, сенсор содержит первую секцию сенсора и вторую секцию сенсора. Первая секция сенсора содержит эмиттер, излучатель, настроенный на излучение электромагнитного излучения. Вторая секция сенсора, конфигурация которой позволяет ей соединяться с первой секцией сенсора с возможностью съема, содержит люминесцирующую среду, модуль памяти и трансмиттер. Люминесцирующая среда действующим образом взаимодействует с объемом газа и настроена на прием электромагнитного излучения от излучателя, в случае, если вторая секция сенсора присоединена к первой секции сенсора с помощью разъемного крепления. Люминесцирующая среда излучает люминесцентное излучение под действием электромагнитного излучения, полученного от эмиттера так, что информация, относящаяся к одному или более газовым аналитам в объеме газа, может быть определена как одно или более свойств люминесцентного излучения. В модуле памяти хранится информация, относящаяся к деградации люминесцирующей среды, где деградация люминесцирующей среды влияет на излучение люминесцентного излучения люминесцирующей средой. Трансмиттер передает данные, связанные с деградацией люминесцирующей среды.

Другой аспект изобретения относится к системе, настроенной на определение информации, относящейся к одному или более газовым аналитам в объеме газа. В одном варианте осуществления система содержит процессор и сенсор. Сенсор содержит первую секцию сенсора и вторую секцию сенсора. Первая секция сенсора содержит эмиттер и фоточувствительный сенсор. Эмиттер настроен таким образом, чтобы излучать электромагнитное излучение с амплитудной модуляцией. Фоточувствительный сенсор настроен на прием электромагнитного излучения и генерирует один или более выходных сигналов под действием принятого электромагнитного излучения. Вторая секция сенсора, конфигурация которой позволяет ей соединиться с первой секцией сенсора с возможностью отсоединения, содержит люминесцентную среду, модуль памяти и трансмиттер.

Люминесцирующая среда действующим образом взаимодействует с объемом газа и настроена на прием электромагнитного излучения с амплитудной модуляцией от излучателя в случае, если вторая секция сенсора соединена с первой секцией сенсора с возможностью съема. Люминесцирующая среда испускает люминесцентное излучение под действием электромагнитного излучения, полученного от эмиттера, так что информация, относящаяся к одному или более газовым аналитам в объеме газа, может быть определена как функция одного или более свойств люминесцентного излучения. Кроме того, люминесцирующая среда размещена так, что часть люминесцентного излучения направляется на фоточувствительный детектор, в случае если вторая секция сенсора присоединена к первой секции сенсора с помощью разъемного крепления. В модуле памяти хранится информация, относящаяся к деградации люминесцирующей среды, где деградация люминесцирующей среды влияет на излучение люминесцентного излучения люминесцирующей средой.

Трансмиттер передает информацию, относящуюся к деградации люминесцирующей среды. Процессор (i) принимает выходной сигнал, генерируемый фоточувствительным детектором, (ii) принимает информацию о деградации люминесцирующей среды, которая передается трансмиттером по беспроводной связи, и (iii) получает информацию, относящуюся к одному или более газовым аналитам, основываясь на выходном сигнале, генерируемом фоточувствительным детектором, и информации, полученной с трансмиттера.

Еще один аспект изобретения относится к сенсору, который генерирует выходной сигнал под действием возбуждающего сигнала, где выходной сигнал генерируется с заранее установленной зависимостью от одного или более свойств возбуждающего сигнала так, что одно или более свойства возбуждающего сигнала могут быть определены как функция от исходящего сигнала. В одном варианте осуществления сенсор содержит компонент, процессор сенсора и трансмиттер. Компонент деградирует, таким образом, вызывая прогнозируемые отклонения от заранее установленной зависимости между выходным сигналом и одним или более свойствами возбуждающего сигнала. Процессор сенсора предоставляет информацию о деградации компоненты. Трансмиттер по беспроводному каналу связи передает информацию, предоставляемую процессором.

Эти и другие цели, особенности и характеристики настоящего изобретения, так же как и методы управления и функции соответствующих элементов структуры и комбинаций этих элементов, и экономическая составляющая производства, будут более очевидны по мере более детального рассмотрения данного описания и благодаря прилагаемой формуле изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, которые в совокупности составляют отдельную часть этого описания, где подобно ссылкам соответствующие цифры указывает соответствующую часть в различных фигурах. Надо отчетливо понимать, однако, что чертежи предназначены только для иллюстрации и описания и не предназначены для определения точных пропорций изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1A иллюстрирует систему, настроенную на получение информации относящейся к одному или более аналитам в объеме газа, согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.1B иллюстрирует систему, настроенную на получение информации относящихся к одному или более веществам аналитам в объеме газа, согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.2 иллюстрирует конфигурацию сенсора, настроенного на получение информации, относящейся к одному или более веществам аналитам в объеме газа, согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Фиг.3 иллюстрирует конфигурацию сенсора, настроенного на получение информации, относящейся к одному или более аналитам в объеме газа, согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.4 иллюстрирует процессор, располагающийся внутри сенсора, настроенного на получение информации, относящейся к одному или более аналитам в объеме газа, согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.5 иллюстрирует процессор, который получает информацию, относящуюся к одному или более аналитам в объеме газа, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Возвращаемся к фиг.1А, на которой изображена система 10, настроенная на получение информации, относящейся к одному или более аналитам или составляющим в объеме газа. Система 10 включает сенсор 12 и процессор 14. Сенсор 12 включает первую секцию сенсора 16 и вторую секцию сенсора 18. В одном варианте осуществления первая секция сенсора 16 и вторая секция сенсора 18 могут соединяться друг с другом с помощью разъемного соединения. Фиг.1А иллюстрирует первую секцию сенсора 16, отсоединенную от второй секции сенсора 18.

Фиг.1B схематично иллюстрирует систему 10, если первая секция сенсора 16 и вторая секция сенсора 18 соединены вместе. Вторая секция сенсора 18 предусматривает проток 20, образованный с помощью трубки, по которой может протекать газ. Если первая секция сенсора 16 соединена со второй секцией сенсора 18 (например, как показано на фиг.1B), первая секция сенсора способна генерировать выходной сигнал, который передается процессору 18 по каналу оперативной связи между ними (например, проводное соединение, беспроводное соединение, изолированный канал, с помощью сети). На основе выходного сигнала, генерируемого первой секцией сенсора 16, процессор 14 получает информацию, относящуюся к одному или более свойствам одного или нескольких аналитов или составляющих в составе газа, находящегося в проточной трубке 20. Примером аналита или составляющей в протекающем газе, который анализируется посредством техники, основанной на эффекте люминесценции, является кислород.

В одном варианте осуществления, трубка 22 приспособлена для введения газа внутрь и/или выведения из пациента. Таким образом, трубка 22 может быть соединена с другой трубкой, кольцом циркуляции или системой трубок, через которую газ доставляется в трубку 22. В более специфическом примере, газ в трубку 22 может попадать через аппарат для соединения с пациентом, настроенный для соединения с дыхательными путями пациента. Некоторые примеры аппаратов для соединения с пациентами могут включать, например, эндотрахеальную трубку, назальный катетер, трахеотомическую трубку, маску или другие аппараты для соединения с пациентом. Использование настоящего изобретения не ограничено этими примерами и рассматривает определение вещества аналита в любом объеме газа.

Из фиг.1А и 1В видно, что в одном из вариантов осуществления вторая секция сенсора 18 включает люминесцирующую среду 24, процессор 26 и трансмиттер/приемное устройство 28. В одном из вариантов осуществления, первая секция сенсора 16 включает эмиттер 30, фоточувствительный детектор 32 и трансмиттер 34.

Следует учесть, что в качестве разъемного соединения секций сенсора 16 и 18 различные механизмы могут использоваться. В некоторых вариантах осуществления область соединения предусмотрена на внешней поверхности трубки 22, то есть приспособлена для надежного присоединения гнезда, куда вставляется первая секция 16. Например, секции сенсора 16 и 18 могут быть соединены способом, описанным в патенте U.S. №6,616,896 Labuda at al. под заголовком “OXYGEN MONITORING APPARATUS”, изданном 9 сентября 2003 (далее “патент 896”) или способом, описанным в патенте U.S. №6,632,402 Blazewicz at al. под заголовком “OXYGEN MONITORING APPARATUS”, изданном 14 октября 2003 (далее “патент 402”). Кроме того, обе эти ссылки описывают сенсоры, которые (1) включают компоненты, подобные некоторым или всем компонентам, таким как эмиттер 30, фоточувствительный детектор 32 и/или люминесцирующая среда 24, и (2) получают информацию, относящуюся к одному или более веществам аналитам в объеме газа, подобно тому, как это осуществляет сенсор 12. Оба патента, “патент 402” и “патент 896”, представлены в этом раскрытии во всей полноте в виде ссылок. Эти примеры не являются исчерпывающими, и следует учесть, что могут быть использованы любые подходящие методы соединения секций сенсора 16 и 18. Также, в другом варианте осуществления, секции сенсора 16 и 18 соединены друг с другом с помощью неразъемного крепления или по крайней мере не так просто разъединяются.

Если секции сенсора 16 и 18 соединены, эмиттер 30 излучает электромагнитное излучение, направленное на люминесцирующую среду 24. Как будет рассмотрено ниже, электромагнитное излучение, излучаемое эмиттером 30, включает в себя электромагнитное излучение с длиной волны, вызывающей люминесценцию люминесцирующей среды 24. Эмиттер 30 может включать один или более органических светоизлучающих диодов (“OLED”), лазеры (к примеру, диодные лазеры или другие источники лазерного излучения), светоизлучающие диоды (“LED”), фотолюминесцентные лампы с горячим катодом (“HCFL”), фотолюминесцентные лампы с холодным катодом (“CCFL”), лампы накаливания, галогеновые лампочки, принимающие рассеянный свет, и/или другие источники электромагнитного излучения.

В одном варианте осуществления, эмиттер 30 включает одну или более зеленых и/или голубых светоизлучающих диодов. Эти светоизлучающие диоды обычно имеют высокую интенсивность в области поглощения люминесцирующей среды 24 и меньшие количества излучения на других длинах волн (например, красного и/или инфракрасного диапазона). Это минимизирует влияние интерферирующего рассеянного света и фотодеградацию сенсора 12.

В то время как настоящее изобретение никоим образом не ограничено использованием светоизлучающих диодов, другие преимущества использования светоизлучающих диодов в качестве эмиттера 30 заключаются в легком весе, компактности, низком энергопотреблении, низких требованиях к электрическому напряжению, низком тепловыделении, надежности, повышенной прочности, относительно низкой цене и стабильности. А также они могут включаться и выключаться очень быстро, надежно и воспроизводимо.

Для некоторых назначений, система 10 может включать один или несколько оптических элементов (не показаны), расположенных внутри одной первой секции сенсора 16 или второй секции сенсора 18, или обеих, для направления, фокусирования, и/или других процессов преобразования излучения, испускаемого эмиттером 30. Например, одна или несколько линз могут фокусировать излучение в выбранном направлении. В качестве более специфических примеров, представленных в обоих прилагаемых патентах '896 и '402, показано применение оптических элементов, которые преобразуют излучение, испускаемое эмиттером, аналогичным эмиттеру 30.

Если секции сенсора 16 и 18 соединены, электромагнитное излучение от эмиттера 30 может поступать в люминесцирующую среду 24 с предварительно заданной амплитудной модуляцией (например, с предварительно заданной частотой, с предварительно заданной максимальной и/или минимальной амплитудой и т.д.). В одном варианте осуществления, эмиттер 30 может быть запущен в качестве излучателя электромагнитного излучения с предварительно заданной амплитудной модуляцией. В другом варианте осуществления, первая секция сенсора 16 может содержать один или несколько оптических элементов (не показаны), которые модулируют амплитуду электромагнитного излучения, излучаемого эмиттером 30. Один или несколько оптических элементов могут содержать один или несколько активных элементов, периодически приводимых в действие (например, стек жидкого кристалла и т.п.) и/или один или несколько пассивных элементов, которые периодически вставляются или убираются с оптического пути электромагнитного излучения, излучаемого эмиттером 30 (например, фильтры, полупрозрачные зеркала и т.п.).

Вторая секция сенсора 18 может включать окно 36, сделанное в стенке трубки 22. Окно 36 должно быть практически полностью прозрачным, чтобы позволить электромагнитному излучению, такому как электромагнитное излучение, излучаемое эмиттером 30, входить и/или выходить во внутреннюю область трубки 22, когда секции сенсора соединены. Например, окно 36 может образовывать сапфир, один или несколько полимеров (к примеру, полиэтилен и т.п.), стекло и/или практически полностью прозрачные материалы. В некоторых вариантах осуществления (не показаны), трубка 22 может иметь два окна, аналогичных окну 36. Как показано и описано в '402 патенте, два окна могут располагаться в трубке 22 друг напротив друга, чтобы позволять электромагнитному излучению проходить сквозь трубку 22. В этом варианте осуществления, фоточувствительный детектор 32 может быть расположен на противоположенной стороне трубки 22 относительно эмиттера 30, если секции сенсора 16 и 18 соединены.

Люминесцирующая среда 24 - это среда, которая под действием излучения эмиттера 30 и/или каких-либо других источников энергии люминесцирует, излучая электромагнитное излучение, отмеченное в виде волнистых линий 38, в основном во всех направлениях на длине волны, отличной от длины волны электромагнитного излучения, производимого эмиттером 30. Интенсивность и/или продолжительность этого люминесцентного электромагнитного излучения 38 возрастает и падает в зависимости от относительного количества одного или нескольких аналитов, содержащихся в объеме газа внутри трубки 22. В одном варианте осуществления, кислород гасит реакцию люминесценции, тем самым вызывая изменение интенсивности и/или продолжительности люминесцентного излучения 38. Если концентрация кислорода возрастает, то изменения интенсивности и/или продолжительности люминесцентного излучения 38 будет ухудшаться. В одном варианте осуществления люминесцирующая среда 24 была образована в форме люминесцентной пленки. Например, в обоих прилагаемых патентах '896 и '402 раскрываются пленки, которые могут быть использованы в качестве люминесцентной среды 24.

В варианте осуществления, показанном на фиг.1А и 1B, люминесцентная среда 24 расположена в контакте, в непосредственной близости или в противном случае в термическом контакте с термическим конденсатором 40. Термический конденсатор 40 используется для поддержания практически постоянной рабочей температуры люминесцирующей среды 24 и тем самым уменьшает или полностью устраняет неточности в системе 10, относящиеся к вариациям температуры люминесцирующей среды 24. Таким образом, термический конденсатор 40 представляет собой любое устройство, которое выполняет эту функцию, такие как подогреватель, регулируемый с помощью обратной связи на основе исходящих сигналов температурного сенсора, теплоотвод или им подобные.

Фоточувствительный детектор 32 установлен внутри первой секции сенсора 16, так что, если секции сенсора 16 и 18 соединены, фоточувствительный детектор 32 получает, по крайней мере, часть люминесцентного электромагнитного излучения 38 от люминесцирующей среды 24. На основе принятого излучения, фоточувствительный детектор 32 генерирует один или несколько исходящих сигналов, относящихся к одному или нескольким свойствам принятого излучения. Например, один или несколько выходных сигналов могут быть связаны с количеством излучения, интенсивностью излучения, модуляцией излучения и/или другими свойствами излучения. В одном варианте осуществления, фоточувствительный детектор 32 имеет PIN (p-i-n диод) диод. В других вариантах осуществления, фоточувствительные устройства используются в качестве фоточувствительного детектора 32. Например, фоточувствительный детектор 32 может представлять собой диодную матрицу, CCD (интегральная схема на ПЗС) чип, CMOS (комплементарные элементы металл-оксид-полупроводник) чип, фотоумножитель и/или другие фоточувствительные устройства.

Фиг.2 иллюстрирует вариант осуществления сенсора 12, включающий фоточувствительный детектор 32, а также один или несколько фильтрующих элементов 42, которые расположены внутри первой секции сенсора 16 между люминесцирующей средой 24 и фоточувствительным детектором 32. Фильтрующие элементы 42, как описано в обоих прилагаемых патентах '896 и '402, как правило, предназначены для предотвращения попадания на детектор 32 электромагнитного излучения, не испускаемого люминесцирующей средой 24. Например, в одном варианте осуществления, фильтрующие элементы 42 пропускают излучение определенной длины волны и пропускают люминесцентное излучение 38, которое попадает на фоточувствительный детектор, 32 и при этом практически полностью блокируют излучение других длин волн.

В варианте осуществления сенсора 12, показанном на фиг.2, первая секция сенсора 16 также содержит нормирующий фоточувствительный детектор 44 и элемент, расщепляющий пучок 46. Как описывается в прилагаемом '896 патенте, элемент, расщепляющий пучок 46, может направлять часть излучения, распространяющегося в направлении фоточувствительного детектора 32, на нормирующий фоточувствительный детектор 44. Один или несколько исходящих сигналов, генерируемых нормирующим фоточувствительным детектором 44, могут использоваться как репер для оценки и компенсации для системных шумов (например, интенсивности флуктуаций в эмиттере 30 и т.п.) в одном или нескольких исходящих сигналах, генерируемых фоточувствительным детектором 32.

Следует учесть, что хотя фильтры 42, нормирующий фоточувствительный детектор 44 и элемент, расщепляющий пучок 46, изображены на фиг.2 как располагающиеся в первой секции сенсора 16, это сделано для целей иллюстрации. В других вариантах осуществления все или некоторые из элементов, таких как элемент, расщепляющий пучок 46, нормирующий фоточувствительный детектор 44 и/или один или несколько фильтров, могут располагаться внутри первой секции сенсора 16.

Фиг.3 иллюстрирует еще одну конфигурацию сенсора 12. В конфигурации, показанной на фиг.3, термическая емкость 40 является, по крайней мере, частично прозрачной, расположена рядом с окном 36. В этой конфигурации люминесцирующая среда 24 находится в термическом контакте с термической емкостью 40 на противоположной стороне емкости 40 относительно окна 36. Люминесцирующая среда 24 взаимодействует с потоком 20 вдоль границы люминесцирующей среды 24, которая располагается напротив границы между емкостью и люминесцирующей средой. Как видно на фиг.3, электромагнитное излучение 47, излучаемое эмиттером 30, проходит через окно 36 и термическую емкость 40 и падает на люминесцирующую среду. Люминесцентное излучение 38, испускаемое люминесцирующей средой 24, направляется через термическую емкость 40 и окно 36 и падает на один или оба фоточувствительных детектора 32 и/или 44, таким же образом, как рассматривалось выше.

Возвращаясь к фиг.1А и 1В, трансмиттер/приемники 28 и 34 передают сигналы друг другу и/или получают сигналы друг от друга. Более подробно в одном варианте осуществления трансмиттер/приемники 28 и 34 передают и/или получают сигналы по беспроводной линии связи. Это может быть полезным в случаях, в которых система 10 используется в медицинских установках, где, как известно, линии связи и электропроводка не приветствуются или запрещены.

Однако в других вариантах осуществления трансмиттер/приемники 38 и 34 могут передавать и/или получать сигналы посредством беспроводной связи. Эти варианты осуществления могут включать примеры, в которых система 10 используется в медицинских установках. Как показано на фиг.1А и 1В, трансмиттер/приемник 28 взаимодействует с процессором 26 для передачи сигналов от процессора 26 и/или получения сигналов для процессора 26. Трансмиттер/приемник 34 взаимодействует с процессором 14 для передачи сигналов от процессора 14 и/или получения сигналов для процессора 14.

В некоторых вариантах осуществления люминесцирующая среда 24 может деградировать со временем, вызывая отклонения в отклике (например, интенсивность и/или продолжительность люминесцентного излучения 38) люминесцирующей среды 24 на возбуждающую энергию (например, электромагнитное излучение эмиттера 30). Другими словами, химические и/или физические изменения, которые происходят в люминесцирующей среде 24 в результате использования или старения, или их обоих, могут быть причиной того, что люминесцирующая среда 24 реагирует по-другому на одинаковую возбуждающую энергию, применяемую в различные моменты времени. Если деградация люминесцирующей среды 24 продолжается, она может влиять на точность сенсора 10 при мониторинге предназначенных для него возбуждающих сигналов (одного или более аналитов или компонент в объеме газа), изменяя соотношение между выходным сигналом, характерным для одного и более свойств люминесцентного излучения 38, излучаемого люминесцирующей средой 24, и возбуждающим сигналом. Некоторые примеры явлений, которые могут вызывать деградацию люминесцирующей среды 24, включают фотообесцвечивание, образование радикалов кислорода и/или другие явления.

Процессор 26 получает информацию, относящуюся к деградации люминесцирующей среды 24, которая увеличивается при старении и/или использовании люминесцирующей среды 24. Затем эту информацию передают от процессора 26 трансмиттером/приемником 28, и с помощью трансмиттера/приемника 34 их получает процессор 14. Как обсуждается ниже, процессор 14 также получает выходные сигналы фоточувствительного детектора 32. Затем процессор 14 получает информацию, относящуюся к одному или более аналитам в объеме газа, находящегося в линии тока 22, основываясь на выходных сигналах и информации, полученной от процессора 26.

На фиг.4 показан процессор 26 в соответствии с одним или более вариантами осуществления изобретения. Как показано, в одном варианте осуществления процессор 26 включает компенсационный модуль 48 и модуль памяти 50. Модули 48 и 50 могут быть реализованы в программном обеспечении, аппаратном обеспечении, программно-аппаратном обеспечении, некоторой комбинации программного обеспечения, аппаратного обеспечения и/или программно-аппаратного обеспечения; и/или реализовано другим способом. Следует учесть, что хотя модули 48 и 50 показаны на фиг.4 как совмещенные в одном и том же устройстве обработки, процессор 26 может включать множество устройств обработки, и что некоторые из этих устройств обработки могут располагаться далеко друг от друга во второй секции сенсора 18. В таких вариантах осуществления, модули 48 и 50 могут быть расположены дистанционно от остальных модулей, и действенное взаимодействие между модулями может быть достигнуто с помощью одного или более каналов связи. Такие каналы связи могут быть беспроводными или проводными.

Компенсационный модуль 48 получает информацию, относящуюся к деградации люминесцирующей среды 24. Как отмечалось ранее, деградация люминесцирующей среды 24 имеет тенденцию к усилению при старении и/или использовании. Поэтому, в одном варианте осуществления, компенсационный модуль 48 контролирует время, (1) с момента установки сенсора 12 в люминесцирующей среде 24 (“t_{старения}(t_стар)”), и/или время (2), в течение которого люминесцирующая среда 24 получала электромагнитное излучение от эмиттера 30 в направлении сенсора 12 (“t_{использования}(t_исп)”). Должно быть очевидным, что в некоторых вариантах осуществления одно или более значений (“t_стар”) и (“t_исп”) могут или не могут быть сброшены, если сенсор 10 калиброван таким образом, чтобы учитывать деградацию люминесцирующей среды 24.

Для того чтобы контролировать (“t_стар”) и (“t_исп”), компенсационный модуль 48 может включать часы, таймер и/или какое-нибудь другое устройство измерения времени. Определение (“t_стар”) производится довольно просто, так как определение требует просто непрерывного отрезка времени. Определение (“t_исп”) требует, чтобы компенсационный модуль 48 получал информацию о том, как только люминесцирующая среда 24 получает электромагнитное излучение от эмиттера 30 (или какую-нибудь приблизительную величину этого промежутка времени).

Например, в одном варианте осуществления, компенсационный модуль 48 связан с фоточувствительным детектором, показанным на фиг.2, как фоточувствительным детектором 32, находящимся во второй секции детектора 18 в непосредственной близости или недалеко от люминесцирующей среды 24. Фоточувствительный детектор 32 настроен на прием излучения, испускаемого эмиттером 30, и компенсационный модуль 48 засчитывает время, в течение которого фоточувствительный детектор 32 принимает излучение, испускаемое эмиттером 30 к (“t_исп”).

Возвращаясь к фиг.4, в другом варианте осуществления процессор 26 получает сигналы посредством трансмиттера/приемника 28, показывающем начало/прекращение электромагнитного излучения, направленного от эмиттера 30 на люминесцирующую среду 24. В некотором варианте осуществления (“t_исп”) может быть просто примерно равно промежутку времени, в течение которого используется люминесцирующая среда 24. Например, вторая секция сенсора 18 (и/или первая секция сенсора 16) может включать детектор (не показан), который определяет, если секции 16 и 18 соединены, а компенсационный модуль 48 может измерять промежуток времени, в течение которого секции детектора 16 и 18 соединены, как (“t_исп”).

В одном варианте осуществления компенсационный модуль 48 выполняет алгоритм, который определяет коэффициент компенсации как функцию одного или обоих (“t_стар”) и (“t_исп”). Затем коэффициент компенсации передается процессору 14 посредством трансмиттеров/приемников 28 и 34 для его введения процессором 14 в получении информации, относящийся к одному или более аналитам, присутствующим в объеме газа. Алгоритм может включать математическую функцию, таблицу соответствия и/или другие формы алгоритмов. В другом варианте осуществления компенсационный модуль 48 обусловливает передачу (“t_стар”) и/или (“t_исп”) в процессор 14 посредством трансмиттеров/приемников 28 и 34, и процессор 14 вводит (“t_стар”) и/или (“t_исп”) для определения коэффициента компенсации.

Модуль памяти 50 может быть использован для хранения информации, которая используется другими компонентами процессора 26 и/или процессора 14 для определения коэффициента компенсации. Например, модуль памяти 50 может хранить времена запуска и/или времена окончания, используемые для определения (“t_стар”) и/или (“t_{использования}”), (“t_{использования}”) и/или (“t_стар”), таблицу соответствия, используемую компенсационным модулем 48 для определения коэффициента компенсации, математическую функцию, используемую компенсационным модулем 48 для определения коэффициента компенсации, и/или другую информацию.

В одном варианте осуществления процессор 26 позволяет определять (“t_стар”) без вовлечения компенсационного модуля 48. В этом варианте осуществления, модуль памяти 50 хранит временную отметку о времени размещения люминесцирующей среды 24 во второй секции сенсора 18 и/или отметку о времени последней калибровки сенсора 10. Временная отметка передается в процессор 14, который вводит временную отметку в определение (“t_стар”) и/или коэффициента компенсации. В похожем варианте осуществления процессор 26 хранит в модуле памяти 50 временные отметки начала и/или окончания использования каждый раз, когда люминесцирующая среда 24 получает электромагнитное излучение от эмиттера 30. Эти временные отметки могут указывать на реальные времена, в течение которых принималось электромагнитное излучение, или некоторые их приближенные значения (например, когда секции сенсора 16 и 18 соединены и/или разъединены). Затем эти временные отметки передаются в процессор 14, который использует временные отметки для определения (“t_исп”).

В одном варианте осуществления процессор 26 и трансмиттер/приемник 28 включают приемоответчик радиочастотной идентификации (RFID) с объединенной энергонезависимой памятью (например, электрически стираемая программируемая постоянная память EEPROM и т.д.). Например, память, объединенная с приемоответчиком RFID, может использоваться для хранения информации, относящейся к (“t_стар”) и/или (“t_исп”), способом, рассмотренным выше в отношении модуля памяти 50. Эта информация может включать времена, временные отметки, коэффициент компенсации и/или другие данные, относящиеся к (“t_стар”) и/или (“t_исп”). Трансмиттер/приемник приемоответчика RFID может работать как трансмиттер/приемник 28 для передачи информации от процессора 26 и получения информации для процессора 26. Например, трансмиттер/приемник может передавать информацию от и получать информацию для памяти, объединенной с приемоответчиком RFID.

В другом варианте осуществления трансмиттер/приемник 28 включает оптический трансмиттер (например, посредством штрих-кода и т.д.). В этом варианте осуществления оптический трансмиттер может включать визуальный индикатор, который обеспечивает визуально закодированную информацию. Отображение визуального индикатора может быть статическим (например, напечатанный) и/или динамическим (например, жидкокристаллический дисплей, плазменный дисплей, экран на органических светодиодах (OLED дисплей) и т.д.). Визуально закодированная информация может включать информацию, относящуюся к (“t_стар”) и/или (“t_исп”), такую как времена, временные метки, коэффициент компенсации и/или другую информацию, относящуюся к (“t_стар”) и/или (“t_исп”). В этом варианте осуществления части видимого индикатора, которые являются статическими, могут выполнять функцию модуля памяти 50 (например, за счет хранение информации) и трансмиттера/приемника 28 (за счет оптической передачи информации). В этом варианте осуществления части видимого индикатора, которые могут динамически выполнять функцию трансмиттера/приемника 28, когда процессор коммуникативно связан с накопителем, динамический дисплей может обеспечить некоторые или все функциональные возможности процессора 26, рассмотренные выше. В этом варианте осуществления трансмиттер/приемник 34 включал бы устройство оптического считывания кодов для получения информации с оптического дисплея.

На фиг.5 показан вариант осуществления процессора 14, включающий модуль разности фаз 52, компенсационный модуль 54 и модуль информации об аналитах 56. Модули 52, 54 и 56 могут быть реализованы в программном обеспечении, аппаратном обеспечении, программно-аппаратном обеспечении, некоторой комбинации программного обеспечения, аппаратного обеспечения и/или программно-аппаратного обеспечения и/или реализованы другим способом. Следует учесть, что хотя модули 52, 54 и 56 показаны на фиг.1, как расположенные в одном устройстве обработки, процессор 14 может включать множество устройств обработки, и что некоторые из этих устройств обработки могут располагаться удаленно друг от друга. В таком варианте осуществления один или более модулей 52, 54 и 56 могут быть расположены дистанционно от остальных модулей, и действующее взаимодействие между модулями может быть достигнуто с помощью одного или более каналов связи. Такие каналы связи могут быть беспроводной связью или линиями проводного соединения.

Модуль разности фаз 52 определяет разность фаз между (1) амплитудной модуляцией электромагнитного излучения эмиттера 30, которое падает на люминесцирующую среду 24, и (2) модуляцией электромагнитного излучения 38, испускаемого люминесцирующей средой 24 под действием электромагнитного излучения, испускаемого эмиттером 30.

Для того чтобы определить эту разность фаз, модуль разности фаз 52 получает амплитудную модуляцию электромагнитного излучения эмиттера 30. В одном варианте осуществления амплитудную модуляцию электромагнитного излучения эмиттера 30 получают в форме периодического сигнала (например, синусоидальный сигнал, сигнал прямоугольной формы и т.д.), который изменяется пропорционально, и/или с частотой, амплитудной модуляции электромагнитного излучения. Этот сигнал может быть получен из модулированного сигнала мощности, который подается на эмиттер 30, из модулированного сигнала мощности, используемого для управления активного оптического элемента, который модулирует амплитуду электромагнитного излучения, испускаемого эмиттером 30, или из сигнала, связанного с расположением пассивных оптических элементов между эмиттером 30 и люминесцирующей средой 24, с тем чтобы модулировать амплитуду электромагнитного излучения, которое подается на люминесцирующую среду 24.

Модуль разности фаз 52 также получает амплитудную модуляцию электромагнитного излучения 38, которое испускается люминесцирующей средой 24. В некоторых вариантах осуществления амплитудную модуляцию электромагнитного излучения 38, которое испускается люминесцирующей средой 24, получают в виде сигнала, который изменяется пропорционально, и/или с частотой, амплитудной модуляции электромагнитного излучения 38. Например, этот сигнал может быть получен в виде одного или более выходных сигналов, генерируемых фоточувствительным детектором 32.

Модуль разности фаз 52 определяет разность фаз между полученной амплитудной модуляцией электромагнитного излучения, испускаемого эмиттером 30, и полученной амплитудной модуляцией испускаемого электромагнитного излучения 38. В ряде случаев, модуль разность фаз 52 включает синхронизирующий усилитель, который генерирует сигнал постоянного тока, пропорциональный разности фаз между этими двумя амплитудными модуляциями. В других случаях модуль разности фаз 52 может быть реализован в программном обеспечении, которое вычисляет разность фаз между полученной амплитудной модуляцией излучения, испускаемого эмиттером 30 и испускаемого люминесцирующей средой 24.

Компенсационный модуль 54 вводит поправку на одно или более время задержки системы. Например, компенсационный модуль 54 вводит поправку на отклонения в отклике сенсора 10, вызванные деградацией люминесцирующей среды 54, рассмотренной выше. Компенсационный модуль 54 использует информацию о деградации люминесцирующей среды 24, полученную от процессора 26 (например, от компенсационного модуля 48 и/или модуля памяти 50) с тем, чтобы вводить поправку на эти флуктуации. Как рассматривалось выше, информация о деградации люминесцирующей среды 24, полученная от процессора 26, может включать коэффициент компенсации. Коэффициент компенсации может включать компенсационную поправку, которую следует ввести в (1) амплитудную модуляцию электромагнитного излучения, испускаемого эмиттером 30, (2) амплитудную модуляцию люминесцентного излучения 38 (на что указывают выходные сигналы фоточувствительного детектора 32), и/или (3) разность фаз, определяемую модулем разности фаз 52.

В некоторых вариантах осуществления процессор 26 может обеспечивать компенсационный модуль 54 информаций, которая является более “сырыми”, чем установленный коэффициент компенсации. Например, процессор 26 может обеспечить компенсационный модуль 54 значениями (“t_стар”) и/или (“t_исп”), или информацией (например, временные отметки), из которых (“t_стар”) и/или (“t_исп”) могут быть определены. В этих примерах компенсационный модуль 54 обрабатывает информацию рассмотренным выше способом с тем, чтобы определить коэффициент компенсации перед введением компенсационной поправки на деградацию люминесцирующей среды 24.

Модуль информации об аналитах 56 определяет информацию, относящуюся к одному или более аналитам в объеме газа внутри трубки 22, на основе разности фаз между амплитудной модуляцией электромагнитного излучения, испускаемого эмиттером 30, которое падает на люминесцирующую среду 24, и модуляцией электромагнитного излучения 38, которое испускается люминесцирующей средой 24, по информации модуля разности фаз 52. Например, разность фаз, определенная модулем разности фаз 52 (с компенсационной поправкой, введенной компенсационным модулем 54), связана со временем послесвечения люминесценции люминесцирующей среды 24.

Как рассматривалось выше, время послесвечения люминесцирующего материала 24 изменяется в зависимости от количества одного или более газов, присутствующих в люминесцентной среде 24. Кроме того, модуль информации об аналитах 56 способен получать информацию, относящуюся к одному или более газам (например, количество, присутствующее в люминесцирующем материале 24), на основе разности фаз, определенной модулем разности фаз 52. Например, модуль информации об аналитах 56 может определять концентрацию, парциальное давление и/или другую информацию, относящуюся к одному или более газам. В некоторых вариантах осуществления один или более газов могут включать кислород.

Хотя в описании выше компенсационная поправка на деградацию люминесцирующей среды 54 описана как поправка, вводимая компенсационным модулем 54 до определения информации об аналите модулем информации об аналитах 56, существуют альтернативы этому способу. Например, в одном варианте осуществления определяется коэффициент компенсации (процессором 26 или компенсационным модулем 54), который корректирует информацию об аналитах, определенную модулем информации об аналитах 56. В этом варианте осуществления коэффициент компенсации не применяется компенсационным модулем 54 до того, как модуль информации об аналитах 56 определил информацию об аналитах на основе нескорректированной информации.

Информация, относящаяся к (“t_стар”) и/или (“t_исп”), также может быть использована для других целей внутри системы 10. Например, информация, относящаяся к (“t_стар”) и/или (“t_исп”), может быть использована для определения, когда люминесцентная среда 24 превысила свой рабочий срок службы (например, точное определение информации не может более осуществляться на основе ее люминесцентных свойств). В этом варианте осуществления, пользователю может быть дан сигнал (например, зрительный сигнал, звуковой сигнал и т.д.) о том, что люминесцирующая среда должна быть заменена. Замена люминесцирующей среды 24 может включать замену люминесцирующей среды 24 внутри второй секции сенсора 18 или замену второй секции сенсора 18 другой секцией сенсора, которая включает “более новую” люминесцирующую среду.

Следует понимать, что хотя система и метод, описанные выше, изложены с точки зрения анализа газовых аналитов, общие принципы изобретения являются более широкими. Например, принципы введения поправок на неточности системы в сенсорах, вызываемые ухудшением одного или более компонентов сенсора с течением времени, могут быть расширены на другие типы детекторов и/или анализаторы без отступления за рамки настоящего изобретения.

Хотя изобретение подробно описано с целью иллюстрации, основываясь на том, что в настоящее время рассматривается как наиболее полезные и предпочтительные варианты осуществления, следует понимать, что такие детали указаны исключительно с этой целью и что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, а на самом деле направлено на охватывание модификаций и эквивалентных устройств, которые соответствуют духу и области прилагаемой формулы изобретения. Например, следует понимать, что настоящее изобретение предполагает, насколько это возможно, что одна или более особенностей могут объединяться с одной или более особенностями любого другого варианта осуществления.

Реферат

Изобретение относится к сенсору (12), который генерирует выходной сигнал под действием возбуждающего сигнала. В устройстве выходной сигнал генерируется с заранее установленной зависимостью от одного или более свойств возбуждающего сигнала, так что одно или более свойства возбуждающего сигнала могут определяться как функция выходного сигнала. В одном варианте осуществления сенсор содержит компонент (24), процессор сенсора (26) и трансмиттер (28). Компонент деградирует, вызывая тем самым прогнозируемые отклонения от заранее установленной зависимости между выходным сигналом и одним или более свойствами возбуждающего сигнала. Процессор сенсора предоставляет информацию о деградации компонента. Трансмиттер по беспроводной линии связи передает эту информацию, предоставленную процессором. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула