专利名称：补偿分析物分析中的系统延迟和/或外源照明的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种确定与一团流体中的一种或多种气态分析物相关的信息 的系统和方法，更具体而言，涉及针对这种信息的确定的不精确性加以调节。
背景技术：
已知使用发光_淬灭检测来确定与一团气体中存在的气态分析物相关的信息。然 而，常规系统可能无法充分补偿由这些系统的部件引入的某些系统误差。例如，通常用于检 测来自可发光介质的返回信号的光敏探测器可能会引入系统延迟，在常规系统中不能充分 补偿所述系统延迟。这可能导致对与气态分析物相关的信息做出不精确的和/或不精密的 判断。还有不精确性和/或不精密度源的其他范例(例如与延迟相关联的信号处理、不充 分的光学滤波、串扰等)。
发明内容
本发明一个方面涉及用于确定与一团流体中一种或多种气态分析物相关的信息 的传感器。在一个实施例中，传感器包括发射体、可发光介质、辐射传感器和处理器。发射 体用于发射电磁辐射，使得所发射电磁辐射的强度以周期性方式振荡。可发光介质与一团 流体操作性相通并被布置成从发射体接收电磁辐射。可发光介质响应于其从发射体接收的 电磁辐射发射发光辐射。辐射传感器被布置成接收发光辐射，产生输出信号，所述输出信号 传达与所接收发光辐射的强度相关的信息。处理器用于在由所述发射体发射的电磁辐射强 度振荡上两个或更多预定周期点对所述辐射传感器产生的输出信号抽样，且基于所述输出 信号抽样确定与所述发射体发射的电磁辐射强度振荡和所述辐射传感器接收的发光辐射 强度振荡之间的相位差相关的信息。 本发明的另一方面涉及一种确定与一团流体中一种或多种气态分析物相关的信 息的方法。在一个实施例中，该方法包括发射强度以周期性方式振荡的电磁辐射，发射所 述电磁辐射，使得所发射的电磁辐射变为入射在与一团流体操作性相通的可发光介质上， 其中，所述可发光介质响应于其从发射体接收的电磁辐射发射发光辐射。接收所述发光辐 射的至少一部分；产生输出信号，所述输出信号传达与所接收发光辐射的强度相关的信息； 在所发射的电磁辐射强度的振荡上的两个或更多预定周期点对所述输出信号抽样；以及基 于所述输出信号的样本，确定与所发射的电磁辐射强度的振荡和所接收的发光辐射强度的 振荡之间的相位差相关的信息。 本发明的另一方面涉及一种用于确定与一团流体中一种或多种气态分析物相关的信息的传感器。在一个实施例中，该传感器包括用于发射具有强度以周期性方式振荡的 电磁辐射的器件，发射所述电磁辐射，使得所发射的电磁辐射变得入射在与一团流体操作 性相通的可发光介质上，其中，所述可发光介质响应于其从所述发射体接收的电磁辐射发 射发光辐射；用于接收所述发光辐射的至少一部分的器件；用于产生输出信号的器件，所 述输出信号传达与所接收发光辐射的强度相关的信息；用于在所发射的电磁辐射强度的振 荡上的两个或更多预定周期点对所述输出信号抽样的器件；以及用于基于所述输出信号的 样本，确定与所发射的电磁辐射强度的振荡和所接收的发光辐射强度的振荡之间的相位差 相关的信息的器件。 本发明的另一方面涉及一种用于确定与一团流体中一种或多种气态分析物相关 的信息的传感器。在一个实施例中，传感器包括发射体、可发光介质、辐射传感器和处理器。 发射体用于发射电磁辐射，所发射电磁辐射的强度以周期性方式振荡。可发光介质与一团 流体操作性相通并被布置成从发射体接收电磁辐射。可发光介质响应于其从发射体接收的 电磁辐射发射发光辐射。辐射传感器被布置成接收发光辐射，产生输出信号，所述输出信号 传达与所接收发光辐射的强度相关的信息。所述处理器用于确定所述发射体发射的电磁辐 射强度振荡和辐射传感器产生的输出信号振荡之间的第一相位差，确定与辐射传感器产生 的输出信号振荡幅度相关的信息，并根据随着第一相位差和辐射传感器产生的输出信号振 荡幅度两者变化的函数，确定所述发射体发射的电磁辐射强度振荡和辐射传感器接收的发 光辐射强度振荡之间的第二相位差。 本发明的另一方面涉及一种用于确定与一团流体中一种或多种气态分析物相关 的信息的方法。在一个实施例中，所述方法包括发射具有强度以周期性方式振荡的电磁辐 射，发射所述电磁辐射，使得所发射的电磁辐射变为入射在与一团流体操作性相通的可发 光介质上，其中，所述可发光介质响应于其从发射体接收的电磁辐射发射发光辐射；接收所 述发光辐射的至少一部分；产生输出信号，所述输出信号传达与所接收发光辐射的强度相 关的信息；确定所发射的电磁辐射强度的振荡和所产生输出信号振荡之间的第一相位差； 确定与所产生输出信号的振荡幅度相关的信息；以及根据随着第一相位差和所产生输出信 号的振荡幅度两者变化的函数，确定所发射的电磁辐射强度的振荡和所接收的发光辐射强 度的振荡之间的第二相位差。 本发明的另一方面涉及一种用于确定与一团流体中一种或多种气态分析物相关 的信息的传感器。在一个实施例中，该传感器包括用于发射强度以周期性方式振荡的电磁 辐射的器件，发射所述电磁辐射，使得所发射的电磁辐射变得入射在与一团流体操作性相 通的可发光介质上，其中，所述可发光介质响应于其从所述发射体接收的电磁辐射发射发 光辐射；用于接收所述发光辐射的至少一部分的器件；用于产生输出信号的器件，所述输 出信号传达与所接收发光辐射的强度相关的信息；用于确定所发射的电磁辐射强度的振荡 和所产生输出信号振荡之间的第一相位差的器件；用于确定与所产生输出信号的振荡幅度 相关的信息的器件；以及用于根据随着第一相位差和所产生输出信号的振荡幅度两者变化 的函数，确定所发射的电磁辐射强度的振荡和所接收的发光辐射强度的振荡之间的第二相 位差的器件。 本发明的另一方面涉及一种用于确定与一团流体中一种或多种气态分析物相关 的信息的传感器。在一个实施例中，该传感器包括发射体、驱动模块、可发光介质、辐射传感器和处理器。发射体用于发射电磁辐射，使得所发射电磁辐射的强度以周期性方式振荡。 驱动模块用于产生发送到发射体的驱动信号，其中，驱动信号的一个或多个方面以某种方 式振荡，使发射体发射的电磁辐射强度产生振荡。可发光介质与一团流体操作性相通并被 布置成从发射体接收电磁辐射。可发光介质响应于其从发射体接收的电磁辐射发射发光辐 射。辐射传感器被布置成接收发光辐射，并产生输出信号，所述输出信号传达与所接收发光 辐射的强度相关的信息。处理器包括第一处理模块和第二处理模块。第一处理模块用于处 理由辐射传感器产生的输出信号，以确定与发射体所发射的电磁辐射强度的振荡和辐射传 感器接收的发光辐射强度振荡之间的相位差相关的信息。第二处理模块用于接收对应于由 驱动模块产生的驱动信号的信号，向所接收信号应用一个或多个仿真第一处理模块向辐射 传感器产生的输出信号所应用的一个或多个处理过程的处理过程，并基于对未经第二处理 模块处理的所接收信号和第二处理模块处理之后的所接收信号的比较确定在处理辐射传 感器产生的输出信号期间由第一处理模块导致的延迟的当前估计值。 本发明的另一方面涉及一种用于确定与一团流体中一种或多种气态分析物相关 的信息的方法。在一个实施例中，该方法包括产生振荡的驱动信号；向发射体发送驱动信 号，所述发射体用于向与一团流体操作性相通的可发光介质上发射电磁辐射，可发光介质 响应于其从发射体接收的电磁辐射发射发光辐射，其中，所述驱动信号使发射体发射的电
磁辐射强度以周期性方式振荡；接收发光辐射；产生输出信号，所述输出信号传达与所接 收发光辐射的强度相关的信息；处理所产生的输出信号，以确定与所发射的电磁辐射强度 的振荡和所接收的发光辐射强度的振荡之间的相位差相关的信息；接收对应于振荡驱动信 号的信号；向所接收信号应用一个或多个仿真在确定与相位差相关信息期间应用于所产生 输出信号的一个或多个处理过程的处理过程；以及基于未处理的所接收信号和应用一个或 多个处理过程之后的所接收信号的比较确定与处理所产生输出信号相关联的延迟的当前 估计。 本发明的另一方面涉及一种用于确定与一团流体中一种或多种气态分析物相关 的信息的传感器。在一个实施例中，该传感器包括用于产生振荡驱动信号的器件；用于向发 射体发送驱动信号的器件，所述发射体用于向与一团流体操作性相通的可发光介质上发射 电磁辐射，可发光介质响应于其从发射体接收的电磁辐射发射发光辐射，其中，所述驱动信 号使发射体发射的电磁辐射强度以周期性方式振荡；用于接收发光辐射的器件；用于产生 输出信号的器件，所述输出信号传达与所接收发光辐射的强度相关的信息；用于处理所产 生的输出信号，以确定与所发射的电磁辐射强度的振荡和所接收的发光辐射强度的振荡之 间的相位差相关的信息的器件；用于接收对应于振荡驱动信号的信号的器件；用于向所接 收信号应用一个或多个仿真在确定与相位差相关信息期间应用于所产生输出信号的一个 或多个处理过程的处理过程的器件；以及用于基于未处理的所接收信号和应用一个或多个 处理过程之后的所接收信号的比较确定与用于处理所产生输出信号的器件相关联的延迟 的当前估计值的器件。 参考附图考虑以下说明书和所附权利要求，将更加明了本发明的这些和其他目 的、特征和特性以及结构相关元件及部件组合的操作方法和功能，以及制造的经济性，全部 附图构成本说明书的一部分，其中，类似的附图标记表示各图中的对应部分。然而应当明白 地理解，附图仅仅是为了例示和说明而不是意在定义本发明的限制。如在说明书和权利要
6求中所用的，除非上下文明确做出不同说明，单数形式"一"、"一个"和"该"包括多个所指对象。
图1是根据本发明一个实施例的系统的示意图，该系统用于确定与一团气体中一 种或多种气态分析物相关的信息； 图2A-2C示出了在根据本发明一个实施例用于确定与一团气体中一种或多种气 态分析物相关的信息的系统之内产生的输出信号的矢量图； 图3示出了确定与一团气体中的一种或多种气态分析物相关的信息的方法；以及
图4示出了调节处理器给信号带来的处理延迟的确定的方法。
具体实施例方式
图1是系统10的示意图，系统10用于确定与一团流体中的一种或多种分析物相 关的信息。系统10包括一个或多个发射体12、光敏探测器14、可发光介质16和处理器18。 系统10可以确定与流路径20中包含的一团流体(例如一团气体)中的一种或多种气态分 析物相关的信息。在一个范例中，由适于向患者和/或从患者承载气体的管道22界定流路 径20。在更特定的范例中，管道22可以与用于与患者气道相通的患者接口器具配合。患者
接口器具的一些范例例如可以包括气管内导管、鼻套管、气管切开插管、面罩、或其他患者 接口器具。本发明不限于这些范例，想到过在很宽范围的环境中确定一团流体中的分析物。
例如，可以在生物反应器或其他系统中实现类似于系统10中所示系统的系统，以确定与一 团包括气体和/或液体的流体中的一种或多种气态分析物相关的信息。
在一些实施方式中，发射体12、光敏探测器14和/或可发光介质16界定传感器。 可以将传感器形成为单个单元，以集成到气道适配器中。例如，2003年9月9日授权给 Labuda等人的题为"OXYGEN M0NIT0RINGAPPARATUS"的美国专利No. 6616896 ( " ' 896专 禾U")和2003年10月14日授权给Blazewicz等人的题为"0XYGEN M0NIT0RINGAPPARATUS" 的美国专利No. 6632402 ( "' 402专利")都描述了 (1)包括类似于发射体12、光敏探测器 14和/或可发光介质16的一些或全部的部件并(2)确定与一团气体中的一种或多种分析 物相关的信息的传感器。在此通过引用将'896和'402专利都全文并入本文。
发射体12发射被引导到可发光介质16的电磁辐射。如下文进一步论述的，发射 体12发射的电磁辐射包括波长导致可发光介质16发光的电磁辐射。发射体12可以包括 一个或多个有机发光二极管("0LED")、激光器(例如二极管激光器或其他激光源)、发光 二极管("LED")、热阴极荧光灯("HCFL")、冷阴极荧光灯("CCFL")、白炽灯泡、卤素灯 泡、接收到的环境光和/或其他电磁辐射源。 在一种实施方式中，发射体12包括一个或多个绿光和/或蓝光LED。这些LED通 常在可发光介质16的可发光成分吸收区中具有高亮度，并在其他波长(例如UV和/或近 UV)输出较少量的辐射。这使得杂散干扰光和发射体12、光敏探测器14和/或可发光介质 16形成的传感器的光劣化最小。 如上所述，尽管本发明决不限于使用LED，但将LED实现为发射体12的其他优点包 括它们的重量轻、紧凑、功耗低、低电压要求、产热少、可靠、结实、成本较低和稳定。而且可以非常快速、可靠和可再现地开关它们。 在一些实施方式中，系统10可以包括一个或多个光学元件(未示出)，以引导、聚 焦和/或以其他方式处理发射体12发射的辐射。例如， 一个或多个透镜可以沿选定的方向 准直辐射。作为更多具体范例，本文并入的专利'896和'402都披露了使用光学元件处 理由类似于发射体12的发射体发射的辐射。 来自发射体12的电磁辐射可以带有预定幅度调制(例如，具有预定频率、具有预 定最大和/或最小幅度等)到达可发光介质16。预定的幅度调制是周期性的。如本文所 使用的，周期性调制是指幅度的任何调制，其中，调制的频率和/或周期是预定的。这包含 频率和/或周期不恒定的实施例和/或电磁辐射的发射不连续(例如脉冲式)的实施例。 在一个实施例中，可以驱动发射体12以发射具有预定幅度调制的电磁辐射。在另一个实施 例中，系统10可以包括调制发射体12发射的电磁辐射幅度的一个或多个光学元件(未示 出)。 一个或多个光学元件可以包括一个或多个被周期性驱动的有源元件(例如液晶堆体 等)和/或一个或多个周期性地进入和离开发射体12发射的电磁辐射的光路的无源元件 (例如滤波器、半透明反射镜等)。 在图1中可以看出，管道22可以包括窗口 24。窗口 24可以是基本透明的，以使电 磁辐射，例如发射体12发射的电磁辐射进入和/或离开管道22内部。例如，窗口 24可以 由蓝宝石、一种或多种聚合物(例如聚乙烯等)、玻璃和/或其他基本透明材料形成。在一 些实施例(未示出)中，管道22可以包括类似于窗口 24的两个窗口。如'402参考文献 所示和所述，可以在管道22中彼此相对地设置两个窗口 ，以使电磁辐射能够穿过管道22。 在本实施例中，可以将光敏探测器14定位在管道22上与发射体12相对一侧。
可发光介质16是这样一种介质，其响应于来自发射体12的辐射和/或一些其他 激发能量，在与发射体12所提供的电磁辐射不同波长处以基本全向方式发光，以发射由波 形线26表示的发光电磁辐射(例如发光辐射26可以在波长谱的红光部分之内)。该发光 电磁辐射26的强度和/或持续性根据管道22之内一团气体中包括的一种或多种分析物的 相对量而升降。在一个实施例中，氧气通过淬灭发光反应而导致发光辐射26的强度和/或 持续性改变。随着氧气浓度增大，发光辐射26的强度和/或持续性的变化将减小。在一个 实施例中，可发光介质16被形成为发光膜。例如，本文并入的'896和'402专利都披露 了可以用作可发光介质16的膜。 在图1所示的实施例中，可发光介质16设置于透明的热容器28上。采用热容器 28以将可发光介质16保持在基本恒定的工作温度，并由此减小或消除由于可发光介质16 温度波动导致的系统10的不精确性。热容器28是透明的，以使从发射体12发射的电磁辐 射能够到达可发光介质16，并使发光辐射26通过热容器28向探测器14返回。
配置光敏探测器14，使其被定位成接收来自可发光介质16的发光电磁辐射26的 至少一部分。基于所接收的辐射，光敏探测器14产生与所接收辐射的一种或多种性质相关 的一个或多个输出信号。例如，一个或多个输出信号可以与辐射量、辐射强度、辐射的调制 和/或辐射的其他性质相关。在一个实施例中，光敏探测器14包括PIN二极管。在其他实 施例中，将其他光敏器件用作光敏探测器14。例如，光敏探测器14可以采取二极管阵列、 CCD芯片、CMOS芯片和/或其他光敏器件的形式。 配置系统10，使得光敏探测器14产生的一个或多个输出信号与所接收辐射的一
8种或多种性质相关，所接收辐射主要在包含发光辐射26的波长的波长范围之内，但不包括 其他波长的电磁辐射。例如，在一个实施例中，可以靠近光敏探测器14设置滤波器(或多 个滤波器)30，减少不与入射在光敏探测器14上的发光辐射26波长相同的电磁辐射的量 (例如，滤波器30是基本仅透射波长谱的红色部分辐射的滤波器)。在一个实施例中，光敏 探测器14包括波长敏感光电二极管("WSPD")，其对于波长对应于发光辐射26的波长的 电磁辐射尤其有响应，以产生一个或多个输出信号。 尽管设计特征减少了除光敏探测器14产生的一个或多个输出信号中反射的发光 辐射26之外的电磁辐射的量(例如滤波器30， WSPD实施为探测器14等)，这种特征可能 不会完全防止来自除可发光介质16之外的源的电磁辐射影响(一个或多个)输出信号。 例如，环境照明、从发射体12发射并被系统10的部件反射的电磁辐射(例如窗口 24、热容 器26、管道22等)和/或其他电磁辐射可能会影响光敏探测器14产生的( 一个或多个) 输出信号。假设(一个或多个)输出信号仅对应于发光辐射26，如果信息是基于(一个或 多个)输出信号导出的，那么这种辐射在光敏探测器14产生的输出信号中产生两种不精确 性。这两种不精确性包括强度的不精确性(例如外源辐射增大了 (一个或多个)输出信号 中反射的强度)以及衰变时间的差异(例如反射发射体12发射的辐射导致的外源辐射将 具有比发光辐射26更小的衰变时间)。如下文将要论述的，可以在处理(一个或多个)输 出信号以确定与一团气体中存在的一种或多种分析物相关的信息时(至少在一定程度上) 消除这些不精确性。 在一个实施例中，可发光介质16处一团气体中存在的一种或多种气体淬灭由可 发光介质16响应于从发射体12接收辐射表现的发光效应。更具体而言，可发光介质16呈 现的峰值发光和发光衰变时间随着可发光介质16中存在的这些一种或多种气体的量增大 而减小。在一个实施例中， 一种或多种气体可以包括氧气。 处理器18与发射体12和光敏探测器14操作性耦合。处理器18用于确定流路径 20之内一团气体中的一种或多种分析物的信息。处理器18基于已知和/或测量涉及(i) 发射体12发射到可发光介质16上的辐射和(ii)光敏探测器14接收到的包括发光辐射26 的辐射的信息确定该信息。例如，处理器18可以基于一种或多种分析物和可发光介质16 发光衰变时间之间的关系确定关于一团气体中一种或多种分析物的信息。
如图1所示，在本发明的示范性实施例中，处理器18包括驱动模块32、预处理模块 34、抽样模块36、信号相位差模块38、信号幅度模块40、 DC电平模块42、校正模块44、分析 物信息模块46、校准模块46、仿真模块50、处理延迟模块52和延迟调节模块54。模块32、 34、36、38、40、42、44、46、48、50、52和54可以实现于软件；硬件；固件；软件、硬件和/或固 件的一些组合中；和/或以其他方式实现。应当认识到，尽管在图1中将模块32、34、36、38、 40、42、44、46、48、50、52和54示为共处于单个处理单元中，但处理器18可以包括多个处理 单元，且这些处理单元中的一些可以彼此远离。在这种实施例中，模块32、 34、 36、 38、40、42 、 44、46、48、 50、 52和/或54的一个或多个可以与其他模块远离，并可以经由一个或多个通信 链路实现模块之间的操作性通信。这种通信链路可以是无线的或硬连线的。
驱动模块32用于产生发送到发射体12的驱动信号。产生驱动信号，使得驱动信号 的一个或多个方面振荡，使发射体12发射的电磁辐射强度产生振荡。例如，驱动信号可以 是幅度振荡的功率信号。作为另一个范例，驱动信号可以是提供到开关的控制信号，开关控制着从发射体12发射的电磁辐射强度。设计驱动信号的一个或多个方面的振荡，使得发射体12发射的电磁辐射的振荡具有预定幅度、频率和/或波形。应当认识到，以上对发送到发射体12的驱动信号的描述将包括将驱动信号发送到与发射体12相关联的元件，以可控地改变从其发射的电磁辐射的强度水平(例如，可控地相对于发射体12定位滤波器的LCD堆、致动器等)。此外，在一个实施例中，驱动模块32产生驱动信号包括实际产生驱动信号。在另一个实施例中，驱动信号的产生包括控制驱动信号的产生。尽管图1中将驱动模块32示为集成于处理器18之内，但这并非意在限制。在一个实施例中，驱动模块32与处理器18独立并不同，可以与处理器18操作相通或不相通。 预处理模块34接收由光敏探测器14产生的(一个或多个)输出信号并对接收的(一个或多个)输出信号进行一种或多种预处理过程。在一个实施例中，预处理模块34对(一个或多个)输出信号进行编码(例如从模拟到数字，从一种数字形式到另一种数字形式等)。在一个实施例中，预处理模块34过滤(一个或多个)输出信号。例如，预处理模块34可以提供减少(一个或多个)输出信号的假信号的抗假信号滤波器。在处理由光敏探测器14产生的(一个或多个)输出信号时，预处理模块34在(一个或多个)输出信号中带来延迟。如下所述，在一个实施例中，在确定与一团气体中存在的一种或多种分析物相关的信息时解决(至少在某种程度上)这种延迟。 抽样模块36对光敏探测器14产生的一个或多个输出信号抽样(例如在预处理模块34进行预处理之后)。如上文针对驱动模块32所述，在一个实施例中，发射体12发射的电磁辐射的强度以预定频率振荡。该预定频率对应于振荡的预定周期T。在一个实施例中，抽样模块36基本在发射体12发射的电磁辐射强度振荡上两个或更多预定周期点处对探测器14产生的一个或多个输出信号抽样。出于例示的目的，在下文中按照360。方式表达来论述T。然而，应当认识到，可以利用弧度描述T来同样容易地实现这种论述。
如本文所使用的，函数的"周期点"是在一定数量的函数迭代或一定时间量之后返回到自身的点。例如，发射体12发射的电磁辐射强度的振荡周期点会包括每次振荡时发生的振荡中的点(例如，每次振荡中的O。，每次振荡中的60。，每次振荡中的90。等)。
在一个实施例中，抽样模块36可以在间隔预定间隔的预定周期点处对(一个或多个)输出信号抽样。作为非限制性范例，出于下文相对于信号相位差模块38所述的原因，在一个实施例中，抽样模块36在间隔90° (例如T/4)的预定点处对一个或多个输出信号抽样。例如，预定点可以是相对于T的O。和90° 。在一些情况下，预定点可以包括超过两个点(例如O。 、90° 、180°和/或270° )。在其他情况下，预定点可以间隔60° (例如T/6)。作为这种情况的范例，预定点可以包括O。和60° 。 在一个实施例中，抽样模块36基于从驱动模块32接收的信息判断从发射体12发射的电磁辐射强度的振荡中发生了预定周期点。例如，抽样模块36可以接收具有一个或多个方面与驱动模块32产生的驱动信号的一个或多个振荡方面协同振荡的信号。作为另一个范例，抽样模块36可以接收驱动信号自身。作为又一个范例，抽样模块36可以接收(例如，经由脉冲等)表示在驱动信号的一个或多个振荡方面的振荡中出现一个或多个预定点(例如在0。处)的信号。在一个实施例中，抽样模块36基于抽样模块36之内包括的计时器判断从发射体12发射的电磁辐射强度的振荡中出现了预定周期点。
信号相位差模块38判断光敏探测器14在预处理模块34处理之后产生的( 一个或多个)输出信号的振荡(例如，至少部分反映出在探测器14接收的发光辐射26的一个或多个性质的振荡)和发射体12发射的电磁辐射振荡之间的相位差。在一个实施例中，信号相位差模块38不接收与发射体12发射的电磁辐射强度振荡相关的信息(例如，与上文针对抽样模块36接收的信息论述的驱动信号相关的信息)来判断相位差。相反，信号相位差模块38单独基于由抽样模块36提供的已处理(一个或多个)输出信号的样本判断相位差。 作为例示，在一个实施例中，光敏探测器14产生且由预处理模块34处理的输出信号可以按正弦方式振荡(例如，代表入射在光敏探测器14上的发光辐射26的强度的正弦振荡)，可以表示为 I(t) = Asin(wt- 9 ) (1) 其中，"A"代表由探测器14产生并由模块34处理的输出信号的幅度(与发光辐射26的强度幅度有关)，"co "代表发射体12发射的电磁辐射强度振荡的角频率(当以度为单位工作时，"可以表示为360° /T)，"t"表示时间，"e "表示由探测器14产生且由模块34处理的信号和由发射体12发射的电磁辐射强度振荡之间的相位延迟(或相位差)。如上所述，在一个实施例中，抽样模块36在发射体12发射的电磁辐射强度振荡上的两个预定周期点处对信号抽样。 例如，在一个实施例中，由抽样模块36在"t = 0°且在"t = 90°处获取信号的样本。在本实施例中，相位差模块38处理这些样本以确定与9相关的信息，例如tan( e )，
可以将其实现为e的表达，和/或可以通过较少的进一步处理从其确定e 。从方程(l)应
当认识到，可以如下表达抽样模块36在"t = 0°处所取的样本
10。 = Asin (0- 9 ) = -Asin ( 9 ) (2) 于是可以将抽样模块36在"t = 90°处所取的样本表示为
190。 = Asin(90。
- 9)=Acos(e) (3) 在一个实施例中，将在"t = 0°处所取的样本除以在"t = 90°所取的样本，信
号相位差模块38如下确定与9相关的信息
;乂cos(。 (4) 应当认识到，上文出于例示目的提供了抽样模块36在"t = 0°和"t = 90°处所取的信号样本的实施。在其他实施例中，抽样模块36在发射体12发射的电磁辐射强度振荡中间隔T/4的预定周期点(例如在"t = 180°和"t = 270° )取得信号样本，信号相位差模块38以与上述基本相同的方式确定与9相关的信息(例如通过除法来确定tan ( 9))。 如上所述，在一个实施例中，由抽样模块36在发射体12发射的电磁辐射强度振荡中间隔T/6的两个预定周期点处对探测器14产生并由模块34处理的信号样本进行抽样。例如，周期点可以包括"t = 0°禾P"t二60。。在本实施例中，可以如方程2中所示表达在"1 = 0°处取的样本，可以如下(根据方程(1)中所述的关系)表达在"t = 60°处取的样本 160。 = Asin(60。
_ 9 ) =—Asin( 9—60° ) = Asin 9 cos60—Acos 9 sin60 (5)
信号相位差模块38然后将在"t = 60°处所取的样本除以包括"t = 0°的样
本，可以将此如下表达为
<formula>formula see original document page 12</formula> 可以将方程(6)中表达的关系简化成如下函数，这使得信号相位差模块38能够根
据抽样模块36所取样本的商确定tan e :
tan ^ =
ly/一 J 60。
A' (7) 如上述实施例的情况那样，其中，，预定周期点间隔T/4，为了例示仅提供了预定周期点"t = 0°禾P "t = 60°的实施例，也想到了预定周期点间隔T/6的其他实施例。
从以上描述应当认识到，由信号相位差模块38确定的相位差9与发光材料16的发光衰减相关。如果相位差9是发光材料16接收的电磁辐射(例如由发射体12发射)强度振荡和发光辐射26的强度振荡之间的相位差的严格度量，那么e会提供发光衰变时间的严格度量。实际上，在一个实施例中，可以将信号相位差模块38确定的相位差e实现
为发光衰变时间的近似，并可以直接基于e (例如，如下所述通过分析物信息模块46)确定
与一团气体中存在的一种或多种分析物相关的信息。不过，如上所述，各种不精确性的来源
(例如探测器14探测到除发光辐射26之外的辐射，由预处理模块34导致的延迟等)会减小基于9而未经校正确定的信息精确度(例如，如下文相对于校正模块44所述)。
幅度模块40用于确定与发光辐射26的强度振荡幅度相关的信息。在一个实施例中，这包括基于抽样处理器36所取的信号样本确定由光敏探测器14产生的( 一个或多个)输出信号振荡幅度(例如，如方程(1)所示)。如上所述，抽样处理器36所取的信号样本可以包括在发射体12发射的电磁辐射强度振荡中间隔T/4的预定周期点所取的样本。例如，预定周期点可以包括"t = 0°和"t = 90° 。在本实施例中，幅度模块40开始通过将样本取平方并随后将它们相加来确定由抽样处理器36抽样的信号幅度。可以如下表示这些过程(基于方程(2)和(3)所述的关系)
/02,+《'=J2sin20 +J2cos2e = J2 (g^ 在方程(8)中可以看出，幅度模块40然后可以通过确定抽样模块36所取样本平方和的平方根来确定抽样模块36抽样的信号幅度。在抽样模块36对探测器14产生并由模块34处理的信号抽样所在的预定点间隔发射体12发射的电磁辐射强度振荡的T/6的实施例中(例如"t = 0°和"t = 60° )，方程(2)和(5)表示所取的样本。可以如下进一步简化在"t = 60°所取的样本
602 ° 2 2 2 (9)
12
可以将这种关系(在进一步简化之后)表示为
2J幼。=7。。 + Vi^42 - "。
可以将其重写为以下函数，该函数描述作为i。。和i6
'2 + f 20e卞"1600
0"60。
(10)
函数的幅度
(11) 幅度模块40可以实施方程(11)来确定由光敏探测器14产生、由预处理模块34处理并由抽样模块36在"t = 0°和"t = 60°处抽样的输出信号幅度。
DC电平模块42用于确定由光敏探测器14产生、由预处理模块34处理并由抽样模块36抽样的输出信号中存在的DC电平。在一个实施例中，由抽样模块36在发射体12发射的电磁辐射强度振荡之内彼此间隔T/4的四个预定周期点(例如"t = 0° 、 "t = 90° 、wt = 180°和"t = 270° )处对这种信号抽样。可以如下(根据方程(1)中所述的关系)表示这些样本
I0。=Asin(0° - 9 )+DC =-Asin 9+DC (12)I90。 = Asin(90。
- 9 )+DC = Acos 9+DC (13)I180。 = Asin(180。
- e )+DC = Asin e+DC (14)I270。 = Asin(270。
- e )+DC =-Acos e+DC (15)
然后可以组合从方程(12)-(15)中选择的两个以确定样本中存在的DC电平。例
如，可以利用以下任一种关系由DC电平模块42确定DC :
Z)C-^^或a6)
2 ,DC = /w化70
2 (17) 应当认识到，在由探测器14产生并由模块34处理的信号包括DC电平的情况下，可以调整上文针对信号相位差模块38和/或幅度模块40所述的技术以解决DC电平的问题。例如，在一个实施例中，信号相位差模块38实施方程(12)-(15)中所述的(由抽样模块36所取的)样本以如下确定tan e :
tan汐= 在
所取的)样本 (I180。 -I
2爿cos0/9。.-/27。， (18)
个实施例中，幅度模块40如下实施方程(12)-(15)中所述的(由抽样模块36
)2+(W —工27cr )2 = 4A2(sin2 9 +cos2 9 )
4A2
(19)
=1(^180, - Jq')2 + —^270 )
一 "V ^
(20) 校正模块44用于确定发射体12发射的电磁辐射强度振荡和光敏探测器14接收
13的发光辐射26的强度振荡之间的相位差。相位差可以是通过对信号相位差模块38确定的相位差(即，发射体12发射的电磁辐射强度的振荡和探测器14产生并由模块34处理的信号振荡之间的相位差)施加校正而确定的校正相位差。 在一个实施例中，基于从信号相位差模块38确定的相位差导出的一个或多个参数确定校正相位差。这种校正相位差可以补偿由光敏探测器14接收到的除发光辐射26之外的电磁辐射带来的不精确性和处理器34的(例如通过预处理模块34)处理导致的延迟。这些不精确性来源都在上文论述了。校正矢量差是(i)探测器14输出并由模块34处理的信号幅度和(ii)信号相位差模块38确定的相位差的函数。对于施加到类似于信号相位差模块38确定的相位差的信号相位差的校正仅随着探测器所产生信号的幅度或所确定信号相位差大小之一变化的系统而言，这提供了增强的校正效果。 出于例示的目的，图2A-2C是示出了由探测器14产生并由模块34处理的信号各方面的矢量图。更具体而言，图2A示出了相位复矢量56，表示由探测器14产生并由模块34处理的输出信号中基本对应于探测器14处对发光辐射26的接收的部分的(信号和发射体12发射的电磁辐射强度振荡之间)相位差和大小。 图2B示出了相位58，表示由探测器14产生并由模块34处理的输出信号中对应于系统10中一个或多个干扰源的部分的相位差和大小。例如，一个或多个噪声源可以包括(i)探测器14接收到除发光辐射26之外的电磁辐射和/或(ii)由处理器18的处理导致的延迟(这增加了输出信号的外在相位差)。 图2C示出了包括相位复矢量56和相位复矢量58的相位复矢量60，其代表由探测器14产生并由模块34处理的信号的相位差9 。从图2A、2B和2C可以认识到，由于实施相位复矢量来为相位复矢量58确定适当的校正，即使在相位复矢量58的相位差a和大小保持恒定时，由校正模块40校正的相位q)和相位e之间的差异仍将随着相位复矢量60表示的信号大小和相位差e的变化而变化。 接下来是校正模块44实施关系导出，以确定发射体12发射的电磁辐射强度振荡和发光辐射26的强度振荡之间的校正相位差。如图2A中所示，相位复矢量56的大小表示为Aluffl。相位复矢量56的X分量表示为Xluffl(可以将其重写为Alm]C0S (p )，相位复矢量56的Y分量表示为Ylmi(可以将其重写为Alufflsin (p )。类似地，在图2B中示出，相位复矢量58的大小表示为An。ise。相位复矢量58的X分量表示为Xn。ise (可以将其重写为An。iseC0S a )，相位复矢量58的Y分量表示为Yn。ise(可以将其重写为An。isesin a )。最后，如图2C所示，为了接下来进行推导，相位复矢量60的大小表示为Asig。相位复矢量60的X分量表示为Xsig(可以将其重写为Asigcos e )，相位复矢量60的Y分量表示为Ysig (可以将其重写为Asigsin e )。
在一个实施例中，校正模块44确定与相位差cp相关的信息，例如tan q>。可以将此如下表示为 <formula>formula see original document page 14</formula>
(21) 通过代数展开和简化，可以将方程(21)重写为<formula>formula see original document page 15</formula> 如果方程(23)中所示的比值上部和下部除以An。ise，并将关系Xn。ise = An。isecoS a 、 Yn。ise = An。isesina 、Xsig = Asigcos e和Ysig = Asigsin e用于代入，那么方程(23)可以重写
为<formula>formula see original document page 15</formula>
如上所述，分别由幅度模块40和信号相位差模块38确定A^和e。从该信息可 以确定方程(24)的所有参数，a和An。^除外。在一个实施例中，存储(例如基于由校准 模块48执行的校准程序，如下所述)或确定(例如，由延迟模块52如下所述确定)a和/ 或An。k的值，于是，可以视为它们是校正模块44已知的。因此，在一个实施例中，校正模块 44实施方程(24)中所示的关系以确定发射体12发射的电磁辐射振荡和光敏探测器14接 收的发光辐射26的振荡之间的校正相位差。 返回图1，分析物信息模块46用于基于发射体12发射的电磁辐射强度振荡和可 发光介质16发射的发光辐射26强度振荡之间的相位差确定与管道22之内一团气体中的 一种或多种分析物相关的信息(例如，由信号相位差模块38确定，由校正模块44确定，等 等)。例如，校正模块44确定的相位差与可发光材料16的发光衰变时间相关。如上所述， 可发光材料16的衰变时间根据可发光介质16中存在的一种或多种气体的量而变化。因此， 分析物信息模块46能够基于由校正模块44确定的相位差确定与这一种或多种气体相关的 信息(例如，可发光材料16中存在的量)。例如，分析物信息模块46可以确定与一种或多 种气体相关的浓度、分压和/或其他信息。在一些实施例中，一种或多种气体包括氧气。
校准模块48用于根据校准程序校准系统10。校准程序使校准模块48能够确定上 文针对方程(24)所述的a和An。^之一或两者的值。这将使校正模块44能够(例如，根 据方程(24)中表示的关系)确定与发射体12发射的电磁辐射强度振荡和发光辐射26之 间的相位差相关的信息。 在一个实施例中，校准程序包括从管道22去除可发光介质16，然后如同有可发光 介质16那样操作系统10。这包括从发射体12以振荡的强度发射电磁辐射，在光敏探测器 14接收辐射，响应于所接收的电磁辐射产生输出信号。应当认识到，由于已经从管道22去 除了可发光介质16，因此在该校准过程期间将到达光敏探测器14的电磁辐射将基本唯一 包括由噪声构成的电磁辐射(例如，产生如图2C中的相位复矢量58所示的偏移)。这种电 磁辐射例如可以包括反射的发射体12发射的电磁辐射以及环境辐射。
还应当认识到，校准期间探测器14接收的电磁辐射(例如反射辐射)强度振荡和 校准期间发射体12发射的电磁辐射强度振荡之间的相位差应当基本为零。然而，在由预处 理模块34和抽样模块36处理之后，信号相位差模块38将通常检测探测器14产生的输出 信号的振荡和发射体12发射的电磁辐射强度振荡之间的相位差。如上所述，这种差异可以
15包括处理器18处理输出信号引入的延迟。 由于校准过程期间中探测器14接收到的电磁辐射以及处理器18引入到探测器14 的(响应于所接收的电磁辐射产生的)输出信号的延迟的原因，可以将光敏探测器14产生 的输出信号表示为图2B中的相位复矢量58。为了校准系统IO，处理器18处理由光敏探测 器14产生的输出信号以确定An。^和a。例如，信号相位差模块38通过确定校准程序期 间由探测器14产生的输出信号振荡和发射体12发射的电磁辐射强度振荡之间的相位差而 确定a 。校准模块48存储这一对a的确定，供校正模块44将来(例如，在实施方程(24) 时)实施。类似地，幅度模块40确定在校准程序期间的An。ise或由光敏探测器14产生的输 出信号的振荡幅度，校准模块48存储An。ise的这一确定，供将来由校正模块44 (例如在实施 方程(24)期间)实施。 在一个实施例中，校准程序不包括从管道22排除可发光介质16，而是包括向管道 22中提供具有一种或多种已知性质的一种或多种分析物。例如，在管道22之内的一团气体 中可以包括已知浓度的分析物(例如氧气)。举例来说，环境气氛可以包括已知浓度的分 析物(例如环境气氛中有 21%的氧气)，并可以将环境气氛引入管道22中。然后，利用 方程(24)中表示的关系，在可发光介质16中存在已知浓度分析物时，可以基于光敏探测器 14产生的输出信号确定An。k。例如，可以将方程(24)如下重写为4>自=^地cos 0. cos a +《g sin 6> sin a -~^-^~^- 因为tan (Kn。wn对应于已知浓度的分析物(环境气氛中已知浓度的氧气)导致的 已知相位差，因此方程(25)使校准模块能够基于探测器14产生的输出信号确定An。k。
从方程(25)应当认识到，上述校准程序的第二实施例(管道22之内有已知浓度 的分析物)不能重新计算a 。相反，实施a的先前确定值(例如，根据上述校准程序的第 一实施例确定)。因此，在一些实施方式中，校准模块48实施校准程序的第一实施例以确定 An。^和a ，然后以各种间隔实施上述校准程序的第二实施例以重新确定和/或细调An。^的 确定。如下文针对模块50、52和54所述，可以实施除校准模块48进行的校准之外的一种 或多种技术来监测和/或细调a 。 如上所述，在处理由探测器14产生的输出信号时，处理器18(例如预处理模块34) 通常向信号带来可以在处理器18之内补偿的延迟。为了确定这一延迟，仿真模块50仿真 由预处理模块34提供给信号的处理。例如，仿真模块50可以对提供给它的信号进行编码 (例如，从模拟到数字、从一种数字形式到另一种数字形式等)和/或滤波(例如，提供抗假 信号)。在一个实施例中，提供给仿真模块50的信号包括由驱动模块32产生的信号。在一 个实施例中，提供给仿真模块50的信号包括由光敏探测器14产生的输出信号。
延迟模块52用于确定在仿真预处理模块34的至少一些处理期间由仿真模块50 带给信号的延迟。在一个实施例中，这包括在处理之前将仿真模块50接收的信号与仿真模 块50处理后的相同信号进行比较以确定其间的延迟S 。 应当认识到，这一延迟将与预处理模块34处理引入系统10中的延迟基本相同。 因为由预处理模块34导致的延迟是(图2B和2C所示和上述)相位差S的主要成分，延 迟模块52确定的延迟S将与a成预定关系漂移(例如，由于温度、湿度、电子线路的变化 等)。在一个实施例中，延迟模块52连续(和基本连续)确定仿真模块50导致的延迟S ，延迟调节模块54用于从延迟模块52对S进行的初始测量或S。确定漂移(A S)，其中， S-S。 = A S 。延迟调节模块54从A S的确定结果确定补偿漂移A S而应当调节a的 对应量(A a)。例如，在S和a以大致成正比的关系漂移时，可以由延迟调节模块54将 △ a确定为A S*k = A a ，其中，k为比例常数。在一些情况下，A S禾P A a之间的对应 关系可能不精确。在这些情况下，如果A S变得大于预定量，延迟调节模块56触发校准模 块48对系统10进行校准，该校准更直接地测量a (例如，上述校准程序的第一实施例)。
图3示出了确定与一团气体中的一种或多种气态分析物相关的信息的方法62。尽 管下文相对于系统10的部件(图l所示，上文所述)论述了方法62的各操作，应当认识到， 这仅是出于例示目的，这种论述并非意在限制。相反，可以在与系统io所示的环境不同的 各种环境中实施方法62。 方法62包括操作64，在操作64，驱动发射体发射强度以周期性方式振荡的电磁辐 射。操作64可以包括产生驱动信号以驱动发射体和/或向发射体发送驱动信号。在一个 实施例中，由与驱动模块32(图1所示，上文所述)相同或相似的驱动模块执行操作64。
在操作66，发射强度以周期性方式振荡的电磁辐射。所发射电磁辐射的强度将根 据驱动信号(例如，在操作64中产生和/或发送的驱动信号)而振荡。操作66还包括向 设置于一团气体之内的可发光介质发射电磁辐射。在一个实施例中，操作66包括调制从与 发射体12(图1所示和上文所述)相同或类似的发射体发射的电磁辐射的强度，并向与可 发光介质16(图1所示和上文所述)相同或类似的可发光介质引导电磁辐射。
在操作68，接收由可发光介质响应于接收在操作66发射的电磁辐射而发射的发 光辐射。在一个实施例中，可以由与光敏探测器14(图1所示和上文所述)相同或类似的 光敏探测器接收发光辐射。 在操作70，产生一个或多个输出信号，所述一个或多个输出信号传达与在操作68 接收的发光辐射强度相关的信息。在一个实施例中，由被实现为在操作68中接收发光辐射 的光敏探测器产生一个或多个输出信号。 在操作72，为在操作70产生的一个或多个输出信号提供预处理。预处理例如可以 包括编码、解码、滤波(例如用于抗假信号等)和/或其他处理。在一个实施例中，由与处 理器18的预处理模块34(图1所示和上文所述)相同或相似的处理器的预处理模块执行 操作72。 在操作74，基本在在操作66发射的电磁辐射强度振荡中的两个或更多预定周期 点处对一个或多个输出信号进行抽样。在一个实施例中，由与处理器18的抽样模块36(图 1所示和上文所述)相同或相似的处理器的抽样模块执行操作74。 在操作76，确定在操作70产生并在操作72处理的输出信号和在操作66发射的电 磁辐射强度振荡之间的相位差。可以基于在操作74所取的样本确定相位差。在一个实施 例中，由与处理器18的信号相位差模块38(图1所示和上文所述)相同或相似的处理器的 信号相位差模块执行操作76。 在操作78，确定在操作70产生的一个或多个输出信号的振荡幅度。可以基于在操 作74所取的样本确定幅度。在一个实施例中，由与处理器18的幅度模块40(图1所示和 上文所述)相同或相似的处理器的幅度模块执行操作78。在操作80，确定校正相位差。校正相位差表示在操作66发射的电磁辐射强度振荡
17和在68接收的发光辐射强度振荡之间的相位差。基于在操作76确定的相位差和在操作78 确定的幅度确定校正相位差。在一个实施例中，由与处理器18的校正模块44(图1所示和 上文所述)相同或相似的处理器的校正模块执行操作80。 在操作82，基于在操作80确定的校正相位差确定与一种或多种分析物相关的信 息。在一个实施例中，由与处理器18的分析物信息模块46(图1所示和上文所述)相同或 相似的处理器的分析物信息模块执行操作82。 图4示出了调节处理器给信号带来的处理延迟的确定的方法84。尽管下文相对于 系统10的部件(图1所示和上文所述)论述了方法84的各操作，但应当认识到这仅仅出 于例示的目的，这种论述并非意在限制。相反，可以在与系统10所示的环境不同的各种环 境中实施方法84。 在操作86，接收振荡信号。在一个实施例中，振荡信号是由处理器实际处理的信 号。在另一个实施例中，振荡信号是一些其他振荡信号。 在操作88，针对在操作86接收的信号仿真由处理器提供的一个或多个处理过程。 例如，一个或多个处理过程可以包括由处理器提供的一个或多个预处理过程(例如编码、 解码、滤波等)。在一个实施例中，由与处理器18的仿真模块50(图l所示和上文所述)相 同或相似的处理器的仿真模块执行操作88。 在操作90，确定在操作88执行的操作给在操作86接收的信号带来的延迟。这一 延迟与处理器提供的处理延迟相关。在一个实施例中，由与处理器18的延迟模块52(图1 所示和上文所述)相同或相似的处理器的延迟模块执行操作90。 在操作92，确定在操作90确定的延迟漂移。通过将在操作90确定的漂移与事先 确定的延迟进行比较来确定延迟漂移。在一个实施例中，由与处理器18的延迟调节模块 54(图1所示和上文所述)相同或相似的处理器的延迟调节模块执行操作92。
在操作94，将在操作92确定的延迟漂移与预定阈值比较。如果在操作92确定的 漂移超过了预定阈值，那么方法84前进到校准操作96，在操作96，校准由处理器提供的延 迟(与在操作88执行的仿真所关联的相反)。如果在操作94判定在操作92确定的漂移未 超过预定阈值，那么方法84前进到操作98。 在操作98，确定对处理器提供的延迟计算值的调节(与在操作88执行的仿真所 关联的延迟相反)。该调节反映了在操作94确定的漂移。在一个实施例中，由与处理器18 的延迟调节模块54(图1所示和上文所述)相同或相似的处理器的延迟调节模块执行操作 98。 在操作100，向处理器提供的延迟计算值应用在操作98确定的调节。在一个实施 例中，由与处理器18的延迟调节模块54(图1所示和上文所述)相同或相似的处理器的延 迟调节模块执行操作98。 尽管已经基于当前认为是最实际和优选的实施例出于例示的目的详细描述了本 发明，但应当理解，这样的细节仅仅出于上述目的，本发明不限于所披露的实施例，而是相 反，意在覆盖所附权利要求的精神和范围之内的修改和等价设置。例如，应当理解，本发明 想到，在可能的范围内，可以将任何实施例的一个或多个特征与任何其他实施例的一个或 多个特征组合。
18
权利要求
一种用于确定与一团流体中的一种或多种气态分析物相关的信息的传感器(10)，所述传感器包括用于发射电磁辐射从而使得所发射电磁辐射的强度以周期性方式振荡的发射体(12)；可发光介质(16)，所述可发光介质与所述一团流体操作性连通并被布置成接收来自所述发射体的电磁辐射，其中，所述可发光介质响应于所接收的来自所述发射体的电磁辐射而发射发光辐射；被布置成接收所述发光辐射的辐射传感器(14)，所述辐射传感器产生输出信号，所述输出信号传达与所接收发光辐射的强度相关的信息；以及处理器(18)，所述处理器用于在由所述发射体发射的电磁辐射强度振荡上两个或更多预定周期点对所述辐射传感器产生的输出信号进行抽样，并且其中，所述处理器基于所述输出信号的样本来确定与由所述发射体发射的电磁辐射强度的振荡和由所述辐射传感器接收的发光辐射强度的振荡之间的相位差相关的信息。
2. 根据权利要求1所述的传感器，其中，所述处理器还用于基于所述输出信号的样本 来确定由所述辐射传感器接收的发光辐射强度的振荡幅度。
3. 根据权利要求1所述的传感器，其中，对所述输出信号抽样的周期点间隔时间t，其 中，(a)t = wT/4，或其中，t = WT/6，其中，T表示由所述发射体发射的电磁辐射强度的振 荡周期，并且其中，n表示整数。
4. 根据权利要求1所述的传感器，其中，与由所述发射体发射的电磁辐射强度的振荡 和所述发光辐射强度的振荡之间的相位差相关的信息包括tan(e)，其中，e表示所述相位差。
5. 根据权利要求1所述的传感器，其中，所述处理器还用于基于所述输出信号的样本 来确定由所述辐射传感器产生的输出信号中存在的DC电平。
6. —种确定与一团流体中的一种或多种气态分析物相关的信息的方法，所述方法包括发射具有强度且以周期性方式振荡的电磁辐射，其中，发射所述电磁辐射，从而使得所 发射的电磁辐射入射在与所述一团流体操作性连通的可发光介质上，并且其中，所述可发 光介质响应于所接收的电磁辐射而发射发光辐射；接收所述发光辐射中的至少一部分；产生输出信号，所述输出信号传达与所接收发光辐射的强度相关的信息； 在所发射的电磁辐射强度的振荡上的两个或更多预定周期点对所述输出信号进行抽 样；以及基于所述输出信号的样本，确定与所发射的电磁辐射强度的振荡和所接收的发光辐射 强度的振荡之间的相位差相关的信息。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，确定与所述相位差相关的信息包括基于所述输 出信号的样本来确定所接收的发光辐射强度的振荡幅度。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中，对所述输出信号抽样的周期点间隔时间t，其中， (a)t = WT/4，或其中，(b)t = WT/6，其中，T表示所述发射体发射的电磁辐射强度的振荡 周期，并且其中，n表示整数。
9. 根据权利要求6所述的方法，其中，与由所述发射体发射的电磁辐射强度振荡和所 述发光辐射强度振荡之间的相位差相关的信息包括tan(e)，其中，e表示所述相位差。
10. 根据权利要求6所述的方法，还包括基于所述输出信号的样本来确定所述输出信 号中存在的DC电平。
11. 一种用于确定与一团流体中的一种或多种气态分析物相关的信息的传感器(10)， 所述传感器包括用于发射具有强度且以周期性方式振荡的电磁辐射的器件(12)，其中，发射所述电磁 辐射，从而使得所发射的电磁辐射入射在与所述一团流体操作性连通的可发光介质上，并 且其中，所述可发光介质响应于所接收的电磁辐射而发射发光辐射；用于接收所述发光辐射中的至少一部分的器件(14);用于产生输出信号的器件(32，34)，所述输出信号传达与所接收发光辐射的强度相关 的信息；用于在所发射的电磁辐射强度的振荡上的两个或更多预定周期点对所述输出信号进 行抽样的器件(36);以及用于基于所述输出信号的样本来确定与所发射的电磁辐射强度的振荡和所接收的发 光辐射强度的振荡之间的相位差相关的信息的器件(18)。
12. 根据权利要求11所述的传感器，其中，用于确定与所述相位差相关的信息的器件 包括用于基于所述输出信号的样本来确定所接收的发光辐射强度的振荡幅度的器件。
13. 根据权利要求11所述的方法，其中，对所述输出信号抽样的周期点间隔时间t，其 中，(a)t = wT/4，或其中，(b)t = WT/6，其中，T表示所述发射体发射的电磁辐射强度的 振荡周期，并且其中，n表示整数。
14. 根据权利要求11所述的方法，其中，与由所述发射体发射的电磁辐射强度的振荡 和所述发光辐射强度的振荡之间的相位差相关的信息包括tan(e)，其中，e表示所述相位差。
15. 根据权利要求11所述的方法，还包括基于所述输出信号的样本来确定所述输出信 号中存在的DC电平。
全文摘要
一种传感器确定与一团流体中的气态分析物相关的信息。该传感器包括发射体、可发光介质、辐射传感器和处理器。发射体发射具有振荡强度的电磁辐射。可发光介质与一团流体连通并响应于所接收的电磁辐射发射发光辐射。辐射传感器接收发光辐射，并基于所接收的发光辐射的强度产生输出信号。处理器用于在电磁辐射强度振荡上两个或更多预定周期点对所述辐射传感器产生的输出信号抽样，以从样本中确定与所述发射体发射的电磁辐射强度的振荡和所述辐射传感器接收的发光辐射强度的振荡之间的相位差相关的信息。
文档编号G01N21/00GK101784879SQ200880103928
公开日2010年7月21日 申请日期2008年8月21日 优先权日2007年8月22日
发明者J·D·马丁, J·R·德尔法瑞洛 申请人:Ric投资有限责任公司