[发明专利]具有温度补偿的样品浓度检测器

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测样品混合物中样品的浓度的样品传感器，该样品传感器包括用于产生光束以激发样品的分子的光源，用于检测样品的受激分子数量并且提供指示该数量的检测器电流的检测器元件，以及耦合至该检测器元件且用于处理该检测器电流以生成表示浓度的输出信号的处理部件，该样品传感器进一步包括用于补偿光源的温度相关的波长漂移的装置。

背景技术

从美国专利6,552,792中可以得知这种样品传感器。该美国专利描述了一种用以测量气体混合物中痕量气体的浓度的波长调制的光声光谱系统和方法。该方法包括：从光源产生光；将光透过样品区域；利用声波检测器对由光透过样品区域而产生的声音进行采样；以及使用波长控制器来控制光的波长。在痕量气体的最优吸收波长附近，以频率f进行波长调制。当来自光源的光的平均波长由于温度变化而改变时，检测波长漂移。波长控制器通过调节平均波长来补偿这一效应。

实现温度补偿如下。部分光透过具有相对较高浓度的痕量气体的参考气室。参考气室后面的光电二极管提供取决于参考气室中的吸收的信号。采用频率f的波长调制导致光电二极管信号以频率2f变化(每个调制周期内两个吸收峰值)。当光源产生的光的波长由于温度变化而发生漂移时，恰好不在最优吸收值附近进行调制。结果，调制频率的奇次谐波(3f)被引入到检测信号中。当平均波长漂移穿过痕量气体的吸收光谱时，光检测器上的3f信号变化并且在激光平均波长对应于吸收线的中心时等于零。为了最小化光电二极管信号中的3f分量，波长控制器调节光源的平均波长。

虽然这种方法可以用于研究机构的基础研究中，但对于商业产品而言使用参考气室并不是优选的方法。因为参考气室信号是基于吸收的，这就要求一个长的参考气室，而长的参考气室对于紧凑的传感器而言是没有什么吸引力的，或者在需要使用高浓度的例如二氧化氮的情况下，当参考气室意外破裂时，这非常危险的。另外，参考气室的问题在于，由于例如壁粘附(wall sticking)或者分解，一些气体的浓度在较长时间内是不稳定的。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种样品传感器，其在不使用参考气室的情况下能够针对温度变化校正输出信号。

根据本发明的第一方面，通过一种用于检测样品混合物中样品浓度的光声痕量气体检测器来实现这一目的。所述光声痕量气体检测器包括：光源，用于产生光束以激发所述样品的分子；光调制器，用于调制所述光束以改变受激分子的数量并因此产生所述样品混合物中的压力变化；检测器元件，用于检测所述样品的受激分子的数量，其中所述检测器元件包括用于将所述压力变化转换为指示所述数量的检测器电流的压力传感器；处理部件，耦合至所述检测器元件并用于处理所述检测器电流以生成表示所述浓度的输出信号，其中所述处理部件包括温度补偿模块，该温度补偿模块被配置为针对所述光源的温度相关的波长漂移，基于所述光源的除输出波长以外的温度相关的参数的至少一个测量值来校正所述输出信号；以及参数测量装置，用于获得所述至少一个测量值。

本发明基于以下构思：不仅所发出的光的波长取决于温度，而且其它光源参数也是温度相关的，以及该相关性可以被用来补偿光源的温度相关的波长漂移。通过参数测量装置获得该至少一个测量值。光源参数的值是温度的直接结果并且温度对于光源的输出波长是决定性的。因而，所需的温度补偿从光源的测量参数中是可导出的。本发明的样品传感器适用于温度补偿，而不需要参考气室来确定温度相关的波长漂移。

温度的变化与从光源发出的光的波长的变化有关。波长的变化对应于检测器电流的偏离。这些关系可用于根据至少一个测量值来补偿温度相关的波长漂移。

该光声检测器包括光调制器，该光调制器用于调制光束以改变受激分子的量并因此产生样品混合物中的压力变化，并且检测器元件包括用于将压力变化转换为检测器电流的压力传感器。

与US 6,552,792中先前的实施例和系统相比，根据本实施例的检测器并未防止温度相关的波长漂移，而是接受该波长漂移并且基于光源的另一个温度相关的参数的至少一个测量值来校正输出信号。

该至少一个测量值可以是光源的光输出功率，并且参数测量装置包括用于直接测量光输出功率的内部光电二极管。

激光功率的直接测量比测量参考气室中参考气体的吸收更加容易。