MXPA98005660A - Sensores de gas por analisis de infrarrojo pasivoy activo y ensambles detectores de canales multiples aplicables - Google Patents

Abstract

Un detector de gas por infrarrojo de fuente pasiva utiliza una fuente de infrarrojo pasiva y el espacio entre el ensamble detector y la fuente de la cámara de muestra;el detector de gas incluye un ensamble detector por infrarrojo para producir primera, segunda y tercera salida:la primera salida indica la radiación recibida en la primera banda espectral no neutra que es absorbible por un gas preseleccionado que ha de ser detectado, la segunda salida indica la radiación recibida en una primera banda espectral neutra a partir de la fuente de infrarrojo pasiva, y la tercera salida indica la radiación recibida en una segunda banda espectral neutra a partir de la fuente de infrarrojo pasiva:medios de procesamiento de señal manipulan las tres salidas para determinar la concentración del gas que estásiendo supervisado;detectores adicionales se pueden añadir el ensamble detector para detectar la radiación en bandas espectrales características de gases adicionales.

Description

SENSORES DE QAS POR ANÁLISIS DE INFRARROJO PASIVO Y ENSAMBLES DETECTORES DE CANALES MÚLTIPLES APLICABLES . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta solicitud es una continuación parcial de la sol citud en trámite de la misma solicitante número de serie 08/422.507, presentada el 13 de Abril de 1995. La solicitud número de serie 08/422,507 queda incorporada mediante esta referencia como si se expusiera completamente aquí.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general al campo de los dispositivos sensores de gas. Más particularmente, la presente invención se refiere a detectores de gas capaces de medir las concentraciones de uno o más gases, utilizando una banda de absorción infrarroja característica del gas que va a ser detectado.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR Muchos gases tienen bandas de absorción características que quedan dentro del espectro infrarrojo. La técnica del infrarrojo no dispersor (NDIR) ha sido utilizada ampliamente en la industria de los analizadores de gas para detectar esos gases. Dichos anal zadores de gas ut lizan el principio de que varios gases exhiben absorción sustancial a longitudes de onda características en el espectro de radiación infrarroja. Tipica ente, se usa un elemento óptico de banda angosta o un filtro de transmisión infrarroja para aislar la banda de longitud de onda que interesa en los analizadores de gas por IMDIR. Por otra parte, se usa un prisma o rejilla de difracción en los analizadores de gas que se basan en técnicas de dispersión. La técnica NDIR, que está clasificada en general como técnica de análisis de gas no interactiva, ofrece numerosas ventajas sobre los tipos interactivos previos de métodos para medir gas, incluyendo las celdas de combustible electroquímicas, el semiconductor concrecionado (dióxido de estaño), catalítico (granulos de platino) y conductividad térmica. Estas ventajas incluyen velocidad de respuesta, especificidad de detección de gas» estabilidad de medición a largo plazo, mantenimiento reducido y mayor especi icidad. Además, en algunos casos, el sensor de gas interactivo puede quedar envenenado en un estado no funcional. Dependiendo de la aplicación, esto pondría en riesgo la vida humana. Los sensores de gas interactivos son generalmente no específicos debido a que el reactivo que se ut l za para determinar la concentración del gas deseado puede reaccionar con otros gases que estén presentes. Naturalmente esto dará por resultado lecturas falsas. Además, si el equ librio de la reacción entre el gas no especifico y el reactivo es tal que el gas y el reactivo permanecen reaccionados aún después que la presión parcial del gas cae en el ambiente que está siendo vigilado, el sensor ya no funcionará apropiadamente, y queda envenenado . El tiempo de respuesta para los sensores de gas NDIR típicamente es más corto que para los sensores de gas interactivos, debido a la cinética de la reacción entre el gas de muestra y el reactivo, que contraía la rapidez conque un sensor de tipo reactivo puede detectar un cambio en la concentración del gas en el ambiente que está siendo vigilado. A pesar del hecho de que los sensores de gas interactivos no son confiables y que la técnica para medir el gas mediante NDIR es una de las mejores, los analizadores de gas NDIR no han tenido amplia aplicación debido a su complejidad y a su elevado costo de implementación. Durante años se ha propuesto y se ha demostrado satisfactoriamente un gran número de técnicas de medición que se basan en el principio NDIR para la detección de los gases. En el pasado» los analizadores de gas NDIR incluían típicamente una fuente infrarroja, un ventilador mecánico accionado por motor para modular la fuente, una bomba para impulsar o extraer gas hacia una cámara de muestra, un fil ro de interferencia de paso de banda angosta» un detector del infrarrojo sensible más un elemento óptico del infrarrojo» costoso» y ventanas para enfocar la energía infrarroja desde la fuente sobre el detector. Los más notables de estos tipos de analizadores están mostrados y descritos en la patente estadounidense NO: 3.793,525 de Burch, y co nventores» en la patente estadounidense NO: 3,811,776 de Blau, Jr. , y 4,578,762 de Wong. Estos analizadores de gas por NDIR tienen buen funciona iento y han contribuido en gran medida al avance técnico general en el campo del análisis de gases durante las últimas dos décadas. Sin embargo, su tamaño total , su complejidad y el costo han evitado su uso en muchas aplicaciones. La necesidad de ana izadores de gas mejores y de menor costo ha llevado a nuevas invenciones. Por ejemplo» la patente estadounidense NO: 4,500,207 de Maiden y las patentes Nos: 4,694,173 y 5.026,992 de Wong han propuesto técnicas NDIR para la detección de gas que no usan ninguna parte movible, por ejemplo, los ventiladores mecánicos. La me a de esas patentes había sido producir sensores de gas NDIR que fueran más robustos y compactos, abriéndolos así a la posibilidad de nuevas aplicaciones. En un intento por reducir adicionalmente el costo y simplificar la implementación de la técnica NDIR, se desarrolló una técnica de sensor de gas NDIR de bajo costo. La técnica NDIR de bajo costo emplea una cámara de muestra de gas del tipo de difusión, del tipo descrito en la patente estadounidense, número 5,163,332» expedida el 17 de Noviembre de 1992 a los inventores de la presente, y que queda incorporada aquí mediante esta referencia. Esta cámara de muestra de gas» del tipo de difusión, elimina la necesidad de elementos ópticos costosos, ventiladores mecánicos y una bomba para impulsar o extraer el gas hacia la cámara de muestra. Como resultado, se ha abierto numerosas aplicaciones para la técnica NDIR» que previamente se consideraban imprácticas» debido al costo y a la complejidad. Un principio de guía similar condujo al desarrollo del sensor de gas NDIR mejorado descrito por Wong en la patente estadounidense 5,444.249, expedida el 22 de Agosto de 1995.

Esta patente describe un sensor de gas NDIR del tipo de difusión» simple y de bajo costo, que puede ser micromaquinado a partir de un material semiconductor» tal como Si o SaAs» permitiendo de esa manera que fuera colocado todo el sensor en una icrocápsula. Aun cuando la técnica del sensor de gas NDIR de bajo costo, de la patente estadoun dense No. 5.163.332 y el sensor de gas NDIR mejorado de la patente estadounidense 5.444,249 han abierto una amplia variedad de aplicaciones nuevas, estos sensores de gas todavía requieren de demasiada energía para ser usados en muchas aplicaciones de sensor de gas potenciales. Como resultado» las aplicaciones en las que se puede ut l zar sensores de gas de estado sólido» de bajo costo, siguen siendo lim tadas. Si se pudiera desarrollar una técnica de análisis de gas que no requiriera de partes móviles, tuviera el mismo grado de especificidad que la técnica NDIR» fuera de bajo costo y tuviera demandas de energía relativamente bajas» de manera que los dispositivos que emplean la técnica pudieran ser operados por pilas» durante un período prolongado» las aplicaciones en las que se utilizan sensores de gas y la frecuencia de su uso aumentaría dramáticamente. Por lo tanto» aunque existe desde hace mucho la necesidad de un sensor de gas sencillo» compacto» de bajo costo, que tenga bajos requerimientos de energía, esta necesidad sigue sin satisfacerse. Consecuentemente» es una meta de la presente invención hacer avanzar adicionalmente la técnica del análisis de gas por infrarrojo, al proveer un sensor de gas infrarrojo compacto» seguro» de bajo costo y de bajo consumo de energía» que utiliza absorción infrarroja. Otra meta de la presente invención es proveer ensambles detectores por infrarrojo» que pueden ser usados en los sensores de gas por infrarrojo de acuerdo con la presente invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a un sensor de gas por infrarrojo para detectar la concentración de uno o más gases predetermi ados, que utiliza una técnica novedosa de análisis de gas por infrarrojo» denominada análisis de infrarrojo pasivo (AIP). La técnica AIP de la presente invención es más simple que las técnicas de análisis de gas NDIR» conocidas hasta ahora» porque ya no necesita de una fuente "activa" infrarroja, ni tampoco necesita de una cámara de muestra estructuralmente definida. Como resultado» se puede construir sensores de gas pequeños» de estado sólido» de bajo costo y de bajo consumo de energía, para satisfacer una serie de aplicaciones especiales en las que hasta ahora era imposible utilizar los analizadores de gas NDIR actualmente disponibles. La presente invención reconoce que todos los objetos de más de 0ßK (Kelvin) emiten radiación. La presente invención aprovecha este hecho utilizando objetos ordinarios, tales como paredes, techos, pisos, etc.» como una fuente "pasiva" de radiación infrarroja. Estas fuentes "pasivas" de radiación infrarroja pueden ser usadas efecti amente en algunos casos para reemplazar las fuentes "activas" de radiación infrarroja» que habían sido utilizadas casi exclusivamente hasta ahora en todos los analizadores de gas NDIR. La fuente infrarroja "activa" util zada en los sensores de gas NDIR convencionales, tip camente es un objeto calentado y muy caliente (500-1000ßC) tal como un alambre de nicrome empotrado en cerámica de alúmina (cuerpo incandescente de Nerst) o un alambre de resistencia tungsteno» de un foco incandescente pequeño. Estas fuentes están caracterizadas como fuentes "activas" debido a que son alimentadas por el sensor de gas. Por otra parte, una fuente "pasiva", tal como se usa en la presente, es cualquier objeto que esté por encima de 0°K» pero que no sea alimentado por la fuente de alimentación del detector de gas. Las fuentes infrarrojas pasivas típicas, serán usadas por el sensor de gas infrarrojo de la presente invención incluyen las paredes, las alfombras, los pisos de loseta» los techos y las paredes de horno» para nombrar sólo unos cuantos» sin embargo» claramente» como lo reconocerán los expertos en la materia por las enseñanzas de la presente descripción, las fuentes infrarrojas pasivas que pueden ser usadas por el sensor "de gas de la presente invención son virtualmente ilimitadas.

.Sin embargo, la temperatura de la fuente infrarroja pasiva debe ser mayor que la temperatura del gas .que va a ser medido. Es decir, que debe observarse la ley del equilibrio detallado. Aunque la temperatura de las fuentes infrarrojas activas es muy alta» el área de fuente típicamente es bastante pequeña. Un área de fuente del orden de unos cuantos milímetros cuadrados no es rara. Por otra parte» aunque la temperatura de la fuente infrarroja pasiva interior» típica» es únicamente al rededor de 300ßK ó de alrededor de 25°C» si el • área de fuente utilizada es aproximadamente 1000 veces mayor que la de las fuentes infrarrojas convencionales» entonces» mediante el uso de la ecuación de PlancK se puede demostrar que la emisión radiante espectral para la fuente infrarroja pasiva es comparable a la de las fuentes activas convencionales en la región espectral» de 3 a 20 µm. El área de fuente infrarroja pasiva necesaria para la detección apropiada de gas dependerá de la temperatura esperada de la fuente infrarroja pasiva. En la técnica AIP empleada en la presente invención» la fuente infrarroja pasiva» debe estar caracterizada. Para caracterizar la fuente infrarroja pasiva se provee un ensamble detector que es capaz de medir la misión espectral desde la fuente infrarroja pasiva seleccionada» en dos bandas espectrales diferentes. Las bandas espectrales usadas para caracterizar la fuente preferiblemente son bandas espectrales "neutras". Las bandas espectrales neutras son bandas espectrales que están seleccionadas de manera que no sean absorbidas» o sólo moderadamente absorbidas» por cualquiera de los gases que se encuentran típicamente en el ambiente que va a ser vigilado. Con base en la ley de PlancK» la proporción de salidas medidas en las dos bandas espectrales neutras puede ser utilizada para determinar de manera única la temperatura de la fuente infrarroja pasiva» suponiendo que las dos bandas espectrales rojas estén suf cie temente cercanas» de manera que la variación de la función de e isividad para la fuente sea insignificante. Para determinar la concentración del gas que va a ser detectado» el ensamble detector mide también la cantidad de radiación incidente en una banda espectral "no neutra" que coincide con una banda de absorción del gas que se va a medir. Por lo tanto» esta salida es indicadora de la concentración del gas dentro del ángulo subtendido por el ensamble detector a la fuente de infrarrojo pasiva. Utilizando la salida medida en al menos una de las bandas espectrales neutras» la salida medida la banda espectral no neutra y la temperatura calculada» se ÍO puede determinar la concentración del gas dentro del ángulo subtendido por el ensamble detector a la fuente de infrarrojo pasiva. De acuerdo con una modalidad de la presente invención» se provee un detector de gas por infrarrojo de fuente pasiva que utiliza una fuente a la temperatura ambiente» de temperatura mayor que el gas circundante» y el espacio entre el ensamble detector y la fuente» como cámara de muestra. El detector de gas comprende un ensamble detector de infrarrojo para producir una primera salida» una segunda salida y una tercera sal da» siendo la primera salida indicadora de la radiación recibida por el ensamble detector en una primera banda espectral no neutra que es absorbible por un gas preseleccionado que va a ser detectado» siendo indicadora la segunda salida de la radiación recibida por el ensamble detector a una primera banda espectral neutra desde la fuente pasiva de infrarrojo» y siendo indicadora la tercera salida de la radiación recibida por el ensamble detector en una segunda banda espectral neutra» desde la fuente pasiva de infrarrojo. Están incluido medios procesadores de señal para manipular las tres salidas a fin de determinar la concentración de gas que esta siendo vigilado. Al añadir detectores adicionales al ensamble detector que puede detectar la radiación a bandas espectrales características de gases adicionales» se puede utilizar el detector de gas por infrarrojo para vigilar la concentración de una pluralidad de gases.

De acuerdo con una modalidad de la presente invención» se provee un detector de gas por infrarrojo de fuente pasiva» que comprende: (a) un ensamble detector de infrarrojo» que comprende: (i) un puerto para recibir radiación a través del mismo desde la fuente pasiva de infrarrojo» <ii) un primer sensor» un segundo sensor y un tercer sensor dispuestos para recibir la radiación a través del puerto para producir una primera salida» una segunda salida y una tercera salida indicadoras de la radiación incidente sobre el primer sensor» el segundo sensor y el tercer sensor» respectivamente » (iii) un primer filtro de paso de banda angosto, interpuesto entre el puerto y el primer sensor» produciendo el primer filtro de paso de banda angosto una salida desde el mismo. indicadora de la radiación incidente sobre el primer filtro de paso de banda, a una primera banda espectral no neutra que es absorbible por un gas preseleccionado que se va a detectar; (iv) un segundo filtro de paso de banda angosto» interpuesto entre el puerto y el segundo sensor, produciendo el segundo filtro de paso de banda angosto una salida desde el mismo» indicadora de la radiación incidente sobre el segundo filtro de paso de banda a una primera banda espectral neutra» y (v) un tercer filtro de paso de banda angosto. interpuesto entre el puerto y el tercer sensor; produciendo el tercer filtro de paso de banda angosto una salida desde el mismo, indicadora de la radiación incidente sobre el tercer fil ro de paso de banda, a una segunda banda espectral neutra; (b) medios medidores de temperatura para producir una señal que corresponde a la temperatura ambiente de los sensores primero» segundo, y tercero; (c) medios procesadores de señal, adaptados para recibir las salidas desde el primer sensor, el segundo sensor, el tercer sensor, y los medios medidores de temperatura; y para muestrear y almacenar al menos temporalmente las salidas del primer sensor» del segundo sensor, del tercer sensor y de los medios medidores de temperatura, a intervalos previamente establecidos; incluyendo los medios procesadores de señal medios para: (i) corregir las salidas almacenadas del primer sensor, el segundo sensor y el tercer sensor, para compensar la temperatura ambiente del primer sensor, el segundo sensor y el tercer sensor, respectivamente, durante el período de muestreo; (ii) calcular la temperatura de la fuente pasiva de infrarrojo, durante el de muestreo. con base en la proporción de los valores corregidos de las salidas de los sensores segundo y tercero» (iii) calcular una salida predicha para al menos uno de los sensores segundo o tercero. con base en la temperatura calculada de la fuente pasiva de infrarrojo» durante el periodo de muestreo; (iv) calcular un factor de atenuación, comparando la salida predicha de al menos uno de los sensores segundo o tercero. con la salida corregida procedente del sensor correspondiente durante el período de muestreo; (v) corregir la saTida almacenada del primer sensor mediante el factor de atenuación. (vi) determinar la concentración del gas durante el período de muestreo a partir de la salida corregida del primer sensor, y (vii) vigilar la concentración de gas en una función predetermi ada, y proveer una señal de salida con base en la v gi lancia. De ésta manera, el sensor de gas infrarrojo de acuerdo con la presente invención utiliza una fuente infrarroja pasiva en una técnica AIP novedosa que elimina efectivamente la necesidad de una fuente infrarroja caliente "activa", que es usada en dispositivos de medición de gas NDIR convenc onales.

Adicionalmente» en la técnica AIP empleada en el sensor de gas por infrarrojo de la presente invención, el espacio entre la fuente pasiva de infrarrojo» por ejemplo» una determinada porción de una pared» y el ensamble detector» se vuelve la cámara de muestra. En otras palabras» la presente invención no únicamente elimina la fuente de infrarrojo "activa"» sino que también elimina la necesidad de la cámara de muestra utilizada en los analizadores de gas NDIR convencionales.

Debido al hecho de que una fuente "activa" de infrarrojo no es necesaria para la implementación de la presente invención» se puede reducir de manera importante el consumo de energía de un sensor de gas por infrarrojo» de acuerdo con la presente invención; haciendo así que el sensor de gas pasivo y simple» por infrarrojo» de la presente invención» sea operable con pilas durante un período prolongado. Adicionalmente» el tamaño del sensor puede ser reducido debido a que ya no será necesaria una cámara de gas estructural ente definida. Consecuentemente» es un objetivo de esta invención proveer un aparato y un método para medir la concentración de uno o más gases» ut lizando una técnica de análisis de infrarrojo novedosa» denominada análisis de infrarrojo pasivo (AIP). También es un objetivo de la presente invención proveer un ensamble detector de infrarrojo, mejorado» que puede ser utilizado en el sensor de gas de acuerdo con la presente invención. Otros objetivos y ventajas de la invención serán comprendidos mejor a partir de la siguiente descripción» considerada conjuntamente con los dibujos anexos, en los cuales se ilustra a manera de ejemplo las modalidades preferidas de la invención. Sin embargo» debe entenderse expresamente que los dibujos tienen como único propósito la ilustración y la descripción» y no están destinados a definir los límites de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 muestra una modalidad preferida de la presente invención, que ilustra el ensamble detector, la fuente pasiva de infrarrojo (pared) y el espacio intermedio entre la fuente pasiva de infrarrojo y el ensamble detector, que constituye la cámara de muestra. La figura 2 es una gráfica que muestra la emisión radiante espectral de un cuerpo negro a temperaturas de 100 a 1000ß . La figura 3 es una vista despiezada de un ensamble detector de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 4 es una vista oblicua que muestra un recorte parcial del ensamble detector ilustrado en la figura 3. La figura 5 muestra una modalidad preferida alternativa para la presente invención, que ilustra el uso real de una porción de una pared como fuente "pasiva" de infrarrojo» y el uso de un reflector esférico convexo para incrementar el campo de vista original (FOV) del ensamble detector. La f gura 6 muestra un dibujo esquemático para los circuitos procesadores de señal» para una modalidad preferida de la presente invención. La figura 7 muestra el circuito esquemático para el procesador de señal de acuerdo con otra modalidad de la presente invención. La figura 8 es una vista en sección transversal tomada siguiendo la línea 9-9 de la figura 9» de otra modalidad de un ensamble detector de acuerdo con la presente invención. La figura 9 es una vista en sección longitudinal de un ensamble detector de acuerdo con la modalidad de la figura 8» tomada siguiendo la línea 10-10. La figura 10 es una vista oblicua del substrato y los filtros de paso de banda de interferencia ilustrados en las figuras 8 y 9. La figura 11 es una vista superior del substrato usado de la moda idad de ensamble detector ilustrada en laß figuras 8 y 9. La figura 12 es una vista inferior ampliada del substrato usado en la modalidad de ensamble detector ilustrada en las figuras 8 y 9» que muestra pilas térmicas fabricadas en él. La figura 13 es una ilustración de una construcción preferida de un filtro de paso de banda de interferencia» para uso en los ensambles detectores de acuerdo con la presente invenci n. La figura 14 es una ilustración de un aditamento montador de filtro para uso en los ensambles detectores de acuerdo con la presente invención. La figura 15 es una vista en sección parcial » tomada a través del substrato ilustrado en las figuras 8—10» que muestra el aditamento montador de filtro de la figura 14 en uso real . La figura 16 es una vista despiezada de un ensamble detector de acuerdo con otra modalidad de la presente invención. La figura 17 es una vista oblicua que muestra un recorte parcial del ensamble detector ilustrado en la figura 16. La figura 18 es un sensor de gas» por análisis del infrarrojo pasivo, de acuerdo con otra modalidad de la presente invención. La figura 19 ilustra el ensamble detector mostrado en las figuras 16 y 17. para uso en un sensor de gas NDIR de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se describirá ahora una modalidad preferida de un sensor de gas AIP de acuerdo con la presente invención. haciendo referencia a la figura 1. La figura 1 ilustra un ensamble detector 3 que comprende un detector de señal 4 equipado con un filtro F de interferencia, de paso de banda angosto (no mostrado) cuya longitud de onda central (CWL) L3. coincide con la banda de absorción del gas que se va a medir. Además» el ensamble detector 3 incluye 2 detectores 5 y 6 carácterizadores de fuente» respectivamente equipados con filtros de paso de banda angosto F-a y F3 (no mostrados) cuyas CWL La y L3 no coinciden con ninguno de los gases o vapores conocidos. que se encuentran comunmente en la atmósfera. En otras palabras» a las longitudes de onda Lß y Lß» no debe habar bandas de absorción (o por lo menos extremadamente débiles) para los gases o vapores que se encuentran comunmente en la atmósfera que se está midiendo. Para el aire, se puede encontrar longitudes de onda neutras a 3.91 µm, 5.00 µm, y 9.00 µm. Si el monóxido de carbono (CO) es el gas deseado que va a ser detectado» entonces la CWL y toda la anchura a los valores máximos medios (FWHM) para el filtro de interferencia asociado con el detector 4» son seleccionados para que estén a 4.67 µm y 0.1 µm» respectivamente. Por otra parte, si el C02 es el gas deseado que va a ser detectado, la CWL y FWHM para el filtro de paso de banda de interferencia asociado con el detector 4,se fijan a 4.26 y 0.1 µm, respectivamente. Como lo reconocerá quien sea experto en la materia» esta técnica tiene aplicación a otros muchos gases que tienen una banda de absorción en el infrarrojo, incluyendo agua y sustancias químicas orgánicas totalmente volátiles (TVOC). Tipicamente. la CWL LA del filtro Fx de interferencia asociado con el detector 4. será seleccionado de manera que quede lo más cercanamente posible a la mi ad de la banda de absorción que se está usando para el gas de interés. Esto garantizará que la cantidad máxima de radiación en la banda espectral que se esta vigilando sea absorbida por el gas, incrementando de esa manera la sensibilidad y la precisión del detector. Sin embargo» en el caso de los gases que son absorbedores muy fuertes, como el C0ß, puede ser necesario desplazar la CWL LA del filtro FA de nterferenc a para el detector 4» a un lado de la banda de absorción, de manera que no se absorba demasiada luz en la banda espectral que está siendo vigilada. Dicho desplazamiento debe ser considerado cuando se está util zando trayector as: muy largas, o cuando es muy alta la concentración del gas. Se puede usar esta técnica para prevenir que el detector quede falto de luz dentro de la escala de las concentraciones de gas que van a ser vigiladas. La FWHM del fil ro de interferencia F. asociado con el detector 4, como de preferencia se selecciona de manera que tenga aproximadamente 0.1 µm. de manera que el detector tenga un grado elevado de especificidad. Los expertos en la materia reconocerán» sin embargo» que se pueden seleccionar otras amplitudes de banda» dependiendo de la amplitud de la banda de absorción del gas que está siendo vigilado y del grado de especif cidad deseado para el detector. Las CWL La y La de las bandas espectrales neutras seleccionadas para los filtros de interferencia de Fß y Fß se deben seleccionar lo más cercanas posible a la posición espectral de Ls.. Aunque no es necesario» también es conveniente que L^ quede entre Lß y L3. Por ejemplo, si se va a detectar CO o COa» se puede seleccionar L3 y L3 para que sean 3.91 µm y 5.00 µm respectivamente. De manera alternativa» se puede seleccionar La y L3 para que sean 3.91 µm y 9.00 µm. En la presente modalidad» la FWHM de F2 y F3 se fija de preferencia aproximadamente 0.1 µm. La amplitud de la banda espectral que dejan pasar F3 y F3 debe ser suficientemente angosta para que no se traslape con la línea de absorción de un gas que se encontraría en la atmósfera. Al fijar las CWL de Lß y L3 igual a 3.91 y 5.00» respecti va ente» y la FWHM de estos detectores a 0.1 µm» no ocurre ningún traslape importante. Consecuentemente» las salidas de los detectores 5 y 6 no son afectadas por la concentración del gas que se va a medir ni de ningún otro gas o vapor encontrado comunmente en la atmósfera. Los detectores 4» 5 y 6 de preferencia son detectores de pila térmica. Sin embargo» tal como lo reconocerán los expertos en la materia» se puede utilizar otros detectores de infrarrojo en la presente invención» incluyendo los fotodiodos schottky de siliciuro de platino. El campo de vista (FOV) del ensamble detector 3 es determinado por el collar 7 de abertura unido al ensamble detector que se muestra en la figura 1. El ensamble detector 3 subtiende un área 8 (que corresponde al área A) de la pared que es usada como la fuente pasiva de infrarrojo para la presente invención. La longitud S de la trayectoria del sensor infrarrojo de gas de la presente» está definida por la distancia entre el plano detector 10 del ensamble detector 3 y la pared 9.

La relación entre el área A de la fuente 8 pasiva de infrarrojo y el ángulo sólido subtendido en ella por el ensamble detector 3, u OM, define única ente la longitud S de trayectoria de muestra para el sensor de gas por infrarrojo» actualmente descrito» de la siguiente manera: Longitud de trayectoria de muestra S = CA/0 ]3-''z Puesto que el ángulo sólido OM es una función del FOV subtendido por el ensamble detector en la pared y se puede ajustar a la voluntad mediante diseño» por lo tanto» la longitud S de la trayectoria de muestra para la presente invención es una variable extremadamente útil. En otras palabras» la detección de un gas a baja concentración, con una banda de absorción extremadamente débi puede ser efectuada al hacer muy larga la longitud S de la trayectoria ( varios metros) a fin de alcanzar la modulación adecuada para dicha detección, en realidad» como lo reconocerá cualquiera que sea experto en la materia, la longitud S de trayectoria debe ser fijada dependiendo de la cantidad de modulación deseada. Por ejemplo, cuando se está vigilando un absorbedor muy fuerte» tal como C0a» se debe considerar longitudes de trayectoria más corta. Sin embargo» si la aplicación deseada exige la detección de concentraciones de gas en la escala de ppb, entonces se puede echar mano de longitudes de trayectoria más largas. Aunque se puede seleccionar virtualmente cualquier longitud de trayectoria, típicamente serán adecuadas longitudes entre 12.7 cm y 3.04 m» estando la mayor parte de longitudes de trayectoria entre al rededor de 12.7 cm y 1.82 m. La salida Vp. del detector de señal 4 es usada para determinar la concentración del gas que se va a medir. La salida del detector 4 depende de numerosos factores. En primer lugar y como más destacada» está una función de la temperatura T y la emisividad e de la fuente 8 pasiva de infrarrojo» según lo dicta la formula de e itancia radiante espectral ilustrada en la ecuación 1 que viene más adelanta. Adic onalmente, V^ también, depende de la salida óptica del sistema o atenuación. expresada como G (véase la ecuación 1 que viene después) y la concentración del gas que se va a medir, encontrada entre el ensamble detector 3 y la fuente 8 pasiva de infrarrojo. La concentración del gas que se va a medir determina el valor del factor de modulación M como se muestra en la ecuación 1 que viene después. Los detectores 5 y 6» que están equipados con filtros Fa y F3. son usados para caracterizar dinámicamente la fuente 8 pasiva de infrarrojo y el amiente en tiempo real para el canal de señal vigilado por el detector 8. La proporción Z de las salidas de detectores 5 y 6 únicamente determina la temperatura de la fuente 8. Ad cional ente» una vez que se determina la temperatura T de la fuente 8» también se puede determinar rápidamente los valores instantáneos para la emisividad de fuente e» la salida óptica del sistema (o atenuación) S. utilizando la ecuación 1 que viene más adelante» y comparando las salidas reales con los valores almacenados de las respectivas salidas a la temperatura C0 y la emisividad e0» de una fuente de cuerpo negro de referencia, medida mientras se estaba iniciando el sistema. Los valores para T» e y Q son actualizados continuamente en tiempo real para la salida del detector de señal 4» lo que permite que este último establezca la concentración del gas que va a ser medido. El sensor de gas por infrarrojo» simple» que se describe en la presente» también es capaz de rechazar la influencia de radiación dispersada, e 'virtud del hecho de que la fuente 8 pasiva de infrarrojo generalmente nunca es buena reflectora. Por consiguiente, la cantidad de radiación difusa que puede encontrar camino hacia el FOV del sistema óptico es mínima. Además, a menos que suceda que la radiación difusa esté en la banda espectral definida por los filtros del ensamble detector, es decir, L3 y L3» será rechazada. Aún si tienen energía dentro de la banda de paso espectral del sistema óptico sensor» la emisividad probablemente sea más bien uniforme y constante. En dicho caso» los detectores de neutro simplemente tratarán dicha radiación difusa como un incremento en la temperatura 8 de la fuente pasiva de infrarrojo» con la información corregida relacionada con el detector de señal para procesarla apropiadamente. La manera en la cual se determina la concentración del gas que se va a medir a partir de las salidas Vx. V^.y V3 de los detectores 4» 5 y 6» respectivamente» se describe ahora con respecto a las figuras 2 y 3.

La figura 2 muestra una emi ancia radiante espectral de una fuente de cuerpo negro a temperaturas que varían desde lOO grados K hasta 1,000 grados K. Se puede derivar de estas curvas varias características de la radiación desde una fuente de cuerpo negro. En primer lugar, la e itancia radiante total, que es proporcional al área debajo de las curvas, aumenta rápidamente con la temperatura. El área debajo de las curvas, que se está definiendo por medio de la ecuación de Stefan-Boltzmann y, de tal manera» es proporcional a la constante de Stefan-Bol tz ann» multiplicada por la temperatura absoluta» a la cuarta potencia. En segundo lugar» la longitud de onda» de la emitancia radiante espectral máxima se desvía hacia la longitud de onda más corta» a medida que aumenta la temperatura. Esto se denomina la ley de desplazamiento de Wien» que se discute más completamente después. En tercer lugar, las curvas individuales de cuerpo negro nunca se cruzan entre sí; por lo tanto, cuanto más alta sea la temperatura, mayor será la emitancia radiante espectral a todas las longitudes de onda. En los sistemas de medición NDIR convenc onales» que utilizan ?n cuerpo negro, la fuente de infrarrojo normalmente es mantenida a una temperatura constante y relativamente alta (750-1,000 grados K) y, de tal manera» su emitancia radiante espectral está representada típicamente por una de las curvas encima de 700 grados K en la figura 2, dependiendo de su temperatura absoluta. En contraste, la presente invención se basa en la radiación infrarroja de las fuentes pasivas de infrarrojo. Como resultado, las curvas de cuerpo negro a al rededor de 300 grados K tip camente reflejarán la emitancia radiante de las fuentes típicas usadas con la presente invención. Tal es el caso con la pared 9 en la figura 1. Las dos bandas espectrales angostas 1 y 2, ilustradas en la figura 2, están centradas a 3.91 µm y a 5.00 µm que, como se discutió más atrás, son bandas de longitud de onda deseables para detectores de neutro 5 y 6, cuando se vigila CO o CO-.. Debido a que las bandas ilustradas en. la figura 2 corresponden a las bandas espectrales neutras que dejan pasar los filtros F-. y F3, sería preferible que tuviesen un FWHM de 0.1 µm. Como se ve de la figura 2» la proporción (Z) de las emitancias radiantes espectrales de estas dos bandas de longitud de onda» determinan de manera singular la temperatura del cuerpo negro. La única suposición hecha en esta afirmación es que la emisividad de la fuente "pasiva" del infrarrojo es aproximadamente la misma dentro de la banda espectral unida por 3.91 µm y 5.00 µm. Para casi todas las paredes interiores que están pintadas» empapeladas o cubiertas con paneles de madera» esta es una suposición acertada. Antes de determinar la concentración del gas que se está vigilando» la fuente pasiva 8 debe ser caracterizada. La manera en la que los detectores 5 y 6 caracterizan dinámicamente la temperatura y la emisividad de la fuente pasiva 8 de infrarrojo para el canal de señal 4» se describe a continuación. Para los propósitos de esta discusión, los detectores 4» 5 y 6 se deno inarán los detectores D^» Dz y D3. Suponiendo que las tres salidas de detector VA» Vg. y V3 estén referenciadas inicialmente (es decir» inicial izadas) » para que tengan los valores VÍO» V30 y Vao, respect va ente» en una fuente "pasiva" de infrarrojo conocida que tenga la temperatura T0» e0 y el área A0 = OM x S2» en donde OM es el ángulo sólido que corresponde al FOV del ensamble detector 3» subtendido por la fuente pasiva en el ensamble detector» y S es la longitud de trayectoria de muestra definida» se puede escribir: -,o = R(T0. e0» L,)A0W r1(a-J/(2?tSz) )GM volts ecuación CID en donde: i = 1. 2 o 3 R(T0, e0, L-,) = La emitancia radiante espectral de la fuente pasiva de infrarrojo (Watt cm—A µ—*)» que se define como e0( lambda) multiplicada por la emitancia radiante espectral de un cuerpo negro, como se define por la ley de Planck» de la siguiente manera: 2?rhcalambda-B)/(exp(ch/k,!,lambdaT)-l) ; A0 = Área de fuente pasiva de infrarrojo; w., = FWHM o F-, ; r-, = Responsi vidad del detector D., (Vol ts/Watt) ; a, = Área del detector D, » S = Longitud de trayectoria de muestra Q = Salida óptica de sistema (1005Í = unidad); y M = Modulación por el gas que se va a medir. Cuando el ensamble detector 3 enfrenta una fuente 8 pasiva de infrarrojo en tiempo real, del área A (A es la misma que la condición de referencia A0, debido a que OM y S son fijados por el diseño en la modalidad ilustrada en la figura 1), La temperatura T y la emisividad e, las salidas de Dx están dadas por la ecuación CID anterior, de la siguiente manera: V., = R(T, e, L1)A 1r1(a</(2pS2))GH volts, en donde 1=1. Para los canales neutros Da (i = 2) y D3 (i = 3). Si se supone que Wa = W3; rx = x (detectores similares); aa = a3 (mismas áreas de detector); G^ = G3 (ambos detectores comparten el sistema óptico común) y M = 1.0 (bandas espectrales neutras tanto para D3 como para D ) » entonces las salidas de los detectores D3 y D3, es decir, Va y V3, son las funciones únicas de su posición espectral respectiva L3 y L3, la temperatura T y la emisividad e de la fuente pasiva 8 de infrarrojo. Si se supone adicionalmente que la emisividad epsilon de la fuente pasiva 8 de infrarrojo es igual para la región espectral angosta unida por Lß y L3 (aproximadamente una miera)» entonces la proporción de las salidas Z = únicamente es una función de la temperatura T de la fuente pasiva B de infrarrojo» y las posiciones espectrales L.ß y L3. -- «-> hacho. l -F- a» loa d la radiación cía ou«rpo nagro da 131 anote, junte oon la lay aa Oasplazamlanto cía Wlßn ßßt pulan a.ua la proporcKín da 1 aa ß 1 -to no 1 aa r-ací . an-baa aapaotralaa <mtr> do* p»oa-f a -1 onaa «apac- ra .•«• cu nd aa-.<án aprop adamanta aapaolaaa. da-barm nan aa manar-a -ngu ar* la temperatura da una art - eu a da ßuarpo naa o an oiartßa partaa oa dominio . ou- po n-ß o »tno?-.«no- La presente invención aprovecha este hecho y reconoce que en las regiones espectrales entre 3 y 15 mieras y a temperaturas de cuerpo negro de entre 250 y 350 grados K» en realidad dicha proporción puede determinar de manera singular la temperatura del cuerpo negro. Adicionalmente» una vez que la temperatura T de la temperatura T de referencia está determinada» se puede usar el valor actual de V2 o V3 de las salidas de detector de neutro respectivas» para deducir por cálculo los cambios (si los hay) para los demás parámetros» agrupados entre sí como un producto en la ecuación CID anterior, es decir, el cambio en emisividad e de la fuente pasiva 8 de infrarrojo, desde e0. el cambio en la salida óptica G del sistema y el cambio en la responsabilidad de detentor debido al envejecimiento del propio detector. Así pues» al sumar dos detectores con bandas espectrales neutras al ensamble detector de la presente invención» la proporción de las salidas Z» de esos dos detectores se puede usar para caracterizar en tiempo real la temperatura de la fuente pasiva 8 de infrarrojo. Es importante señalar que» puesto que los cambios en los demás parámetros de la ecuación CID anterior» es decir» e» G y r son substancialmente iguales para los dos canales detectores de neutro» el valor de la proporción Z. que es el único parámetro necesario para determinar de manera singular la temperatura de la fuente pasiva 8 de infrarrojo» puede ser obtenida siempre de primera mano. Después que se obtiene esta información vital» se puede usar los valores individuales prefijados de la señal y de las salidas del detector de neutro (VAO» V20? V30» T0» y e0) para determinaciones ulteriores» por medio de cálculos» de cualesquiera cambios en los parámetros en la ecuación CID. Dado que los parámetros necesarios para determinar la concentración del gas que se va a medir desde la salida del detector de canal de señal en la ecuación CID son T» e, G» r y M» y puesto que los primeros cuatro parámetros están caracterizados dinámicamente por los dos canales detectores de neutro para el canal detector de señal» la presente invención» como se ilustra en la presente modalidad» es capaz de medir con precisión la concentraci n de gas sin necesidad de una fuente de infrarrojo activa ni de la cámara de muestra de gas acompañante. La única condición para este señalamiento es que la fuente pasiva de infrarrojo necesita estar a una temperatura mayor que el gas que está siendo vigilado. Cuando la fuente pasiva de infrarrojo y el gas que se está vigilando están en equilibrio» no se observará absorción debido a que la ley del equilibrio detallado requiere que el gas emita la misma cantidad de fotones que absorbe. El cuadro 1 es un cuadro que ilustra el valor de la razón de las emitancias radiantes espectrales para bandas espectrales de 0.1 mieras, que tienen longitudes de onda centrales de 5.00 y 3.91 mieras, como una función de la temperatura de la fuente "pasiva" de infrarrojo. Se supone que los valores de emisividad para ambas bandas espectrales son iguales.

CUADRO 1 El cuadro anterior ilustra la manera en que varían las emitancias radiantes espectrales a 3.91 µm y 5.0O µm» como una función de la temperatura de la fuente pasiva de infrarrojo, desde 5ßC (27B°K> hasta 45«»C (318ßK). Para los propósitos del cuadro 1» se supone que la emisividad e es 1 tanto a 3.91 µm como a 5.00 µm. En las inmediaciones de las curvas de cuerpo negro a 3000K las propias curvas son uniformes y hay muy poca diferencia respecto al valor de la proporción como función de las temperaturas del cuerpo negro.

EJEM LO 1 Un ejemplo de como se calcularía la concentración del gas que se va a medir como a partir de las salidas de vx» Va» y V3 de los detectores 4» 5 y 6» bajo una serie dada de circunstancias» utilizando la ecuación CID se provee a continuación. Con referencia a la ecuación CID» se define las condiciones de referencia para este ejemplo de la siguiente manera: T0 = 298°K o 25 °C e« = 1.000 constante en todo el calculo del ejemplo W_ 0.1 miera para i = 1 (señal). 2 (neutro) y 3 (neutro) r« a Responsividad de detector D^. que es la misma para i = 1, 2 y 3 a., = Área de detector D., » que es la misma para i = 1» 2 y 3 y permanece constante. S = S — constante en todo el cálculo de este ejemplo, Gß = Salida del sistema durante la inicial izacion l.O M = factor de modulación debido a la presencia del gas que se va a medir = 1.00 para detectores D3 y D3. Si una constante C está definida como C = a^/íSpS38)» la constante es la misma para cada canal detector y permanece sin cambiar durante todo el cálculo en el presente ejemplo» debido a que a., es la misma para cada detector y la longitud de la trayectoria demuestra estar fijada por diseño. A las condiciones de referencia anteriores» y suponiendo que el detector de señal DA tenga un CWL de 4.67 µm» que corresponde a la banda de absorción de monóxido de carbono» el detector de neutro D3 tiene un CWL de 4.67 µm» que corresponde a la banda de absorción del monóxido de carbono» el detector de neutro D.» tiene un CWL de 3.91 µm y el detector de neutro D3 tiene un CWL de 5.00 µm» las salidas de voltaje medidas de los detectores D-L» D-z y °3' en la inicialización, son como sigue» usando la ecuación CID y el cuadro 1. Salida de detector Ds, (señal a 4.67 µm) a.0 = 5.4507 x 10~ß A0r-,CG0M volts m 5.4507 x 10~ß YM (en donde Y = A0r-,C) Salida de detector Dß (referencia a 3.91 µm) V2<5 -= 1.775B x 10-ß YGQM volts = 1.7758 x 10-ß Y volts Salida de detector D..¡, (referencia a 5.00 µm) V30 = 7.S655 x 10~ß YG0M vol s = 7.6655 x 10~ß Y volts Se inicializa el sensor de gas midiendo las salidas de voltaje de cada detector cuando no está presente monóxido de carbono» y luego cuando está presente una concentración conocida de monóxido de carbono gaseoso dentro del campo de vista del ensamble detector. De esa manera, se puede obtener una curva de calibración para ßl sensor de gas, como lo reconocerá un experto en la materia. Después de la iniciación, el sensor está listo para efectuar mediciones en tiempo real. Para el presente ejemplo» supóngase que se encuentra en la siguiente situación. La temperatura de la fuente pasiva de infrarrojo se ha incrementado a 308ßK o 35ßC y la emisividad e de la fuente pasiva de infrarrojo 8 es 0.8. El factor de atenuación óptica G es ahora 0.9; en otras palabras» hay ahora una atenuación de lOJí de la señal procedente de la fuente 8 pasiva de infrarrojo. Supóngase también que la concentración del gas monóxido de carbono presente dentro del campo de vista del sensor del gas provoca una modulación de 2% en la señal detectada por el detector de señal D^.. Como resultado» el factor de modulación M disminuye de 1.00 a 0.98 para el detector de señal. No debe haber modulación de la señal a los detectores de canal de neutro D3, D3 debido al monóxido de carbono gaseoso, ya que los filtros de transferencia para los detectores de canal de neutro han sido apropiadamente seleccionados para evitar las bandas de absorción de monóxido de carbono y otros gases que pueden ser encontradas en el ambiente que se está vigilando. Bajo las condiciones señaladas antes, los voltajes de salida para los tres detectores serían: Salida de detector D.. (señal a 4.67 mieras) x = 7.6250 x 10-ß(0.8) YGM = 6.1000 X 10~ß Y (0.9) (O.98) volts = 5.3802 X 10~ß Y volts., Salida de detector D-. (referencia a 3.91 mieras) Vß -* 2.S517 x 10-ß (0.8) YGM « 2.1214 X 10-ß Y (0.9) (1.0) volts = 1.90922 x 10~ß Y volts. Salida de detector D-y (referenc a a 5.00 mieras) V3 -= 10.488 X.10~ß(0.B) YGM = 8.3904X 10~ß Y (0.9) (1.0) volts = 7.55136 x 10-= Y volts. Como con las salidas de voltaje de inicialización» se usó el cuadro 1 para obtener las e itancias radiantes espectrales para cada una de las longitudes de onda que están siendo vigiladas. El primer paso al determinar la concentración del monóxido de carbono gaseoso u otro gas que se va a medir, es calcular la proporción Z de las salidas de los dos detectores de referencia: Z = Voltaje (5.00)/Voltaje (3.91) = 7.55136/1.90922 = 3,9552 Usando el cuadro 1, se determina que la temperatura de la fuente pasiva 8 de infrarrojo es 35°C. Como se señaló anter ormente, se había supuesto que el área de la fuente pasiva 8 de infrarrojo y la disposición óptica permanecían sin cambios durante el ejemplo. Si solamente la temperatura necesi a corrección, entonces la nueva salida de voltaje para el detector de canal de neutro de dos debe ser el valor de iniciación de 1.7758x 10— ß Y volts, multiplicado por la proporción (2.6517/1.7758), que es igual a 2.6517 x lO—ß Y volts. Puesto que los dos voltajes no son iguales, se sabe que la emisividad e o la atenuación G o ambas son diferentes que las condiciones de inicialización.

Para la salida medida del detector D2 (3.91 mieras), y que el valor de iniciación para este canal de neutro debe estar a °C, se puede calcular de la siguiente manera el producto eG: eG = (1.90922 X 10-= Y vol ts )/(2.6517 X 10~ß Y volts) = 0.72 Se debe notar que si el producto de la emisividad e y la atenuación G<:, durante la inicialización es menor que 1.0, entonces el valor de inicialización necesitaría ser normalizado a lo que debe ser para una em si v dad e0 de 1.0 y una atenuación G0 de 1.0. De esta manera, la proporción de las dos salidas de voltaje dará por resultado el producto de valor instantáneo del factor eG. También se puede deducir la misma información del uso de voltaje de salida procedente del otro detector de neutro que vigila el canal de 5.0O µm. Una vez que se sabe que la temperatura de la fuente pasiva de infrarrojo es 35°C y el producto de eG es O.72, se puede calcular un voltaje de salida corregido en el canal de 4.67 µm, o de señal» procedentes de la salida medida del detector D , de la siguiente manera: 5.3802 X 10-= Y volts (5.4507/7.6250) X (1/0.72) = 5.3417 x 10~ß Y volts Co o se puede observar del cálculo» se corrige el voltaje de salida para el factor eG y para la temperatura, como resultado» la proporción de esta salida de voltaje corregida y la salida de voltaje de iniciación da el factor de modulación M» de la siguiente manera: 5.3417 x 10~ß Y/5.4507 x 10~ß Y = 0.98. Así pues» la metodología anterior predice correctamente el factor de modulación para el detector de señal D » que está vigilando el canal de 4.67 mieras. Para recapitular» el primer paso del procedimiento es obtener la temperatura de la nueva fuente 8 pasiva de infrarrojo» calculando la proporción de los dos detectores de referencia. El segundo paso eß comparar el valor medido para cualquiera de los dos canales de neutro» con ßu valor de iniciación y deducir el factor "eG". Estos dos trozos de información son usados entonces para corregir la salida medida del detector de señal Dx a 4.67 mieras. La proporción de este valor corregido y del valor de iniciación almacenado para el detector de señal DA producirá entonces el factor de modulación. Se usa el factor de modulación para dar las concentraciones del gas presente utilizando una curva de calibración que puede ser almacenada en el circuito procesador de señal» como se conoce en la técnica. Es importante señalar que» si. bien el FWHM (es decir» W.j ) de los detectores de neutro fue descrito anter ormente con respecto a las figuras 1-2 y cuadro 1» como iguales» no es necesario que el detector de PÍA de la presente invención esté diseñado para tener amplitudes de banda de neutro iguales. Esto se debe a que W., para cada detector de neutro (así como para el detector de señal) siempre será un parámetro conocido» fijado durante la fabricación de un detector PÍA particular. Además» i dependientemente del valor FWHM de cada uno de los detectores de neutro» la proporción Z de la emitancia radiante detectada en las dos bandas de longitud de onda de neutro» todavía definirá de manera singular la temperatura de la fuente pasiva 8 de infrarrojo. Esto se debe a que» como se ilustró en la ecuación 1 anterior» la emitancia radiante de la fuente pasiva de infrarrojo, es una función del área bajo las curvas de cuerpo negro definidas por la ley de Planck, multiplicada por la emisividad e de la fuente, que típicamente será la misma para cada uno de los canales de neutro.

El sensor de gas PÍA descrito con respecto a las figuras 1—2 y cuadro 1, por lo tanto» se puede diseñar alternativamente de manera que el FWHM de ix y W3 de Fß y F3 (es decir, los canales de neutro)» se fije de modo que sus detectores correspondientes midan la emitancia radiante espectral a partir de la fuente 8 pasiva de infrarrojo» sobre una banda de varias mieras» en lugar de la banda de 0.1 µm» sugerida anteriormente. Las bandas espectrales dejadas pasar por cada uno de los filtros de interferencia de neutro también pueden traslaparse en un sistema como este. Las únicas limitaciones en esa configuración son que los dos detectores de neutro no pueden medir la eminencia radiante espectral para bandas espectrales idénticas» y que la emisividad e de la fuente de infrarrojo pasivo debe ser relativamente constante en cada una de las bandas espectrales. Los dos detectores de neutro no pueden medir la emitancia radiante espectral para bandas espectrales idénticas» debido a que la proporción Z siempre sería uno en dichas situaciones. La emisividad e de la fuente de infrarrojo pasivo debe ser relativamente constante para garantizar que este factor se cancela cuando se calcula la proporción Z» per itiendo de esa manera que la temperatura T de la fuente pasiva de infrarrojo» sea determinada directamente a partir de la proporción de las salidas de los dos canales de neutro. En la escala de longitud de onda de 8 µm a 14 µm» hay muy poca absorción por el agua y el C03. Por lo tanto» como un ejemplo» el FWHM Wg. del filtro de interferencia Fa se puede fijar para que d e pasar la luz entre 8 y 14 µm» de manera que el detector 5 mida la cantidad total de energía emitida por la fuente pasiva en esta banda espectral . Si la banda espectral dejada pasar por el filtro de interferencia F3 es mas angosta que la dejada pasar por F?» . entonces la proporción de la cantidad de energía detectada por los detectores 5 y S todavía se usará para determinar de manera singular la temperatura de la fuente pasiva 8 de infrarrojo» en .tiempo real, tal como se describió anteriormente. El filtro F3 de paso de banda» de preferencia deja pasar una banda espectral de luz que es aproximadamente la mitad de amplia que la que deja pasar el filtro Fa de paso de banda; así pues F3 podría diseñarse para que d jara pasar la emitancia radiante espectral de la fuente infrarroja pasiva» que quedara dentro de la escala de 9.5 µm y 12.5 µm. Al fijar el FWHM W3 del filtro de interferencia F3» aproximadamente a la mitad de la amplitud de W-g del filtro de interferencia F3, se garantiza buena variabilidad en la proporción Z» como una función de la temperatura de la fuente pasiva 8 de infrarrojo. La ventaja de diseñar los canales de neutro de esta manera es que se detectará significativamente más energía por los detectores 5 y 6» respectivamente. Esto mejora la proporción de señal a ruido para el detector» permitiendo de esa manera una caracterización más precisa de la fuente pasiva de infrarrojo.

Co o sería evidente para los expertos en la materia» a partir de lo anterior» el detector de gas por infrarrojo de acuerdo con la figura 1 puede ser usado para vigilar la concentración de una pluralidad de gases, simplemente añadiendo detectores D^ adicionales al ensamble detector 3» y seleccionando apropiadamente el CWL del fil ro de interferencia F-, , para que corresponda a la banda de absorción de característica del gas que se desea vigilar. La construcción del ensamble1 detector 3 de acuerdo con una modalidad de la presente invención esta ilustrada en las figuras 3 y 4. Como se ilustra, el ensamble detector es producido en un alojamiento 31 de detector, tal como una lata TO-5. Los detectores de infrarrojo 4, 5 y 6 están montados en una base de alojamiento 30 de la lata TO-5 31. Los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6 están muy próximos entre sí, de manera que el campo de vista de cada detector traslape sustancialmente a otro. Si bien se puede usar una variedad de detectores de infrarrojo en la presente invención, los detectores 4, 5 y 6 de preferencia son termopilas» debido al hecho de que las pilas térmicas no requieren de ninguna energía» tienen una salida lineal y tienen una muy buena proporción de señal a ruido. Aunque no se requiera, también es preferible enlazar las juntas de re-Ferencia de cada uno de los tres detectores al mismo disipador de calor térmico. Esta dispuesto el montaje de fil ro 32 encima de la base de alojamiento 30. de manera que la única radiación que puede entrar en el espacio entre el montaje de filtro 32 y la base de alojamiento 30. sea la radiación que entra a través de las tres aberturas 34 situadas en el montaje de filtro 32. Las aberturas 34 están localizadas en el montaje de filtro 32. de manera que cada abertura esté en alineación axial con uno de los detectores. Los filtros Fx, Fa y F3 de paso de banda de interferencia cubren las aberturas 34. de manera que estén interpuestos entre el respectivo detector y la fuente pasiva de luz infrarroja. Adicionalmente» al cubrir las tres aberturas 34 localizadas en el montaje de filtro 32» con filtros de interferencia F » F2, y F se garantiza que la única radiación que puede entrar al espacio entre el montaje de filtro 32 y la base de alojamiento 30, es la de laß bandas espectrales deseadas. Se utiliza el divisor 40 para prevenir que la luz de una banda espectral entre en contacto con un detector de infrarrojo, destinado a medir la luz de una banda espectral diferente. El CWL y FWHM de los filtros de paso de banda F . Fß y F3 están fijados como se describió con relación a las figuras 1-2 y cuadro 1. La tapa 42 para la lata 31 TO-5 actúa como collarín de abertura 7 y, de tal manera, define el FOV para el ensamble detector 3. La parte superior de la tapa 42 comprende una ventana 44 transmisora de luz. Al seleccionar el material para la ventana 44, se prefiere seleccionar un material que sea los más transmisor posible para las bandas espectrales que están siendo vigiladas por el ensamble detector 3. De preferencia la ventana 44 es igualmente transmisora para cada una de las bandas espectrales que están siendo vigiladas. Los materiales de ventana que tienen cualidades de transmisión relativamente uniformes, en la escala de 1 µm a lO µm» incluyen silicio» CAF... y BaFjg. Los materiales particularmente preferidos son CaFz y BaFa» debido a su elevada trans isi vidad en esta escala. Para ahorrar costos» se puede eliminar en su totalidad la ventana 44. Sin embargo» al incluir la ventana 44» el ensamble detector 3 ilustrado en las figuras 3 y 4 puede ser sellado herméticamente y» de tal manera» aumenta la esperanza de vida para el ensamble detector. Adicionalmente» a medida que se acumulan el po o y la grasa sobre el ensamble detector 3» la señal de salida que corresponde a las bandas espectrales comenzará a caer. Si la atenuación de la señal se vuelve demasiado grande» el detector de gas por infrarrojo no funcionará apropiadamente. Sin embargo» al incluir la ventana 44 en el ensamble 3, se puede restablecer fácilmente la fuerza de la señal original» limpiando la ventana 44. Esto no es posible si se omite la ventana 44. Si se desea una plataforma mayor» de manera que se pueda añadir detectores adicionales y filtros de paso de banda adicionales para incrementar las capacidades del detector de gas por infrarrojo de la presente invención» se puede seleccionar un TO-8 o un paquete mayor. Por ejemplo» dicha plataforma podría ser usada si se desea la capacidad de vigilar una pluralidad de gases. Se describe ahora un ensamble 3 detector particularmente preferido, con respecto a las figuras 8-15. Tal como se ilustra en las figuras 8, 9 y 10, el ensambla detector 3 incluye tres detectores de infrarrojo 4, 5 y 6, que han sido formados sobre el substrato 50 montado dentro del alojamiento 31 del detector. El alojamiento 31 del5 detector de preferencia es una lata TO-5, que consta de una base de alojamiento 30 y una tapa 42. La tapa 42 incluye un collarín de abertura 7, que defi e un puerto para recibir la radiación dentro del ensamble detector. El FOV del ensamble detector, por lo tanto, está limitado por el collarín de abertura 7. La tapa 42 también incluye de preferencia una ventana 44 transmisora de luz» que ajusta dentro de o cubre el puerto definido por el collarín de abertura 7. La ventana 44 transmisora de luz está unida a la tapa 42 de manera que cuando la tapa 42 está unida a la base 30» los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6 están sellados herméticamente dentro del ensamble detector 3. Los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6 están soportados sobre un substrato 50 que» en la presente modalidad» está hecho de un material semiconductor» tal como Si» Ge» GaAs o similares. Debido a su proximidad muy alta» el campo de vista de los detectores 4, 5 y 6 se traslapa sustancialmente. En la presente modalidad» los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6» pre eri lemente son termopilas micromaquinadas de película delgada o de silicio. Cada una de las termopilas 4» 5 y 6 cubre una abertura 52 formada en el substrato 50. Las aberturas 52 funcionan como ventanas a través de las cuales se detecta la radiación que es dejada pasar por los filtros Fx, Fz» y F3 de paso de banda. Como es bien sabido en la técnica» se fabrican los detectores 4» 5 y 6 de película delgada o de termopila micromaqui ada» en el lado inferior de substrato 50» y se puede emplear cualquiera de entre numerosos diseños adecuados. La figura 12 es una vista ampliada del lado inferior del substrato 50» e ilustra un patrón adecuado que podría ser e pleado para detectores 4» 5 y 6 de película delgada o de termopila micromaquinada. Una vista superior del substrato 50 está provista en la figura 11. Como es típico en este campo» las juntas calientes 60 de cada uno de los detectores de termopila 4» 5 y 6» de preferencia están soportados sobre un diafragma 54 eléctricamente aislante» delgado» que cubre cada una de las aberturas 52 formadas en el substrato 50» y las juntas frías 62 están situadas sobre el substrato grueso 50. Si bien las tres aberturas 52 de preferencia están cubiertas por un diafragma 54 eléctricamente aislante» delgado» los detectores de termopila también pueden ser autosoportadores. En operación, la radiación infrarroja de la fuente pasiva de infrarrojo entra en el alojamiento 31 del detector a través de la ventana 44. La radiación del infrarrojo choca entonces con los filtros de paso de banda de i terferencia F » F-B y F"3» cada uno de los cuales deja pasar radiación dentro de una banda espectral previa ente definida. La radiación que dejan pasar los filtros de interferencia Fx, Fa, y F3, choca entonces con el diafragma 54 o las juntas calientes 60, si las termopilas son autosoportadoras, en donde es detectada por los detectores de infrarrojo 4, 5 y 6 de termopila» respecti amente . Para mejorar la sensibilidad de los detectores 4» 5 y 6 a la radiación incidente, el lado superior del diafragma 54 eléctricamente aislante puede estar revestido con una película delgada de óxido de bismuto o de negro de humo durante el empaque, de manera que las áreas con abertura puedan absorber la radiación incidente de manera más eficiente. Si los detectores de termopila 4» 5 y 6 son autosoportadores» entonces el lado de las juntas calientes SO» sobre el que es incidente la radiación» pueden ser revestidos con óxido de bismuto o con negro de humo» directamente-. Al colocar las juntas frías o de referencia 62 sobre substrato grueso 50» inherentemente se unen las juntas de referencia de cada uno de los detectores a la misma maza térmica. Por lo tanto» el substrato 50 act?a como un disipador de calor para mantener la temperatura de las juntas frías 62 de cada uno de los detectores» a una temperatura común. Adicionalmente» el substrato 50 provee soporte mecánico para el dispositivo.

Aunque se ha descrito la presente modalidad como un solo substrato 50, con tres detectores del infrarrojo» 4, 5 y 6» de ter opila» formados en él» quien sea experto en la materia reconocerá que se podría utilizar tres substratos separados» cada uno de los cuales tuviera en él un detector de infrarrojo con termopila, fabricado en el mismo, en lugar del substrato 50 descrito en la presente modalidad. Se puede hacer un diafragma eléctricamente aislante 54 de muchos materiales adecuados» bien conocidos en la técnica. incluyendo una película plástica delgada» tal como MYLAR o una capa dieléctrica inorgánica tal como óxido de silicio» nitruro de silicio o una estructura de varias capas» que consista de ambos. De preferencia» el diafragma eléctricamente aislante 54 es una capa dieléctrica inorgánica. delgada» debido a que dichas capas pueden ser fabricadas fácilmente utilizando procedimientos de fabricación de semiconductores bien conocidos, y como resultado, se puede fabricar sobre el substrato 50 detectores de termopila más sensibles. Además, la posibilidad de fabricación de todo el dispositivo se mejora significati amente. También al emplear únicamente procedimientos de semiconductor para fabricar los detectores 4. 5 y 6. el substrato 50 tendrá capacidades de circuito de cápsula» característicos de los dispositivos que se basan en la tecnología de circuito integrado de silicio, a escala completa; así pues, los elementos electrónicos de procesamiento de señal para los detectores 4» 5 y 6» si se desea pueden estar incluido en el substrato 50. Se conocen otras muchas técnicas para fabricar detectores de termopila 4» 5 y 6. sobre el lado inferior del substrato 50, en las técnicas de los detectores de ter opila y de infrarrojo. Un método adecuado para producir detectores de termopila 4, 5 y 6» utilizando técnicas de procesamiento de semiconductor» está descrito en la patente estadounidense No. 5»100»479» expedida el 31 de marzo de 1992» la cual queda incorporada aquí mediante esta referencia. La construcción del ensamble detector 3 de acuerdo con una modalidad de la presente invención esta ilustrada en las figuras 3 y 4. Como se ilustra» el ensamble detector es producido en un alojamiento 31 de detector» tal como una lata TO-5. Los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6 están montados en una base de alojamiento 30 de la lata TO-5 31. Los detectores de infrarrojo 4» 5 y S están muy próximos entre sí» de manera que el campo de vista de cada detector traslape sustancial ente a otro. Si bien se puede usar una variedad de detectores de infrarrojo en la presente invención, los detectores 4» 5 y 6 de preferencia son termopilas» debido al hecho de que las pilas térmicas no requieren de ninguna energía» tienen una salida lineal y tienen una muy buena proporción de señal a ruido. Aunque no se requiera, también es preferible enlazar las juntas de referencia de cada uno de los tres detectores al mismo disipador de calor térmico.

Esta dispuesto el montaje de filtro 32 encima de la base de alojamiento 30, de manera que la única radiación que puede entrar en el espacio entre el montaje de filtro 32 y la base de alojamiento 30, sea la radiación que entra a través de las tres aberturas 34 situadas en el montaje de filtro 32. Las aberturas 34 están localizadas en el montaje de filtro 32» de manera que cada abertura esté en alineación axial con uno de los detectores. Los filtros Fx» Fa y F3 , de paso de banda de interferencia cubren las aberturas 34» de manera que estén interpuestos entre el respectivo detector y la fuente pasiva de luz infrarroja. Adicionalmente» al cubrir las tres aberturas 34 localizadas en el montaje de filtro 32» con filtros de interferencia Fx» Fa, y F3 se garantiza que la única radiación que puede entrar al espacio entre el montaje de filtro 32 y la base de alojamiento 30» es la de las bandas espectrales deseadas. Se utiliza el divisor 40 para prevenir que la luz de una banda espectral entre en contacto con un detector de infrarrojo» destinado a medir la luz de una banda espectral diferente. El CWL y FWHM de los filtros de paso de banda F2 y F3 están fijados como se describió con relación a las figuras 1-2 y cuadro 1. La tapa 42 para la lata 31 TO-5 actúa como collarín de abertura 7 y, de tal manera» define el FOV para el ensamble detector 3. La parte superior de la tapa 42 comprende una ventana 44 transmisora de luz. Al seleccionar el material para la ventana 44» se prefiere seleccionar un material que sea los más transmisor posible para las bandas espectrales que están siendo vigiladas por el ensamble detector 3. De preferencia la ventana 44 es igualmente transmisora para cada una de las bandas espectrales que están siendo vigiladas. Los materiales de ventana que tienen cualidades de transmisión relativamente uniformes, en la escala de 1 µm a 10 µm. incluyen silicio. CAF-, y BaFa. Los materiales particularmente preferidos son CaFa y BaFjj. debido a su elevada transmisi vidad en esta escala. Para ahorrar costos» se puede eliminar en su totalidad la ventana 44. Sin embargo» al incluir la ventana 44» el ensamble detector 3 ilustrado en las figuras 3 y 4 puede ser sellado herméticamente y» de tal manera» aumenta la esperanza de vida para el ensamble detector. Adicional ente» a medida que se acumulan el polvo y la grasa sobre el ensamble detector 3» la señal de salida que corresponde a las bandas espectrales comenzará a caer. Si la atenuación de la señal se vuelve demasiado grande» el detector de gas por infrarrojo no funcionará apropiadamente. Sin embargo» al incluir la ventana 44 en el ensamble 3» se puede restablecer fácilmente la fuerza de la señal original» limpiando la ventana 44. Esto no es posible si se omite la ventana 44. Si se desea una plataforma mayor» de manera que se pueda añadir detectores adicionales y filtros de paso de banda adicionales para incrementar las capacidades del detector de gas por infrarrojo de la presente invención» se puede seleccionar un TO-8 o un paquete mayor. Por ejemplo» dicha plataforma podría ser usada si se desea la capacidad de vigilar una pluralidad de gases. Se describe ahora un ensamble 3 detector particularmente preferido» con respecto a las figuras 8—15. Tal como se ilustra en las figuras 8» 9 y 10» el ensamble detector 3 incluye tres detectores de infrarrojo 4» 5 y 6» que han sido formados sobre el substrato 50 montado dentro del alojamiento 31 del detector. El alojamiento 31 del detector de preferencia es una lata TO—5» que consta de una base de alojamiento 30 y una tapa 42. La tapa 42 incluye un collarín de abertura 7. que define un puerto para recibir la radiación dentro del ensamble detector. El FOV del ensamble detector, por lo tanto» está limitado por el collarín de abertura 7» La tapa 42 también incluye de preferencia una ventana 44 transmisora de luz» que ajusta dentro de o cubre el puerto definido por el collarín de abertura 7. La ventana 44 transmisora de luz está unida a la tapa 42 de manera que cuando la tapa 42 está unida a la base 30» los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6 están sellados herméticamente dentro del ensamble detector 3. Los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6 están soportados sobre un substrato 50 que» en la presente modalidad» está hecho de un material semiconductor, tal como Si, Ge, GaAs o similares. Debido a su proximidad muy alta, el campo de vista de los detectores 4» 5 y 6 se traslapa sustancialmente.

En la presente modalidad» los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6» preferiblemente son termopilas micromaquinadas de película delgada o de silicio. Cada una de las termopilas 4» 5 y 6 cubre una abertura 52 formada en el substrato 50. Las aberturas 52 funcionan como ventanas a través de las cuales se detecta la radiación que es dejada pasar por los filtros Fx» Fjj» y F3 de paso de banda. Como es bien sabido en la técnica, se fabrican los detectores 4, 5 y 6 de película delgada o de termopila micromaqui nada»- en el lado inferior de substrato 50» y se puede emplear cualquiera de entre numerosos diseños adecuados. La figura 12 es una vista ampliada del lado inferior del substrato 50» e ilustra un patrón adecuado que podría ser empleado para detectores 4» 5 y 6 de película delgada o de termopila micromaquinada. Una vista superior del substrato 50 está provista en la figura 11. Como es típico en este campo» las juntas calientes 60 de cada uno de los detectores de termopila 4. 5 y 6» de preferencia están soportados sobre un diafragma 54 eléctricamente aislante» delgado» que cubre cada una de las aberturas 52 formadas en el substrato SO. y las juntas frías 62 están situadas sobre el substrato grueso 50. Si bien las tres aberturas 52 de preferencia están cubiertas por un diafragma 54 eléctricamente aislante» delgado, los detectores de termopila también pueden ser autosoportadores. En operación» la radiación infrarroja de la fuente pasiva de infrarrojo entra en el alojamiento 31 del detector a través de la ventana 44. La radiación del infrarrojo choca entonces con los filtros de paso de banda de interferencia F » F3 y F3» cada uno de los cuales deja pasar radiación dentro de una banda espectral previamante definida. La radiación que dejan pasar los filtros de interferencia Fx, Fa, y F3, choca entonces con el diafragma 54 o las juntas calientes 60» si las termopilas son autosoportadoras» en donde es detectada por los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6 de termopila» respectivamente. Para mejorar la sensibilidad de los detectores 4» 5 y 6 a la radiación incidente» el lado superior del diafragma 54 eléctricamente aislante puede estar revestido con una película delgada de óxido de bismuto o de negro de humo durante el empaque» de manera que las áreas con abertura puedan absorber la radiación incidente de manera más eficiente. Si los detectores de termopila 4. 5 y 6 son autosoportadores» entonces el lado de las juntas calientes 60» sobre el que es incidente la radiación» pueden ser revestidos con óxido de bismuto o con negro de humo» directamente. Al colocar las juntas frías o de referencia 62 sobre substrato grueso 50» inherentemente se unen las juntas de referencia de cada uno de los detectores a la misma maza térmica. Por lo tanto» el substrato 50 actúa como un disipador de calor para mantener la temperatura de las juntas frías 62 de cada uno de los detectores» a una temperatura común. Adicionalmente, el substrato 50 provee soporte mecánico para el dispositivo. Aunque se ha descrito la presente modalidad como un solo substrato 50. con tres detectores del infrarrojo, 4, 5 y 6» de termopila» formados en él» quien sea experto en la materia reconocerá que se podría utilizar tres substratos separados, cada uno de los cuales tuviera en él un detector de infrarrojo con termopila, fabricado en el mismo, en lugar del substrato 50 descrito en la presente modalidad. Se puede hacer un diafragma' eléctricamente aislante 54 de muchos materiales adecuados» bien conocidos en la técnica» incluyendo una película plástica delgada» tal como MYLAR o una capa dieléctrica inorgánica tal como óxido de silicio» nitruro de silicio o una estructura de varias capas» que consista de ambos. De preferencia» el diafragma eléctricamente aislante 54 es una capa dieléctrica inorgánica» delgada, debido a que dichas capas pueden ser fabricadas fácilmente utilizando procedimientos de fabricación de semiconductores bien conocidos» y como resultado» se puede fabricar sobre el substrato 50 detectores de termopila más sensibles. Además» la posibilidad de fabricación de todo el dispositivo se mejora significativamente. También al emplear únicamente procedimientos de semiconductor para fabricar los detectores 4» 5 y 6» el substrato 50 tendrá capacidades de circuito de cápsula, característicos de los dispositivos que se basan en la tecnología de circuito integrado de silicio, a escala completa; así pues, los elementos electrónicos de procesamiento de señal para los detectores 4» 5 y G^ si se desea pueden estar incluidos en el substrato 50. Se conocen otras muchas técnicas para fabricar detectores de termopila 4» 5 y 6» sobre el lado inferior del substrato 50» en las técnicas de los detectores de termopila y de infrarrojo. Un método adecuado para producir detectores de ter opila 4, 5 y G, utilizando técnicas de procesamiento de semiconductor» está descrito en la patente estadounidense No. 5»100»479» expedida el 31 de marzo de 1992, la cual queda incorporada aquí mediante esta referencia. Haciendo referencia a las figuras 9 y 12, los conductores de salida 56 están conectados a los conectores hembras de salida 64 de cada uno de los detectores de termopila 4, 5 y 6, en las regiones de unión 58» utilizando soldadura u otros materiales bien conocidos. Debido a que las juntas de referencia de los detectores 4» 5 y 6 están térmicamente derivadas entre sí» es posible que las juntas de referencia para cada uno de los detectores 4,5 y 6. compartan un terminal hembra de salida común. Como resultado, únicamente se necesitaría cuatro conductores de salida en lugar de los seis, para comunicar la salida de los detectores. Los conductores de salidas 56 conectan típicamente los detectores 4. 5 y 6. a elementos electrónicos procesadores de señal. Como se mencionó con anterioridad, sin embargo, se puede incluir los elementos electrónicos procesadores de señal directamente sobre el substrato 50» y en ese caso se conectaría conductores de salida 56 a las terminales hembras de entrada y de salida de los elementos electrónicos procesadores de señal, en lugar de a los terminales hembras de salida de los detectores de termopila por infrarrojo 4.5 y 6. Tal como se ilustra en la figura 9» de preferencia se construye un elemento sensor de temperatura sobre el substrato 50» cerca de las juntas frías 62 de uno de los detectores de termopila. El elemento sensor de temperatura vigila la temperatura del substrato 50 en el área de las juntas frías y» de tal manera» la temperatura que mide es representativa de la temperatura de las juntas frías 62. La» salida del elemento sensor de temperatura 53 es comunicada a los elementos electrónicos procesadores de señal » de manera que los elementos electrónicos procesadores de señal puedan compensar la influencia de la temperatura ambiente de las juntas frías de los detectores de termopila. El el mento sensor de temperatura 53 de preferencia es un termistor» pero también se puede utilizar otros elementos sensores de temperatura» tales como diodos, transistores y similares. Haciendo referencia ahora a las figuras 8 a ÍO» están montados filtros de paso de banda de interferencia F-, . F3» y F3 encima del substrato 50» de manera que cada uno de ellos cubra una de las aberturas 52 en el substrato 50. Los CWL y FWHM de los filtros de paso de banda F » Fß y F3» están fijados co o se describió con respecto a las figuras 1—2 y cuadro 1 anteriores. Debido a que los filtros de interferencia cubren aberturas 52» la luz que entra en el ensamble 3 detector a través de la ventana 44 debe pasar primero por los filtros x t Fx y F3» antes de llegar al detector de infrarrojo 4» 5 o 6» respectivamente. Así pues» al emplear tres aberturas separadas en el substrato 50» la luz que pasa a través de uno de los filtros es aislada de la luz que pasa a través de los otros filtros. Esto previene el cruzamiento entre cada uno de los canales detectores. Por lo tanto» la luz que llega a los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6» desde "la fuente pasiva 8 del infrarrojo» es la luz que cae dentro la banda espectral destinada a ser medida por el detector particular. De preferencia los filtros Fx» F^ y F3 están asegurados al substrato 50 usando un material térmicamente conductor» tal como epoxi térmicamente conductor. Una ventaja de asegurar los filtros al substrato 50. con un material térmicamente conductor, es que mejora la derivación térmica entre los filtros y el substrato, que está a la misma temperatura que la referencia. o las juntas frías 62 de los detectores de termopila 4. 5 y 6. Como resultado» el ruido de fondo de los filtros de interferencia es reducido al mínimo. Como los filtros de paso de banda de interferencia FJ.» F2 y F3. están cada uno por encima de 0°K desprenden una determinada cantidad de radiación infrarroja. El flujo radiante total incidente en un detector debido a su filtro» que normalmente tiene una temperatura cercana a la ambiente» es una función de que también está derivado térmicamente el filtro a las juntas de referencia o frías 62 del detector. Esto tiene en consideración como funciona una termopila. Es decir» el voltaje de salida generado por una termopila es una medida directa de la diferencia en la temperatura entre las juntas de señal (calientes) y las juntas de referencia (frías) de los termopares que constituyen la termopila. Una termopila no es más que un gran número de termopares conectados en serie para incrementar el voltaje de salida del dispositivo. Así pues» que también esté derivado térmicamente un'filtro a las juntas de referencia de su detector de termopila» puede afectar el voltaje de salida del detector. En el peor de los casos» cuando el filtro no está derivado térmicamente a las juntas de referencia, en absoluto» el flujo radiante incidente en el detector de termopila incluye una desviación indeseable del filtro» lo que disminuye la modulación de la señal deseada desde la fuente pasiva 8 de infrarrojo que pasa a través del filtro desde el exterior a las juntas calientes de la termopila. La proporción de la señal utilizable a la no utilizable en las juntas calientes está dada por la proporción de la emitancia radiante espectral de la fuente pasiva 8 de infrarrojo en la banda espectral dejada pasar por el filtro de interferencia a las emitandas radiantes espectrales emitidas por el filtro a todas las longitudes de onda, a 295°K. esto podría ser tan pequeño como 2.3 x lO-3»» para un filtro de interferencia que tuviese un CWL de 4.67 µm y un FWHM de 0.2 µm. Sin embargo» en situaciones reales» el filtro siempre está un tanto derivado al electrodo de referencia del detector de ter opila» y la proporción de señal utilizable a la señal no utilizable es al rededor de 0.1 a 0.2. La presente modalidad de ensamble detector el imina específicamente» en la medida de lo posible» el flujo radiante indeseable que llega al detector de termopila desde el filtro. Esto se hace al proveer una derivación térmica muy eficiente entre las juntas de ref rencia (frías) 62 de los detectores de termopila 4» 5 y 6. y sus filtros de interferencia correspondientes Fx. F2 y F3. Esto, en efecto. unificar la influencia del filtro a las juntas de señal (calientes) 60 del detector» haciendo así que la radiación dejada pasar por los filtros desde la fuente pasiva 8 de infrarrojo» sea la única fuente de la radiación que es medida por los detectores de termopi a. No hay necesidad de decir que esta es la única radiación que es importante» y que ahora está aislada de manera út l para procesarla por medio del detector de termopila. Para mejorar adicionalmente la derivación térmica entre los filtros y el substrato 50. se puede proveer otros medios disipadores de calor. Así. por ejemplo. una rejilla metálica 68» disipadora de calor» puede ser depositada sobre uno o ambos lados de los filtros de interferencia F,? tal como se muestra en la figura 13. El metal usado para la rejilla debe tener elevada conductividad térmica. El oro es particularmente bien adecuado para este propósito. Alternativamente» como se muestra en las figuras 15 y 16» una rejilla 68 metálica» disipadora de calor, puede ser incorporada en un aditamento de montaje 70. La conductividad térmica de la rejilla metálica 68 se puede mejorar revistiendo con oro la rejilla. El aditamento de montaje 70 comprende una porción de rejillas 68 y una porción 72 de labio realzado. El filtro de interferencia F., (que corresponde a los filtros FA, Fa o F3) se asienta en la depresión formada por el labio realzado 72. Para mejorar la transferencia de calor entre el aditamento de montaje 70 y el filtro F-, » de preferencia se une el filtro F., al aditamento de montaje 70 utilizando un material térmicamente conductor» tal como un epoxi térmicamente conductor. Luego se une en el aditamento de montaje empleando un material térmicamente conductor» a la parte superior del substrato 50» para cubrir la abertura 52. Esto está ilustrado en la figura 15» que es una vista parcial en sección a través del substrato 50» en uno de los detectores de termopila D-, que corresponden a los detectores 4. 5 ó 6. Otro ensamble detector 79» particular ente preferido» está descrito ahora con respecto a las figuras 16 y 17. El ensamble detector 79 incluye tres detectores de infrarrojo 4» 5 y 6 (no mostrados) formados en el substrato semiconductor 80» montado dentro del alojamiento 31 de detector. Los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6 son detectores de película delgada o de termopila de infrarrojo micromaquinados» formados en el lado de abajo del substrato BO» como se describe con relación a la modalidad de ensamble detector ilustrada en las figuras 8—12.

La diferencia primaria entre el substrato 80 de la presente modalidad y el substrato 50 de la modalidad ilustrada en las figuras 8-12 es que el substrato 80 incluye una ceja realzada B2» que circunda cada una de las tres aberturas 52 formadas en el substrato. Las cejas realzadas 82 dan una masa térmica adicional para mantener la temperatura de las juntas de referencia (frías) de las termopilas 4» 5 y 6» a la misma temperatura. La masa térmica adicional es conveniente en la presente modalidad» ya que el ensamble' detector 79 de acuerdo con la presente modalidad también incluye una fuente activa 84 de luz infrarroja» montada operativamente dentro del alojamiento 31 de detector. Como con la modalidad ilustrada en las figuras 8—12» de preferencia está construido un elemento sensor de temperatura 53 (no mostrado) sobre el substrato 50» cerca de las juntas frías de uno de los detectores de termopar» a fin de vigilar la temperatura de las juntas frías y proveer esa información a los elementos electrónicos procesadoreß de señal. La fuente 84 de luz infrarroja también da mayor flexibilidad al ensamble detector 79. Es decir» permite utilizar el ensamble detector 79 de tres canales, en un sensor de gas NDIR tradicional» que tiene una fuente activa de luz infrarroja o. alternativamente, si está inhabilitada la fuente 84 de luz infrarroja, se puede usar el ensambla detector 79 en un sensor pasivo de infrarrojo por gas. de acuerdo con la presente invención. Cuando se usa el ensambla detector 79 en un sensor de gas NDIR» la maza térmica añadida» provista por las cejas realzadas 82» ayuda a tener la temperatura de las juntas de referencia a una temperatura lo más uniforme posible cuando la fuente activa 84 de luz infrarroja está efectuando ciclos de conexión y desconexión. Esto es útil para mantener la sensibilidad de los detectores a la modulación en s? señal» debido a la presencia de gas o de gases que están siendo vigilados en la trayectoria de muestra de los detectores. El alojamiento detector 31 de la presente modalidad es una lata TO-5» que consta de una base de alojamiento 30 y una tapa 42. La tapa 42 incluye un collarín de abertura 7 que define un puerto para recibir radiación en el ensamble detector. El FOV del ensamble detector 79 está limitado por el collarín de abertura 7. Debido a que están muy próximos entre sí» el FOV de los detectores 4» 5 y 6 se traslapa substancial ente. La tapa 42 también incluya dß preferencia una ventana 44 transmisora de luz» que ajusta dentro de o cubre el puerto definido por el collarín de abertura 7. La ventana 44 transmisora de luz está unida a la tapa 42 de manera que cuando la tapa 42 se une a la base 30» los detectores de infrarrojo 4» 5 y 6 están sellados herméticamente dentro del alojamiento del detector 31. El material usado para la ventana 44 debe ser seleccionada tal como se describió con relación a las modalidades de ensambla detector ilustradas en las figuras 3» 4 y 8-15.

Los filtros de paso de banda de interferencia F » F3 y F3 están montados en la parte superior de las cejas realzadas 82» de manera que cada uno cubra una de las aberturas 52 del substrato 80. El CWL y el FWHM de los filtros de paso de banda F-L' F"a y F3 se regulan según se describió con respecto a las figuras 1-2 y cuadro 1 anteriores. Debido a que los filtros de interferencia cubren las aberturas 52» la luz que entra en el alojamiento 31 del detector» a través de la ventana 44» debe pasar primero por los filtros Fx. Fg.,0 F3 antes de llegar al detector de infrarrojo 4. 5 ó 6. respectivamente. De tal manera» al emplear 3 aberturas separadas en el substrato 80» la luz que pasa a través de uno de los filtros es aislada de la luz que pasa a través de uno de los otros filtros. Esto previene el cruzamiento entre cada uno de los canales detectores. Por lo tanto» la luz que llega a los detectores de infrarrojo 4. 5 y 6» desde la fuente pasiva 8 de infrarrojo» o desde la fuente activa 84 de infrarrojo» si se está usando el ensamble detector en un sensor convencional de gas NDIR» es la luz que queda dentro de la banda espectral a la que está destinado a medir el detector particular. Los filtros de paso de banda de i terferencia Fx» F^ y F3 están unidos a la parte superior de las cejas realzadas B2 que rodean las aberturas 52» usando un material técnicamente conductor» tal como epoxi técnicamente conductor. Una ventaja de asegurar los filtros a las cejas realzadas 82 con un material térmicamente conductor» es que mejora la derivación térmica entre los filtros y el substrato 80» que está a la misma temperatura que las juntas de referencia o frías de los detectores de termopar 4» 5 y G. Como resultado» el ruido de •fondo de los filtros de interferencia se reduce al mínimo. Para mejorar adicionalmente la derivación térmica entre los filtros y el substrato 80 se puede depositar una rejilla metálica 68» disipadora de calor» sobre uno o ambos lados de los filtros de interferencia F+ , tal como se muestra en la figura 13. El metal usado para la rejilla debe tener buena conductividad térmica. El oro es particularmente bien adecuado para ese propósito. Al ternati vamente» como se muestra en la figura 14» se puede incorporar una rejilla 68 metálica» disipadora de calor, en un aditamento 70 de montaje de filtro. El aditamento 70 de montaje comprende una porción de rejilla 68 y ?na porción 72 de labio realzado. Como se ilustra en la figura 15» ?n filtro de interferencia F., (que corresponde a los f ltros Fx, Fa y F3) se asianta en la depresión formada por el labio realzado 72. Para mejorar la transferencia de calor entre el aditamento de montaje 70 y el filtro F., » de preferencia se une el filtro F, al aditamento de montaje 70 utilizando un material técnicamente conductor» tal como epoxi técnicamente conductor. Luego se une el aditamento de montaje usando un material térmicamente conductor» a la parte superior de una de las cejas realzadas 72 para cubrir la abertura 52. Los aditamentos 86 del montaje del substrato están conectados a los terminales hembras de salidas (no mostrados) de cada uno de los detectores de termopar 4» 5 y S» en regiones de unión 88» usando soldadura u otros materiales bien conocidos. Ya que las juntas de referencia de los detectores 4» 5 y 6» comparten un terminal hembra de salida común en la modalidad presente, únicamente se necesita cuatro aditamentos 86 montadores de substrato para comunicar las salidas de los detectores. Los aditamentos 86 de montaje de substrato están aislados de la base 30 del alojamiento 31 del detector debido a que están montados sobre el substrato 90 eléctricamente aislante» que de preferencia está constituido por un material seleccionado del grupo que consiste de óxido de aluminio y óxido de berilio. La señal de salida de los detectores 4» 5 y 6» es comunicada por medio de los aditamentos 86 de montaje de substrato» a través de las uniones de alambre 94» a los e ementos electrónicos 92 procesadores de señal . Los a1ementes electrónicos 92 procesadores de señal pueden consistir en una pluralidad de microcápsulas unidas por matriz al substrato aislante 90 o una sola icrocápsula unida por matriz al substrato aislante 90. Los conductores de salida 56 están conectados a la entrada y a la salida de los elementos electrónicos 92 procesadores de señal » por medio de uniones de alambre 96. Los elementos electrónicos 92 procesadores de señal incluyen un accionador de fuente 9B para accionar la fuente acti a 84 de infrarrojo» a una frecuencia conocida. El accionador de fuente 98 acciona la fuente activa 84 de infrarrojo a través de las uniones de alambre 97. La manera en la que se debe accionar la fuente activa 84 de infrarrojo por el accionador 98 de fuente» para aplicaciones convencionales de NDIR» es bien conocida en la técnica y no es necesario explicarla adicional ente aquí. Si bien se ha ilustrado el ensamble detector 79 incluyendo elementos electrónicos 92 procesadores de señal, unidos por matriz en el substrato aislante 90, los elementos electrónico 92 procesadores de señal podrían ser incorporados directamente en el substrato semiconductor 80. Al ernativamente, para simplificar el ensamble detector 79» los conductores de salida 56 podrían estar conectados directamente a las salidas de los detectores 4» 5 y 6» usando soldadura u otros materiales bien conocidos. Los conductores de salida 56» en esa situación» conectarían las salidas de los detectores de termopar 4»5 y 6» del infrarrojo» a los circuitos procesadores de señal en el exterior del ensambla detector 79. Si se usa el ensambla detector 79 en un sensor pasivo de gas por infrarrojo» de acuerdo con la presente invención» la radiación infrarroja procedente de la fuente pasiva 8 de infrarrojo entra en el alojamiento 31 del detector a través de la ventana 44. La radiación infrarroja choca entonces con los filtros de paso de banda de interferencia F » Fß y F3» cada uno de los cuales deja pasar radiación dentro de una banda espectral predefinida. La radiación que pasa por los filtros de interferencia Fx, F3 y *F3» choca entonces con la membrana dieléctrica inorgánicaíno mostrada), que cubre cada una de las aberturas, o juntas calientes si las termopilas son autosoportadoras, en donde se detecta por medio de detectores de termopar 4, 5 y 6» del infrarrojo» respectivamente. Las salidas de cada uno de los detectores son comunicadas entonces a los elementos electrónicos procesadores de señal» en donde son procesadas de acuerdo con la descripción del sensor pasivo de gas por infrarrojo» provista más atrás con relación a las figuras 1-2 y cuadro 1. Como con el ensamble detector 3 descrito con respecto a las figuras 8-15» la sensibilidad de los detectores 4»5» y 6 a la radiación incidente se puede mejorar revistiendo el lado superior de la membrana dieléctrica (no mostrada) con una película delgada de óxido de bismuto o negro de humo durante el empaque» de manera que las áreas de abertura puedan absorber más eficientemente la radiación incidente.. Si los detectores de termopila 4» 5 y 6 son autosoportadores» entonces el lado de las juntas calientes sobre el que es incidente la radiación, puede estar revestido con óxido de bismuto o negro de humo» directamente. Como se indicó anteriormente. debido a que el ensamble detector 79 también incluye una fuente activa del infrarrojo» puede ser utilizado en un sensor de gas NDIR. El uso del ensamble 79 detector en un sensor de gas NDIR» de acuerdo con la presente invención» está descrito a continuación.

La figura 5 muestra una implementacion real de una modalidad preferida de un sensor de gas PÍA 33 de acuerdo con la presente invención. El ensamble detector 3 está montado directamente en el tablero de circuito impreso (PCB) 11» que también es un montaje para los elementos electrónicos 12 procesadores de señal» la sirena 13 para hacer sonar una alarma» y una fuente de alimentación 14 por pila. La fuente de alimentación por pila 14 de preferencia es una pila de litio, que debe proveer suficiente energía para operar el sistema durante uno a dos años. Aunque el sensor de gas PÍA de la presente está ilustrado empleando un ensamble detector 3» el ensamble detector 79 descrito con respecto a las figuras 16 y 17 también puede ser empleado en la presente modalidad. El reflector esférico 15» que está fijado rígidamente al ensamble detector 3» es usado para aumentar el FOV del ensamble detector 3. La longitud de la trayectoria de muestra para el sensor de gas» en este caso» nuevamente está definida por la distancia entre el ensamble detector 3 y la fuente pasiva 8 de infrarrojo» que se define como una porción de la pared 9. El PCB 11 que lleva todos los componentes anteriormente descritos» está alojado en una envolvente 16 para protección contra el manejo y contra los ambientes externos, cuando se está usando para implementar la técnica PÍA de la presente invención. Quien sea experto en la materia reconocerá que el FOV del ensamble detector 3 puede ser incrementado de manera similar utilizando un sistema óptico refractor en lugar del sistema óptico reflector. Se prefiere los elementos ópticos reflectores, sin embargo» por su costo. La figura 6 muestra el dibujo esquemático para los circuitos procesadores de señal de acuerdo con una modalidad preferida para la presente invención. Los circuitos procesadores de señal ilustrados en la figura 6 pueden ser usados conjuntamente con cualquiera,' de las modalidades de ensamble detector descritas arriba. De acuerdo con la presente modalidad» la radiación infrarroja que emana de la fuente pasiva (no mostrada) es recogida dentro del FOV del ensamble detector 3» sobre los detectores 17» 18 y 19» que representan, respecti amente» el detector de señal Dx y los detectores de neutro Da y D3. Los detectores 17» 18 y 19 son detectores de termopila y sus juntas de referencia están unidas térmicamente al mismo disipador de calor 20. Una de las principales ventajas de los detectores de termopila es su salida lineal (lineal ente escalable con temperaturas desde 0 hasta 70°C). Así pues» las salidas de los detectores 17» 18 y 19 pueden ser corregidas para cambios en la temperatura ambiental» al percibirla en el disipador de calor 20 de la junta común de referencia» utilizando el microprocesador 21. Si bien la presente modalidad está ilustrada empleando el ensamble detector 3» también se podría emplear en la presente modalidad el ensamble detector 79 descrito con relación a las figuras 16 y 17. A fin de reducir al mínimo los arrastres por CD» las salidas de cada uno de los tres detectores son conmutadas subsecuentemente con el mismo factor de trabajo» por un multiple?or de bajo ruido 22» controlado por el microprocesador 21» a la entrada diferencial del mismo preamplificador de bajo ruido 23. Luego se convierte las señales amplificadas» por medio de un convertidor 24 DA/D» antes de alimentarlas al microprocesador 21» para procesar la señal. Después que se detecta el gas que se ha medido» se puede vigilar la concentración del gas con base en la función predeterminada programada en el microprocesador 21. La concentración puede ser enviada como salida o exhibida utilizando el cable 25 o» en algunos casos» también se puede generar una señal de alarma por el microprocesador 21» utilizando el cable 26. El microprocesador 21 es del tipo de baja potencia y contiene suficientes memorias RAM. ROM y EEprom para procesar apropiadamente las señales originadas por el ensamble detector. Se podría incrementar adic onal ente la versatilidad de los detectores de gas pasivos por infrarrojo de la presente invención» añadiendo un dispositivo medidor de distancia al detector de gas. Esto permitiría que el usuario modificara rápida y fácilmente la longitud de muestra S» dependiendo de la aplicación. El dispositivo medidor de distancia podría ser del tipo de contacto o sin contacto. Por ejemplo» podría comprender un diodo láser con un sensor» como es bien sabido en la técnica. La salida del dispositivo medidor de distancia sería comunicada al procesador de señal» de manera que se pudiera insertar la longitud S de trayectoria de muestra apropiada en la ecuación CID» cuando se calcula la concentración del gas. Tal como se discutió anteriormente» el cambio en la longitud de trayectoria no es necesario para calcular la proporción de las salidas de los dos canales de neutro» debido a que este factor se cancelaría» ya que sería el mismo pa'ra ambos detectores. Alternativamente» el detector de gas puede incluir un conmutador» de manera que el usuario pueda introducir longitudes de trayectoria prefijadas. Por ejemplo» el conmutador podría incluir reglajes de longitud de trayectoria que aumentaran en incrementos de 30 centímetros» de manera que el usuario pudiera medir y luego introducir la longitud de trayectoria apropiada para la instalación» en la que se está usando el detector de gas de la presente invención. La selección de una longitud de trayectoria particular es comunicada al microprocesador 21» de manera que sepa la longitud de trayectoria apropiada que va a usar para calcular la concentración del gas en el volumen de muestra. Para una flexibilidad ligeramente mayor» se puede usar un terminal hembra de entrada de datos» de manera que el usuario pueda ingresar cualquier longitud de trayectoria deseada y el microprocesador 21 se compensará consecuentemente durante sus cálculos.

La figura 7 es un circuito esquemático para un procesador de señal de acuerdo con otra modalidad de la presente invención. La estructura del circuito está determinada por el bajo nivel de las señales esperadas» del orden de 5 a 85 icrovolts. Hay tres circuitos preampl icadores idénticos que difieren únicamente en el valor de una resistencia fijadora de ganancia R4. Los amplificadoras están construidos en la forma de amplificadores de instrumentación que tienen un modo de rechazo de señal común muy elevado»' debido a que para la operación en casas» se puede inducir magnéticamente señales grandes por el cableado de energía eléctrica de 60 Hz. El blindaje magnético de los detectores y los circuitos debe reducir esto. Los detectores y los co ponentes de circuito también deben ser protegidos contra los cambios rápidos de temperatura que puedan permitir señales de termopar en los componentes. Los diseños térmico y mecánico son muy importantes para permitir las capacidades plenas del circuito electrónico. Ul forma la parte de entrada del amplificador de instrumentación. Se seleccionó por s? voltaje de separación de entrada muy bajo» aproximadamente 0.5 µV» y un cambio muy bajo con respecto a ese voltaje» con la temperatura. Para un rechazo en modo común elevado, los dos resistores de retroalimentación R2 y R3 deben igualarse a más de O.i?» y deben tener coeficientes de temperatura de 10 pp /grado C o mejores. La ganancia de este circuito está determinada por la proporción de R2 y R3 con respecto a Rl» al rededor de 500. El nivel de ruido para de a 10 Hz es apro?imadamente 2 µV pp. Esto es mayor que lo deseable» pero puede ser filtrado posteriormente. La desviación y el desplazamiento de baja entrada» con la temperatura» son más importantes para obtener un procesamiento apropiado de las salidas muestreadas. El nivel de ruido de entrada de la parte de salida del circuito es mucho menor» al rededor de O.28 µV» pero el desplazamiento es mucho mayor, al rededor de 50 µV. y con un coeficiente mayor de temperatura. U2 realmente es otro amplificador de instrumentación. Es usado para proveer una ganancia elevada y estable de alrededor de 400. Se usa debido a que es menos costoso que otro amplificador y cuatro resistencias fijadoras de ganancia» precisas. La salida esperada es de 1 a 2 volts o más» dependiendo de la radiación de entrada al detector. Las ganancias de los preamplificadores para los otros dos detectores son menores» puesto que se espera más radiación en las longitudes de onda más grandes de esos detßctores. El resto del procesamiento de señal podría ser manejado de muchas maneras diferentes» y se muestra una implementación como un ejemplo. Los tres canales de señal y un sensor de temperatura, cerca de los detectores» están seleccionados por un multiplexor y su valor es convertido a una frecuencia por un convertidor de voltaje a frecuencia. Se puede procesar fácilmente la salida de frecuencia mediante un micro de procesador (µP)» para determinar la temperatura de la escena observada» la temperatura de los detectores» luego la absorción debida al gas CO u otros gases que van a ser medidos de las señales esperadas a esas temperaturas. Otra modalidad de un sensor de gas PÍA de acuerdo con la presente invención» está descrita con relación a la figura 18. El sensor de gas por infrarrojo pasivo 110» ilustrado en la figura 18. comprende una fuente pasiva de infrarrojo 112» un ensamble detector de infrarrojo 3» de tres canales» centrado a la mitad de la fuente pasiva de infrarrojo 112» y que tiene un portillo 118 para recibir a través del mismo la radiación infrarroja; y un espejo cóncavo 120» espaciado del puerto 118 y mirando hacia él» en el ensamble detector 3 y la fuente pasiva 112 de infrarrojo. La fuente pasi a de infrarrojo 112 de preferencia es cóncava para aumentar el área de superficie de la fuente infrarroja» dentro del campo de visión del espejo cóncavo 120 que mira a la fuente pasiva de infrarrojo. En la presente modalidad» la fuente pasiva 112 de infrarrojo comprende una superficie negra 116 de infrarrojo que ha sido aplicada a la superficie de un miembro no conductor 114. La superficie negra de infrarrojo 116 puede comprender varios materiales, incluyendo óxido de cromo negro, óxido de bismuto y negro de humo. El miembro no conductor 114 consta de una pluralidad de paneles de plástico debido al peso ligero y a la facilidad de fabricación asociados con el plástico. Como sería obvio para los expertos en la materia, el miembro 114 también podría estar hecho de una pieza unitaria de plástico u otro material eléctricamente aislante. El espejo 120 puede ser cualquier superficie reflectora cóncava, de manera que aumente el campo de visión del ensamble detector. De preferencia el espejo cóncavo 120 tiene la emisividad más baja posible, de manera que toda la radiación infrarroja que se está recibiendo a través del puerto 118, en el ensamble detector 3, se produzca por la fuente pasiva 112 de infrarrojo. El espejo cóncavo 120 debe ser suficientemente grande para comprender todo el campo de visión del detector, a la distancia a la que está separado del detector. Esto se puede calcular utilizando la ecuación d=0MxS/2tr—a-^=. en donde d es el diámetro del espejo cóncavo. OM es el ángulo sólido subtendido por el ensamble detector en el espejo cóncavo 120 y S es la distancia entre el ensamble detector y el ensamble detector. De manera similar, la fuente pasiva de infrarrojo 112 debe ser suf cientemente grande para llenar el campo de visión del espejo cóncavo. El espacio entre la fuente pasiva de infrarrojo y el detector, por una parte, y el espejo cóncavo por la otra» define la cámara de muestra del sensor 110 de gas por infrarrojo pasivo» de acuerdo con la presente invención. La radiación infrarroja emitida por la fuente de infrarrojo pasivo 112 es reflejada por el espejo cóncavo 120 hacia el ensamble detector 3 a través del puerto 118. Como resultado» la longitud de la trayectoria de muestra del sensor de gas 110 por infrarrojo pasi o es por lo menos el doble de la distancia entre el ensamble detector 3 y el espejo cóncavo 120. Esto permite que el sensor de gas 110 tenga el doble de sensibilidad que el sensor de gas por infrarrojo pasivo en el que la fuente pasiva está opuesta al ensamble detector. Alternativamente» el sensor de gas lio tendrá la misma sensibilidad utilizando la mitad del espacio. Tal como se explicó antes» el ensamble detector 79 descrito con respecto a las figuras 16 y 17 incluye también una fuente activa de infrarrojo; de tal manera» el ensamble detector 79 puede ser empleado directamente en un sensor de gas NDIR. Un dispositivo sensor de gas NDIR potencial» de acuerdo con la presente invención» está ilustrado en la figura 19. El sensor de gas NDIR de la figura 19 comprende un tubo hueco alargado 100 que tiene un extremo cerrado 102 y un extremo abierto 104. En la modalidad preferida» el tubo 100 está compuesto de un metal y tiene un sección transversal circular. En otras modalidades» la sección transversal es cuadrada. Las superficies internas del tubo 100» incluyendo la superficie interna del extremo cerrado 102» son especularmente reflectoras. De acuerdo con la presente invención» el tubo metálico 110 es hermético al gas» y por lo tanto» están provistas aberturas filtradoras, de las cuales la abertura filtradora 106 es típica, en ubicaciones espaciadas a lo largo del tubo 100 para permitir que se vigile el gas que entra y que sale del espacio dentro del tubo. Cada una de las aberturas filtradoras 106 está cubierta con una membrana semipermeable 108. El número exacto, la ubicación y la disposición de las aberturas filtradoras no son cruciales. si bien algunas disposición pueden ser mejores que otras. Esta montado el ensamble detector 3. de tres canales» en el extremo abierto del tubo hueco lOO» de una manera que cierre el extremo abierto y prevenga la entrada de gas o su salida a través del extremo abierto del tubo 100. Debido a que se utiliza la fuente activa de infrarrojo 84 en la presente invención» los detectores 5 y 6 que son usados como detectores neutros para caracterizar la temperatura de la fuente 8 pasiva de infrarrojo» cuando el ensamble detector 79 es usado en un sensor de gas por infrarrojo pasivo, de acuerdo con la presente invención, no son necesarios. Como resultado, el ensamble detector 79 puede ser usado para vigilar la concentración hasta de 3 gases diferentes en la presente modalidad» simplemente se eccionando filtros de paso de banda Fx. F? y F3 que dejen pasar bandas espectrales a tres longitudes de onda diferentes» a las que los tres diferentes gases que van a ser detectados absorben fuertemente la radiación» y a las que otros gases que putíieran estar presentes no absorben. Si es necesario detectar menos de tres gases» se puede inhabilitar los canales detectores no necesarios. Esto aumenta en gran medida la flexibilidad del sensor de gas NDIR de acuerdo con la presente invenci n.

Se determina la concentración de los gases que van a ser detectados dentro de la cámara de muestra por la medida en que absorben la radiación emitida desde la fuente reactiva de infrarrojo 84. Al insertar el ensamble detector 79 dentro del extremo abierto del tubo 100» están dispuestos primero la ventana que se ilustra en la figura 19» los detectores 4» 5 y 6» los filtros de paso de banda de interferencia Fx> F2 y F, y la fuente activa de infrarrojo 84» situada dentro del ensamble detector 79» de manera que todos estén mirando hacia la superficie interna del extremo cerrado 102. Como resultado» algo de la radiación emitida por la fuente activa de infrarrojo 84 eß reflejada» ya ßea directa o indirectamente» deßde la superficie interna del extremo cerrado 102» hacia los detectores 4» 5 y 6» en donde es detectada. La cantidad de radiación detectada en las bandas espectrales vigiladas por los detectores 4» 5 y 6» puede ser usada para determinar la concentración de los gases que están siendo vigilados dentro de la cámara de muestra definida por el espacio dentro del tubo lOO» utilizando técnicas bien conocidas en este campo. El propósito de la membrana semipermeable 108 es prevenir que las partículas presentes en el aire» mayores .que un tamaño predeterminado» entren en el espacio dentro del tubo lOO» al mismo tiempo que no se interfiere de manera apreciable la libre difusión del gas que se está vigilando hacia y desde el espacio dentro del tubo 100. Las partículas indeseables incluyen gotas de humedad diminutas o de aceite y también incluyen materia fina en partículas» por ejemplo» partículas de polvo o de humo. Si estas partículas indeseables presentes en el aire entraran al espacio dentro del tubo 100» se depositarían sobre las superficies especularmente reflectoras» reduciendo de esa manera la reflectividad y destruyendo su naturaleza especular. Las partículas indeseables se depositarían también sobre la ventana 44 del ensamble detector 79» reduciendo la transmisión de la radiación. Todos esos problemas son eliminados mediante el uso de la membrana semipermeable que» en la presente modalidad» previene que las partículas presentes en el aire» mayores que 0.3 mieras entren en el espacio dentro del tubo 100. Aunque las presentes invenciones han sido clarificadas en las modalidades lustrativas» será inmediatamente obvio para los expertos en la materia que muchas modificaciones de estructura» disposición» proporción» e ementos» materiales y componentes usados en la práctica de las invenciones descritas, y de otra manera» que están particularmente adaptadas a ambientes específicos y requisitos funcionales» pueden ser efectuadas sin salirse de los principios descritos. Por ejemplo» los ensambles detectores descritos con respecto a las figuras 8-17» fueron descritos como detectores de tres canales debido a que están siendo empleados en el sensor PÍA de acuerdo con la presente invención. Sin embargo» como lo reconocerá quien ßea experto en la materia» los ensambles detectores de la presente invención podrían ser modificados fácilmente para que tuviesen cualquier número deseado de canales» incluyendo uno» dependiendo de la aplicación específica. Así p?es» se debe entender claramente que esta descripción únicamente está dada a manera de ejemplo y no como una limitación para el alcance de las invenciones descritas» que están reivindicadas en lo que sigue.

Claims (58)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1. l.—Un ensamble detector por infrarrojo» caracterizado porque comprende: (a) un alojamiento detector que tiene un puerto para recibir radiación infrarroja a través del mismo» (b) un substrato montado dentro del alojamiento detector» teniendo el substrato tres aberturas; (c) un primer detector de termopila, un segundo y un tercero detectores de termopila» fabricados en el lado de fondo del substrato; estando las juntas calientes de cada detector de termopila situada sobre una de las aberturas del substrato» a fin de que reciban la radiación transmitida a través de la abertura; y estando las juntas frías de cada detector de termopila situadas sobre el substrato; (d) un primer filtro de paso de banda de interferencia» montado en el lado superior del substrato» de manera que el primer filtro cubra la abertura encima del primer detector y se interponga el primer filtro entre el puerto y el primer detector, estando diseñado el primer filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación incidente a una primera banda espectral» (e) un segundo filtro de paso de banda de nterferencia, montado en el lado superior del substrato, de manera que el segundo filtro cubra la abertura encima del segundo detector, y el segundo filtro está interpuesto entre el puerto y el segundo detector; estando diseñado el segundo filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación a una segunda banda espectral; y (f) un tercer filtro de paso de banda de interferencia, montado en el lado de arriba del substrato, de manera que el tercer filtro cubra la abertura encima del tercer detector, y el tercer filtro está interpuesto entre el puerto y el tercer detector» estando diseñado el tercer filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar radiación a una tercera banda espectral .
2. 2.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque comprende conductores de salida que se extienden a través del alojamiento del detector y eléctricamente conectados a los detectores de termopila primero» segundo y tercero.
3. 3.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 2» caracterizado además porque el substrato consta de un material semiconductor y los detectores de termopila primero» segundo y tercero están seleccionados del grupo que consiste de detectores de termopila de película delgada y detectores de termopila micromaquinados.
4. 4.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además» porque el substrato consta de un material semiconductor y los detectores de termopila primero» segundo y tercero son detectores de termopila micromaquinados.
5. 5.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque comprende adicionalmente: (a) un procesador de señal fabricado sobre el substrato; estando conectado eléctricamente el procesador de señal a los detectores de termopila» primero» segundo y tercero; y (b) conductores que se ex ienden a través del alojamiento del detector y conectados eléctricamente al procesador de señal .
6. 6.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque cada uno de los detectores de termopila primero» segundo y tercero para el infrarrojo» están formados en un diafragma eléctricamente aislante que cubre la abertura sobre la que está situado el detector.
7. 7.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 6» caracterizado además porque el diafragma eléctricamente aislante consta de una película plástica delgada.
8. 8.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 7» caracterizado además porque la película plástica es MILAR<->.
9. 9.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 6» caracterizado además porque el diafragma eléctricamente aislante consta de una membrana dieléctrica e inorgánica seleccionada del grupo que consiste de óxido de silicio» nitruro de silicio y una estructura de varias capas de óxido de silicio y nitruro de si l icio.
10. 10.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque los filtros de paso de banda de interferencia primero» segundo y tercero» están unidos al substrato utilizando un material térmicamente conductor.
11. 11.— Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación ÍO. caracterizado además porque comprende adicionalmente medios disipadores de calor para mejorar la derivación térmica entre el substrato y los filtros de paso de banda de interferencia primero» segundo y tercero .
12. 12.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación l» caracterizado además porque comprende adicionalmente una ventana transmisora de luz» montada dentro del puerto.
13. 13.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 12» caracterizado además porque el substrato» los f ltros y los detectores están herméticamente sellados dentro del alojamiento del detector.
14. 14.- Un ensamble detector por infrarrojo» caracterizado porque comprende: (a) un alojamiento de detector que tiene un puerto para recibir a través del mismo radiación infrarroja; (b) un substrato semiconductor montado dentro del alojamiento del detector, teniendo el substrato tres aberturas; (c) una membrana dieléctrica que cubre cada una de las tres aberturas» y que está formada sobre el fondo del substrato; (d) un primero» un segundo y un tercero detectores de termopila» estando formadas las juntas calientes de cada detector de termopila sobre una de las aberturas en la membrana dieléctrica que cubre la abertura» y estando formadas las juntas frías de cada detector de termopila sobre el substrato; (e) un primer filtro de paso de banda de interferencia» montado en el lado superior del substrato» de manera que el primer filtro cubra la abertura encima del primer detector y esté intßrpuesto el primer filtro entre el puerto y el primer detector; estando diseñado el primer filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación incidente a una primera banda espectral; (f) un segundo filtro de paso de banda de interferencia» montado en el lado superior del subßtrato» de manera que el ßegundo filtro cubra la abertura encima del segundo detector» y esté interpuesto el segundo filtro entre el puerto y el segundo detector; estando diseñado el segundo filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación a una segunda banda espectral ; (g) un tercer filtro de paßo de banda de interferencia» montado en el lado superior del substrato» de manera que el tercer filtro cubra la abertura encima del tercer detector» y esté interpuesto el tercer filtro entre el puerto y el tercer detector; estando diseñado el tercer filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación a una tercera banda espectral; y (h) conductores que se extienden a través del alojamiento del detector y conectados eléctricamente a los detectores de termopila primero» segundo y tercero.
15. 15.- Un ensamble detector por infrarrojo de acuerdo con la reivindicación 14» caracterizado además porque la membrana dieléctrica e inorgánica está seleccionada del grupo que consiste de óxido de silicio, nitruro de silicio y una estructura de varias capas de óxido de silicio y nitruro de si 1 icio.
16. 16.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 14» caracterizado además porque comprende adicionalmente un procesador de señal fabricado sobre el substrato» y en donde los detectores de termopila primero» segundo y tercero están conectados eléctricamente al procesador de señal» y los conductores están conectados eléctricamente al procesador de señal .
17. 17.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 14» caracterizado además porque los filtros de paso de banda de i terferencia primero» segundo y tercero» están unidos al substrato usando un material térmicamente conductor.
18. 18.-Un ensamble detector por infrarrojo» caracterizado porque comprende: (a) un alojamiento de detector que tiene un puerto para recibir a través del mismo radiación infrarroja; (b) un substrato semiconductor montado dentro del alojamiento de detector, teniendo el substrato tres aberturas y una ceja realzada en la parte superior del substrato» que circunda cada una de las aberturas; (c) una membrana dielectrica que cubre cada una de las tres aberturas» y formada sobre la parte inferior del substrato» (d) un primer» un segundo y un tercer detectores de termopila» de película delgada; estando formadas las juntas calientes de cada detector de termopila sobre una de las aberturas en la membrana dieléctrica que cubre la abertura; y estando formadas las juntas frías de cada detector de termopila sobre el substrato» (e) un primer filtro de paso de banda de interferencia» montado en la parte superior de la ceja realzada que circunda la abertura sobre la que está formado el primer detector» de manera que el primer filtro esté interpuesto entre el puerto y el primer detector; estando diseñado el primer filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación a una primera banda espectral; (f) un segundo filtro de paso de banda de interferencia» montado sobre la parte superior de la ceja realzada que circunda la abertura en la que está formada el segundo detector. de manera que el segundo filtro esté interpuesto entre el puerto y el segundo detector; estando diseñado el segundo filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación a una segunda banda espectral; y (g) un tercer filtro de paso de banda de nterferencia» montado en la parte superior de la ceja realzada que circunda la abertura sobre la que está formado el tercer detector» de manera que el tercer filtro esté interpuesto entre el puerto y el tercer detector; estando diseñado el tercer filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación a una tercera banda espectral .
19. 19.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la indicación 18» caracterizado además porque comprende adicional ente una fuente activa de luz infrarroja» montada operati vamente dentro del ensamble detector.
20. 20.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 19» caracterizado además porque la membrana dieléctrica inorgánica está seleccionada del grupo que consiste de óxido de silicio» nitruro de silicio y una estructura de varias capas de óxido de silicio y nitruro de sil icio.
21. 21.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 19» caracterizado además porque comprende adicionalmente conductores de salida que se extienden a través del alojamiento del detector» y conectados eléctricamente a los detectores de termopila» primero, segundo y tercero.
22. 22.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 19. caracterizado además porque comprende adicionalmente: (a) un procesador de señal fabricado sobre el substrato; estando conectado eléctricamente el procesador de señal a los detectores de termopila; y (b) conductores que se extienden a través del alojamiento del detector y conectados eléctricamente al procesador de señal.
23. 23.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 19. caracterizado además porque los filtros de paso de banda de interferencia primero» segundo y tercero» están unidos al substrato utilizando un material térmicamente conductor.
24. 24.- Un ensamble detector por infrarrojo de conformidad con la reivindicación 19» caracterizado además porque la fuente activa de luz infrarroja comprende un filamento de tungsteno.
25. 25.- Un sensor de gas por infrarrojo» de fuente pasiva» caracterizado porque comprende: (a) un alojamiento de detector que tiene un puerto para recibir a través del mismo radiación infrarroja» (b) un substrato montado dentro del alojamiento detector» teniendo el substrato tres aberturas; (c) un primero» un segundo y un tercero detectores de termopila, fabricados en el lado inferior del subßtrato; eßtando dispuestas las juntas calientes de cada detector de termopila sobre una de las aberturas del substrato» a fin de recibir la radiación transmitida» a través de la abertura; y estando situadas las juntas frías de cada detector de termopila sobre el substrato; (d) un primer filtro de paso de banda de interf rencia» montado en el lado superior del substrato» de manera que el primer filtro cubra la abertura encima del primer detector, y esté interpuesto el primer filtro entre el puerto y el primer detector; estando diseñado el primer filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación incidente a una primera banda espectral no neutra. que es absorbible por un gas preseleccionado que se va a vigilar; (e) un segundo filtro de paso de banda de interferencia» montado en el lado superior del substrato, de manera que el segundo filtro cubra la abertura encima del segundo detector, y esté interpuesto el segundo filtro entre el puerto y el segundo detector; estando diseñado el segundo filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación a una primera banda espectral neutra; (f) un tercer filtro de paso de banda de i terferencia, montado en el lado superior del substrato, de manera que el tercer filtro cubra la abertura encima del tercer detector y el tercer filtro esté interpuesto entre el puerto y el tercer detector; estando diseñado el tercer filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación a una segunda banda espectral neutra; y (g) circuitos procesadores de señal, conectados a las salidaß eléctricaß producidaß por loe detectores primero, segundo y tercero» para producir una señal en respuesta a alias, representativas de la concentración del gas que está siendo medido.
26. 26.- Un senßor de gaß por infrarrojo» de fuente pasiva» de acuerdo con la reivindicación 25» caracterizado además porque el gas que está siendo vigilado es por lo menos uno seleccionado por el grupo que consiste de CO CO.,.» H^O» y TVOC.
27. 27.— Un sensor de gas por infrarrojo» de fuente pasiva de conformidad con la reivindicación 25» caracterizado además porque los filtros de paso de banda primero» segundo y tercero» tienen- una amplitud de 0.1 µm a FWHM.
28. 28.— Un sensor de gas por infrarrojo de fuente pasiva de conformidad con la reivindicación 27«caracterizado además porque el segundo y el tercer filtros de paso de banda tienen una longitud de onda central seleccionada del grupo que consiste de 3.91 µm. 5.00 µm y 9.00 µm.
29. 29.— Un sensor de gas por infrarrojo de fuente pasiva, de conformidad con la reivindicación 28. caracterizado además porque el primer filtro de paso de banda tiene una longitud de onda central seleccionada del grupo que consiste de alrededor 4.26 µm y alrededor de 4.67 µm.
30. 30.- Un sensor de gas por infrarrojo, caracterizado porque comprende: (a) un alojamiento de detector que tiene un puerto para recibir a través del mismo la radiación infrarroja; (b) un subßtrato montado dentro del alojamiento del detector. teniendo el substrato tres aberturas; (O ?n primer. un segundo y un tercer detectores de termopila, fabricados sobre el lado inferior del substrato» estando situadas las juntas calientes de cada detector de termopila sobre una de las aberturas en el substrato» de manera que reciban la radiación transmitida a través de la abertura» y estando dispuestas las juntas frías de cada detector de termopila sobre el substrato; (d) un primer filtro de paso de banda de interferencia, montado en el lado superior del substrato» de manera que el primer filtro cubra la abertura encima del primer detector y esté interpuesto el primer filtro entre el puerto y el primer detector; estando diseñado el primer filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación incidente a una primera banda espectral; (e) un segundo filtro de paso de banda de interferencia» montado en el lado superior del substrato, de manera que el segundo filtro cubra la abertura encima del segundo detector» y esté interpuesto el segundo filtro entre el puerto y el ßegundo detector; estando diseñado el segundo filtro de paßo de banda de interferencia pasa dejar pasar la radiación a una segunda banda espectral; (f) un tercer filtro de paso de banda de interferencia. montado en el lado superior del substrato» de manera que el tercer filtro cubra la abertura encima del tercer detector» y esté interpuesto el tercer filtro entre el puerto y el tercer detector; estando diseñado el tercer filtro de paso de banda de interferencia para dejar pasar la radiación a una tercera banda espectral; (g) una fuente activa de luz infrarroja» montada operativa ente dentro del ensamble detector; (h) un excitador de fuente» conectado eléctricamente a la fuente activa de infrarrojo» para excitar la fuente activa de luz infrarroja a una frecuencia predeterminada; y (i) circuitos procesadores de señal conectados a las salidas eléctricas producidas por los detectores primero» segundo y tercero» para producir una señal en respuesta a ellas» representativa de la concentración de al menos un gas que está siendo vigilado.
31. 31.- Un sensor de gas por infrarrojo» de fuente pasiva» de conformidad con la reivindicación 30» caracterizado además porque el gas que está siendo vigilado es por lo menos uno seleccionado del grupo que consiste de CO» C0ß» H30» y TVOC.
32. 32.—Un sensor de gas por infrarrojo de fuente pasiva» de conformidad con la reivi dicaci n 30» caracterizado además porque los filtros de paso de banda primero» segundo y tercero» tienen una amplitud de 0.1 µm aproximadamente» a FWHM.
33. 33.- Un sensor de gas por infrarrojo de fuente pasiva» de conformidad con la reivindicación 32» caracterizado además porque los filtros de paso de banda segundo y tercero tienen una longitud de onda central seleccionada del grupo que consiste de 3.91 µm» 5.00 µm y 9.00 µm.
34. 34.— Un sensor de gas por infrarrojo de fuente pasiva» de conformidad con la reivindicación 33» caracterizado además porque el primer filtro de paso de banda tiene una longitud de onda central seleccionada del grupo que consiste de alrededor de 4.26 µm y alrededor de 4.67 µm.
35. 35.- Un sensor de gas por infrarrojo de fuente pasiva, caracterizado porque comprende: (a) una fuente pasiva de infrarrojo, que comprende una superficie negra infrarroja; (b) Un ensamble detector de infrarrojo» de tres canales» centrado en la fuente pasiva de infrarrojo; teniendo el ensamble detector un puerto para recibir a través del mismo la radiación infrarroja» y (c) un espejo cóncavo que mira al puerto del ensamble detector y a la superficie negra de infrarrojo; estando colocado el espejo cóncavo de tal manera que la radiación emitida desde la fuente pasiva de infrarrojo sea reflejada desde el espejo hacia el puerto.
36. 36.- Un detector de gas por infrarrojo de fuente pasiva» de conformidad con la reivindicación 35» caracterizado además porque la superficie negra de infrarrojo comprende un material seleccionado del grupo que consiste de óxido de cromo negro» óxido de bismuto y negro de humo.
37. 37.— un detector de gas por infrarrojo de fuente pasiva» de conformidad con la reivindicación 35» caracterizado además porque la fuente pasiva de infrarrojo comprende una superficie negra de infrarrojo» cóncava.
38. 38.— un detector de gas por infrarrojo de fuente pasiva» de conformidad con la reivindicación 35» caracterizado además porque el ensamble detector de tres canales comprende tres detectores de termopila para el infrarrojo y tres filtros de paso de banda de interferencia; estando dispuesto cada filtro en la trayectoria óptica entre la fuente pasiva del infrarrojo y uno de los detectores dß termopila.
39. 39.- Un detector de gaß por infrarrojo» de fuente pasiva» caracterizado porque comprende: (a) un ensamble detector de infrarrojo» que comprende: (i) un puerto para recibir a través del mismo radiación procedente de la fuente pasiva de infrarrojo» (ii) un primer sensor» un segundo sensor y un tercer sensor» dispuestos para recibir la radiación a través del puerto» para producir una primera sal da» una segunda sa ida y una tercera salida» indicadoras de la radiación incidente sobre el primer sensor» el segundo sensor y el tercer sensor» respectivamente; (iii) un primer filtro de paso de banda angosta, interpuesto entre el puerto y el primer sensor» produciendo el primer filtro de paso de banda angosta una salida indicadora de la radiación incidente sobre el primer filtro de paso de banda» a una primera banda espectral no neutra, que es absorbible por un gas seleccionado que está siendo detectado; (iv) un segundo filtro de paso de banda angosta, interpuesto entre el puerto y el segundo sensor» produciendo el segundo filtro de paso de banda angosta una salida indicadora de la radiación incidente sobre el segundo filtro de paso de banda, a una primera banda espectral neutra; y (v) un tercer filtro de paso de banda angosta, interpuesto entre el puerto y el tercer sensor; produciendo el tercer filtro de paso de banda angosta ?na salida indicadora de la radiación incidente sobre el tercer filtro de paso de banda» a una segunda banda espectral neutra; (b) medios medidores de temperatura para producir una salida q?e corresponde a la temperatura ambiente de los sensores primero» segundo y tercero; (c) medios procesadores de señal, adaptados para recibir las salidas de los senßores primero» segundo y tercero» y medios medidores de temperatura y para muestrear y al menos almacenar temporalmente las salidas del primer sensor» del segundo sensor» del tercer sensor y de los medios medidores de temperatura» a intervalos prefijados; incluyendo los medios procesadores de señal medios para: (i) corregir las sal idaß almacenadaß del primer sensor» del seg?ndo sensor y del tercer sensor» para compensar la temperatura ambiente del primer sensor» del segundo sensor y del tercer sensor, respectivamente» en el momento de tomar la mueßtra; (ii) calcular la te peratura de la fuente pasiva de infrarrojo en el momento de tomar la muestra» con base en la proporción de los valores corregidos de las salidas de los sensoreß ßegundo y tercero; (iii) calcular una ßalida predicha para al menos ?no de loe sensores segundo o tercero» con base en la temperatura calculada de la fuente pasiva de infrarrojo» para el período de muestreo» (iv) calcular un factor de atenuación comparando la salida predicha de al menos uno de los sensores segundo o tercero» con la salida corregida del sensor correspondí nte para el período de uestreo; (v) corregir la ßalida almacenada del primer ßensor» con el factor de atenuación; (vi) determinar la concentración del gas durante el período de muestreo» a partir de la salida corregida desde el primer sensor; y (vii) vigilar la concentración del gas con base en una función predeterminada y proveer ?na señal de salida con base en la vigilancia.
40. 40.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo» de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque el primer sensor, el segundo sensor y el tercer sensor comprenden cada uno un detector de termopila.
41. 41.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo» de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque cada uno del primer sensor» del segundo sensor y del tercer sensor comprende una termopila y cada una comparte una junta de referencia común.
42. 42.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque en el campo de visión para los senßores primero, segundo y tercero, es sustancialmente el mismo.
43. 43.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque el gas que está siendo vigilado es por lo menos uno seleccionado del grupo que consißte de CO C02» H^O» y TVOC.
44. 44.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque los filtros de paso de banda angosta primero» segundo y tercero, tienen una amplitud aproximada de 0.1 µm a FWHM.
45. 45.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 6. caracterizado además porque los filtros de paso de banda angosta segundo y tercero tienen una longitud de onda central seleccionada del grupo que consiste de alrededor de 3.91 µm» alrededor de 5.0 µm y alrededor de 9.00 µm.
46. 46.— Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 7» caracterizado además porque el primer filtro de paso de banda angosta tiene una longitud de onda central aproximada de 4.67 µm.
47. 47.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque comprende adicionalmente una fuente de alimentación de pilas.
48. 48.— Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque el puerto comprende una ventana en una lata T05.
49. 49.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 4. caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema óptico que expande el campo de visión del ensamble detector.
50. 50.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado además porque la salida de los medios procesadores de señal es comunicada a una alarma.
51. 51.- Un detector de gas por infrarrojo de fuente pasiva» caracterizado porque comprende: (a) un ensamble detector por infrarrojo» para producir una primera señal» una segunda señal y una tercera señal; siendo la primera salida indicadora de la radiación recibida por el ensamble detector a una primera banda espectral no neutra, que es absorbible por un gas preseleccionado que va a ser detectado; siendo la segunda salida indicadora de la radiación recibida por el ensamble detector a una primera banda espectral neutra desde la fuente pasiva de infrarrojo, y siendo la tercera salida indicadora de la radiación recibida por el ensamble detector a una segunda banda espectral neutra desde la fuente pasiva de infrarrojo» (b) medios medidores de temperatura para producir una salida indicadora de la temperatura ambiente del ensamble detector; (O medios procesadores de señal adaptados para recibir las sal idaß primera» segunda y tercera y la salida de los medios medidores de temperatura» y para muestrear y almacenar, al menos temporalmente» las salidas, primera, segunda y tercera y la salida de los medios medidores de temperatura a intervalos prefijados; incluyendo los medios procesadores de señal» medios para: (i) corregir las salidas primera» segunda y tercera almacenadas» para compensar la temperatura ambiente del ensamble detector; (ii) calcular la temperatura de la fuente pasiva de infrarrojo» con base en la proporción de los valores corregidos de las salidas segunda y tercera almacenadas; (iii) calcular una ßegunda o tercera ßalida predichaß para el período de uestreo, con base en la temperatura calculada de la fuente pasiva de infrarrojo; (iv) calcular un valor de atenuación para el período de muestreo» comparando la salida segunda o tercera predicha con la salida segunda o tercera almacenada» real» respectivamente; (v) corregir la primera salida almacenada con el factor de atenuación calculado para el período de muestreo; (vi) determinar la concentración del gas durante el período de muestreo» usando la primera salida corregida; y (vii) vigilar la concentración de gas con base en una función predeterminada» y proveer una señal de salida basada en la vigilancia.
52. 52.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo, de conformidad con la reivindicación 51» caracterizado además porque el gas que va a ser detectado es por lo menos uno seleccionado del grupo que consiste de CO» CO.,., Ha0 y TVOC.
53. 53.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 51» caracterizado además porque la primara banda espectral no neutra» la primera banda espectral neutra y la segunda banda espectral neutra tienen una amplitud aproximada de 0.1 µm a FWHM.
54. 54.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivi dicación 53» caracterizado además porque la primera banda espectral neutra y la segunda banda espectral neutra tienen una longitud de onda central seleccionada del grupo que consiste aproximadamente de 3.91 µm. 5.O µm y 9.0 µm.
55. 55.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado además porque la primera banda espectral no neutra tiene una longitud de onda central aproximada de 4.67 µm.
56. 56.- un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado además porque la primera banda espectral no neutra tiene una longitud de onda central aproximada de 4.26 µm.
57. 57.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado además porque comprende adicionalmente una fuente de alimentación de pila.
58. 58.- Un detector de gas por infrarrojo pasivo de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque el ensamble detector de infrarrojo está alojado en una lata T05.