TWI458961B - 用於使用經處理之紙帶對於各種氣體之偵測的波長光譜分析之系統及方法 - Google Patents

Description

用於使用經處理之紙帶對於各種氣體之偵測的波長光譜分析之系統及方法

本發明大體上係關於氣體偵測。更特定言之，本發明係關於使用一可調色源及波長光譜分析來偵測多種類型的氣體。

在此項技術中已知使用經處理紙帶以量測氣體之氣體偵測器。例如，使用經處理紙帶之一些氣體偵測器可量測進入與該紙帶接觸之一低濃度氣體。

在已知氣體偵測器中，經處理紙帶可包含一經化學處理紙，其對(例如)由該氣體偵測器內側之一樣本擷取系統所遞送的一目標氣體流動反應。該經處理紙帶可藉由變更在目標氣體接觸該紙帶之點處之色彩而對該氣體流反應。

不同類型的目標氣體可導致該紙帶上之不同色斑。相似地，不同目標氣體濃度可改變該紙帶上之色斑。例如，目標氣體之一較高濃度可引起一較暗斑點。

使用經處理紙帶以量測氣體濃度之已知氣體偵測器已併入一LED。該LED可具有一經校準強度且可作用為引導至該紙帶上之光之一源。可由一光電二極體量測來自該紙帶及該紙帶上任何斑點之光之反射。因此，可量測該斑點之黑暗度且可判定目標氣體之濃度。

使用經處理紙帶之一些已知氣體偵測器已僅採用單一波長LED。單一波長LED氣體偵測器具有對由一特定類型的氣體導致的一單一斑點色彩之一高敏感度。即，單一波長 LED氣體偵測器對偵測一單一類型的氣體高度敏感，此係因為由該一特定類型的氣體所導致的特定紙帶色彩校準該LED之波長。然而，此等單一波長LED氣體偵測器具有對由其他類型的氣體所導致的斑點色彩之一經減小及/或最小敏感度。因此，單一波長LED氣體偵測器具有對於偵測多種類型的氣體之一不良敏感度。

因此，繼續不斷需要偵測多種類型的氣體之氣體偵測器。較佳地，此等氣體偵測器使用一可調色源及波長光譜分析。

雖然本發明容許依許多不同形式之一實施例，但是在瞭解本揭示內容被視為本發明之原理之一範例之情況下於圖式中展示且本文將詳細描述本發明之特定實施例。不希望將本發明限於特定闡釋的實施例。

本發明之實施例包含使用一可調色源及波長光譜分析來偵測多種類型的氣體之氣體偵測器。在本發明之實施例中，調整該可調色源之波長及強度，且來自該可調色源之光可引導至一經處理紙帶上。一光電二極體可量測來自該經處理紙帶之一反射，且一微處理器可分析來自該光電二極體之結果以判定該紙帶對其暴露之氣體之類型及濃度。

例如，根據本發明之一可調色源可包含一RGB(紅色-綠色-藍色)LED。根據本發明之一可調色源亦可包含一分開的紅色LED、綠色LED及藍色LED。

可由一微處理器控制可調色源使得來自該源之淨輸出輻 射調整至一目標波長。例如，該源中各紅色、綠色及藍色元件之強度可經調整以達成在該目標波長處之一淨輸出輻射。在本發明之實施例中，該微處理器可控制該源以分開地或同時地輸出在一光譜中之複數個目標波長之各者處之輻射。

在本發明之實施例中，源輸出之波長可沿著一光譜(例如，可見輻射光譜)而調整至目標波長。在一些實施例中，微處理器可調整自近似450 nm至近似650 nm之可調色源之波長。在該源輸出之波長已沿著想要色彩光譜而調整至各目標波長之後，該源完成一色彩掃描。

根據本發明，來自可調色源之輻射可作用為一光源且引導至一經處理紙帶上。一光電二極體可量測來自該紙帶及該紙帶上任何斑點之經反射輻射。在一些實施例中，該光電二極體可量測經反射輻射之波長及強度。

在沿著光譜而調整源之波長時，光電二極體可量測經反射輻射。因此，該光電二極體可獲得對應於沿著該光譜之複數個源輸出波長之複數個量測。

當微處理器自光電二極體接收量測時，該微處理器可履行一光譜掃描分析以判定紙帶上斑點之色彩以及該色斑之黑暗度。基於此判定，該微處理器可判定已對其暴露經處理紙帶之氣體之類型。在一些實施例中，該微處理器亦可判定該紙帶已對其暴露之氣體之濃度。據此，本發明之系統及方法可偵測不同類型的氣體之存在而不損失對任一特定類型的氣體之敏感度。

為了判定經處理紙帶已對其暴露之氣體之類型，本發明之系統及方法可判定光譜中之哪個波長具有對該紙帶及該紙帶上任何色斑之最高敏感度。在一些實施例中，亦可藉由判定哪個源波長具有最高敏感度而判定該紙帶已對其暴露之氣體之濃度。

為了判定具最高敏感度之源波長，根據本發明之系統及方法可對來自光電二極體之量測履行一資料分析。例如，在本發明之一些實施例中，系統及方法可在頻域中對來自該光電二極體之量測履行一快速傅立葉變換(FFT)。FFT之結果可指示具對由氣體暴露所導致的色斑之最高回應之源波長。

一旦判定具最高敏感度之波長，本發明之系統及方法可識別經處理紙帶上斑點之一對應色彩及黑暗度。接著，本發明之系統及方法可判定該紙帶對其暴露之氣體之類型及濃度。例如，本發明之系統及方法可存取一交互引用表格以基於經識別波長而識別斑點之相關色彩及黑暗度以及導致該斑點之氣體之相關類型及濃度。

在可調色源包含一RGB LED之實施例中，可藉由控制紅色、綠色及藍色元件之各者之波長而調整RGB LED輸出之波長。例如，通過紅色、綠色及藍色接面之各者之電流流動可經調整以改變各元件之強度。當該三個接面之波長漫射時，可改變該RGB LED之淨輸出。

根據本發明之系統及方法可驗證可調色源之實際輸出與該源之目標輸出一致。即，系統及方法可驗證由該源所發 射的輻射之實際波長及強度與目標波長及強度輸出一致。例如，在一些實施例中，可使用儲存在微處理器中之一光學參數來比較目標波長輸出與LED處之驅動電流。在一些實施例中，一色彩感測器可量測該源之實際紅色、綠色及藍色光學輸出，且系統及方法可計算該源之經混合波長及強度。

在一些實施例中，可藉由量測紅色、綠色及藍色元件之各者之電流及電壓降而驗證該源之實際輸出。接著，可量測實際上自該源所發射的輻射，且可量測該實際源輸出之波長及強度。

當實際輸出與目標輸出不一致時，根據本發明之系統及方法可調整紅色、綠色及藍色元件之各者之強度。例如，根據本發明之系統及方法可調暗紅色、綠色及藍色元件之任何者之輸出以調暗該源之輸出。

在一些實施例中，可減小該源之光學效能之容限。例如，可量測該源處之溫度，且可由微處理器補償對光學輸出之溫度漂移。

在一些實施例中，本發明之系統及方法可使用一白色色源來代替一可調色源。在此等實施例中，系統及方法可採用使用(例如)一色彩濾光器或一相機之可調色彩偵測。

圖1係根據本發明之一系統100之一方塊圖。如在圖1中所見，該系統100可包含一微處理器110、一可調色源120、一色彩感測器130、一經處理紙帶140及一光電二極體150。在本發明之一些實施例中，該可調色源120可包含 一RGB LED。在本發明之一些實施例中，該微處理器110、可調色源120、色彩感測器130、經處理紙帶140及光電二極體150之任何或一些可安放在一外殼160中。

微處理器110可包含可執行控制軟體112，該可執行控制軟體112儲存在如將被一般技術者所瞭解的一非暫時性電腦可讀取媒體中。該微處理器110亦可包含一記憶體114。在一些實施例中，該記憶體114可為一內部資料庫，且在一些實施例中，該記憶體114可為可由該處理器110存取的外部資料庫。

微處理器110可控制可調色源120以沿著一光譜而調整該源120之波長。即，該微處理器110可調整該源120使得該源輸出在光譜中之複數個目標波長處之輻射。在一些實施例中，該微處理器110可在可見光光譜內調整該源120之波長。在一些實施例中，該微處理器110可循序地或同時地輸出在不同波長處之輻射。

色彩感測器130可接收及量測由該源120所發射的輻射。接著，該色彩感測器130可將關於該經接收輻射之量測傳輸至微處理器110，且該微處理器可判定實際上由該源120所輸出的輻射之波長是否與該源之目標波長一致。當目標波長與實際輸出波長不一致時，該微處理器可調整該源120直至達成一致性為止。

經處理紙帶140可暴露至氣體。例如，該經處理紙帶140可暴露至周遭空氣，或該經處理紙帶可暴露至由一擷取系統所遞送的空氣流動。應瞭解該紙帶140暴露至空氣及氣 體之方法不限制本發明。

當經處理紙帶140暴露至空氣時，空氣中之氣體可導致在該紙帶140上之一斑點。不同氣體可導致不同色斑，且不同氣體濃度可導致不同程度的斑點黑暗度。

由該源所發射的輻射可引導至經處理紙帶140上，且可由光電二極體150量測由該紙帶140所反射的輻射。亦可由該光電二極體150量測由該紙帶140上之任何色斑所反射的輻射。因此，該光電二極體150可量測由該紙帶140所反射的任何輻射且偵測該紙帶140上之任何色斑，而不管斑點色彩或黑暗度。

可將由光電二極體150所獲得的量測傳輸至微處理器110，且該微處理器110可分析此等量測以判定紙帶140已對其暴露之氣體之類型及濃度。

圖2係根據本發明之一方法200之一流程圖。在本發明之實施例中，一微處理器(例如，在圖1中展示的微處理器110)可執行該方法200。

該方法200可如在210中判定是否已完成一色彩掃描。根據本發明，當一源具有在一光譜內之目標波長之各者處之輸出輻射時，完成一色彩掃描。

若未完成色彩掃描，則可如在215中選擇下一目標色彩波長及強度。接著，可如在220中調整R/G/B(紅色/綠色/藍色)元件強度以將該源之輸出波長調整至目標波長及強度。在此等調整之後，可如在225中量測R/G/B元件電流及電壓。可如在230中捕捉R/G/B光強度，且可如在235中計 算實際色彩波長及強度。

該方法200可如在240中判定輸出色彩是否與目標色彩一致。若否，則該方法可如在220中再次調整R/G/B元件強度，如在225中量測R/G/B元件電流及電壓，如在230中捕捉R/G/B光強度，及如在235中計算實際色彩波長及強度。

當如在240中判定輸出色彩與目標色彩一致時，可如在245中量測來自光電二極體之輸出。接著，該方法200可如在210中再次判定色彩掃描是否完成。

當如在210中判定色彩掃描完成時，該方法200可如在250中履行一資料分析。可如在255中判定最敏感波長，且可如在260中判定經處理紙帶上之斑點色彩。最後，可如在265中判定氣體族及氣體濃度。

儘管上文已詳細描述些許實施例，但是其他修改係可能的。例如，在圖中描繪的邏輯流程無需按所展示之特定次序或循序次序來達成想要結果。可提供其他步驟，或可自所描述流程消除步驟，且其他組件可添加至所描述系統或自所描述系統移除。其他實施例可在下文申請專利範圍之範疇內。

自前文，將察覺可在不背離本發明之精神及範疇之情況下實現眾多變動及修改。應瞭解希望或應推斷不限於本文闡釋的特定系統或方法。當然，希望由隨附申請專利範圍涵蓋如落於申請專利範圍之精神及範疇內之所有此等修改。

100‧‧‧系統

110‧‧‧微處理器

112‧‧‧可執行控制軟體

114‧‧‧記憶體

120‧‧‧可調色源

130‧‧‧色彩感測器

140‧‧‧經處理紙帶

150‧‧‧光電二極體

160‧‧‧外殼

圖1係根據本發明之一系統之一方塊圖；及圖2係根據本發明之一方法之一流程圖。

100‧‧‧系統

110‧‧‧微處理器

112‧‧‧可執行控制軟體

114‧‧‧記憶體

120‧‧‧可調色源

130‧‧‧色彩感測器

140‧‧‧經處理紙帶

150‧‧‧光電二極體

160‧‧‧外殼

Claims (13)

1. 一種用以分析一經處理紙帶之裝置，其包括：一可調色源，其朝向該經處理紙帶發射一第一輻射，該源係在一光譜中之複數個不同目標波長之各者處在一處理器之控制下操作以輸出輻射；一色彩感測器，其接收由該可調色源所發射的輻射；一光電二極體，其量測自該經處理紙帶所反射的第二輻射；及該處理器，其分析來自該光電二極體之量測以自該複數個目標波長判定一峰值波長，且基於該峰值波長而判定該經處理紙帶上一色斑之一色彩及黑暗度及其中在量測該第二輻射之前，該處理器比較由該色彩感測器所接收的該輻射之一波長與該源之該目標波長，且若不相同，則該處理器調整該源。
2. 如請求項1之裝置，其中該經處理紙帶包含一經化學處理紙。
3. 如請求項1之裝置，其中該可調色源包含一RGB LED。
4. 如請求項1之裝置，其中該可調色源包含一紅色LED、一綠色LED及一藍色LED。
5. 如請求項1之裝置，其中該可調色源包含一白色色源。
6. 如請求項1之裝置，其中該處理器控制該可調色源以在該複數個不同目標波長之各者處操作。
7. 如請求項1之裝置，其中該光譜包含一可見輻射光譜。
8. 如請求項1之裝置，其中該光電二極體量測該第二輻射 之一波長及強度。
9. 如請求項1之裝置，其中當該源將操作變更至該複數個目標波長中之一不同目標波長時，該光電二極體量測該第二輻射。
10. 如請求項1之裝置，其中該處理器對來自該光電二極體之量測履行一快速傅立葉變換以判定該峰值波長。
11. 如請求項10之裝置，其中該峰值波長對應於對該經處理紙帶上之斑點最敏感之在該複數個不同目標波長中之一波長。
12. 如請求項1之裝置，其中該處理器基於該色斑之該經判定色彩而判定該經處理紙帶對其暴露之氣體之一類型。
13. 如請求項12之裝置，其中該處理器基於該色斑之該經判定黑暗度而判定該經處理紙帶對其暴露之該氣體之一濃度。