專利名稱：具有模塊檢測和放電源校準(zhǔn)的氣體檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量氣體采樣的濃度的檢測器，尤其是涉及使所收集數(shù)據(jù)和放電相關(guān)并且校準(zhǔn)所收集數(shù)據(jù)以減少放電噪聲影響的脈沖放電檢測器。
背景技術(shù)：
各種形式的檢測器可用于量化采樣氣體的成分。已知的檢測器在如何使得該采樣可檢測、布置檢測器的必要部件、精確檢測采樣的特性和處理該檢測數(shù)據(jù)上不同。
脈沖放電檢測器電離空腔中的放電氣體以產(chǎn)生光子，引導(dǎo)被測試的采樣氣體，以及測量由光子與該采樣氣體相互作用而產(chǎn)生的電子的電離電流。該檢測器的電離源是放電氣體中的放電作用。該放電氣體可以是一種惰性氣體或者多種惰性氣體的組合。
作為測試儀器，脈沖放電檢測器可以被提供有從氣相色譜柱或其他合適的源流出的采樣輸入氣體。該柱流出的氣流一般包括以特定流速通過該柱常規(guī)輸入的運(yùn)載氣體。根據(jù)該采樣成分的揮發(fā)性，該柱流出在特定時(shí)間序列中的濃度峰值的各種成分。
氣相色譜柱分離混合物但是不量化該混合物的濃度。氣相色譜檢測器與該柱順序連接用于量化分析。通過使用一系列校準(zhǔn)氣體、固定流速、和特定的固定相材料，該氣相色譜柱可用于基于該保留時(shí)間分離混合物種類?？梢杂腥魏螖?shù)量的由該被量化的氣相色譜柱輸出形成的流出峰值。
脈沖放電檢測器的電離技術(shù)主要是光電離，其中放電引起光子的二原子分子發(fā)射。該高能光子又電離該檢測器空腔中的采樣混合物。當(dāng)該脈沖放電檢測器使用氦氣作為放電氣體時(shí)，該光子產(chǎn)生過程包括如下步驟
1.放電使一些氦原子He電離成為氦離子He+。
2.He+離子與氦原子He結(jié)合以形成二原子分子離子He2+。
3.每個(gè)二原子離子He2+捕獲一個(gè)電子，重新分離成兩個(gè)氦原子He，在該過程中發(fā)射出光子。
在步驟3中，通過該分子相互作用而產(chǎn)生連續(xù)的光子發(fā)射--二原子氦分子離子到基態(tài)氦的轉(zhuǎn)變。這些光子具有在13.5～17.5eV范圍內(nèi)的能量電平，這可以電離除了氦本身之外的幾乎所有混合物。分子相互作用的其他過程也可以影響放電，例如氦原子發(fā)射和氦的亞穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生。
脈沖放電檢測器具有比其他氣相色譜檢測器更有利的特性。首先，靈敏度較高。使用常規(guī)脈沖放電檢測器在氦電離監(jiān)測模式時(shí)在一個(gè)采樣中所允許的最小可檢測氣體限制比使用火焰電離檢測器可以識(shí)別的最小可檢測限制低大約10倍。脈沖放電檢測器可用于確定10億分比級(jí)上的濃度。第二，脈沖放電檢測器提供選擇性響應(yīng)。當(dāng)使用氦作為放電氣體時(shí)，脈沖放電檢測器具有一般性響應(yīng)。當(dāng)氦與其他惰性氣體混合作為放電氣體時(shí)，脈沖放電檢測器會(huì)具有選擇應(yīng)性響應(yīng)。第三，脈沖放電檢測器具有均勻響應(yīng)因子。在有機(jī)基中，該響應(yīng)因子隨著采樣的碳數(shù)量線性增加。第四，脈沖放電檢測器系統(tǒng)不需要使用放射性材料。
Wentworth等的美國專利第5,394,091號(hào)披露了一種適應(yīng)于在氦電離和電子捕獲模式兩種情況的電離檢測器。該檢測器利用了通過檢測器單元或空腔的氦氣流。該空腔具有火花放電區(qū)域、采樣引入和采樣檢測。該氦氣流是火花鄰近區(qū)域中的惟一流動(dòng)物質(zhì)。采樣氣體和/或運(yùn)載氣體被注入并與從采樣引入?yún)^(qū)域中的火花向下流動(dòng)的氦氣混合。兩個(gè)電極檢測該采樣的電荷特性，其中一個(gè)電極是偏壓的，該偏壓電極位于該采樣入口或者其上游處，而另一電極在該采樣入口的下游處。使用靜電計(jì)測量所引起的電流差。這些電流測量基于時(shí)間被記錄。由于放電或運(yùn)載氣體中的雜質(zhì)而形成基線電流。
Stearns等的美國專利第5,767,683號(hào)披露了一種具有偏壓反饋系統(tǒng)的脈沖放電檢測器。該反饋系統(tǒng)使用比較電路將連接到收集器的靜電計(jì)的輸出與參考電流做比較。該比較電路的輸出是控制電路的輸入，該控制電路相應(yīng)地輸出偏壓。該偏壓施加到第一偏壓電極以使該檢測器空腔內(nèi)的電子電流對(duì)于輸入采樣氣體的所有濃度保持不變。該控制電路的瞬時(shí)設(shè)置用于形成第二輸出。該第二輸出的幅度與該電子捕獲檢測器空腔內(nèi)的所選擇采樣氣體的濃度成比例，并且是所述電子捕獲檢測器系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)。脈沖放電檢測器提供間歇性電極放電。一般的放電電壓在300到400伏特范圍內(nèi)。放電之間的一般時(shí)間間隔在100微秒到800微秒的范圍內(nèi)。
電流脈沖放電檢測器在連續(xù)的基礎(chǔ)上，測量該采樣氣體的電流輸出，包括在放電事件期間的讀數(shù)和包括在脈沖之間的間歇期間的讀數(shù)。
測量結(jié)果的靈敏度受放電變化的不利影響，被稱為放電噪聲。放電噪聲可以通過高質(zhì)量脈沖發(fā)生器和清潔的放電電極表面來減少，但是不能消除。
在現(xiàn)有技術(shù)的脈沖放電檢測器中，相對(duì)短的放電周期(放電之間的間歇)增加了測量的靈敏度。不過，放電之間相對(duì)短的間歇會(huì)導(dǎo)致升高的平均電極溫度和相對(duì)短的電極壽命。
本發(fā)明通過提供一種在與收集電流相反的放電事件時(shí)模塊化測量采樣氣體中的電離信號(hào)的裝置和方法，通過加強(qiáng)信號(hào)收集的幾何配置和提供針對(duì)放電噪聲的校準(zhǔn)收集信號(hào)的部件，來提高脈沖放電檢測器的靈敏度，從而提供了對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)。
本發(fā)明因此通過允許較長的脈沖周期，進(jìn)而減少了脈沖放電檢測器的功率需求和提供了相對(duì)較長的產(chǎn)品壽命，從而提供了對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)。
本發(fā)明的檢測器的減少的功率需求使得該檢測器在作為便攜式檢測器時(shí)特別有用。

發(fā)明內(nèi)容
脈沖放電檢測器包括一種用于模塊測量來自采樣的電離信號(hào)的裝置和方法。該脈沖放電檢測器包括位于空腔中的放電源，與該放電源間隔放置的收集器，連接到放電電極的監(jiān)視器，連接到收集器的靜電計(jì)，校準(zhǔn)器，以及采樣和保持處理器。該放電電極包括相對(duì)于該放電空腔壁中心放置的源電極。該收集器相對(duì)于空腔壁中心放置。監(jiān)視放電信號(hào)的時(shí)間和強(qiáng)度。對(duì)收集信號(hào)基于該放電強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。收集信號(hào)基于該放電發(fā)生時(shí)間在時(shí)間窗中進(jìn)行收集。檢測器輸出根據(jù)與脈沖放電一致的所述收集信號(hào)進(jìn)行判定。本發(fā)明的校準(zhǔn)器調(diào)整該收集信號(hào)以減少放電噪聲。該采樣和保持處理器累積所選擇的被調(diào)整信號(hào)值以量化采樣濃度。
因此，本發(fā)明的目的是在其中提供一種脈沖放電檢測器和操作方法，其中●根據(jù)相應(yīng)的單次放電強(qiáng)度的變化調(diào)整檢測值；●從每次特定放電中分離出收集的電離信號(hào)；●整合該從每次放電中產(chǎn)生的電離信號(hào)以確定該采樣的濃度；和●最小化功率消耗以允許該檢測器的便攜性。
通過閱讀本申請(qǐng)，將會(huì)清楚本發(fā)明的其它目的。


圖1是本發(fā)明的檢測器的橫截面圖，包括對(duì)組件的示意性說明。
圖2A是被監(jiān)視的放電信號(hào)隨時(shí)間的圖像表示。
圖2B是如圖2A的收集信號(hào)隨時(shí)間的圖像表示。
圖2C是如圖2A的調(diào)整信號(hào)隨時(shí)間的圖像表示。
圖2D是如圖2A的輸出信號(hào)隨時(shí)間的圖像表示。
圖2E是表示采樣成分濃度的輸出信號(hào)隨時(shí)間的圖像表示。
圖3是結(jié)合本發(fā)明的組件的可選實(shí)施例的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，揭示了本發(fā)明的檢測器10。檢測器10通常被整體結(jié)合到分析系統(tǒng)中。一般在檢測器10的上端使用例如氣相色譜柱(未示出)的裝置來提供采樣氣體(未示出)，而使用其他裝置例如具有譯碼軟件的計(jì)算機(jī)(未示出)來接收、存儲(chǔ)、操作和報(bào)告生成的數(shù)據(jù)。檢測器10的主要目的是確定采樣氣體中的成分的含量。
檢測器10包括位于檢測器外殼11內(nèi)的封閉空腔12。在示范性實(shí)施例中，空腔12是外殼11中的細(xì)長空腔，縱向沿著空腔軸18的方向?？諝?2的一端是放電端14，另一端是收集端16。
放電源20位于放電端14近端。在示范性實(shí)施例中，放電源20包括源電極22和接收電極24。源電極22延伸入空腔12與外殼11的放電端14相鄰。源電極22的尖端42位于圓柱形空腔12的中心軸18上。在優(yōu)選實(shí)施例中，源電極22在放電端14的中心伸入放電端14并布置成與空腔12的中心軸18同軸。電-源連接21位于外殼11外部，提供源電極22到電源(未示出)的導(dǎo)電連接。接收電極24放置在外殼11的壁周圍，與源電極22的尖端42相鄰。在優(yōu)選實(shí)施例中，接收電極24圍繞圓柱形空腔12周圍延伸。電-接收器連接23位于外殼11外部，提供到接收電極24的導(dǎo)電連接。尖端42相對(duì)于電極24的配置使得尖端42能夠平均地遠(yuǎn)離電極24表面。
收集器26伸入空腔12與收集端16相鄰。收集器尖端46位于圓柱形空腔12的中心軸18。在優(yōu)選實(shí)施例中，收集器26從收集端16的中心伸入收集端16并布置成與空腔12的中心軸18同軸。因而，收集器26同等遠(yuǎn)離空腔壁28。電-收集器連接25位于外殼11外部，提供到收集器26的導(dǎo)電連接。
在示范性實(shí)施例中，源電極22和收集器26分別是沿軸18排列的細(xì)長元件。收集器尖端46與源電極尖端42間隔開。
空腔12包含放電區(qū)70，膨脹區(qū)72和收集區(qū)74。放電區(qū)70，膨脹區(qū)72和收集區(qū)74中的每個(gè)都具有環(huán)形橫截面。收集區(qū)74的直徑大于放電區(qū)70的直徑。膨脹區(qū)72的直徑從與放電區(qū)70的接觸面向與收集區(qū)74的接觸面逐漸增加。放電區(qū)70從空腔12的末端14延伸過尖端42。收集區(qū)74從空腔12的末端16延伸過收集器尖端46。
放電氣體入口34設(shè)在放電端14附近，以使得將放電氣體30從放電區(qū)70引入到空腔12中。放電氣體30可以是氦氣、本領(lǐng)域已知的其他合適的放電氣體、或者它們的組合。放電氣體入口34連接到放電氣體30的加壓供給設(shè)備(未示出)。在示范性實(shí)施例中，放電氣體入口34在空腔12內(nèi)開口，與放電端14和源電極尖端42相鄰。
采樣氣體入口36從膨脹區(qū)72進(jìn)入空腔12以便提供采樣氣體32(未示出)的引入。采樣氣體入口36連接到采樣氣體源例如氣相色譜柱(未示出)。
在示范性實(shí)施例中，采樣氣體32包含運(yùn)載氣體一般為氦，和大量采樣物質(zhì)。檢測器將采樣氣體32中的這種采樣物質(zhì)識(shí)別為不同于運(yùn)載氣體。
氣體出口38設(shè)在空腔12的收集端16。在示范性實(shí)施例中，氣體出口38穿過外殼11，在收集區(qū)74與收集端16相鄰，在收集器尖端46和收集端16之間。
因而，空腔12包括具有放電氣體入口36的相對(duì)較窄的放電區(qū)70，具有采樣氣體入口36的圓錐形膨脹區(qū)72和具有氣體出口33的圓柱形收集區(qū)74。收集區(qū)74比入口區(qū)70相對(duì)較寬。這種結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了空腔12內(nèi)部從端14到端16的氣流。在操作中，這種配置防止了從采樣氣體入口36引入的采樣氣體與放電源20直接接觸。
靜電計(jì)60連接到電連接25，將靜電計(jì)60電連接到收集器26。在示范性實(shí)施例中，將偏壓66施加到電連接25，從而為連接器26和靜電計(jì)60提供偏壓66。
靜電計(jì)60電連接到校準(zhǔn)器62。校準(zhǔn)器62電連接到采樣和保持處理器64。
電-接收器連接23提供從接收電極24到監(jiān)視器50的導(dǎo)電連接，包括頻率監(jiān)視器52和強(qiáng)度監(jiān)視器54。頻率監(jiān)視器52和強(qiáng)度監(jiān)視器54分別電連接到校準(zhǔn)器62、采樣和保持處理器64。
在操作中，放電氣體入口34連接到放電氣體供應(yīng)線(未示出)，采樣氣體入口36連接到采樣氣體供應(yīng)線(未示出)，并且氣體出口38連接到氣體出口線(未示出)。該線和檢測器10建立了一個(gè)密封環(huán)境。從而該系統(tǒng)被充滿放電氣體30例如氦。
放電氣體30的穩(wěn)流通過放電氣體入口34引入。放電氣體30流入空腔12并流過空腔12從氣體出口38流出。因?yàn)椴蓸託怏w入口36被采樣氣體32充滿和加壓，所以對(duì)于放電氣體30唯一可用的流動(dòng)路徑就是通過空腔12的長度然后到氣體出口38。任何物質(zhì)要進(jìn)入空腔12的唯一方式是通過放電氣體入口34和采樣氣體入口36，而進(jìn)入空腔12的唯一物質(zhì)是放電氣體30和采樣氣體32。
一旦放電氣體30流過空腔12，就將脈沖高壓放電40施加到電連接21，在源電極22和接收電極24之間產(chǎn)生火花放電。源電極22和接收電極24的間隔和電壓水平設(shè)置成，引起放電氣體30粒子電離以產(chǎn)生光子的二原子分子發(fā)射(未示出)。由于空腔12的配置迫使氣流從入口34流向出口38，從而將電離的放電氣體30粒子向采樣氣體入口36傳送，相應(yīng)地，對(duì)膨脹區(qū)72和接收區(qū)74中的采樣氣體32的混合物進(jìn)行電離。
脈沖放電40在接收電極24產(chǎn)生放電信號(hào)80。圖2A包括了放電信號(hào)80隨時(shí)間的圖像表示。
雖然脈沖放電40設(shè)計(jì)成產(chǎn)生干凈、清楚的放電信號(hào)80，但是隨著脈沖放電40的每次重復(fù)，都會(huì)發(fā)生強(qiáng)度變化。這種變化一般稱為“噪聲”。
在示范性實(shí)施例中，將放電信號(hào)80傳輸?shù)椒烹姳O(jiān)視器50，包括頻率監(jiān)視器52和強(qiáng)度監(jiān)視器54。頻率監(jiān)視器52識(shí)別包含放電時(shí)間和放電周期的同步頻率信號(hào)值84，包括脈沖放電40之間的間歇。強(qiáng)度監(jiān)視器54對(duì)于每次脈沖放電40識(shí)別接收電極24處的強(qiáng)度信號(hào)值86。頻率信號(hào)值84和強(qiáng)度信號(hào)值86可以是單獨(dú)地或者總體地傳輸?shù)叫?zhǔn)器62以及采樣和保持處理器64。
通過電連接25將偏壓66施加到連接器26。這種偏壓66加強(qiáng)了收集器尖端46的帶電采樣氣體離子的接收。偏壓66依據(jù)檢測器的設(shè)計(jì)可以是正的或負(fù)的。使用的電壓量取決于檢測器的尺寸。
收集信號(hào)90由靜電計(jì)60量化。偏壓66提供測量參照點(diǎn)。偏壓66變化產(chǎn)生收集信號(hào)90中的噪聲。直接將偏壓66施加到靜電計(jì)60的輸入導(dǎo)線61以最小化這種噪聲，其中電連接25與靜電計(jì)60連接。靜電計(jì)60根據(jù)收集信號(hào)90和偏壓66產(chǎn)生收集信號(hào)值92。
參照?qǐng)D2B，描繪了收集信號(hào)值92隨時(shí)間的強(qiáng)度。收集信號(hào)值92被傳輸至校準(zhǔn)器62。校準(zhǔn)器62基于強(qiáng)度信號(hào)值86調(diào)整收集信號(hào)值92，產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)值94。這種調(diào)整包括對(duì)脈沖放電40噪聲的補(bǔ)償。
在優(yōu)選實(shí)施例中，這種調(diào)整在與脈沖放電40事件一致的時(shí)間窗中進(jìn)行。這種時(shí)間調(diào)整在從放電事件開始并經(jīng)過由用戶確定的一個(gè)時(shí)間周期的時(shí)間窗中進(jìn)行，這種時(shí)間周期足以電離待識(shí)別的采樣物質(zhì)。校準(zhǔn)器62可以包括數(shù)字電路或微處理器以調(diào)整該收集窗的時(shí)長。
參照?qǐng)D2C，描繪了調(diào)整信號(hào)值94的強(qiáng)度隨時(shí)間的圖像表示。圖2C的圖像表示代表用于放電氣體30的信號(hào)值94，但是不表示將與采樣氣體32中的物質(zhì)相關(guān)的高點(diǎn)峰值。調(diào)整信號(hào)值94被傳輸至采樣和保持處理器64，該處理器64量化調(diào)整信號(hào)值94的預(yù)期成分例如與脈沖放電40相關(guān)的預(yù)期成分，不考慮在脈沖放電40事件之間的信號(hào)。
在可選實(shí)施例中，可以不測量強(qiáng)度信號(hào)值86，而是將其作為常數(shù)信號(hào)值86。在這種可選實(shí)施例中，收集信號(hào)92在響應(yīng)于脈沖放電40初始化的時(shí)間窗期間收集。在這種可選實(shí)施例中，綜合測量的靈敏度相對(duì)于所述優(yōu)選實(shí)施例的靈敏度會(huì)降低。然而，這種可選實(shí)施例提供了一種相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)的測量方法，因?yàn)檫@種實(shí)施例結(jié)合了對(duì)帶電粒子進(jìn)行模塊識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于對(duì)平均感應(yīng)電流的確定。
在示范性實(shí)施例中，采樣和保持處理器64對(duì)每一次脈沖放電40累積調(diào)整的收集值94的總值。該過程也可以通過對(duì)調(diào)整的收集值94積分來實(shí)現(xiàn)。
頻率信號(hào)值84為信號(hào)和保持處理器64、以及為校準(zhǔn)器62提供定時(shí)技術(shù)。頻率信號(hào)值84可以是數(shù)字輸出，包括一系列開/關(guān)(on/off)脈沖，其中開脈沖(on pulses)與脈沖放電事件40成比例。在優(yōu)選實(shí)施例中，在開脈沖條件下，頻率信號(hào)值84引起由信號(hào)和保持處理器64對(duì)信號(hào)94進(jìn)行收集，并引起由校準(zhǔn)器62對(duì)收集信號(hào)92進(jìn)行收集。更具體地，根據(jù)校準(zhǔn)器62，該開脈沖條件引起時(shí)間窗開始，在該時(shí)間窗期間，校準(zhǔn)器62累積和調(diào)整該收集信號(hào)92。因此，由信號(hào)和保持處理器64對(duì)信號(hào)94進(jìn)行收集的事件之間的間隔和由校準(zhǔn)器62對(duì)收集信號(hào)92進(jìn)行收集的時(shí)間窗之間的間隔根據(jù)脈沖放電40之間的間隔而變化。
參照?qǐng)D2D，表示出了隨時(shí)間的累積值96。圖2D的圖像表示代表了對(duì)于放電氣體30的信號(hào)值96，但不表示與采樣氣體32相關(guān)的高點(diǎn)峰值。這種信號(hào)值96包括如圖2C中所示的峰值93的累積。
參照?qǐng)D2E，表示出了隨時(shí)間的累積值96，其中出現(xiàn)了兩種待測量混合物隨時(shí)間的結(jié)果，其中峰值95表示一種混合物，峰值97表示另一種混合物。
注意到，相對(duì)于圖2A到2E，圖2A、2B和2C中表示的時(shí)間周期顯著短于圖2D和2 E中表示的時(shí)間周期。圖2A、2B和2C中表示的時(shí)間周期包括以微秒或毫秒進(jìn)行的測量，而圖2D和2E中表示的時(shí)間周期包括以分鐘進(jìn)行的測量。
當(dāng)收集信號(hào)90由純放電氣體30產(chǎn)生時(shí)，它幾乎是均勻的。通過放電氣體30和采樣氣體32(僅包括運(yùn)載氣體)對(duì)檢測過程進(jìn)行初始化，從而為收集信號(hào)90、收集信號(hào)值92、調(diào)整信號(hào)值94和累積值96開發(fā)基線值。這些基線值的變化識(shí)別采樣氣體32中的其他采樣物質(zhì)(未示出)。
收集信號(hào)90和結(jié)果值(收集信號(hào)值92、調(diào)整信號(hào)值94和累積值96)變化的程度表示采樣氣體32中的物質(zhì)濃度。
參照?qǐng)D3，本發(fā)明的可選實(shí)施例包括由頻率監(jiān)視器152和強(qiáng)度監(jiān)視器154組成的監(jiān)視器150、校準(zhǔn)器162、采樣和保持處理器164、靜電計(jì)160和施加到氣體采樣設(shè)備100上的偏壓166，其中該氣體采樣設(shè)備100包括具有分離的檢測室124的密封火花室112。設(shè)備100的結(jié)構(gòu)和操作在授予Stearns等的美國專利第5,528,150號(hào)中公開。該設(shè)備100將光電效應(yīng)結(jié)合在運(yùn)載氣體中，該運(yùn)載氣體優(yōu)選為氦和氪，來自脈沖直流電，這里稱為在電極114和116之間的脈沖放電140。參照?qǐng)D3，電極114和116包括放電電極114和接收電極116。電極131接地，電極130被提供足以吸引在采樣室124中產(chǎn)生的預(yù)期的帶電粒子的偏壓166。窗隔板140對(duì)于在火花室112中發(fā)生的光電效應(yīng)是透明的。采樣氣體132通過窗隔板140暴露于這種光電效應(yīng)下。采樣氣體132通過入口136進(jìn)入并通過出口133流出。由脈沖放電140產(chǎn)生的光子激勵(lì)采樣氣體132和混合物，其中從采樣氣體132中的混合物產(chǎn)生自由電子。自由電子在電極130識(shí)別，其中電子的數(shù)量與被量化混合物的濃度成比例。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的教導(dǎo)準(zhǔn)備好應(yīng)用于設(shè)備100。脈沖放電140產(chǎn)生脈沖信號(hào)180，該脈沖信號(hào)180由包括頻率監(jiān)視器152和強(qiáng)度監(jiān)視器154的監(jiān)視器150監(jiān)視。頻率信號(hào)值184和強(qiáng)度信號(hào)值186被傳輸至校準(zhǔn)器162。收集信號(hào)190被傳輸至靜電計(jì)160，收集信號(hào)值192被傳輸至校準(zhǔn)器162。校準(zhǔn)器162基于頻率信號(hào)值184和基于強(qiáng)度信號(hào)值186調(diào)整收集信號(hào)值192，產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)值194。這種調(diào)整包括對(duì)脈沖放電141噪聲的補(bǔ)償。這種調(diào)整包括瞬時(shí)調(diào)整以使信號(hào)值192收集時(shí)間與脈沖放電141事件一致。采樣和保持處理器164對(duì)于每一次脈沖放電141累積調(diào)整的收集值194的總值。因此，設(shè)備100提供對(duì)于收集讀數(shù)的模塊確定，該收集讀數(shù)被調(diào)整以最小化放電噪聲影響。
本發(fā)明的一個(gè)簡化可選實(shí)施例去除了校準(zhǔn)器62，而提供由采樣和保持處理器64對(duì)收集信號(hào)值92進(jìn)行的時(shí)間收集。在這種可選實(shí)施例中，收集信號(hào)值92不是基于放電信號(hào)值82調(diào)整。在這種可選實(shí)施例中，該收集信號(hào)值92仍然在由采樣和保持處理器64電路或微處理器確定的時(shí)間窗期間確定。該可選實(shí)施例提供了對(duì)收集信號(hào)值92進(jìn)行模塊收集的優(yōu)點(diǎn)。
前面對(duì)本發(fā)明的公開和說明是說明性和解釋性的。在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可以對(duì)該所示結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)作出各種改變，而不脫離本發(fā)明的精神。本發(fā)明應(yīng)當(dāng)僅由以下權(quán)利要求書及其法律等價(jià)來限制。
權(quán)利要求
1.一種脈沖放電檢測器，具有放電源和收集器，所述檢測器包括靜電計(jì)；校準(zhǔn)器；所述靜電計(jì)電連接到所述收集器和所述校準(zhǔn)器；電連接到所述放電源和所述校準(zhǔn)器的放電監(jiān)視器；所述靜電計(jì)檢測收集器信號(hào)；所述靜電計(jì)產(chǎn)生與所述收集器信號(hào)成比例的收集信號(hào)值；所述放電監(jiān)視器檢測放電信號(hào)；所述放電監(jiān)視器產(chǎn)生與所述放電信號(hào)成比例的至少一個(gè)放電信號(hào)值；和所述校準(zhǔn)器接收所述至少一個(gè)放電信號(hào)值。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其特征在于所述至少一個(gè)放電信號(hào)值包括放電信號(hào)強(qiáng)度值；并且所述校準(zhǔn)器調(diào)整與所述放電信號(hào)強(qiáng)度值成比例的所述收集信號(hào)值。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其特征在于所述至少一個(gè)放電信號(hào)值包括放電時(shí)間值；并且所述校準(zhǔn)器在響應(yīng)于所述放電時(shí)間值而初始化的時(shí)間窗期間處理所述收集信號(hào)值。
4.如權(quán)利要求2所述的檢測器，進(jìn)一步包括所述校準(zhǔn)器電連接到處理器；所述校準(zhǔn)器產(chǎn)生與所述調(diào)整的收集值成比例的調(diào)整信號(hào)值；和所述處理器累積所述調(diào)整的收集值的至少一個(gè)特征。
5.如權(quán)利要求4所述的檢測器，其特征在于所述處理器電連接到所述放電監(jiān)視器；所述處理器從所述放電監(jiān)視器接收放電時(shí)間值；和所述處理器在響應(yīng)于所述放電時(shí)間值而初始化的時(shí)間窗期間接收所述調(diào)整信號(hào)值。
6.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其特征在于所述收集器信號(hào)包括對(duì)在所述收集器接收的離子的測量。
7.如權(quán)利要求1所述的檢測器，進(jìn)一步包括偏壓產(chǎn)生器；所述偏壓產(chǎn)生器電連接到所述收集器和所述靜電計(jì)。
8.一種脈沖放電檢測器，具有放電源和收集器，所述檢測器包括靜電計(jì)；處理器；所述靜電計(jì)電連接到所述收集器和所述信號(hào)和保持處理器；電連接到所述放電源和所述信號(hào)和保持處理器的放電監(jiān)視器；所述靜電計(jì)檢測收集器信號(hào)；所述靜電計(jì)產(chǎn)生與所述收集器信號(hào)成比例的收集信號(hào)值；所述放電監(jiān)視器檢測放電信號(hào)；所述放電監(jiān)視器產(chǎn)生與所述放電信號(hào)成比例的放電時(shí)間值；和所述處理器在響應(yīng)于所述放電時(shí)間值而初始化的時(shí)間窗期間接收所述收集信號(hào)值。
9.如權(quán)利要求8所述的檢測器，進(jìn)一步包括偏壓產(chǎn)生器；所述偏壓產(chǎn)生器電連接到所述收集器和所述靜電計(jì)。
10.一種用于量化運(yùn)載氣體中的物質(zhì)的檢測器，包括封閉空腔；分別進(jìn)入所述封閉空腔的放電氣體入口，采樣氣體入口和氣體出口；位于所述空腔中的放電源；電監(jiān)視所述放電源的放電監(jiān)視器；所述放電監(jiān)視器產(chǎn)生放電信號(hào)值；位于所述空腔內(nèi)的收集器；電監(jiān)視所述收集器的靜電計(jì)；所述靜電計(jì)產(chǎn)生與接觸所述收集器的電離原子成比例的收集信號(hào)值；電連接到所述靜電計(jì)和所述放電監(jiān)視器的校準(zhǔn)器；和所述校準(zhǔn)器根據(jù)所述放電信號(hào)值的變化調(diào)整所述收集信號(hào)值。
11.如權(quán)利要求10所述的檢測器，進(jìn)一步包括所述空腔由細(xì)長空腔壁、放電端和收集端形成；所述空腔壁在所述放電端形成圓柱；所述空腔壁在所述收集端形成圓柱；所述空腔具有中心空腔軸；所述放電源在所述放電端近端包括放電電極和接收電極；所述放電電極以所述空腔軸定向；所述接收電極在所述空腔壁中與所述放電電極相鄰；所述收集器與所述收集端相鄰；和所述收集器以所述收集器軸定向。
12.如權(quán)利要求11所述的檢測器，其特征在于所述放電氣體入口從所述放電端近端進(jìn)入所述空腔；所述采樣入口從所述放電電極和所述收集器中間進(jìn)入所述空腔；和所述氣體出口從所述收集端近端進(jìn)入所述空腔。
13.如權(quán)利要求12所述的檢測器，其特征在于所述空腔具有放電端直徑；所述空腔具有收集端直徑；和所述收集端直徑大于所述放電端直徑。
14.如權(quán)利要求13所述的檢測器，其特征在于所述空腔壁包括位于所述放電端和所述入口端中間的被截?cái)嗟膱A錐形空腔壁；和所述采樣入口從所述被截?cái)嗟膱A錐形空腔壁處進(jìn)入所述空腔。
15.如權(quán)利要求11所述的檢測器，進(jìn)一步包括所述放電信號(hào)監(jiān)視器電連接到所述接收電極；所述靜電計(jì)電連接到所述收集器；所述校準(zhǔn)器電連接到所述信號(hào)監(jiān)視器和所述靜電計(jì)；和從所述校準(zhǔn)器接收調(diào)整信號(hào)值的處理器。
16.如權(quán)利要求15所述的檢測器，其特征在于所述放電源可間歇性放電；所述放電信號(hào)監(jiān)視器將放電時(shí)間信號(hào)傳輸至所述處理器；和所述處理器在相對(duì)于所述放電時(shí)間信號(hào)確定的時(shí)刻接收所述調(diào)整信號(hào)值。
17.如權(quán)利要求16所述的檢測器，其特征在于所述放電信號(hào)監(jiān)視器將放電強(qiáng)度值信號(hào)傳輸至所述校準(zhǔn)器；和所述校準(zhǔn)器校準(zhǔn)與所述放電強(qiáng)度值信號(hào)成比例的所述收集信號(hào)。
18.一種用于處理從具有脈沖放電源和收集器的脈沖放電檢測器收集的值的裝置，包括靜電計(jì)；校準(zhǔn)器；所述靜電計(jì)電連接到所述收集器和所述校準(zhǔn)器；電連接到所述放電源和所述校準(zhǔn)器的放電監(jiān)視器；所述靜電計(jì)檢測收集器信號(hào)；所述靜電計(jì)產(chǎn)生與所述收集器信號(hào)成比例的收集信號(hào)值；所述放電監(jiān)視器檢測放電信號(hào)；所述放電監(jiān)視器產(chǎn)生與所述放電信號(hào)成比例的至少一個(gè)放電信號(hào)值；和所述校準(zhǔn)器接收所述至少一個(gè)放電信號(hào)值。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于所述至少一個(gè)放電信號(hào)值包括放電信號(hào)強(qiáng)度值；并且所述校準(zhǔn)器調(diào)整與所述放電信號(hào)強(qiáng)度值成比例的所述收集值。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于所述至少一個(gè)放電信號(hào)值包括放電時(shí)間值；并且所述校準(zhǔn)器在響應(yīng)于所述放電時(shí)間值而初始化的時(shí)間窗期間處理所述收集信號(hào)值。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，進(jìn)一步包括所述校準(zhǔn)器電連接到處理器；所述校準(zhǔn)器產(chǎn)生與所述調(diào)整的收集值成比例的調(diào)整信號(hào)值；和所述處理器累積所述調(diào)整的收集值的至少一個(gè)特征。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于所述處理器電連接到所述放電監(jiān)視器；所述處理器從所述放電監(jiān)視器接收放電時(shí)間值；和所述處理器在響應(yīng)于所述放電時(shí)間值而初始化的時(shí)間窗期間接收所述調(diào)整信號(hào)值。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于包括偏壓產(chǎn)生器；所述偏壓產(chǎn)生器電連接到所述收集器和所述靜電計(jì)。
24.一種用于處理從具有脈沖放電源和收集器的脈沖放電檢測器收集的值的方法，包括監(jiān)視脈沖放電強(qiáng)度值；確定在確定的時(shí)間周期期間碰撞所述檢測器的收集器的電子值；和基于至少一個(gè)放電強(qiáng)度值調(diào)整所述收集值。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)視脈沖放電時(shí)間值；和在相對(duì)于所述放電時(shí)間值確定的時(shí)間窗期間調(diào)整所述收集值。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括在相對(duì)于所述放電時(shí)間值確定的時(shí)間窗期間，將所述調(diào)整的收集值的被選擇特征傳輸至處理器。
27.一種用于測量采樣氣體的特征的方法，包括使放電氣體流過封閉空腔；通過將所述放電氣體暴露在多個(gè)放電下而從所述放電氣體產(chǎn)生光子；監(jiān)視所述多個(gè)放電中每一個(gè)的放電值；將采樣氣體引入所述空腔中的所述放電氣體流和所述光子，以電離所述采樣氣體的至少一部分；測量來自所述多個(gè)放電中的每一個(gè)的所述采樣氣體中產(chǎn)生的離子的數(shù)量；和基于每個(gè)所述放電值調(diào)整每個(gè)所測量的離子數(shù)量。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)視每個(gè)所述放電的發(fā)生時(shí)間；和在相對(duì)于每個(gè)所述放電發(fā)生時(shí)間確定的時(shí)間窗期間調(diào)整每個(gè)所測量的離子數(shù)量。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括在相對(duì)于每個(gè)所述放電發(fā)生時(shí)間確定的時(shí)間窗期間收集每個(gè)所調(diào)整的所測量的離子數(shù)量的被選擇特征。
全文摘要
一種脈沖放電檢測器，包括一種用于模塊測量采樣中的電離信號(hào)的裝置和方法。該脈沖放電檢測器包括位于空腔中的放電源，與該放電源間隔開的收集器，連接到放電電極的監(jiān)視器，連接到收集器的靜電計(jì)，校準(zhǔn)器，以及采樣和保持處理器。放電電極包括相對(duì)于該放電空腔壁中心設(shè)置的源電極。該收集器相對(duì)于空腔壁中心設(shè)置。從時(shí)間和強(qiáng)度對(duì)放電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視。基于放電強(qiáng)度對(duì)收集信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。在基于放電發(fā)生時(shí)間的時(shí)間窗期間對(duì)收集信號(hào)進(jìn)行收集。檢測器輸出通過與脈沖放電一致的收集信號(hào)進(jìn)行判定。本發(fā)明的校準(zhǔn)器調(diào)整收集信號(hào)以減少放電噪聲。該采樣和保持處理器累積被選擇的調(diào)整信號(hào)值以量化采樣濃度。
文檔編號(hào)G01N27/00GK101027550SQ200480006469
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2004年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月11日
發(fā)明者斯坦利·斯特恩斯, 蔡華民 申請(qǐng)人:萬科儀器公司