專利名稱：紅外氣體感測(cè)裝置及方法
紅外氣體感測(cè)裝置及方法背景技術(shù)對(duì)應(yīng)于日本專利申請(qǐng)JP-A-2001-228326的美國(guó)專利US 6,590,710 公開了 一種用于測(cè)量目標(biāo)氣體濃度的紅外氣體感測(cè)裝置，這種目標(biāo)氣 體吸收特定波長(zhǎng)的紅外光。這種氣體感測(cè)裝置包含發(fā)射紅外光的紅外 源、選擇特定波長(zhǎng)紅外光的波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(即Fabry-Perot濾光器) 和檢測(cè)經(jīng)濾光的紅外光的紅外檢測(cè)器。這種氣體感測(cè)裝置根據(jù)紅外檢 測(cè)器檢測(cè)到的紅外光的量來測(cè)量目標(biāo)氣體的濃度。如圖6所示，波長(zhǎng)可調(diào)濾光器包含第一鏡3和第二鏡4。第一鏡 3通過第一氧化物膜2形成于硅襯底1上。第二鏡4形成在第二氧化 物膜5上，后者形成在第一鏡3上。第一和第二鏡3、 4面向?qū)Ψ健Ｍㄟ^蝕刻孔6蝕刻第二氧化物膜5，在第一和第二鏡3、 4之間 形成間隙H。因此，通過施加外力，第二鏡4可以相對(duì)于第一鏡3發(fā) 生位移。間隙H的間隙距離等于第二氧化物膜5的厚度。第一和第二鏡3、 4由例如多晶硅制成。第一鏡3在一個(gè)表面上 具有第一電極7。同樣，第二鏡4在一個(gè)表面上具有第二電極8。通 過將高濃度的雜質(zhì)摻雜物施加到所述第一和第二鏡3、 4的表面上分 別形成第一和第二電極7、 8。第一外電極9形成于第一電極7上并且電連接到第一電極7。同 樣，第二外電極10形成于第二電極8上并且電連接到第二電極8。波長(zhǎng)可調(diào)濾光器具有中心波長(zhǎng)入，這個(gè)中心波長(zhǎng)入由間隙H的 間隙距離(即第二氧化物膜5的厚度)確定。例如，中心波長(zhǎng)入為 3100納米(nm)。由于第一鏡3充當(dāng)波長(zhǎng)可調(diào)濾光器的下部鏡，因此 其光學(xué)厚度需要等于中心波長(zhǎng)入的四分之一。例如，第二氧化物膜5 的厚度為592nm，折射率為1.309。第一和第二鏡3、 4中每一個(gè)的厚 度都為248nm，折射率都為3.125。
通過第一和外電極9、 10在第一和第二電極7、 8之間施加電壓 時(shí)，在第一和第二電極7、 8之間產(chǎn)生靜電吸引力。第二電極8由于 靜電吸引力相對(duì)于第一電極7位移。結(jié)果是間隙H的間隙距離發(fā)生 改變。通過調(diào)節(jié)施加在第一和第二電極7、 8之間的電壓來調(diào)節(jié)間隙 距離。因此，波長(zhǎng)可調(diào)濾光器可以根據(jù)目標(biāo)氣體來選擇特定波長(zhǎng)的紅 外光。在圖6所示的波長(zhǎng)可調(diào)濾光器中，間隙H的間隙距離可以在三 個(gè)級(jí)別調(diào)節(jié)，使得波長(zhǎng)可調(diào)濾光器能夠從紅外光的三個(gè)不同波長(zhǎng)中選 擇特定波長(zhǎng)。因而，這種紅外氣體感測(cè)裝置能夠用一個(gè)濾光器檢測(cè)目 標(biāo)氣體中兩種成分的濃度。因此，這種紅外氣體感測(cè)裝置體積小，制 造成本低。但是，如果外來物質(zhì)進(jìn)入到間隙H且夾在第一和第二電極7、 8 之間，就不能調(diào)節(jié)間隙H的間隙距離。其結(jié)果是，由于波長(zhǎng)可調(diào)濾 光器不能選擇目標(biāo)氣體吸收的紅外光的特定波長(zhǎng)，因此紅外氣體感測(cè) 裝置無法正確地檢測(cè)目標(biāo)氣體的濃度。發(fā)明內(nèi)容考慮到上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種紅外氣體感測(cè)裝 置和方法，用于通過檢査波長(zhǎng)可調(diào)濾光器是否選擇了正確的波長(zhǎng)來精 確地測(cè)量目標(biāo)氣體的濃度。用于感測(cè)氣體的氣體感測(cè)裝置包含紅外源、波長(zhǎng)可調(diào)濾光器、紅 外檢測(cè)器、外殼和控制電路。氣體吸收第一波長(zhǎng)的紅外光。紅外源發(fā) 射紅外光。波長(zhǎng)可調(diào)濾光器選擇性地允許特定波長(zhǎng)的紅外光通過?？?制電路包含測(cè)量電路和檢查電路。測(cè)量電路控制波長(zhǎng)可調(diào)濾光器，使 得波長(zhǎng)可調(diào)濾光器允許第一波長(zhǎng)的紅外光通過，并輸出經(jīng)濾光的第一 紅外光。檢査電路控制波長(zhǎng)可調(diào)濾光器，使得波長(zhǎng)可調(diào)濾光器允許第 二波長(zhǎng)的紅外光通過，并輸出經(jīng)濾光的第二紅外光。紅外檢測(cè)器檢測(cè) 經(jīng)濾光的第一紅外光的第一量和經(jīng)濾光的第二光的第二量。紅外光 源、波長(zhǎng)可調(diào)濾光器和紅外檢測(cè)器在上述外殼中。這個(gè)外殼具有用于 向其中導(dǎo)入氣體的入口。測(cè)量電路根據(jù)經(jīng)濾光的第一紅外光的第一量來計(jì)算氣體的濃度。 檢査電路通過將經(jīng)濾光的第二紅外光的第二量與參考值相比較來檢 査波長(zhǎng)可調(diào)濾光器是否工作正常。第二波長(zhǎng)位于大氣氣體不吸收上述 紅外光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。由于檢查電路，氣體感測(cè)裝置能夠準(zhǔn)確地檢測(cè) 氣體。檢查電路根據(jù)透過大氣氣體的紅外光的透射率來檢查波長(zhǎng)可調(diào) 濾光器。換句話說，檢查電路通過使用空氣而不是特定氣體來檢查波 長(zhǎng)可調(diào)濾光器。在這樣的方案中，可以簡(jiǎn)化氣體感測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)。此 外，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣體感測(cè)裝置體積小，制造成本低。使用波長(zhǎng)可調(diào)濾光器感測(cè)氣體的方法包含以下步驟發(fā)射紅外 光；設(shè)置波長(zhǎng)可調(diào)濾光器，使得波長(zhǎng)可調(diào)濾光器允許第一波長(zhǎng)的紅外 光通過并輸出經(jīng)濾光的第一紅外光；檢測(cè)經(jīng)濾光的第一紅外光的第一 量；并且通過將第一量與參考值進(jìn)行比較來檢查波長(zhǎng)可調(diào)濾光器是否 工作正常。第一波長(zhǎng)位于大氣氣體不吸收上述紅外光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。


從隨后的詳細(xì)描述和附圖將更加清楚本發(fā)明的上述和其它目的、 特征和優(yōu)點(diǎn)。在這些附圖中圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的紅外氣體傳感器的剖視圖；圖2是圖1所示紅外氣體傳感器的方框圖；圖3是圖1所示紅外氣體傳感器中波長(zhǎng)可調(diào)濾光器的剖視圖；圖4是圖1所示紅外氣體傳感器的流程圖；圖5A 51說明透過大氣氣體的紅外光的透射率；圖6是常規(guī)紅外氣體傳感器中波長(zhǎng)可調(diào)濾光器的剖視圖。
具體實(shí)施方式
如圖l-2所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的紅外氣體傳感器100包含 紅外(IR)源20、波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30、紅外(IR)檢測(cè)器40、外殼 50和控制電路60。紅外源20、波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30、紅外檢測(cè)器40 和控制電路60都容納在外殼50中。紅外源20可以是(例如)白熾燈。如圖1中的箭頭所指示，紅 外源20在從2微米("m)到10Pm的連續(xù)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射紅外 光。波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30為Fabry-Perot干涉濾光器。波長(zhǎng)可調(diào)濾光器 30選擇將從紅外源20發(fā)送到紅外檢測(cè)器40的特定波長(zhǎng)的紅外光。 如圖3所詳細(xì)描述的一樣，波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30包含襯底31，形成在 襯底31上的抗反射膜32，通過抗反射膜32形成于襯底31上的第一 鏡33和通過犧牲層形成于第一鏡33上的第二鏡34。第一和第二鏡 33、 34面向?qū)Ψ健Ｍㄟ^蝕刻孔38蝕刻犧牲層，在第一和第二鏡33、 34之間形成間 隙37。當(dāng)外力施加于第二鏡34上時(shí)，第二鏡34能夠相對(duì)于第一鏡 33發(fā)生位移。第一鏡33在一個(gè)表面上具有第一電極35。第二鏡34 在一個(gè)表面上具有第二電極36?？梢酝ㄟ^(例如)將高濃度的雜質(zhì) 摻雜物施加到所述第一和第二鏡33、 34的表面上而分別形成第一和 第二電極35、 36。第一和第二電極35、 36面向?qū)Ψ?。襯底31可以由(例如)硅、石英等等制成。第一和第二鏡33、 34以及第一和第二電極35、 36為薄層，且可以由(例如)鉬、硅、 鍺、氮化硅、氧化硅等等制成。因此，波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30體積小并能很容易地利用微型電動(dòng)機(jī) 械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制造。在波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30中，等于間隙37的間隙距離D —半或四 分之一的特定波長(zhǎng)的紅外光在第一和第二鏡33、 34之間多重反射， 發(fā)生干涉。結(jié)果，僅在特定波長(zhǎng)的紅外光通過波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30。在第一和第二電極35、 36之間施加電壓時(shí)，在第一和第二電極 35、 36之間產(chǎn)生靜電吸引力。第二鏡34由于靜電吸引力而相對(duì)于第 一鏡33發(fā)生位移。通過調(diào)節(jié)施加在第一和第二電極35、 36之間的電 壓，以無級(jí)方式調(diào)節(jié)間隙37的間隙距離D。因此，通過調(diào)節(jié)間隙距 離D，波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30可以選擇發(fā)送到紅外檢測(cè)器40的特定波長(zhǎng) 的紅外光。
紅外檢測(cè)器40檢測(cè)經(jīng)濾光的紅外光，輸出電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào) 指示檢測(cè)到的紅外光的量。紅外檢測(cè)器40可以是(例如)熱電堆、 焦熱電傳感器等等。再次參考圖1，波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30和紅外檢測(cè)器40由容器密封， 這個(gè)容器由桿51和帶有透明窗53的盒52組成。由紅外源20發(fā)射的 紅外光通過透明窗53進(jìn)入波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30。外殼50具有用于被檢測(cè)目標(biāo)氣體的入口和出口。目標(biāo)氣體被引 入紅外源20和波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30之間的一條光路中。目標(biāo)氣體至少 部分地吸收目標(biāo)氣體的特定波長(zhǎng)。波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30僅允許特定波 長(zhǎng)的紅外光通過。經(jīng)濾光的紅外光到達(dá)紅外檢測(cè)器40并被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。電信號(hào) 被傳輸?shù)娇刂齐娐?0中的處理器，處理器根據(jù)這個(gè)電信號(hào)計(jì)算目標(biāo) 氣體的濃度。如上所述，紅外氣體傳感器100包含發(fā)射紅外光的紅外源20， 選擇特定波長(zhǎng)紅外光的波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30和檢測(cè)經(jīng)濾光的紅外光并 將經(jīng)檢測(cè)的紅外光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的紅外檢測(cè)器40。由波長(zhǎng)可調(diào)濾光 器30選擇的特定波長(zhǎng)可以通過改變第一和第二鏡33、 34之間的間隙 37的間隙距離D，以無級(jí)方式改變。因此，紅外氣體傳感器100能檢測(cè)各種氣體的濃度。圖5A~5I說明透過大氣氣體的紅外光的透射率。這些圖是在 Haruyoshi Hisano于1994年出版的日文書"sekigaisen kougaku" (ISBN-13: 978-4885521225)中得到的。從圖5A 5I可知，紅外光的 透射率在1.55微米(um)禾卩1.75um之間、2.05 W m和2.33 U m之 間、3.5um禾Q 4.16um之間，和9.4 u m和12.4 u m之間的波長(zhǎng)范圍 中接近100%。控制電路60可以有濾光器檢查電路，用于根據(jù)透過大 氣氣體的紅外光的透射率檢查波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30是否工作正常。紅 外光的透射率接近100%的波長(zhǎng)范圍在下文中稱為"無吸收波長(zhǎng)范 圍"。在無吸收波長(zhǎng)范圍之外的波長(zhǎng)范圍在下文中稱為"吸收波長(zhǎng)范 圍"。紅外氣體傳感器100按照?qǐng)D4所示的流程圖工作。在步驟Sl中，
加電開啟紅外氣體傳感器100。接著，在步驟S2中，紅外源20通過 控制電路60中的驅(qū)動(dòng)器加電開啟，發(fā)射紅外光。接著，在步驟S3中，調(diào)節(jié)波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30的間隙距離D，使 得波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30在無吸收波長(zhǎng)范圍中選擇第一檢查波長(zhǎng)AF1。 例如，第一檢査波長(zhǎng)A Fl為2.1 y m。接著，在步驟S4中，紅外檢測(cè) 器40檢測(cè)經(jīng)濾光的紅外光并將檢測(cè)到的紅外光轉(zhuǎn)換為指示檢測(cè)到的 紅外光的量的一第一檢查信號(hào)VF1。接著，在步驟S5中，第一檢查 信號(hào)VF1存儲(chǔ)在控制電路60中的存儲(chǔ)器(未畫出)中。步驟S3 S5重復(fù)一次以上。在第二次執(zhí)行步驟S3的時(shí)候，調(diào)節(jié) 波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30的間隙距離D，使得波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30在無吸收 波長(zhǎng)范圍中選擇第二檢査波長(zhǎng)入F2。第二檢査波長(zhǎng)入F2不同于第一 檢査波長(zhǎng)入F1。例如，第二檢査波長(zhǎng)入F2為2.3um。在這種情況下， 第二檢查波長(zhǎng)AF2在與第一檢查波長(zhǎng)AF1相同的無吸收波長(zhǎng)范圍 中。第二檢查波長(zhǎng)入F2也可以在與第一檢査波長(zhǎng)入F1不同的無吸收 波長(zhǎng)范圍中。例如，第二檢查波長(zhǎng)入F2可以在9.4U m和12.4um之 間的波長(zhǎng)范圍中。接著，在第二次執(zhí)行步驟S4的時(shí)候，紅外檢測(cè)器 40檢測(cè)經(jīng)濾光的紅外光并將經(jīng)檢測(cè)的紅外光轉(zhuǎn)換成指示檢測(cè)到的紅 外光的量的第二檢査信號(hào)VF2。接著，在第二次執(zhí)行步驟S5的時(shí)候， 將第二檢査信號(hào)VF2存儲(chǔ)在控制電路60中的存儲(chǔ)器中。接著，在步驟S6中，控制電路60計(jì)算第一檢査信號(hào)VF1和第 二檢査信號(hào)VF2之間的信號(hào)比率W1/VF2。接著，在步驟S7中，控 制電路60確認(rèn)信號(hào)比率VF1/VF2是否接近1。由于第一檢查波長(zhǎng)入 Fl和第二檢査波長(zhǎng)AF2大致相同并在無吸收波長(zhǎng)中，第一檢查信號(hào) VF1和第二檢查信號(hào)VF2大致相同。因此，信號(hào)比率VF1/VF2接近 1，除非波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30發(fā)生故障。在步驟S7中，如果信號(hào)比率VF1/VF2不接近1，控制電路60 就確定波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30出現(xiàn)了故障，選擇了不正確的波長(zhǎng)，艮口， 第一檢査波長(zhǎng)入Fl和第二檢查波長(zhǎng)入F2之外的波長(zhǎng)。因此，在步驟 S8中，指示波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30發(fā)生故障的第一錯(cuò)誤信息出現(xiàn)在圖2 所示的屏幕上，這一過程停止。
相反，在步驟S7，如果信號(hào)比率VF1/VF2接近1，控制電路60 就確定波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30工作正常。因此，這一過程繼續(xù)下去。接著，在步驟S9中，調(diào)節(jié)波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30的間隙距離D，使 得波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30選擇第三檢查波長(zhǎng)入L。接著，在步驟S10中， 紅外檢測(cè)器40檢測(cè)經(jīng)濾光的紅外光并將檢測(cè)到的紅外光轉(zhuǎn)換為第三 檢查信號(hào)VL。接著，在步驟Sll中，控制電路60確定第三檢查信號(hào) VL是否超過閾值VT。在步驟S11中，如果第三檢查信號(hào)VL小于閾值VT，控制電路 60就確定由紅外源20發(fā)射的紅外光的量由于(例如)紅外源老化失 效而減少。因此，在步驟S12中，指示紅外源20故障的第二錯(cuò)誤信 息出現(xiàn)在屏幕上，并且這一過程停止。相反，在步驟S11中，如果第三檢查信號(hào)VL超過閾值VT，控 制電路60就確定紅外源20工作正常。因此，這一過程繼續(xù)下去。接著，在步驟S13中，調(diào)節(jié)波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30的間隙距離D， 使得波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30選擇目標(biāo)波長(zhǎng)入S，在這個(gè)目標(biāo)波長(zhǎng)入S上， 將被感測(cè)的目標(biāo)氣體吸收紅外光。接著，在步驟S14中，紅外檢測(cè)器 40檢測(cè)經(jīng)濾光的紅外光并將檢測(cè)到的紅外光轉(zhuǎn)換為一指示檢測(cè)到的 紅外光的檢測(cè)信號(hào)VS。接著，在步驟S15中，檢測(cè)信號(hào)VS存儲(chǔ)在 控制電路60中的存儲(chǔ)器中。接著，在步驟S16中，控制電路60根據(jù) 檢測(cè)信號(hào)VS計(jì)算目標(biāo)氣體的濃度。接著，在步驟S17中，計(jì)算出來 的濃度顯示在屏幕上。如果需要檢測(cè)目標(biāo)氣體多個(gè)成分的濃度，重復(fù) 步驟S13 S17。接著，在步驟S18中，關(guān)閉紅外源20。接著，在步驟S19中， 關(guān)閉紅外氣體傳感器100。在圖4的流程圖中，步驟S3 S8對(duì)應(yīng)于檢 查波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30是否正常工作的濾光器檢査過程，步驟S9-S12 對(duì)應(yīng)于檢查紅外源20是否正常工作的紅外源檢查過程，且步驟 S13 S17對(duì)應(yīng)于測(cè)量目標(biāo)氣體濃度的測(cè)量過程。如上所述，依照紅外氣體傳感器100，在測(cè)量過程之前是濾光器 檢查過程。在濾光器檢查過程中，檢測(cè)在無吸收波長(zhǎng)范圍內(nèi)的第一和 第二檢査波長(zhǎng)入F1、入F2的經(jīng)濾光的紅外光的量，并將所述紅外光分別轉(zhuǎn)換為第一和第二檢查信號(hào)VF1、 VF2。根據(jù)信號(hào)比率VF1/VF2 檢查波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30的故障。在這樣的方案中，即使由于紅外源 失效導(dǎo)致由紅外源20發(fā)射的紅外光的量減少，也可以檢測(cè)波長(zhǎng)可調(diào) 濾光器30的故障。根據(jù)透過大氣氣體的紅外光的透射率來檢查波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30 的故障。換句話說，使用空氣而不是特定氣體來檢查波長(zhǎng)可調(diào)濾光器 30的故障。因此，可以簡(jiǎn)化紅外氣體傳感器100的結(jié)構(gòu)，使得可以 在短時(shí)間內(nèi)輕易地檢查波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30。此外，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 紅外氣體傳感器100體積小，制造成本低。第一和第二檢查波長(zhǎng)AF1、 AF2接近無吸收波長(zhǎng)范圍的邊界比 較好。無吸收范圍由第一和第二檢查波長(zhǎng)入F1、入F2來限界更好。 在這樣的方案中，即使波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30略有故障，波長(zhǎng)可調(diào)濾光 器30也允許無吸收波長(zhǎng)范圍外(即吸收波長(zhǎng)范圍內(nèi))的波長(zhǎng)的紅外 光通過。結(jié)果，雖然波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30略有故障，但信號(hào)比率 VF1/VF2會(huì)明顯地偏離1。因此，肯定能夠檢測(cè)到波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30 的故障，從而能夠準(zhǔn)確地測(cè)量目標(biāo)氣體的濃度。可選擇地，與無吸收波長(zhǎng)范圍內(nèi)的參考波長(zhǎng)AFO對(duì)應(yīng)的參考信 號(hào)VO可以預(yù)先存儲(chǔ)在控制電路60中的存儲(chǔ)器中。在這樣的情況下， 按照如下方式檢查波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30。在濾光器檢査過程中，調(diào)節(jié) 波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30的間隙距離D，使得波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30選擇參考 波長(zhǎng)人FO。接著，紅外檢測(cè)器40檢測(cè)經(jīng)濾光的紅外光并將檢測(cè)到的 紅外光轉(zhuǎn)換成指示檢測(cè)到的紅外光的量的參考信號(hào)VFO。根據(jù)信號(hào)比 率VF0/V0來檢査波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30。在這樣的方案中，可以簡(jiǎn)化濾光器檢查過程。除了濾光器檢査過程以外，還在測(cè)量過程之前執(zhí)行紅外光源檢查 過程。在這樣的方案中，能夠檢測(cè)到紅外源20的故障，從而能夠更 加準(zhǔn)確地測(cè)量目標(biāo)氣體的濃度。如上所述，上述實(shí)施例中的紅外氣體傳感器IOO體積小，制造成 本低。此外，通過使用波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30，紅外氣體傳感器100能 夠測(cè)量目標(biāo)氣體的多個(gè)成分的濃度。還檢測(cè)紅外源20和波長(zhǎng)可調(diào)濾 光器30的故障，從而能夠準(zhǔn)確地地測(cè)量濃度。因此，即使在惡劣條 件下也能夠使用紅外氣體傳感器100。例如，紅外氣體傳感器100可以安裝在車輛上以測(cè)量車輛的廢 氣。廢氣主要包含COx、 NOx和SOx。這些廢氣的主要成分吸收波 長(zhǎng)在3um 8um之間的紅外光。因此，用紅外氣體傳感器100測(cè)量 車輛廢氣時(shí)，用2.05 um禾卩2.33 um之間、9.4 u m和12.4 u m之間 的波長(zhǎng)范圍來檢査波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30較好，上述兩個(gè)波長(zhǎng)范圍中的 每一個(gè)都是無吸收波長(zhǎng)范圍，并且與廢氣吸收紅外光的3um 8um 之間的波長(zhǎng)范圍相鄰。通過這種方式，紅外氣體傳感器100能夠準(zhǔn)確 地測(cè)量廢氣成分的濃度?？梢杂酶鞣N方式修改上述實(shí)施例。例如，步驟S3 S5可以重復(fù)兩 次或兩次以上，從而能夠更加確定地檢測(cè)波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30的故障。在上述實(shí)施例中，每次加電開啟紅外氣體傳感器IOO (即加電開 啟波長(zhǎng)可調(diào)濾光器30)都執(zhí)行濾光器檢查過程。也可以在每次完成 步驟S17 (即測(cè)量完目標(biāo)氣體的一種成分)以后，執(zhí)行濾光器檢查過 程。在這樣的方案中，紅外氣體傳感器100能夠更加準(zhǔn)確地測(cè)量目標(biāo) 氣體的濃度。這樣的改變和修改應(yīng)理解為在所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā) 明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)吸收第一波長(zhǎng)紅外光的氣體進(jìn)行感測(cè)的氣體感測(cè)裝置，所述氣體感測(cè)裝置包括發(fā)射所述紅外光的紅外源(20)；選擇性地允許特定波長(zhǎng)的所述紅外光通過的波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)；包含測(cè)量電路和檢查電路的控制電路(60)，所述測(cè)量電路控制所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)，使得所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)允許所述第一波長(zhǎng)的紅外光通過并輸出經(jīng)濾光的第一紅外光，所述檢查電路控制所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)，使得所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)允許第二波長(zhǎng)的所述紅外光通過并輸出經(jīng)濾光的第二紅外光；紅外檢測(cè)器(40)，用于檢測(cè)經(jīng)濾光的所述第一紅外光的第一量和經(jīng)濾光的所述第二紅外光的第二量；以及外殼(50)，用于容納所述紅外光源、所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)和所述紅外檢測(cè)器(40)，所述外殼(50)具有用于向其中引導(dǎo)所述氣體的入口，其中所述測(cè)量電路根據(jù)經(jīng)濾光的所述第一紅外光的所述第一量計(jì)算所述氣體的濃度，所述檢查電路通過將經(jīng)濾光的所述第二紅外光的所述第二量與參考值相比較來檢查所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)是否正常工作，且所述第二波長(zhǎng)位于大氣氣體不吸收所述紅外光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求2所述的氣體感測(cè)裝置，其中 所述檢查電路控制所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)，使得所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)允許在第三波長(zhǎng)的所述紅外光通過且輸出經(jīng)濾光的第 三紅外光，所述第三波長(zhǎng)位于所述波長(zhǎng)范圍內(nèi)，所述紅外檢測(cè)器(40)檢測(cè)經(jīng)濾光的所述第三紅外光的第三量作 為所述參考值，且所述檢査電路計(jì)算所述第二量和所述第三量之間的比率，并根據(jù)所述比率與1的偏離檢査所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)是否正常工作。
3. 如權(quán)利要求2所述的氣體感測(cè)裝置，其中 所述波長(zhǎng)范圍由所述第二波長(zhǎng)和所述第三波長(zhǎng)來限界。
4. 如權(quán)利要求1所述的氣體感測(cè)裝置，其中 所述波長(zhǎng)范圍位于1.55微米和1.75微米之間，2.05微米和2.33微米之間，3.5微米和4.16微米之間，或者9.4微米和12.4微米之間。
5. 如權(quán)利要求1~4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體感測(cè)裝置，其中所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)為Fabry-Perot濾光器且包含襯底(31)， 形成于所述襯底(31)上的第一鏡(33)，面向所述第一鏡(33)且 與所述第一鏡(33)間隔一預(yù)定距離的第二鏡(34)，所述第一鏡(33)具有第一電極(35)，所述第二鏡(34)具有面向所述第一電極(35)的第二電極(36)， 通過在所述第一電極(35)和所述第二電極(36)之間施加電壓，所 述第二鏡(34)能夠相對(duì)于所述第一鏡(33)發(fā)生位移，且所述控制電路(60)通過調(diào)節(jié)施加在所述第一電極(35)和所述 第二電極(36)之間的所述電壓控制所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)，使 得所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)選擇性地允許所述特定波長(zhǎng)的紅外光通 過。
6. 如權(quán)利要求1所述的氣體感測(cè)裝置，其中 所述氣體為車輛廢氣。
7. —種使用波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)感測(cè)氣體的方法，所述方法 包括發(fā)射紅外光；設(shè)置所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)使得所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30) 允許第一波長(zhǎng)的所述紅外光通過且輸出經(jīng)濾光的第一紅外光； 檢測(cè)經(jīng)濾光的所述第一紅外光的第一量；以及 通過將所述第一量與參考值比較來檢查所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器 (30)是否正常工作，其中所述第一波長(zhǎng)位于大氣氣體不吸收所述紅外光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括 設(shè)置所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)使得所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)允許第二波長(zhǎng)的所述紅外光通過并輸出經(jīng)濾光的第二紅外光；檢測(cè)經(jīng)濾光的所述第二紅外光的第二量作為所述參考值；以及 計(jì)算所述第一量和所述第二量之間的比率，以及所述比率與1的偏離，其中所述檢查步驟根據(jù)所述偏離檢查所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)是否 正常工作。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中 所述波長(zhǎng)范圍由所述第一波長(zhǎng)和所述第二波長(zhǎng)限界。
10. 如權(quán)利要求7 9中任一權(quán)利要求所述的方法，其中 所述氣體為車輛廢氣，且所述波長(zhǎng)范圍位于2.05微米和2.33微米之間，以及9.4微米和 12.4微米之間。
11. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中在每次加電啟動(dòng)所述波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30 )時(shí)執(zhí)行所述檢查步驟。
全文摘要
用于感測(cè)氣體的一種紅外氣體感測(cè)裝置，它包含用于發(fā)射紅外光的紅外源(20)，選擇性地允許特定波長(zhǎng)的所述紅外光通過的波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)，用于檢測(cè)經(jīng)濾光的紅外光的量的紅外檢測(cè)器(40)，以及用于控制波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)的控制電路(60)。控制電路(60)具有檢查波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)是否選擇收集波長(zhǎng)的檢查電路。檢查電路控制波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)使得波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)允許在一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的紅外光通過，在所述波長(zhǎng)范圍內(nèi)，大氣氣體不吸收紅外光。檢查電路通過將經(jīng)濾光的紅外光的量與參考值比較來檢查波長(zhǎng)可調(diào)濾光器(30)是否正常工作。
文檔編號(hào)G01N21/31GK101149341SQ20071015479
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者吉田貴彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝