(57)【要約】  センサ装置は、ガス体中の二酸化炭素のレベルを測定するように構成される。センサ装置は、赤外検知素子として、1または2以上のセレン化鉛（PbSe）検出器を有し、従来のPbSe系センサにおいて必要となる温度調節を行わずに作動される。その代わりに、検出器装置の測定結果は、比較的安価な温度センサによって測定された温度に対して補正される。これは、コスト低下、安定性の向上、耐久性の向上、製造の容易化、および／または従来の検出器を超える他の利点を提供する。
2014506488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス体中の二酸化炭素のレベルを測定するように構成されたセンサ装置であって、
ガス体を通る電磁放射線を放射するように構成された放射線源と、
前記放射線源により放射され前記ガス体を通過した電磁放射線が入射するように配置されたセレン化鉛検出器を有するセンサであって、前記セレン化鉛検出器に入射された電磁放射線の強度に関する情報を伝達する信号を生成するように構成されたセンサと、
前記センサによって生成された前記信号に基づいて、前記ガス体中の二酸化炭素のレベルを決定するように構成されたプロセッサと、
前記セレン化鉛検出器とは別個の温度センサであって、前記セレン化鉛検出器の温度に関する情報を伝達する温度信号を出力するように構成された温度センサと、
を有し、
前記プロセッサは、さらに、前記二酸化炭素のレベルを決定することが、前記温度信号に基づいて前記セレン化鉛検出器の温度を補正することを含むように構成されることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記センサは、前記セレン化鉛の温度が当該センサ装置の温度でドリフトされるように構成されることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記センサは、さらに、前記電磁放射線が前記ガス体を通過した後、前記放射線源により放射された前記電磁放射線の一部を受けるように配置された、第2のセレン化鉛検出器を有し、
前記センサは、さらに、前記第2のセレン化鉛検出器に入射された前記電磁放射線の強度に関する情報を伝達する第2の信号を生成するように構成され、
前記プロセッサは、さらに、前記ガス体中の前記二酸化炭素のレベルを定めることが、さらに前記第2の信号に基づいて行われるように構成されることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。
【請求項４】
さらに、第2の温度センサを有し、該第2の温度センサは、前記第2のセレン化鉛検出器の温度に関する情報を伝達する第2の温度信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項3に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、さらに、前記二酸化炭素のレベルを決定することが、前記第2の温度信号に基づいて、前記第2のセレン化鉛検出器の温度を補正することを含むように構成されることを特徴とする請求項3に記載のセンサ装置。
【請求項６】
ガス体中の二酸化炭素のレベルを検出する方法であって、
ガス体を通る電磁放射線を放射するステップと、
前記ガス体を通過した電磁放射線をセレン化鉛検出器に受容させるステップと、
前記セレン化鉛検出器に入射した前記電磁放射線の強度に関する情報を伝達するセンサ信号を生成するステップと、
前記セレン化鉛検出器とは別個の温度センサを介して温度信号を生成するステップであって、前記温度信号は、前記セレン化鉛検出器の温度に関する情報を伝達するステップと、
前記センサ信号に基づいて、前記ガス体中の二酸化炭素のレベルを決定するステップと、
を有し、
前記ガス体中の前記二酸化炭素のレベルを決定するステップは、前記温度信号に基づいて前記セレン化鉛検出器の温度を補正することを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
さらに、前記セレン化鉛検出器の温度をドリフトするステップを有することを特徴とする請求項6に記載の方法。
【請求項８】
さらに、
前記ガス体を通過した電磁放射線を第2のセレン化鉛検出器で受容するステップと、
前記第2のセレン化鉛検出器に入射された前記電磁放射線の強度に関する情報を伝達する第2のセンサ信号を生成するステップと、
を有し、
前記ガス体中の前記二酸化炭素のレベルを決定するステップは、さらに前記第2のセンサ信号に基づいて行われることを特徴とする請求項6に記載の方法。
【請求項９】
さらに、第2の温度センサを介して第2の温度信号を生成するステップを有し、
前記第2の温度信号は、前記第2のセレン化鉛検出器の温度に関する情報を伝達する
ことを特徴とする請求項6に記載の方法。
【請求項１０】
前記二酸化炭素のレベルを決定するステップは、さらに、前記第2の温度信号に基づいて、前記第2のセレン化鉛検出器の温度を補正するステップを有することを特徴とする請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
ガス体中の二酸化炭素のレベルを検出するシステムであって、
ガス体を通る電磁放射線を放射する手段と、
前記ガス体を通過した前記電磁放射線をセレン化鉛検出器の方に誘導する手段と、
前記セレン化鉛検出器に入射した前記電磁放射線の強度に関する情報を伝達するセンサ信号を生成する手段と、
前記セレン化鉛検出器とは別個の、温度信号を生成する手段であって、前記温度信号は、前記セレン化鉛検出器の温度に関する情報を伝達する手段と、
前記センサ信号に基づいて、前記ガス体中の前記二酸化炭素のレベルを決定する手段と、
を有し、
前記ガス体中の前記二酸化炭素のレベルを決定することは、前記温度信号に基づいて、前記セレン化鉛検出器の温度を補正することを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記セレン化鉛の温度は、ドリフトすることが可能であることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
【請求項１３】
さらに、
前記ガス体を通過した電磁放射線を第2のセレン化鉛検出器の方に誘導する手段と、
前記第2のセレン化鉛検出器に入射された電磁放射線の強度に関する情報を伝達する第2のセンサ信号を生成する手段と、
を有し、
前記決定する手段は、さらに、前記ガス体中の前記二酸化炭素のレベルを決定することが、さらに前記第2のセンサ信号に基づいて行われるように構成されることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
【請求項１４】
さらに、第2の温度信号を生成する手段を有し、
前記第2の温度信号は、前記第2のセレン化鉛検出器の温度に関する情報を伝達することを特徴とする請求項11に記載のシステム。
【請求項１５】
前記決定する手段は、さらに、前記二酸化炭素のレベルを決定することが、さらに、前記第2の温度信号に基づいて、前記第2のセレン化鉛検出器の温度を補正することを含むように構成されることを特徴とする請求項14に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ヒータレスセレン化鉛をベースにした二酸化炭素レベルの検出の実行、およびセレン化鉛系検出器の温度の較正に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外放射線に対して感度のあるセレン化鉛（PbSe）検出器により、非分散形赤外線（NDIR）ガス分析を実施するセンサ装置は、良く知られている。通常、これらのセンサ装置は、作動中極めて厳しい許容範囲内で、ヒータを使用してセレン化鉛検出器の温度を維持する。セレン化鉛検出器の温度の調整は、ユーザの初期化時間の増大、製造コストおよび／または維持コストの上昇につながる上、これらの従来の装置の寿命に悪影響を及ぼす場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、ヒータを有さず、温度調整の不要なセレン化鉛検出器を使用するセンサ装置は、検出器自身を使用して、それら自身の温度を検出する。これは、検出器の「ダーク抵抗」（すなわち、ダークネス全体における検出器の直流抵抗）は、そのようなセンサ装置に利用される現象である、検出器の温度と相関するからである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
開示の一態様は、ガス体中の二酸化炭素のレベルを測定するように構成されたセンサ装置に関する。ある実施例では、当該センサ装置は、放射線源、センサ、プロセッサ、および温度センサを有する。放射線源は、ガス体を通る電磁放射線を放射するように構成される。センサは、セレン化鉛検出器を有し、このセレン化鉛検出器は、前記放射線源により放射され前記ガス体を通過した電磁放射線が入射するように配置される。センサは、前記セレン化鉛検出器に入射された電磁放射線の強度に関する情報を伝達する信号を生成するように構成される。プロセッサは、センサによって生成された前記信号に基づいて、ガス体中の二酸化炭素のレベルを決定するように構成される。温度センサは、前記セレン化鉛検出器とは別個独立のものであり、セレン化鉛検出器の温度に関する情報を伝達する温度信号を出力するように構成される。プロセッサは、さらに、前記二酸化炭素のレベルを決定することが、温度信号に基づいて前記セレン化鉛検出器の温度を補正することを含むように構成される。
【０００５】
開示の別の態様は、ガス体中の二酸化炭素のレベルを検出する方法に関する。ある実施例では、当該方法は、ガス体を通る電磁放射線を放射するステップと、前記ガス体を通過した電磁放射線をセレン化鉛検出器に受容させるステップと、前記セレン化鉛検出器に入射した前記電磁放射線の強度に関する情報を伝達するセンサ信号を生成するステップと、前記セレン化鉛検出器とは別個の温度センサを介して温度信号を生成するステップであって、前記温度信号は、前記セレン化鉛検出器の温度に関する情報を伝達するステップと、前記センサ信号に基づいて、前記ガス体中の二酸化炭素のレベルを決定するステップと、を有し、前記ガス体中の前記二酸化炭素のレベルを決定するステップは、前記温度信号に基づいて前記セレン化鉛検出器の温度を補正することを含むことを特徴とする。
【０００６】
さらに別の開示の態様は、ガス体中の二酸化炭素のレベルを検出するシステムに関する。ある実施例では、当該システムは、ガス体を通る電磁放射線を放射する手段と、前記ガス体を通過した前記電磁放射線をセレン化鉛検出器の方に誘導する手段と、前記セレン化鉛検出器に入射した前記電磁放射線の強度に関する情報を伝達するセンサ信号を生成する手段と、前記セレン化鉛検出器とは別個の、温度信号を生成する手段であって、前記温度信号は、前記セレン化鉛検出器の温度に関する情報を伝達する手段と、前記センサ信号に基づいて、前記ガス体中の前記二酸化炭素のレベルを決定する手段と、を有し、前記ガス体中の前記二酸化炭素のレベルを決定することは、前記温度信号に基づいて、前記セレン化鉛検出器の温度を補正することを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明の開示に関するこれらのおよび他の目的、特徴、利点、ならびに構造に関連する素子の動作の方法および一部の組み合わせ、および製造の経済性は、以下の記載、添付の特許請求の範囲、および添付図面の考慮からより明らかになる。これらの全ては、本願の明細書の一部を構成し、同様の参照符号は、各種図面において対応する部分を表す。ある実施例では、示された構成部材は、スケールが示されている。しかしながら、図面は、単なる表示および説明目的のためのものであり、限定的なものではないことは明らかである。また、いかなる実施例において示され描かれた構造的特徴も、他の実施例に同様に使用することができることに留意する必要がある。しかしながら、図面は、図示および説明のみのためのものであり、限定的なものと理解してはならないことは明らかである。明細書および請求項において使用された「一つの」と言う用語は、明確に記載されていない限り、複数の参照物を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ガス体中の二酸化炭素のレベルを検出するように構成されたセンサを示す図である。
【図２】ガス体中の二酸化炭素のレベルを検出するように構成されたセンサの検知素子を示した図である。
【図３】ガス体中の二酸化炭素のレベルを検出するように構成されたセンサにおいて、セレン化鉛検出器を較正するように構成されたシステムを示した図である。
【図４】第1の（参照）波長における、温度に対する典型的なセレン化鉛検出器の感度のプロットである。
【図５】第2の（二酸化炭素検出）波長における、温度に対する典型的なセレン化鉛検出器の感度のプロットである。
【図６】第1および第2の波長における、温度に対する典型的なセレン化鉛検出器の感度を比較したプロットである。
【図７】ガス体中の二酸化炭素のレベルを検出する方法を示した図である。
【図８】セレン化鉛を較正する方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図1には、ガス体中の二酸化炭素のレベルを検出するように構成されたセンサ装置10を示す。センサ装置10は、セレン化鉛検出器（32および34）を使用し、従来のセレン化鉛系センサ装置において要求される温度調整をせずに作動される。代わりに、センサ装置10の測定は、温度の変化を補償する。これは、コスト低減、安定性の向上、耐久性の向上、製法の改善、および／または従来のセンサ装置を超える他の利点を提供する。ある実施例では、センサ装置10は、光源組立体12、中空気道組立体14、検出器組立体16、および／または他の部材を取り囲むU字型ハウジング28を有する。U字型ハウジング28の2つの対向する脚は、両者間の隙間の対向する側を定め、光源組立体12は、隙間の一方の側（光源側）の一つの脚に配置され、検出器組立体16は、隙間の対向する側（検出器側）の反対側の脚に配置される。また、センサ装置10は、ハウジング28内に配置された内蔵型の電子機器を有する（図1には示されていない）。
【００１０】
気道組立体16は、対向する側に配置された窓26を有し、気道14の側において、窓26を通って気道に進入する赤外放射線は、気道14内のサンプルガス（患者の呼吸）を通過し、反対側の窓26を介して排出される。気道組立体14は、使い捨てユニットであっても、再利用可能なユニットであっても良く、U字型ハウジングの隙間に除去可能にクリップ留めされる。光源組立体12および検出器組立体16は、通常、光源組立体から放射される赤外放射線が、気道組立体14のガスサンプルを介し、隙間を横断して検出器組立体16に衝突するように誘導されるように配置される。気道窓26は、プラスチック膜（使い捨て可能方式）、サファイア（再利用可能方式）、および／または他の材料で形成されても良い。
【００１１】
光源組立体12は、放射線源18、光学素子20、および／または他の部材を有する。エミッタ18は、パルス化赤外放射線を生成するため、エネルギーのパルス源によって駆動されても良い。光学素子20は、サファイア半球レンズ22、サファイア窓24、および／または他の光学部材を有しても良い。放射線源18は、「MWIR」（中波長赤外線）バンドを含む、ブロードバンド放射線を生成する。赤外放射線は、通常、0.7μmから300μmの間の光スペクトルにおける波長バンドを占める放射線を表す。「MWIR」は、通常、3μmから8μmの間の赤外放射線バンドの中間波長サブセットを表す。放射線源18から放射されるMWIR放射線は、参照波長および二酸化炭素波長（それぞれ、λREFおよびλCO2）を含む。放射線源18は、約100Hzでパルス化され、約10ミリ秒の周期で、周期的に変化するMWIR信号が形成されても良い。サファイア半球レンズ22は、放射された放射線を集光平行化し、放射線が隙間を横断して気道組立体14を通り、サファイア窓24を通過して、検出器組立体16に向かうように誘導する。
【００１２】
検出器組立体16は、光学素子30、第1のセレン化鉛検出器32、第2のセレン化鉛検出器34、温度センサ36、および／または他の部材を有する。光学素子30は、レンズ組立体38、ビームスプリッタ組立体40、および／または他の光学部材を有する。レンズ組立体38は、ある実施例ではARコートされた（抗反射コートされた）シリコン平凸レンズを有し、このレンズ組立体38は、光源組立体12からここに到達するMWIR放射線を収束し、電磁放射線を、ビームスプリッタ組立体40を通り、第1のセレン化鉛検出器32および第2のセレン化鉛検出器34に向かうように誘導する。ビームスプリッタ組立体40において、ダイクロイックビームスプリッタ44は、二酸化炭素波長λCO2含むIR放射線が第1のセレン化鉛検出器32に向かって反射され、参照波長λREFを有するIR放射線が通過し、回転ミラー46を介して第2のセレン化鉛検出器34に向かうように配置される。第1のセレン化鉛検出器32の前方には、λCO2を通す狭小バンドの第1の光フィルタ48が配置される。第2のセレン化鉛検出器34の前方には、λREFを通す狭小バンドの第2の光フィルタ50が配置される。
【００１３】
検出器組立体16において、第1のセレン化鉛検出器32および第2のセレン化鉛検出器34は、熱ブロック52に取り付けられる。温度センサ36は、第1のセレン化鉛検出器32、第2のセレン化鉛検出器34、および／または熱ブロック52に熱的に結合される（例えば取り付けられる）。温度センサ36は、セレン化鉛部材の温度を調節する従来のセレン化鉛検出器において使用される温度センサに比べて、より緩和された仕様であり、および／または精度が緩和される。これは、温度相関効果に対する検出器応答の補正の際に、温度センサは、何回も繰り返し測定を提供することしか必要ではないためである。絶対精度は、必要ではない。通常、「高い」精度の温度センサが選定され、トリムされ、または特定の温度と抵抗曲線の関係に対して良好な一致を提供することが要求される。これらの高い精度にもかかわらず、そのような「正確な」温度センサによってなされる測定の再現性は、同様のあまり「正確」ではない温度センサの再現性とあまり変わらない。図1において、温度センサ36は単一の温度センサとして示されているが、これに限定されるものではなく、この開示は、複数の温度センサを用いて、検出器組立体16内の部材の温度がモニタされる実施例を網羅することは明らかである。例えば、ある実施例では、温度センサ36は、一組の熱センユニットを有し、これは、個々に、第1のセレン化鉛検出器32および第2のセレン化鉛検出器34の温度を別個にモニタしても良い。
【００１４】
センサ装置10を介したカプノメトリ／カプノグラフィの作動の基本原理は、約4.275μmのバンドの赤外放射線は、信頼性のある繰り返し可能な関係により、（サンプルガスを通り、一定長の経路を移動する際に）二酸化炭素濃度の上昇とともに吸収が高まることである。比較として、同じ条件下での3.681μmの赤外線の吸収は、二酸化炭素濃度に実質的に影響を受けない。
【００１５】
放射線源18からのMWIR放射線が、気道組立体14内のガス体を通過すると、λCO2でのIR放射線は、ガス体中の二酸化炭素濃度により減衰する。しかしながら、λREFではIR放射線は、ガス体中のいかなる二酸化炭素にも影響されず、放射線源18からのIR放射線の強度のみによって変化する。λREFおよびλCO2は、黒体放射線曲線において相互に接近しているため、IR電磁放射線に感度を示す第1のセレン化鉛検出器32および第2のセレン化鉛検出器34の出力信号は、ガス体中の二酸化炭素濃度が一定に維持される限り、光源放射線強度の小さな変動にわたって、相互に対してほぼ比例する。N2（または環境中に残留する二酸化炭素の適正な補正が行われた後の室温の空気）を用いたセンサ装置10の「ゼロ点化」によって、第1のセレン化鉛検出器32と第2のセレン化鉛検出器34からの出力信号レベルの間の参照比が構築される。2つの信号間の比がこの参照比と等しい場合は、常に、気道組立体14内に二酸化炭素は存在しない。第2のセレン化鉛検出器34の出力信号に対する第1のセレン化鉛検出器32の出力信号のいかなる減少も、気道組立体14内の二酸化炭素濃度の対応する増加を表す。
【００１６】
図2には、センサ装置10に関連する電子部材の少なくとも一部を示す。これらの部材は、電子ストレージ54、第1のセレン化鉛検出器32、第2のセレン化鉛検出器34、温度センサ36、第1のセンサ回路56、第2のセンサ回路58、温度センサ回路60、プロセッサ62、および／または他の部材を有する。
【００１７】
電子ストレージ54は、情報を電子的に保管する電子ストレージ媒体を有する。電子ストレージ54の電子ストレージ媒体は、センサ装置10と一体的に提供される（すなわち実質的に除去不可能な）システムストレージ、および／または例えばポート（例えばUSBポート、ファイヤーワイヤーポート等）を介してセンサ装置10と取り外し可能に接続される除去可能なストレージもしくはドライブ（例えばディスクドライブ等）の一方または両方を含んでも良い。電子ストレージ54は、1または2以上の光学的に可読なストレージ媒体（例えば光ディスク等）、磁気的に可読なストレージ媒体（例えば磁気テープ、磁気ハードドライブ、フロッピー（登録商標）ドライブ等）、充電系ストレージ媒体（例えばEEPROM、RAM等）、半導体ストレージ媒体（例えばフラッシュドライブ等）、および／または他の電気的可読ストレージ媒体を含んでも良い。電子ストレージ54は、クラウドおよび／またはバーチャルプライベートネットワークを介して提供されるストレージ資源のような、バーチャルストレージ資源を含んでも良い。電子ストレージ54は、ソフトウェアアルゴリズム、プロセッサ62によって判断される情報、および／またはセンサ装置10を適正に機能させることが可能な他の情報を保管しても良い。電子ストレージ54は、システム10内の別個の部材であっても良く、あるいは電子ストレージ54は、1または2以上の他のセンサ装置10の部材（例えばプロセッサ62）と一体的に提供されても良い。
【００１８】
第1のセレン化鉛検出器32および第1のセンサ回路56は、第1のセンサ信号を生成するように形成された第1の検出ユニットを構成する。第1のセンサ信号は、第1のセレン化鉛検出器32に入射する電磁放射線の強度に関連する情報を伝達する。第1のセンサ回路56に印加されるバイアス電圧（vbias）は、直流電圧である。図2において、第1のセンサ回路56に含まれるように示された1または2以上の回路部材が、（例えばプロセッサ62によって）事実上提供されても良いことは明らかである。
【００１９】
第2のセレン化鉛検出器34および第2のセンサ回路58は、第2のセンサ信号を生成するように構成された第2の検出ユニットを形成する。第2のセンサ信号は、第2のセレン化鉛検出器34に入射する電磁放射線の強度に関する情報を伝達する。第2のセンサ回路58に印加されるバイアス電圧（vbias）は、直流電圧である。これは、第1のセンサ回路56に印加されるバイアス電圧と同じであっても良い。図2において、第1のセンサ回路56に含まれるように示された1または２以上の回路部材が、（例えばプロセッサ62によって）事実上提供されても良いことは明らかである。
【００２０】
図2に示した検出器バイアスの構成は、限定的なものではないことに留意する必要がある。むしろ、これはいくつかの可能なバイアス構成の一例である。例えば、示されたバイアス構成において、検出器にわたる電圧は、（温度による）検出器抵抗の変化とともに変化しても良い。別のバイアス構成は、検出器の一端に負のバイアス電圧を接続し、検出器の他端に、反転増幅器として構成された作動増幅器の加算接合を接続する。この場合、作動増幅器の出力側に、検出器抵抗（交流応答と直流応答の合計）を表す出力信号が生成され、検出器にわたるバイアス電圧は、検出器抵抗の変化が生じても一定に維持される。
【００２１】
温度センサ36および温度センサ回路60は、第1のセレン化鉛検出器32および／または第2のセレン化鉛検出器34の温度に関する情報を伝達する温度信号を生成するように構成された温度センサを形成する。センサ装置10が2つの別個の温度センサを有し、各温度センサがそれぞれ独立に、第1のセレン化鉛検出器32および第2のセレン化鉛検出器34の個々のものをモニタする実施例では、センサ装置10は、さらに、第2の温度センサ回路を有しても良く、これは、第2の温度センサと協働し、第2の温度信号を生成する。
【００２２】
プロセッサ62は、センサ装置10の機能を処理する情報を提供するように構成される。例えば、プロセッサ62は、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するように構成されたデジタル回路、情報を処理するように構成されたアナログ回路、状態機械、および／または電気的に情報を処理する他の機構の1または2以上を有しても良い。図2において、プロセッサ62は、単一の部材として示されているが、これは一例を示すためのものに過ぎない。ある実施例では、プロセッサ62は、複数の処理ユニットを有しても良い。これらの処理ユニットは、同じ装置内に物理的に配置されても良く、あるいはプロセッサ62は、協働して作動する複数の装置の処理機能を表しても良い。プロセッサ62は、1または2以上のモジュールを実行するように構成されても良い。プロセッサ62は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、いくつかのソフトウェア、ハードウェア、および／もしくはファームウェアの組み合わせ、ならびに／またはプロセッサ62上で機能を処理するように構成された他の機構によって、モジュールを実行するように構成されても良い。
【００２３】
プロセッサ62は、気道組立体14内のガス体中の二酸化炭素のレベルを決定するように構成される。プロセッサ62は、第1および第2のセンサ信号に基づいて、ガス体中の二酸化炭素のレベルを決定する。二酸化炭素のレベルの決定は、第1のセレン化鉛検出器32の温度および／または第2のセレン化鉛検出器34の温度に対して補正される。例えば、第1のセレン化鉛検出器32の温度および／または第2のセレン化鉛検出器34の温度は、センサ装置10内の空気温度でドリフトされても良い。センサ装置10は、第1のセレン化鉛検出器32および／または第2のセレン化鉛検出器34の温度をアクティブ制御する、いかなる加熱または冷却素子も有しない。これは、センサ装置10のコストの低減につながり、センサ装置10の精度および／もしくは耐久性の向上につながり、アクチベーションの際に、センサ装置10に必要な初期化時間を低減または除去し、ならびに／または従来の装置を超える他の利点を提供する。
【００２４】
ガス体中の二酸化炭素のレベルは、第2のセンサ信号に対する第1のセンサ信号の比に直接比例する。プロセッサ62は、この比を調整し、第1のセレン化鉛検出器32および／または第2のセレン化鉛検出器34の温度変化によって生じる変化を補正する。例えば、プロセッサ62は、以下の関係を実施して、比を調整しても良い：
【００２５】
【数１】
2014506488.tif 000003
ここで、kRATIOはスケール因子定数を表し（CF(T)に組み込まれる）、vCO2は第1のセンサ信号の電圧を表し、vREFは第2のセンサ信号の電圧を表し、CF(T)は補正因子を表し、温度（または温度信号）の関数として変化する。プロセッサ62は、温度センサ36を介した温度信号出力に基づいて、補正因子を定めるように構成される。比の補正とは異なる他のいくつかの形態で、温度の補正が行われても良いことは明らかである。例えば、1または2以上の検出器信号を、個々に補正することも可能である。本願に示された比の補正の記載は、限定的であることを意味するものではない。
【００２６】
センサ装置10によって取得された測定結果を補正するため、第1のセレン化鉛検出器32および第2のセレン化鉛検出器34を用いて構成された個々のセンサは、温度に対して較正する必要がある。ある実施例では、このため、セレン化鉛検出器32および34と、温度センサ36とは、しっかりと（熱的に）結合されたユニットに組み立てられ、温度センサ36から取得された温度表示値は、再現性があり、検出器34および36の実際の温度に対して、比較的正確に相関付けられる。同様の配置は、各検出器用の別個の温度センサを用いて構成できることに留意する必要がある。この場合、別個の熱ユニットとして、2つの検出器／温度センサ組立体が構成され、各温度センサは、それぞれの検出器としっかりと（熱的に）結合される。
【００２７】
図3には、温度センサ68により、温度用の検出器サブ組立体66を較正するように構成されたシステム64を示す。検出器サブ組立体66は、セレン化鉛検出器67、および前述のような熱ユニットにしっかりと結合された温度センサ68を有する。システム64は、検出器サブ組立体がユニットとして、第1の温度から第2の温度に移行した際に、検出器67および温度センサ68の出力信号に基づいて、検出器サブ組立体66を較正することにより、検出器サブ組立体68の較正を助長するように構成される。ある実施例では、検出器67の温度は、局部的な加熱または冷却源を使用せずに、（例えば第1の温度および／または第2の温度に）制御され、そのため、検出器67と温度センサ68の間で、温度（勾配）のいかなる差異も小さくなり、比較的外界の影響を受けにくくなる。システム64は、温度センサ68、温度制御器70、相関器72、電子ストレージ74、プロセッサ76、および／または他の部材を有する。
【００２８】
ある実施例において、図3に示したセレン化鉛検出器67が実際には、2つの別個のセレン化鉛検出器（例えば、図1および図2に示した、第1のセレン化鉛検出器32および／または第2のセレン化鉛検出器34と同様のあるいは同じもの）を表していることは明らかである。2つの別個のセレン化鉛検出器は、相互にまたは別個に較正されても良い。
【００２９】
温度センサ68は、セレン化鉛検出器67の温度に関する情報を伝達する温度信号を生成するように構成される。温度センサ68は、センサ66と一体的に提供されても良く、あるいは較正の間、センサ66および／もしくはセレン化鉛検出器67を保持するために使用される固定部材の一部であっても良く、ならびに／または他の態様で提供されても良い。ある実施例では、温度センサ68は、図1および図2に示した温度センサ36と同様または同じであり、センサ66によって担持される。この実施例では、温度センサ68は、配置の間、センサ66により使用され、セレン化鉛検出器67の温度をモニタする。セレン化鉛検出器67が2つの別個のセレン化鉛検出器で表されるある実施例では、温度センサ68は、セレン化鉛検出器のそれぞれ用の別個のセンサを有する。
【００３０】
温度調節器70は、セレン化鉛検出器67の温度を調節するように構成される。温度調節器70は、加熱器、冷却器、および／または他の温度調節器を有しても良い。温度調節器70は、伝導、対流、および／または他の熱交換現象を介して、セレン化鉛検出器67と熱交換しても良い。ある実施例では、温度調節器70は、セレン化鉛検出器67と接触する1または2以上の抵抗器を有し、伝導を介してセレン化鉛検出器67が加熱される。ある実施例では、温度調節器70は、セレン化鉛検出器67の周囲の空気を加熱しまたは冷却する機構を有する。
【００３１】
作動中、温度調節器70は、セレン化鉛検出器67の温度を制御するように構成され、その結果、この温度は、時間に対して温度範囲にわたって変化する。この温度範囲は、第1の温度および第2の温度によって定められる。検出器67の温度を制御することには、検出器67を加熱および／または冷却することが含まれ、検出器67の温度は、第1の温度および／または第2の温度の間の温度にわたって掃引される。
【００３２】
相関器72は、センサ66によって生じたセンサ信号のサンプルを、温度センサ68によって生じた温度信号の同時発生サンプルと相関付けるように構成される。関連付けられたサンプルは、セレン化鉛検出器67の温度の関数として、センサ信号に対する補正を定める際のベースを提供する。ある実施例では、相関器72は、ロックイン増幅器を有し、この増幅器は、センサ信号と温度信号のサンプルの相関を同期化する。サンプルの相関の同期化は、他のイベントに対してさらに同期化される。例えば、相関器72は、センサ信号のサンプルと温度信号のサンプルを、セレン化鉛検出器67に入射する電磁放射線のパルスと相関付けるように構成されても良い。これは、サンプルの収集をチョッパー（図示されていない）に同期化することを含み、このチョッパーは、光源（図示されていない）から放射される電磁放射線を切断する。
【００３３】
電子ストレージ74は、情報を電子的に保管する電子ストレージ媒体を有する。電子ストレージ74の電子ストレージ媒体は、システム64と一体的に提供される（すなわち、実質的に取り外し不可能な）システムストレージ、および／または例えばポート（例えばUSBポート、ファイヤーワイヤーポート等）もしくはドライブ（例えばディスクドライブ等）を介して、システム64に取り外し可能に接続される、取り外し可能なストレージの一方または両方を有しても良い。電子ストレージ74は、1または2以上の光学的に可読なストレージ媒体（例えば光ディスク等）、磁気的に可読なストレージ媒体（例えば磁気テープ、磁気ハードドライブ、フロッピー（登録商標）ドライブ等）、充電系ストレージ媒体（例えばEEPROM、RAM等）、半導体ストレージ媒体（例えばフラッシュドライブ等）、および／または他の電気的に可読なストレージ媒体を含んでも良い。電子ストレージ74は、クラウドおよび／またはバーチャルプライベートネットワークを介して提供されるストレージ資源のような、バーチャルストレージ資源を含んでも良い。電子ストレージ74は、ソフトウェアアルゴリズム、プロセッサ76によって判断される情報、および／またはシステム64を適正に機能させることが可能な他の情報を保管しても良い。電子ストレージ74は、システム64内の別個の部材であっても良く、あるいは電子ストレージ74は、システム64の1または2以上の他の部材（例えばプロセッサ76）と一体的に提供されても良い。
【００３４】
プロセッサ76は、システム64における機能を処理する情報を提供するように構成される。例えば、プロセッサ76は、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するように構成されたデジタル回路、情報を処理するように構成されたアナログ回路、状態機械、および／または電子的に情報を処理する他の機構のうちの1または2以上を有しても良い。図3において、プロセッサ76は、単一の部材として示されているが、これは一例を示すためのものに過ぎない。ある実施例では、プロセッサ76は、複数の処理ユニットを有しても良い。これらの処理ユニットは、同じ装置内に物理的に配置されても良く、あるいはプロセッサ76は、複数の装置の処理機能を表しても良い。プロセッサ76は、1または2以上のモジュールを実行するように構成されても良い。プロセッサ76は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、いくつかのソフトウェア、ハードウェア、および／もしくはファームウェアの組み合わせ、ならびに／またはプロセッサ76上で機能を処理するように構成された他の機構によってモジュールを実行するように構成されても良い。
【００３５】
プロセッサ76は、セレン化鉛検出器67の温度の変化によって生じるセンサ信号の変化を補償する補正を定めるように構成される。プロセッサ76は、センサ信号および温度信号の相関付けられたサンプルに基づいて、補正を決定するように構成される。セレン化鉛検出器の温度が、第1の温度と第2の温度の間で変化すると、相関付けられたセンサ信号と温度信号は、プロセッサ76で使用されるデータを提供し、補正が決定される。
【００３６】
一例として、図4には、複数の異なる温度におけるセレン化鉛検出器の特殊な応答のプロット78を示す。このプロットは、温度（横軸）に対する検出器応答（縦軸）のプロット80と並列表示されている。プロット78および80は、プロット78および80の縦軸スケールが同じになるように配置されている。これにより、プロット78からプロット80へのポイントの移動のグラフ上の表示が容易化される。次に、プロット78からの参照波長λREFの印が付された交点は、グラフ的にプロット80に移動される。得られるプロット80は、温度の上昇とともに、参照波長λREFでの検出器応答性が低下することを示している。
【００３７】
同様の方法で、図5には、波長λCO2での温度に対する検出器の応答のプロット82と並列表示された、プロット78を示す。前述のように、プロット78および82の縦軸スケールは、等しくなるようにされており、これによりプロット78からプロット82へのポイントの移動が容易化される。図4において80で示したように、図5のプロット82は、波長λCO2での検出器応答を表しており、これも、温度の上昇に伴い低下するが、下降勾配は、λREFでの応答よりも急である。
【００３８】
図6には、図4からの第1の応答曲線86を示す複合プロット84と、プロット84に重ね合わされた図5からの第2の応答曲線88とを示す。図6において、2つの曲線の間の数値的な比は、曲線90として計算され、2つの応答曲線86および88に対してプロットされている。それぞれ、波長λCO2およびλREFでの個々の検出器応答性曲線86、88のように、比の曲線90は、大きな温度依存性を示している。
【００３９】
再度図3を参照すると、補償の決定の際に、プロセッサ76は、参照比krefを決定するように構成される。参照比krefは、以下の関係によって定められる：
【００４０】
【数２】
2014506488.tif 000004
ここで、vCO2m0は、セレン化鉛検出器67（例えば波長λCO2で、電磁放射線を受ける）で表される第1のセレン化鉛検出器を含む第1のセンサのサンプルを表し、vREFm0は、セレン化鉛検出器67（例えば波長λREFで、電磁放射線を受ける）で表される第2のセレン化鉛検出器を含む第2のセンサのサンプルを表す。前述のkrefを定める関係は、温度センサ68が、セレン化鉛検出器67で表される各セレン化鉛検出器用の別個の検出装置を有する実施例において実行される。温度センサ68が単一の検出装置のみを有する場合、krefは、以下の関係から定められても良い：
【００４１】
【数３】
2014506488.tif 000005
温度センサ68が各々のセレン化鉛検出器用の別個の検出装置を有するある実施例では、プロセッサ76は、相関付けられた信号サンプルから、以下の「最適フィット」連続関数を定めるように構成される：
【００４２】
【数４】
2014506488.tif 000006
ここでvCO2（TCO2）は、温度センサ68で表される第1の温度検知装置によって出力された第1の温度信号の関数としての、第1のセレン化鉛検出器を有するセンサからの第1のセンサ信号を表し、vREF（TREF）は、温度センサ68で表される第2の温度検知装置によって出力される第2の温度信号の関数としての、第2のセレン化鉛検出器を有するセンサからの第2のセンサを表す。
【００４３】
これらの関数から、プロセッサ76は、以下のように、第1の温度信号および第2の温度信号の関数としての補正を定める：
【００４４】
【数５】
2014506488.tif 000007
温度センサ68が両方のセレン化鉛検出器用の単一の検知装置を有するある実施例では、プロセッサ76は、サンプル値（vRATIOm）の新たな組を定めるように構成される：
【００４５】
【数６】
2014506488.tif 000008
ここで、vREFmはサンプルmでのvREFの値を表し、vCO2mはサンプルmでのv  CO2の値を表す。次に、プロセッサ76は、以下のように、vRATIOmとTmの間の関数関係の最適フィットとして、補正を定めるように構成される：
【００４６】
【数７】
2014506488.tif 000009
図7には、ガス体中の二酸化炭素のレベルを決定する方法100を示す。以下に示す方法100の操作は、一例のため示される。ある実施例では、方法100は、示されていない1もしくは2以上の追加の操作とともに、および／または1もしくは2以上の示されている操作とともに、実施されても良い。さらに、図7に示されている方法100の操作の順番は、限定的なものではない。
【００４７】
ある実施例では、方法100は、1または2以上の処理装置（例えばデジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するように構成されたデジタル回路、情報を処理するように構成されたアナログ回路、状態機械、および／または情報を電子的に処理する他の機構）内で実施されても良い。1または2以上の処理装置は、電子ストレージ媒体に電子的に保管された指示に応じて、方法100の操作の一部もしくは全部を実行する1または2以上の装置を有しても良い。1または2以上の処理装置は、方法100の操作の1もしくは2以上を実行するように具体的に構成されたハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアを介して構成される、1または2以上の装置を有しても良い。
【００４８】
操作102において、電磁放射線が生成される。電磁放射線は、第1の波長での放射線および第2の波長での放射線を含む。ある実施例では、操作102は、放射線源18（図1に示され、前述のように記載されている）と同様のまたは同じ放射線によって実行される。
【００４９】
操作104では、電磁放射線は、ガス体を通るように誘導される。ある実施例では、操作104は、光学素子20（図1に示され、前述のように記載されている）と同様のまたは同じ光学素子によって実行される。
【００５０】
操作106では、電磁放射線は、セレン化鉛検出器に誘導される。電磁放射線をセレン化鉛検出器の方に誘導するステップには、電磁放射線の第1の部分を第1のセレン化鉛検出器の方に誘導し、第2の部分を第2のセレン化鉛検出器の方に誘導するステップが含まれる。電磁放射線の第1の部分は、第1の波長の電磁放射線を有しても良い。電磁放射線の第2の部分は、第2の波長の電磁放射線を有しても良い。ある実施例では、操作106は、光学素子30（図1に示され、前述のように記載されている）と同様のまたは同じ光学素子によって実行される。
【００５１】
操作108では、1または2以上のセンサ信号が生成されても良い。各センサ信号は、対応するセレン化鉛検出器での電磁放射線の強度に関連する情報を伝達する。これは、第1のセレン化鉛検出器に対応する第1のセンサ信号と、第2のセレン化鉛検出器に対応する第2のセンサ信号とを生成するステップを有する。ある実施例では、操作110は、第1のセレン化鉛検出器32および第2のセレン化鉛検出器34（図1および図2に示され、前述のように記載されている）と同様のまたは同じセンサによって実行される。
【００５２】
操作110では、1または2以上の温度信号が生成される。温度信号は、1または2以上のセレン化鉛検出器の温度に関する情報を伝達する。例えば、操作110は、第1のセレン化鉛検出器および第2のセレン化鉛検出器の両方に対応する、単一の温度信号を生成するステップを有しても良く、操作110は、第1および第2のセレン化鉛検出器のそれぞれに対応する温度信号を生成するステップを有しても良く、ならびに／または操作110は、他の温度信号を生成するステップを有しても良い。ある実施例では、操作110は、温度センサ36（図1および2に示され、前述のように記載されている）によって実行される。
【００５３】
操作112では、操作108において生じたセンサ信号に基づいて、ガス体中の二酸化炭素のレベルが決定される。二酸化炭素のレベルを決定することには、セレン化鉛検出器の温度に対する決定を調節する補正を行うことが含まれる（例えば温度信号内に伝達される）。ある実施例では、操作112は、プロセッサ62（図2に示され、前述のように記載されている）と同様のまたは同じプロセッサによって実行される。
【００５４】
図8には、セレン化鉛検出器の温度を較正する方法114を示す。セレン化鉛検出器は、セレン化鉛検出器のセレン化鉛検知素子に照射される電磁放射線の強度に関する情報を伝達する検出信号を生成するように構成される。以下に示す方法114の操作は、一例のために示されている。ある実施例では、方法114は、示されていない1もしくは2以上の追加の操作とともに実施され、ならびに／または前述の1もしくは2以上の操作とともに実施される。さらに、図8および以下に示されている方法114の操作の順番は、限定的なものではない。
【００５５】
ある実施例では、方法114は、1または2以上の処理装置（例えばデジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するように構成されたデジタル回路、情報を処理するように構成されたアナログ回路、状態機械、および／または情報を電子的に処理する他の機構）で実施されても良い。1または2以上の処理装置は、電子ストレージ媒体に電子的に保管された指示に応じて、方法114の操作の一部または全部を実行する1または2以上の装置を有しても良い。1または2以上の処理装置は、方法114の操作の1または2以上の実行のため具体的に設計されたハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアを介して構成された、1または2以上の装置を有しても良い。
【００５６】
操作116では、電磁放射線が生成される。電磁放射線は、第1の波長での放射線と、第2の波長での放射線とを有する。
【００５７】
操作118では、操作116で生成された電磁放射線は、セレン化鉛検出器の方に誘導される。これは、電磁放射線の第1の部分を第1のセレン化鉛検出器の方に誘導するステップと、電磁放射線の第2の部分を第2のセレン化鉛検出器の方に誘導するステップを有しても良い。電磁放射線の第1の部分は、第1の波長を有し、第2の部分は、第2の波長を有しても良い。
【００５８】
操作120では、1または2以上の温度信号が生成される。温度信号は、1または2以上のセレン化鉛検出器に関する情報を伝達する。ある実施例では、操作120は、温度センサ68（図3に示され、前述のように記載されている）と同様のまたは同じ温度センサによって実施される。
【００５９】
操作122では、第1の温度と第2の温度の間の温度範囲にわたって、セレン化鉛検出器の温度が制御される。ある実施例では、操作122は、温度調節器70（図3に示され、前述のように記載されている）と同様のまたは同じ温度調節器によって実行される。
【００６０】
操作124では、セレン化鉛検出器によって生じたセンサ信号のサンプルは、操作122によって生じた温度信号の同時に発生したサンプルと相関付けられる。センサ信号は、セレン化鉛検出器67（図3に示され、前述のように記載されている）に関する前述のセンサ信号と同様または同じであっても良い。操作124における信号サンプルの相関付けは、セレン化鉛検出器の温度が第1の温度と第2の温度の間で変動するように実行される。ある実施例では、操作124における信号サンプルの相関付けは、相関器72（図3に示され、前述のように記載されている）と同様のまたは同じ相関器によって実施される。
【００６１】
操作126では、セレン化鉛検出器の温度変化によって生じるセンサ信号の変化を補償する補正が定められる。ある実施例では、操作126は、プロセッサ74（図3に示され、前述のように記載されている）と同様のまたは同じプロセッサによって実施される。
【００６２】
一例のため、現在考えられる最も実際的かつ好適な実施例に基づいて、本発明について詳しく説明したが、そのような詳細な説明は、単に一例のためのものであり、本発明は、示された実施例に限定されるものではないことが理解される。逆に、本発明は、特許請求の範囲の思想の範囲内で、変更および等価な配置を網羅することを意図するものである。例えば、本発明は、可能な範囲で、実施例の1または2以上の特徴が他の実施例の1または2以上の特徴と組み合わせれても良いことを意図するものであることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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