(57)【要約】  対象ガスセンサが、放射源（２０）、並びに、基準放射線検出器（３１）、対象放射線検出器（３２）、温度センサ（３４）、温度コントローラ（３５）及び対象ガス検出のプロセッサ（３７）を含む放射線センサ（３０）を利用する。作動中、放射源（２０）は、通気路（１０）によって含有されるガス混合物（ＧＭ）を通して放射線センサ（３０）まで放射線（ＲＡＤ）の伝播を制御する。基準放射線検出器（３１）は、検出された放射線の基準波長（λＲＥＦ）の大きさを示す基準検出信号（ＲＤ）を生成し、さらに、対象放射線検出器（３２）は、検出された放射線の対象波長（λＴＧ）の大きさを示す対象検出信号（ＴＤ）を生成する。温度センサ（３４）は、放射線検出器（３１、３２）の温度を感知し、それによって、温度コントローラ（３５）が、調節された検出器温度（ＴＲＥＧ）に対する放射線検出器（３１、３２）の加熱を調節する。対象ガス検出のプロセッサ（３７）は、吸収スペクトル反応比（ＳＲＲＡ）及び温度補償（ＴＰＣ）の関数として、ガス混合物（ＧＭ）の試料内の対象ガスの濃度を測定する。
2017511485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気路によって含有されたガス混合物の試料内の対象の濃度を測定する対象ガスセンサであって、
前記通気路と光学的に連通して作動可能な放射源及び放射線センサであり、前記放射源から、前記通気路によって含有されたガス混合物を通して前記放射線センサまで放射線を伝播する放射源及び放射線センサを含み、さらに、
前記放射線センサは、
検出された前記放射線の基準波長の大きさを示す基準検出信号を生成するように作動可能な基準放射線検出器と、
検出された前記放射線の対象波長の大きさを示す対象検出信号を生成するように作動可能な対象放射線検出器と、
前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の温度を示す検出器温度信号を生成するために、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器と熱的に連通する温度センサと、
調節された検出器温度に対して前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の加熱を調節するために、前記温度センサと信号通信して作動可能な温度コントローラと、
吸収スペクトル反応比及び温度補償の関数として、前記ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定するために、前記基準放射線検出器、前記対象放射線検出器及び前記温度センサと信号通信して作動可能な対象ガス検出のプロセッサと、
を含み、
通気路によって含有された吸収ガス混合物の存在下で、前記吸収スペクトル反応比は、前記調節された検出器温度を超える調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表し、
通気路によって含有された非吸収ガス混合物の存在下で、前記温度補償は、前記調節された検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す調節されたスペクトル反応比に対する、前記調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す非吸収スペクトル反応比の較正の関数である、対象ガスセンサ。
【請求項２】
前記対象ガス検出のプロセッサは、前記吸収スペクトル反応比への前記温度補償の適用の関数として温度補償されたスペクトル反応比をコンピュータ処理するように作動可能である、請求項１に記載の対象ガスセンサ。
【請求項３】
前記対象ガス検出のプロセッサは、前記調節されたスペクトル反応比に対して前記温度補償されたスペクトル反応比を比較するようにさらに作動可能である、請求項２に記載の対象ガスセンサ。
【請求項４】
前記対象ガスは二酸化炭素である、請求項１に記載の対象ガスセンサ。
【請求項５】
前記吸収ガス混合物は呼吸ガスである、請求項４に記載の対象ガスセンサ。
【請求項６】
前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器は、セレン化鉛ＰｂＳｅベースの放射線検出器である、請求項１に記載の対象ガスセンサ。
【請求項７】
前記温度センサは、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器に熱的に結合されたサーミスタである、請求項１に記載の対象ガスセンサ。
【請求項８】
対象ガスセンシング装置であって、
ガス混合物を含有するように作動可能な通気路、
該通気路と光学的に連通して作動可能な放射源及び放射線センサであり、前記放射源から、前記通気路によって含有されたガス混合物を通して前記放射線センサまで放射線を伝播する放射源及び放射線センサ、
を含み、
前記放射線センサは、
検出された前記放射線の基準波長の大きさを示す基準検出信号を生成するように作動可能な基準放射線検出器と、
検出された前記放射線の対象波長の大きさを示す対象検出信号を生成するように作動可能な対象放射線検出器と、
前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の温度を示す検出器温度信号を生成するために、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器と熱的に連通する温度センサと、
調節された検出器温度に対して前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の加熱を調節するために、前記温度センサと信号通信して作動可能な温度コントローラと、
吸収スペクトル反応比及び温度補償の関数として、前記ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定するために、前記基準放射線検出器、前記対象放射線検出器及び前記温度センサと信号通信して作動可能な対象ガス検出のプロセッサと、
を含み、
通気路によって含有された吸収ガス混合物の存在下で、前記吸収スペクトル反応比は、前記調節された検出器温度を超える調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表し、
通気路によって含有された非吸収ガス混合物の存在下で、前記温度補償は、前記調節された検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す調節されたスペクトル反応比に対する、前記調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す非吸収スペクトル反応比の較正の関数である、対象ガスセンシング装置。
【請求項９】
前記対象ガス検出のプロセッサは、前記吸収スペクトル反応比への前記温度補償の適用の関数として温度補償されたスペクトル反応比をコンピュータ処理するようにさらに作動可能である、請求項８に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１０】
前記対象ガス検出のプロセッサは、前記調節されたスペクトル反応比に対して前記温度補償されたスペクトル反応比を比較するようにさらに作動可能である、請求項９に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１１】
前記対象ガスは二酸化炭素である、請求項８に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１２】
前記吸収ガス混合物は呼吸ガスである、請求項１１に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１３】
前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器は、セレン化鉛ＰｂＳｅベースの放射線検出器である、請求項８に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１４】
前記温度センサは、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器に熱的に結合されたサーミスタである、請求項８に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１５】
前記通気路は、前記放射源と前記放射線センサとの間で光学的な連通を確立するために、前記放射源及び放射線センサと一列に縦に並べられた一対の光が透過する窓を含む、請求項１に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１６】
放射源及び放射線センサを利用する対象ガスセンサを作動させる方法であって、前記放射線センサは、基準放射線検出器、対象放射線検出器、温度センサ、温度コントローラ及び対象ガス検出のプロセッサを含み、当該方法は、
前記放射源が、通気路によって含有された非吸収ガス混合物を通る放射線の伝播を制御すること、
前記基準放射線検出器が、検出された前記放射線の基準波長の大きさを示す基準検出信号を生成すること、
前記対象放射線検出器が、検出された前記放射線の対象波長の大きさを示す対象検出信号を生成すること、
前記温度センサが、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の温度を示す検出器温度信号を生成すること、
前記検出器温度信号に応答して、前記温度コントローラが、調節された検出器温度に対して前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の加熱を調節すること、及び、
通気路によって含有された非吸収ガス混合物の存在下での前記基準検出信号、前記対象検出信号及び前記検出器温度信号に応答して、前記対象ガス検出のプロセッサが、前記調節された検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す調節されたスペクトル反応比に対する、前記調節された検出器温度を超える調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す非吸収スペクトル反応比の較正の関数としての温度補償をコンピュータ処理すること、
を含む方法。
【請求項１７】
前記放射源が、前記通気路によって含有された吸収ガス混合物を通る放射線の伝播を制御すること、及び、
通気路によって含有された吸収ガス混合物の存在下での前記基準検出信号、前記対象検出信号及び前記検出器温度信号に応答して、前記対象ガス検出のプロセッサが、前記調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す吸収スペクトル反応比をコンピュータ処理すること、
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記対象ガス検出のプロセッサが、前記吸収スペクトル反応比及び前記温度補償の関数として、前記ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定すること、
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記対象ガス検出のプロセッサが、前記ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定することが、前記対象ガス検出のプロセッサが、前記吸収スペクトル反応比への前記温度補償の適用の関数として温度補償されたスペクトル反応比をコンピュータ処理することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記対象ガス検出のプロセッサが、前記ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定することが、前記対象ガス検出のプロセッサが、前記調節されたスペクトル反応比に対して前記温度補償されたスペクトル反応比を比較することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、吸収分光法に基づきガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定するガスセンサに関し、特に、吸収分光法に基づきガス混合物の試料内の二酸化炭素（「ＣＯ２」）の濃度を測定するカプノメータに関する。本発明は、特に、ガス混合物内の対象ガスの濃度を測定するガスセンサによって利用される放射線検出器（例えばセレン化鉛（「ＰｂＳｅ」）ベースの放射線検出器等）によるスペクトル反応の著しい温度依存性に取り組むことに関する。
【背景技術】
【０００２】
当技術分野において知られているように、放射線検出器は、電磁放射を電気信号に変換するいかなる装置でもある。多くのタイプの放射線検出器が、温度依存性スペクトル反応を有し、さらに、ガスセンサは、ガス混合物の試料内の特定の対象ガスの濃度を測定するために、そのような放射線検出器を利用して吸収分光法を実行する。
【０００３】
例えば、図１は、一対の光が透過する窓１１及び１２を有する通気路１０（例えば呼吸管等）を例示しており、一対の光が透過する窓１１及び１２は、放射源（例えば赤外線エミッター及びレンズ等）、並びに、基準放射線検出器３１及び対象放射線検出器３２を有する放射線センサ３０と一列に縦に並べられる。放射源２０は、通気路１０内に含有されたガス混合物ＧＭを通して放射線センサ３０まで放射線ＲＡＤの伝播を制御し、放射線センサ３０は、放射線ＲＡＤの基準波長λＲＥＦをフィルターにかけ且つその焦点を基準放射線検出器３１に合わせる、及び、放射線ＲＡＤの対象ガス波長λＴＧをフィルターにかけ且つその焦点を対象放射線検出器３２に合わせる構成要素（図示せず）を利用する。基準放射線検出器３１は、フィルターにかけられ且つ焦点を合せられた放射線ＲＡＤを、基準波長λＲＥＦでの放射線ＲＡＤのガス混合物ＧＭによる非吸収を表す大きさを有する電気信号に変換し、さらに、対象放射線検出器３２は、放射線ＲＡＤを、対象ガス波長λＴＧでの放射線ＲＡＤの対象ガスによるいかなる吸収も表す大きさを有する電気信号に変換する。
【０００４】
ガス混合物ＧＭは、基準波長λＲＥＦでも対象ガス波長λＴＧでも放射線ＲＡＤに対して実質的に非吸収性である非吸収ガス混合物であってもよい。例えば、対象ガスとしてのＣＯ２では、窒素ガスが、ＣＯ２に対して、基準波長λＲＥＦでも対象ガス波長λＴＧでも放射線ＲＡＤに対して実質的に非吸収性である非吸収ガス混合物として役立つのに適している。
【０００５】
或いは、ガス混合物ＧＭは、ガス混合物ＧＭ内の対象ガスの濃度に基づいて、基準波長λＲＥＦにて放射線ＲＡＤに対して実質的に非吸収性であり、且つ、対象ガス波長λＴＧにて放射線ＲＡＤに対して吸収性である吸収ガス混合物であってもよい。
【０００６】
しかし、ガス混合物ＧＭが吸収又は非吸収であるかどうかにかかわらず、放射線検出器３１及び３２は、その反応の大きさにおいてもそのスペクトル感度においても著しい温度依存性を示し、それは、ガス混合物ＧＭ内の対象ガスの濃度を正確に測定するために取り組まなければならない。
【０００７】
特に、ＰｂＳｅベースの放射線検出器である放射線検出器３１及び３２を用いて、非吸収ガス混合物の試料内の対象ガスとしてＣＯ２を検出するために、図２は、−４５℃から＋４５℃に及ぶ５つの異なる温度でのＰｂＳｅベースの放射線検出器のスペクトル反応の５つの例証的な温度反応曲線に対してプロットされた３．６８１μｍの赤外線の基準波長λＲＥＦ、及び、４．２７５μｍの赤外線の対象ガス波長λＴＧを例示している。これらの曲線の形状が実証しているように、ＰｂＳｅベースの放射線検出器の反応の大きさもピーク感度波長も、温度に重く依存している。例えば−４５℃にて、ＰｂＳｅベースの放射線検出器の反応曲線の全体の大きさは、＋４５℃での大きさの約３倍であり、さらに、ピーク反応波長はより長い（−４５℃にて約４．７μｍ対＋４５℃にて約３．９μｍ）。留意するのが重要であるのは、どのようにＰｂＳｅベースの放射線検出器の反応は、３．６８１μｍの赤外線の基準波長λＲＥＦ、及び、４．２７５μｍの赤外線の対象ガス波長λＴＧにて温度によって異なるかということである。
【０００８】
図１に戻ると、放射線検出器３１及び３２の温度依存性に取り組むために、当技術分野においては、固定された温度に放射線検出器３１及び３２を「ロックする」ことを目的として放射線検出器３１及び３２の温度調節を実行し、それによって、放射線検出器３１及び３２の反応も「ロックされ」、その結果、放射線検出器３１及び３２による安定した反復可能な反応が得られることが知られている。この目標を達成するために、図３は、加熱器３３、温度センサ３４、温度コントローラ３５及び対象ガス検出のプロセッサ３６を例示している。
【０００９】
作動中、図１及び２を参照すると、放射源２０（図１）は、通気路１０によって含有されたガス混合物ＧＭを通して放射線センサ３０まで、１００Ｈｚの変調された赤外線ＲＡＤの伝播を制御し、それによって、放射線ＲＡＤの基準波長λＲＥＦがフィルターにかけられ且つその焦点が基準放射線検出器３１に合わせられ、さらに、放射線ＲＡＤの対象ガス波長λＴＧがフィルターにかけられ且つその焦点が対象放射線検出器３２に合わせられる。従って、基準放射線検出器３１によって生成される基準検出信号ＲＤの大きさは、基準波長λＲＥＦでの放射線ＲＡＤのガス混合物ＧＭによる非吸収を表し、さらに、対象放射線検出器３２によって生成される対象検出信号ＴＤの大きさは、対象ガス波長λＴＧでの放射線ＲＡＤの対象ガスによるいかなる吸収も表す。
【００１０】
温度センサ３４は、放射線検出器３１及び３２の温度を示す検出器温度信号ＤＴを生成し、検出器温度信号ＤＴに応答して、温度コントローラ３５が、加熱器３３を介した放射線検出器３１及び３２の加熱を調節する。図４において示されているように、図２の非吸収温度曲線から得られる基準検出信号ＲＤ及び対象検出信号ＴＤの温度プロットは、調節された検出器温度ＴＲＥＧ（例えば５０℃±２℃）での基準検出信号ＲＤＮＲ及び対象検出信号ＴＤＮＲをもたらす。プロセッサ３６は、吸収ガス混合物ＧＭの試料の対象ガスの濃度を測定するためのベースラインとしてＴＤＮＲ／ＲＤＮＲ又はその逆に等しい調節されたスペクトル反応比ＳＲＲＮＲをコンピュータ処理する。
【００１１】
特に、放射線ＲＡＤが吸収ガス混合物ＧＭを通過した後で、基準検出信号ＲＤＡ及び対象検出信号ＴＤＡが、ＴＤＡ／ＲＤＡ又はその逆に等しい吸収スペクトル反応比ＳＲＲＡをもたらすためにサンプリングされる。比ＳＲＲＮＲ及びＳＲＲＡは比較され、それによって、比ＳＲＲＮＲとＳＲＲＡとのいかなる差も、放射線ＲＡＤの対象ガス（例えばＣＯ２等）による吸収の指標であり、それは、当技術分野において知られているように、対象ガスの濃度を測定するために数学的に処理することができる。
【００１２】
検出器３１及び３２の温度調節は、調節された温度以下の温度に対して安定した反復可能な反応を提供するけれども、例えば、検出器３１及び３２の温度が、周囲温度及び／又は他の要因のために調節された温度を超える場合、検出器３１及び３２の温度依存性反応は、調節されていない高い温度での対象ガスの濃度のいかなる測定も妨げる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
調節されていない高い温度に取り組むために、本発明は、調節されていない高い温度にて吸収ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定するための温度補償技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一形態は、放射源及び放射線センサを利用するガスセンサであり、放射源から、通気路によって含有されたガス混合物を通して放射線センサまで放射線を伝播するガスセンサである。放射線センサは、基準放射線検出器（例えばＰｂＳｅ放射線検出器等）、対象放射線検出器（例えばＰｂＳｅ放射線検出器等）、温度センサ（例えばサーミスタ等）、温度コントローラ、及び、温度補償に基づく対象ガス検出のプロセッサを含む。
【００１５】
作動中、基準放射線検出器は、検出された放射線の基準波長の大きさを示す基準検出信号を生成し、さらに、対象放射線検出器は、検出された放射線の対象波長の大きさを示す対象検出信号を生成する。放射線の基準波長の大きさは、基準波長での放射線のガス混合物による非吸収を表し、さらに、放射線の対象波長の大きさは、対象波長での放射線の対象ガスによるいかなる吸収も表す。
【００１６】
温度センサは、放射線検出器の温度を示す検出器温度信号を生成し、さらに、検出器温度信号に応答して、温度コントローラが、放射線検出器の加熱を調節する。検出信号及び温度信号に応答して、対象ガス検出のプロセッサは、吸収スペクトル反応比及び温度補償の関数として、ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定する。
【００１７】
通気路によって含有された吸収ガス混合物の存在下で、吸収スペクトル反応比は、調節された検出器温度を超える調節されていない検出器温度での基準検出信号に対する対象検出信号の比較を表す。
【００１８】
通気路によって含有された非吸収ガス混合物の存在下で、温度補償は、調節された検出器温度での基準検出信号に対する対象検出信号の比較を表す調節されたスペクトル反応比に対する、調節されていない検出器温度での基準検出信号に対する対象検出信号の比較を表す非吸収スペクトル反応比の較正の関数である。
【００１９】
本発明の第２の形態は、上述のガスセンサ及び通気路を利用するガスセンシング装置である。通気路は、放射源及び放射線センサと一列に縦に並べられて、放射源から、通気路によって含有されたガス混合物を通して放射線センサまでの放射線の伝播を促進する光が透過する窓を有してもよい。
【００２０】
本発明の第３の形態は、上述のガスセンサを作動させる方法である。当該方法は：
（１）放射源が、通気路によって含有された非吸収ガス混合物を通る放射線の伝播を制御すること、
（２）基準放射線検出器が、検出された放射線の基準波長の大きさを示す基準検出信号を生成すること、
（３）対象放射線検出器が、検出された放射線の対象波長の大きさを示す対象検出信号を生成すること、
（４）温度センサが、放射線検出器の温度を示す検出器温度信号を生成すること、
（５）検出器温度信号に応答して、温度コントローラが、調節された検出器温度に対して放射線検出器の加熱を調節すること、及び、
（６）通気路によって含有された非吸収ガス混合物の存在下での信号に応答して、対象ガス検出のプロセッサが、調節された検出器温度での基準検出信号に対する対象検出信号の比較を表す調節されたスペクトル反応比に対する、調節された検出器温度を超える調節されていない検出器温度での基準検出信号に対する対象検出信号の比較を表す非吸収スペクトル反応比の較正の関数としての温度補償をコンピュータ処理すること、
を含む。
【００２１】
当該方法は：
（７）放射源が、通気路によって含有された吸収ガス混合物を通る放射線の伝播を制御すること、及び、
（８）通気路によって含有された吸収ガス混合物の存在下での信号に応答して、対象ガス検出のプロセッサが、調節されていない検出器温度での基準検出信号に対する対象検出信号の比較を表す吸収スペクトル反応比をコンピュータ処理すること、
をさらに含む。
【００２２】
本発明における上記の形態及び他の形態、並びに、本発明の種々の特徴及び利点が、付随の図面と共に理解される以下にある本発明の種々の実施形態の詳細な説明からさらに明らかになる。詳細な説明及び図面は、本発明の範囲を限定するのではなく、単に本発明の例示であり、本発明の範囲は、付随の特許請求の範囲及びその同等物によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】当技術分野において既知の例証的なガスセンシング装置のブロック図である。
【図２】当技術分野において既知の種々の温度での放射線検出器の例証的な温度スペクトル反応を表したグラフを例示した図である。
【図３】当技術分野において既知の例証的な放射線センサのブロック図である。
【図４】当技術分野において既知の図３において例示された放射線センサによって利用される放射線検出器の例証的なスペクトル反応比を表したグラフを例示した図である。
【図５】本発明による放射線センサの例証的な実施形態のブロック図である。
【図６】当技術分野において知られるように、図５において例示された放射線センサによって利用される放射線検出器の例証的なスペクトル反応比を表したグラフを例示した図である。
【図７】本発明による温度補償コンピュータ処理方法の例証的な実施形態を表した流れ図である。
【図８】本発明による温度補償測定方法の例証的な実施形態を表した流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明のために、「放射線」、「ガス混合物」、「非吸収」、「吸収」、「放射線検出器」、「センサ」、「コントローラ」及び「プロセッサ」という用語、並びに、同義語及び関連する用語は、本発明の分野において知られるように広く解釈されることになる。
【００２５】
本発明の理解を促進するために、本発明の例証的な実施形態が、図５において示されている対象ガス検出のプロセッサ３７に向けられて本明細書において提供されることになり、対象ガス検出のプロセッサ３７は、調節されていない高い温度での吸収ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定するための温度補償技術を実行する。実際には、対象ガス検出のプロセッサ３７は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、及び／又は、本発明の温度補償技術の特定の実施形態を実行するのに要求される回路を利用する。
【００２６】
対象ガス検出のプロセッサ３７の一実施形態において、ソフトウェアモジュールが、図７において示されている流れ図４０によって表される本発明の温度補償コンピュータ処理方法、及び、図８において示されている流れ図５０によって表される本発明の温度補償測定方法を実施するためにプロセッサ３７上にインストールされる。
【００２７】
図５乃至７を参照すると、流れ図４０は、通気路１０（図１）が、非吸収ガス混合物（例えば、対象ガスとしてのＣＯＳに対しては窒素等）によって「ゼロにされ」、さらに、放射源２０（図１）が、非吸収ガス混合物を通して検出器３１及び３２まで放射線ＲＡＤの伝播を制御した後で開始される。一実施形態において、放射線は、６００℃の温度ピーク及び４８５℃の温度の谷を有する１００Ｈｚの変調された赤外線である。
【００２８】
流れ図４０の段階Ｓ４２乃至Ｓ４６は、調節された温度ＴＲＥＧ（例えば、図６において例証的に示された５０℃等）と、最大予想温度ＴＭＡＸ（例えば、図６において例証的に示された７０℃等）との間の較正された温度範囲ＣＴＲにわたる温度掃引を含む。温度掃引は、較正された温度範囲ＣＴＲの端にて始まり、その後、較正された温度範囲ＣＴＲのもう一方の端まで、固定された間隔で進んでもよい。
【００２９】
従って、流れ図４０の段階Ｓ４２は、プロセッサ３７が、温度コントローラ３５によって設定される特定の検出器温度ＤＴを要求することを包含し、さらに、流れ図４０の段階Ｓ４４は、プロセッサ３７が、検出信号ＲＤ及びＴＤをサンプリングすることを包含する。実際には、プロセッサ３７は、流れ図４０の段階Ｓ４４の間に放射線ＲＡＤの温度ピーク及び／又は温度の谷にて検出信号ＲＤ及びＴＤをサンプリングするために、放射源２０と同期されてもよい。
【００３０】
温度が、調節された検出器温度である場合、流れ図４０の段階Ｓ４６の間のプロセッサ３７は、ＴＤＮＲ／ＲＤＮＲ又はその逆に等しい調節されたスペクトル反応比ＳＲＲＮＲをコンピュータ処理する。
【００３１】
温度が、調節されていない検出器温度である場合、段階Ｓ４６の間のプロセッサ３７は、ＴＤＮＵ／ＲＤＮＵ又はその逆に等しい非吸収スペクトル反応比ＳＲＲＮＵをコンピュータ処理する。
【００３２】
段階Ｓ４２乃至Ｓ４４の温度掃引の完了後、又は、段階Ｓ４６のそれぞれの実施の後で、流れ図５０の段階Ｓ４８は、プロセッサ３７が、コンピュータ処理されたスペクトル反応比ＳＲＲから得られる温度補償ＴＣをコンピュータ処理することを包含する。
【００３３】
段階Ｓ４８の一実施形態において、それぞれのスペクトル反応比ＳＲＲ対温度が表に保存される。調節されたスペクトル反応比ＳＲＲＮＲは、ＳＲＲＮＲ／ＳＲＲＮＵに等しい温度補償補正率をコンピュータ処理するために、表のそれぞれの温度に対して使用される。それぞれの補正率は、本明細書において後に記載される流れ図５０の段階Ｓ５６の間の探索のために、表に記憶される。
【００３４】
段階Ｓ４８の代わりとなる実施形態において、表を作製する代わりに、「最良適合」多項式関数、又は、いかなる他の適したタイプの数学的関数が、単一の補正率を温度に関連させるために作製され、それは、流れ図５０の段階Ｓ５６の間に使用されることになる。
【００３５】
図５、６及び８を参照すると、流れ図５０は、通気路１０（図１）が吸収ガス混合物（例えば、対象ガスとしてＣＯＳを有した呼吸ガス等）を含有した後で開始される。
【００３６】
流れ図５０の段階Ｓ５２は、放射源２０（図１）が、吸収ガス混合物を通して検出器３１及び３２まで放射線ＲＡＤを放つこと、並びに、放射源２０（図１）が、吸収ガス混合物を通して検出器３１及び３２まで放射線ＲＡＤの伝播を制御することを包含している。ここでも、放射線は、６００℃の温度ピーク及び４８５℃の温度の谷を有する１００Ｈｚの変調された赤外線であってもよい。
【００３７】
流れ図５０の段階Ｓ５２は、プロセッサ３７が、検出器温度ＤＴをサンプリングすることを包含し、さらに、流れ図５０の段階Ｓ５４は、プロセッサ３７が、検出信号ＲＤ及びＴＤをサンプリングすることを包含している。
【００３８】
流れ図５０の段階Ｓ５６は、プロセッサ３７が、ＴＤＡ／ＲＤＡ又はその逆に等しい吸収スペクトル比ＳＲＲＡをコンピュータ処理すること、及び、（ＴＤＡ／ＲＤＡ）*ＴＣ又はその逆に等しい温度補償されたスペクトル比ＳＲＲＴＣをコンピュータ処理することを包含しており、それによって、ＴＣは、補正率であってもよく、又は、検出器温度に関連している多項式関数から得られてもよい。
【００３９】
流れ図５０の段階Ｓ５８は、プロセッサ３７が、比ＳＲＲＮＲ及びＳＲＲＴＣをコンピュータ処理することを包含しており、それによって、比ＳＲＲＮＲとＳＲＲＴＣとのいかなる差も、放射線ＲＡＤの対象ガス（例えばＣＯ２等）による吸収の指標であり、この指標は、対象ガスの濃度ＴＧを測定するために、当技術分野において知られているように数学的に処理することができる。
【００４０】
流れ図５０の段階Ｓ５６は、プロセッサ３７が、検出器温度に関連した温度補償を同定し、その結果、（ＴＤＡ／ＲＤＡ）*ＴＣ又はその逆に等しいスペクトル反応比ＳＲＲＴＣをコンピュータ処理することを包含しており、それによって、ＴＣは、補正率であってもよく、又は、多項式関数から得られてもよい。比ＳＲＲＮＲ及びＳＲＲＴＣは比較され、それによって、比ＳＲＲＮＲとＳＲＲＴＣとのいかなる差も、放射線ＲＡＤの対象ガス（例えばＣＯ２等）による吸収の指標であり、この指標は、対象ガスの濃度ＴＧを測定するために、当技術分野において知られているように数学的に処理することができる。
【００４１】
図１乃至８を参照すると、当業者は、本発明の数多くの利益を正しく理解することになり、その利益とは、検出器の最大予想温度まで、調節された温度を超える放射線検出器による安定した反復可能な反応を含むがそれに限定されない。
【００４２】
本発明の種々の実施形態が例示及び記述されてきたけれども、本明細書において記述された本発明の実施形態は例示的であり、本発明の本当の範囲から逸脱することなく、種々の変更及び修正を行うことができ、同等物をその要素に対して置換することができるということが当業者によって理解されることになる。加えて、本発明の教示を、その中心をなす範囲から逸脱することなく適応させるよう多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実行するために熟慮された最良のモードとして、開示された特定の実施形態に限定されないが、本発明は、付随の特許請求の範囲内にある全実施形態を含むということが意図される。
【図１】
2017511485.tif 000003
【図２】
2017511485.tif 000004
【図３】
2017511485.tif 000005
【図４】
2017511485.tif 000006
【図５】
2017511485.tif 000007
【図６】
2017511485.tif 000008
【図７】
2017511485.tif 000009
【図８】
2017511485.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月17日(2016.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気路によって含有されたガス混合物の試料内の対象の濃度を測定する対象ガスセンサであって、
前記通気路と光学的に連通して作動可能な放射源及び放射線センサであり、前記放射源から、前記通気路によって含有されたガス混合物を通して前記放射線センサまで放射線を伝播する放射源及び放射線センサを含み、さらに、
前記放射線センサは、
基準検出信号を生成するように作動可能な基準放射線検出器であり、前記基準検出信号は、前記放射線の基準波長での当該基準放射線検出器の検出信号の大きさを示す、基準放射線検出器と、
対象検出信号を生成するように作動可能な対象放射線検出器であり、前記対象検出信号は、前記放射線の対象波長での当該対象放射線検出器の検出信号の大きさを示す、対象放射線検出器と、
前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の温度を示す検出器温度信号を生成するために、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器と熱的に連通する温度センサと、
調節された検出器温度に対して前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の加熱を調節するために、前記温度センサと信号通信して作動可能な温度コントローラであり、周囲温度が適した範囲内にある場合にのみ加熱することによって、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器が前記調節された検出器温度にて維持される、温度コントローラと、
吸収スペクトル反応比及び温度補償係数の関数として、前記ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定するために、前記基準放射線検出器、前記対象放射線検出器及び前記温度センサと信号通信して作動可能な対象ガス検出のプロセッサであり、スペクトル反応比は、基準検出器信号に対する対象検出器信号の比である、対象ガス検出のプロセッサと、
を含み、
通気路によって含有された吸収ガス混合物の存在下で、前記吸収スペクトル反応比は、前記調節された検出器温度を超える調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表し、
通気路によって含有された非吸収ガス混合物の存在下で、所定の温度の関数である前記温度補償係数は、非吸収ガスの存在下で決定された前記調節された検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す調節されたスペクトル反応比に対する、前記調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す非吸収スペクトル反応比の較正を表す、対象ガスセンサ。
【請求項２】
前記対象ガス検出のプロセッサは、前記吸収スペクトル反応比への前記温度補償係数の適用の結果として温度補償されたスペクトル反応比をコンピュータ処理するように作動可能である、請求項１に記載の対象ガスセンサ。
【請求項３】
前記対象ガス検出のプロセッサは、前記調節されたスペクトル反応比に対して前記温度補償されたスペクトル反応比を比較するようにさらに作動可能である、請求項２に記載の対象ガスセンサ。
【請求項４】
前記対象ガスは二酸化炭素である、請求項１に記載の対象ガスセンサ。
【請求項５】
前記吸収ガス混合物は呼吸ガスである、請求項４に記載の対象ガスセンサ。
【請求項６】
前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器は、セレン化鉛ＰｂＳｅベースの放射線検出器である、請求項１に記載の対象ガスセンサ。
【請求項７】
前記温度センサは、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器に熱的に結合されたサーミスタである、請求項１に記載の対象ガスセンサ。
【請求項８】
対象ガスセンシング装置であって、
ガス混合物を含有するように作動可能な通気路、
該通気路と光学的に連通して作動可能な放射源及び放射線センサであり、前記放射源から、前記通気路によって含有されたガス混合物を通して前記放射線センサまで放射線を伝播する放射源及び放射線センサ、
を含み、
前記放射線センサは、
基準検出信号を生成するように作動可能な基準放射線検出器であり、前記基準検出信号は、前記放射線の基準波長での当該基準放射線検出器の検出信号の大きさを示す、基準放射線検出器と、
対象検出信号を生成するように作動可能な対象放射線検出器であり、前記対象検出信号は、前記放射線の対象波長での当該対象放射線検出器の検出信号の大きさを示す、対象放射線検出器と、
前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の温度を示す検出器温度信号を生成するために、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器と熱的に連通する温度センサと、
調節された検出器温度に対して前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の加熱を調節するために、前記温度センサと信号通信して作動可能な温度コントローラであり、周囲温度が適した範囲内にある場合にのみ加熱することによって、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器が前記調節された検出器温度にて維持される、温度コントローラと、
吸収スペクトル反応比及び温度補償係数の関数として、前記ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定するために、前記基準放射線検出器、前記対象放射線検出器及び前記温度センサと信号通信して作動可能な対象ガス検出のプロセッサであり、スペクトル反応比は、基準検出器信号に対する対象検出器信号の比である、対象ガス検出のプロセッサと、
を含み、
通気路によって含有された吸収ガス混合物の存在下で、前記吸収スペクトル反応比は、前記調節された検出器温度を超える調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表し、
通気路によって含有された非吸収ガス混合物の存在下で、所定の温度の関数である前記温度補償係数は、非吸収ガスの存在下で決定された前記調節された検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す調節されたスペクトル反応比に対する、前記調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す非吸収スペクトル反応比の較正を表す、対象ガスセンシング装置。
【請求項９】
前記対象ガス検出のプロセッサは、前記吸収スペクトル反応比への前記温度補償の適用の結果として温度補償されたスペクトル反応比をコンピュータ処理するようにさらに作動可能である、請求項８に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１０】
前記対象ガス検出のプロセッサは、前記調節されたスペクトル反応比に対して前記温度補償されたスペクトル反応比を比較するようにさらに作動可能である、請求項９に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１１】
前記対象ガスは二酸化炭素である、請求項８に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１２】
前記吸収ガス混合物は呼吸ガスである、請求項１１に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１３】
前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器は、セレン化鉛ＰｂＳｅベースの放射線検出器である、請求項８に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１４】
前記温度センサは、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器に熱的に結合されたサーミスタである、請求項８に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１５】
前記通気路は、前記放射源と前記放射線センサとの間で光学的な連通を確立するために、前記放射源及び放射線センサと一列に縦に並べられた一対の光が透過する窓を含む、請求項１に記載の対象ガスセンシング装置。
【請求項１６】
放射源及び放射線センサを利用する対象ガスセンサを作動させる方法であって、前記放射線センサは、基準放射線検出器、対象放射線検出器、温度センサ、温度コントローラ及び対象ガス検出のプロセッサを含み、当該方法は、
前記放射源が、通気路によって含有された非吸収ガス混合物を通る放射線の伝播を制御すること、
前記基準放射線検出器が、前記放射線の基準波長での前記基準放射線検出器の検出信号の大きさを示す基準検出信号を生成すること、
前記対象放射線検出器が、前記放射線の対象波長での前記対象放射線検出器の検出信号の大きさを示す対象検出信号を生成すること、
前記温度センサが、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の温度を示す検出器温度信号を生成すること、
前記検出器温度信号に応答して、前記温度コントローラが、調節された検出器温度に対して前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器の加熱を調節し、周囲温度が適した範囲内にある場合にのみ加熱することによって、前記基準放射線検出器及び前記対象放射線検出器が前記調節された検出器温度にて維持されること、及び、
通気路によって含有された非吸収ガス混合物の存在下での前記基準検出信号、前記対象検出信号及び前記検出器温度信号に応答して、前記対象ガス検出のプロセッサが、非吸収ガスの存在下で決定された前記調節された検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す調節されたスペクトル反応比に対する、前記調節された検出器温度を超える調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す非吸収スペクトル反応比の較正を表す所定の温度の関数としての温度補償係数をコンピュータ処理し、スペクトル反応比は、基準検出器信号に対する対象検出器信号の比であること、
を含む方法。
【請求項１７】
前記放射源が、前記通気路によって含有された吸収ガス混合物を通る放射線の伝播を制御すること、及び、
通気路によって含有された吸収ガス混合物の存在下での前記基準検出信号、前記対象検出信号及び前記検出器温度信号に応答して、前記対象ガス検出のプロセッサが、前記調節されていない検出器温度での前記基準検出信号に対する前記対象検出信号の比較を表す吸収スペクトル反応比をコンピュータ処理すること、
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記対象ガス検出のプロセッサが、前記吸収スペクトル反応比及び前記温度補償の関数として、前記ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定すること、
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記対象ガス検出のプロセッサが、前記ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定することが、前記対象ガス検出のプロセッサが、前記吸収スペクトル反応比への前記温度補償の適用の関数として温度補償されたスペクトル反応比をコンピュータ処理することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記対象ガス検出のプロセッサが、前記ガス混合物の試料内の対象ガスの濃度を測定することが、前記対象ガス検出のプロセッサが、前記調節されたスペクトル反応比に対して前記温度補償されたスペクトル反応比を比較することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】
2017511485.tif 000011
2017511485.tif 000012