用于确定流体中的成分的浓度的方法和设备与流程

1.本发明涉及一种用于确定流体中的成分的浓度的方法和设备，该方法补偿了由于用于测量成分的传感器老化而产生的测量误差，还涉及一种传感器装置，该方法在该传感器中实施。


背景技术：

2.本发明涉及具有自我校准功能的免维护传感器，该自我校准功能用于补偿随时间推移而发生的诸如漂移误差的测量误差。本发明适用于任何类型的传感器，但是可能特别适用于气体传感器，并且更具体地是二氧化碳(co2)传感器。如今，测量误差可以通过以下所述的各种方式来处理：
3.当前校准传感器的标准方法是所谓的abc方法(自动基线校正)，其中，通过寻找传感器的最小读数来监测背景水平。假定为400ppm，并被用作校准点。
4.一些传感器用双源，其中，一个源很少被激活并且因此被认为是没有漂移的。该源被用于校准另一个源。这种方法可以补偿主源的老化。
5.一些传感器用双检测器，其中，一个检测器测量目标气体的红外活性(ir-active)区域之外的参考波长。参考信号被用于归一化光强度，以补偿光强度漂移。
6.其他传感器用双检测器，两个检测器上的滤光片相同并且路径长度不同，其中，最近的检测器测量光强度并且可被用于归一化。然后，有效路径长度将是两个探测器之间的差。这样的传感器在wo 2012166585 a2中有所描述。
7.另一个已知的解决方案是扫描滤光片，该扫描滤光片诸如可调整的法布里-佩罗滤光片(fabry perot-filter)，该法布里-佩罗滤光片可以根据3.(https://www.vaisala.com/en/vaisala-carbocapr-technology-demanding-envir onments)的相同原理工作，在参考波长与测量波长之间进行扫描。
8.另一个解决方案是用压力调制用于漂移补偿。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种用于确定流体中的成分的浓度的方法和光学传感器装置，该方法和传感器装置考虑了光学传感器装置的漂移误差，其中，漂移误差是以现有技术的方法和设备的替代方式被考虑的。
10.上述目的通过根据独立的权利要求的方法和设备得以实现。
11.进一步的优势由从属权利要求的特点提供。
12.根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定流体中的成分的浓度的方法。该方法包括以下步骤：从该第一光学传感器提供在第一时间点与流体相互作用的光的第一光强度，并且提供在第二时间点与流体相互作用的光的第二光强度，该第一光学传感器被配置为测量与流体相互作用的光的强度，其中，第一光强度与第二光强度不同。该方法还包括以下步骤：从该第二光学传感器提供在第一时间点与流体相互作用的光的第三光强度，并且
提供在第二时间点与流体相互作用的光的第四光强度，该第二光学传感器被配置为测量与流体相互作用的光的强度。该方法还包括以下步骤：提供第一浓度函数，该第一浓度函数将流体中的成分的浓度定义为来自第一光学传感器的光强度的函数。该方法还包括以下步骤：提供第二浓度函数，该第二浓度函数将流体中的成分的浓度定义为来自第二光学传感器的光强度的函数，其中，第一浓度函数与第二浓度函数具有不同的对光强度的依赖性。该方法还包括以下步骤：提供相关性信息，该相关性信息定义第一浓度函数和第二浓度函数之间的相关性，并且基于第一光强度、第二光强度、第三光强度、第四光强度、第一浓度函数、第二浓度函数和相关性信息，来确定在第一时间点和/或第二时间点通过第一光学传感器测量的流体中的成分的浓度。
13.用根据第一方面的方法，提供的优势是只需在两个不同的时间点测量成分的两个不同的浓度，就可以实现漂移的补偿。
14.该方法依赖于在不同时间和不同未知浓度下对成分的测量，以推导出该成分的浓度。相反，现有技术的方法可能具有不同的浓度函数，但只在一个时间点进行测量。
15.用该方法，只要环境中的气体浓度有变化就可以免除维护。
16.第一时间点与第二时间点之间的时间差取决于该成分的浓度的变化速度。如果变化速度快，时间差可能是几秒的数量级。如果变化速度慢，时间差可能是几小时或几天的数量级。最重要的因素是，第一光强度与第二光强度不同。然而，时间差应该足够短，使得光学传感器装置的漂移不会影响光强度。光学传感器装置的漂移通常在几周或几个月的时间尺度上对光强度有影响。
17.第一浓度函数与第二浓度函数对光强度的依赖性不同的这一特点意味着成分浓度的变化将导致第一光强度和第二光强度之间的比率与第三光强度和第四光强度之间的比率不同。
18.提供定义第一浓度函数和第二浓度函数之间的相关性信息的这一特点意味着第一浓度函数和第二浓度函数之间的关系是已知的。
19.第一光学传感器和第二光学传感器可以被配置为测量相同成分的浓度。在这种情况下，相关性信息定义了第一浓度函数提供与第二浓度函数相同的浓度。
20.如果第一光学传感器和第二光学传感器被配置为测量不同成分的浓度，则相关性是描述它们之间关系的函数。这方面的一个示例是被配置为测量人的呼吸中的乙醇和二氧化碳的装置。靠近嘴巴的乙醇浓度取决于人的血液中的乙醇浓度。在离嘴巴较远的地方，二氧化碳和乙醇的浓度以相同的系数下降。因此，二氧化碳的浓度可以被表示为：
21.cmeasco2＝cbackground+k cmeasetoh，其中，
22.在这种情况下，k是未知的常数，取决于被测者的醉酒程度。在这种情况下，“k”可以通过包括来自呼吸过程中更多的浓度的数据来获得。k在测试过程中是恒定的，因为醉酒程度保持恒定。
23.确定通过第一光学传感器测量的流体中的成分的浓度的步骤可以包括以下步骤：确定来自第一光学传感器的在流体中没有任何成分存在的情况下的第一零信号，并且/或者确定来自第二光学传感器的在流体中没有任何成分存在的情况下的第二零信号，其中，该第一浓度函数也是第一零信号的函数，并且该第二浓度函数也是第二零信号的函数。
24.在确定流体中的成分的浓度时，确定第一零信号和第二零信号可以是有利的，但
这取决于如何执行该确定，并不总是需要确定第一零信号和第二零信号作为部分结果。
25.可以在多个时间点上提供一对来自第一光学传感器的光强度和来自第二光学传感器的光强度，其中，第一时间点和第二时间点被选择使得第一传感器信号与第二传感器信号不同。连续提供这种一对光强度促进了光强度的提供。这些光强度可以存储在计算机文件中，必要时可以被检索。
26.根据本发明的第二方面，提供了一种用于确定流体中的成分的浓度的光学传感器装置。该光学传感器装置包括第一光学传感器，该第一光学传感器被配置为测量与流体相互作用的光的强度，其中，流体中的成分的浓度由第一浓度函数定义，该第一浓度函数是来自第一光学传感器的光强度的函数。该光学传感器装置还包括第二光学传感器，该第二光学传感器被配置为测量与流体相互作用的光的强度，其中，流体中的成分的浓度由第二浓度函数定义，该第二浓度函数是来自第二光学传感器的光强度的函数，其中，第一浓度函数与第二浓度函数具有不同的对光强度的依赖性。该光学传感器装置的特征在于，它被配置为用第一光学传感器测量在第一时间点与流体相互作用的光的第一光强度，并且测量在第二时间点与流体相互作用的光的第二光强度，其中，第一光强度与第二光强度不同。该光学传感器配置为用第二光学传感器测量在第一时间点与流体相互作用的光的第三光强度，并且测量在第二时间点与流体相互作用的光的第四光强度，基于该第一光强度、该第二光强度、该第三光强度、该第四光强度、该第一浓度函数、该第二浓度函数以及定义该第一浓度函数和该第二浓度函数之间的相关性的相关性信息，来确定通过该第一光学传感器测量的在第一时间点和/或第二时间点的流体中的成分的浓度。
27.用根据第二方面的光学传感器装置，提供的优势是只需在两个不同的时间点测量成分的两个不同的浓度，就可以实现漂移的补偿。
28.该发明依赖于在不同时间和不同未知浓度下对成分的测量，以推导出该成分的浓度。相反，现有技术的设备可能具有不同的浓度函数，但只在一个时间点进行测量。
29.用根据第二方面的光学传感器，只要环境中的气体浓度有变化就可以免除维护。
30.光学传感器装置知道第一浓度函数和第一浓度函数，以便可以确定该成分的浓度。
31.光学传感器装置可以被布置使得第一时间点和第二时间点之间的时间差取决于该成分的浓度的变化速度。如果变化速度快，时间差可能是几秒的数量级。如果变化速度慢，时间差可能是几小时或几天的数量级。最重要的因素是，第一光强度与第二光强度不同。然而，时间差应该足够短，使得光学传感器装置的漂移不会影响光强度。漂移通常在几周或几个月的时间尺度上产生影响。
32.第一浓度函数与第二浓度函数对光强度的依赖性不同，这一特点意味着成分浓度的变化将导致第一光强度和第二光强度之间的比率与第三光强度和第四光强度之间的比率不同。
33.提供定义第一浓度函数和第二浓度函数之间的相关性信息，这一特点意味着第一浓度函数和第二浓度函数之间的关系是已知的。
34.第一光学传感器和第二光学传感器可以被配置为测量相同成分的浓度。在这种情况下，相关性信息定义了第一浓度函数提供与第二浓度函数相同的浓度。
35.如果第一光学传感器和第二光学传感器被配置为测量不同成分的浓度，则相关性
是描述它们之间关系的函数，如上述有关本发明的第一方面的解释和例证。
36.该光学传感器装置可以被配置为确定通过第一光学传感器测量的流体中的成分的浓度，通过确定来自该第一光学传感器的在流体中没有任何成分存在的情况下的第一零信号，并且/或者确定来自该第二光学传感器的在流体中没有任何成分存在的情况下的第二零信号，其中，该第一浓度函数也是第一零信号的函数，该第二浓度函数也是第二零信号的函数。
37.光学传感器装置可以被配置为在多个时间点上测量一对来自第一光学传感器的光强度和来自第二光学传感器的光强度，并且其中，第一时间点和第二时间点被选择使得第一传感器信号与第二传感器信号不同。这提供了如上述有关本发明的第一方面的相同的优势。
38.第一光学传感器可以包括流体腔和第一光探测器，该第一光探测器被配置为测量与流体腔中的流体相互作用的光的强度。该第二光学传感器可以包括第二光检测器，该第二光检测器被配置为测量与流体腔中的流体相互作用的光的强度。通过具有这样的流体腔，流体中的吸收长度被很好地定义。第一浓度函数与第二浓度函数之间的差异可以通过改变流体腔的横截面而获得。
39.第一光学传感器和第二光学传感器可以被配置为测量相同波长范围的光强度。如果第一光学传感器和第二光学传感器要测量流体中的相同成分，则是优选的。
40.光学传感器装置可以包括在第一光检测器前面的第一带通滤光片和在第二光检测器前面的第二带通滤光片。光检测器前面的带通滤光片是在波长范围内提供过滤的简单方法。另一种提供波长过滤的方法是用光源，该光源在所需的波长范围内发射光。
41.有利的检测波长是在1-10μm的波长范围内，并且优选地在2-6μm的波长范围内。
42.光学传感器可以被配置为通过流体到第一光检测器的光比到第二光检测器的光的传播距离更长。替代地或附加地，滤光片可以具有不同的滤光性能。
43.光学传感器装置可以包括第一光源和第二光源，该第一光源发出的光与流体腔中的流体相互作用，并且该第二光源发出的光与流体腔中的流体相互作用，其中，该第一光检测器被配置为测量来自该第一光源的光强度，并且其中，该第二光检测器被配置为测量来自该第二光源的光强度。用这种方式布置的传感器，可以使光学传感器相互分离。
44.可以使光学传感器装置配置有两个光源和一个光检测器。根据一种方案，波长过滤可以在光源侧进行，每个检测器有不同的波长范围，单个检测器检测两个波长范围。根据另一个方案，波长过滤可以在任何地方进行，同时单个检测器检测两个光源的光。在这两种方案中，第一光源可以用第一频率进行脉冲，并且第二光源可以用第二频率进行脉冲。检测器通过对检测到的信号进行电子分离来分离不同的检测信号。
45.在下面对本发明的实施方式的描述中，将参考所附的附图。
附图说明
46.图1显示了根据本发明的一个实施方式的光学传感器装置。
47.图2显示了根据本发明的一个可替换实施方式的光学传感器装置。
48.图3显示了根据本发明的一个可替换实施方式的光学传感器装置。
49.图4显示了根据一个的可替换实施方式的被布置在道路交叉口的光学传感器装
置。
具体实施方式
50.在以下对本发明实施方式的描述中，将参考所附的附图。不同附图中的类似特征将用相同的附图标记。
51.图1显示了一种用于确定流体中的成分的浓度的光学传感器装置100。该光学传感器装置100包括第一光学传感器1，该第一光学传感器1包括第一光源3、第一光检测器4、第二光源5和第二光检测器6。光学传感器装置100还包括流体腔7，该流体腔7被布置为承载流体。在图1的实施方式中，流体腔7被显示为流体进入其中的空间。第一光源3被配置为向流体腔发射光，光与流体腔7中的流体相互作用，并朝向第一光检测器4。第二光源5被配置为向流体腔7发射光，光与流体腔7中的流体相互作用，并朝向第二光检测器5。第一光源3被配置为发射与流体中要检测的成分的吸收峰相对应的波长的光。在所述的实施方式中，第二光源5被配置为发射与第一光源3相同波长的光。第一光检测器4(以及因此第一光学传感器1)被配置为测量来自第一光源3的光的强度。第二光检测器6(以及因此第二光学传感器2)被配置为测量来自第二光源5的光的强度。流体腔7的宽度定义了从第一光源3到第一光检测器4的光的第一吸收路径长度l1。流体腔7的高度定义了从第二光源5到第二光检测器6的第二吸收路径长度l2。第一吸收长度l1比第二吸收长度大。第一光源3和第二光源5在本实施方式中被配置为发射相同波长的光，该波长与要检测的成分的吸收峰相适应。第一光检测器4和第二光检测器6被布置为检测与流体腔中的流体相互作用的光。第一零信号被表示为i01，即流体中没有任何成分存在时第一光检测器4检测到的光强度。第二零信号被表示为i02，即流体中没有任何成分存在时第二光检测器6检测到的光强度。第一光检测器4和第二光检测器6都连接到控制单元20，该控制单元20被配置用于对检测到的信号进行分析。控制单元20可以被实现作为例如计算机或fpga。虚线21说明第一光学传感器1、第二光学传感器2和控制单元20可以被集成在共同的封套中。
52.当流体中存在某种成分时，来自第一光源3和第二光源5的部分光将被流体中的成分吸收。在流体中被吸收的那部分光取决于吸收路径的长度和流体中该成分的浓度。第一光检测器4检测到的光强度ir1是成分浓度cmeas1和第一零信号i01的函数。第二光检测器6检测的光强度是成分浓度和第二零信号i02的函数。替代地，成分的浓度cmeas1可以表示为第一光检测器4检测到的光强度的函数，即cmeas1＝func1(ir1，i01)，其中，func1(ir1，i01)是事先确定的函数。相应地，由第二光学传感器2测量的成分的浓度可以表示为cmeas2＝func2(ir2，i02)，其中，func2(ir2，i02)是事先确定的函数。由于吸收路径长度l1、l2不同，第一浓度函数(func1)与第二浓度函数(func2)对光强度的依赖性不同。
53.光学传感器装置100被配置为用第一光学传感器1测量在第一时间点a与流体相互作用的光的第一光强度ir1a，并且测量在第二时间点b与流体相互作用的光的第二光强度ir1b，第一光强度ir1a与第二光强度ir1b不同。光学传感器装置100被配置为用第二光学传感器2测量在第一时间点a与流体相互作用的第三光强度ir2a，并且测量在第二时间点b与流体相互作用的第四光强度ir2b。第三光强度ir2a将与第四光强度ir2b不同。
54.不同的光强度可以通过许多不同的方式实现。光学装置100可以被配置为在多个时间点上测量一对来自第一光学传感器1的光强度ir1与来自第二光学传感器2的光强度
ir2。第一时间点和第二时间点的选择使第一传感器信号ir1a与第二传感器信号ir1b不同。该对来自第一光学传感器1的光强度ir1与来自第二光学传感器2的光强度ir2可以按发生时间顺序被存储在存储器中。
55.然后，可以基于第一光强度ir1a、第二光强度ir1b、第三光强度ir2a、第四光强度ir2b、第一浓度函数func1、第二浓度函数func2以及定义第一浓度函数func1与第二浓度函数func2之间的相关性的相关性信息corr，来确定通过第一光学传感器1测量的在第一时间点a和/或第二时间点b的流体中的成分的浓度。
56.该确定可以根据以下描述进行。
57.在第一时间点a用第一光学传感器1测量的浓度cmeas1a必须等于在第一时间点a用第二光学传感器2测量的浓度cmeas2a，因为它们测量的是同一种流体，即cmeas1a＝cmeas2a。并且，在第二时间点b用第一个光学传感器1测量的浓度cmeas1b必须等于在第二时间点a用第二光学传感器2测量的浓度cmeas2b。只要第一时间点离第二时间点不太远，第一零信号i01就不会改变，第二零信号i02也不会改变。第一时间点与第二时间点之间的时间差通常小于一天。知道cmeas1＝func1(ir1，i01)和cmeas2＝func2(ir2，i02)，我们得到以下方程：
58.cmeas1a＝cmeas2a，即，
59.func1(ir1a，i01a)＝func2(ir2a，i02a)
60.cmeas1b＝cmeas2b，即，
61.func1(ir1b，i01b)＝func2(ir2b，i02b)
62.i01a＝i01b63.i02a＝i02b64.只有当cmeas1a与cmeas1b不同，并且func1对ir1的依赖性与func2对ir2的依赖性不同时，上述方程组才有可能解出。后者的要求可以表示为：在浓度区域a到b中，两个传感器之间的ir信号的相对导数不同。我们可以将函数func1重写为ir1＝funcinv(cmeas1，i0)，其中，cmeas1是用第一光学传感器测量的成分的浓度。第一光学传感器1和第二光学传感器2的导数[dir/dc]/ir必须是不同的，即，第一光学传感器1和第二光学传感器2在从浓度a到浓度b时应该吸收不同部分的光。
[0065]
cmeas1a与cmeas1b之间的较大差异将导致对测量误差(诸如传感器噪声)的敏感性降低，并且因此对i01和i02以及cmeas1和cmeas2的估计更加准确。
[0066]
上面的方程组可以被解出，我们可以得到一个唯一的解，得到cmeas以及i0的值。得出的i0可用于通过更新传感器的校准参数来补偿长期漂移。
[0067]
在计算机或微控制器中实现的计算方法可以用来更新i0。这可以使用单个事件，或增量，或通过迭代来完成。
[0068]
作为示例，我们可以假设浓度与ir信号之间的关系通过比尔-朗伯(beer-lambert)关系描述。
[0069]
ir1＝i01
·
e-cmeas1
·
sens1
，以及
[0070]
ir2＝i02
·
e-cmeas2
·
sens2
.
[0071]
作为示例，我们可以假设如下。从工厂校准中我们知道，sens1＝0.001[ppm-1]，sens2＝0.0005[ppm-1]。因此，它们具有不同的相对灵敏度，即导数[dir1/dc]/ir1与
[dir2/dc]/dir2不同。
[0072]
在时间a，我们知道两个传感器的信号是ir1a＝0.9836和ir2a＝0.7288。我们还知道，它们暴露在相同浓度的目标气体中。在b时间，气体浓度改变，并且我们有ir1b＝0.7412和ir2b＝0.6326。我们可以假设第一零信号i01和第二零信号i02在两个时刻没有变化，因为漂移很慢。我们还知道，这两个传感器暴露在相同的气体浓度下。那么方程组就变成了：
[0073]
ca＝-ln(ir1a/i01)/sens1＝-ln(0.9836/i01)/0.001
[0074]
ca＝-ln(ir2a/i02)/sens2＝-ln(0.7288/i02)/0.0005
[0075]
cb＝-ln(ir1b/i01)/sens1＝-ln(0.7412/i01)/0.001
[0076]
cb＝-ln(ir2b/i02)/sens2＝-ln(0.6326/i02)/0.0005
[0077]
如果令最上面的两个方程和最下面的两个方程相等，结果是：
[0078]-ln(0.9836/i01)/0.001＝-ln(0.7288/i02)/0.0005
[0079]-ln(0.7412/i01)/0.001＝-ln(0.6326/i02)/0.0005
[0080]
方程组可以被解出，并且我们得到未知的第一零信号i01和未知的第二零信号i02为：
[0081]
i01＝1.5
[0082]
i02＝0.9
[0083]
传感器可以更新第一零信号i01和第二零信号i02，并且因此对漂移进行补偿。
[0084]
第一零信号i01和第二零信号i02也可以被用于计算浓度ca和cb，如下：
[0085]
cmeas1a＝-ln(ir1a/i01)/sens1＝-ln(0.9836/1.5)/0.001＝422ppm
[0086]
cmeas2a＝-ln(ir2a/i02)/sens2＝-ln(0.7288/0.9)/0.0005＝422ppm
[0087]
cmeas1b＝-ln(ir1b/i01)/sens1＝-ln(0.7412/i01)/0.001＝705ppm
[0088]
cmeas2b＝-ln(ir2b/i02)/sens2＝-ln(0.6326/i02)/0.0005＝705ppm
[0089]
在现实中，该函数比比尔-朗伯更复杂，但仍然是已知的和唯一的。计算方法被用于解出方程组。
[0090]
上述示例中的光学传感器装置100被配置为确定通过第一光学传感器1测量的流体中的成分的浓度，通过确定流体中没有任何成分存在时来自第一光学传感器1的第一零信号i01，和/或流体中没有任何成分存在时来自第二光学传感器2的第二零信号i02。然而，也可以不单独确定第一零信号i01和第二零信号i02，而是在计算浓度cmeas1和cmeas2时将其整合。
[0091]
光学传感器装置100可以被配置为在多个时间点上测量一对来自第一光学传感器1的光强度ir1a和来自第二光学传感器2的光强度ir2a，并且其中，第一时间点和第二时间点被选择使得第一传感器信号ir1a与第二传感器信号ir1b不同。
[0092]
在如图2所述的光学传感器装置100中，第一光学传感器1和第二光学传感器2被配置为测量相同波长范围的光强度，因为被测量的成分在第一光学传感器1以及第二光学传感器2中是相同的。因此，第一带通滤光片8与第二带通滤光片9相同。
[0093]
如果两种成分的浓度有已知的关系，即，如果第一成分与第二成分相关，也可以用第一光学传感器1和第二光学传感器2测量不同气体的浓度。第一光学传感器1被配置为测量成分x并且第一带通滤光片8与成分x的吸收波长相适应。第二光学传感器2被配置为测量成分y并且第二带通滤光片9与成分y的吸收波长相适应。例如，在分析呼吸时，co2和湿度
(即，h2o)之间有已知的相关性，可用于自我校准。在这种情况下，我们有相关函数“corr”来描述co2(成分x)与h2o(成分y)之间的关系，因此：
[0094]
cmeas1＝corr(cmeas2)＝corr(cmeasy(ir2，i02))
[0095]
在两个不同时刻对两种不同的气体进行的四次测量在这种情况下可以被描述为：
[0096]
cmeas1a(ir1a，i01a)
[0097]
cmeas1b(ir1b，i01b)
[0098]
cmeasas2a(ir2a，i02a)
[0099]
cmeas2b(ir2b，i02b)
[0100]
并且由此产生的方程组则成为：
[0101]
cmeas1a(ir1a，i01a)＝corr(cmeasas2a(ir2a，i02a))
[0102]
cmeas1b(ir1b，i01b)＝corr(cmeas2b(ir2b，i02b))
[0103]
i01a＝i01b[0104]
i02a＝i02b[0105]
如果相关函数corr是已知的，该方程可以被解出。相关函数corr，可以从校准或物理相关中得知。也可以从自我表征中得到，在自我表征中加入更多不同浓度的数据点。
[0106]
第一零信号i01和第二零信号i02可用于重新校准第一光学传感器1和第二光学传感器2。通过这种方式，第一零信号i01和第二零信号i02的漂移可以得到补偿。第一零信号i01和第二零信号i02的测定可以定期进行，例如每天一次。
[0107]
在呼吸分析器中，当乙醇蒸汽和co2被感测到，人们知道这两种气体之间的相关性。第一光学传感器1测量二氧化碳co2的浓度，第二光学传感器2测量乙醇的浓度。我们可以把cmeas1写作cmeasco2，cmeas2写作cmeasetoh。可以得到：
[0108]
cmeasco2＝corr(cmeasetoh)＝cbackground+k cmeasetoh，其中，
[0109]
在这种情况下，k是未知的常数，取决于被测者的醉酒程度。在这种情况下，“k”可以通过包括呼吸过程中更多的浓度的数据来获得。未知常数k在测试过程中是恒定的，因为醉酒程度保持恒定。
[0110]
图3示意性地显示了由第一光学传感器1和第二光学传感器2以及控制单元20组成的光学传感器装置100。图3中的光学传感器装置100与图1中的光学传感器装置100之间的唯一区别是，图3中的第一光学传感器和第二光学传感器是并排布置。正如虚线所示。
[0111]
图4示意性地显示了包括第一光学传感器1、第二光学传感器2和控制单元20的光学传感器装置100，该光学传感器装置100被布置在道路交叉口13。第一光学传感器1和第二光学传感器2可以如图3所示，不同的是，它们在图4中被分开了较大的距离。控制单元被配置为与第一光学传感器1和第二光学传感器2进行无线通信。第一光学传感器1被布置在第一建筑11的角落，而第二光学传感器2被布置在第二建筑12的角落。多辆汽车14。通过光学传感器装置监测这些汽车14排放的二氧化碳。第一光学传感器1和第二光学传感器2被配置为对二氧化碳的相同吸收波长进行测量。通常情况下，夜间的交通量低于白天，这将导致道路交叉口的二氧化碳浓度变化，白天的二氧化碳浓度较高。二氧化碳的浓度在道路交叉口上趋于平衡，导致在第一光学传感器1处和在第二光学传感器2处的浓度基本相同。浓度由两个光学传感器1、2以固定的时间间隔连续登记，并被发送到控制单元20。通过选择第一时间点a是在白天，第二时间点b是在晚上，二氧化碳的浓度将不同，从而可以用上述方法确定
第一零信号i01和第二零信号i02以及测量的浓度cmeas1a，cmeas1b，cmeas2a，cmeas2b。与图1和图2所示的实施方式相比，图4所示实施方式中的光学传感器装置100的第一光学传感器1、第二光学传感器2和控制单元是相互分离的。
[0112]
上述实施方式可以在不偏离本发明范围的情况下以多种方式进行修改，而本发明的范围只受所附权利要求书的限制。

技术特征：
1.一种用于确定流体中的成分的浓度的方法，所述方法包括以下步骤：-从第一光学传感器(1)提供在第一时间点(a)与所述流体相互作用的光的第一光强度(ir1a)、以及在第二时间点(b)与所述流体相互作用的光的第二光强度(ir1b)，所述第一光学传感器(1)被配置为测量与所述流体相互作用的光的光强度，其中，所述第一光强度(ir1a)与所述第二光强度(ir1b)不同，-从第二光学传感器(2)提供在所述第一时间点(a)与所述流体相互作用的光的第三光强度(ir2a)、以及在所述第二时间点(b)与所述流体相互作用的光的第四光强度(ir2b)，所述第二光学传感器(2)被配置为测量与所述流体相互作用的光的光强度，-提供第一浓度函数(func1)，所述第一浓度函数(func1)将所述流体中的成分的浓度(cmeas1a，cmeas1b)定义为来自所述第一光学传感器(1)的光强度(ir1a，ir1b)的函数，-提供第二浓度函数(func2)，所述第二浓度函数(func2)将所述流体中的成分的浓度(cmeas2a，cmeas2b)定义为来自所述第二光学传感器(2)的光强度(ir2a，ir2b)的函数，其中，所述第一浓度函数(func1)与所述第二浓度函数(func2)具有不同的对光强度的依赖性，-提供相关性信息，所述相关性信息定义所述第一浓度函数(func1)与所述第二浓度函数(func2)之间的相关性，-基于所述第一光强度(ir1a)、所述第二光强度(ir1b)、所述第三光强度(ir2a)、所述第四光强度(ir2b)、所述第一浓度函数(func1)、所述第二浓度函数(func2)和所述相关性信息(corr)，来确定通过所述第一光学传感器(1)测量的在所述第一时间点(a)和/或所述第二时间点(b)的所述流体中的成分的浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一光学传感器(1)和所述第二光学传感器(2)被配置为测量同一成分的浓度，并且其中，所述相关性信息定义所述第一浓度函数(func1)提供与所述第二浓度函数(func2)相同的浓度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定通过所述第一光学传感器(1)测量的所述流体中的成分的浓度的步骤包括以下步骤：确定来自所述第一光学传感器(1)的在所述流体中没有任何成分存在的情况下的第一零信号(i01)，并且/或者确定来自所述第二光学传感器(2)的在所述流体中没有任何成分存在的情况下的第二零信号(i02)，其中，所述第一浓度函数(func1)也是所述第一零信号(i01)的函数，并且所述第二浓度函数(func2)也是所述第二零信号(i02)的函数。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在多个时间点提供一对来自所述第一光学传感器(1)的光强度(ir1a)和来自所述第二光学传感器(2)的光强度，并且其中，所述第一时间点和所述第二时间点被选择使得第一传感器信号(ir1a)与第二传感器信号(ir1b)不同。5.一种用于确定流体中的成分的浓度的光学传感器装置(100)，所述光学传感器装置包括：-第一光学传感器(1)，被配置为测量与所述流体相互作用的光的光强度，其中，所述流体中的成分的浓度(cmeas1a，cmeas1b)由第一浓度函数(func1)定义，所述第一浓度函数(func1)是来自所述第一光学传感器(1)的光强度(ir1a，ir1b)的函数，-第二光学传感器(2)，被配置为测量与所述流体相互作用的光的光强度，其中，所述流体中的成分的浓度(cmeas2a，cmeas2b)由第二浓度函数(func2)定义，所述第二浓度函数
(func2)是来自所述第二光学传感器(2)的光强度(ir1a，ir1b)的函数，其中，所述第一浓度函数(func1)与所述第二浓度函数(func2)具有不同的对光强度的依赖性，其特征在于，所述光学传感器装置(100)被配置为用所述第一光学传感器(1)测量在第一时间点(a)与所述流体相互作用的光的第一光强度(ir1a)，并且测量在第二时间点(b)与所述流体相互作用的光的第二光强度(ir1b)，其中，所述第一光强度(ir1a)与所述第二光强度(ir1b)不同，其中，所述光学传感器装置(100)被配置为用所述第二光学传感器(2)测量在所述第一时间点(a)与所述流体相互作用的光的第三光强度(ir2a)，并且测量在所述第二时间点(b)与所述流体相互作用的光的第四光强度(ir2b)，-基于所述第一光强度(ir1a)、所述第二光强度(ir1b)、所述第三光强度(ir2a)、所述第四光强度(ir2b)、所述第一浓度函数(func1)、所述第二浓度函数(func2)以及定义所述第一浓度函数(func1)和所述第二浓度函数(func2)之间的相关性的相关性信息(corr)，来确定通过所述第一光学传感器(1)测量的在第一时间点(a)和/或所述第二时间点(b)的所述流体中的成分的浓度。6.根据权利要求5所述的光学传感器装置(100)，被配置为通过确定来自所述第一光学传感器(1)的在所述流体中没有任何成分存在的情况下的第一零信号(i01)，并且/或者确定来自所述第二光学传感器(2)的在所述流体中没有任何成分存在的情况下的第二零信号(i02)，来确定通过所述第一光学传感器(1)测量的所述流体中的成分的浓度，其中，所述第一浓度函数(func1)也是所述第一零信号(i01)的函数，并且所述第二浓度函数(func2)也是所述第二零信号(i02)的函数。7.根据权利要求5或6所述的光学传感器装置(100)，被配置为在多个时间点测量一对来自所述第一光学传感器(1)的光强度(ir1a)和来自所述第二光学传感器(2)的光强度，并且其中，所述第一时间点和所述第二时间点被选择使得第一传感器信号(ir1a)与第二传感器信号(ir1b)不同。8.根据权利要求5至7中任一项所述的光学传感器装置(100)，其中，所述第一光学传感器(1)包括流体腔(7)和第一光检测器(4)，所述第一光检测器(4)被配置为测量与所述流体腔(7)中的流体相互作用的光的强度，并且其中，所述第二光学传感器(2)包括和第二光检测器(6)，第二光检测器(6)被配置为测量与所述流体腔(7)中的流体相互作用的光的强度。9.根据权利要求8所述的光学传感器装置，其中，所述第一光学传感器(1)和所述第二光学传感器被配置为测量相同波长范围的光强度。10.根据权利要求9所述的光学传感器装置，包括在所述第一光检测器(4)前面的第一带通滤光片(8)和在所述第二光检测器(5)前面的第二带通滤光片(9)。11.根据权利要求6至10中任一项所述的光学传感器，其中，通过所述流体传播到第一光检测器(4)的光的距离比通过所述流体传播到第二光检测器(6)的光的距离更长。12.根据权利要求6至11中任一项所述的光学传感器，所述光学传感器包括第一光源(3)和第二光源(5)，所述第一光源(3)发出的光与流体腔(7)中的所述流体相互作用，并且所述第二光源(5)发出的光与所述流体腔(7)中的所述流体相互作用，其中，第一光检测器(4)被配置为测量来自所述第一光源(3)的光强度，并且其中，第二光检测器(6)被配置为测量来自所述第二光源(5)的光强度。

技术总结
描述了一种用于确定流体中的成分的浓度的方法和设备。该方法包括以下步骤：从第一光学传感器(1)提供在第一时间点(A)与流体相互作用的第一光强度(IR1A)，并且提供在第二时间点(B)与流体相互作用的第二光强度(IR1B)，其中，第一光强度(IR1A)与第二光强度(IR1B)不同；以及从第二光学传感器(2)提供在第一时间点(A)与流体相互作用的第三光强度(IR2A)，并且提供在第二时间点(B)与流体相互作用的第四光强度(IR2B)。该方法还包括基于第一光强度(IR1A)、第二光强度(IR1B)、第三光强度(IR2A)、第四光强度(IR2B)、第一浓度函数(func1)、第二浓度函数(func2)和相关性信息(Corr)，来确定通过第一光学传感器(1)测量的在第一时间点(A)和/或第二时间点(B)的流体中的成分的浓度。度。度。


技术研发人员：亨里克
受保护的技术使用者：森谢尔公司
技术研发日：2021.11.16
技术公布日：2023/8/1