用于测量气体的至少两种组分的气体分析器的制作方法

文档序号:6022273
专利名称:用于测量气体的至少两种组分的气体分析器的制作方法
技术领域
本公开一般涉及用于测量气体的至少两种组分的气体分析器。气体分析器包括用于能够发射红外辐射通过气体的发射器、用于允许透射发射器所发射的预定波长的滤波器组装件和用于接收发射器所发射的并穿过滤波器组装件的波长的检测器。
背景技术
在麻醉学中或在特别护理中,例如经常通过分析患者呼出的气体以了解其内容来监视患者的状况。为此,一小部分的呼吸气被输送到气体分析器,或者气体分析器直接连接到呼吸电路(respiratory circuit)。在非色散红外(NDIR)气体分析器中,测量基于气体样本中红外(IR)辐射的吸收。辐射源将通过测量室的红外辐射束引导到辐射检测器,检测器的输出信号取决于样气中辐射的吸收的强度。选择用于测量的光学波长带而无色散元件,如棱镜或使用光学带通滤波器的光栅。辐射源一般包括电热的丝或表面区域和辐射收集光学器件,并发射广谱区内的辐射。要分析的气体样本(即样气)馈送通过测量室,因此, 气体混合物被包括在室中以便分析。测量室能够是提供有在测量波长透明的进气与出气窗和样气入口与出口的管式空间。辐射在通过测量室时被气体样本吸收。辐射检测器生成取决于落在其敏感区域上的辐射功率的电信号。气体分析器中的检测器类型取决于其测量波长。对于广谱范围内的测量,热检测器由于其灵敏度只取决于辐射热转换的效率而使用方便。为了使检测器的输出信号对某种气体组分敏感,选择到达检测器的辐射的波长带以便气体组分吸收其内的辐射。此选择使用其带宽一般在中心波长的-2%的光学带通滤波器来进行。在NWR多气体分析器中,在选定的几个波长带测量气体样本的吸收以匹配关注气体组分的吸收谱。这能够通过使用一个辐射检测器,并通过更改光学路径上接连的光学带通滤波器而实现。也可能使用几个辐射检测器与其对应带通滤波器的组合。除这些测量检测器外,可以有一个或多个参考检测器。参考检测器一般在已知样气无吸收或吸收低的波长带从辐射源接收辐射。要测量吸收的强度,必需知道在测量波长分析器的零级别。零级别是在某个波长样气不吸收顶辐射时在该波长获得的检测器信号。假设缺少辐射导致零或其它已知信号,通过形成零级信号与检测器信号之间的比率来计算吸收的强度。通过单独测量已知在测量波长不吸收辐射的零气体,可能更新零级别。此方法通常在侧流配置中使用,其中,从呼吸电路抽出并单独分析气体样本。也可能获得零级别的估计而未通过气体为分析器取零。这能够通过使用参考滤波器实现,因此,在已知气体样本不吸收顶辐射的参考波长测量检测器信号。也可能一起使用分开的参考检测器和参考滤波器,并且使用参考检测器的输出信号作为在测量波长零级别的估计。这些估计与在测量波长所获得的检测器信号一起持续可用。对所有测量波长使用一个或两个共同参考波长通常便足够,特别是在测量波长相互靠近时。参考波长也能够选择为使得它们能够补偿像水等液体或气体形式的干扰物。此方法通常在主流配置中使用,其中,分析器定位成跨呼吸管进行测量。
在主流类型的临床使用气体分析器中,呼吸气或气体混合物流的所有量或至少主要部分过分析器和其测量室。由于测量室在呼吸电路中,因此,易于受黏液或冷凝水污染。 因此,必需在主流分析器中使用一个或多个参考波长以使零级的足够好的估计持续可用。临床主流气体分析器必须小、轻、准确和可靠。在其正常操作期间不可能对它取零。然而,即使测量室将受到污染,分析器也必须保持其准确性。由于这些要求原因,一直以来只有用于二氧化碳C02的单气体分析器可用,并且市场上一直没有主流类型的真正小巧的多气体分析器。最佳的结构将是单路径分析器,因为例如测量路径的污染因此将类似地影响测量和干扰波长,并且对气体浓度值的影响将得以消除。然而,这难以使用多个离散带通滤波器实现。要么它将要求旋转滤波器轮,而该轮可能大且易于发生机械损坏,要么它将要求多个分束器来分离不同的带通波长到不同检测器。仅前一方法能够利用单检测器, 并因此避免各个检测器之间差别的问题。然而,采用离散介质光学带通滤波器时,似乎不可能使分析器足够小到也应用于像小孩和新生儿等患者。另外一个问题是不同的呼吸气体具有间隔如此宽广的吸收的波长区域。二氧化碳和一氧化二氮能够在3900nm与4600nm之间测量到,而所有麻醉剂在8000nm到IOOOOnm区域中吸收。介质顶滤波器的透射带随入射角的波长变化例如太小而不能覆盖关注的波长区域的两端。因此,此类单路径解决方案将不适用。还有的另一问题是测量必须足够快以测量呼吸曲线。实际上,上升时间将必须是大约200ms。用于物质检测的干涉式分析器能够是带有电调制可能性的Fabry-Perot型干涉仪。镜片经常是紧密间隔的,但距离仍有几个波长。自由谱范围(FSR)可仅为大约lOnm, 并且整个谱范围覆盖有IOnm间隔的大量极窄的透射峰。自由谱范围是Fabry-Perot干涉仪的透射谱中连续透射峰之间的频率或波长空间。SFR与干涉仪中反射表面之间的距离成反比。在此情况下,必须使用轮上的离散带通滤波器来选择关注区。因此,此解决方案不能变得比只使用滤波器轮来选择测量波长的分析器更小巧或快速。使用微机械和电可调谐Fabry-Perot干涉仪的单路径气体分析器在技术领域中是公知的。与以前的解决方案不同,共振器极短,甚至短到只有关注波长的一半。这放宽了干涉仪的自由谱范围。分析器能够变得十分小巧,但结构允许仅在所选波长的大约10%内的波长调谐。除非波长区靠近在一起,否则,这使得测量多种气体几乎是不可能的。在高达大约1700nm的近红外波长区,使用串联的Fabry-Perot可调谐滤波器的解决方案也为已知的。超发光的发光二极管优选用作源,并且源和滤波器或滤波器和检测器集成在密封封装内的光具座(optical bench)上。该使用主要是光远程通信。滤波器是微机械的,自由谱范围为大约200nm,这意味着Fabry-Perot滤波器的镜片之间的间隔是多个 (> 3)半设计波长。

发明内容
本文中解决了上述缺点、缺陷和问题,这将通过阅读和理解下面的说明书而理解。在一个实施例中,一种用于测量气体的至少两种组分的气体分析器包括用于能够发射红外辐射通过气体的发射器和用于允许透射发射器所发射的预定波长的滤波器组装件。用于测量气体的至少两种组分的该气体分析器还包括用于接收发射器所发射的并穿过滤波器组装件的波长的检测器。滤波器组装件包括串联的至少两个可调谐窄带干涉滤波器,每个滤波器包括两个介质镜和两个介质镜之间的空气间隔以将滤波器之一调谐到与所述滤波器的另一个滤波器不同的透射带。在另一实施例中,一种用于测量气体的至少两种组分的气体分析器包括用于能够发射红外辐射通过气体的发射器和用于允许透射发射器所发射的预定波长的滤波器组装件。用于测量气体的至少两种组分的该气体分析器还包括用于接收发射器所发射的并穿过滤波器组装件的波长的检测器和用于要测量的气体的测量通道,并且该测量通道配备有至少一个光学窗口以用于允许红外辐射由于气体组分而被吸收。滤波器组装件包括串联的至少两个可调谐窄带干涉滤波器,每个滤波器包括两个介质镜和两个介质镜之间的空气间隔以将滤波器之一调谐到与所述滤波器的另一个滤波器不同的透射带。在仍有的另一实施例中,一种用于测量气体的至少两种组分的气体分析器包括用于能够发射红外辐射通过气体的发射器和用于允许透射发射器所发射的预定波长的滤波器组装件。用于测量气体的至少两种组分的该气体分析器还包括用于接收发射器所发射的并穿过滤波器组装件的波长的检测器。滤波器组装件包括串联的至少两个可调谐窄带干涉滤波器,每个滤波器包括两个介质镜和两个介质镜之间的空气间隔以将滤波器之一调谐到与所述滤波器的另一个滤波器不同的透射带。两个可调谐窄带干涉滤波器用于允许波长区域8-10 μ m的辐射穿透以便测量至少一种麻醉剂,并且允许波长区域3. 9-4. 6 μ m内的辐射穿透以便测量二氧化碳和一氧化二氮的至少一个。从附图及其详细描述,本领域的技术人员将明白本发明的各种其它特征、目的和 ftj 点 ο .


图1示出连接到患者的通气电路的医学主流气体分析器。图2示出气体分析器的测量适配器。图3示出一种类型的现有技术多气体分析器的光学原理。图4示出另一种类型的现有技术多气体分析器的光学原理。图5示出根据一实施例的多气体分析器的光学原理。图6示出图5所示的两个分开的可调谐窄带干涉滤波器的红外透射谱(左侧)和一种已调谐情况中串联组合的那些滤波器的谱(右侧)。图7示出另一种已调谐情况中图6的两个滤波器的红外透射谱。
具体实施例方式在下面参照附图的详细描述中,解释了具体实施例。这些详细实施例自然能被修改,并且不应限制如权利要求中陈述的本发明的范围。描述用于测量诸如呼吸气等气体的至少两种组分的气体分析器。实施例例如能够在主流类型的临床非色散红外多气体分析器中应用,但它也能够在其它类型的呼吸气分析器及测量呼吸气外其它气体的气体分析器中应用。在测量患者气体时,特别是在新生儿和儿科情况下,气体分析器快速、小且重量轻是至关重要的。仅用于二氧化碳且现有技术中已知的主流气体分析器能够满足这些准则, 但在间隔通常宽广的波长区域内要测量多种气体时出现了问题。带有红外吸收的气体具有其特性吸收区域,并且每种气体组分必须使用至少一个波长进行测量。另外,在大多数情况下,必须在没有气体吸收或很少气体吸收的波长来确立参考以计及与冷凝水或其它阻碍物有关的发射器辐射的变化。根据一实施例,可调谐的窄带滤波器的使用使得能够测量带有红外吸收的多种气体以及还有适当量的参考。由于一个滤波器的可调谐波长区域较小,并且一般的带外透射必须被阻塞,因此,两个可调谐的窄带滤波器通常必须用作组装件以允许在覆盖二氧化碳和麻醉剂两者的波长区域内进行测量。结构仍然十分小巧,并且能够适用于测量的气体量。使用根据实施例的非色散测量布置的益处是真正的单路径测量是可能的。这意味着测量在多个波长的气体只需一个发射器和一个检测器。来自检测器的信号连续表示要测量的气体和信号校正所需的参考。可调谐的窄带滤波器优选使用硅微机械来制造。优选的是,此分析器直接跨插管患者的呼吸管进行测量。图1中示出带有医学气体分析器的此类呼吸电路。患者1使用插管3、Y型管4、吸气支路5和呼气支路6连接到通气口 2。可包括适配器8的气体分析器7连接到插管。图1中的气体分析器7是测量通气口 2与患者1之间流动的气体的所谓主流气体分析器,而未抽出气体的样本到单独的气体分析器,例如与通气口 2与患者1之间的流一定距离处的侧流气体分析器。当然,此相同的气体分析器技术也能够在侧流气体分析器中利用。图1所示的气体分析器经电缆9电连接到患者监视器10。测量的气体是至少二氧化碳,但也可以是氧气、一氧化二氮或任何挥发性麻醉剂氟烷、安氟醚、异氟醚、地氟醚及七氟醚。另外,可以有用于测量呼吸电路中气流的肺活量适配器11。在此示例中,传感器12位于两个导压管(pressure relying tube) 13 的末端。肺活量传感器可如图1所示单独连接,或者它能够集成到主流气体分析器中。在图2中示出了气体分析器7的特写以便更好地示出通常可一次用弃的适配器8 的结构。它提供有用于允许红外辐射由于气体组分而被吸收的至少一个光学窗口 14。一般情况下,有两个红外透射光学窗口 14。红外发射器位于适配器的一侧,并且非色散滤波器组装件和检测器在相对侧,以便红外辐射通过窗口和相应窄带滤波器从发射器引导到检测器。来自检测器的信号经放大和修改以反映要测量的气体浓度,或者它可以是在无气体吸收或很少气体吸收的参考波长的测量。如上所提及的,呼吸气体能够是二氧化碳、一氧化二氮和不同的挥发性麻醉剂。所有这些气体吸收在某一特定波长区域内的红外辐射,并且如后面将解释的,此区域使用窄带滤波器来选择。像氧气等在光学窗口 14之间的测量通道 15 (该测量通道一般很短,不到IOmm)中不吸收足够红外辐射的气体必须使用单独的传感器16来测量。此传感器能够是例如化学燃料电池,或者它能够基于发光猝灭。测量通道能够是气体分析器的一部分,并且一般也是适配器8的一部分。市场上的主流传感器大部分只测量一种气体,二氧化碳。在多种气体要测量时产生了机械和光学问题。图3示意示出一种类型的现有技术分析器。它能够使用共同参考来测量两种不同的气体。从能够发射红外辐射的发射器17,辐射18的宽带束经带有窗口 14 的测量通道15被引导到检测器组装件,该组装件包括两个分束器19和20、三个窄带滤波器 21,22和23及三个检测器M、25和26。滤波器-检测器对之一测量参考信号,例如,具有滤波器21的检测器M,经分束器19。滤波器21的透射经选择,使得它对于测量通道15中流动的混合物中任何气体不具有红外吸收或具有极小的红外吸收。来自检测器M的信号随后能用于监视与气体吸收无关的红外辐射18中的波动。一般情况下,这些波动是由水滴的冷凝或光学窗口 14上像黏液或血等吸收材料的沉淀产生的。还监视来自发射器17的辐射18波动。此外,此参考信号用于校正来自两个其它检测器25和沈的测量信号。通过分束器19透射的辐射部分继续前进到分束器20。使用分束器20,将辐射分成两个测量束,并且能够使用滤波器-检测器对22/25和23/ 来测量两种不同气体。这些气体例如能够是二氧化碳和一氧化二氮。添加更多滤波器-检测器对到此配置不是很容易。大小将增长, 并且可用信号逐渐减少。为此,分析器通常设计成只测量带有红外吸收的一种气体组分。使用图4所示的配置,能够更容易测量带有红外吸收的几种气体组分。发射器17、 带有窗口 14的测量通道15和辐射束类似于图3所示,但不使用分束器,而是使用旋转滤波器轮27以在单检测器观之前交换不同滤波器。在此现有技术示例中,能够使用相同的滤波器21、22和23并另外使用滤波器四。此滤波器四能够是第二参考滤波器,或者它能够是用于第三种气体的测量滤波器。另外的滤波器30可能必须用于阻塞测量波长区域外的不想要的辐射。此分析器能够变得相当小巧,但具有脆弱的移动部分的缺陷。多个滤波器在原则上能够安装在滤波器轮27上,但对于上面提及的带有红外吸收的所有患者气体的测量,它将采用最少七个测量滤波器和两个参考滤波器。在九个滤波器的情况下,滤波器轮的大小已经对分析器能够构建到多小设置了限制。图5中示出根据一个实施例的气体分析器的结构。像在现有技术中一样,它包括诸如红外宽带源等发射红外辐射18束通过具有至少一个光学窗口 14的测量通道15中气体的发射器17。测量通道可以是可安装在用于帮助患者1换气的通气口 2与连接通气口到患者肺部的插管3之间气道中的适配器的一部分。适配器8可与气体分析器的其它组件分离。此外,气体分析器包括滤波器组装件32和检测器32。辐射束在穿透包括串联的两个可调谐窄带干涉滤波器33和43的滤波器组装件32后击中检测器31。这两个滤波器优选位置靠近检测器31,但也能够关联于发射器17安装。滤波器一般是可调谐的Fabry-Perot 滤波器,带有两个介质镜35,45和36,46之间的电可调谐的空气间隔34,44。通常,这些镜 35,45之一是固定的,而另一个镜36,46是可调整的。调整或调谐通常使用像测微计或压电电动机等机械部件来实现。优选的是,在此情况下,滤波器使用公知的微机械硅技术来制造因此,例如使用电场或磁场来电调谐空气间隔34,44更可行。每个干涉滤波器33和43分别需要其自己的电驱动器38和39。处理器40控制电驱动器来调谐干涉滤波器的空气间隔,并且还记录来自检测器31的信号,以及还处理数据以得到定性和定量结果之一。这些全部可以是气体分析器7的一部分。定量结果可以是在输出的浓度读值。需要定性结果以识别某些气体组分的存在。显示单元41连接到处理器40以显示气体浓度和/或呼吸图。 不同部件能够位于气体分析器7内,或者一些部分能够在像患者监视器10等主仪器。气体分析器7通常可与患者监视器10分离。从技术而言,干涉滤波器可以是在两个紧密间隔的、至少在某一波长区域中高反射的平行镜片之间带有空气间隔的i^abry-Perot干涉仪。特别是可调整镜36,46很薄,并且包括带有通常小于设计波长的厚度的多个介质层。在干涉滤波器33,43的相对小的可使用的中心区域中,镜36,46与镜35,45平行。透射谱展示对应于镜之间的光学谐振的高透射的一个或几个窄峰。镜之间的空气间隔或距离优选是第一阶,意味着窄透射带的波长的一半。 对于带有一个波长O个一半)或3/2个波长(3个一半)的第二和第三阶滤波器,在谱中引入了另外的透射带,并且除可能的特殊情况下,在测量患者气体时,这些带没有用途。更高阶的干涉滤波器未被认为是有益的,因此,优选是低于四阶。不同患者气体的吸收区域主要在两个波长区域中,用于二氧化碳和一氧化二氮的3. 9-4. 6 μ m,更具体地说4. 2-4. 6 μ m, 以及用于不同麻醉剂的8. 0-10. Oym,更具体地说8. 2-8. 9 μ m0 二氧化碳和一氧化二氮均具有离散和选择性波长(分别为4. 3 μ m和3. 9或4. 5 μ m),而所有麻醉剂在8. 2-8. 9 μ m区域内的某一波长吸收。由于最多有五种麻醉剂在使用,因此,在测量中必须使用最少五个不同波长。另一种可能性将是扫描整个波长区域,并记录带有适当波长分辨率的谱。在呼吸气的情况下关注的那两个波长区域间隔开接近二的倍数,并且在要使用单辐射路径和单检测器测量两个区域时,此事实限制了可能的解决方案。即使一个可调谐的 Fabry-Perot滤波器能够从更高波长区域向下调整到更低区域,窄带透射区域也不可能在所有波长实现。借助于Fabry-Perot滤波器中的金属宽带镜,在谱的短波长侧将始终有另外的透射带。如果滤波器调谐到用于测量麻醉剂的8. 6 μ m,则它也将具有在其中吸收二氧化碳的4. 3 μ m的透射带。该带将必须使用带有金属镜的第二可调谐的Fabry-Perot滤波器来去除,但此滤波器随后也将减少在更高透射带的透射,因此,不可能构建可行的解决方案。在Fabry-Perot滤波器的空气间隔的每侧使用介质镜时,情况发生了变化。由于也在镜层中的波长干扰,在不满足关注的多个半波长的准则的波长也将有透射带。在高于关注波长的波长区域也将存在透射。因此,可能使用第二干涉滤波器去除一个干涉滤波器的不想要的透射带,而不会引入干扰波长区域或减少用于气体测量的使用中的波长区域的透射。总之,使用串联的两个可调谐介质干涉滤波器使得能够测量间隔宽广的吸收区域。长波长区域能够具有比短波长区域长20%或更长的波长。对于呼吸气,倍数大约是二(100% ),如上所提及的。图6的两个图形中示出了一种典型的谱情况。左侧作为以μ m为单位的波长的函数的透射谱显示如单独采用的滤波器33和43的透射带,并且右侧谱显示滤波器组合的透射。在此示例中,使用检测器31将测量在4.3μπι的二氧化碳。如果能够避免在滤波器周围到检测器的光学泄漏,则沿辐射束18的滤波器33和43的顺序无关重要。在此情况下, 先使用带有如实线所示透射的可调谐窄带干涉滤波器,去除大多数更长波长谱,然后使用以虚线示出的另一可调谐窄带干涉滤波器,这可以是有益的。因此,从辐射路径反射开可能泄漏到检测器31的大部分宽带热辐射。在此示例中,介质镜的设计波长分别是6. 85μπι和 3. 75 μ m0两个波长均比所提及的关注的波长区域更短。设计波长是指大多数介质层在其具有此波长的四分之一的光学厚度的波长。密集光学媒体光学厚度指波长的厚度除以此媒体的折射率。所选设计波长取决于镜中不同层的折射率。组合的滤波器也必须能够阻止关注的更高或更低波长区域,并且设计波长根据此要求进行选择。滤波器的空气间隔是电可调谐的,并且没有此特定的设计波长。然而,空气间隔的优选厚度大约是关注波长的一半波长。出于上面提及的所有原因,在大多数情况下, 将在滤波器中存在干涉失配,意味着滤波器带通波长不是正好在此波长的一半的空气间隔距离。对于图6中的滤波器,即使透射带是不正好在这些值两倍的波长,空气间隔34,44也分别具有3. 6 μ m和2. 225 μ m的厚度。此特征是有益的,并且使得它有可能阻塞如图6所示波长区域8-9 μ m或如图7所示波长区域3. 9-4. 6 μ m。在如图6所示的相同滤波器组合的此示例中,空气间隔34,44的厚度分别为4. 45 μ m和1. 85 μ m。右侧谱中组合的滤波器给出在大约8.38 μ m(适合作为用于测量麻醉剂的一个波长)的透射带。低于4μπι的小透射是不可避免的,但是使用如图5所示的带有大约3. 9 μ m的截断波长的介质高通滤波器37, 能够轻松地滤除可调谐窄带干涉滤波器的可穿透的此干扰透射。图6和7中滤波器透射谱是滤波器组装件32中两个可调谐窄带干涉滤波器33和 43的示例。根据预期使用,能够使用其它组合和设计波长。所示透射区域是要测量的气体具有吸收的区域。然而,可轻松调整滤波器组合到无气体吸收的相邻波长位置以便确立参考信号。所有不同的气体和参考测量信号是连续的记录体(recorder),并且补偿的气体浓度根据公知的原理来计算和显示。综上所述,与带有几个离散检测器和滤波器的气体传感器相比,所述解决方案由于需要更少的组件且无分束器,因而节省了费用和空间。此外,无需例如滤波器轮形式的移动部分。滤波器组装件32和检测器31能够装配在一个封装中,从而大大减少了对工厂劳动力的需要。由于滤波器组装件32可使用电子器件来连续调谐,因此,可能使其功能适应所需谱响应中的任何变化。气体分析器是用于测量带有顶吸收的所有呼吸气和对应参考的真正顶单路径光度计,特别是,在主流配置中且由于也用于测量新生儿呼吸气的小巧结构。除二氧化碳外,波长区域8-10 μ m内的气体吸收也将可能测量,从而使得能够测量今天在使用中的所有麻醉剂。还可能的是可添加要用于削减光学信号的第三可调谐窄带干涉滤波器。患者气体也能够在侧流配置中被测量,其中,使用泵浦抽出并与呼吸电路分离地分析气体样本。气体分析器也能够连接到例如鼻套管,并且除通气患者外,可能能够测量来自自发呼吸的患者的呼吸气。本书面描述使用示例公开了本发明,包括最佳模式,并且还使得本领域的技术人员能够制作和使用本发明。本发明可取得专利的范围由权利要求来定义,并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素,或者如果它们包括具有与权利要求字面语言的非实质不同的等效结构要素,则它们旨在在权利要求的范围内。部件列表1 患者2 通气口3 插管4 Y 型管5 吸气支路6 呼气支路7 气体分析器8 适配器9 电缆10 患者监视器11 肺活量适配器12 传感器13 导压管14 光学窗口15 测量通道
16传感器17发射器18辐射19分束器20分束器21窄带滤波器22窄带滤波器23窄带滤波器24检测器25检测器26检测器27滤波器轮28检测器29滤波器30滤波器31检测器32滤波器组装件33干涉滤波器34空气间隔35介质镜36介质镜37滤波器38电驱动器39电驱动器40处理器41显示单元43干涉滤波器44空气间隔45介质镜46介质镜
权利要求
1.一种用于测量气体的至少两种组分的气体分析器,包括发射器(17),用于能够发射红外辐射通过所述气体;滤波器组装件(32),用于允许透射所述发射器(17)所发射的预定波长;以及检测器(31),用于接收所述发射器发射的并穿过所述滤波器组装件的波长,特征在于所述滤波器组装件包括串联的至少两个可调谐窄带干涉滤波器(33,43),所述滤波器的每个包括两个介质镜(35,36和45,46)和所述两个介质镜之间的空气间隔(34, 44)以将所述滤波器之一调谐到与所述滤波器的另一个滤波器不同的透射带。
2.如权利要求1所述的气体分析器,还包括用于例如呼吸气的要测量的气体的测量通道(15),并且所述气体通道配备有至少一个光学窗口(14)以用于允许所述红外辐射由于所述气体组分而被吸收。
3.如权利要求2所述的气体分析器,特征在于所述测量通道是可安装在用于帮助患者 (1)换气的通气口( 与连接所述通气口到所述患者肺部的插管C3)之间气道中的适配器 (8)的一部分。
4.如权利要求3所述的气体分析器,特征在于所述适配器(8)可与所述气体分析器的其它组件分离。
5.如权利要求1所述的气体分析器,还包括用于所述至少两个可调谐窄带干涉滤波器 (33,43)的每个以在两个介质镜(35,36和45,46)之间调谐所述空气间隔(34,44)的电驱动器(38,39)。
6.如权利要求5所述的气体分析器,特征在于所述空气间隔(34,44)可使用电场或磁场来电调谐。
7.如权利要求5所述的气体分析器,还包括控制所述电驱动器(38,39)在所述两个介质镜(35,36和45,46)之间调谐所述空气间隔(34,44)的处理器(40)。
8.如权利要求7所述的气体分析器,特征在于所述处理器00)与显示单元Gl)—起还适用于记录从所述检测器接收的信号并处理所述信号的数据以产生定性和定量的结果之一。
9.如权利要求1所述的气体分析器,特征在于所述窄带干涉滤波器(33,43)的所述介质镜是高反射平行片。
10.如权利要求1所述的气体分析器,特征在于所述空气间隔(34,44)中所述两个介质镜(35,36和45,46)之间的距离使得所述干涉滤波器(33,43)是少于四阶的。
11.如权利要求1所述的气体分析器,特征在于所述空气间隔(34,44)中所述两个介质镜(35,36和45,46)之间的距离是作为一阶干涉滤波器的窄透射带的一半波长。
12.如权利要求1所述的气体分析器,特征在于所述检测器(31)是使所述气体分析器中仅有单辐射路径成为可能的唯一检测器。
13.如权利要求1所述的气体分析器,还包括介质高通滤波器(37)以通过所述至少两个可调谐窄带干涉滤波器来滤除可穿过的干扰透射。
14.如权利要求13所述的气体分析器,特征在于使用所述介质高通滤波器(37)来滤除低于4μπι的透射。
15.如权利要求1所述的气体分析器,特征在于所述串联的两个可调谐窄带干涉滤波器(33,43)用于允许波长区域8-10 μ m内、更具体地说8. 2-8. 9 μ m内的辐射穿透以用于测量至少一种麻醉剂,并且允许波长区域3. 9-4. 6 μ m内、更具体地说4. 2-4. 6 μ m内的辐射穿透以用于测量二氧化碳和一氧化二氮的至少一个。
全文摘要
本发明用于测量气体的至少两种组分的气体分析器。本文中公开了一种用于测量气体的至少两种组分的气体分析器。气体分析器包括用于能够发射红外辐射通过气体的发射器(17)和用于允许透射发射器所发射的预定波长的滤波器组装件(32)。气体分析器还包括用于接收发射器所发射并穿过滤波器组装件的波长的检测器(31)。滤波器组装件包括串联的至少两个可调谐窄带干涉滤波器(33,43),每个滤波器包括两个介质镜(35,36和45,46)和两个介质镜之间的空气间隔(34,44)以将滤波器之一调谐到与另一滤波器不同的透射带。
文档编号G01N21/35GK102455286SQ20111035425
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者H·A·M·哈弗里, K·P·维克斯特隆 申请人:通用电气公司
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