本质安全的光谱分析仪的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年3月9日提交的临时申请序列号62/130,463的优先权，其公开内容在此通过引用以其整体并入。

本文所述的主题涉及基于光谱分析的分析仪，例如用于分析一种或多种分析物的激光光谱仪，并且特别涉及提高基于光谱分析的分析仪的危险位置安全性。

背景技术：

在位于可能存在爆炸或其它燃烧危险的气氛中的电子仪器中，期望消除这些危险。目前实际的方法包括使所有的封闭体和接口都防危险气氛爆炸。然而，这样做可能昂贵，并且需要向仪器添加庞大且不方便的组件和结构。特别地，包括具有非常高的质量以穿过精密激光束的光学窗的防爆封闭体可能相当难以设计并且制造成本高。

必须在将电气仪器或电子仪器置于危险环境中的任何时候都考虑防止或减轻潜在的爆炸。减轻潜在爆炸相关危害的典型方法能够包括防火/防爆外壳，这些外壳通常由压铸、沉重并且昂贵的铝箱制成，这些铝箱被设计成在结构上足够坚固并防止爆炸的传播，并且通常抵抗爆炸事件产生的内部压力下的断裂或变形。其它方法包括惰性气体吹扫(inertgaspurge)和正压差动系统(能够包括被设计成保持防止围绕任何通电组件的潜在爆炸性环境的产生的静压力、泄漏补偿和/或连续稀释系统)、油、粉末填充、通电组件封装等。

经常需要的对典型的光学分析仪的危险位置认证为加拿大标准协会(csa)第1分部认证，这是真正防爆的，或法国标准协会：atex(appareilsdestinésàêtreutilisésenatmosphèresexplosibles，94/9/ec指令的法国篇)0区或1区认证。通常，所有这些防爆或防火设计都需要由一个或多个监管机构进行测试和认证。这些认证和测试通常需要重复多次以符合各种国际危险位置认证，包括但不限于csa(美国和加拿大)，atex(欧洲)，iecex(澳大利亚和其它地区)，gost(前苏联的俄罗斯和其它国家)，巴西的inmetro等。

技术实现要素：

在本主题的一个方面，操作激光光谱仪以分析含有至少一种可燃气体的混合物中存在的一种或多种分析物。操作包括向多个组件提供电力并且将来自激光器的光功率提供至混合物的体积。多个组件中的至少一个组件的危险区域部分位于光谱仪的可能含有混合物并且不包括至少一个爆炸减轻结构的危险区域中。该方法进一步包括将危险区域部分的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数限制为小于安全阈值，以防止发生足以点燃可燃气体混合物的点火能量。光功率、电气、电子和/或热点火引发参数包括从激光器传递到混合物的体积的一种或多种光功率、暴露于来自还未光学受限的激光器的辐射的颗粒量、提供到危险区域部分的电流，提供到危险区域部分的电压、危险区域部分的温度以及危险区域部分的储存能量。该方法还进一步包括限制多个组件中的至少一个组件的非危险区域部分的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数。非危险区域部分位于光谱仪的非危险区域中，其不能包含混合物或者包括至少一个爆炸减轻结构。

在一些变体中，能够以任何可行的组合可选地包括一个或多个以下特征。例如，限制能够包括监控危险区域中或者被施加到危险区域中的光功率、电流、电压、温度和存储的能量中的至少一个。多个组件能够包括激光器、光电检测器、温度控制装置、温度传感器、温度热敏电阻器、压力换能器、光功率降低装置和流量传感器。

限制能够包括将提供到多个组件中的至少一个组件的电压限制为小于能够引起点火能量的最小电压。在该示例中，一种方法能够进一步包括检测提供到多个组件中的至少一个组件的电压大于或等于最小电压，以及通过触发晶体管和/或电子电路和/或机电电路来增加有效电阻而降低电压。限制能够进一步包括使用钳位齐纳二极管、熔丝、包括运算放大器的有功功率限制电路、和分压器中的至少一个。限制能够进一步包括使用熔丝，并且其中熔丝包括热熔丝，所述热熔丝能够操作以防止危险区域中的过温状况。

限制能够包括将提供到多个组件中的至少一个组件的电流限制为小于能够引起足以点燃可燃气体混合物的点火能量的最小电流。对电流的限制能够包括使用电流监控电路、有功功率限制电路和电流感测电阻器中的至少一个来监控电流。

限制能够包括将多个组件中的至少一个组件的表面温度限制为小于能够引起足以点燃可燃气体混合物的点火能量的最低温度。

一种方法能够进一步包括检测电流、电压和温度中的至少一个大于或等于阈值；以及将电流、电压和温度中的检测到的至少一个降低至小于阈值的量。

限制能够包括减少或切断施加到多个组件中的至少一个组件的电压或电流。可替选地或者另外，限制能够包括使用耦合电容器和齐纳二极管使施加到多个组件中的至少一个组件的电流或电压平滑，以防止功率尖峰。限制气体混合物中的光功率能够包括使来自激光器的辐射穿过将光功率降低到小于安全阈值的吸收性和/或反射性滤光器。

一种方法能够进一步包括经由光纤电缆向危险区域部分光学地提供能量。光纤耦合的高效率激光二极管能够可选地提供和限制施加到多个组件中的至少一个组件的电压或电流，并且由光纤电缆传递的光能够被转换成提供到多个组件的电功率。

一种方法也能够可选地包括使用太阳能电池向多个组件提供电功率。

在相互关联的方面，一种激光光谱仪包括：封闭的危险区域，其被构造成容纳潜在的可燃气体混合物以允许分析可燃气体混合物中存在的一种或多种分析物；多个组件，所述多个组件中的至少一个组件的危险部分位于封闭区域中；以及电气和/或计算硬件，所述电气和/或计算硬件被构造成执行操作。所述操作包括一个或多个上述特征。

在可选变体中，多个组件能够包括激光器、光电检测器、温度控制装置、温度传感器、温度热敏电阻器、压力换能器和流量传感器中的一个或多个。激光光谱仪能够进一步包括激光器和滤光器，并且限制能够包括通过使由激光器发射的光学辐射在遇到可能含有颗粒的气体之前穿过滤光器来限制光功率。滤光器能够操作以将光辐射的光功率限制为低于足以防止出现暴露于可燃气体混合物的点火源的安全阈值。

在又另一可选变体中，一种计算机程序产品包括存储指令的机器可读介质，所述指令在由至少一个可编程处理器执行时使得该至少一个可编程处理器执行操作。操作包括操作激光光谱仪以分析存在于含有至少一种可燃气体的混合物中的一种或多种分析物。操作包括向多个组件供电，以及将来自激光器的光功率提供到混合物的体积。多个组件中的至少一个组件的危险区域部分存在于光谱仪的可能含有混合物并且不包括至少一个爆炸减轻结构的危险区域中。操作进一步包括监控危险区域中或被施加到所述危险区域中的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数的状态。所述光功率、电气、电子和/或热点火引发参数包括从激光器传递到混合物的体积的光功率、暴露于来自还未被限制光功率的激光器的辐射的颗粒量、提供到危险区域部分的电流、提供到危险区域部分的电压、危险区域部分的温度和危险区域部分的储存能量中的一种或多种。这些操作进一步包括将激光光谱仪的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数限制为小于安全阈值，以防止发生足以点燃可燃气体混合物的点火能量。

描述了符合这种方法的系统和方法以及包括有形实施的机器可读介质的物品，该物品能够操作以使一个或多个机器(例如，计算机等)导致本文所述的操作。类似地，还描述了一种计算机系统，其可包括处理器和耦合至处理器的存储器。存储器可包括一个或多个程序，该一个或多个程序使得处理器执行本文所述的一个或多个操作。

在附图和下文说明中提出了本文所描述的主题的一个或多个变体的细节。本文所述的主题的其它特征和优点将从说明和附图以及从权利要求中变得显而易见。

附图说明

并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本文公开的主题的特定方面，并且与说明一起有助于解释与所公开的实现相关联的一些原理。在图中：

图1示出了示出用于分析反应性或潜在爆炸性气体或气体混合物的样品的系统的硬件模块的示例示意图；

图2示出了示出受保护光电二极管前置放大模块以及用于使该模块本质安全的电路设计和组件的特征的示例的示意图，所述受保护光电二极管前置放大模块能够被包括在用于分析反应性或潜在爆炸性气体或气体混合物的样品的系统中；

图3示出了示出受保护激光器驱动模块以及用于使该模块本质安全的电路设计和组件的特征示例的图，所述受保护激光器驱动模块能够被包括在用于分析反应性或潜在爆炸性气体或气体混合物的样品的系统中；

图4示出了示出受保护热电冷却器控制器模块以及用于使该模块本质安全的电路设计和组件的特征示例的图，所述受保护热电冷却器控制器模块能够被包括在用于分析反应性或潜在爆炸性气体或气体混合物的样品的系统中；

图5示出了示出用于热敏电阻器温度传感器的受保护热敏电阻器调节模块以及用于使该模块本质安全的电路设计和组件的特征示例的图，所述受保护热敏电阻器调节模块能够被包括在用于分析反应性或潜在爆炸性气体或气体混合物的样品的系统中；

图6示出了示出受保护池(cell)加热器控制器模块以及能够用于使该模块本质安全的电路设计和组件的特征示例的图，所述受保护池加热器控制器模块能够被包括在用于分析反应性或潜在爆炸性气体或气体混合物的样品的系统中；

图7示出了示出受保护池温度热敏电阻器调节模块以及能够用于使该模块本质安全的电路设计和组件的特征示例的图，所述受保护池温度热敏电阻器调节模块能够被包括在用于分析反应性或潜在爆炸性气体或气体混合物的样品的系统中；

图8示出了示出受保护压力换能器模块以及能够用于使该模块本质安全的电路设计和组件的特征示例的图，所述受保护压力换能器模块能够被包括在用于分析反应性或潜在爆炸性气体或气体混合物的样品的系统中；

图9示出了示出受保护流量传感器模块以及能够用于使该模块本质安全的电路设计和组件的特征示例的图，所述受保护流量传感器模块能够被包括在用于分析反应性或潜在爆炸性气体或气体混合物的样品的系统中；

图10示出了示出用于限制光功率传递的光谱仪的特征示例的图；以及

图11示出了示出具有符合本主题的实施方式的一个或者更多特征的示例方法的多个方面的过程流程图。

在实践中，类似附图标记指示类似结构、特征或者元件。

具体实施方式

本文所述的主题涉及在附接到基于光谱分析的分析仪的样品池的模块的光学、电气和/或电子电路内提供安全电路和组件。可以使用基于光谱分析的分析仪(本文中也称为光谱仪、用于分析的激光光谱仪等)和其它类似装置来测量危险气体中的样品，如上所述，当暴露于火花或多余的能量时，所述危险气体可能产生显著的爆炸风险、失火危险或其它可燃性或燃烧相关的问题。因此，如特定的操作环境或商业/工业应用所要求的，可能要求这种分析器和其它类似的装置满足行业安全认证，例如csadivison1、atexzone0、atexzone1等认证。遵守这些认证可能有负担并且昂贵。此外，除了各种区域特定或行业特定的安全认证之外，非常期望一种本质安全的光谱仪，因此可能需要较少严格缓解措施以确保安全操作。目前可用的解决方案通常不提供满足一个或多个这些标准的方法。

为了采用目前可用的解决方案解决这些和潜在的其它问题，本主题的一种或多种实施方式提供多种方法，系统等，其能够提供本质上安全的构造和技术，以与基于光谱分析的分析仪内的电气和/或电子电路驱动模块一起使用。这些构造和技术能够使模块“本质安全”，并且因此使基于光谱分析的分析仪本身“本质安全”。光谱仪的本质安全设计能够通过消除由多家认证机构测试的需要，并且尤其是通过消除使用沉重、昂贵、大体积的封闭体以实现csadivison1和atexzone1认证而提供光谱仪的明显成本优点、改进安全性和更好的全球应用性。

实现div1/zone1或其它认证可能要求将电气组件与有害气体分开的所有屏障表面被确定尺寸为提供足够的路径长度，以使火焰前端冷却到任何易燃气体的燃烧点以下。危险位置认证的爆炸试验通常能够通过在包含电气或电子组件的隔间内撞击乙炔爆炸物来执行。本质安全的电子设计能够通过将组件的所有表面温度维持在燃烧级别以下和/或通过将电路的电压、存储能量和最大电流能力限制为低于点燃火花所需的最小能量的条件来防止这些设计复杂性和测试。这种设计能够显著提高光谱仪的安全性和适用性，例如提高可调谐二极管激光(tdl)光谱仪的安全性和适用性，并且能够降低相当大的认证成本以及火焰路径冷却设计的增加成本和尺寸，并且还能够消除或降低对实现div1/zone1认证所需的沉重、笨重的封闭体的成本。

根据本主题的实施方式，基于光谱分析的分析仪能够包括能够提高分析仪对爆炸危险的抵抗力的一个或多个特征。在一些示例中，紧凑和封闭的构造能够包括系统的所有部分都被直接连接或彼此耦合，并且与外部的外部系统接口防爆。其它示例能够包括不需要包括本质安全设计技术的分离(即远程)构造。在这些示例中，分析仪能够被分成多个部分，例如，单独的电子隔间，以及用于光学模块的单独隔间。在这种构造中，期望所有隔间都是防爆的，并且期望不同隔间之间的连接都在导管或者其它受保护封闭体中布线。这种方法在许多情况下可能成本高昂，并且可能需要更高的努力以实现期望的安全认证。

其它示例能够包括并入本质安全特征的分离(即，远程)构造。如在第二构造中所描述的，这样的分析仪系统能够被分成多个部分。然而，能够有利地避免使用导管，因为所有的连接都能够是本质安全的，这能够降低成本，并且能够使与分析仪相关联的样品调节系统中的组件布局更加灵活。在这种“分离”构造中，光谱仪的组件能够包括位于光谱仪“危险区域”内的危险区域部分和位于“非危险区域”内的其它非危险区域部分。光谱仪的危险区域能够包括可燃混合物，并且通常不包括至少一个爆炸减轻结构(例如防爆封闭体，防止爆炸传播装置等)。非危险区域通常包括防爆容器或防止潜在可燃气体进入的其它特征。在非危险区域中，不需要限制光功率、电气、电子和/或热点火引发参数。

为了使光谱仪本质安全，能够有利地将危险区域部分的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数限制为低于安全阈值，以防止发生足以点燃可燃气体混合物的点火能量。光功率、电气、电子和/或热点火引发参数能够包括从激光器传递到混合物的体积的光功率、暴露于来自还未被限制光功率的激光器的辐射的颗粒量、提供到危险区域部分的电流、提供到危险区域部分的电压、危险区域部分的温度以及危险区域部分的存储能量中的一个或多个(或可选地全部)。

图1示出了示出用于分析反应性或潜在爆炸性气体或气体混合物的样品的系统100的硬件模块的示例示意图。系统100能够表示基于光谱分析的分析仪内的至少一些元件。能够包括激光器或其它辐射源、一个或多个透镜或反射器等的光学头部102能够暴露于危险区域104，在该危险区域104中包含有反应性或潜在爆炸性气体。物理屏障106能够通过防止来自危险区域104的气体渗入非危险区域108和/或作为即使来自危险区域的气体渗入非危险区域108也减轻爆炸危险的防爆外壳而封闭非危险区域108，将位于非危险或“安全”区域108中的其余组件与危险区域104密封开。以这种方式，能够防止非危险区域108中的火花、过量能量条件或其它潜在点火源在危险区域104中引起爆炸或其它燃烧事件。如在图2-图9中分别进一步详细示出的，光学头部102可以与一个或多个硬件模块接合并连接到该一个或多个硬件模块，硬件模块能够包括一个或多个本质安全(is)的光电二极管前置放大模块200、本质安全的激光二极管驱动电流模块300(即，激光二极管驱动器)、一个或多个本质安全的冷却功率模块400(例如，用于对一个或者更多热电冷却器等供电，以控制半导体激光器、光电检测器等的温度)、本质安全的温度监控模块500(例如，用于控制热敏电阻器温度传感器等，以监测半导体激光器、光电检测器等的温度)、本质安全的加热器控制器模块600、本质安全的温度热敏电阻器调节器模块700、本质安全的压力换能器模块800以及本质安全的流量传感器模块900。

应理解，能够基于是否存在用于防止爆炸的其它安全措施的存在或不存在而在光谱仪系统中包括或者从其中省去图1中所示的以及下文更详细地讨论的模块200、300、400、500、600、700、800、900中的一个或多个。例如，本主题的一些实施方式可以省去本质安全的池加热器控制器模块600，并且作为代替，封装用于向导管或其它防爆容器内的光学池加热器单元供应电流的所有电引线。对于需要大量加热(和相关联的加热器电流)的相对大的电池，可能期望这种方法，以将t保持在目标温度。维持光谱仪的这部分的本质安全电路的能源使用开销可能足够大，以使物理爆炸减轻结构在经济上是可行的。另一方面，在其中光电池具有相对小的体积(因此具有相对低的加热负荷)的实施方式中，或者可替选地，在导管和其它防爆装置是不期望的或者是在经济上不可取的实施方式中，可能期望使用图6中所示的本质安全的池加热器控制器模块600或能够与之相比的替换物。对关于图1-图9所述的所有模块200、300、400、500、600、700、800、900都存在类似考虑。在出于任何原因都不期望避免其它防爆或防止爆炸的措施的程度上，这些模块中的每一个都能够在光谱仪中被实施或不被实施。

特别地，同样地仅为了例证而示出如图1中所示，并且特别是其中包括各种模块200-900的系统100的特定布置。类似地，仅为了例证而示出图2-图9中所示的特定电路和/或组件布置。因此，所示布置不应被视为限制本主题的范围，而仅是作为对可能实施方式的解释的进一步例示。本领域普通技术人员应理解，能够在本发明的权利要求的范围内以任何适当的方式改变图中所示或者本文中所述的实施例。此外，本领域普通技术人员应理解，能够调整与模块200-900中的组件相关联的组件值(例如，电压，电流等)，从而能够在本发明的权利要求的范围内以任何适当的方式定义灵敏度、阈值、电流和电压变化功能，例如电流和电压限制、降低、截止和平滑化等。

硬件模块200-900能够由微控制器112控制，并且能够经由电子器件接口110与微控制器112和其它电子组件接合。这些硬件模块能够接合到光学头部102上的光学组件，并且可以提供一种或多种功能，例如提供光电二极管前置放大，驱动电流到激光二极管，控制到热电冷却器(tec)的功率，控制热敏电阻器温度传感器等。硬件模块200-900还能够限制其中存在危险气氛的区域(例如，在危险区域104上)中可用的能量，使得不可获得可用的点火源(例如火花，热表面等)。

限制危险区域104中的能量能够包括通过限制电流和/或电压以及能够从非危险区域108内的能够与光学头部102接口的组件和电路暴露于危险区域104的温度来限制功率。光电二极管前置放大模块200、激光二极管驱动电流模块300(即激光二极管驱动器)、一个或多个冷却功率模块400、一个或多个温度监控模块500、加热器控制器模块600、温度热敏电阻器调节器模块700、压力换能器模块800和流量传感器模块900中的每个都能够包括能够执行本文所述的功率、电压、电流和/温度限制功能的全部或者一些功能的电路和电子组件。钳位齐纳二极管、有功电路监控、限制或切断特定电压以及其它可能的结构或方法能够被用于限制光学头部102处的功率和电压。策略电阻器布置、熔丝、有功电路监控、限制或切断电流或电流感测电阻器以及其它可能的结构或方法能够被用于限制光学头部102处功率和电流。这些方法以及有线热熔丝或其它可能的结构或方法的使用能够控制并且限制光学头部102处的热。限制光学头部102处的功率、电压、电流和组件表面温度能够提高安全性并且降低燃烧或爆炸的风险，使得系统100连同其硬件模块和组件能够符合“本质安全”。

为了符合本质安全，根据本主题的实施方式，在基于光谱分析的分析仪中，从非危险或安全区域108到达危险区域104的电连接有利地被能量限制。在iec60079-11标准、iec60079-25标准和其它iec60079-xx标准的最新版本中包括限制和其它标准的非限制性示例，以符合国际标准。

图2示出了示出根据本主题的实施方式的根据图1中所示的系统100的受保护光电二极管前置放大模块200以及能够用于使这种模块本质安全的电路设计和组件的示例特征的示意图。光电二极管202能够位于危险区域104中，并且光电二极管保护电路204能够位于被物理屏障106分开的非危险区域108中。光电二极管保护电路204能够限制或减少(或在本主题的一些实施方式中为监控和限制或减少)能够馈送到光电二极管202的输出电路支路290处的电流。将低和受控电流从输出电路支路290提供到光电二极管202而不会引起尖峰风险使得光电二极管202能够符合本质安全。能够在光电二极管保护电路204内策略地连接各种电阻器211、212、213、214和电容器220，以提供一种或多种与安全有关的功能。

光电二极管保护电路204能够被构造成使得光电二极管保护电路204内的电流能够被视为本质安全的，并且使得光电二极管保护电路204能够以下列方式对在输出电路支路290处进入光电二极管202中的电流执行监控、限制和减少中的一个或多个。例如，输出电路支路290处的电流具有与第一电路支路291处的电流相同的值。能够使用电流监控电路240监控跨第一电阻器211的第一电路支路291处的电流量。电流监控电路240能够包括运算放大器反馈功能。调节第一电阻器211的电阻能够调节并确定电流监控电路240的灵敏度。随着第一电路支路291处的被监控电流升高，跨第二电阻器212和第三电阻器213的第二电路支路292处的反馈电流也升高。如果第二电路支路292处的反馈电流升高超过晶体管230确定的阈值，则晶体管230能够限制、减少或完全截止第二电路支路292处的反馈电流，使得第三电路支路293处的电流量能够保持在阈值安全值之下。如本文所述，可以不同地定义阈值。例如，阈值可以是能够产生足以点燃危险区域104中的潜在可燃气体混合物的点火能量的最小电流。此外，电容器220能够是能允许ac电流穿过同时阻断直流电流(dc)的交流电流(ac)耦合电容器，并且能够在第三电流支路293处的电流变为被馈送到光电二极管202的输出电路支路290处的电流之前使之平滑。

图3示出了根据本主题的实施方式的根据图1中所示的系统100的激光二极管驱动电流模块300以及能够用于使这种模块本质安全的电路设计和组件的示例特征的示意图。激光二极管302能够位于危险区域104中，并且激光二极管保护电路304能够位于非危险区域108中。激光二极管保护电路304能够限制或降低(或在本主题的一些实施方式中是监控和限制或降低)能够被馈送到激光二极管302中的输出电路支路390处的电流和电压。在不存在尖峰的风险的情况下在输出电路支路390处向激光二极管302提供低且受控的电流和电压能够使激光二极管302符合本质安全。能够在激光二极管保护电路304内策略地连接能够包括有功功率限制电路340、齐纳二极管314和第一电阻器311以及其它可能的结构或方法。

激光二极管保护电路304能够被构造成使得激光二极管保护电路304内的电流和电压保持在本质安全的水平，并且使得激光二极管保护电路304能够采用以下措施中的一个或多个或类似或等效的方法执行对在输入电路支路390处进入激光二极管302(其位于危险区域104上)中的电流和/或电压的监控、限制和减小中的一个或多个。在超过进入熔丝332中的阈值电流的情况下，熔丝332能够切断进入有功功率限制电路340中的电流。另外，齐纳二极管314能够在其被提供到激光二极管302之前限制输出电路支路390处的电压。由于齐纳二极管通常具有最大电压和电流额定值，所以诸如使用有功功率限制电路340的可选附加电压和电流限制措施可能有利。

有功功率限制电路340能够包括电流和电压限制电路。有功功率限制电路340能够包括一个或一系列差分运算放大器342，每个差分运算放大器342都连接到第二电阻器312，并且又连接到第二晶体管344。图3示出了三个差分运算放大器342，但是应当理解，其它数目的差分运算放大器也在本主题的范围内。有功功率限制电路340中的差分运算放大器342能够以与电流监控电路240中的差分运算放大器类似的方式执行。激光二极管保护电路304能够采用有功功率限制电路340监控和控制有功功率限制电路304内的电压和电流以及被施加到激光二极管302的电压和电流。根据基本电路分析，输出电路支路390处的电流与第一支路391处的电流相同。因此，能够测量第一支路391处的电流以监控进入激光二极管302中的电流。

第一电阻器311能够包括至少一个电流感测电阻器，该电流感测电阻器能够用于测量第一电路支路391处的电流。然后，基本计算能够得出第一支路391处的电压。来自第一支路391的这个电压能够作为输入到有功功率限制电路340的差分运算放大器342中的输入。差分运算放大器342能够将来自第一支路391的电压与其接收的第二输入电压比较。当来自第一支路391的电压变得太高时，运算放大器342能够通过第二电阻器312向第二分支392提供非常小的电流或不提供电流，这继而能够引起第二晶体管344提高其电阻特性。跨第二晶体管344的电阻能够降低第三支路393处的电压。因此，随着第一支路391处的电压升高超过阈值，有功功率限制电路340能够引起第三支路393处的电压降低。阈值可以是例如能够产生足以点燃危险区域104中的潜在可燃气体混合物的点火能量的最小电压。然后能够将第三支路393处的电压施加至第一晶体管316，并且当在第三支路393处的电压达到或超过阈值时，第一晶体管316在电流被馈送到激光二极管302之前控制、限制、减小或切断输出支路390处的电流。此时，齐纳二极管314也能够限制输出支路390处的电压。

图4示出了根据本主题的实施方式的根据图1中所示的系统100的冷却功率模块400以及能够用于使这种模块本质安全的电路设计和组件的示例特征的示意图。如上所述，能够在光谱仪中采用与冷却功率模块400类似的用于激光器冷却和光电检测器冷却中的一个或两者的模块。热熔丝416能够位于危险区域104中，并且冷却功率模块保护电路404能够位于非危险区域108中。热熔丝416能够为机械地紧密耦合到热电冷却器控制器418的单独串联有线组件418，并且能够被用于防止危险区域104中的过温状况。有功功率限制电路440和齐纳二极管314能够为被策略性地连接在冷却功率模块保护电路404内的安全关键措施。有功功率限制电路440能够以与对有功功率限制电路340所述的方式类似的方式可选地测量电压或电流。冷却功率模块保护电路404能够可选地以类似于对图3中所示的激光二极管保护电路304所述的方式类似的方式，使用有功功率限制电路440和齐纳二极管314来执行监控、限制和降低电流和/或电压中的一个或多个，使得冷却功率模块保护电路404和热电冷却器控制器418能够符合本质安全。热熔丝416能够提供用于监测危险区域106中的温度的附加措施，并且能够提供能够触发热熔丝416熔断的阈值温度。阈值可以是例如能够引起足以点燃危险区域104中的潜在可燃气体混合物的点火能量的最低温度。

图5示出了根据本主题的实施方式的根据图1中所示的系统100的受保护热敏电阻器调节模块500以及能够用于使这种模块本质安全的电路设计和组件的示例特征的示意图。如上所述，能够在光谱仪中采用类似于受保护热敏电阻器调节模块500的模块，以用于激光器和光电检测器中的一个或两者的温度控制。热敏电阻器调节模块保护电路504能够使用第一电阻器511和第二电阻器512限制或减小(或者在本主题的一些实施方式中，监视和限制或减小)电压和/或电流，该第一电阻器511和第二电阻器512能够作为分压器连接在温度监控模块保护电路504中。第一电阻器511和第二电阻器512的电阻的比能够控制和调节电压，因此也在电流被馈送到热敏电阻器516之前控制和调节输出支路590上的电流。彼此成比例地改变第一电阻器511和第二电阻器512中的一个或另一个的值能够改变输出电路支路590中的电压和电流，使得温度监控模块保护电路504和热敏电阻器516能够符合本质安全。

图6示出了根据本主题的实施方式的根据图1中所示的系统100的受保护池加热器控制器模块600以及能够用于使这种模块本质安全的电路设计和组件的示例特征的示意图。池加热器控制器模块600能够为有意通过限制到达这些组件的功率来保持被连接至热熔丝耦合池加热器617的池加热器控制器616本质安全的本质安全电路设计。池加热器保护电路604的电路设计能够类似于图4中所示的冷却功率模块保护电路404。例如，池加热器保护电路604能够包括有功功率限制电路440和齐纳二极管314。

作为示例，将非危险区域108与危险区域104分开的物理屏障606能够沿熔丝332和电阻器312限定，或者能够可以包围熔断器332和电阻器312。池加热器控制器616、齐纳二极管314、热熔丝耦合池加热器617以及并且来自有功功率限制电路440的晶体管344能够位于危险区域104中。池加热器控制器保护电路604的其余部分能够位于非危险区域108中。

有功功率限制电路440能够限制或降低(或者在本主题的一些实施方式中是监控和限制或降低)第三电路支路693处的电流和/或电压。齐纳二极管314能够通过将电压限制为不超过由齐纳二极管314限定的阈值电压来进一步限制第三电路支路693处的电压。在不存在尖峰的风险的情况下在第三电路支路693处并且继而在输出电路支路690处提供被馈送到池加热器控制器616中的低和受控的电流和电压能够使池加热器控制器616符合本质安全。

图7示出了根据本主题的实施方式的根据图1中所示的系统100的受保护热敏电阻器调节模块700的可替选屏障实施方式以及能够用于使这种模块本质安全的电路设计和组件的示例特征的示意图。受保护的热敏电阻调节模块700能够包括类似于图5中所示的那些的热敏电阻器调节模块保护电路504，该热敏电阻器调节模块保护电路504能够为旨在通过限制提供到热敏电阻器516的功率来保持热敏电阻器516本质安全的本质安全电路设计。将非危险区域108与危险区域104分开的物理屏障606能够沿着第一电阻器511和第二电阻器512限定，或者能够包围两者。

图8示出了根据本主题的实施方式的根据图1中所示的系统100的受保护压力换能器模块800以及能够用于使这种模块本质安全的电路设计和组件的示例特征的示意图。压力换能器保护电路804能够使用连接至压力换能器816的第一电阻器812和第二电阻器814来限制或减少(或在本主题的一些实施方式中是监控和限制或减小)电压和/或电流。第一电阻器812和第二电阻器814的值能够被改变，使得分别跨两者的电压降能够导致提供本质安全的压力换能器816。非危险区域108和危险区域104之间的物理屏障606能够被沿第一和第二电阻器812和814限定，或包围该第一和第二电阻器812和814。第一电阻器812能够在输出电路支路890处引起电压降，使得受控的降低电压被馈送到压力换能器816中，并且因此能够使压力换能器816被认为是本质安全的。跨电阻器814的额外电压降能够允许较低电压进入模数转换器。

图9示出了根据本主题的实施方式的根据图1中所示的系统100的受保护流量传感器模块900以及能够用于使这种模块本质安全的电路设计和组件的示例特征的示意图。流量传感器保护电路904能够用于使流量传感器916本质上安全。流量传感器保护电路904能够以与对图8的压力换能器保护电路804所述的方式类似的方式限制或降低(或在本主题的一些实施方式中是监控和限制或降低)电压和/或电流。在该示例中，流量传感器而不是压力换能器816被保护。

图10示出了示出根据图1中所示的系统100的受保护流量传感器模块900的示例特征的示意图。

能够使用本主题的各种其它实施方式以便限制提供到激光光谱仪的组件的功率。本领域普通技术人员应理解，例如，可以采用比例法(ratiometricapproach)，包括使用比例电路(例如，用于温度热敏电阻器和/或压力换能器)，其中电源电压将与输出电压成正比。此外，能够使用光纤连接以将组件从危险区域连接到非危险区域。例如，使用光纤连接激光器和光电二极管。

光纤也能够被用于传递操作激光器、tec、光电二极管和各种其它电子电路所需的能量。这能够消除对具有火花点火潜力的电连接器的需要。这也能够促进样品池的远程定位，例如直接处于管线或罐上，而主控制器和其它数据处理电子设备能够位于通用区域或只需较低认证，例如div2/zone2认证区域中。也能够使用光纤耦合高效激光二极管。这些装置能够包括通常可用的980nmedfa泵浦激光器，其能够通过适当的光纤将980nm的光传递到可调谐二极管激光器样品池。在样品池中，能够使用与太阳能电池类似地操作的光电检测器将光纤电缆传递的光转换成电。驱动激光器能够位于主控制器单元中或者是单独的附件。能够经由光纤连接器而不是导电连接器实现连接。能够对多个980nm或其它激光器进行光纤组合，以提高所传递的总功率。如果光缆断裂或损坏，则能够自动地切断对激光光谱仪的供电，以便符合安全要求。

在根据本主题的实施方式的另一种方法中，通过光纤连接传输的数字信号能够被用于光学头部102和微控制器112之间的通信。这种方法能够消除现代光谱仪中通常所需的电布线，以及相关联的火花点火危险的风险，用于将电线封闭在导管中的要求，对符合电磁兼容性(emc)要求的电路的需求，以及关于电路抵抗电磁辐射的鲁棒性的潜在关注中的至少一些。在本主题的其它实施方式中，使用无线电通信(例如，经由蓝牙、wifi以及可能的将来无线协议)进行数据传输也能够消除或减少与光谱仪电路相关联的至少一些爆炸危险。

此外，具有激光器、tec、光电检测器和电子电路的本质安全样品池能够直接通过附接到样品池或紧密地安装在其上的小型太阳能电池板操作。高效率的柔性太阳能电池是可用的，并且能够定制，以在这种光谱仪实施方式中工作。在本主题的一些实施方式中，能够包括一个或多个太阳能电池以及备用电池，以允许即使太阳能电力暂时不足，光谱仪仍连续操作。

在本主题的一些实施方式中，对于激光光谱学的本质安全的防爆方法能够包括防止激光束实现足够的功率传递从而能够点燃爆炸的措施。通常需要考虑三种潜在的点火机制。首先，光辐射(例如来自半导体激光器或其它激光光源)能够被潜在的爆炸性气体混合物吸收，并且由于局部温度升高或由于光化学过程引起混合物的点燃。第二，由固体表面或颗粒对激光辐射的吸收能够导致在近红外和/或可见光谱范围内通过连续波辐射点燃潜在的爆炸性气体混合物。第三，脉冲聚焦的激光辐射能够在一些条件下引起等离子体的形成或在吸收体表面引起反应，由此引起点火。

图10示出了示例光谱仪构造1000的示意图，其中池1010可包含潜在的爆炸性气体混合物并且也可包含颗粒。光谱仪1000也包括光学头部102，其能够包括激光器1030和检测器1040。来自激光器1030的激光辐射1050能够从光学头部102传递到池1010(例如通过窗口，未示出)，并且能够可选地在到达检测器1040(其不必需要位于光学头部102中或与激光器1030相同的光学头部102中，虽然图10中示出这种方式)之前在池1010(例如，在一个或多个反射器或反射镜1060)上反射一次或多次。

在当前可用于潜在爆炸性气体混合物可能存在于其中或者附近的激光光谱仪的解决方案中，光学头部102通常被实施为能够容纳爆炸的防爆外壳。这种封闭体通常笨重、沉重而且昂贵。作为替选，根据本主题的实施方式，用于光学头部102的封闭体能够被密闭地密封，以防止爆炸性气氛在光学头部内的积聚。这种方法的设计意图与上文对述防爆外壳所述的那些类似。另一种方法是排除任何潜在的爆炸性气体混合物在分光计池内部或穿过激光器1040与池1010之间与激光束1050相交。

本主题的一个或多个实施方式能够包括在能够容纳潜在的爆炸性气体混合物的光谱仪池1010中避免存在潜在的点火机制，并且因此能够在不需要用于光学头部102的防爆封闭体的情况下允许构建和使用这种光谱仪1000。通常，将光功率限制为小于安全阈值(例如约35mw或约5mw·mm^-2)和/或确保激光辐射的路径1050中不存在颗粒能够确保不可能存在由于激光辐射引起的点火。颗粒(particle)可能是潜在的问题点火源，因为当颗粒与激光束相互作用(例如吸收辐射)时，它们的小质量可能导致高度升高的表面温度。

尽管能够设计一种光谱仪1000，其中激光源(例如半导体激光器等)的光功率输出在正常工作条件下不超过安全阈值(例如大约35mw)，但是因为来自半导体激光器的激光功率输出能够取决于激光器驱动电流和激光器温度(增大驱动电流和/或降低操作温度通常导致激光功率输出增大)两者，所以存在下列可能情况，其中一个或多个控制电路中或者甚至是光谱仪的微处理器112中的故障或者其它功能失常(或者可替选地，用户错误或者故意误用)可能导致传递明显过量的激光器驱动电流和/或使激光器1040的操作温度比预期的低很多。这些因素中的任一个(或两者结合)以及本说明未排除的其它潜在因素都有可能导致显著增大的激光功率输出，可能超过安全阈值。

根据本主题的实施方式，能够在被认为是无颗粒的环境中制造光学头部102。排除光学头部102周围(例如，符合ip66/nema4x等级)的颗粒能够防止颗粒在光谱仪1000的“现场”使用期间进入光学头部102中。与防爆外壳相比，这种封闭体构造能够容易/成本低地多，并且体积更小和/或更廉价。

在其中排除颗粒的光学头部102内，光功率能够安全地超过安全阈值(例如，如图10中由激光器1040附近的较粗线所示)，因为在其内部不存在能够通过吸收光功率引起爆炸的颗粒。如果光学头部102或其封闭体的内部体积包括必须在现场可使用的干燥剂1070，则干燥剂1070能够被可选地布置在光学头部102内的其自己的隔间内，并且该隔间能够被可渗透水蒸气但不渗透颗粒的膜(例如，使得干燥剂能够有效地将封闭体内的潮气水平保持为低水平)与包括激光器的主隔间隔开。以这种方式，当干燥剂1070被更换或维护时，膜能够防止颗粒进入光学头部102的其中激光束路径1050通过的部分。在本主题的其它实施方式中，能够使用不易碎的干燥剂或者不产生空气传播颗粒的干燥剂，由此避免对用于干燥剂的单独隔间的需要。

根据本主题的实施方式，其中包含气体混合物的池1010或气流穿过的池1010不需要是爆炸安全性中的关键组件。这里讨论的一个或多个光学头部特征的结合能够保证池中的光功率在任何情况下都不超过安全阈值(例如，上述35mw)，由此允许不需要包括任何特定爆炸保护机构的池设计。因此，池1010能够更轻，并且整个设计能够完全集中在测量性能上(例如，确保外来因素不干扰正在使用光谱仪分析的气体混合物或气流中的一种或多种分析物的精确测量和定量)。例如，由于包含本文所讨论的各种特征的光谱仪1000在气体管道或发送通道(例如，将气体输送至池1010以及从其中除去气体的通道)中不需要阻火器或其它类似装置以防止池1010内的爆炸传播，所以能够降低成本，并且提高测量性能。例如，阻火器可以经由吸收或吸附机构保留一种或多种分析物，由此降低分析仪对正在分析的气流的组分变化的响应性。消除对光谱仪的这些特征的需要是有益的。

为了实现将向光谱仪1000的池1010传递的光功率限制为低于安全阈值(例如，小于约35mw的光功率)，能够在光学头部102中实现一个或多个附加特征。在一些实施方式中，激光器的电功率能够被限制为低于规定量的电流。施加这种限制的一种方法能够为诸如上文参考图3所述的本质安全的受保护激光器驱动电路。钳制被提供到激光器的电压并因此限制电流的其它方法也能够满足该要求，而不必提供本质安全的电路。

如果激光功率接近安全阈值，则能够实施对来自激光器的光功率的主动监控以动态地降低电功率。作为替选，能够采用一个或多个滤光器1080，诸如中性密度(nd)滤波器、可调波长滤波器(例如，光纤布拉格光栅、干涉滤波器、可调mems传输滤波器等)等，以将被传递到池的光功率降低到小于阈值。这种滤光器1080能够有利地确定尺寸，使得在常规操作条件和“最坏情况”条件两种条件下，滤光器1080都有效地将光功率降低到小于安全阈值，最坏条件的示例可能是失控的激光器驱动电路、用户错误或故意误用、激光器的过冷却等。如图10中所示的并且如上所述的，如果光学头部102无颗粒——过量激光功率(例如高于安全阈值)在没有能够吸收激光能量的表面或者一些其它介质(诸如颗粒)的情况下不能点燃气体混合物，则该示例中的滤光器1080能够距离激光器1030一定距离。

在一些实施方式中，对于激光器1030实施额外的热切断可能有利。由于激光器在低温(低于常规操作温度设定点)下变得更有效，所以如果其温度太低，则能够超过规定的光功率极限。同样地，这些限制能够通过对激光器主动进行光功率监控来实施，当光功率接近安全阈值时，这种监控能够降低提供到激光器的电能。作为替选，激光器1030能够仅通过监控温度来切断或者降低提供到激光器的电功率。实现这种特征的各种方法都在本公开的范围内，包括但不限于使用与激光器串联的具有负温度系数的电子装置、使用与激光器并联的具有正温度系数的电子装置、使用感测温度并且当温度太低时切断激光器/降低其功率的主动温度监控等。

对于具有与激光器串联的负温度系数的电子装置的示例，电阻以及因此跨这种装置的电压降随温度降低而增大。通过适当地定这种装置的尺寸以及钳制这种电路的电压的事实，当温度过低时，跨激光器的电压将下降到阈值电压以下，由此降低光功率。在一个示例极端情况下，该装置能够为热开关(例如双金属开关)，当温度过低时，热开关断开其触点。

对于使用与激光器并联的具有正温度系数的电子装置(在一个示例中，开关类似双金属开关)，这种装置通常在温度下降时降低其电阻。这种电阻下降能够有效地对激光器分流，并且降低流经激光器的电流，降低光功率。

在一些实施方式中，通过增加与激光器串联的装置，能够实施用于感测温度并在温度太低时关闭激光器和/或降低其功率的主动温度监控。能够控制这种装置以增大其电阻和/或打开触点(例如模拟开关或可调电阻器)，或者通过增加与激光器并联的被控制成降低其电阻/闭合触点(例如模拟开关或可调电阻)的装置以降低通过激光器的电流。

取决于装置的保护水平，能够组合两个或者更多上述(或者其它)机构，以通过单或者多均质或异质冗余实现保护。

为了使得能够有效地光谱检测，同时还为激光光谱仪提供本质安全性，可能需要一个或多个设计权衡。例如，可能必须使用上述方法中的一种或多种方法将从激光器1030向池1010中的气体混合物提供的光功率限制在安全阈值(例如35mw)之下，同时确保能够提供足够的激光功率以确保在光谱仪的检测器处接收的信号支持任何期望的光谱分析。设计参数能够包括对最大光功率的最坏情况(例如在故障或误用条件下)的考虑(和减轻)，在最坏情况下，发生光谱仪系统与其相关的最低环境温度(例如使用光谱仪的环境温度)，并且还发生tec控制/驱动器故障，使得tec基于is电路的限制(例如，类似于上文参考图4和/或图5所述的)，以最大功率冷却。这种情况能够导致激光器达到其最高效率的非常低的温度。“最坏情况”情景的进一步特征将是基于is电路的限制的最大激光器驱动电流(例如类似于上文参考图3所述的)。通常，最差情况激光器功率的绝对极限能够基于能够提供到激光器的电功率和激光器的量子效率。在光谱仪中使用的典型激光器的真实值可能低于最大理论功率，但是定义理论上限是在所有可能条件下确保安全性的一种良好实践。

激光功率限制特征也需要考虑在检测器处的最小光功率(例如在操作条件下)的最坏情况，以确保在所有条件范围内的可用性。这种最坏情况由在其典型温度设定点(例如，约35℃至50℃)下操作的激光器、所关心的光谱方法所需的激光器驱动器(例如，中间点)、被影响反射的一定量的污垢或者其它膜模糊的任何光学反射体以及在目标波长或者在所关注的波长扫描范围上具有非常强的吸收性的池中的气体混合物限定。通常，在由本质安全要求强加的约束条件下，激光器有利地扩展为允许在检测器处的可能最大范围上的可用光谱信号。

使用电路设计、光纤或太阳能电池等提供本质安全的设计能够在光谱仪的操作中提供优点。例如，它们能够允许对位于“安全”区域和“危险区域”之间的过渡区域中的光学组件约束较少。另外，它们能够消除或者放松光学测量组件为防爆物理屏障的一部分的要求。另外，也能够放松危险和安全区域之间的机械连接的限制。防爆屏障可选地不需要是精密加工零件。此外，封装光谱仪的金属外壳可以不必是防爆的。所有这些优点都能够提供直接成本和热管理优势。

此外，根据本主题的实施方式的基于光谱分析的分析仪的本质安全构造也能够为热管理提供益处。如果电路未以本质安全的方式实现，则引起燃烧风险的电子组件可以被封装在防爆箱中，由此表示用于热管理的单个域。可替选地，能够使用多个防爆箱封装个别组件。然而，这种实施方式的成本在大多数应用中可能都过高。通过实施本质安全设计，电路(主要是激光器)的高温敏感部分能够被放置在低成本外壳中，该外壳不需要防爆，因为电路本质安全。这种布置能够允许一种热管理实施方式，其能够将光学模块的高度敏感的热域从能够保留在防爆箱中的其余电子元件的较不敏感区域分开。

根据本文所述的本质安全设计能够允许不需要火焰或爆炸密封的不太严格的光学窗口安装。例如，考虑到不锈钢15.6ppm/k与光谱仪中使用的典型窗口材料之间的不同热膨胀系数，天然气和碳氢化合物应用的样品池通常可能需要不锈钢结构。对于熔融石英，差异为15ppm/k；对于bk7，差异至少为7ppm/k；对于zns(硫化锌)、znse(硒化锌)和蓝宝石，差异至少为8ppm/k。典型的红外可调谐二极管激光光谱仪在760nm至10,000nm波长范围内工作，其中使用bk7和/或熔融石英和/或蓝宝石和/或zns和/或znse窗口能够有利。

另外，根据本说明的本质安全设计能够允许对光学窗口所要求的限制鲁棒性较低，由此允许使用不同的材料设计更高质量的光学窗口，而不需要它们防爆。例如，样品池窗口和安装材料之间的不可忽略的不同热膨胀系数可能由于环境温度或样品气体温度变化引起的应力和应变而使窗口扭曲。这种光学窗口扭曲可能导致错误的浓度计算等。

图11示出了示出根据本主题的实施方式的方法特征的示例过程流程图1100。在1110，操作激光光谱仪以分析存在于含有至少一种可燃气体的混合物中的一种或多种分析物。操作包括向多个组件(例如上文参考图1-图9讨论的各种模块)提供电功率，并且将来自激光器的光功率提供到混合物的体积(例如，如上参考图10所讨论的)。位于光谱仪的危险区域中的多个组件中的至少一个组件的危险区域部分可能含有混合物，并且不包括至少一个爆炸减轻结构。

在1120，危险区域部分的光功率、电气、电子和/或热点火引发参数被限制为低于安全阈值，以防止发生足以点燃可燃气体混合物的点火能量。光功率、电气、电子和/或热点火引发参数包括从激光器传递到混合物的体积的光功率、暴露于来自还未被限制光功率的激光器的辐射的颗粒量、提供到危险区域部分的电流、提供到危险区域部分的电压、危险区域部分的温度和危险区域部分的储存能量中的一个或多个。

在1130，不对多个组件中的至少一个组件的非危险区域部分限制光功率、电气、电子和/或热点火引发参数。非危险区域部分位于不能包含混合物或者包括至少一个爆炸减轻结构的光谱仪的非危险区域中。

本文所描述的主题的一个或多个方面或特征能够以数字电子电路、集成电路、专门设计的专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合实现。这些各种方面或特征能够包括在可编程系统上可执行和/或可翻译的一个或多个计算机程序中实施，所述可编程系统包括能够为特殊用途或通用的至少一个可编程处理器，该可编程处理器被耦合至存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置，以从它们接收数据和指令，并且将数据和指令发送至这些装置。

这些也能够被称为程序、软件、软件应用、应用、组件或代码的计算机程序包括用于可编程处理器的机器指令，并且能够以高级程序语言、面向对象编程语言、功能编程语言、逻辑编程语言和/或装配/机器语言实施。本文中使用的术语“机器可读介质”涉及用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、设备和/或装置，诸如磁盘、光盘、存储器和可编程逻辑装置(pld)，包括接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”涉及用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。机器可读介质能够非瞬态地存储这些机器指令，诸如，例如非瞬态固态存储器或磁硬盘驱动器或任何等效的存储介质。机器可读介质能够可替选地或者另外以瞬态方式存储这些机器指令，诸如，例如与一个或多个物理处理器核相关联的处理器高速缓存或其它随机存取存储器。

在上述说明和权利要求中，可能出现诸如“至少一个…”或“一个或多个…”的短语，之后是元件或特征的连续列举。也可能在两个或者更多元件或者特征的列举中出现术语“和/或”。除非与在其中使用的上下文另外隐含地或明确地抵触，否则这种短语都旨在表示所列出的元件或特征中的任何一个或任何所列元件或特征与任何其它所列元件或特征的组合。例如，短语“a和b中的至少一个”、“a和b中的一个或多个”以及“a和/或b”每个都意指“单独a、单独b、或a与b一起”。类似解释也有意用于包括三个或者更多项目的列举。例如，短语“a、b和c中的至少一个”、“a、b和c中的一个或多个”以及“a、b和/或c”每个都旨在表示“单独a、单独b、单独c、a和b一起、a和c一起、b和c一起，或者a和b和c在一起”。在上文和权利要求中使用术语“基于…”旨在表示“至少部分地基于…”，所以也允许未列举的特征或元件。

取决于期望构造，本文所述的主题能够被具体化为系统、设备、方法和/或物品。在上述说明中提出的实施方式不代表根据本文所述主题的所有实施方式。相反，它们仅仅是根据与所述主题相关的方面的一些示例。虽然上文已经详细地描述了一些变体，但是可能存在其它变型或添加。特别地，除了本文中提出的那些之外，还能够提供进一步的特征和/或变体。例如，上述实施方式能够涉及所公开的特征的各种组合和子组合和/或上文公开的几个进一步特征的组合和子组合。另外，附图中示出和/或本文所述的逻辑流程不是必然要求所示的特殊顺序或者顺序序列以实现期望结果。其它实施方式也可在以下权利要求的范围内。