使用电压—电流时间微分的电化学感测的制作方法

使用电压—电流时间微分的电化学感测的制作方法
【专利摘要】一种用于信号处理的设备。该设备包括信号发生器、信号检测器和处理器。信号发生器产生原始波形。信号检测器检测受影响波形。处理器和信号检测器耦合。处理器接收来自信号检测器的受影响波形。处理器也将受影响波形的至少一部分与原始波形比较。处理器也确定受影响波形和原始波形之间的差异。处理器也确定对应于原始和受影响波形之间确定的差异的唯一部分的值。处理器也输出所确定的值。
【专利说明】使用电压一电流时间微分的电化学感测
[0001 ]关于联邦资助研究的说明
[0002]根据用于劳伦斯利弗莫尔国家实验室操作的劳伦斯利弗莫尔国家安全有限公司与美国能源部之间的合同N0.DE-AC52-07NA27344，美国政府对本发明具有权利。
[0003]相关申请的交叉引用
[0004]本申请要求2013年10月16日提交的美国专利申请N0.14/055，562的权益，该专利申请的公开内容通过引用整体结合于此。
【背景技术】
[0005]日益严格的排放法规要求汽车制造商开发用于尾气监测的全面的车载诊断(OBD)系统。尤其需要紧凑、价格低廉的传感器用于监测和控制受管制污染物，该污染物包括碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物(NOx)。基于半导体氧化物、半导体氧化物的异质接触(heterocontacts)、表面声波和电容，已经提出用于这些应用的传感器。其他传感器是基于固态电化学设备，其以电位式(开路)或安培式(DC偏置)之一的模式操作，该固态电化学设备典型地使用附着有两个或更多个金属或金属氧化物电极的固态陶瓷电解质。
[0006]通过使用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)作为固态电化学设备的电解质，在可展开传感器的开发方面已经取得显著进展。然而，仍然存在和稳定性、灵敏度、响应时间和交叉灵敏度相关的显著的缺点。这些缺点归咎于到目前为止市售的只有一种NOx传感器。在售的安培式NOx传感器由于高成本、复杂性和有限的性能，对广泛使用是不理想的。基准(benchmark)传感器是众所周知的目前在几乎所有汽车中使用的基于YSZ的氧传感器。虽然此传感器展示了这种技术的商业可行性，它需要解决的任务是较NOx应用中用来感测低浓度(ppm级)气体相比，复杂度降低。
[0007]用于固态电化学传感器的一些方法是用频域阻抗谱(impedancemetric)模式的操作。此方法依赖特殊的材料组分和微结构来将传感器的响应在更高的频率上最大化，因为更高的频率能允许更快的采样率和提高的信噪比。此方法也依赖作为监测气体浓度的指标的相位角度的测量。

【发明内容】

[0008]本发明实施例涉及用于信号处理的设备。该设备包括信号发生器、信号检测器和处理器。信号发生器产生原始波形。信号检测器检测受影响波形。处理器和信号检测器耦合。处理器接收来自信号检测器的受影响波形。处理器也将受影响波形的至少一部分与原始波形比较。处理器也确定受影响波形和原始波形之间的差异。处理器也确定对应于原始和受影响波形之间确定的差异的唯一部分的值。处理器还输出所确定的值。
[0009]本发明实施例涉及用于气流分析的系统。该系统包括信号发生器、电化学传感器、信号检测器和处理器。信号发生器产生原始波形。电化学传感器接收原始波形。电化学传感器设置于至少部分地在气流内。电化学传感器包括第一电极和第二电极。第二电极与第一电极相对地设置。信号检测器检测来自电化学传感器的受影响的波形。处理器和信号检测器耦合。处理器接收来自信号检测器的受影响波形。处理器也将受影响波形的至少一部分与原始波形比较。处理器也确定受影响波形和原始波形之间的差异。处理器也基于原始和受影响波形之间确定的差异的唯一部分，确定对应于气流的至少一个特性的值。处理器也输出对应于气流的至少一个特性的所确定的值。
[0010]本发明实施例涉及用于气流分析的方法。方法包括识别受影响波形信号的受影响区域，其对应于气流的至少一个特性。方法也包括计算受影响波形信号的受影响区域和原始波形信号的对应区域之间的差异。波形信号的受影响区域和对应区域，对于气流的至少一个特性具有独特的灵敏度。方法也包括基于计算出的差异，产生对于气流的至少一个特性的值。
[0011]本发明实施例涉及用于气流温度分析的方法。方法包括识别受影响波形信号的温度参数。方法也包括通过将受影响波形信号与原始波形信号比较，计算温度参数中的变化。方法也包括根据计算出的变化，产生对应于气流温度的值。
【附图说明】
[0012]图1描绘了废气传感器系统的一个实施例的示意性框图。
[0013]图2A描绘了用在图1的传感器组件中的气体传感器的一个实施例的示意图。
[0014]图2B描绘了传感器排布的多个实施例。
[0015]图3A描绘了三角输入波形的波形图的一个实施例以及对应的响应波形区域。
[0016]图3B描绘了类似于图3A的波形的波形，该波形具有额外的标记来指示OA和OV之间的在波形的两边的时间间隔。
[0017]图3C描绘了在三角波形的部分上有强调的图3B的波形。
[0018]图3D描绘了有图3B的标记和在非过零点处额外标记的图3B的波形。
[0019]图3E描绘了有对应响应波形区域的锯齿输入波形。
[0020]图3F描绘了对应于不同气体种类浓度的响应信号的实施例。
[0021]图4描绘了用于测量气体种类的方法的流程图的一个实施例，该测量气体种类的方法使用在时域中的电压一电流微分。
[0022]图5描绘了测量温度的方法的流程图的一个实施例，该测量温度的方法使用在时域中的电压一电流微分。
[0023]在整个描述中，类似的参考数字可以用于识别类似的元件。
【具体实施方式】
[0024]容易理解的是本文通常描述和在附图中示出的实施例的组件可以按各种不同配置来排布和设计。因此，后续不同实施例的更细致的描述，如在图中表示的，并不旨在限制本公开的范围，而是仅为不同实施例的代表。当实施例的不同方面在附图中呈现，附图不一定依据比例绘制，除非特别指出。
[0025]本发明可具体化为其它特定形式而不背离其精神或本质特征。所描述的实施例在所有方面都应被认为仅是说明性而非限制性的。从而，本发明的范围由所附权利要求书而非本细节描述所指示。落入权利要求书的等效方案的含义和范围内的所有改变应被权利要求书的范围所涵盖。
[0026]贯穿本说明书的对于特征、优点或类似语言的引用没有暗示依据本发明可实现的全部特征和优点应该或在本发明任何单一实施例中。相反，指代特征或优点的语言被理解为意味着与实施例相关所描述的特定特征、优点或特色被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿说明书的特征、优点或类似语言的讨论可以但不一定指代相同的实施例。
[0027]而且，所描述的本发明的的特征、优点和特色可按照任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。根据本发明的描述，本领域技术人员意识到不利用具体实施例的一个或多个特定特征或优点也可实践发明。在另一些例子中，额外的特征和优点可以在某些实施例中被承认而不是在本发明的所有实施例中出现。
[0028]在本说明书通篇中对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的引用意味着结合所指示的实施例描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或类似语言不一定全部指的是同一实施例。
[0029]尽管本文描述了很多实施例，至少一些所描述的实施例有助于在热的、流动的气流中的污染气体的检测。在研究频域阻抗谱模式的操作的过程中，当采用廉价数字电子设备来监测时域中的电压一电流微分时，惊讶的发现发生了。将源波施加于经受气流的传感器，并且获得对应的响应波。源波和响应波呈现类似的峰对峰的值，指示没有发生相位角度漂移或相位角度差异。
[0030]相反，之前使用昂贵电化学设备的频域中的阻抗谱模式的操作指示相位角度变化。然而，在低成本数字电子设备中的响应波的变形的确导致在过零点处时间电压微分，在非零幅值处也如此。
[0031]此外，使用时域中的时间电压微分，允许指示NOx更高灵敏度的潜力的更大振幅信号，以及允许对于指定材料组分和微结构更低的限制，以达到不同程度的性能。因此，所发现的是使用时域中的时间电压微分允许更多传感器设计的灵活性。
[0032]使用时域测量的固态电化学气体传感器的操作实施例的数字方法，可以有优于传统直流(DC)方法(如电位式和安培式传感器)的优势，对于其他交流(AC)方法(如频域阻抗谱传感器)也同样具有优势。
[0033]在一些实施例中，施加的信号是AC波形。该施加的信号可以是任何类型的对称或不对称的AC波形。在一些例子中，可以施加诸如正弦和三角波形的特殊的波形。在一些实施例中，交替的波形形状(如，正弦波形之外)可以产生更大的响应信号。
[0034]在一些实施例中，固态电化学气体传感器的响应按照数字方式测量以作为由时域过零点所指示的电压一电流时间微分。在其他实施例中，电压一电流时间微分在另外指定的非零幅值处监测。在一些实施例中，在非过零点的、幅值的特定点处的电压一电流时间微分的测量产生更大的信号。额外地，具体类型的波形的应用，或有特定特性的波形的应用，可能影响检测的响应信号的灵敏度或其他特性。例如，在一些实施例中，三角波形的应用可以导致高灵敏度和大传感器信号。
[0035]在一些实施例中，数字时域方法可以用于多气体种类和/或环境变量(诸如温度)的同时测量。例如，在单个波周期中，系统可以测量废气流内的多种类的气体。作为另一个例子，NOx(例如NO和NO2)的百万分率(ppm)和汽车尾气中的温度的检测，可以通过三角和正弦波形二者的应用来完成。在另一个例子中，非对称信号和多个电压一电流时间微分可以用来同时地提取多气体种类的测量。在另一个例子中，合并源波频率中的变化可以用于提取传感器和/或气流的温度信息。
[0036]在进一步的实施例中，可以具体地识别特定的材料和设计特征，用于使用固态电化学传感器来检测N0X，该固态电化学传感器基于负责感测的反应机制。然而，本文描述的实施例的潜在的应用在可以被检测到的气体种类(例如，氧、二氧化氮、碳氢化合物等)的类型方面显著地广泛，并且不一定局限于固态电化学气体传感器。
[0037]此技术的发展有益于不同车辆技术。并且此技术的实施例对于车辆(尤其对于柴油车辆)排放的车载检测具有首要的、短期的应用。然而，在本文描述的许多实施例具体地指代为工业废气和车辆排放的监测的同时，在电化学传感器受重视的任何领域中有更广泛的应用。例如，本文描述的一些实施例可以在医疗、健康和安全，以及环境应用中采用。
[0038]图1描绘了废气传感器系统10的一个实施例的示意性框图。示出的废气传感器系统10包括传感器组件12、发动机14和废气系统16。发动机14产生穿过废弃系统移动的废气。废气系统16帮助废气流至气体出口 18，典型地用于释放到大气中。传感器组件12至少部分地插入到废气系统16中，来检测废气流内的参数。随着废气系统16中的气体从传感器组件12上方通过和/或从其中穿过，通过测量在传感器组件12处的化学或温度或其他参数，传感器组件12检测废气内的条件(condit1n)，如本文描述的。在一个实施例中，传感器12为没有独立的基准腔的单腔传感器(single cell sensor)。单腔的排布在某些应用中可能是有益的。例如，单腔包括一对电极和电解质。此种单腔系统可以降低系统的复杂度和要求，也降低材料和部件的成本。在另一实施例中，系统10包括安装在废气流外部的基准腔(未示出)。这在某些应用中可能是有益的。例如，在一些应用中，这可以让系统10以减小的误差余量达到更高程度的灵敏度。在特定的实施例中，传感器组件12包括NOx传感器，来检测与废气流内的NO和/或NO2的存在相关的条件。然而，可以实现其他的实施例来检测在废气流内的其他化学品或组分。
[0039]废气传感器系统10也包括电子控制模块20。电子控制模块20包括处理器22、电子存储设备24和输出设备26。在一些实施例中，电子存储设备24存储一个或多个基准28和/或其他数据，如本文所描述的。电子控制模块20也包括原始信号发生器30和响应信号检测器32ο
[0040]在进一步的实施例中，电子控制模块20也可以包括控制电路(未示出)来控制一些或全部传感器组件12的操作。可替代地，一些或全部控制电路功能可以在传感器组件12处或在不一定邻近电子控制模块20的另外位置处实现。额外地，在一些实施例中，控制电路可以控制外围系统(未示出)。可以在传感器组件12处实现的外围系统的一些例子包括，但不限于，加热器(未示出)或化学中和系统(未示出)。代替或附加于化学中和系统，一些实施例可以包括排放控制元件(未示出)，来中和废气系统内的化学品的其他方面和/或物质，在传感器组件10的上游或下游。在其他实施例中，控制电路可以控制在废气传感器系统10内的其他位置处的外围系统。
[0041]在一些实施例中，基准28为有处理器输入的数据所进入的算法，来产生对应于废气流的一些特性的值。在其他实施例中，基准28为查找表，其将传感器信号和废气流的特性值相互关联。在一些实施例中，该值对应于废气流内一个或多个气体的浓度。在另一些实施例中，该值对应于废气流的温度。在其他些实施例中，该值对应于废气流的其他特性。
[0042]在一实施例中，传感器组件12包括固态电化学气体传感器(参照图2)。传感器组件12的其他实施例可以包括不同类型的气体传感器。
[0043]处理器22与原始信号发生器30通信，来将原始信号施加于传感器组件12的气体传感器。输入波形可以为任何类型的对称或非对称交流(AC)输入波形。额外地，输入波形可以有一个或多个已知特性，诸如频率、振幅或其他类似识别符。在具体例子中，与正弦输入波形的应用相比较，三角输入波形的应用可以导致更高的灵敏度和更大的传感器信号。这和可用时域响应获得的提高的结果类似，与使用频域(例如，阻抗谱)技术的相位角度测量相比。在一些实施例中，对于使用时域中的三角波形检测气体种类，上好的响应信号可以和波形变形相关，该波变形是气体组分如何影响电化学反应的结果。额外地，当与在频域中做的测量(如阻抗谱方法)相比较，该时域中的波变形可以允许更高的分辨率(并因此为更高的灵敏度和更大的传感器信号)。
[0044]在一些实施例中，控制原始信号发生器30来产生和施加不同种的时间上的输入波形。相应地，一个或多个波形特性，或波形的类型，在时间上改变。这种改变可以由处理器22以动态方式进行控制，使其突然地或在定义的时间量上发生。
[0045]响应于施加在传感器组件12的输入波形，响应信号检测器32检测时域响应，该时域响应至少部分地取决于输入波形和由废气流中气体的组分导致的任何波形替代品。换句话说，废气流中气体的一个或多个特性可以对与输入波形相关的响应波形引起时域改变。例如，时域响应可以被气流中存在的NO和/或NO2影响。处理器22可以识别这些改变，并且因此识别气流的一个或多个对应的特性。在一实施例中，固态电化学气体传感器的响应按数字方式测量为以电压一电流时间微分，该电压一电流时间微分由时域过零点，在其他指定的非零幅值处，或在幅值结合的某处所指示。由响应信号检测器32获得的响应然后呈现给处理器22用于诸如数据存储和/或通过输出设备26的报告的进一步的使用。
[0046]在检测气流内气体种类的存在和/或浓度的基础上，一些实施例帮助气流和/或传感器组件12的温度波动的检测。某些输入波形可能导致波形响应，该波形响应主要地或单独地响应于温度改变，而不响应于(或仅琐细地响应)气体浓度的改变。例如，低振幅、高频率的正弦波拥有对于气体种类的降低的灵敏度，但具有对于温度的可测量的灵敏度。拥有其他特性的其他波形可能对于气体种类和温度或多或少的敏感。例如，三角波形能够提供温度的测量，也同样能表现气体种类的灵敏度。此波形可能间歇地产生，来测量温度和调整输入波形。在一些实施例中，输入波形的调整可以提高某些气体种类的测量的精度。例如，一些测试已经示出在NOx浓度大约200ppm和10%02测量中的低至1.6ppm的误差余量。
[0047]在一些实施例中，处理器22可以将来自信号检测器32的反馈应用于原始信号发生器30。例如，处理器22可以指挥原始信号发生器30来改变输入波形的频率和/或形状来直接识别温度波动，以便测量的波动然后可以用于调整整体传感器信号和提高精度。
[0048]在进一步实施例中，温度的检测可以与气体种类的检测连续地布置。例如，三角输入波形可以用于检测气体种类，然后有更高频率和更低振幅的正弦输入波形可以用于确定温度。在更具体的例子中，对于NOx的信号用三角输入波形获得，该三角输入波形为10mV振幅和50Hz频率。然后，该三角输入波形被可以用来识别温度变化的信号短暂地中断，该信号用有50mV振幅和1kHz频率的正弦波形。在另一实施例中，其他类型同时和/或连续的测量方案可以被采用，来测量气流流的任何个数的特性。
[0049]图2A描绘了用在图1的传感器组件中的气体传感器40的一个实施例的示意图。示出的气体传感器40包括基底42、多个电极44和46以及电解质48。在一些实施例中，多个电极44和46中的至少之一包含诸如纯金、金基合金、铂、铂基合金，或掺杂的镧系的钙钛(如掺锶的亚锰酸镧[LSM])的感测材料。在其他实施例中，多个电极44和46中的一个包含上述的材料之一，而多个电极44和46中的另一个包含非感测材料(诸如电导金属合金组分)。在一些实施例中，电解质4 8包含离子导电材料。例如，电解质4 8可以包含氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)0在一些实施例中，基底42为电绝缘材料。例如，基底42可以包含氧化铝(Al2O3)。在一些实施例中，基底42包括有Pt基合金组分的嵌入式电阻加热器。为了方便，电导线未被示出。
[0050]在一些实施例中，传感器设计可以是相对于电极44和46对称，该电极由相同材料或基本相同的材料制造，以类似或一致的几何形状和配置(如边对边或彼此相邻)，其中电极44和46从彼此不能区别。在其他实施例中，传感器设计可以是相对于电极44和46非对称的，该电极由不同材料或相同材料或基本相同的材料制造，但有不同的几何形状和配置(例如一个电极置于另一电极顶端，电极具有不同取向，电极具有不同尺寸，或电极具有从彼此可以分辨的几何形状或配置)。虽然本文描述的时域方法对于对称传感器设计和几何形状是有效地，但在一些实施例中，对于涉及非对称电极的传感器设计和几何形状，在时域中波变形是更明显和夸大的。
[0051]例如，存在氧和NOx时，非对称电极可以导致每个电极处的反应速率的大差异。具体而言，当铂(具有快速反应速率的良好的氧催化剂)用作一个电极，金用作另一个电极，相对于对称设计或一些其他非对称材料，波变形可能是更明显的。在一些实施例中，非对称波变形也允许，除典型的过零点外，在指定的点处提取更大的传感器信号。因此，产生更大信号的幅值的特定点的选择可以依赖于用于特定组分的测量的专用传感器的设计和几何形状。
[0052]在一些实施例中，在数字时域内使用的非对称传感器设计也可以帮助多气体种类的同时测量。作为例子，响应波形可以有非对称特点，该非对称特点可以归因于有不同组分的两个电极(例如，铂和金)或有相同组分但有不同几何形状和配置的两个电极。响应波形的非对称属性可以导致由一个气体种类主导的波形的部分和其他有弱依赖性的波形的部分相比较。以此方式，拥有对于特定气体的响应中的大差异的波形的特定区域，可以用来强调和/或隔离气体种类的贡献。例如，在一些实施例中，通过“调节”对于波形的不同区域的测量，氧响应可以从NOx的改变中隔离，该波形的不同区域呈现与NOx比较的对氧非常大的响应或最小的响应。如本文用的，调节指代为识别与波形的具体时间和/或幅值相关联的特性。因此，非对称信号和多个电压一电流时间微分可以用来同时地提取多气体种类的测量。在进一步实施例中，有潜在干扰的其他气体中，诸如氨，也可以使用同样的方法被测量。
[0053]图2B描绘了传感器排布的多个实施例。描绘的实施例包括对于不同部件的一些排布和材料选择。尤其，一些实施例包括YSZ电解质48，密集掺锶的亚锰酸镧(LSM)电极44a和46a，和氧化铝基底42。一些实施例包括非对称电极的结合，通过将Pt电极44b与密集LSM电极46a结合。其他实施例包括金基合金电极44c和46b。另一个实施例包括拥有铂电极44b的金线电极46c，和拥有铂电极44b的铂线电极46c。其他实施例可以包括对于每个部件的其他排布和材料选择。
[0054]图3A描绘了原始三角输入波形52的波形图50的一个实施例，和对应的响应波形区域54和56。输入波形52是由输入波形发生器30产生的并施加于传感器组件12的输入波形的代表。响应波形区域54和56是由响应信号检测器32检测的响应波形的代表。在一实施例中，电压是对传感器12的输入，电流是被返回和测量的。其他形式的原始和受影响信号也是有用的。
[0055]在描绘的实施例中，输入波形52是以伏特测量的电压信号，如右侧纵轴所示。拥有区域54和56的受影响的波形叠加于原始输入波形52之上，并且是以nA测量的电流信号，如左侧纵轴所示。每个波形相对于时间绘出，如横轴所示。
[0056]在此例子中，响应波形区域54和56表示通过腔测量的电流。电流以零为中心来回震荡。在响应波形区域54处一般曲线中的改变对应于对O2的灵敏度，而响应波形区域56对应于对O2和NO的灵敏度。若没有区域56处的O2的灵敏度，曲线将更接近地相似于没有区域56处平坦部分的波形的下降部分。波形的其他部分可以展示对于其他种类气体的灵敏度。
[0057]图3B描绘了对于图3A的波形类似的波形，该波形具有额外的标记58和60来指示OA和OV之间的在波形的两边的时间间隔。图3B的绘图相对于传感器接地具有5.1xV的偏离。标记58和60对应于NOx和O2结合的效果，其在整个波形上不是均匀地分布的。通过测量原始信号52和有区域54和56的受影响信号在波形的上升和下降二者边之间的时间间隔，和将它们合并，和传统的相位一漂移测量相比，对于气体种类可能得到大得多的信号。
[0058]虽然图3A和3B使用三角波形，其他实施例可以使用其他类型的波形。例如，使用正弦波形可以达到类似的结果。然而，在一些实施例中，与使用三角波形获得的响应相比，响应可能是更小或不同的幅值。
[0059]图3C描绘了在三角波形的部分上有强调62的图3B的波形。强调62区域展示了对于O2的灵敏度。敏感度由在强调62区域中的曲线的平坦所展示。来自多个受影响的信号中的相反的结果归因于O2的存在(结合图3D在下文进一步讨论)。
[0060]图3D描绘了有图3B的标记58和60和在非过零点处的额外标记64和66的图3B的波形。通过在两处测量微分信号，可以看到NO响应的效果和方向对于全部测量是一样的，但O2响应的效果和方向在测量58和64之间为相反的极性。在一个例子中，电压一电流时间微分信号在过零点处(见标记58和60)和在一极中的峰电压的接近60%处获得(见标记64和66)。当信号被校准，在60%处(64和66)检测的O2信号可以被计算和之后从在过零点(58和60)处取得的累计测量中减去。剩余的信号可以用来提取NO。
[0061 ]图3E描绘了有对应响应波形区域54和56的锯齿输入波形52。每个区域54和56类似于图3A所示的区域54和56。然而，图3E示出作为锯齿波形的由输入52产生的响应区域。在示出的实施例中，当电流在响应区域56处引导电压，锯齿波形呈现有趣的现象。归因于废气流中O2的存在的极性的相反将电流推向足够前，以至于事实上在时域中引导电压。这进一步示出了在某些区域，对于废气流内的某些气体，某些波形如何展示灵敏度。
[0062]在进一步的实施例中，可能基于由替代的输入波形导致的波形响应，提取气体种类测量。例如，通过使用非对称的锯齿输入波形，和替代的非对称的方向，主要的气体种类效果可以用每个替代的波形单独地测量。在一些实施例中，非对称、替代输入波形的使用可以产生对于某些气体种类更精准的测量。废气流的温度和其他特性的测量也可以通过代替输入波形取得，该代替输入波形独特于那个种类或特性的测量。
[0063]图3F描绘了对应于不同气体种类浓度的响应信号的实施例。当图3A—E描绘了从稳态实验收集的结果，图3F展示了由气体种类浓度中变化收集的结果。图3F示出了NO和O2对于传感器输出的效果。具体地，NO显现出不断地将信号向下移动，而O2有将某些区域中的信号的极性反向的趋势。
[0064]图4描绘了用于测量气体种类的方法70的流程图的一个实施例，该测量气体种类的方法使用在时域中的电压一电流微分。方法包括识别72受影响波形信号的受影响区域，其对应于气流的至少一个特性。方法70也包括计算74受影响波形信号的受影响区域和原始波形信号的对应区域之间的差异，其中受影响区域和波形信号对应区域有独特于气流的至少一个特性的灵敏度。方法70也包括基于计算出的差异，产生76对于气流的至少一个特性的值。
[0065]图5描绘了测量温度的方法80的流程图的一个实施例，该测量温度的方法使用在时域中的电压一电流微分。方法包括识别82受影响波形信号的温度参数。方法也包括通过将受影响波形信号与原始波形信号比较，计算84温度参数中的变化。方法也包括从计算的变化产生86对应于气流温度的值。
[0066]应当指出的是，方法的至少一些操作可以使用存储于计算机可使用存储介质上的用于计算机执行的软件指令而实现。作为一个例子，计算机程序产品的实施例包括计算机可用的存储介质，其用来存储计算机可读程序，当在计算机上执行时，使得计算机执行操作，包括操作以检测受影响的波形与原始波形，以确定气流的至少一个特性。
[0067]本文描述的一些实施例可以包括直接或间接地通过系统总线(如数据、地址和/或控制总线)耦合于存储器元件的至少一个处理设备。存储元件可以包括本地存储器、大容量存储器，和高速缓存存储器，该本地存储器在程序代表的实际执行期间采用，该高速缓存存储器提供至少一些程序代码的临时存储，以减少执行期间代码必须从大容量存储器取回的次数。
[0068]虽然本文的方法的操作以特定的顺序示出和描述，每个方法的操作的顺序可以被替换，以便某些操作可以以相反的顺序来执行，或者以便某些操作可以至少部分，同时与其他操作被执行。在另一个实施方案中，指令或不同操作的子操作可以以间歇和/或交替的方式来实现。
[0069]本发明的实施例可以采取完全硬件实施例或包含硬件和软件元件两者的实施例的形式。在一个实施例中，本发明以软件实现，其包括但不限于在硬件设备上的固件、驻留软件、微码等，该硬件设备可以是诸如处理器、存储器设备，或者能够存储非瞬时信号和/或处理相关的信号的另一设备。
[0070]此外，本发明的实施例可以采取计算机程序产品的形式，其可从提供程序代码的计算机可用或计算机可读介质访问，该程序代码被计算机或任何指令执行系统使用或与其连接。为了本描述的目的，计算机可使用或计算机可读介质可以是能够包含、储存、通信、传播、或传输程序的任何装置，该程序被指令执行系统、装置或设备使用或与其连接。
[0071]计算机可用或计算机可读介质可以是电子、磁、光、电磁、红外线或半导体系统(或装置或设备)，或传播介质。计算机可读介质的例子包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。当前示例的光盘包括具有只读存储器的紧凑盘(CD-ROM)、具有读/写的紧凑盘(CD-R/W)和数字视频盘(DVD)。
[0072]输入/输出或I/O设备(包括但不限于键盘、显示器、指点设备等)可以直接或通过居间I/O控制器耦合至系统。此外，网络适配器还可以耦合到系统，以使数据处理系统，通过介入私有或公共网络，耦合于其他数据处理系统或远程打印机或存储设备。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡仅是当前可用类型的网络适配器中的一些。
[0073]在上面的描述中，提供了各种实施例的特定细节。然而，在有少于全部这些特定细节的情况下，一些实施例可以被实践。在其它情况下，出于简洁和清楚起见，某些方法、过程、组件、结构和/或功能仅以足以实现本发明的各种实施方式的细节来描述。
[0074]虽然本发明的具体实施例已被描述和示出，本发明不应被限于如所描述和示出的特定的形式或部件的排布。本发明的范围是由所附权利要求书和其等同物来限定。
【主权项】
1.一种用于信号处理的设备，所述设备包括: 信号发生器，所述信号发生器产生原始波形； 信号检测器，所述信号检测器配置为检测受影响波形;和 处理器，所述处理器耦合至所述信号检测器，所述处理器配置为: 接收来自所述信号检测器的所述受影响波形； 将所述受影响波形的至少一部分与所述原始波形比较； 确定所述受影响波形和所述原始波形之间的差异； 确定对应于所述原始波形和所述受影响波形之间确定的差异的唯一部分的值;并且 输出所述确定的值。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述原始波形包括非正弦波形。3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述原始波形包括三角波形。4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述受影响波形和所述原始波形的至少一部分包括在所述受影响波形和所述原始波形上的非零点。5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器配置为，通过将所述原始波形的至少两个部分与所述受影响波形的对应部分比较，同时地确定至少两个值。6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述处理器配置为，对于气流内部的多个组分，同时地确定值。7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器进一步配置为，产生反馈信号，和将产生的反馈信号发送至所述波形发生器，以调整所述原始波形。8.一种用于气流分析的系统，所述系统包括: 信号发生器，所述信号发生器产生原始波形； 电化学传感器，所述电化学传感器接收原始波形，所述电化学传感器设置为至少部分地在所述气流内，所述电化学传感器包括: 第一电极;和 相对于所述第一电极设置的第二电极； 信号检测器，所述信号检测器配置为检测来自所述电化学传感器的受影响波形;和 处理器，所述处理器耦合至所述信号检测器，所述处理器配置为: 接收来自所述信号检测器的所述受影响波形； 将所述受影响波形的至少一部分与所述原始波形比较； 确定所述受影响波形和所述原始波形之间的差异； 基于所述原始波形和所述受影响波形之间所确定的差异的唯一部分，确定对应于所述气流的至少一个特性的值;并且 输出对应于所述气流的至少一个特性的所确定的值。9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述电化学传感器为非对称电化学传感器，其中所述第一电极包括第一材料，所述第二电极包括第二材料。10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一材料包括金(Au)，所述第二材料包括铂(Pt)。11.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述原始波形包括非正弦波形。12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述原始波形包括三角波形。13.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述受影响波形和所述原始波形的至少一部分包括在所述受影响波形和所述原始波形上的非零点。14.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述处理器配置为，通过将对应于所述气流的至少两个特性中的每一个的波形的部分中的差异和存储设备上存储基准比较，为所述气流的至少两个特性同时地确定值。15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述处理器配置为，对于所述气流内部的NO和O2，同时地确定值。16.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为，产生反馈信号，和将产生的反馈信号发送至所述波形发生器，以调整所述原始波形。17.一种用于气流分析的方法，所述方法包括: 识别受影响波形信号的受影响区域，所述受影响区域对应于所述气流的至少一个特性； 计算所述受影响波形信号的所述受影响区域和原始波形信号的对应区域之间的差异，其中所述受影响区域和所述波形信号对应区域有独特于所述气流的至少一个特性的灵敏度;和 基于所述计算出的差异，产生对于所述气流的至少一个特性的值。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括: 在信号发生器处产生所述原始波形； 将所述原始波形信号引导至传感器，所述传感器设置为至少部分地在所述气流内； 在处理器处检测从所述传感器返回的所述受影响波形信号;并且 对于所述传感器处的所述气流的至少一个特性，输出值。19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括，基于相对于所述原始波形信号的所述受影响波形信号的至少两个单独区域，确定对应于所述气流的至少两个特性的至少两个值。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述气流的至少两个特性包括NO和O2的浓度。21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述传感器包括两电极的传感器。22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述传感器的电极为非对称。23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述非对称电极包括包含金(Au)的第一电极和包含铂(Pt)的第二电极。24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括间歇地产生温度检测波形，来确定所述气流的温度。25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，进一步包括产生反馈信号，基于所述温度决定，来调整所述原始波形信号。26.—种用于气流的温度分析的方法，所述方法包括: 识别受影响波形信号的温度参数； 通过将所述受影响波形信号与原始波形信号比较，计算所述温度参数中的变化;和 从所述计算的变化产生对应于所述气流的温度的值。27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，进一步包括: 在波形发生器处产生所述原始波形信号，其中所述原始波形信号有对于所述气流内的气体种类的降低的灵敏度； 将所述原始波形信号引导至电化学传感器，所述电化学传感器设置为至少部分地在所述气流内； 在处理器处检测所述受影响波形信号;并且 输出对应于所述电化学传感器处的所述气流的温度的值。28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，输出对应于所述电化学传感器处的所述气流的温度的值进一步包括发送所述值来调整输入波形信号。29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述电化学传感器包括两电极的传感器，其中所述两电极的传感器的电极为非对称。30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述非对称电极包括包含金(Au)的第一电极和包含铂(Pt)的第二电极。
【文档编号】G01N27/14GK105917218SQ201480057319
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年10月13日
【发明人】L·Y-L·胡, R·S·格拉斯, J·J·菲茨帕特里克, 汪刚强, B·T·亨德森, A·罗德哈萨米, J·J·施特潘, K·阿尔门丁戈
【申请人】埃米森斯技术有限公司, 劳伦斯利弗莫尔国家安全有限公司