用于溶氧传感器中的组件寿命终止的检测及信令的系统及方法
【专利摘要】如本文中揭示的实施例可包含：传感器，其包含暴露于流体流动路径的发光体。所述发光体可响应于通过激发光源的照明而发射光。可确定由所述发光体响应于照明而发射的光的量值。可确定此量值是否在基线量值的阈值内，且基于此确定来设置警报状态。此警报状态可指示所述发光体已达到生命末期状态或另外应被更换。
【专利说明】用于溶氧传感器中的组件寿命终止的检测及信令的系统及方法
[0001 ] 相关申请案
[0002]本专利申请案根据35U.S.C.§119规定主张2014年3月20日申请的标题为“溶氧传感器及发光物质的自动寿命终止检测(Dissolved Oxygen Sensor And Auto-Detect EndOf Life Of Light-Emitting Substance)”的第61/955,966号美国临时专利申请案的优先权的权益，所述美国临时申请案的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明大体上涉及氧传感器。更特定来说，本发明涉及溶氧(DO)传感器。甚至更明确来说，本发明涉及提供DO传感器的组件的寿命终止的指示。
【背景技术】
[0004]氧传感器是指测量现场或实验室中的水溶液中的氧浓度的电子装置。目前，最普遍类型的氧传感器是电化学传感器，例如用于测量氧浓度以确定大的水体的环境性质从而确保野生生物的合适环境条件的传感器。这些电化学传感器使用具有电极的探针以测量溶解于流体中的氧。更明确来说，阴极及阳极浸没于电解质中。氧通过扩散而穿过可渗透膜进入探针，且在阴极处还原，从而产生可测量电流。电流与氧浓度之间的关系为线性关系且因此可依据所述电流及传感器的校准设置确定浓度。
[0005]然而，在其它环境中需要氧传感器。特定来说，在超高纯度环境(例如由SEMIF57标准、食品与药物处理中的Π)Α标准或类似标准定义的环境)中需要氧传感器。此需求是出于各种原因而出现。举例来说，在半导体制造处理中存在氧可增加工艺中所涉及的材料(例如，在镀敷工艺中使用的铜)的腐蚀以及其它问题。
[0006]使电化学传感器适于超高纯度环境的尝试已证明为几乎不可能，这是因为重新利用将使用原本希望作为浸液探针以对河流、水流及湖泊中的溶氧含量进行取样以确保野生生物的最小氧浓度水平的相对较大金属探针(例如，不锈钢或铝)的电化学传感器检测用于半导体制造工艺、食品与药物工艺或其它超高纯度环境中所需的十亿分之一(例如，19中的I份)氧浓度的任务极其困难。从产业角度来看，迄今此类尝试都失败了。
[0007]此失败很大程度上恰恰归因于电化学传感器的本质。如上文论述，电化学传感器使用必须被插入于所测量流体中的金属探针(或金属外壳)。这些金属探针尖端(例如)在半导体制造工艺的工艺流体中的插入会污染其所插入的工艺流体，使得此类电化学传感器的使用与其中利用所述传感器的材料及工艺以及用于那些工艺的标准不兼容。因而，电化学传感器无法与可在这些超高纯度环境中利用的腐蚀性流体一起使用。换句话来说，此类电化学传感器的材料与用于超高纯度环境中的流体之间可能存在基本材料不兼容性，其妨碍了对定义那些环境的标准的遵守。
[0008]此外，流体中存在电化学传感器的探针尖端会破坏流体的层流，从而搅动流体且导致流体流动路径中的盲管段。这些破坏又可导致非所要的副作用，例如气泡、或分配速率的变化等等，其不利地影响其中利用流体的工艺。使用这些电化学传感器的其它问题包含下列事实:电化学传感器可具有相对较大形状因子且被不良设计而无法以有时用于超高纯度环境中的高压流率使用。因此，在许多情况中，此类电化学传感器可能完全无法用于有时用于超高纯度环境中的紧凑型设备中或可归因于由不良内部密封导致的泄漏或腐蚀而经历高的故障率。
[0009]氧传感器的可维修性及费用也受到关注。明确来说，由氧传感器使用的许多部分可为可消耗的，其中其组件功效可在组件的寿命期间减小或组件可另外具有有限寿命。然而，经常难以确定此类组件何时需要更换以便传感器可继续正确操作。因此，先前几乎普遍选择早在此类部分的使用寿命之前就按加速进度更换此类部分，以便确保传感器的持续适当操作。此解决方案出于各种原因是有问题的:更换仍具有剩余使用寿命的部件的增加费用及由不得不停止使用传感器的任何工艺导致的成本。然而，经常做出此选择，这是因为具有不适当执行的传感器的成本甚至更高(例如，由于工艺浪费等等)。
[0010]接着，期望可提供一种可提供关于其组件的更换的有用指示符的氧传感器。
【发明内容】
[0011]为此，本文中揭示溶氧传感器的实施例。如本文中揭示的实施例可包含安置于流体流动路径中的开口中的光学透明材料窗，其中发光体被附接到所述窗暴露到所述流体流动路径的侧。激发光源经配置以照明所述发光体且光电二极管接收由所述发光体响应于照明而发射的光。可使用所述所接收到的光确定此光的量值，其中接着可使用所述量值确定由所述发光体发射的所述光的所述量值是否在基线量值的阈值内且基于此确定设置与所述发光体相关联的警报状态。可结合所述流体流动路径中的流体中的溶氧浓度的测量确定此类警报状态。
[0012]因此，结合此类传感器的可维修性及费用目标，所述传感器的实施例可在所述发光体可能需要更换时提供指示符。特定来说，在某些实施例中，可监测由所述发光体发射的光的所述量值以确定所述发光体是否应被更换。以此方式，可维持溶氧(DO)传感器的精确运作，同时避免频繁更换发光体的不必要费用。更明确来说，可相对于所述DO传感器确定及存储所述发光体的基线量值。此基线量值可为可经用户确定及设置或可在校准过程期间确定的绝对值且可指示由所述发光体发射的最大光强度。在测量循环期间(其可为每一测量循环、在某些条件下执行的指定测量循环等等)，可确定由所述发光体发射的所述光的量值且将所述量值与此基线量值比较。如果在那个测量循环期间由所述发光体发射的所述光的所述确定量值不在所述基线量值的某一阈值内，那么可产生警报。此警报可将所述传感器的所述发光体应被更换用信号发送给采用此类DO传感器的(例如，工艺的)操作者且操作者可基于所述警报采取多种多样的行动，其包含关闭工艺、更换发光体等等。
[0013]为增加此类传感器的实施例的灵敏度或精确性，所述光学探针可分离某些功能性或组件以防止电光学串扰。特定来说，根据某些实施例，所述光学探针可包含安置于光学套筒内的光学载体。所述DO传感器的所述激发光源可处于所述光学载体的一侧上，而所述参考光源、光电二极管及经配置以将由发光体发射的光引导到所述光电二极管的光学接收载体可通过将这些组件放置于所述光学载体的另一侧上或通过将其围封于所述光学载体的各种腔室或孔径中而与激发光分离。因此，所述光学载体(及其上的组件)与围封所述光学载体的所述光学套筒的组合用于电气地及光学地隔离所述传感器的所述组件。
[0014]在结合下列描述及附图考虑时将更好地了解及理解本发明的这些及其它方面。尽管下列描述指示本发明的各种实施例及其众多特定细节，但其是以说明且非限制的方式给出。可在本发明的范围内作出许多替换、修改、添加或重新布置，且本发明包含所有此类替换、修改、添加或重新布置。【附图说明】
[0015]可通过结合附图参考下列描述获得对本发明及其优点的更完整理解，在图式中相似的元件符号指示相似特征且其中:
[0016]图1是溶氧(D0)传感器的运行的一个实施例的图解表示；[〇〇17]图2是在半导体工艺中使用D0传感器的图解表示；[0〇18]图3是D0传感器的一个实施例的图解表不；[〇〇19] 图4A到4C是D0传感器的图解表示；
[0020]图5是D0传感器的一个实施例的部分的图解表示；
[0021]图6是与D0传感器的实施例一起使用的光学探针的一个实施例的图解表示；[〇〇22]图7A到7C是与D0传感器的实施例一起使用的光学套筒的一个实施例的图解表示；
[0023]图8是与D0传感器的实施例一起使用的光学载体的一个实施例的图解表示；
[0024]图9是与D0传感器的实施例一起使用的光学隔膜的一个实施例的图解表示；
[0025]图10A及10B是与D0传感器的实施例一起使用的探针尖端的一个实施例的图解表示；[〇〇26]图11是用于控制D0传感器的实施例的校准过程的一个实施例的流程图；[〇〇27]图12是用于控制D0传感器的实施例的测量过程的一个实施例的流程图；[〇〇28]图13是用于控制D0传感器的实施例的警报状态确定过程的一个实施例的视图的图解表示。【具体实施方式】
[0029]参考在附图中说明且在下列描述中详细说明的非限制性实施例，更充分地解释本发明及其各种特征及有利细节。省略对众所周知的原料、处理技术、组件及设备的描述，以免不必要地使本发明的细节不清楚。然而，所属领域的技术人员应理解，尽管详细描述及特定实例揭示优选实施例，但其是仅通过说明的方式而非通过限制的方式给出。所属领域的技术人员在阅读本发明后将明白在基本发明性概念的范围内的各种替换、修改、添加或重新布置。作为实例，应注意，如本文描述的实施例涉及一种溶氧传感器，然而，其它实施例可同样良好地用于测量其它化学品或元素的浓度，例如，通过使用响应于其它元素或分子(例如，二氧化碳)的发光体。
[0030]在深入研究关于氧传感器的特定实施例的更多细节之前，给出对实施例的大体操作及其中可利用此类实施例的背景的概述是有益的。接着，首先参考图1，说明光学溶氧 (D0)传感器的实施例的基本操作。光学传感器使用荧光光学技术进行氧浓度的光学测量。 明确来说，可利用化学薄膜，其具有取决于流体的氧浓度的荧光性质。不同于由电化学传感器产生的可测量电流，光学传感器的信号(荧光)与氧的比率可不为线性。当不存在氧时，荧光处于最大值。当伴随氧分子(〇2)出现时，氧分子与薄膜碰撞且此淬灭光致发光。因此，灵敏度随着氧浓度增加而减小。这被称为光物理分子间减活化(淬灭)过程。分子间去活化是: 如果存在另一化学物种，那么可加速化学品在其激发状态中的衰减速率。例如荧光及磷光的过程是可被淬灭的激发状态过程的实例。
[0031]D0监测器100包含发光体110,发光体110与流动通过流体流动路径114的流体112 (例如，液体或气体)介接。举例来说，D0传感器100可包含含有流动路径114的外壳或可另外通过(例如)物理耦合而与现有流体流动路径介接或被附接到所述现有流体流动路径。D0传感器100可用于在流体112流动通过流动路径114时使用发光体110测量存在于流体112中的氧浓度。
[0032]发光体110利用包含原子或原子团的荧光材料，当存在于例如化学化合物或有机化合物的物质中时，所述荧光材料增加物质发光(发冷光)的能力。如在图1中展示，包括发光体材料110的发光(荧光)物质被粘合或另外接合到光学透明窗116(例如，高纯度蓝宝石衬底、金刚石、合成金刚石、硼硅酸盐玻璃等等)，且与展现某一水平的溶氧的流体112接触。 在一些实施例中，荧光材料是有机或无机薄膜(例如，高性能电阻式涂层，例如陶瓷涂层或类似物)，或可被涂覆有所述薄膜或可结合所述薄膜使用，所述薄膜不受强酸或强碱侵蚀的影响，但允许氧自由地扩散且与发光体110的荧光材料接触，从而使得发光体110能够与腐蚀性流体(例如在湿式蚀刻化学中使用的流体或类似物)一起使用。[〇〇33]在由例如LED (例如，红色、绿色、蓝色等等)的激发光源130激发后，发光体110的发光物质发冷光，所述冷光通过光学透明窗116被光学地引导到经定位以接收从发光体110发射的光的光检测光电二极管140中。例如LED的参考光源120可发射光，所述光可由光电二极管140检测以产生参考信号，可使用所述参考信号移除系统错误或延迟或允许锁相检测方法最小化噪声且增加信噪比。
[0034]因此，在测量循环的激发部分期间，激发光源130可操作一段时间，且由光电二极管140接收由发光体110发射的光。光电二极管140基于此所接收到的光产生信号，且将此信号提供到传感器电子器件150。传感器电子器件150包含硬件(例如，数字信号处理器(DSP)、 微控制器、模/数转换器等等)与软件(例如，固件或类似物)的某一组合，所述组合经配置以基于从光电二极管140接收到的信号产生对应信号。在此情况中，传感器电子器件150在激发部分期间，基于来自光电二极管140的信号而产生激发信号。举例来说，此激发信号对应于如由发光体110响应于由激发光源130的照明而发射且通过光电二极管140接收的光的量值或相位，如上文提及，所述量值或相位是基于流体112中的氧浓度。
[0035]在测量循环的参考部分期间，参考光源120可操作一段时间且由光电二极管140接收由此参考光源120发射的光。光电二极管140基于从参考光源120接收到的此光产生信号， 且将此信号提供到传感器电子器件150。传感器电子器件150在测量循环的参考部分期间， 基于从光电二极管140接收到的信号产生参考信号。举例来说，此参考信号对应于如由参考光源120发射且通过光电二极管140接收到的光的量值或相位。
[0036]传感器电子器件150使用在测量循环的激发部分期间产生的激发信号产生指示流体112的氧浓度的测量的信号。明确来说，由发光体110发射的光的振幅或衰减时间可与流体112中的溶氧浓度具有相反及线性关系。因此，可使用激发信号导出当流体112中的溶氧与发光体110的焚光材料相互作用以淬灭或减少那种材料的焚光量时，对应于焚光的减少的衰减时间或衰减时间常数。
[0037]特定来说，在某些实施例中，可确定激发信号的相位。另外，举例来说，可使用在测量循环的参考部分期间确定的参考信号(例如，参考信号的相位)确定传感器电子器件150 中的延迟。可使用激发信号的相位在激发部分期间(例如，使用用于在激发部分期间操作激发光源130的信号)精确确定发光体110的荧光的衰减时间。在确定此衰减时间的过程中，可使用从参考信号确定的延迟来校正传感器电子器件中的任何延迟。接着，可基于发光体110 的已知衰减时间常数与所确定的衰减时间之间的关系来确定流体中的氧浓度的测量。在一些实施例中，可使用温度与氧浓度之间的已知关系，使用所测量的温度值进一步调整此浓度测量。使用测量温度值的浓度校正可允许大体上实时补偿流体温度瞬时或稳态改变。
[0038]如所描述，当氧从其基态上升到其激发状态时淬灭发光体110的荧光。此淬灭过程可加速发光体110的衰减速率。因此，使用发光体的D0传感器需要定期维护。目前最佳实践涉及基于时间或操作故障替换发光体。然而，基于时间替换发光体可不必要地缩短发光体的使用寿命且基于操作故障替换发光体可具有风险或为昂贵的，尤其是当归因于发光体衰减而无法操作的D0传感器用于高精确度操作中时。其昂贵的原因尤其在于发光体110可被粘合到光学透明窗116且情况通常是发光体110与光学透明窗116被制造为单个单元。因此， 被更换的可能是包含窗116及发光体110的此单个单元。[〇〇39]另外，发光体110可取决于与D0传感器100—起使用的流体112以不同速率衰减。换句话来说，具有更高氧浓度的流体可导致发光体110更快降级。因此，需要确定何时发光体 110应被更换以确保D0传感器100的充分运作，同时减少与发光体110(且在许多情况中，以及窗116)相关联的频繁及不必要更换的费用。
[0040]为解决此问题，在一些实施例中，可确定发光体110衰减的测量。明确来说，在某些实施例中，传感器电子器件150可确定激发信号的量值，所述量值可对应于来自发光体110 的发射强度且因此反映发光体110的衰减。接着，可将此量值和与发光体110相关联的基线量值(例如，在D0传感器的校准过程期间所确定的量值、例如设置值的绝对量值或其它)比较。接着，由传感器电子器件150作出激发信号的量值是否在基线量值的某一阈值内的确定。如果激发信号不在基线量值的某一阈值(例如，50%、75%等等)内，那么可产生警报以告知用户(例如，与操作D0传感器的实体相关联的操作者)可能需要更换发光体110。
[0041]现参考图2,说明如本文中揭示的D0传感器的操作环境的一个实施例的高级视图。 此类操作环境可包含如所属领域中已知的半导体制造所涉及的半导体工艺，例如湿式蚀亥IJ、光刻、镀敷或清洁工艺。此处，半导体工艺200可包含工具或腔室(统称为202)及流体流动路径214,通过流体流动路径214可将半导体工艺200中所需的一或多个流体提供到在工艺200中使用的工具或腔室202。由工艺控制器230控制半导体工艺200,工艺控制器230包含用于控制半导体工艺200的数字硬件232(例如，处理器、存储装置等等)及模块234(控制例程、软件等等)，例如，包含通过操作各种栗、阀、工具或腔室202等等以完成半导体工艺200。 [〇〇42]如上文论述，用于半导体工艺200中的流体中存在氧可极大地影响工艺200。因此， D0传感器220的实施例可与流体流动路径214介接或进入流体流动路径214中以测量在半导体工艺200中所使用的流体(例如，邻近D0传感器220或包含于D0传感器220中的流体流动路径214的部分中的流体的样本)中的氧浓度且将对应于那个氧浓度的浓度信号提供到工艺控制计算机230,工艺控制计算机230可将氧测量用作控制半导体工艺的变量(例如，可停止或更改工艺200、发送警示给半导体工艺200的操作者等等)。明确来说，在某些实施例中，DO 传感器可将两个值(例如，0与5伏特、4到20毫安等等)之间的模拟信号提供到工艺控制230 且工艺控制230可经校准或另外配置，使得其可从由DO传感器220提供的信号确定氧浓度的测量的值。
[0043]另外，在一些实施例中，D0传感器220可将对应于流动路径214中的流体温度(例如，由D0传感器220测量的流体样本的温度)的信号及指示D0传感器220的发光体是否需要更换的警报信号提供到工艺控制230。在一个实施例中，温度信号可为可扩展的模拟信号 (例如，从0到5伏特、4到20毫安等等)，而警报信号可为二进制模拟信号(例如，0伏特可指示警报信号，其指示发光体需要更换，而5伏特可为“正常(0.k.)”信号)。应注意，提供到工艺控制230的信号类型可取决于半导体工艺200的操作者的期望或工艺控制230的能力，且D0 传感器220的实施例可如期望那样有效地利用模拟信号、数字信号或某一组合。[〇〇44] 如可想象，在此半导体工艺200中使用D0传感器充满复杂性。明确来说，如已论述， 在许多情况中，在半导体工艺200中利用的流体可为高腐蚀性的，而同时半导体工艺200本身可为高度易受污染的。因此，期望D0传感器220耐受在此类恶劣环境中使用且抵抗由腐蚀性分子状小化学品导致的降级，同时具有可由顺应超高纯度环境(例如，包含SEMI F57规范或类似规范所强制执行的环境)的非反应性塑料或聚合物材料(例如，全氟烷氧基聚合物 (PFA)、聚丙烯(PP)及聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)等等)制造的一些(例如，与流体接触的部分)或所有部分。[〇〇45]除了这些关注点，关于D0传感器在半导体工艺200中的使用的额外关注点是D0传感器220本身的大小。在许多情况中，在此类半导体工艺200中使用较大D0传感器并不可行 (例如，由于封装或空间问题)。因此，可期望，与半导体工艺一起使用的D0传感器可尽可能小，同时仍足够精确以如在此类工艺中使用所需那样检测十亿分之一或百万分之一浓度。 因此，这些类型的D0传感器的所要形状因子及精确性可使D0传感器的组件的封装同样十分重要。[〇〇46]图3是D0传感器的一个实施例的框图，所述D0传感器足够小以被集成于大多数半导体工艺中，同时仍实现用于半导体工艺中的所要灵敏度等级。D0传感器300包含可由(例如)塑料制成的外壳302。用于与(例如)工艺控制系统或类似物介接的连接器308将信号(例如，模拟或数字)提供到工艺控制系统。举例来说，此连接器308可包含遵循RS-232协议的一或多个引脚或引脚输出。[〇〇47] 在某些实施例中，外壳302可包含上部306及下部304。可使用(例如)垫圈将上部 306接合到下部304,使得D0传感器防水(例如，符合IP67)。为有助于耐水性，在一些实施例中，外壳302内的组件还可为密闭式或例如此类。外壳302的下部304包含主体或耦合到所述主体，所述主体含有具有端口 362的流动路径360，端口 362经布置以用于使流体进出流动路径360。配件364将端口 362连接到其它组件，使得D0传感器300可被(例如，直接)集成到(例如)半导体工艺或类似工艺的流体流动路径中。[〇〇48]由于D0传感器300可被集成到可包括具有不同直径的流体流动路径的多种多样的工艺中，所以D0传感器300的流动路径360的实施例可经适当地定大小以被集成到此类流体路径中，包含(例如)1/4〃、3/8〃、1/2〃、3/4〃及1〃直径。另外，实施例可具有适用于其中利用 00传感器300的特定应用的配件364，包含(例如奸1&代七61<:、？1'；
[1116]^〇^<:、附。。〇11?;[1131'(例如，S300)或另一类型的配件。[〇〇49] 流动路径360包含开口，其上粘合有发光体310的光学透明窗316可通过所述开口暴露于流动路径360中的流体，使得流动路径360中的流体直接接触发光体310。在某些实施例中，发光体310可涂覆有有机或无机薄膜，所述薄膜不受强酸或强碱侵蚀影响或耐受强酸或强碱侵蚀，但允许氧自由地扩散且与发光体310的荧光薄膜或材料接触。可使用(例如)粘合剂或其它紧固件将温度传感器312(例如，热敏电阻器、热电偶或类似物)安装到窗316且与流体流动路径360相对。
[0050] 窗316可由光学透明电介质材料(例如，硼硅酸盐玻璃、蓝宝石、金刚石、涂覆金刚石的玻璃、石英、方解石、方晶锆石等等)制成。由于蓝宝石或金刚石的热导率相对高(例如， 与硼硅酸盐玻璃等等相比)，所以尽管传感器312可驻留于流体的主流动路径360外部，但某些实施例可将蓝宝石或金刚石用于窗316以允许温度传感器312具有较大灵敏度。此外，由于蓝宝石或金刚石的强度，所以极高的密封力可被施加到此窗316以允许气密密封流体流动路径360以与其它组件(例如，电子器件)隔开，使得D0传感器300可适用于更高的压力环境，从而甚至在可具有约80镑每平方英寸(psi)的密封线路压力的高压环境中仍允许利用 D0传感器300。举例来说，可使用对酸性或碱性流体呈现惰性的高纯度垫圈完成此类密封。 由于大部分工艺(例如，在半导体产业中)不利用高于60psi的线路压力，所以此类实施例可有利地用于绝大多数此类工艺中。[〇〇511 外壳302含有光学探针350及主印刷电路板(PCB)352。光学探针350可与来自流动路径360的窗316相对且以与窗316及发光体316成一角度而大体上与流动路径360正切对准。在一些实施例中，可在垂直于窗316及流动路径的轴上大体上对准光学探针350。光学探针350又包含具有光学探针尖端354的探针套筒340(光学探针尖端354可集成地形成到探针套筒340或与探针套筒340分离形成且附接到其)、光学接收引导件356、光学载体370、光学 PCB 372、参考LED 376、光电二极管374、激发PCB 380上的激发LED 378及光学发射引导件 358。探针套筒340与光学载体370组合使用可有效防止光从LED 376、378“滑动”(例如，光学串扰)，如将更详细论述。[〇〇52] 激发LED 378使其自身的PCB 380与光学PCB 372分离以避免激发PCB 380上的激发组件与光学PCB 372上的组件(例如检测组件)之间的光学或电串扰。在一个实施例中，为进一步减少光学或电串扰，激发PCB 380及光学PCB 372可被定位于光学载体370的相对侧上且激发LED 378(例如，通过激发PCB 380)耦合到光学PCB 372且经配置以由光学PCB 372 上的电子组件390控制。在部分这些实施例中，光学载体370可为圆柱形状，其中光学PCB 372及光电二极管374在光学载体370的一个半球上且激发PCB 380及激发LED 378在光学载体370的另一半球上。在某些实施例中，具有以此类方式配置的光学载体370可允许更紧凑封装且仍可避免光学串扰及类似物，且获得增加的性能，同时仍将各种组件(例如，激发PCB 380、光学PCB 372、光电二极管374、激发LED 378等等)定位成大体上彼此相对。[〇〇53] 类似地，接着在一个实施例中，光学PCB 372与主PCB 352分离且耦合到主PCB 352。明确来说，在一些实施例中，光学PCB 372处于探针套筒340内且主PCB 352处于探针套筒340的外部。主PCB 352可含有电子组件386,例如电压调节、功率及模拟输出组件，而光学 PCB 372可含有电子组件390,例如光电二极管前端、温度传感器前端、用于激发LED或参考 LED的LED前端、数/模转换器(DAC或ADC)、数字信号处理器(DSP)、执行(例如)例如具有控制或计算模块的固件的模块的微控制器、或可包含例如校准数据或类似物的数据的存储装置 (例如，EEPROM)。但应注意，此处关于主PCB 352、激发PCB 380及光学PCB 372描绘的用于DO 传感器300的所有组件可被包含于单个PCB(或两个PCB等等)上，但是通过将这些类型的组件分离到单独PCB上(且通过(例如)通过将光学PCB 372放置于套筒340中而进一步分离这些组件)，仍可防止来自主PCB 352上的组件的串扰影响光学PCB 372上的测量或其它电子组件390。[〇〇54] 探针尖端354可具有开口，光学接收引导件356及光学发射引导件358可经路由通过所述开口。光学接收引导件356可经配置以将光(例如，由发光体310发射)引导到光电二极管374。举例来说，光学接收引导件356可为与光电二极管374对准(例如，在轴上)的单个圆柱形聚合物光纤。光学发射引导件358可经配置以将来自激发LED 378的光引导到探针尖端354中的开口以(例如)激发或以其它方式照明发光体310。举例来说，光学发射引导件358 可为一或多个光纤的束(其可具有小于光学接收引导件356的直径)。在一个实施例中，光学接收引导件356及光学发射引导件358可经路由通过探针尖端354中的相同开口，其中包括光学发射引导件的光纤束形成围绕光学接收引导件356的圆周的照明环。[〇〇55] 光电二极管374可耦合到光学PCB 372,其中光学PCB 372的电子组件390可包含用于光电二极管的前端(例如，用于光电二极管374的阳极及阴极)。在一个实施例中，电子组件390可包含在光学PCB 372的一侧上的用于光电二极管374的阳极(或用于其的连接)及在 PCB 372的另一侧上的用于光电二极管374的阴极(或用于其的连接)。此布置可允许光电二极管374被安装于轴上紧密接近光学PCB 372以减小光学PCB 372及光电二极管374的组合的总长度。因此，在一些实施例中，可在相同轴上大体上对准光电二极管374及PCB 372，其中那个轴可大体上为光学探针350本身对准的轴(例如，大体上垂直于窗316及流动路径 360)。参考LED 376也可被安装于光学PCB 372上，且在一个实施例中可被安装于光电二极管374(其可为至少部分透明)背后以允许直接照明光电二极管374(例如，使得光电二极管 374可检测从参考LED 376直接发射且尚未行进通过光学接收引导件356的光)。可由孔径或由其它构件限制此类照明。
[0056]在某些实施例中，可利用一或多个滤光器或滤光器的组合以防止光学串扰且增加荧光检测。所利用滤光器的数目及类型可取决于激发LED 378(例如，激发LED 378的颜色) 或发光体310的化学性质(例如，由发光体310发射的光的波长)。应注意，如在此处揭示的实施例中利用的LED的实施例可几乎为任何所要颜色(例如，红色、蓝色、绿色等等)。举例来说，在一些实施例中，发光体310可经选择，使得其大体上以红色波长辐射，且激发LED 378 可经选择，使得其大体上以约525nm的绿色波长及约800毫坎德拉(mcd)的发光强度辐射。在此类实施例中，可在激发LED 378之前部利用绿色滤光器以确保光学发射引导件358仅引导所要绿色波长以激发发光体310。类似地，可在光学接收引导件356与光电二极管374之间利用红色滤光器以确保光电二极管374仅接收由发光体310发射的红光(例如，通过光学接收引导件356)。
[0057]接着，在某些实施例的操作中，电子组件390(例如在控制器上执行的控制模块)可执行测量循环。在某些实施例中，举例来说，测量循环可为大约1秒。在一个实施例中，测量循环包含两部分:激发部分及参考部分，其中在一些实施例中，每一部分可为约测量循环的一半。应明白，测量循环可为更长或更短、可包括仅一个部分(例如，激发部分)或具有不同大小的部分等等。
[0058]在测量循环的激发部分期间，电子组件390可控制激发LED 378,且确定对应于响应于由激发LED 378进行的照明而由发光体310(与流动路径360中的流体接触)发射的光的相位或量值的激发信号。明确来说，在激发部分期间，电子组件390可以特定频率操作激发 LED 378，在一个实施例中所述频率可为约16KHz。每当在激发部分期间操作(例如，照明)激发LED 378时，通过光学发射引导件358将由激发LED 378发射的光从激发LED 378引导通过探针尖端354中的开口，其中所述光通过光学透明窗316照明发光体310。响应于此照明，发光体310发射光且基于流动路径360中的流体中的氧的存在而被淬灭。由发光体310发射的光通过窗316且在光学接收引导件356处被接收，在光学接收引导件356中，所述光被引导到光电二极管374,光电二极管374响应于此所接收到的光而产生信号。[〇〇59]由电子组件390接收此信号，电子组件390基于来自光电二极管374的信号而产生激发信号。举例来说，此激发信号对应于如由发光体310发射且通过光电二极管374接收到的光的量值或相位。在此类实施例中，可使用每当在测量循环的激发部分期间操作激发LED 378时所产生的激发信号来确定最终激发信号。举例来说，此最终激发信号可为每当在激发部分期间操作激发LED 378时所产生的激发信号的平均值。
[0060]另外，在一个实施例中，在激发部分期间，电子组件390可接收来自温度传感器312 的一或多个信号。可由电子组件390处理此所接收到的信号(例如，使用调制、峰值检测器等等)以确定流动路径360中的流体的温度测量。应注意，可在测量循环期间的任何点确定温度测量。
[0061]接着，在测量循环的参考部分期间，电子组件390可以某一频率操作参考LED 376， 在一个实施例中所述频率可与在测量部分中操作激发LED 378的频率相同且可为约16KHz。 每当在参考部分期间操作(例如，照明)参考LED 376时，可由光电二极管374直接接收由参考LED 376发射的光(例如，通过接近光学PCB 372而安装的光电二极管374的后部)，光电二极管374响应于此所接收到的光而产生信号。[〇〇62]由电子组件390接收此信号，电子组件390基于来自光电二极管374的信号产生参考信号。举例来说，此参考信号对应于如由参考LED 376发射且通过光电二极管374接收到的光的量值或相位。在此类实施例中，可使用每当在测量循环的参考部分期间操作参考LED 376时所产生的参考信号确定最终参考信号。举例来说，此最终参考信号可为每当在参考部分期间操作参考LED 376时所产生的参考信号的平均值。
[0063]接着，电子组件390使用在测量循环的激发部分期间产生的激发信号以产生指示流动路径360中的流体的氧浓度的测量的信号。明确来说，由发光体310发射的光的衰减时间可与流体中的溶氧浓度具有相反及线性关系。因此，可使用激发信号导出对应于当流体中的溶氧与发光体310的荧光材料相互作用以淬灭或减少那种材料的荧光量时荧光的减少的衰减时间或衰减时间常数。[〇〇64]特定来说，在某些实施例中，可确定激发信号的相位。另外，可使用在测量循环的参考部分期间确定的参考信号(例如，参考信号的相位)考虑传感器电子器件(例如，光学 PCB 372上的传感器电子器件)中的延迟。由于电子组件390负责产生用于调制参考LED 376 的信号(例如，以16KHz)且当在光电二极管374处接收到来自参考LED 376的光时从光电二极管374接收信号，所以激发信号的相位与参考信号的相位之间的差异与D0传感器300的电子(且可能其它)组件390中的延迟或温度灵敏度等等相关联。因此，可使用参考信号(例如， 参考信号的相位)调整激发信号以移除归因于(例如)电子组件390中的延迟或温度灵敏度或类似物的激发信号中的任何相移。可使用激发信号的校正相位在激发部分期间精确确定发光体310的荧光的衰减时间(例如，通过确定在测量循环的激发部分期间的调制信号与激发信号(例如，最终激发信号)之间的相位差)。接着，可基于发光体310的已知衰减时间常数与所确定衰减时间之间的关系确定流体中的氧浓度的测量。举例来说，可使用传感器的如存储于电子组件390中(例如，EEPROM或类似物中)的校准数据确定此测量。
[0065]在一些实施例中，可进一步使用在激发部分期间所确定的温度值或另外在测量循环期间使用温度与液体中的氧浓度之间的已知关系调整此浓度测量。使用测量温度值的校正可允许大体上实时补偿流体温度瞬时或稳态改变。可使用存储于电子组件390中(例如， EEPROM或类似物中)的温度校准数据补偿测量，其中校准数据包含在不存在氧时(例如，在纯氮时)的一个温度及在大气下获得的零点校准数据。[〇〇66]另外，电子组件390可在测量循环期间确定指示发光体310的状态的警报状态。此处，电子组件390中的校准数据可包含发光体310的焚光的标称量值。可在D0传感器300的校准期间(例如，当在存在大气的情况下校准D0传感器300时)确定此标称量值，此标称量值可为所述量值所要的绝对值或可另外确定。电子组件390可将在激发部分期间产生的激发信号的量值与在校准期间确定的荧光的标称量值比较且确定激发信号的量值是处于校准期间所确定的标称量值的某一阈值(例如，50 %、20 %等等)内还是外。举例来说，此阈值可在校准期间可被用户配置。如果激发信号的量值在标称量值的某一阈值外，那么可设置指示发光体310需要更换的警报标志。应注意，在一些实例中，可并非在每一测量循环确定警报状态，或可仅当由工艺控制器或类似物指定时确定警报状态。[〇〇67]接着，电子组件390可将指示氧浓度的测量、温度或警报状态的信号提供到主PCB 352。主PCB 352的电子组件388又通过连接器308提供氧浓度、温度或警报状态的对应信号 (其可为相同格式，例如模拟或数字;或可为不同格式，其按不同比例调整等等)。[〇〇68]图4A到4C描绘例如上文描述的实施例的D0传感器的一个实施例的分解图。应明白，通过实例提供所描绘组件，其它实施例可或可不使用所描绘的每一组件，或可使用更少组件，可组合组件的功能性等等。D0传感器400包含可由塑料或类似物制成的上部外壳402 及可由与上部外壳402相同或类似的材料制成的下部外壳406。可在上部外壳402与下部外壳406之间使用垫圈404,可使用螺钉及垫片或类似物将上部外壳402与下部外壳406接合在一起。另外，可将连接器410(例如Turck 12引脚连接器或类似物)接合到上部外壳402。主 PCB 452可至少部分驻留于上部外壳402中，使得导线可从主PCB 452穿过上部外壳402延伸到连接器410。[〇〇69] 含有如上文描述的流体流动路径的流动路径主体408可由PTFE或类似SEMI 57顺应材料制成，且可具有使用(例如)螺钉432及垫片接合到主体408的底部的安装板412。流动路径主体408的顶部可具有到流动路径主体408内的流动路径的开口 414。
[0070] 光学探针440可被至少部分固定于下部外壳406中，且下部外壳406被接合到流动路径主体408,使得光学探针440的尖端与密封于到流动路径主体408内的流动路径的开口 414中的光学窗426相距工作距离。此工作距离可为光学探针的尖端与光学窗426之间的气隙，以允许通过光学探针440的尖端来接收行进通过光学窗的光。在一个实施例中，举例来说，此类工作距离可为约.045〃。明确来说，可使用〇型环420、发光体424、窗426(例如，蓝宝石或类似物)、可由PVDF或类似物制成的固定器428及固定器螺母430以及可由Viton或类似物制成的〇型环442将下部外壳406接合到流动路径主体408。[〇〇71]在一个实施例中，流动路径主体408可具有围绕到流动路径的开口 414的凸缘，所述凸缘经配置以容纳环形〇型环420。发光体424可被粘合到窗426,且所述组合利用固定器 428及固定器螺母430密封，使得发光体424将与流动路径主体408的流动路径中的流体接触。在一个实施例中，流动路径主体408接近开口 414的圆周及固定器螺母430两者可被螺合，使得可通过将固定器螺母430拧紧或转动到所要压力来将所要密封力施加到窗426。 [〇〇72]固定器428及固定器螺母430两者都可为环形，使得光学探针440的尖端可与光学透明窗426相距所要工作距离而放置。在一些实施例中，固定器428可具有小于固定器螺母 430的内圆周，使得固定器428可提供支架，光学探针440的尖端的部分可固定于所述支架上或以其它方式接触所述支架。可使用〇型环442将外壳的下主体406密封到流动路径主体 408。明确来说，在某些实施例中，可使用将安装板412紧固到流动路径主体408的相同螺钉 432将下部外壳406接合到流动路径主体408,使得可通过将螺钉432拧紧或转动到所要值而将所要密封力施加于流动路径主体408与下主体406之间的〇型环442上。换句话来说，在一些实施例中，流动路径主体408可具有用于螺钉432的通孔，同时下部外壳406可具有用于接纳螺钉432的螺纹孔。[〇〇73]固定器428及固定器螺母430与分离的窗426及发光体424的使用可具有关于维护或可维修性的许多优点。明确来说，如已论述，发光体424可随着时间及暴露于流动通过流动路径主体408的流动路径的流体中的氧降级。实际上，此类流体中的氧浓度越大，降级速率越快。因此，情况通常为，每一年或两年左右需要更换发光体426以确保D0传感器的适当操作。
[0074]以往，更换此发光体存在至少两个主要障碍。首先是很难确定应何时更换发光体。 如已论述且将进一步论述，如所揭示的D0传感器的实施例可提供指示应何时更换发光体的警报信号。通过精确告知工艺的操作者何时需要更换发光体，可维持工艺的精确性且避免昂贵浪费。
[0075]另一主要障碍是发光体本身的可更换性。在许多情况中，发光体完全不可更换，这是因其被附接到D0传感器的固定部分。此外，甚至在发光体可更换的情况中，仍无法以容易且简单的方式完成发光体的更换。此处，固定器428及固定器螺母430与分离的窗426与发光体424的使用通过允许简单地更换窗426或发光体424(在一个实施例中，其可作为单元更换或同时更换)，同时仍允许充足密封力置于窗中以防止流体泄漏且保持顺应SEMI 57或IP 67，而允许DO传感器的现场可维修性。特定来说，下部外壳406可简单地与流动路径主体408 分离且简单地移除固定器螺母430(例如，使用扳手或类似物)以允许接触到及更换窗426或发光体424(或如所提及，两者作为一单元)。通过减少更换时间且允许D0传感器的现场维修，显著减少工艺停工时间。[〇〇76]现参考图5,描绘在D0传感器的实施例的下部外壳与流动路径主体之间的接口的一个实施例的特写横截面图。此外，应明白，通过实例提供所描绘的组件，其它实施例可或可不使用所描绘的每一组件，或可使用更少组件，可组合组件的功能性等等。特定来说，下部外壳550包含适于装配于流动路径主体510中的开口内的下部552(举例来说，其可为圆形形状)。此开口可具有唇缘560(其可为围绕开口的环形)，使得下部外壳550的下部552及唇缘560适于彼此接触。〇型环562可用于密封下部外壳的下部552与流动路径主体510之间的接口。[〇〇77]流动路径主体510含有流体流动路径512,如上文描述。流体流动路径512包含“T” (也被称为碗状物)514以允许流动路径512中的流体暴露于流动路径主体510中的开口 516。 516的圆周为约.25〃且深度为.2"。流动路径主体510包含围绕开口 516的环形通道556,其中通道的底部低于碗状物514的顶部。〇型环518可驻留于通道516中，使得在未压缩状态中，〇 型环518的顶部可高于流动路径主体512包括通道516的内壁的部分或与之齐平。发光体524 可被粘合到窗526且所述组合放置于开口 516中且利用固定器528及固定器螺母530密封，使得发光体524将与碗状物514的开口 516中的流动路径512中的流体接触。明确来说，流动路径主体510的内壁高于开口 516的部分如固定器螺母530的外圆周那样被螺合。因此，可拧紧固定器螺母530以通过固定器528将所要密封力置于发光体524上。此密封力用于压缩〇型环 518且提供气密密封，使得液体(或其分子)无法逸出流体流动路径512。[〇〇78]光学探针558的尖端536可为阶状，使得尖端的部分可具有不同圆周。尖端536的一个阶状部可接触固定器528,使得阶状部驻留于与窗526相距工作距离处，而尖端536的另一阶状部可接触固定器螺母530。在一个实施例中，尖端536包含用于压缩器540(例如，由硅、 橡胶或类似物制成)的容器，使得压缩器540可压缩与流体流动路径512相对地被粘合到窗 526的温度传感器542。尖端536也可具有一或多个孔(未展示)以用于将导线从温度传感器 542路由到光学探针558的电子组件。光学发射引导件及光学接收引导件的端可被路由通过尖端536中的开口。在一个实施例中，尖端中围绕光学发射引导件或光学接收引导件的光学套筒可包含光学发射导引或光学接收引导件。
[0079]现参考图6A到6C，描绘可用于例如上文描述的D0传感器中的光学探针的一个实施例的分解图。如同本文中描绘的其它实施例，应明白，通过实例提供所描绘的组件，其它实施例可或可不使用所描绘的每一组件，或可使用更少组件，可组合组件的功能性等等。光学探针600包含接合到探针尖端602的套筒680。光学载体604驻留于套筒680内。光学载体604 大体上为圆柱形。在光学载体604的一侧或一个半球上存在适于接纳包含激发LED的激发 PCB 642的凹口。举例来说，可使用螺钉、粘合剂或另一紧固件将激发PCB 642固定到光学载体604。光学发射引导件644可被放置于光学发射套筒618内且被路由通过探针尖端602的中心中的大体上圆形开口。光学滤光器612(例如，如先前描述的绿色滤光器或类似物)可被固定到在激发PCB 642上的激发LED与光学套筒618之间的光学载体604。光学载体604的此侧也可具有通道以用于将导线626从(例如)激发PCB 642路由到光学PCB 606或从温度传感器 (未展示)路由到光学PCB 606。光学载体604的此侧的部分670可形成用作用于光学PCB 606 的分配器及安装点的屏障。此部分670可为围绕光学载体604的圆周的部分的壁。
[0080]光学载体604的另一侧具有通过光学载体604的圆柱形孔径，使得光学接收引导件 664被路由通过此圆柱形孔径且通过探针尖端602的中心中的开口。在某些实施例中，光学接收引导件不在圆柱形孔内的部分可被围封于光学套筒中。如上文论述，在一些实施例中， 光学发射引导件644及光学接收引导件664可被路由通过探针尖端602中的相同孔，其中光学发射引导件644环绕光学接收引导件664以形成照明环或类似物。举例来说，光学接收引导件664可为具有2mm直径的单个光纤，而光学发射引导件644可为具有.5mm直径的束(例如，10到15个)光纤。
[0081] 通过将光电二极管610的阳极及阴极路由通过光学隔膜608中的一或多个孔而将光电二极管610安装到包含参考LED的光学PCB 606。光学隔膜608也可包含孔，由光学PCB 606上的参考LED发射的光可通过所述孔直接照明光电二极管610。此类孔也可用于孔径限制此类照明。光学PCB 606可被固定到光学载体604的部分670,使得光电二极管610可被定位于光学载体604的圆柱形孔中。在一个实施例中，热镜614的任一侧上的滤光器616可被定位于在光电二极管610与光学接收引导件664远离探针尖端602中的开口的远端之间的圆柱形孔中。[〇〇82] 光学载体604(包含光学PCB 606、激发PCB 642及安装于光学载体604上或以其它方式路由通过光学载体604的所有组件)可被放置于探针套筒680中，且可使用(例如)粘合剂或类似物将探针尖端602固定到探针套筒680的端。另外，用于压缩温度传感器的压缩器 676可被固定于探针尖端602中的容器中。[〇〇83]现参看如已论述的D0传感器的实施例的某些组件的更多特定实施例可为有用的。 在图7到10中描绘的组件的实施例可经合适地设置大小以装配于具有约5.75〃的高度(例如，针对上部外壳、下部外壳及流动路径主体的组合)及测量为约1.7 5 〃的外壳(例如，上部外壳及下部外壳)的D0传感器(例如，上部外壳、下部外壳及流动路径主体的组合)中。应明白，所有尺寸都为近似的且仅可应用于那个特定实施例。其它实施例可使用具有不同尺寸的相同组件，可不使用此类组件或可使用更少组件等等。[〇〇84] 考虑到这一点，图7A到7C描绘与D0传感器一起使用的光学探针的套筒的一个实施例，而图8A到8H描绘与图7A到7C的套筒一起使用的光学载体的一个实施例。此处注意，光学载体800包含腔室802,当光学PCB被固定到光学载体800的部分804时，安装于所述光学PCB 上的光电二极管可驻留于所述腔室802中。在此类布置中，孔806可容纳光学接收引导件或其部分，使得光学接收引导件远离D0传感器的窗的远端可接近腔室802中的光电二极管。凹槽808可经设计以容纳激发PCB，使得激发LED照明包含于孔径810中的光学发射引导件。由于光学载体800的壁812将光学PCB、光电二极管及光学接收引导件与激发PCB、激发LED及光学发射引导件分离，所以光学载体800用于显著减少在利用此类光学载体的D0传感器中的光学串扰及电串扰两者。[〇〇85]图9描绘可在光电二极管与光学PCB之间利用的光学隔膜900的实施例。此处注意， 光学隔膜含有三个叉指902以用于固定光学PCB及三个通孔904。两个通孔904a、904b可用于光电二极管的阳极及阴极的路由，使得阳极及阴极可被焊接或以其它方式附接到由叉指 902固定的光学PCB的相对侧。第三通孔904c可允许安装于光电二极管所焊接到的光学PCB 上的参考LED从后部照明光电二极管，且可另外提供对此类照明的限制。
[0086]图10A及10B描绘探针尖端1000的一个实施例。此处注意，探针尖端1000具有通孔 1002,光学发射引导件及光学接收引导件可被路由通过通孔1002。探针尖端1000也可具有一或多个通孔1004,导线可从粘合到D0传感器的窗的温度传感器被路由通过通孔1004。另夕卜，探针尖端1000可具有凹槽1006,其中压缩器(例如，由橡胶或硅制成)可经定位以压缩粘合到窗的温度传感器。
[0087]现论述校准或操作例如本文中描绘的D0传感器的实施例的方法可有助于对如本文中描绘的实施例的理解。可使用如上文论述的D0传感器的电子组件(例如，硬件、软件或某一组合)执行此类方法。图11描绘用于DO传感器的校准的实施例。在步骤1110处，可执行零校准。在此类校准中，可在具有大体上零氧的环境中校准传感器，例如，通过在纯氮环境中校准DO传感器。零点校准可在已知温度值下完成且用于确定、调整或设置与此类环境中的传感器相关联的输出值。[〇〇88]在步骤1120处，可执行100%校准。在此步骤中，可将温度保持在已知温度值且传感器被暴露于大气。在一些实施例中，D0传感器可被暴露于大气至少30分钟以允许建立稳定氧水平。100%校准在已知温度值下完成且用于确定、调整或设置与此类环境中的传感器相关联的输出值。举例来说，此类校准可允许使用在测量循环期间测量的温度来基于温度与氧浓度之间的关系补偿或以其它方式调整氧浓度测量。[〇〇89]另外，在某些实施例中，在100 %校准期间，可确定用于D0传感器的发光体的荧光值的量值。举例来说，荧光值的此量值可为在校准过程期间从发光体接收到的光的强度的最大值或经由发光体的多个照明从发光体接收到的光的最大强度的平均值等等。可将荧光值的此量值存储于D0传感器中(例如，在EEPR0M或类似物中)。
[0090]在一个实施例中，也可在存在流体(D0传感器将结合所述流体利用)的情况下校准 D0传感器(例如，在半导体工艺中的装置中等等)。因此，在一些实施例中，可通过在存在特定流体的情况下执行D0传感器的校准来确定焚光值的量值，且关于那个特定工艺流体确定荧光值的量值。
[0091]图12描绘用于如可由如本文中论述的D0传感器的实施例执行那样执行确定流动路径中的流体的氧浓度的方法的实施例。测量循环可包含激发部分1210及参考部分1250。 在某些实施例中，测量循环可为(例如)大约1秒，其中在一些实施例中，每一部分可为约测量循环的一半。应明白，测量循环可为更长或更短、可包括仅一个部分(例如，激发部分)或具有不同大小的部分等等。
[0092]在测量循环的激发部分1210期间，在步骤1212处操作激发LED。在一个实施例中， 以某一频率操作激发LED(例如，接通及断开或脉冲调整)，所述某一频率在一个实施例中可为约16KHz。每当在激发部分1210期间操作(例如，照明)激发LED时，通过光学发射引导件将由激发LED发射的光从激发LED引导通过探针尖端中的开口，其中所述光照明D0传感器的发光体。响应于此照明，发光体发射光且基于流动路径中的流体中的氧的存在被淬灭。在步骤 1214处，由光电二极管接收由发光体发射的光，光电二极管响应于此所接收到的光产生信号。接着，在步骤1216处，基于来自光电二极管的信号产生激发信号。举例来说，此激发信号对应于如由发光体发射且通过光电二极管接收到的光的量值或相位。在步骤1218处，可使用每当在测量循环的激发部分1210期间操作激发LED时所产生的激发信号确定最终激发信号。举例来说，此最终激发信号可为每当在测量循环的激发部分1210期间操作激发LED时所产生(在步骤1216)的激发信号的平均值。[〇〇93]接着，在测量循环的参考部分1250期间，在步骤1252处，可以某一频率操作参考 LED，在一个实施例中所述某一频率可与在激发部分1210中操作激发LED的频率相同且可为约16KHz。每当在参考部分1250期间操作(例如，照明)参考LED时，可在步骤1254处由光电二极管直接接收由参考LED发射的光，光电二极管响应于此所接收到的光产生信号。
[0094]在步骤1256处，基于来自光电二极管的信号产生参考信号。举例来说，此参考信号对应于由参考LED发射且通过光电二极管接收到的光的量值或相位。在步骤1258处，可使用每当在参考部分的参考部分1250期间操作参考LED时所产生的参考信号确定最终参考信号。举例来说，此最终参考信号可为每当操作参考LED时所产生的参考信号的平均值。
[0095]另外，在步骤1260处，在测量循环期间的某一点(其可为在激发部分期间、在参考部分期间、在所述部分之间、在所述部分之后、在测量循环期间的多个点期间获得的多个温度测量的平均值等等)，基于从温度传感器接收到的信号确定D0传感器的流动路径中的流体的温度。[〇〇96]在步骤1270处，可基于最终激发信号、最终参考信号及温度确定流体中的氧浓度的测量。明确来说，可使用最终激发信号导出对应于当流体中的溶氧与发光体的荧光材料相互作用以淬灭或减少那种材料的荧光量时荧光的减少的衰减时间或衰减时间常数。特定来说，可使用在测量循环的参考部分期间确定的最终参考信号(例如，最终参考信号的相位)确定最终激发信号的相位且可考虑传感器电子器件中的延迟。可使用最终激发信号的校正相位在激发部分期间精确确定发光体的荧光的衰减时间。接着，可基于所利用发光体的已知衰减时间常数与所确定衰减时间之间的关系确定流体中的氧浓度测量。举例来说， 可使用所存储校准数据(例如，如在校准过程中所确定)确定此测量。可使用基于温度与氧浓度之间的已知关系所确定(例如，在步骤1260)的温度值进一步调整此浓度测量。[〇〇97]另外，在一些实施例中，在步骤1280处，可在测量循环期间确定指示发光体状态的警报状态。此处，电子组件中的校准数据可包含用于发光体的荧光的参考量值。此参考量值可为在D0传感器300的校准期间确定的指定值等等。可将此参考量值与在激发部分期间产生的最终激发信号的量值比较以确定激发信号的量值是否处于在校准期间确定的参考量值的某一阈值(例如，50%、20%等等)内。举例来说，制造商或用户可在校准期间配置此阈值。如果最终激发信号的量值不在参考量值的阈值(例如，参考量值的50%)内，那么可设置指示发光体需要更换的警报标志或发送警报信号。应注意，在一些实例中，可并非在每一测量循环确定警报状态，可能从不在测量循环中确定警报状态、或可仅当由工艺控制器或类似物指定时确定警报状态。[〇〇98]接着，在步骤1290,可由D0传感器提供指示氧浓度的测量的至少一信号。可使用此信号控制与D0传感器一起利用的工艺或用于多种多样的其它功能。另外，在步骤1290处，也可由D0传感器提供测量温度或警报状态的信号。
[0099]如简略论述，可不结合测量循环确定警报状态。因此，在一些实施例中，可与测量循环分离执行发光体测试循环。可期望，在大气下执行单独发光体测试循环，在其中在大气下在校准过程中确定用于发光体的参考量值的情况中尤为如此。因此，在执行此类发光体测试循环之前，可将D0传感器放回或敞开于大气或当在工艺期间将大气引入到流体流动路径时，可在所述工艺的部分期间执行D0传感器等等。因此，应明白，在某些实施例中，此类发光体测试循环可大体上与如上文描述在存在大气的情况下执行测量循环相同。[〇1〇〇]在图13中描绘用于执行测试循环以确定发光体更换的警报状态的方法的一个实施例。在执行测试循环的此情况中，首先，在步骤1310处，通过操作激发LED产生激发信号。 应注意，可大体上类似于本文中的此类激发信号的其它论述产生此激发信号。在步骤1320 处，可确定指示发光体状态的警报状态。如所论述，校准数据可包含参考量值或可能已经以某一其它方式指定所述参考量值。可将此参考量值与激发信号的量值比较以确定激发信号的量值是否处于在校准期间所确定的参考量值的某一阈值内。如果激发信号的量值不在参考量值的阈值(例如，参考量值的50%)内，那么可在步骤1330处设置指示发光体需要更换的警报标志或发送警报信号。
[0101]可以软件或硬件或二者的组合中的控制逻辑的形式实施本文中描述的实施例。可将控制逻辑存储于信息存储媒体(例如计算机可读媒体)中作为适于指示信息处理装置执行在各种实施例中揭示的一组步骤的多个指令。基于本文中提供的揭示内容及教示，所属领域的一般技术人员将了解实施本发明的其它方式及/或方法。
[0102]如在本文中使用，术语“包括(compri ses、compri s ing )”、“包含(includes、 including)”、“具有(has、having)”或其任何其它变化希望涵盖非穷尽性包含。举例来说， 包括一系列元件的工艺、产品、对象或设备不必仅限于那些元件，而是可包含未明确列出或此类工艺、产品、对象或设备中固有的其它元件。
[0103]“计算机可读媒体”可为可含有、存储、传达、传播或传送供指令执行系统、设备、系统或装置使用或结合其使用的程序的任何媒体。计算机可读媒体可为(仅举例来说但无限制之意)电子、磁性、光学、电磁、红外线或半导体系统、设备、系统、装置、传播媒体或计算机存储器。此类计算机可读媒体大体上应为机器可读媒体且包含可为人工可读(例如，源代码)或机器可读(例如，目标代码)的软件程序或代码。[〇1〇4] “处理器”包含处理数据、信号或其它信息的任何硬件系统、机制或组件。处理器可包含具有通用中央处理单元、多个处理单元、用于实现功能性的专用电路的系统或其它系统。处理不需限于地理位置或具有时间限制。举例来说，处理器可“实时”、“离线”、在“批次模式”下等等中执行其功能。可由不同(或相同)处理系统在不同时间及不同位置执行处理的部分。
[0105]还应明白，也可以更独立或集成的方式实施在图/图式中描绘的元件中的一或多者，或甚至被移除或呈现为在某些情况中不能操作，如根据特定应用是有用的。另外，图/图式中的任何信号箭头应仅被视为示范性，而非限制性，除非另有明确说明。举例来说，如本文描绘的D0传感器的实施例已经被描绘为具有接合到包含流动路径的下部的上部，流动路径具有经布置以使流体进出流动路径的端口。然而，将注意，D0传感器的其它预期实施例可以不包含集成流体流动路径的其它方式利用及配置，且可(例如)直接集成到工具或类似物的流体流动路径中、集成到容器、外包装、衬垫等等中。
[0106]此外，如在本文中使用的术语“或” 一般希望意味着“及/或”，除非另有指示。如在本文中使用，术语前面的“一(a或an)”(且当先行词基础为“一(a或an)”时的“所述”)包含此类术语的单数及复数两者(即，提及“一(a或an)”明确指示仅单数或仅复数)。此外，如在本文描述中使用，“在……中”的涵义包含“在……中”及“在……上”，除非在文中另有明确指不。[〇1〇7]上文已关于特定实施例描述益处、其它优点及对问题的解决方案。然而，益处、优点、对问题的解决方案及可导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更加明显的任何组件不应被解释为关键、必需或本质特征或组件。
【主权项】
1.一种溶氧传感器，其包括: 光学透明材料窗，其中发光体被附接到所述窗的能够暴露于流体的第一侧； 光学探针，其与来自所述流体流动路径的所述窗及所述发光体相对，其中所述光学探针包含: 激发光源，其经配置以照明所述发光体； 光电二极管，其经配置以接收由所述发光体响应于照明而发射的光;及 电子组件，其具有与存储于其中的所述发光体相关联的基线量值，且经配置以: 确定从所述发光体发射的所述光的量值； 确定从所述发光体发射的所述光的所述量值是否在所述基线量值的阈值内；及基于从所述发光体发射的所述光的所述量值是否在所述基线量值的阈值内的所述确定设置与所述发光体相关联的警报状态。2.根据权利要求1所述的溶氧传感器，其中所述阈值是50%。3.根据权利要求1所述的溶氧传感器，其中在所述溶氧传感器的校准期间确定所述基线量值。4.根据权利要求1所述的溶氧传感器，其中所述校准在大气下发生。5.根据权利要求1所述的溶氧传感器，其中所述电子组件经配置以基于由所述发光体发射的所述光确定氧浓度的测量。6.根据权利要求5所述的溶氧传感器，其中由所述发光体发射的所述光的所述量值的所述确定及所述氧浓度测量是基于从由所述发光体发射的所述光而确定的相同信号。7.根据权利要求1所述的溶氧传感器，其中所述溶氧传感器包括:光学接收引导件，其经路由通过所述探针且具有接近所述窗的第一端，其中所述光学接收引导件经配置以接收由接纳于所述第一端处的所述发光体响应于由所述激发光源照明所述发光体而发射的所述光，且将所述光引导到邻近于所述光学接收引导件远离所述窗的第二端的所述光电二极管，其中所述光电二极管与所述光学接收引导件在轴上对准;及印刷电路板PCB，其包含所述电子组件，且所述PCB与所述光电二极管及所述光学接收引导件在所述轴上对准，且所述光电二极管耦合到所述PCB。8.根据权利要求1所述的溶氧传感器，其中所述窗与所述流体接触。9.根据权利要求1所述的溶氧传感器，其中所述窗或所述发光体是可更换的。10.一种用于操作溶氧传感器的方法，其包括: 使用激发光源照明发光体； 接收由所述发光体响应于照明而发射的光； 确定从所述发光体发射的所述光的量值； 确定从所述发光体发射的所述光的所述量值是否在与所述发光体相关联的基线量值的阈值内；及 基于从所述发光体发射的所述光的所述量值是否在所述基线量值的阈值内的所述确定设置与所述发光体相关联的警报状态。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述阈值是50%。12.根据权利要求10所述的方法，其中在所述溶氧传感器的校准期间确定所述基线量值。13.根据权利要求10所述的方法，其中所述校准在大气下发生。14.根据权利要求10所述的方法，其中所述电子组件经配置以基于由所述发光体发射的所述光确定氧浓度的测量。15.根据权利要求10所述的方法，其中由所述发光体发射的所述光的所述量值的所述确定及所述氧浓度测量是基于从由所述发光体发射的所述光而确定的相同信号。16.—种计算机可读媒体，其包括用于控制溶氧传感器的指令，所述指令用于: 操作激发光源以使用所述激发光源照明发光体； 接收基于由所述发光体响应于通过所述激发光源的所述照明而发射的光所确定的信号； 基于所述信号确定从所述发光体发射的所述光的量值;及 确定从所述发光体发射的所述光的所述量值是否在与所述发光体相关联的基线量值的阈值内；及 基于从所述发光体发射的所述光的所述量值是否在所述基线量值的阈值内的所述确定设置与所述发光体相关联的警报状态。17.根据权利要求16所述的计算机可读媒体，其中所述阈值是50%。18.根据权利要求16所述的计算机可读媒体，其中在所述溶氧传感器的校准期间确定所述基线量值。19.根据权利要求16所述的计算机可读媒体，其中所述校准在大气下发生。20.根据权利要求16所述的计算机可读媒体，其中所述电子组件经配置以基于由所述发光体发射的所述光确定氧浓度的测量。21.根据权利要求20所述的计算机可读媒体，其中由所述发光体发射的所述光的所述量值的所述确定及所述氧浓度测量是基于基于由所述发光体发射的所述光而确定的所述信号。
【文档编号】G01N33/18GK106068454SQ201580011111
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年3月19日 公开号201580011111.5, CN 106068454 A, CN 106068454A, CN 201580011111, CN-A-106068454, CN106068454 A, CN106068454A, CN201580011111, CN201580011111.5, PCT/2015/21586, PCT/US/15/021586, PCT/US/15/21586, PCT/US/2015/021586, PCT/US/2015/21586, PCT/US15/021586, PCT/US15/21586, PCT/US15021586, PCT/US1521586, PCT/US2015/021586, PCT/US2015/21586, PCT/US2015021586, PCT/US201521586
【发明人】弗朗西斯科·哈维尔·马丘卡, 罗纳德·菲利普·基亚雷诺, 凯尔·威廉姆·蒙哥马利
【申请人】恩特葛瑞斯-捷特隆解决方案公司