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原文传递电气测量线路、气体检测器及用于测量气体浓度的方法

专利名称：	电气测量线路、气体检测器及用于测量气体浓度的方法
摘要：	电气测量线路具有反馈电气支路(2)以与谐振器(1)形成振荡器(10)，并且还具有测量支路(4)，由所述反馈电气支路(2)提供的输入供应至测量支路(4)。测量支路包括可调移相器(41)，使得从测量支路施加至谐振器的附加激励力(Fpa)可被调整成相对于从反馈电气支路施加至所述谐振器的激励力(Fx)处于相位正交。这样的电气测量线路尤其适于形成光声效应气体检测器。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	法国;FR
申请人：	国家宇航研究所
发明人：	拉斐尔·利维;纪尧姆·奥斯特;贝阿特丽斯·韦尔哈克;吉恩·格拉德;奥利维尔·勒特隆;文森特·高迪诺
专利状态：	有效
申请日期：	2017-09-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-04T00:00:00+0800
申请号：	CN201780060921.9
公开号：	CN109844516A
代理机构：	北京英赛嘉华知识产权代理有限责任公司
代理人：	王达佐;王艳春
分类号：	G01N29/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	法国帕莱索
主权项：	1.电气测量线路，包括： -机电谐振器(1)； -反馈电气支路(2)，具有连接至所述谐振器(1)的检测端子(1b)以用于从所述谐振器接收响应信号的输入部(2a)以及连接至所述谐振器的激励端子(1a)以用于向所述谐振器施加激励力(Fx)的输出部(2b)，使得所述谐振器和所述反馈电气支路形成以谐振频率(fr)工作的振荡器(10)的至少一部分； -频率测量设备(3)，连接至所述振荡器(10)以测量所述谐振频率(fr)；以及 -测量支路(4)，具有连接至所述反馈电气支路(2)的输出部(2b)的输入部(4a)以及配置为根据存在于所述反馈电气支路(2)的输出部(2b)处的激励信号向外部设备(5)发送调制信号的调制输出部(4b)；使得当所述外部设备(5)配置为向所述谐振器(1)施加除了由所述反馈电气支路(2)施加的激励力(Fx)之外的附加激励力(Fpa)时，则所述谐振频率(fr)的通过所述频率测量设备(3)测量且由所述附加激励力造成的偏移量构成所述外部设备(5)的参数的测量值；所述电气测量线路的特征在于，所述测量支路(4)包括可调移相器(41)，所述可调移相器(41)布置在所述测量支路的输入部(4a)和调制输出部(4b)之间，使得由所述外部设备(5)施加至所述谐振器(1)的附加激励力(Fpa)的相移能够被调谐，从而使得所述附加激励力相对于由所述反馈电气支路(2)施加的激励力(Fx)处于相位正交。 2.根据权利要求1所述的电气测量线路，其中，所述谐振器(1)为振荡石英元件类型，例如石英音叉类型，或者为振荡硅元件类型，例如硅音叉类型。 3.根据权利要求1或2所述的电气测量线路，其中，所述反馈电气支路(2)包括串联组合的放大器(21)和移相器(22)，或者包括锁相回路组件。 4.根据权利要求1至3中任一项所述的电气测量线路，其中，除了能够通过所述可调移相器(41)调谐相移之外，所述测量支路(4)还配置为可逆地施加pi的附加相移，使得构成所述外部设备(5)的参数的测量值的、所述谐振频率(fr)的偏移量等于分别在具有和不具有等于pi的所述附加相移的情况下针对所述谐振频率(fr)测量的两个值之间的差值的一半。 5.根据权利要求1至3中任一项所述的电气测量线路，还包括： -参考机电谐振器；以及 -另一反馈电气支路，具有连接至所述参考谐振器的检测端子以用于从所述参考谐振器接收响应信号的输入部以及连接至所述参考谐振器的激励端子以用于向所述参考谐振器施加另一激励力的输出部，使得所述参考谐振器和所述另一反馈电气支路形成参考振荡器(10ref)，所述参考振荡器(10ref)独立于连接至所述测量支路(4)的振荡器(10)以称作参考频率(fref)的另一谐振频率工作；以及所述电气测量线路还配置为与连接至所述测量支路(4)的振荡器(10)的谐振频率(fr)分开地测量所述参考频率(fref)，使得构成所述外部设备(5)的参数的测量值的、所述谐振频率(fr)的偏移量对应于所述参考频率与针对连接至所述测量支路的振荡器测量的谐振频率(fr)之间的差值。 6.气体检测器，包括： -根据权利要求1至5中任一项所述的电气测量线路；以及 -可调制激光器，构成所述外部设备(5)，且所述测量支路(4)的调制输出部(4b)连接至所述可调制激光器的调制输入部，以及其中，所述可调制激光器定向成使得将具有与所述可调制激光器的波长对应的吸收线且将接收从所述可调制激光器发出的辐射束(FX)的气体产生声波且所述声波在所述谐振器(1)上引起所述附加激励力(Fpa)，使得通过所述谐振频率(fr)的偏移量测量的参数是具有在所述可调制激光器的波长处的吸收线的所述气体的浓度。 7.根据权利要求6所述的气体检测器，其中，所述可调制激光器能够调制从所述可调制激光器发出的辐射束(FX)的波长或辐射功率。 8.根据权利要求6或7所述的气体检测器，其中，所述谐振器(1)包括音叉，且所述可调制激光器定向成使得：从所述可调制激光器发出的辐射束(FX)垂直于所述音叉的两个尖叉，并且在所述音叉的对称平面中在所述音叉的两个尖叉之间经过，或者在所述音叉的两个尖叉之中的一个尖叉的一侧经过，其中所述一个尖叉与另一尖叉相对。 9.用于测量气体的浓度的方法，包括以下步骤： /1/选择根据权利要求6至8中任一项所述的气体检测器，用于所述气体检测器的可调制激光器的波长对应于所述气体的吸收线； /2/布置所述气体检测器使得从所述可调制激光器发出的辐射束(FX)经过可能包含一定量所述气体的区域； /3/调整所述测量支路(4)的可调移相器(41)，使得由所述外部设备(5)施加至所述谐振器(1)的附加激励力(Fpa)相对于由所述反馈电气支路(2)施加的激励力(Fx)处于相位正交； /4/测量由所述附加激励力(Fpa)导致的、所述振荡器(10)的谐振频率(fr)的偏移量；以及 /5/由所测量的所述谐振频率(fr)的偏移量推导所述气体的浓度的值。 10.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤/5/中，所述气体的浓度的值通过使用以下公式由所述谐振频率(fr)的偏移量推导： Cgas＝[3·Q·Nx·Vx/(4·β·fr)]·Δfr 其中，Q和fr分别是所述机电谐振器(1)的品质因数和振荡谐振频率，Nx是所述机电谐振器的压电转换因数，Vx是所述机电谐振器的激励电压振幅，以及β是独立于所述气体的浓度的常数。 11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，步骤/3/包括以下子步骤： -在所述气体检测器的工作期间，实时地测量所述振荡器(10)的频率；以及 -设定所述测量支路(4)的可调移相器(41)，使得所述振荡器在测量时的频率最大。 12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述谐振器包括音叉，以及其中，所述可调移相器(41)在步骤/3/中设定成引起相移，所述相移等于：其中，且其中，Oz是平行于所述音叉的尖叉的纵向方向的轴且具有位于所述尖叉的基础部处的原点，H是平行于所述轴Oz在所述音叉的尖叉的基础部与从所述可调制激光器发出的辐射束(FX)的中心之间测量的第一距离，L是垂直于所述Oz轴在所述辐射束的中心与所述音叉之间测量的第二距离，e是平行于所述第二距离L测量的、所述音叉的尖叉的厚度，c是声音在所述气体中的传播速度，fr是所述机电谐振器的振荡谐振频率，τV-T是所述气体的弛豫时间，以及J0和Y0分别是第一类一阶贝塞尔函数和第二类一阶贝塞尔函数。
所属类别：	发明专利