低交叉灵敏度气体检测设备

背景技术

气体检测设备（例如电化学检测器）可用于检测和/或测量气态物质和/或气态物质中的化合物（包括例如有机化合物和无机化合物）的浓度水平。许多气体检测装置受到技术挑战和限制的困扰。

发明内容

本文中描述的各种实施方案涉及用于提供气体检测设备的方法、设备和系统。

根据本公开的各种实例，提供了一种气体检测设备。在一些实例中，该气体检测设备包括感测组件，该感测组件至少包括：配置为接收包含目标气态物质和干扰气态物质的样品气态物质的壳体；设置在该壳体内的参比电极；设置在该壳体内的对电极；和设置在该壳体内的感测电极，其可操作地连接到偏置电压电路，其中：该感测电极配置为响应在样品气态物质入射在感测电极上的情况下关于目标气态物质发生的第一电化学反应而在感测电极与对电极之间产生电流信号，该电流信号指示目标气态物质的浓度水平，该参比电极配置为将感测电极的电位保持在固定值，并且该偏置电压电路运行以改变关于干扰气态物质发生的第二电化学反应的方向。

根据本公开的各种实例，提供了一种方法。在一些实例中，该方法包括：在感测组件的壳体内接收包含目标气态物质和干扰气态物质的样品气态物质；通过该感测组件的感测电极，响应在样品气态物质入射在感测电极上的情况下关于目标气态物质发生的第一电化学反应在该感测组件的感测电极与对电极之间生成电流信号，该电流信号指示该目标气态物质的浓度水平，通过该感测组件的参比电极将感测电极的电位保持在固定值，并经由可操作地连接到该感测电极的偏置电压电路改变关于干扰气态物质发生的第二电化学反应的方向。

在以下详述及其附图中进一步解释前述说明性概述以及本公开的其它示例性目的和/或优点以及实现其的方式。

附图说明

可以结合附图阅读说明性实施方案的描述。要理解的是，为了图示说明的简单和清楚，除非另行说明，图中所示元件不一定按比例绘制。例如，除非另行说明，一些元件的尺寸可以相对于其它元件被夸大。相对于本文中呈现的附图显示和描述结合了本公开的教导的实施方案，其中：

图1图示说明了描绘根据本公开的各种实施方案的示例性设备的示意图；

图2图示说明了根据本公开的各种实施方案的示例性偏置电路；

图3图示说明了描绘根据本公开的各种实施方案的示例性测量的图；

图4图示说明了描绘根据本公开的各种实施方案的示例性测量的图；

图5图示说明了描绘根据本公开的各种实施方案的示例性测量的图；和

图6图示说明了与根据本公开的各种实施方案的示例性气体检测设备的一个或多个其它元件/组件电子通信的示例性控制器组件。

具体实施方式

下面将参照附图更充分地描述本公开的一些实施方案，所述附图显示了一些而非全部本公开的实施方案。实际上，这些公开内容可以以许多不同形式体现，并且不应解释为限于本文中阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案以使本公开满足适用的法律要求。同样的数字始终是指同样的元件。

图中所示的组件代表可能存在或可能不存在于本文中所述的本公开的各种实施方案中的组件，以使实施方案可以包括比图中所示那些更少或更多的组件，而不偏离本公开的范围。为了下方组件的可见性，一些组件可能从一个和多个图中省略或以虚线显示。

短语“在一个示例性实施方案中”、“一些实施方案”、“各种实施方案”等等通常是指该短语之后的特定特征、结构或特性可以被包括在本公开的至少一个实施方案中，并可以被包括在本公开的超过一个实施方案中（重要的是，此类短语不一定是指相同的实施方案）。

词语“实例”或“示例性的”在本文中用于指“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施方式不一定解释为优选或优于其它实施方式。

如果说明书称一个组件或特征“可以”、“能够”、“可”、“应当”、“将”、“优选”、“可能”、“通常”、“任选”、“例如”、“常常”或“有可能”（或其它此类语言）被包括或具有特性，则特定的组件或特征不需要被包括或具有该特性。此类组件或特征可以任选包括在一些实施方案中，或可能被排除。

术语“电子连接”或“电子通信”在本公开中是指两个或更多个电气元件（例如但不限于示例性处理电路、通信模块、输入/输出模块、存储器、湿度感测组件、冷却元件、气体检测组件）和/或一个或多个电路通过有线方式（例如但不限于导线或迹线）和/或无线方式（例如但不限于无线网络、电磁场）连接，使得数据和/或信息（例如电子指示、信号）可以传输到和/或接收自电子连接的电气元件和/或一个或多个电路。

在一些实例中，各种设备（例如但不限于气体检测设备(例如电化学检测器)）可以在指定位置或区域中检测和/或测量一种或多种目标气态物质和/或气态物质中的目标化合物的浓度水平，以满足法规和/或符合环境空气质量标准。目标气态物质/化合物可以包括挥发性有机化合物（VOC）、有毒气体等等。

在各种实例中，气体检测设备可以包含包括感测电极的感测组件，所述感测电极配置为检测/测量环境中目标气态物质（例如二氧化硫(SO

在一些实施方案中，在监测目标气态物质的存在时，可能存在可与相同感测电极反应（例如产生电化学反应）的其它气态物质。因此，在一些实例中，包括配置为检测/测量目标气态物质的浓度水平的感测电极的气体检测设备（例如电化学检测器）也可以对另一气态物质（例如干扰气态物质）的存在作出反应。举例而言，用于检测SO

但是，在一些实例中，干扰气态物质NO

作为响应NO

在一些实例中，为了考虑干扰气态物质的交叉灵敏度，气体检测器可以配置为除了检测目标气态物质（例如SO

根据本公开的各种实施方案，提供了示例性方法、设备和系统。

在一些实例中，提供了气体检测设备。该气体检测设备可以包括感测组件。该感测组件可以至少包括配置为接收包含目标气态物质和干扰气态物质的样品气态物质的壳体，参比电极设置在该壳体内，对电极设置在该壳体内，并且感测电极设置在该壳体内，其可操作地连接到偏置电压电路。在一些实例中，该感测电极配置为响应在样品气态物质入射在感测电极上的情况下关于目标气态物质发生的第一电化学反应而在感测电极与对电极之间产生电流信号，该电流信号指示目标气态物质的浓度水平。在一些实例中，该参比电极配置为将感测电极的电位保持在固定值。在一些实例中，该偏置电压电路运行以改变关于干扰气态物质发生的第二电化学反应的方向。在一些实例中，响应经由该偏置电压电路提供给该感测电极的高于阈值的偏置电压而发生第二电化学反应。在一些实例中，该偏置电压电路具有90-150 mV的运行范围。在一些实例中，该目标气态物质包含二氧化硫（SO

在一些实例中，提供了一种方法。该方法可以包括在感测组件的壳体内接收包含目标气态物质和干扰气态物质的样品气态物质。在一些实例中，该方法可以包括通过该感测组件的感测电极，响应在样品气态物质入射在感测电极上的情况下关于目标气态物质发生的第一电化学反应在该感测组件的感测电极与对电极之间生成电流信号，该电流信号指示该目标气态物质的浓度水平。在一些实例中，该方法可以包括通过该感测组件的参比电极将感测电极的电位保持在固定值。在一些实例中，该方法可以包括经由可操作地连接到该感测电极的偏置电压电路改变关于干扰气态物质发生的第二电化学反应的方向。在一些实例中，响应经由该偏置电压电路提供给该感测电极的高于阈值的偏置电压而发生第二电化学反应。在一些实例中，该偏置电压电路具有90-150 mV的运行范围。在一些实例中，该目标气态物质包含二氧化硫（SO

现在参照图1，提供了描绘根据本公开的一些实施方案的感测组件100的至少一部分的侧截面图的示例性示意图。在各种实施方案中，该感测组件100可以是气体检测设备如电化学传感器的一部分。在各种实例中，如所描绘的那样，该感测组件100包括限定配置为容纳电解质溶液的腔体104或储器的壳体。该示例性电解质可以包含含水酸性电解质，如硫酸、磷酸，或中性离子溶液如盐溶液（例如锂盐，如氯化锂），其组合，和/或类似物。在一些实施方案中，该电解质可以是包含离子交换膜的固体聚合物电解质形式。在一些实施方案中，该电解质可以是游离液体形式，设置在基质或浆料如玻璃纤维中，或以半固体或固体凝胶形式设置。

如图1中描绘的那样，该感测组件100包括多个元件。特别地，如所示那样，该感测组件100包括设置在由该感测组件100的壳体所限定的腔体104中的感测电极103、参比电极105、对电极107和多个隔离件109A、109B和109C。在各种实例中，该壳体可以包含聚合物材料、金属或陶瓷。在一些实例中，该壳体可以包含丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、聚亚苯基氧化物（PPO）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）（例如高密度聚乙烯(HDPE)）、聚苯醚（PPE），其组合，和/或类似物。

如图1中描绘的那样，该感测电极103与该感测组件100的顶部上的孔106（例如气体扩散屏障）相邻设置。该参比电极105设置在该感测组件100的中心部分内，在感测电极103下方并通过第一隔离件109A与其分离。如进一步描绘的那样，对电极107设置在该感测组件100的底部部分内，在参比电极105下方并通过第二隔离件109B与其分离。此外，如描绘的那样，该对电极107与第一传感器引脚（pin）111A、第二传感器引脚111B和第三传感器引脚111C相邻定位，所述引脚各自从该感测组件100的底表面突出。如进一步图示说明的那样，第一集流体108A的第一末端位于该感测电极103与第一隔离件109A之间，并且第一集流体108A的第二末端连接到第一传感器引脚111A。类似地，第二集流体108B的第一末端位于该参比电极105与第二隔离件109B之间，并且第二集流体108B的第二末端连接到第二传感器引脚111B。如进一步描绘的那样，第三集流体108C的第一末端位于该对电极107与第三隔离件109C之间，并且第三集流体108C的第二末端连接到第三传感器引脚111C。

在各种实例中，电子的流动产生与样品气态物质102中目标气态物质的浓度水平成比例的电流，该电流可以使用第一传感器引脚111A、第二传感器引脚111B和第三传感器引脚111C来测量。如上所述，该感测组件100可以是气体检测设备（例如电化学传感器）的一部分。该气体检测设备可以配置为进一步检测和/或放大由该感测组件100生成的电流。此外，该气体检测设备的控制器组件可以配置为解释由该感测组件生成的电流的特性，从而可以提供目标物质的浓度水平（例如以体积%、百万分之几份(PPM)、十亿分之几份(PPB)等等为单位）。此外，该控制器组件可以计算检测的浓度水平并将其储存在存储器中。

在各种实施方案中，该示例性感测组件100配置为检测和/或测量样品气态物质102（例如空气样品）中目标气态物质的浓度水平。在各种实例中，该示例性感测组件100可以配置为检测和/或测量特定气态物质（如SO

在一些实施方案中，为了降低目标气态物质（例如SO

举例而言，作为对感测电极103提供/施加高于阈值的偏置电压（例如在一些实例中为90-150 mV）的结果，干扰气态物质NO

因此，通过对感测电极103施加/提供偏置电压，由NO

如图1中描绘的那样，该感测组件100包括参比电极105。在各种实例中，该参比电极105运行以便在样品气态物质102所引起的一种或多种电化学反应过程中稳定感测电极103的电位和/或为感测电极103的电位提供参比。例如，该参比电极105可以运行以将感测电极103的电位保持（例如维持）在固定值。在一些实例中，该参比电极105可以为感测电极103与对电极107之间的检测电流和电位提供参比。

如本文中所述，样品气态物质102（如空气样品）可以通过该示例性感测组件100的至少一部分流入孔106，使得该样品气态物质（例如空气样品）流经该感测组件100并接触该感测电极103。如所描绘的那样，该孔106在该感测组件100的顶表面上限定了开口。但是，该孔106可以在该感测组件100的任何其它表面上限定开口。举例而言，该孔106可以具有150μm至5 mm的直径。在一些实施方案中，该感测组件100可以包括多个孔，样品气态物质102可以通过所述孔进入和离开该感测组件100（例如气体入口和气体出口）。在一些实施方案中，该样品气态物质102可以通过该孔106离开该感测组件100。在一些实施方案中，该孔106可以包括气体扩散屏障以限制和/或引导气态物质的流动（例如流至该感测电极103）。该示例性扩散屏障可以通过将该孔106成形为毛细管来产生和/或薄膜或膜可用于控制通过该孔106的质量流量。

在各种实施方案中，由包括上述元件（例如感测电极103、参比电极105、对电极107）的感测组件100限定的腔体104可以包含电解质（例如液体电解质）。该感测电极103、该参比电极105、该对电极107可以经由该感测组件100的腔体104中的电解质彼此电接触。如上所述，该腔体104中包括第一隔离件109A、第二隔离件109B和第三隔离件109C。第一隔离件109A、第二隔离件109B和第三隔离件109C各自可以是或包括运行以保持电解质与感测电极103、对电极107和参比电极105接触的多孔结构。在一些实施方案中，第一隔离件109A、第二隔离件109B和第三隔离件109C各自可以包含非织造多孔材料（例如多孔毡元件）、织造多孔材料、多孔聚合物（例如开孔泡沫、固体多孔塑料）等等。通常，第一隔离件109A、第二隔离件109B和第三隔离件109C各自相对于该电解质与该感测电极103、该参比电极105和该对电极107可以是化学惰性的。在一些实施方案中，第一隔离件109A、第二隔离件109B和第三隔离件109C各自可以包含各种材料，包括但不限于玻璃（例如玻璃垫）、聚合物（塑料盘）、陶瓷等等。第一隔离件109A、第二隔离件109B和第三隔离件109C各自可以作为在该感测组件100的腔体内保持和传输电解质的芯来运行，同时提供电绝缘以防止任意两个电极之间的直接接触所造成的短路。

在用于检测/测量SO

虽然图1提供了感测组件100的一个实例，要指出的是，本公开的范围不限于图1中显示的实例。在一些实例中，示例性感测组件100可以包括一个或多个附加和/或替代的元件，和/或可以不同于图1中所示那些来构造/定位。例如，根据本公开的感测组件100可以包括两个感测电极。

现在参照图2，提供了描绘根据本公开的一些实施方案的偏置电压电路200的示例性示意图。在各种实例中，如所描绘的那样，该偏置电压电路包括恒电位仪电路，其配置为保持感测电极202、对电极204与参比电极206之间正确的一个或多个偏置电位。如上所述，在一些实例中，该偏置电压电路的运行范围为90-150 mV。在各种实施方案中，可以将电位施加到感测电极202、对电极204和/或参比电极206以便在其间保持正确的一个或多个偏置电位。在一些实施方案中，当对感测电极202施加超出阈值的偏置电压（例如90-150 mV）时，该干扰气态物质NO

虽然图2提供了偏置电压电路200的一个实例，要注意的是，本公开的范围不限于图2中显示的实例。在一些实例中，示例性偏置电压电路200可以包括一个或多个附加和/或替代的元件，和/或可以不同于图2中所示那些来构造/定位。

现在参照图3，提供了描绘通过常规感测电极进行的示例性测量的示例图300。

如图3中所示，x轴代表多个时间实例。如所描绘的那样，y轴代表与包含目标气态物质400 ppb的SO

如图3中所示，响应包含SO

因此，图3表明常规感测电极将检测SO

现在参照图4，提供了描绘根据本公开的各种实施方案通过可操作地连接到偏置电压电路的感测电极进行的示例性测量的示例图400。该感测电极可以与上文相对图2所讨论的可操作地连接到偏置电压电路200的感测电极202类似或相同。该感测电极可以是感测组件和/或气体检测设备（例如电化学检测器）的一部分。

如图4中所示，x轴代表多个时间实例。如所描绘的那样，y轴代表与包含目标气态物质400 ppb的SO

因此，图4表明可操作地连接到偏置电压电路的感测电极将准确地检测与SO

现在参照图5，提供了描绘根据本公开的各种实施方案通过可操作地连接到偏置电压电路的感测电极进行且其中该电解质包含试剂（例如硝酸盐或NO

如图5中所示，x轴代表多个时间实例。如所描绘的那样，y轴代表与包含目标气态物质400 ppb的SO

因此，图5表明可操作地连接到偏置电压电路并还包含含有NO

现在参照图6，提供了描绘根据本公开的各种实施方案的与各种其它组件电子通信的示例性气体检测设备的示例性控制器组件600的示意图。如所示那样，该控制器组件600包括处理电路601、通信模块603、输入/输出模块605、存储器607和/或配置为执行本文中所述的各种操作、程序、功能等等的其它组件。

如所示那样，该控制器组件600（如处理电路601、通信模块603、输入/输出模块605和存储器607）与感测组件609（例如包括气体检测元件）电连接和/或电子通信。该感测组件609可以类似于上文结合图1描述的感测组件100。如所描绘的那样，该感测组件609可以与该控制器组件600的处理电路601交换（例如传输和接收）数据。

该处理电路601例如可以实现为各种装置，其包括一个或多个具有附带的数字信号处理器的微处理器；一个或多个不具有附带的数字信号处理器的处理器；一个或多个协同处理器；一个或多个多核处理器；一个或多个控制器；处理电路；一个或多个计算机；以及各种其它处理元件（包括集成电路，如ASIC或FPGA，或其特定组合）。在一些实施方案中，该处理电路601可以包括一个或多个处理器。在一个示例性实施方案中，该处理电路601配置为执行储存在存储器607中或以其它方式可以被处理电路601访问的指令。当由处理电路601执行时，这些指令使得该控制器组件600能够执行一个或多个本文中描述的功能。无论是通过硬件、固件/软件方法还是其组合来配置，该处理电路601可以包括在相应地配置时能够执行根据本发明的实施方案的操作的实体。因此，例如，当该处理电路601实现为ASIC、FPGA等等时，该处理电路601可以包括用于实施一个或多个本文中描述的操作的专门配置的硬件。或者，作为另一实例，当处理电路601实现为指令（如可以储存在存储器607中的那些）的执行器时，该指令可以具体配置该处理电路601以执行本文中描述的一个或多个算法和操作，如参照图5所讨论的那些。

该存储器607可以包括例如易失性存储器、非易失性存储器或其特定组合。尽管在图6中显示为单一存储器，该存储器607可以包括多个存储器组件。在各种实施方案中，该存储器607例如可以包括硬盘驱动器、随机存取存储器、高速缓冲存储器、闪速存储器、压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字通用盘只读存储器（DVD-ROM）、光盘、配置为存储信息的电路、或其特定组合。该存储器607可以配置为储存信息、数据、应用程序、指令等等，使得该控制器组件600可以执行根据本公开的实施方案的各种功能。例如，在至少一些实施方案中，该存储器607配置为缓存输入数据以便由处理电路601来处理。此外或替代地，在至少一些实施方案中，该存储器607配置为存储程序指令以便由处理电路601执行。该存储器607可以以静态和/或动态信息的形式储存信息。当执行功能时，储存的信息可以由控制器组件600储存和/或使用。

该通信模块603可以实现为包括在电路、硬件、计算机程序产品或其组合中的任何设备，其配置为由/向另一组件或设备接收和/或传输数据。该计算机程序产品包括储存在计算机可读介质（例如存储器607）上并由控制器组件600（例如该处理电路601）执行的计算机可读程序指令。在一些实施方案中，该通信模块603（如具有本文中讨论的其它组件）可以至少部分实现为处理电路601或以其它方式由处理电路601控制。在这方面，通信模块603可以例如通过总线与处理电路601通信。该通信模块603例如可以包括天线、发射器、接收器、收发器、网络接口卡和/或支持硬件和/或固件/软件，并用于与另一设备建立通信。该通信模块603可以配置为通过使用任何可用于设备间通信的协议来接收和/或传输可以由存储器607储存的任何数据。该通信模块603可以附加地或替代地例如通过总线与存储器607、输入/输出模块605和/或该控制器组件600的任何其它组件通信。

在一些实施方案中，该控制器组件600可以包括输入/输出模块605。该输入/输出模块605可以与处理电路601通信以接收由使用者输入的指令和/或向使用者提供听觉、视觉、机械或其它输出。因此，该输入/输出模块605可以包括辅助装置，如键盘、鼠标、显示器、触摸屏显示器和/或其它输入/输出机制。或者，该输入/输出模块605的至少一些方面可以在使用者用于与控制器组件600通信的装置上实现。该输入/输出模块605可以例如通过总线与存储器607、通信模块603和/或任何其它组件通信。在该控制器组件600中可以包括一个或多个输入/输出模块和/或其它组件。

例如，该感测组件609可以类似于上文就图1所描述的感测组件100。例如，感测组件609可以生成指示样品气态物质中一种或多种目标气态物质的浓度水平的测量结果并将浓度水平指示传输至该处理电路601。

受益于上述描述和相关附图中呈现的教导的这些实施方案所述领域的技术人员将想到本文中阐述的本公开的许多修改和其它实施方案。因此，要理解的是，本公开不限于所公开的具体实施方案，并且修改和其它实施方案意在包括在所附权利要求的范围内。此外，虽然前述描述和相关附图在元件和/或功能的某些示例性组合的背景下描述了示例性实施方案，应当理解的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，替代实施方案可以提供元件和/或功能的不同组合。在这方面，例如，还可以设想与上文明确描述的那些不同的元件和/或功能的组合，如可以在一些所附权利要求中所阐述的那样。尽管在本文中使用了特定术语，它们仅以一般和描述性意义使用，而非为了限制目的。