專利名稱：帶有用于增加靈敏度的分階段加熱器的氣體傳感器的制作方法
背景技術：
本發明涉及氣體監測裝置，更具體地涉及檢測和鑒定在樣品氣流中的各種氣體成分和/或測定這些成分濃度的方法和設備。
由于檢測裝置和測量儀器靈敏度方面的限制，低濃度的氣體和蒸氣的檢測通常是困難的。如果在檢測前能夠濃縮這些成分，可以大大增強檢測氣體樣品中低濃度的各種成分的方法。Kindlund等人在“傳感器和激勵器”，6(1984)第1-17頁中的“帶有氣體濃縮階段的石英晶體氣體監測器“中描述了一種濃縮所選氣體成分的方法。Kindlund等人提出，在檢測器前面提供氣體濃縮器來增大在檢測器中所需的氣體成分的濃度。Kindlund等人的氣體濃縮器包括一種涂敷在腔壁上的厚的有機吸附劑層。在冷卻時，該吸附劑層從流過腔體的氣體樣品中吸附所需的氣體成分。然后對吸附劑層施加加熱脈沖，使得吸附的成分解吸進入腔體，以產生短時間的濃度脈沖。這種濃度脈沖被引到石英晶體氣體監測器，以最后記錄該成分的存在。
Kindlund等人的局限性是典型的吸附劑材料只能聚集有限量的氣體成分。因此，在加熱吸附劑層時，也限制了產生的濃度脈沖，從而限制了檢測器的有效靈敏度。所以，希望的是可以進一步增大在檢測器中所需的氣體成分的濃度水平的濃縮器和/或傳感器組件，以便產生增大有效靈敏度的檢測器。
發明概述本發明通過提供一種使用分階段的加熱器的濃縮器和傳感器組件，來增大或倍增超過具有吸附劑材料的單一交互作用元件所獲得的濃度水平，以克服現有技術相關的許多缺點。一般來說，通過提供以時間分段的次序選擇性加熱的兩個或多個交互作用元件，從而使得就在通過加熱一個或多個上游的交互作用元件產生的上游濃度脈沖到達該交互作用元件時，每個交互作用元件被加熱，并解吸成分氣體，使其進入樣品流體流中。正如可以看到的那樣，這產生了可以明顯增大在檢測器中的氣體成分濃度的倍增效果，從而提高了檢測器的有效靈敏度。
在第一種例證性實施方案中，提供一種濃縮器，用于濃縮樣品流體流中的一種或多種成分。濃縮器優選的是有兩個或多個沿著樣品流體流隔開布置并暴露于樣品流體流的交互作用元件。每個交互作用元件包括一種交互作用物質，它根據交互作用元件的溫度，可以吸附和解吸樣品流體流中選定的成分。提供了兩個或多個加熱器元件，每個加熱器元件與相應的交互作用元件以熱相通。
控制器以時間分段的次序為加熱器元件供電。控制器優選的是為加熱器元件供電，使得相應的交互元件的每一個被加熱并解吸所選定的成分，使這些成分就在由一個或多個上游的交互作用元件產生的上游濃度脈沖到達該交互作用元件時進入樣品流體流中。預計可以使用大量的，即N個交互作用元件，來獲得在濃度脈沖中所希望的成分氣體的濃縮倍增為N。
所得的濃度脈沖然后可以直接提供到檢測器，用于檢測和分析。該檢測器可以是熱導率檢測器、放電電離子檢測器、或者任何其它類型的檢測器如在氣相色譜儀中常用的那些檢測器。但是，更優選的是所得的濃度脈沖首先提供到分離器。該分離器把所得的濃度脈沖中選定的氣體成分分離成各個組成成分。檢測器然后檢測從分離器中流出的每種成分的濃度。
加熱器元件優選的是由具有常見電阻和沿流動方向的長度的電阻材料形成。因此，控制器可以通過向每個加熱器元件提供相等的電壓、電流或電脈沖，為加熱器元件同樣地供電。電壓、電流和電脈沖可以具有任何希望的形狀，包括三角形、正方形、鐘形或任何其它形狀。甚至可以選擇電壓、電流和功率脈沖的形狀和高度，以產生從吸附劑材料僅解吸選定的氣體成分的溫度分布。
還仔細考慮加熱器元件長度可以沿著樣品流體流增大。相對于上游的加熱器元件，每個加熱器的長度的增大量對應于預計的由于擴散引起的上游加熱器元件的濃度脈沖長度的增大。為了與這種擴散作用匹配，更好地利用在濃縮器中增高的濃度波，每個加熱器元件的長度可以類似地增大，以產生相同的電阻，從而適應用于每個加熱器元件的相同的電壓、電流或電脈沖，以獲得相同的溫度分布。另外，所有的加熱器可以具有與第N個元件相同的長度，從而使控制器可以為所有的加熱器提供適合分段時間的相同的電壓、電流或電脈沖，從而產生相同的溫度分布。
還仔細考慮兩個或多個交互作用元件不必是分開的元件，而是可以由單一的交互作用層形成。兩個或多個加熱器元件然后可以與交互作用層的不同部分以熱連接。這種構形可以簡化濃縮器的制造。
本發明還仔細考慮許多方法。在一種例證性的方法中，使用泵、熱對流等提供樣品流體流動或樣品物流。可以使樣品流體流通過兩個或多個交互作用元件(或交互作用層)，直到交互作用元件從樣品流體流中吸附一種或多種成分并達到平衡。此后，以時間分段的次序加熱兩個或多個交互作用元件。
優選的是，首先加熱上游的交互作用元件，這導致上游交互作用元件溫度升高并把選定的成分解吸進入到樣品流體流中，以產生第一個濃度脈沖，這個濃度脈沖被樣品流體流載帶，向下游的交互作用元件移動。此后，當第一個濃度脈沖到達下游的交互作用元件時，加熱下游的交互作用元件。這導致下游的交互作用元件把選定的成分解吸進入到樣品流體流中，并且至少部分與第一個濃度脈沖重疊，以產生更大的濃度脈沖，該濃度脈沖被樣品流體流載帶進一步向下游移動。更大的濃度脈沖具有比第一個或第二個濃度脈沖更大的選定成分的濃度水平。預期可以以相同的方式加熱許多下游交互作用元件，以在濃縮器的輸出端產生更進一步增大的濃度水平。
在濃縮器提供了所需的濃度脈沖之后，可以分離選定的成分，來提供一種或多種單獨的組成成分。各個組成成分的濃度然后可以按要求被檢測和分析。
附圖簡述參考結合附圖考慮的下列詳細描述，將會容易地理解并且更清楚本發明的其它目的和本發明的許多附帶的優點，其中，在所有圖中，相同的參考數字代表相同的部件，并且其中
圖1是根據本發明的第一種例證性傳感器設備的示意圖；圖2是沿著圖1的2-2線的截面圖；圖3是表示沿著每個加熱器元件產生的相應濃度脈沖的例證性加熱器溫度的圖；圖4是表示其長度與由于擴散產生的濃度脈沖長度預計的增大的長度相匹配的一些加熱器元件的圖；圖5是表示達到100％濃度水平的濃度脈沖的圖；圖6是根據本發明的傳感器組件的示意圖；圖7是根據本發明的另一種傳感器組件的示意圖；圖8是表示圖7的傳感器組件的操作的時間表；和圖9是根據本發明的包括濃縮器、分離器和傳感器的集成電路的簡化布置圖。
優選的實施方案的詳細描述圖1是根據本發明的第一種例證性傳感器設備的示意圖。傳感器設備一般表示在10處，并包括基板12和控制器14。預期控制器14可以引入到基板12中，也可以不引入到基板12中。
基板12優選的是有許多位于其上的薄膜加熱器元件20、22、24和26。雖然僅表示了四個加熱器元件，但是預期可以提供許多加熱器元件，優選的是100-1000個。加熱器元件20、22、24和26可以用任何合適的導電體、穩定的金屬或合金薄膜制造，如鎳-鐵合金，有時稱為坡莫合金，組成為80％的鎳和20％的鐵、鉑、硅化鉑和多晶硅。加熱器元件20、22、24和26優選的是提供在薄的、熱質量低的、平面熱導低的載體部件30上，最好如圖2所示。
基板12還優選的是具有精確限定的通道32，用于容納樣品流體流。通道32優選的是通過選擇性蝕刻，在載體部件30下面的硅基板2來制造。形成通道32的方法可以類似于用來形成在Aagard等人的美國專利No.4,994,035中說明的微橋系統的方法，該專利在本文中引作參考。該通道包括進口34和排出口36。
傳感器設備還優選包括在通道32內的許多交互作用元件，使得它們暴露于樣品流體流。每個交互作用元件的優選的是與相應的加熱元件相鄰，即盡可能最靠近地接觸。例如，參見圖2，交互作用元件40、42、44和46優選的是提供在載體部件30的下表面上，并且分別靠近加熱器元件20、22、24和26。交互作用元件可以用在液相或氣相色譜儀中常用的許多薄膜形成，例如硅膠或活性炭。
在一種實施方案中，通過使載帶所需吸附劑材料的材料流通過通道32，來形成交互作用元件。這在整個通道中形成交互作用層。如果分開的交互作用元件是希望的，則通過加熱器元件向涂層提供溫度變化，可以選擇性地“產生”涂層。在涂層產生后，可以通過通道32提供溶劑流，以除去除了已經產生涂層的地方以外的任何地方的涂層，僅留下靠近加熱器元件的吸附劑材料。
控制器14優選的是導電連接到每個加熱器元件20、22、24、26和檢測器50，如圖所示。控制器14以時間分段的次序向加熱器元件20、22、24和26供電(見圖3下部)，使得每個相應的交互作用元件40、42、44和46被加熱，并且精確地在由一個或多個上游交互作用元件產生的上游濃度脈沖到達該交互作用元件時刻，使選定的成分解吸進入樣品流體流。預期可以使用許多交互作用元件，來獲得濃度脈沖中所需的組成氣體濃度。在所示的實施方案中，所得的濃度脈沖被提供到檢測器50，用于檢測和分析。檢測器50可以是熱導率檢測器、放電電離檢測器、或任何其它類型的檢測器，如在氣相或液相色譜儀中常用的檢測器。
圖3是表示沿著在每個加熱器元件處產生的相應濃度脈沖的例證性加熱器溫度的圖。如上所說明的，控制器14可以以時間分段的次序為加熱器元件20、22、24和26供電。對于加熱器元件20、22、24和26的例證性時間分段的加熱器溫度分別表示在60、62、64和66。
在所示的實施例中，控制器14(見圖1)首先為第一個加熱器元件20供電，以提高其溫度，如在60處所示。由于第一個加熱器元件20熱耦合到第一個交互作用元件40，第一個交互作用元件把選定的成分解吸進入樣品流體流中，以產生第一個濃度脈沖70。樣品流體流載帶第一個濃度脈沖70向下游朝著第二個加熱器元件22移動，如箭頭72所示。
控制器14然后為第二個加熱器元件22供電，以提高其溫度，如在62處所示。由于第二個加熱器元件22熱耦合到第二個交互作用元件42，所以，第二個交互作用元件也使選定的成分解吸進入樣品流體流中，以產生第二個濃度脈沖。控制器14為第二個加熱器元件22供電，使得第二個濃度脈沖基本與第一個濃度脈沖70重疊，產生更高的濃度脈沖74，如圖所示。該樣品流體流載帶較高的濃度脈沖74向下游朝著第三個加熱器元件24移動，如箭頭76所示。
控制器14然后為第三個加熱器元件24供電，以提高其溫度，如在64處所示。由于第三個加熱器元件24熱耦合到第三個交互作用元件44，所以，第三個交互作用元件也使選定的成分解吸進入樣品流體流中，以產生第三個濃度脈沖。控制器14為第三個加熱器元件24供電，使得第三個濃度脈沖基本與由第一個和第二個加熱器元件提供的較高的濃度脈沖74重疊，產生還要高的濃度脈沖78，如圖所示。該樣品流體流載帶這種更高的濃度脈沖78向下游朝著第“N”個加熱器元件26移動，如箭頭80所示。
控制器14然后為第“N”個加熱器元件26供電，以提高其溫度，如在66處所示。由于第“N”個加熱器元件26熱耦合到第“N”個交互作用元件46，所以，第“N”個交互作用元件也使選定的成分解吸進入樣品流體流中，以產生第“N”個濃度脈沖。控制器14為第“N”個加熱器元件24供電，使得第“N”個濃度脈沖基本與由前面的第N-1個交互作用元件提供的較高的濃度脈沖74重疊，如圖所示。樣品流體流載帶第“N”個濃度脈沖82到分離器或檢測器，如下更詳細描述的。
如上所說明的，加熱器元件20、22、24和26可以具有共同的長度。因此，控制器通過向每個加熱器元件提供相同的電壓、電流和電脈沖，可以獲得加熱元件的相同溫度。電流、電壓和電脈沖可以具有任何希望的形狀，包括三角形、正方形、鐘形和任何其它形狀。使用近似正方形的電壓、電流或電脈沖來獲得圖3所示的溫度分布60、62、64和66。
圖4是表示其長度與由于擴散產生的濃度脈沖預期的增大的長度相匹配的一些加熱器元件的圖。可以認識到每個濃度脈沖在沿著通道32向下游移動時，由于擴散可能往往會產生幅度降低而長度增大。為了適應這種長度增大，可以考慮增大沿著樣品流體流的每個后續的加熱器元件的長度。例如，第二個加熱器元件102可以具有比第一個加熱器元件100的長度W1較長的長度W2。類似地，第三個加熱器元件104可以具有比第二個加熱器元件100的長度W2更長的長度W3。因此，相對于相鄰的上游加熱器元件，可以考慮每個加熱器元件100、102和104的長度的增大量對應于由于擴散產生的上游加熱器元件的濃度脈沖預期的長度的增大。
為了簡化加熱器元件的控制，可以增大每個后續加熱器元件的長度，以在加熱器元件之間產生相同的總加熱器電阻，從而使得可以使用相等的電壓、電流和電脈沖來產生類似的溫度分布。另外，加熱器元件可以具有不同的長度，并且控制器可以向加熱器元件提供不同的電壓、電流和電脈沖幅度，以產生類似的溫度分布。
圖5是表示獲得100％濃度水平的濃度脈沖110的圖。可以認識到，即使濃度脈沖110已經達到預定的濃度閾值，如100％，仍然可以測定相應成分的濃度。為了做到這一點，檢測器可以檢測濃度脈沖110，并且控制器14可以把隨時間變化的檢測器輸出信號積分，來確定原始樣品中相應成分的濃度。
圖6是根據本發明的例證性傳感器組件的示意圖。該傳感器組件可以包括電磁泵120、樣品流體流122、濃縮器124、分離器126、檢測器128和控制器130。根據控制器130的要求，電磁泵120優選的是通過單向閥134從煙氣流132中抽出樣品。控制器130然后指令電磁泵120向濃縮器124以所需的壓力提供樣品流體流。
濃縮器124優選的是包括兩個或多個交互作用元件，它們以樣品流體流相通。濃縮器124還優選包括兩個或多個加熱元件，它們與交互作用元件以熱相通。在供電時，每個加熱器元件加熱相應的交互作用元件，導致交互作用元件把選定的成分解吸進入樣品流體流中。如上所述，控制器130優選的是以時間分段的次序為加熱器元件供電，以產生增大的濃度脈沖。
樣品流體流載帶濃度脈沖到分離器126。分離器126分離濃度脈沖的選定成分并向檢測器128提供分離后的成分。檢測器128向控制器130提供信號，表明每種成分的濃度。通過用每個交互作用元件的吸附材料提供的濃度放大和分段加熱器布置提供的倍增器效應去除被檢測的濃度值，控制器130可以確定每種成分在原始氣體樣品中的實際濃度值。
圖7是根據本發明的另一種例證性傳感器組件的示意圖。圖8是圖7的傳感器組件操作的時間表。傳感器組件一般表示在150，并且可以包括泵152、氣體預熱器154和微橋型集成電路芯片156。微橋型集成電路包括通道158、一些加熱器元件160a、160b、160c和160d、分離加熱器162和檢測器164。加熱器元件160a、160b、160c和160d、分離加熱器162和檢測器164的每一個優選的是提供在沿著通道158延伸的載體部件上(例如見圖2)。交互作用元件(未明確示出)放在通道158內，并且與每個加熱器元件160a、160b、160c和160d以熱相連。
微橋型集成電路芯片156還優選包括加熱器控制塊166和一些供電晶體管168a、168b、168c、168d和170。加熱器控制塊166可以通過激活相應的供電晶體管168a、168b、168c和168d，分別為加熱器元件160a、160b、160c和160d供電。類似地，加熱器控制塊166可以通過接通晶體管170為分離加熱器162供電。加熱或冷卻塊169(圖7)補充預熱器154，保持對傳感器組件操作最佳的平均溫度或總體溫度。
傳感器組件控制塊180指示傳感器組件的全部操作。傳感器組件控制塊180首先向泵152發出流動控制信號190。在圖8中明確表示了流動控制信號190。對其響應，泵152從煙氣182中抽出樣品，并以預定的壓力向預熱器154且最終向通道158提供樣品。預熱器154預熱并且加熱器保持樣品氣體在最佳操作元件溫度，從而有助于防止樣品由于冷凝產生的損失，并增大可以在每個交互作用元件中聚集的成分量。
樣品流體流以預定的時間周期192通過通道158，直到交互作用元件達到從樣品流體流中吸附一種或多種成分的基本飽和狀態并達到平衡。此后，傳感器組件控制塊180通知加熱器控制塊166開始以時間分段的次序加熱加熱器元件。加熱器控制塊166首先提供第一個加熱器啟動信號194和分離加熱器啟動信號196，如圖8中更好地表示的。第一個加熱器啟動信號194接通晶體管168a，分離加熱器啟動信號196接通晶體管170。晶體管168a向第一個加熱器元件160a提供電流，導致第一個加熱器元件160a溫度升高。這加熱了相應的交互作用元件，它使一種或多種成分以第一種濃度脈沖形式解吸進入樣品流體流。第一種濃度脈沖被樣品流體流載帶向下游朝著第二個加熱器元件160b移動。對于第三個、第四個和第N個元件，重復該過程如下加熱器控制塊166然后提供第二個加熱器啟動信號198，該信號接通168b。晶體管168b向第二個加熱器元件160b提供電流，導致第二個加熱器元件160b溫度升高。這加熱了相應的交互作用元件，它使得一種或多種成分以第二個濃度脈沖的形式解吸進入樣品流體流中。優選的是，加熱器控制塊166為第二種加熱器啟動信號定時，使得第二種濃度脈沖基本與第一種濃度脈沖重疊。第一種和第二種濃度脈沖被載帶向下游朝著第三個加熱器元件160c移動。
可以通過事先校準確定相對于第一種加熱器啟動信號194的第二個加熱器啟動信號198的定時。然而，更優選的是加熱控制塊檢測第二個加熱器元件160b的電阻。可以認識到當第一個濃度脈沖到達第二個加熱器元件時，第二個加熱器元件160b的電阻將開始變化，因為第一個濃度脈沖一般比樣品流體流更熱。一旦檢測到第二個加熱器元件160b中預定的電阻變化，加熱器控制塊166就可以通過晶體管168b為第二個加熱器元件160b供電。可以類似地控制其余的加熱器啟動信號。
加熱器控制塊166然后提供第三個加熱器啟動信號200，該信號接通晶體管168c。晶體管168c向第三個加熱器元件160c提供電流，使第三個加熱器元件160c溫度升高。這加熱了相應的交互作用元件，它使一種或多種成分以第三個濃度脈沖形式解吸進入樣品流體流中。優選的是，加熱器控制塊166為第三個加熱器啟動信號200定時，使得第三個濃度脈沖基本與第一個或第二個濃度脈沖重疊。第一個、第二個和第三個基本重疊的濃度脈沖被載帶向下游朝著第“N”個加熱器元件160d移動。
加熱器控制塊166然后提供第”N”個加熱器啟動信號202，該信號接通晶體管168c。晶體管168c向第”N”個加熱器元件160d提供電流，使第”N”個加熱器元件160d溫度升高。這加熱了相應的交互作用元件，它使一種或多種成分以第”N”個濃度脈沖形式解吸進入樣品流體流中。優選的是，加熱器控制塊166為第”N”個加熱器啟動信號200定時，使得第”N”個濃度脈沖基本與前面產生的濃度脈沖重疊。所得的濃度脈沖被載帶向下游朝著分離器加熱器162移動。與通道158連在一起的分離器加熱器把濃度脈沖中的選定成分分離成單獨的組成成分。單獨的組成成分可以包含一種或多種化合物，這取決于一些因素，包括提供的樣品氣體。
晶體管170然后為分離加熱器162供電，后者把各種成分分離成單獨的成分，如上所述。
分離后的成分被樣品流體流載帶向下游到檢測器164。檢測器164可以是熱導率檢測器、放電電離檢測器、或任何其它類型的檢測器，如氣相色譜儀中常用的檢測器。檢測器164優選的是檢測每個單獨組成成分的濃度值，并把相應的信號提供到放大器210。放大器210放大檢測器輸出信號，優選的是把檢測器輸出信號提供到用于分析的數據處理單元。可以考慮，加熱器控制塊166可以提供檢測器啟動信號212，使只有存在單獨組成成分時才啟動檢測器。
圖9是根據本發明的包括濃縮器、分離器和檢測器的集成電路的簡化布置圖。該集成電路優選的是包括前后穿過芯片的通道250。通道250的第一部分有一些在載體部件上延伸的加熱器部件252，如上所述。交互作用部件(未明確示出)位于通道250內，靠近每個加熱器元件。雖然只表示出一排加熱器元件250，但是可以預期每個通道支路254a有一排加熱器元件252。在一種優選的實施方案中，沿著通道250有100-1000個間隔的加熱器元件。
通道250的第二個下游部分有在其上延伸的分離加熱器260。分離加熱器幫助分離由加熱器元件252提供的濃度脈沖中的各種成分。最后，在分離加熱器260下游的通道250中，提供檢測器264。檢測器優選的是檢測由分離器提供的每一個分離后的組成成分的濃度。
因為濃縮器、分離器和檢測器在集成電路上提供，其它傳統的電子電路可以容易地與其集成。在所示的實施方案中，在相同的基板上制備了分段加熱器控制塊270和放大器272。化學傳感器，尤其是所述的化學微傳感器，可能提供許多有吸引力的特征，例如低成本、高靈敏度、耐用和(在微傳感器的情況下)小尺寸。
已經如此描述了本發明的優選的實施方案，熟悉該領域的技術人員將會容易地理解本文的說明可以應用到所附權利要求書范圍內的其它實施方案中。
權利要求
1.一種用于濃縮樣品流體流的一種或多種成分的濃縮器，包括兩個或多個沿著樣品流體流間隔布置并暴露于樣品流體流的交互作用元件，每個交互作用元件都包含交互作用物質，該物質根據交互作用元件的溫度來吸附和解吸樣品流體流中選定的成分；兩個或多個加熱器元件，每個加熱器元件與相應的交互作用元件以熱相連；和耦合到兩個或多個加熱器元件的控制器裝置，用于以時間分段的次序為加熱器元件供電。
2.根據權利要求1的濃縮器，其中，兩個或多個交互作用元件包括暴露于且沿著至少部分樣品流體流延伸的交互作用層的不同部分。
3.根據權利要求2的濃縮器，其中，兩個或多個加熱器元件的每一個與交互作用層的相應部分以熱相連。
4.根據權利要求1的濃縮器，其中，所述控制器裝置包括為第一個加熱器元件供電的第一個供電裝置；為位于第一個加熱器元件下游的為第二個加熱器元件供電的第二個供電裝置；和用于啟動所述第一個供電裝置的控制器，它使相應的交互作用元件被加熱并使選定的成分被解吸進入樣品流體流中，它產生第一個濃度脈沖，第一個濃度脈沖被樣品流體流載帶向下游朝著第二個加熱器元件移動，所述控制器還用于在第一個濃度脈沖到達第二個加熱器元件時，啟動所述第二個供電裝置。
5.根據權利要求4的濃縮器，其中，所述第一個加熱器元件和所述第二個加熱器元件包括電阻材料。
6.根據權利要求5的濃縮器，其中，所述第一個供電裝置通過提供第一種電壓、電流或電脈沖為所述第一個加熱器元件供電，且所述第二個供電裝置通過提供第二種電壓、電流或電脈沖為所述第二個加熱元件供電。
7.根據權利要求6的濃縮器，其中，所述第一種能量脈沖和所述第二種能量脈沖產生吸附層的三角形溫度脈沖。
8.根據權利要求6的濃縮器，其中，所述第一種能量脈沖和所述第二種能量脈沖產生吸附層的正方形溫度脈沖。
9.根據權利要求6的濃縮器，其中，所述第一種能量脈沖和所述第二種能量脈沖產生吸附層的鐘形溫度脈沖。
10.根據權利要求1的濃縮器，其中，所述交互作用元件具有相等的長度。
11.根據權利要求1的濃縮器，其中，每個交互作用的長度比其每個上游的交互元件的長度更大。
12.根據權利要求1的濃縮器，其中，所述交互作用物質是硅膠。
13.一種根據權利要求1的濃縮器，其中，所述交互作用物質是活性炭。
14.一種用于檢測在樣品流體流中提高濃度的一種或多種成分的傳感器組件，包括沿著樣品流體流間隔布置并暴露于樣品流體流的兩個或多個交互作用元件，每個交互作用元件都包含交互作用物質，該物質根據交互作用元件的溫度吸附和解吸樣品流體流中的選定成分；兩個或多個加熱器元件，每個加熱器元件與相應的交互作用元件以熱連接；耦合到兩個或多個加熱器元件的控制器，用于以時間分段的次序為加熱器元件供電，使得每個交互作用元件被加熱，并且基本在由一個或多個上游的交互作用元件產生的上游濃度脈沖到達該交互作用元件時，把選定的成分解吸進入到樣品流體流中；用于把由一個或多個交互作用元件提供的濃度脈沖之一的選定成分分離成單獨的組成成分的分離器裝置；和用于檢測各個組成成分的一種或多種的濃度的檢測器裝置。
15.根據權利要求14的傳感器，其中，所述傳感器裝置包括熱導率檢測器。
16.根據權利要求14的傳感器，還包括用于提供樣品流體流的泵。
17.根據權利要求14的傳感器，其中，所述樣品流體流由熱對流驅動。
18.根據權利要求14的傳感器，還包括用于預熱至少一部分樣品流體流的預熱器。
19.根據權利要求18的傳感器，其中，所述預熱器加熱通過傳感器組件的樣品流體流。
20.根據權利要求18的傳感器，其中，所述預熱器只在分離裝置中加熱樣品流體流。
21.根據權利要求14的傳感器，還包括用于冷卻至少一部分樣品流體流的冷卻器。
22.一種用于濃縮樣品流體流中的一種或多種成分的方法，所述方法包括下列步驟沿著樣品流體流間隔提供兩個或多個交互作用元件并暴露于樣品流體流，每個交互作用元件包括交互作用物質，這種物質根據交互作用元件的溫度吸附和解吸樣品流體流的選定成分；等待交互作用物質從樣品流體流中吸附一種或多種成分；和以時間分段的次序加熱兩個或多個交互作用元件。
23.根據權利要求22的方法，其中，所述加熱步驟包括下列步驟加熱上游交互作用元件，使得上游的交互作用元件把選定的成分解吸進入樣品流體流中，以產生第一個濃度脈沖，第一個濃度脈沖被樣品流體流載帶向下游朝著下游交互作用元件移動；和當第一個濃度脈沖到達下游的交互作用元件時，加熱下游的交互作用元件，這導致下游的交互作用元件把選定的成分解吸進入樣品流體流中，并且至少部分與第一個濃度脈沖重疊，以產生第二個濃度脈沖，第二個濃度脈沖被樣品流體流載帶向下游移動。
24.一種用于濃縮樣品流體流中的一種或多種成分的方法，所述方法包括下列步驟提供N個交互作用元件，其中，N大于1，N個交互作用元件的每一個沿著樣品流體流間隔布置并暴露于樣品流體流，N個交互作用元件的每一個都包含交互作用物質，該物質根據交互作用元件的溫度吸附和解吸樣品流體流的選定成分，使得在加熱時，N個交互作用元件的每一個把選定的成分解吸進入樣品流體流中，產生相應的濃度脈沖，這種濃度脈沖被樣品流體流載帶向下游朝著下游的交互作用元件移動；和以時間分段的次序加熱第N個交互作用元件，從而當由一個或多個上游的交互作用元件提供的濃度脈沖到達該下游交互作用元件時，加熱下游的交互作用元件的每一個。
25.根據權利要求24的方法，還包括檢測由N個交互作用元件的一個或多個提供的濃度脈沖中存在的選定成分的濃度的步驟。
26.根據權利要求25的方法，還包括把由N個交互作用元件的一個或多個提供的濃度脈沖的選定成分分離成各個成分的步驟。
27.根據權利要求26的方法，還包括檢測各個成分的一種或多種的濃度的步驟。
28.一種用于濃縮流過其中提供有交互作用物質的通道的樣品流體流的一種或多種成分的方法，所述交互作用物質根據交互作用物質的溫度吸附和解吸樣品流體流的選定成分，交互作用的物質具有上游部分和下游部分，該方法包括下列步驟等待交互作用物質從樣品流體流中吸附一種或多種成分；加熱交互作用物質的上游部分，使得上游部分把選定的成分解吸進入樣品流體流中，產生第一個濃度脈沖，第一個濃度脈沖被樣品流體流載帶向下游朝著交互作用物質的下游部分移動；和當第一個濃度脈沖到達下游部分時，加熱交互作用物質的下游部分，使得交互作用物質的下游部分把選定的成分解吸進入樣品流體流中，并且至少部分與第一個濃度脈沖重疊，產生被樣品流體流載帶到下游的第二個濃度脈沖。
全文摘要
公開了一種使用分階段加熱器的濃縮器和傳感器組件,相對于用單一的有吸附劑材料的交互作用元件來增大所需氣體成分在檢測器中的濃度的操作來說,可以倍增可被洗提的濃度值。這里通過提供以時間分段的次序選擇性加熱的兩個或多個交互作用的濃縮器元件,使得就在由加熱一個或多個上游的交互作用元件產生的上游濃度脈沖到達該交互作用元件時,使該交互作用元件的每一個被加熱并把氣體成分解吸進入樣品流體流中。這產生了明顯增大氣體成分在檢測器中的濃度的倍增效果,從而提高了檢測器的有效靈敏度。
文檔編號G01N30/00GK1375057SQ00813164
公開日2002年10月16日 申請日期2000年7月20日 優先權日1999年7月27日
發明者U·邦尼, J·格茨, P·K·達斯古普塔 申請人:霍尼韋爾有限公司
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