該申請要求申請?zhí)枮?1/520,308，名稱為“基于光譜測量原理的直插式和箱內(nèi)的低成本的流體質(zhì)量傳感器”，且于2011年6月7日遞交的美國臨時申請作為優(yōu)先權(quán)，該優(yōu)先權(quán)文件的內(nèi)容以全文引用的方式加入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)傳感器及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及，例如重型設(shè)備，汽車和運輸工業(yè)中使用的光學(xué)傳感器和流體監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在光譜學(xué)領(lǐng)域，用于靜態(tài)和動態(tài)流體系統(tǒng)監(jiān)測的光譜測量法的角色已經(jīng)被廣泛接受。傳統(tǒng)的系統(tǒng)可以包括光譜測量系統(tǒng)的使用，例如，光譜儀或光度計，光學(xué)連接的流體流，如液體或氣體。在光譜儀系統(tǒng)的一個例子中，商用色散近紅外(commercial dispersive near-infrared，NIR)或者傅里葉變換紅外(Fourier transform infrared，F(xiàn)TIR，近紅外和中紅外)儀器通常在傳輸中，以及透反射率(透射率和反射率的組合)和內(nèi)部折射率的運行模式下使用各種光學(xué)傳感器，以全文引用的方式加入本文中的美國專利號為7,339,657的專利討論所有實施到各種光學(xué)傳感器組件的這些運行模式中的每一個模式。

更一般地，對于使用在工業(yè)，汽車和傳輸應(yīng)用，包括潤滑劑，功能性流體和柴油機排放流體(diesel emission fluids，DEF)中的各種類型的流體的分析和特性，光譜學(xué)例如，紅外光譜是公知的技術(shù)，該技術(shù)在德國汽車工業(yè)協(xié)會(VDA)的汽車尿素商標保護之下。這樣的光譜測量可以在服務(wù)期間提供關(guān)于流體的狀況和流體系統(tǒng)的有意義的數(shù)據(jù)。術(shù)語紅外光譜使用的頻譜范圍最寬，包括近紅外和中紅外，且覆蓋從700納米(nm)至25000納米的區(qū)域。

紅外光譜學(xué)，如上述定義，可提供流體質(zhì)量的測量，例如，DEF質(zhì)量，還可以提供流體性能的測量，例如，氧化，冷卻劑的污染，燃料稀釋，煙塵和含量。在大多數(shù)情況下，可以直接獲取這些信息作為化學(xué)功能的測量，例如通過近紅外和紅外光譜中觀察到的特征振動頻組率所述定義的化學(xué)功能。進一步的，紫外的和可見的光譜可以提供從彩色光獲取的信息和/或獲取從電子躍遷獲取的信息，并且可以用于提供例如，氧化，水分和添加劑含量的信息。

然而，紅外光譜區(qū)域作為化學(xué)實體在材料測量方面是確定的，對于使用過的材料而言，該測量是很難實施的。更具體地，在這些測量裝置中使用的光學(xué)元件和相關(guān)聯(lián)的材料是相當(dāng)昂貴的，并且對于大規(guī)模生產(chǎn)，這些元件和材料也不適于復(fù)制。

此外，當(dāng)多個設(shè)備在一個大的監(jiān)測系統(tǒng)中使用時，例如，使用在汽車監(jiān)控應(yīng)用中，這些系統(tǒng)往往變得過于龐大，復(fù)雜，而且價格昂貴。另一個需要考慮的因素是運行環(huán)境。如果一個監(jiān)測系統(tǒng)使用在一個相對良好的環(huán)境中，例如，在一個標準環(huán)境條件下的實驗室或者氣候可調(diào)節(jié)的室內(nèi)設(shè)施中，可以使用現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備。然而，如果需要對處在不利環(huán)境中的流體系統(tǒng)進行測量時，例如，在生產(chǎn)線上(室內(nèi)或室外)，在車輛上，或移動或固定的設(shè)備上，那么考慮系統(tǒng)能夠在這樣的環(huán)境下運行是必要。這可能包括考慮各組件的溫度敏感性，以及它們在長期暴露于連續(xù)的振動時的堅固性。其他考慮因素包括尺寸，熱穩(wěn)定性好，抗振動性能和成本。

用于流體傳感和監(jiān)測的可選的流體測量系統(tǒng)和技術(shù)是需要的，所述系統(tǒng)和技術(shù)側(cè)重于上述這些考慮因素中的一項或者多項的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明公開的一實施例，提供了一種用于確定樣品性能的光學(xué)傳感裝置。所述裝置包括具有第一端和第二端的加長多孔體。固體發(fā)射器設(shè)置在所述多孔體的第一端，固態(tài)檢測器設(shè)置在所述多孔體的第二端。電子組件可操作地被連接到用于向固態(tài)發(fā)射器提供能量的設(shè)備，和用于接收所述檢測器生成的信號。所述多孔體被配置為至少部分地浸沒在樣品中，所述電子組件被配置以確定流體的深度值或所述多孔體浸沒的深度值，和輸出至少一個指示所述多孔體浸沒深度或者流體深度的值。

本發(fā)明還提供了一種低溫安全傳感器組件。該組件包括與待采樣的流體連通的具有內(nèi)部腔體的殼體。傳感器支架可移動地設(shè)置在所述內(nèi)部腔體中，并且通過設(shè)置在所述傳感器支架和所述殼體的一部分之間的彈簧元件，所述傳感器支架被偏置到所述腔體內(nèi)的工作位置。

本發(fā)明的還提供了一種用于確定在樣品中第二流體中的第一流體濃度的方法。所述方法包括步驟：檢測第一光束傳輸經(jīng)過所述樣品的第一輻射強度，所述第一光束在參考頻率f_ref處具有第一路徑長度；檢測第二光束傳輸經(jīng)過所述樣品的第二輻射強度，所述第二光束在對應(yīng)于所述第一流體吸收峰的頻率處具有第一路徑長度；檢測由第三光束傳輸經(jīng)過所述樣品的第三輻射強度，所述第三光束在參考頻率處具有第二路徑長度；檢測由第四光束傳輸經(jīng)過所述樣品的第四輻射強度，所述第二光束在對應(yīng)于所述第二流體吸收峰的頻率處具有第二路徑長度。然后確定所述樣品的溫度。計算(第二強度/第一強度)-(第四強度/第三強度)的值。最后，根據(jù)所述(第二強度/第一強度)-(第四強度/第三強度)的值，檢測的溫度，存儲的校驗數(shù)據(jù)，計算所述第一流體和第二流體的濃度值。

附圖說明

圖1A-圖1C示出了在汽車或者重型設(shè)備應(yīng)用中實施的典型的流體監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖；

圖2A和2B示出將本發(fā)明公開的實施例公開的監(jiān)測系統(tǒng)整合到車輛或重型設(shè)備應(yīng)用中的示例性的方法的示意圖；

圖3A-3C是可能被本發(fā)明實施例公開的傳感器使用的各種光學(xué)組件的橫截面示意圖；

圖4A和圖4B是本發(fā)明實施例公開的插入式傳感器的橫截面視圖；

圖5A-5C示出了本發(fā)明實施例的直插式傳感器(圖5A和5B)和浸沒式傳感器(圖5C)的實施例；

圖6A-6C示出了用于測量本發(fā)明實施例公開的液位和組分的典型的箱內(nèi)傳感器；

圖7A-7C分別是典型的傳感器和防止硬霜凍的殼體的局部的，分解的和組裝的立體圖；

圖8A-8D是水和DEF的吸收光譜，水和尿素的分析波長，典型的發(fā)光二極管(light-emitting diode，LED)波長的曲線圖，和從所述曲線獲取產(chǎn)生的校準函數(shù)；

圖9是在20攝氏度(℃)時典型的LED發(fā)射光譜和吸收光譜的曲線圖；

圖10示出了溫度補償和溫度未補償?shù)母鞣NDEF濃度測量結(jié)果的曲線圖；

圖11是用于測量DEF濃度的典型的傳感器輸出的曲線圖；

圖12是乙醇-汽油混合物的光譜響應(yīng)的曲線圖；

圖13是生物柴油-柴油混合物的光譜響應(yīng)的曲線圖；

圖14示出了圖6A-6C的實施例中流體深度確定方法的過程圖；

圖15示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于進行溫度補償?shù)牧黧w測量系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

應(yīng)當(dāng)理解的是，為了清楚的理解本發(fā)明，本發(fā)明的附圖和描述已被簡化以對相關(guān)的元素進行說明，同時為了清楚起見，去除了流體測量系統(tǒng)中出現(xiàn)的許多它元素，包括那些正在使用的光譜。因為這樣的元件在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，并且由于它們不利于更好地理解本發(fā)明，本文中沒有對這樣元件進行討論。本文的公開所有這些變化和修改對本對領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知。

在下面的詳細描述中，參考了例如，相應(yīng)顯示的附圖，本發(fā)明可以在具體實施方式中實施。但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各種實施例，盡管不同，但不一定是相互排斥的。此外，不脫離本發(fā)明的范圍，在一個相關(guān)的實施例中描述的特定的技術(shù)特征，結(jié)構(gòu)，或者特性也可以在其它的實施例中實施。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，每一個公開的實施例內(nèi)的各個元件的位置或排列可以在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)進行修改。因此，下面詳細描述不應(yīng)視為具有限制意義，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求明確規(guī)定，可以對權(quán)利要求進行適當(dāng)?shù)亟忉屢约俺浞值牡葍r。在附圖中，幾個視圖中的類似的標號指代相同或類似的功能。

當(dāng)使用術(shù)語“處理器”時一般指的是包含一個或多個硅芯片和/或集成芯片(integrated circuit，IC)電路板的電路裝置，并包含至少一個中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)，并且可包含多個CPU。該CPU通?？砂▓?zhí)行算術(shù)和邏輯操作的算術(shù)邏輯單元(arithmetic logic unit，ALU)，以及從存儲器提取指令、分析解碼并執(zhí)行指令的控制單元，必要時，所述調(diào)用ALU。

非限制性的舉例，處理器可能需要采用微處理器的形式，也可以是具有嵌入式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低功耗的CMOS處理器。本發(fā)明可以與計算機存儲產(chǎn)品或者計算機可讀介質(zhì)一起使用，所述計算機存儲產(chǎn)品或者計算機可讀介質(zhì)包含用于執(zhí)行各種計算機實施的操作的程序代碼。非臨時性計算機可讀介質(zhì)是能夠存儲數(shù)據(jù)的任意存儲裝置，該數(shù)據(jù)在之后可以被計算系統(tǒng)組件被讀取或者獲得，例如微處理器。為了本發(fā)明目的，這些介質(zhì)和程序代碼可以是專門設(shè)計和構(gòu)造的，或者可以是計算機軟件技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的所熟知的。計算機可讀介質(zhì)的例子包括但不限于磁介質(zhì)，例如硬盤，軟盤和磁帶；光學(xué)介質(zhì)，例如CD-ROM盤；磁光介質(zhì)；以及專門配置的硬件設(shè)備，例如，專用集成電路(application-specific integrated circuit，ASIC)，可編程邏輯器件(programmable logic device，PLD)，以及ROM和RAM器件。程序代碼的例子包括機器代碼，例如，通過編譯器產(chǎn)生的代碼，或可以包括使用解釋器執(zhí)行的更高級別代碼的文件。

本文所用術(shù)語“電子組件”應(yīng)被廣義地理解，其包任何電子元件結(jié)構(gòu)，其用于給元件，例如，LED和檢測器，提供給動力和控制信號，以及從這類元件接收數(shù)據(jù)，對從這些元件接收的數(shù)據(jù)執(zhí)行計算和信號處理，存儲接收的和處理過的數(shù)據(jù)，并且將這些數(shù)據(jù)輸出到監(jiān)測和顯示系統(tǒng)。這樣的組件可以包括分立的模數(shù)元件，電池，配置為包括多個模擬和/或數(shù)字邏輯元件的集成電路，通用和專用處理器，包括磁性的，電容性的，隨機接入的，只讀的和其它非臨時性存儲介質(zhì)的各種類型的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，有線和無線發(fā)射器，接收器和收發(fā)器以及分立或者集成的其他設(shè)備。

本發(fā)明公開的所有實施例的檢測器和發(fā)射器可以被集成到電子組件中，且與電子組件形成一體，例如，在印刷電路板上，例如這樣組件的控制板。可選地，，該檢測器和發(fā)射器可以被配置為與所述控制板以及其它電子設(shè)備分開單獨地安裝。

根據(jù)本發(fā)明公開的流體測量/監(jiān)控系統(tǒng)考慮到了尺寸，熱穩(wěn)定性，抗振動性能和成本等因素，并且被配置為便于大批量生產(chǎn)。通過提供波長特定的光或者能量源，與樣品連接的裝置和一個或多個檢測器，本發(fā)明實施例公開的傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)可以簡化現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)雜設(shè)置。相比于現(xiàn)有技術(shù)中的大的和昂貴的監(jiān)控系統(tǒng)，這些簡化的光譜測定/光度測光系統(tǒng)可以制作的相對小而緊湊，同時保持其在惡劣環(huán)境中的功能和可靠性。

這些系統(tǒng)可以包括：固態(tài)發(fā)光體器(例如，LED)，可以降低溫度依賴性影響的集成了光電器件的低成本的固態(tài)檢測器，可以大規(guī)模生產(chǎn)的低成本光學(xué)器件，例如，通過模擬(如果需要)，和低成本封裝。殘留的溫度效應(yīng)可以通過熱模擬和補償算法的應(yīng)用程序來處理。

對于水基流體，例如DEF和冷卻劑，此外，還可以包括在機動車輛，重型設(shè)備，以及各種形式的包括動態(tài)液體潤滑劑和電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運輸工具中使用的燃油，潤滑油及其它功能性流體，本發(fā)明中所描述的傳感器裝置可作為監(jiān)測裝置。他們可以包括用于監(jiān)測發(fā)動機油，變速箱油，液壓油和流體，渦輪機油，冷卻劑的傳感裝置和保護機械運動部件或傳遞動力到運動部件的任何流體系統(tǒng)。在整個公開的內(nèi)容中，術(shù)語流體被認為具有最廣泛的意義，并且可以包括氣體和蒸汽，所述蒸汽包括從燃油蒸發(fā)的氣體，從燃燒區(qū)域滑露的氣體和廢氣。在一個或多個配置中，該傳感器可以浸沒在液體中，且測量可以在靜態(tài)的環(huán)境中進行，例如，罐或者存儲容器，或者也可以在運動的環(huán)境中進行，例如，燃油管道或者排氣管。應(yīng)當(dāng)理解，測量的時間可從不到一秒鐘變化到幾秒鐘，甚至可以到天或更長的時間，例如，對于流體組合物(化學(xué)組成)的變化緩慢的系統(tǒng)。當(dāng)用于流體質(zhì)量評估時，傳感器被用于監(jiān)測組合物的變化，包括使用不正確的流體受到的污染。

參照圖1A-1C示出了在汽車或者重型設(shè)備應(yīng)用中實施的典型的流體監(jiān)測系統(tǒng)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例公開的傳感器可以適用于對設(shè)備工作的所有方面進行流體監(jiān)測。參考圖1A-圖1C，對于應(yīng)用，例如，DEF質(zhì)量監(jiān)測，傳感器10可位于給定的流體流中，例如，在進料管道或在流體計量系統(tǒng)2中。此外，傳感器可以被配置為位于進料箱1(例如DEF或燃油箱)內(nèi)的可浸入元件。

參照圖1B和圖1C，本發(fā)明的實施例公開的傳感器也可用于在汽油和自然點火的發(fā)動機中進行油狀態(tài)監(jiān)測(例如氧化和硝化)。對于本應(yīng)用，傳感器設(shè)備可以位于發(fā)動機3的主(次)過濾系統(tǒng)的輸出側(cè)，其中，過濾器8被插入到過濾器殼體塊的返回側(cè)上的液流中。在該過濾塊上安裝傳感器的優(yōu)點包括可以方便進入，外部安裝，和降低運行溫度。此處描述的傳感器的可選位置可以包括變速器4，冷卻劑系統(tǒng)5和后軸7。另一個傳感器位置在排氣系統(tǒng)6內(nèi)的相對較冷的位置，其中，隔熱探針和傳感器可以監(jiān)測廢氣種類，例如，氮氧化物(參見圖4B)。本發(fā)明公開的許多實施例在傳感器設(shè)備安裝到汽車或者內(nèi)燃機動力驅(qū)動系統(tǒng)的上下文進行了描述，這僅作為適當(dāng)?shù)睦?。如已?jīng)指出的該設(shè)備適用于使用在各種形式的測量系統(tǒng)中。

參考圖2A和圖2B，在具有一個或多個傳感器的車載裝置或設(shè)備上，測量數(shù)據(jù)可以被提供給顯示器或者機載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。本發(fā)明公開的實施例可以通過一個或多個報警器，警報器，顯示設(shè)備或者狀態(tài)等，將感測到的輸出傳輸給操作者/駕駛員。參考圖2A，在一個實施例中，獨立系統(tǒng)20包括功能顯示器和相關(guān)的接口硬件14，所述接口硬件直接響應(yīng)用于傳送數(shù)據(jù)給操作者的傳感器10的輸出。這種類型的接口可以方便地實施為現(xiàn)有車輛或者設(shè)備的改型。參考圖2B，在其它的實施例中，該測量系統(tǒng)可以更充分納入到車輛的原始設(shè)備(OE)控制/計算機系統(tǒng)中。例如，一個或多個傳感器10的輸出可被提供給車輛的管理系統(tǒng)，包括機載計算機或數(shù)據(jù)管理處理器9。感測數(shù)據(jù)可以從該管理系統(tǒng)提供給，例如，操作者顯示器11，外部通信裝置12(例如，用于與遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行通信的發(fā)送器)，或者經(jīng)由用于進一步數(shù)據(jù)處理或者回收的數(shù)據(jù)總線13存儲到存儲器。應(yīng)該理解，該傳感器10可以接收通過數(shù)據(jù)總線13或通過在車輛的正常的配電系統(tǒng)提供的動力。

根據(jù)本發(fā)明的實施例公開的傳感器通常包括內(nèi)部工作在3.5伏到5伏的低功耗裝置，且被配置為接收和處理通常在車輛上形成的輸入電壓，其電壓范圍為直流12伏到40伏的電壓。該傳感器可以被配置具有各種電子組件，例如，提供處理數(shù)據(jù)的簡單數(shù)字輸出設(shè)備或者智能傳感器，傳感器的輸出可以直接提供給任何合適類型的顯示器，例如，簡單的狀態(tài)發(fā)光體，例如，三狀態(tài)LED：綠色(良好)，黃色(警告)和紅色(警報或故障)，或者提供給字母數(shù)據(jù)或者圖形顯示器，例如，LCD顯示器?？蛇x的，該傳感器可以提供標準化的格式輸出(例如，SAE J1939)到車輛或者設(shè)備的數(shù)據(jù)總線13，例如，車輛的CAN總線(例如，5V-高速-CAN，250千字節(jié)，ISO1 1898)，以提供診斷數(shù)據(jù)(OBDI/II)到依次支持的車載計算機和智能傳感器輸出顯示11。

本發(fā)明所描述的傳感器可利用任何合適的光學(xué)組件，在各種模式(例如，內(nèi)部反射或透反射形式)下工作，如美國專利號7,339,657的專利所闡明。例如，參考圖3A，根據(jù)本發(fā)明的實施例的傳感器可以包括光源32，被配置來操作內(nèi)部反射工作模式的反射器33和檢測器34。同樣地，透射率模式(圖3B)和光散射24(圖3C)的模式可以被實現(xiàn)。這些實施例可以包括在反射器33內(nèi)以允許流體在相對的光學(xué)表面之間的流動的開放路徑或通道31的形成，從而為光束提供傳輸路徑。在透射模式下，吸收測量正比于信道31的厚度。因此，該通道可以形成，例如，用于不透明的或高吸收度的液體窄槽，或者形成為低吸收采樣的較寬的腔體或者通道。

應(yīng)注意的是，在傳輸模式(圖3B)，多個LED光源元件可以配置在緊密接近或共同封裝的近共同光路內(nèi)。根據(jù)光學(xué)結(jié)構(gòu)(未示出)，該系統(tǒng)可以利用取決于最終光束路徑和發(fā)散的一組相當(dāng)?shù)臋z測器(或減少的檢測器組)。這是一個重要的方面，并且使用在進行多元件監(jiān)測的流體質(zhì)量監(jiān)測器中。例如，DEF質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)可以提供在參考波長，和對應(yīng)于兩個或多個流體樣品中的兩個或多個流體的吸收峰的波長處使用LED(以及相應(yīng)的檢測器)，例如，3個LED可以使用在810nm波長處(參考波長)，970nm波長處(對應(yīng)于水和羥基的吸收峰)和1050nm波長處(對應(yīng)于尿素的吸收峰)。

參照圖4A和圖4B，本發(fā)明公開的實施例包括用于測量一種或者多種液體性能(傳感器40，圖4A)和氣體/蒸汽(傳感器41，圖4B)的插入式傳感器。傳感器40，41示出了使用內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)。每一個傳感器40，41包括用于控制傳感器的光電子的電子組件49，該電子組件包括LED42和與反射器43(例如，開有溝槽的反射器)結(jié)合的檢測器44。注意，所用檢測器的數(shù)量是照明區(qū)域(從源)，期望的靈敏度(通過信噪比，SNR定義)和可利用空間的函數(shù)。在圖示的實施例中，傳感器40可以在配置了較長路徑長度的液體插入環(huán)境中使用。在這種布局下，考慮到逆反射射線經(jīng)過的全部路徑，反射器43位于提供期望路徑長度的距離處。傳感器41包括一個擴展的路徑長度45，且用于氣體和蒸汽的測量。其他實施例可以包括可選的保護熱障46，用于廢氣或其他高溫應(yīng)用(例如，通過排氣管48)。將氣體引入傳感器41是被動的，且依賴于通過例如不銹鋼紗布或膜47的介質(zhì)的氣體/蒸汽的滲透。

參照圖5A-5C所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，傳感器還可以包括直插式和浸沒式組件。例如，圖5A示出了具有可調(diào)節(jié)逆反射插件53的直插式傳感器50和包括至少一個光源52和至少一個檢測器54的電子組件51的橫截面視圖。該可互換的插件53可以用于光路徑長度，或者反射類型的微調(diào)，而不需要替換整個傳感器組件。如圖所示，來自于光源52，通常是多波長設(shè)備，的能量經(jīng)過腔室55中的液體并沿著圖5A示出的路徑返回檢測器54。透射能量(典型為紫外線-可見光-近紅外)與樣品流體相互作用，其中，流體吸收特性改變流體的光傳輸，并且隨后由檢測器54感測。吸收的選擇性是由光源的波長確定的，也可以通過與檢測器集成的光學(xué)濾波器的組合產(chǎn)生。圖5B示出了典型的圖5A的傳感器的透視圖，包括與腔室55連通的連接器57，58，以用于與流體供給路徑(例如，燃油路徑)連接。

在另一可選實施例中，如圖5C所示，傳感器51工作在“開始”模式，其中，電子器件組件51包括：光源52(例如LED)和檢測器54位于彼此相對的位置，在光源52和檢測器54之間設(shè)置感測區(qū)域59。傳感器51可以被用來作為例如在流體定量給料箱內(nèi)的浸沒式傳感器，這種結(jié)構(gòu)并不受限于在箱內(nèi)使用，并且也可以集成到流通式系統(tǒng)。

如前面的圖4A和圖5A-5C所示的傳感器的幾何形狀基于在NIR到mid-IR光譜區(qū)域的共同流體的吸收面，其中，NIR到mid-IR光譜區(qū)域可以提供從幾毫米到大約50mm的路徑長度。對于圖4B中示出的氣體實施的測量路徑長度可以更長，且具有可以考慮具有幾何折疊的長達500mm的路徑長度。然而，在本公開的可選的箱內(nèi)實施例中，對于箱內(nèi)應(yīng)用的液位和流體質(zhì)量/組合物的測量在圖6A-6C中示出。在這個開始模式的實施例中，該路徑長度通過箱68中的流體的體積和流體的期望深度限定的。在本實施例中，待測量的深度可以是液體，而不是氣體，在流體平面上的氣體的體積。更具體地，傳感器60被容納在加長的多孔體或外殼61內(nèi)，該殼體可以是在中空管的形式，并且可以是圓柱形的。傳感器62的能動部件(例如，光源/LED)62可以安裝在外殼61的下部(圖6C)。接收器或檢測器64可以設(shè)置在相對的一端(圖6B)，例如，在具有相關(guān)控制和數(shù)據(jù)處理電子器件65的箱68的頂部。光源62和檢測器64可以這樣設(shè)置并進行定位，以使該光源62沿著本體從一端到另一端傳輸射線，并且在實施例中，還可以通過本體61的中空內(nèi)部到檢測器64傳輸射線。將光源62安裝到腔體體內(nèi)部可以防止光源62受到物理撞擊。將動力和控制信號傳輸?shù)焦庠?2的接線可以在中空本體61內(nèi)部；在實施例中，光源62可封裝在密封的單元內(nèi)，該單元包括一個或多個電池或其它能量形式的內(nèi)部源。在本實施例中，測得的絕對吸收初始可與路徑長度或流體深度相關(guān)，以及流體元件的相對吸收由主元件比例確定，且與主元件比例相關(guān)。更具體地講，參照圖14，圖6A-6C中的傳感器60可以使用在確定一定體積流體的深度的測量過程90中。在實施例中，光源(例如LED62)適于將光能傳輸通過一定體積流體(步驟92)。這些能量隨后被步驟94的檢測器檢測(例如，檢測器64)。在步驟96中，將由LED 62傳送的能量的大小與由檢測器64接收的能量的大小進行比較以計算流體的能量吸收。最后，在步驟98中，將這個吸收值與預(yù)定的吸收與深度的關(guān)系進行比較，比較結(jié)果可以存儲內(nèi)置在電子器件65內(nèi)的存儲裝置中，以估計和確定流體的深度。這個估計或確定的深度值可以被輸出到例如步驟99中的顯示裝置。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的，這些計算可以通過內(nèi)置到控制電子器件內(nèi)的(如電子器件65)的處理元件來執(zhí)行。

形成固體測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)的上述實施例中描述的每一個傳感器使用光譜選擇源(例如，LED)和檢測器。本文描述的實施例可以利用基于光學(xué)連接，例如，源和檢測器的直接視線耦合(例如，開始模式)，或通過透反射率配置，在美國專利號為7,339,657的專利中給出了詳細地闡述。

在一個實施例中，該檢測器包括一個或多個基于硅的探測器。硅光電二極管檢測器具有如下優(yōu)點：在很寬的光譜區(qū)域(理論上350nm至1100納米)范圍內(nèi)具有高靈敏度，線度，堅固性，大量封裝選擇方式的可以利用性，而且成本較低。在不脫離本發(fā)明公開的范圍內(nèi)，也可以采用其它的固態(tài)光檢測器，例如，砷化銦鎵，硫化鉛/硒化鉛和微型機電(MEMS)元件。

關(guān)于光源，LED提供顏色或波長的特異性，恒定輸出，功耗低，無顯著的熱輸出，輸出頻率調(diào)制能力，緊湊性和堅固性，大量的封裝選擇方式的可利用性，并且成本非常低的優(yōu)點。市售現(xiàn)成的LED光源可獲得的相對比較寬的范圍內(nèi)的光譜波長為從240nm(遠紫外)to 3000nm(中紅外)。較長的波長也可提供。同樣，固態(tài)檢測器可以與光學(xué)濾波器組合，以提供波長選擇。這種整合可以是過濾器元件與所述檢測器裝置的物理組合，或者過濾器也可以以晶片級在檢測器裝置上被處理。

此外，某些市售的LED具有匹配的探測器，例如，短波近紅外發(fā)光二極管(NIR LED)，它通常用于遠程“紅外線”的監(jiān)測和控制。某些LED可以在兩個或更多的狀態(tài)工作，以從單個裝置產(chǎn)生多于一個波長(例如，紅色，黃色和綠色)。使用單一源和單一檢測器可以實現(xiàn)非常緊湊的設(shè)計，且其中對于各波長的輸出是由不同的調(diào)制頻率進行區(qū)分的。在某些特定的測量系統(tǒng)，多達四個或五個或更多個獨特的波長(例如：藍，綠，黃，紅和近紅外波長)將被監(jiān)測，每個作為單獨的波長由單獨的一個(或多個)信號檢測器進行檢測，并根據(jù)調(diào)制頻率進行區(qū)分。所述多通道將被模擬以提供色彩分析和多組分測定。包括多個LED的LED組件可在光電子配置的實施中使用。

本發(fā)明公開的實施例也可以實現(xiàn)一個或多個集成電路，用于執(zhí)行光學(xué)數(shù)據(jù)處理，光學(xué)補償，溫度補償，模擬和數(shù)字信號處理，以及外部的通信。僅通過非限制性舉例的方式，本發(fā)明實施例中所描述的傳感器的可包監(jiān)測LED輸出，獨立于采樣通道，用于監(jiān)測LED輸出且耦合到光反饋系統(tǒng)的包括一個多個獨立調(diào)節(jié)的LED。這個系統(tǒng)可包括LED輸出漂移的補償作為溫度函數(shù)。反饋檢測器可以位于靠近系統(tǒng)檢測器(例如，在光學(xué)接口之后)的位置以模擬檢測器系統(tǒng)的響應(yīng)的變化。在可選的LED實施例中，參照波長被用作基準的參考點。這樣的參考波長位于不吸收的波長處或與流體相互作用的波長處。實施例中使用了DEF測量，其中，810nm的LED被用作參考波長。這個次級波長提供了獨立樣本吸收的參考，且這樣可以提供直接比例I₀/I，I₀/I用于計算有效的吸收率(正比于組分濃度)：吸收率＝-log(I₀/I)，其中I₀是的參考強度，I是采樣吸收后的吸收強度。光學(xué)和電子系統(tǒng)可以是單一的集成電路板或設(shè)備，可能具有(但不是確定的)用于信號處理，計算和數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用程序?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)的特點。這個集成的光電元件可以被封裝，并且可以包括一些成像光學(xué)器件，例如，可以通過源和檢測器前面的某種成形光學(xué)器件來實現(xiàn)。

為確保通過光學(xué)接口結(jié)構(gòu)的最佳的圖像，光電子元件(即發(fā)光二極管和檢測器)的位置是重要的。在標準環(huán)境下，且適度的操作溫度下，光電子器件被靠緊耦合到光接口結(jié)構(gòu)。典型距離預(yù)計是從約1毫米到1米(1m)或更高。在更短的距離處，不需要額外考慮成像光學(xué)元件。然而，在較長的距離處，由玻璃或塑料制成的輔助鏡頭可以被放置在LED源和檢測器的前端，以提高圖像質(zhì)量?？蛇x方案包括使用從光學(xué)接口結(jié)構(gòu)到光電子的光導(dǎo)管。光導(dǎo)管可以是玻璃或塑料棒(匹配的折射率或其他)或光纖的形式。

本發(fā)明公開的實施例的封裝可以包括由廉價材料制造的外殼。例如，可以包括鋁模制品或擠出制品，加工塑料，塑料模制品和型材，以及多孔金屬網(wǎng)，例如在浸沒式傳感器(圖5A-6C)的例子中。流體例如DEF可能是腐蝕性的材料，如鋁，以及金屬，如不銹鋼。傳感器元件的封裝可以由塑料制成，例如聚烯烴，聚砜和聚醚(如杜邦公司的DELRJN(R)品牌縮醛樹脂)，以防止流體的腐蝕或損壞。材料的選擇將基于應(yīng)用程序和成本的要求。在涉及高溫應(yīng)用場合情況下(80℃或更高溫度)，提供外部散熱片的規(guī)定和在光學(xué)結(jié)構(gòu)和光電子器件之間的隔熱材料的使用可以作為設(shè)計中的選項。

如上文闡述，傳感器組件必須能夠在惡劣的環(huán)境條件下可靠運行。例如，在汽車應(yīng)用中的傳感器遭遇外部裝置溫度從-40℃變化到80℃，以及流體流動的罩應(yīng)用下溫度從-40℃變化至130℃，和高達200℃的瞬時儲存溫度。對具體的應(yīng)用，傳感器有推薦的操作溫度范圍。主要的規(guī)范是，該傳感器可以在該溫度范圍正常工作而不遭受物理的，機械的或電子的損壞。進一步的溫度規(guī)范是實際工作的溫度范圍。這通常依賴于流體的工作溫度范圍。實際的例子是DEF，其中，所述流體低于-11℃會凍結(jié)，而高于60℃會分解。

水基系統(tǒng)凍結(jié)是特別嚴重的問題，其中，該系統(tǒng)具有流體存在或流動的約束區(qū)域(例如在一個封閉的系統(tǒng))。例如，當(dāng)水凍結(jié)時，水的體積可以膨脹到10％以上。當(dāng)凍結(jié)時，某些流體例如某些DEF的體積也可以膨脹。因此，提供加速膨脹過程的方法是十分重要的。而不用考慮，支撐流體的結(jié)構(gòu)或者包含傳感器的結(jié)構(gòu)可能會機械地被壓，并且被破壞或者斷裂。

參照圖7A-7C，本發(fā)明公開的實施例包括光學(xué)傳感器組件的結(jié)構(gòu)，例如，直插式流體性能傳感器，該結(jié)構(gòu)可提供嚴重霜凍保護，并防止或減輕因其中所含的流體的凍結(jié)所引起的物理損壞。這些實施例包括相當(dāng)于活塞以對高張力彈簧的相應(yīng)壓力進行反壓的機制。更具體地，傳感器70的實施例可以包括殼體，例如，兩部分殼體，其包括具有設(shè)置在殼體上的接口75的下部74(例如，入口和出口)，和高部分72(圖7C)。該殼體的下部74具有與接口75連通并提供采樣的流體到接口75的內(nèi)部腔體71?；钊麪畹膫鞲衅髦Ъ?6可移動地設(shè)置在內(nèi)部腔體71內(nèi)。支架76可彈性地安裝在腔體71內(nèi)，例如，通過易彎曲的指狀物將支架76連接到腔體71的內(nèi)壁，進而偏置且固定了承載架76。彈簧元件80，其可以是貝氏墊圈，設(shè)置在所述殼體部分和傳感器支架76之間。光學(xué)組件73被設(shè)置在傳感器承載架76上并由傳感器支架76攜帶。傳感器支架76由密封元件79密封到下部74的內(nèi)壁，該密封元件79可以是一個雙O型環(huán)密封件，以通過接口75使腔體71成為流體傳送的封閉腔體。由于腔體71內(nèi)的流體會由于凍結(jié)而膨脹，如果冷凍的材料施加力超過彈性環(huán)80對光學(xué)組件73和/或支架76的支撐力，支架76通常被向上移動以對抗彈簧元件80的偏置力。這個位移緩解了可能會引起殼體或者光學(xué)組件的斷裂或損壞的壓力。冷凍流體隨著溫度增加會融化，光學(xué)組件73被推回到它的工作位置以對抗通過彈性元件的施加壓力限定在殼體內(nèi)部的固定的機械止動件81。盡管光學(xué)組件在凍結(jié)狀態(tài)下運動，當(dāng)支架76回到了工作位置，該彈簧偏置和固定機械止動件81以確保維持或者重新實現(xiàn)路徑長度和光學(xué)對準的完整性。彈簧元件80可以被選擇以使支架76在正常流體工作壓力下不會移動。也可以提供用于操作傳感器的光學(xué)組件的電路板83，包括控制電路。

當(dāng)使用在流動模式應(yīng)用中，且在凝固點以下，固體材料通常保留在傳感器組件以內(nèi)。盡管隨著溫度增加，這些系統(tǒng)會解凍，固體材料的短期保持可以仍然會限制流體通過傳感器的流量。為了使傳感器不限制該系統(tǒng)，解凍傳感器需要限制條件，或者阻止包含在傳感器中的流體凝固，以使能系統(tǒng)工作。這可通過設(shè)置在傳感器外殼72,74內(nèi)的嵌入式加熱元件78來提供。加熱元件78可以包括物理元件(例如，導(dǎo)電性聚合物或具有電器電阻性能的其它材料)，例如可以圍繞腔體71的外部部分，或者可以集成到傳感器外殼72，74內(nèi)部。在這種實施例中，電路板83可以進一步配置有溫度檢測器，并提供電能量加熱元件78以在流體凝固點或低于流體凝固點時，響應(yīng)檢測溫度。電路板83還可以被配置為通過處理光信號檢查凍結(jié)的材料。在另一個實施例中，所述加熱元件以加熱毯的形式，被布置在傳感器組件的外壁。

參照圖8A所示，在二元流體系統(tǒng)中使用本發(fā)明實施例公開的傳感器，例如，在DEF系統(tǒng)中，兩個主要元件的吸收譜(例如水81和DEF 82)可能被光譜分離。通過使用表征用于分析的分析波長的兩個或者多個LED可以進行濃度測量。這些LED的波長被表示在圖8B和8C，其中，確定了水，尿素和參考波長的分析的波長。通過執(zhí)行有差別測量，可以提高測量質(zhì)量，其中，可以引用水反應(yīng)對應(yīng)于DEF反應(yīng)。通過引用基于水和尿素的分析波長對應(yīng)于參考波長的標準光譜吸收計算，可以得到DEF的校準功能85(圖8D)。

在各種工作溫度范圍內(nèi)進行的實驗表明，電子器件和許多流體具有導(dǎo)致參數(shù)測量不準確的溫度敏感性。根據(jù)本發(fā)明的實施例，對于浸沒在各種流體類型中的傳感器，該滯后可以通過觀察具有不同溫度設(shè)置的傳感器響應(yīng)進行模擬。從這些觀察中，可以獲得一系列響應(yīng)曲線。數(shù)學(xué)擬合表明，這些功能是可再現(xiàn)的，并且很容易與簡單的多項式函數(shù)進行擬合。更具體地說，流體和傳感器溫度響應(yīng)函數(shù)都可以通過簡單的二階多項式表示。執(zhí)行熱模擬的典型計算在本發(fā)明中進行了概述。

在圖15中，基于LED的光學(xué)傳感器100被示出，且被配置測量流體的DEF組合物。典型的傳感器100可以包括兩個光學(xué)組件A，B，其中，每一個都包括兩個LED。組件A包含810納米和970nm波長的LED 101，102，而組件B包含810納米和1050nm波長的LED 101，103。在該示例性實施例中，在每一個LED組件中都包含一個810nm的LED 101，因為810nm的光不會受水或DEF的影響，由于這個原因它們可以被用來作為參考，并且可以被用來補償由路徑長度差導(dǎo)致的變化。以這種方式，“1050/810”比例表示1050nm的光強度與810nm的光強度比的相對量。"970/810"比例也是如此。光學(xué)組件A，B進一步包括響應(yīng)于參考發(fā)射器101輸出的分別的參考檢測器105，以及分別響應(yīng)于發(fā)射器102，103的檢測器106，107。傳感器100還包括響應(yīng)用于測量將要采樣的流體104的溫度的溫度傳感器110的處理器109，以及用于執(zhí)行計算流體組成的下述步驟。存儲設(shè)備108被提供用于存儲預(yù)定的溫度，以及DEF和水的吸收強度比例。更具體地，存儲設(shè)備108可存儲校準數(shù)據(jù)，包括在參考頻率時，傳輸通過水的輻射強度值；該頻率對應(yīng)于水的吸收峰；該頻率對應(yīng)于DEF的吸收峰；在參考頻率，傳輸通過DEF的輻射強度值；該頻率對應(yīng)于DEF的吸收峰；以及該頻率對應(yīng)于該DEF的吸收峰。

在操作中，傳感器100依次按順序接通LED，從LED發(fā)出的光傳輸通過特定體積的DEF流體。隨著光穿過流體，在流體中的某些化學(xué)鍵吸收特定的光波長的能量。例如，圖9示出了LED發(fā)射光譜和在20C的DEF(也叫做DEF互換光譜)吸收光譜。如圖所示，水中的OH鍵吸收970nm的能量，而尿素中的NH鍵吸收1050nm的能量。通過測量檢測器檢測的相對能量，在這兩個波長處的吸收的光的量被測量，且通過每個LED的參考標準化光路徑變化，計算水中的尿素濃度。

在實踐中，理論上的在DEF中的尿素濃度為32.5％，因為它提供了最低的凝固點；水中的尿素濃度被認為是100％的DEF。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例的算法可以使用DEF含量為0％的純水的1050/970吸收比例和100％DEF的純尿素的1050/970吸收比例作為校準的端點。

DA(T)表示在給定溫度下的純DEF中，尺寸大小為1050nmLED和970nm的LED之間的區(qū)別為：

DA(T)＝1050/810B(DEF)-970/810A(DEF)

＝da2*T2+dal*T+da0

DT(T)代表純水的比例大小減去DEF比例大小之間的差值：

DT(T)＝(1050/810B-970/810A)W-(1050/810B-970/810A)DEF

＝dt2*T²+dtl*T+dt0

如果需要，可以提供大小的術(shù)語O(T)以使該兩個810nm的信號標準化：

O(T)＝o2*T²+ol(T)+02

使用先前校準的0％到100％的比例，線性計算未知組合物的所述測量流體的1050/970吸收比例：

DM＝100*O(T)*1050raw/810Braw-100*970raw/810Araw

最后，流體的DEF組合物可以根據(jù)以下關(guān)系來計算：

％DEF＝100*((DT(T)+DA(T))-DM/DT(T)

由于吸收比例是的各種濃度的溫度的強函數(shù)，設(shè)定點0％和100％可以對測量過程中的實際溫度進行調(diào)節(jié)。

計算出的DEF組合物包括線性外推法，包括對810nm LED的差異(O(T))的標準化函數(shù)，以及流體溫度的函數(shù)。圖10提供了從典型的傳感器的溫度校正和未校正輸出，并示出了上述溫度校正算法的功能效益。根據(jù)本實施例的通過電子組件確定濃度的過程，校準數(shù)據(jù)可以存儲在存儲裝置中并通過處理器訪問，其中，校準數(shù)據(jù)包括在純第一流體的強度數(shù)據(jù)和純第二流體的強度數(shù)據(jù)之間的溫度依賴性的線性插值數(shù)據(jù)。

參考圖11顯示了流體濃度變化的傳感器的輸出。根據(jù)本發(fā)明公開的實施例，可以使用計算機響應(yīng)一個或多個傳感器的輸出，可以通過生成錯誤編碼以表示該濃度低于預(yù)定的可接受的水平。在DEF例子中，預(yù)定值110可以大約為80％。根據(jù)LED的相對和/或絕對的吸收響應(yīng)，其它的錯誤編碼也可以考慮，包括不足傳感器，臟流體和/或錯流體，例如，它涉及到冷卻劑或燃油的存在。

雖然本披露人的上述實施例已經(jīng)在上下文重點描述了水基系統(tǒng)，但應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的傳感器的應(yīng)用不局限于此流體，以及可能被考慮的混合物例如，冷卻劑的混合物。另外，非水系統(tǒng)也可以被考慮，例如燃油。例如，汽油-乙醇混合燃料中乙醇含量的測定對當(dāng)前的靈活燃油應(yīng)用可能特別有用。汽油-乙醇系統(tǒng)的光譜響應(yīng)函數(shù)的例子在圖12中示出。同樣地，可以由質(zhì)量/組合物傳感器來測量另一個燃油系統(tǒng)，該另一個燃油系統(tǒng)是在生物柴油混合物中生物柴油的使用量。這些混合物包括石化柴油，其中，生物柴油含量范圍可以從0，B0，到5％B 5，到100％B100。使用例如6-LED系統(tǒng)，傳感器可以適于監(jiān)測生物柴油混合物。該系統(tǒng)的光譜響應(yīng)函數(shù)在圖13中示出。

本文所描述的實施例的示例應(yīng)用包括如下內(nèi)容：

a)柴油排放流體的質(zhì)量評估和組成監(jiān)測(又名DEF和汽車尿素(AdBlue@))，

b)混合燃油組合物，包括生物燃油，例如，生物柴油混合物和汽油-乙醇混合物，

c)監(jiān)測氣體和蒸氣，例如，在排氣和竄漏氣體中的NO_x組分，

d)監(jiān)測傳輸油和其它潤滑油中的氧化/酸度，

e)測量汽油和天然氣發(fā)動機中基于氧化產(chǎn)物和硝基氧化產(chǎn)物形成的油狀況，

f)測量液壓和潤滑油系統(tǒng)中的分散的水(升高水平)，

g)測量功能性流體中由水，空氣夾帶和/或顆?；蚱渌牟蝗苄晕镔|(zhì)產(chǎn)生的渾濁

h)測量基于顏色，組合物和渾濁度的冷卻條件，

i)流體相容性標記材料的測量，使用和/或條件(增加的顏色標記表示化學(xué)變化)，包括燃油標記，

j)監(jiān)測電池的酸性條件(酸強度)，基于顏色指示器等。

k)后軸流體水平和擊穿的監(jiān)測

l)根據(jù)折射率指數(shù)的流體密度測定

本發(fā)明公開的典型的實施例可以包括：

尿素質(zhì)量傳感器(urea quality sensor，UQS)：基于光纖傳輸?shù)臏y量且具有由測量的光譜方法定義的路徑長度的傳感器。該流體被認為是一種雙組分體系，包括水和尿素作為指定的和僅有的組成部分，并且光譜測量是基于尿素，CO(NH 2)2的氨基功能和水H20或HO-H的羥基功能的獨特吸收特點的。光學(xué)和振動光譜學(xué)的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，這些都是定義明確和獨特的功能，并且可以在總光譜范圍內(nèi)從可見光至中紅外至少五個區(qū)域進行測量。為了方便且與限定的成本有效的解決方案的目標一致，選擇的測量區(qū)域是近紅外光，其中，對這兩個功能的測量可以從970nm到1050nm選定波長。這些波長可以通過具有970nm和1050nm額定輸出的LED進行監(jiān)測。如上所述，通過差分測量，測量可以通過參考810納米的標準內(nèi)部波長最大化為動態(tài)范圍，以提供校準功能。這可以通過只有兩種組分是在流體中考慮來實現(xiàn)。

生物燃油的混合組成：對于汽車和內(nèi)燃機應(yīng)用，有兩種生物燃油的常見用法，這些方法為生物柴油(脂肪酸甲基酯或FAME)和乙醇。在這兩種情況下，燃油被當(dāng)作混合物使用，生物柴油具有標準的烴柴油，乙醇具有標準的汽油。這些有時被指定生物柴油混合物為B-混合物(BO到B100)和乙醇混合物為E-混合物(E0到El 00)，其中的數(shù)字表示的生物燃油的含量。像以前的申請DEF紅外光譜特征可以被規(guī)定在整個近紅外和中紅外區(qū)域反復(fù)發(fā)生，而這些可以在近紅外短波區(qū)域方便地被測定。汽油中乙醇的測量類似于DEF，其中，限定(defining)碳氫化合物CH和醇OH的兩個分析波長可以被選擇和使用相對于通常參考波長的810nm(在這一點上沒有吸收峰)。生物柴油的測量是一個更復(fù)雜，且需要使用更多的波長的過程。在這種情況下，CH信息被用于兩種情況，在一種情況下，與烴相關(guān)的CH被使用，在另一種情況下，來自于碳的CH相鄰的酯功能被使用。

氣體和蒸汽的監(jiān)測：光譜學(xué)可用于氣體和蒸氣的檢測和組合物監(jiān)測，這些測量可以在整個從紫外線到中紅外光譜區(qū)域進行。在低濃度，需要更長的路徑長度，該路徑的擴展的示例在傳感器的逆反射結(jié)構(gòu)中提供，如圖4B所示。期望低成本的NO_x測量。這可通過使用紫外線LED在紫外線區(qū)域完成，紫外線LED監(jiān)測NO和NO_x。這種測量反映了對這兩種NO_x排放成分的氣相測量的工業(yè)使用方法。

通過折射率指數(shù)監(jiān)測密度：折射率作為物質(zhì)成分和濃度的函數(shù)是變化的。這些與流體中的密度變化是十分相關(guān)的。密度和粘度用于流體系統(tǒng)，如大塊DEF物料的濃度測量，由于尿素是DEF的相關(guān)組分。一些商業(yè)傳感器采用密度或密度相關(guān)的測量，以監(jiān)測在DEF的尿素濃度的變化。在美國專利7,339,657中描述的光學(xué)傳感器采用適于測量折射率指數(shù)的折射率傳感器。監(jiān)測指標的變化作為光衰減的變化，并且這些可相互關(guān)聯(lián)，通過校準，以改變尿素含量。傳感器的這種作用于不限于DEF濃度的測定，并且傳感器還可以應(yīng)用于其它的流體組合，包括燃油混合和冷卻劑混合。

汽油和燃氣發(fā)動機中的氧化產(chǎn)物和硝化產(chǎn)物的監(jiān)測：已被令人滿意地證實，如果多個波長在可見光和短波近紅外區(qū)域被監(jiān)測，該光譜可以模擬和趨氧化和硝基氧化。由于油氧化和降解，擴展雙鍵結(jié)構(gòu)被形成作為發(fā)生在降解途徑的醇醛結(jié)合的一部分。這些材料最終成為了長時間使用的油中分離的不溶性有機污泥。作為擴展雙鍵的結(jié)構(gòu)形式，這些材料的吸收波長轉(zhuǎn)移到光譜的紅色端，并最終進入短波近紅外區(qū)域。它們可以通過監(jiān)測可見(綠色，黃色，紅色)和NIR波長進行跟蹤。還有，來自NO_x成分的硝基成分的形成也可以在可見光中跟蹤。

自動傳動裝置中的氧化和酸值的監(jiān)測：在Dexron自動傳動流體中所用的紅色染料可以作為酸-堿指示劑，反應(yīng)流體使用過程中的條件和流體的酸度。在公交車用變速器中的酸值是一個相對的保證條款。能夠根據(jù)染料的可視監(jiān)測模擬酸值的板載傳感器可以提供不可接受的酸值(相對于保證)的早期預(yù)警。類似的方式配置到被描述的氧化傳感器上的傳感器是適當(dāng)?shù)模赡懿恍枰t外信道。

雖然前面的發(fā)明參照上述實施例進行了說明，可以進行各種修改和變化而不脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)。因此，所有這些修改和改變都被認為是在沒有脫離本發(fā)明要求的范圍之內(nèi)進行的。因此，說明書和附圖應(yīng)被視為說明性的，而非限制性的。相應(yīng)的形成本發(fā)明一部分的附圖以說明的方式示出，而不是限制，主體可以在具體實施例中實現(xiàn)。示出的實施例足夠詳細地被描述以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本文公開的教導(dǎo)。其他實施例可以被利用，并由此衍生，因此在不脫離本發(fā)明的精神或范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)和邏輯可以替換和改變。詳細說明不應(yīng)被視為具有限制意義，并且各個實施例的范圍僅由所附權(quán)利要求限定，以及該權(quán)利要求所賦予的全范圍等價物。創(chuàng)造性主題的這些實施例為在本文中可以被稱為，單獨地和/或共同地，通過術(shù)語“發(fā)明”僅僅是為了方便，而不是主動限制本申請的范圍到任何單個發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思，如果一個以上的在事實被披露。因此，盡管具體實施例已被圖示和描述，但應(yīng)當(dāng)理解，計算以實現(xiàn)相同目的的任何布置都可替代所示的具體實施例。本公開旨在覆蓋各種實施例的變型的任何和所有的修改。上述實施例中的組合，與本文中未具體描述的其它實施例中，對獲取了上述描述的本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。