使用光学辐射引起发光的溶解氧的测量的制作方法

1.本发明涉及使用光学辐射引起发光的溶解氧的测量。


背景技术：

2.有机液体在其与空气接触时可以溶解氧气。有机液体中的溶解氧可以影响利用有机液体的一个或更多个下游过程和/或可以影响使用有机液体产生的最终产品的一种或更多种特性。作为一个非限制性示例，可以使用有机液体前体生产诸如塑料的化学产品。有机液体前体中溶解氧的存在(例如，至少存在阈值浓度)可以影响生产化学产品的聚合过程，可以影响最终化学产品的颜色，和/或可以影响最终化学产品的其他性质。因此，在化学过程中利用的有机液体中溶解氧水平的监测对于在溶解氧存在和/或以至少阈值浓度存在时能够实施补救可能是重要的。
3.已经提出了各种技术来测量有机液体中的溶解氧。然而，这些不同的技术可能需要在测量中利用的一个或更多个组件(例如，一个或更多个探针和/或一个或更多个半透膜)来直接接触有机液体，可能需要将化学品添加到有机液体中，和/或只能与有限的有机液体子集一起被利用。组件与有机液体的接触可以随着时间的推移导致有机液体的污染和/或组件的损坏。向有机液体中添加化学品可以对其性能产生不利影响。在某些情况下，这可能需要浪费地去除有机液体的样品，以便能够在不对整个有机液体产生不利影响的情况下分析样品。


技术实现要素：

4.本文描述的实施方式涉及用于引起液体中的溶解氧的发光(luminescence)并且分析从该发光探测到的所发的光(luminescent light)以确定与液体中的溶解氧(如果有的话)相关的测量的方法和装置。例如，分析探测到的所发的光以确定液体是否包括溶解氧(例如，包括至少阈值浓度)，确定液体中溶解氧的预测浓度，和/或确定与液体中的溶解氧有关的其他测量。
5.在一些实施方式中，一种方法包括控制光源以将光学辐射发射到包含液体的容器中。光源位于容器的外部并且光学辐射包括符合溶解氧吸收带的波长的辐射。该方法还包括产生光学测量。光学测量由位于容器的外部但与容器的内部光学通信的光探测器产生。该方法还包括分析光学测量以确定液体是否包含溶解氧。
6.本文公开的技术的这些和其他实施方式可以包括以下特征中的一个或更多个。
7.在一些实施方式中，光学辐射包括多个脉冲。在一些脉冲光学辐射实施方式中，该方法还包括基于液体的一个或更多个特性来确定脉冲中的每个的期望持续时间。在那些实施方式中，控制光源包括控制光源以基于期望的持续时间来产生脉冲序列。一个或更多个特性可以包括以下中的一个或更多个：液体的分类、液体中包含的一种或更多种化学品、或液体的温度。
8.在一些脉冲光学辐射实施方式中，该方法还包括基于在非脉冲时间段期间探测到
的子集确定光学测量的子集。在那些实施方式中，分析光学测量包括仅分析光学测量的子集。非脉冲时间段是光学辐射的脉冲不发生的时间段。
9.在一些脉冲光学辐射实施方式中，该方法还包括仅基于由光探测器、在非脉冲时间段期间发生的探测来产生光学测量。
10.在一些实施方式中，光学辐射是周期性地强度调制的。在一些周期性地强度调制光学辐射实施方式中，分析光学测量包括在确定液体是否包含溶解氧时分析光学测量的正交谐波分量(即，相对于激发调制相移π/2)。在那些实施方式中的一些中，该方法还包括使用锁相放大器确定正交分量和/或基于对于溶解氧、对液体特定的发光寿命来确定最佳调制频率。
11.在一些周期性地强度调制的光学辐射实施方式中，光学辐射是正弦波强度调制的。
12.在一些周期性地强度调制的光学辐射实施方式中，在进入容器之前光学辐射被透射通过短通滤波器、带通滤波器和/或偏振器。例如，光学辐射可以仅被透射通过带通滤波器。作为另一个示例，光学辐射可以仅被透射通过短通滤波器和偏振器。
13.在一些周期性地强度调制的光学辐射实施方式中，响应于光学辐射的激发由液体的任何溶解氧的发光而发射的并且遇到光探测器的任何所发的光在离开容器之后和遇到光探测器之前被透射通过长通滤波器或带通滤波器。
14.在一些实施方式中，光学辐射在被光源发射之后，在进入容器之前穿过容器的光学表面的至少一部分。
15.在一些实施方式中，分析光学测量包括确定液体中溶解氧的预测浓度。
16.在一些实施方式中，溶解氧测量系统被提供并且包括用于暂时储存用于分析的液体的容器。容器包括具有透明或半透明的一个或更多个光学窗口的外部表面。该系统还包括发射光学辐射的光源。光源位于容器的外部并定位以通过一个或更多个光学窗口中的至少一个发射光学辐射并进入容器内部。光学辐射包括符合溶解氧的吸收带的波长的辐射。该系统还包括位于容器的外部的光探测器。光探测器经由一个或更多个光学窗口和可选的诸如透镜和/或滤光器的其他光学元件与容器内部光学通信。
17.本文公开的技术的这些和其他实施方式可以包括以下特征中的一个或更多个。
18.在一些实施方式中，该系统还包括一个或更多个处理器以处理光探测器的光学测量并基于该处理来确定液体中任何溶解氧的预测浓度。
19.在一些实施方式中，光学辐射包括多个脉冲或者是被周期性地强度调制的。
20.在一些实施方式中，该系统还包括位于容器外部并被定位在光学辐射的光学路径中的短通滤波器，位于容器外部并被定位在光学辐射的光学路径中的带通滤波器，以及/或位于容器外部并被定位在光学辐射的光学路径中的偏振器。例如，该系统可以包括短通滤波器或带通滤波器，并且还可以包括偏振器。作为另一个示例，系统可以只包括短通滤波器。
21.在一些实施方式中，该系统还包括位于容器外部并被定位在容器与光探测器之间的长通滤波器、位于容器外部且被定位在容器与光探测器之间的带通滤波器和/或位于容器外部并被定位在容器和光探测器之间的空间滤波器。例如，系统可以仅包括长通滤波器或仅包括带通滤波器。
22.应当理解，上述概念和本文更详细描述的附加概念的所有组合都被认为是本文公开的主题的一部分。例如，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被认为是本文公开的主题的一部分。
附图说明
23.图1示意性地描绘了根据各种实施方式的其中可以采用本公开的选定方面的示例溶解氧测量系统。
24.图2是根据本文描述的各种实现方式的示例方法的流程图。
25.图3示出了一定量的激发氧分子随时间的示例以及脉冲光学辐射的示例。
26.图4图示了周期性地强度调制的光学辐射的示例，以及从调制的光学辐射探测到的光学测量的示例。
具体实施方式
27.本文描述的实施方式涉及用于引起液体中的目标溶解分子发光并且分析从该发光探测到的所发的光以确定与液体中的溶解分子(如果有的话)相关的测量的方法和装置。例如，分析探测到的所发的光以确定液体是否包括目标分子(例如，包括至少阈值浓度)，以确定目标分子在液体中的预测浓度，和/或确定与液体中的目标分子有关的其他测量。在各种实施方式中，溶解分子是溶解氧，并且将关于溶解氧描述本文提供的许多示例。然而，本文描述的方法和装置的实施方式可以被利用于流体或固体中的其他目标分子。
28.目标溶解分子的发光可以使用激光和/或其他光源引起，该其他光源发射包括(例如，限于)符合溶解分子的吸收带的波长的辐射的光学辐射。例如，溶解氧的吸收带包括755-775纳米和1263-1283纳米。符合溶解氧的吸收带的辐射可以包括在吸收带内或在吸收带中心的2纳米内、5纳米内或其他阈值内的辐射。
29.可以使用诸如光电二极管或光电倍增管(pmt)的光探测器来进行从发光探测所发的光。例如，光探测器可以在所发的光(如果有的话，其是由响应于光学辐射的目标分子的发光产生)的光学路径中。此外，光探测器可以产生光学测量，并且这些光学测量在产生时会受到所发的光的影响。
30.在许多实施方式中，发射光学辐射的光源和探测由光学辐射引起的冷光(如果有的话)的光探测器都可以完全不与被分析的液体接触。在那些实施方式的一些版本中，光源和光探测器在临时存储用于分析的液体的容器的外部(例如，包括用于液体通过的入口和出口)。在那些版本中，容器可以包括一个或更多个光学窗口，并且窗口中的一个或更多个可以使光学辐射进入容器并且窗口中的一个或更多个(相同和/或不同的窗口)可以使所发的光从容器中穿出。例如，容器外壳的至少一部分可以由光学材料(例如，丙烯酸、玻璃、聚碳酸酯)构成并且该部分可以形成光学窗口(例如，唯一的光学窗口或多个光学窗口中的一个)。
31.在容器包括光学窗口的一些版本中，光源被定位成使得发射的光学辐射被导向容器的光学窗口，并且通过穿过光学窗口进入容器。透镜和/或反射器可以可选地插入光源和光学辐射穿过的光学窗口之间，并且可以将光学辐射引导和/或聚焦朝向光学窗口。此外，光学滤波器(例如，短通、长通、带通和/或空间)和/或光学偏振器可以附加地或替代地插入
在光源和光学窗口之间。
32.此外，在容器包括光学窗口的一些版本中，光探测器被定位成使得由目标溶解分子的发光而发射的并且通过穿过光学窗口离开容器的所发的光指向光探测器。光学透镜和/或光学反射器可以可选地插入在光源和所发的光通过其离开容器的光学窗口之间，并且可以将所发的光引导和/或聚焦到光探测器。光学滤波器和/或偏振器可以附加地或替代地插入在光探测器和光学窗口之间。
33.在本文公开的一些实施方式中，控制光源使得光学辐射具有非连续激发。在那些实施方式的一些版本中，光学辐射是脉冲的。在那些实施方式的一些其他版本中，光学辐射是周期性地强度调制的(例如，正弦波强度调制)。
34.在光学辐射是脉冲的一些实施方式中，每个脉冲的持续时间可以基于被激发的目标溶解分子的寿命来确定，该寿命可以在不同液体之间变化。例如，对于溶解氧，每个脉冲的持续时间可以基于被分析液体中的单线态o2寿命来确定，该寿命在不同液体之间变化。例如，单线态o2在四氯甲烷中的寿命约为17毫秒，而在丙酮中为0.051毫秒。在那些实施方式的一些版本中，可以基于将寿命乘以一个因子(诸如三，或二到四的值)来确定持续时间。例如，通过使每个脉冲的持续时间是液体分析物的单线态o2寿命的三倍，在脉冲结束时将达到液体中最大可能数量的激发o2分子的大约95％。
35.利用基于被分析液体并且寻求达到激发分子的阈值百分比(例如，95％、90％或其他阈值)的脉冲持续时间可以确保脉冲具有足够长的持续时间，但不超过必要的持续时间。足够长的持续时间确保目标溶解分子的阈值百分比被激发，从而产生的所发的光可以被探测到和/或可以用于分辨溶解浓度和/或其他溶解测量。防止持续时间长于达到阈值百分比所需的时间，使得能够在一段时间内分析在非脉冲时间段中出现的更大量的所发的光。这使得目标溶解分子测量的更快分辨率成为可能，这可以基于对发生在非脉冲时间段内的探测到的所发的光的多个实例的分析。
36.在一些实施方式中，可以接收液体分析物的一个或更多个特性(例如，基于人类操作员输入或来自控制系统的输入)，并且特性被利用以确定每个脉冲的持续时间。这些特性可以包括液体的分类和/或液体的温度。液体的分类可以是包括多种液体的属分类(例如，“含氢”)或仅包括特定溶剂(例如，“丙酮”)的更细化的分类。作为一个特定示例，存储器或其他计算机可读介质可以存储均在一个或更多个特定特性与对应脉冲持续时间之间的关联。接收到的特性可用于从存储器中确定相应的脉冲持续时间。然后可以基于相应的脉冲持续时间来控制光源。例如，可以基于相应的脉冲持续时间配置用于光源的驱动器。
37.在光学辐射是脉冲的一些实施方式中，利用时间分辨测量和/或分析。换句话说，被分析的所发的光(例如，在确定目标溶解分子的预测浓度时)可以被限制为在每个跟随相应脉冲的非脉冲时间段期间由光探测器探测到的所发的光。溶解氧和其他溶解分子的发光具有非零寿命，这意味着它将在相应脉冲后继续，因此可以在非脉冲时间段期间探测到。例如，在丙酮中发光的溶解氧的寿命可以是大约0.051毫秒，而在四氯甲烷中发光的溶解氧的寿命可以是大约17毫秒。此外，光学辐射的瑞利散射是瞬时的，这意味着它只发生在脉冲期间。因此，分析在跟随脉冲的非脉冲时间段期间探测到的所发的光可以防止(或至少减轻)来自瑞利散射的光对溶解的目标分子分析产生不利影响，因为在非脉冲时间段期间不会发生瑞利散射并且因此，来自瑞利散射的光不会影响在非脉冲时间段期间探测到的所发的
光。在一些其他实施方式中，在分析期间也可以可选地考虑来自脉冲时间段的所发的光，但是分析可以至少朝着在非脉冲时间段期间探测到的所发的光更重地加权。
38.在分析被限制于在非脉冲时间段期间由光探测器探测到的所发的光或朝着在非脉冲时间段期间由光探测器探测到的所发的光更重地加权的一些实施方式中，光探测器只能被激活并且在这样的非脉冲时间段期间探测所发的光。在一些其他实施方式中，光探测器也可以在脉冲时间段期间被激活，但是分析基于它在非脉冲时间段期间发生而确定的所发的光的子集，并且仅分析该子集(或者该子集在分析中更重地加权)。在确定非脉冲时间段时，可以利用来自光源的信号来指示光源何时产生光学辐射和/或不产生光学辐射。附加地或替代地，可以利用公共或同步时钟来区分脉冲和非脉冲时间段。在一些实施方式中，每个非脉冲时间段的持续时间可以基于被分析的液体的特性来确定。例如，如果正在分析溶解氧并且特征包括指示特定液体的细化分类，则持续时间可以基于液体中发光的单线态o2的寿命。例如，丙酮中的寿命可以是大约0.051毫秒，并且非脉冲时间段可以均等于或在阈值之内(例如，在10％之内、5％之内或其他阈值百分比之内)。
39.在光学辐射被周期性地强度调制(例如，正弦波调制)的一些实施方式中，固定调制频率可以可选地基于被分析的液体的特性来确定。例如，如果特性包括指示特定液体的细化分类，则持续时间可以基于液体中发光的溶解分子的寿命。例如，对于溶解氧，第一频率可被利用于丙酮(寿命约为0.051毫秒)，而较低的第二频率可被利用于四氯甲烷(寿命约为17毫秒)。应注意，当光学辐射被周期性地强度调制时，溶解的目标分子的发光也将被周期性地强度调制。然而，调制发光的幅度可以与光学辐射的幅度不同，并且可以相对于光学辐射的幅度相移。幅度和/或相位的变化可取决于液体分析物中发光目标分子的寿命以及光学辐射的幅度和频率。
40.此外，在光学辐射被周期性地强度调制的一些实施方式中，由光探测器产生的光学测量可能受到来自瑞利散射的光的影响。在那些实施方式中的一些中，分析光学测量可以包括在确定目标溶解分子的测量中分析光学测量的正交(相移90度)分量。分析正交分量，而不是分析同相分量，可以有效地抑制(甚至完全消除)分析中由瑞利散射引起的光。可选地，在处理光学测量时利用锁相放大器来实现对探测光的正交分量的测量。锁相放大器的参考信号可以基于周期性地强度调制的光学辐射或引起该调制的电信号，可选地考虑调制发光的相移，如上所述，该相移可以取决于辐射目标溶解分子在液体分析物中的寿命并且可选地取决于光学辐射的属性。
41.此外，在光学辐射被周期性地强度调制的一些实施方式中，一个或更多个光学组件和/或光学技术可以另外地或替代地被利用以抑制作为瑞利散射结果的探测光。作为一个示例，光学偏振器可以在光学辐射的路径中(例如，插入在光源和容器的光学窗口之间)，并且被选择以减轻瑞利散射。作为另一个示例，可以附加地或替代地利用被选择来滤除某些波长的光谱滤波器。例如，短通滤波器可以在光学辐射的路径中和/或长通滤波器可以插入在光学窗口和光探测器之间。这可能是有效的，因为发光相对于光学辐射红移，而来自瑞利散射的背景光符合光学辐射的光谱。作为又一示例，可以附加地或替代地利用空间滤波器，诸如插入在光学窗口和光探测器之间的空间滤波器。
42.现在转向附图，图1示意性地描绘了根据各种实施方式的其中可以采用本公开的选定方面的示例溶解氧测量系统100。图1中描绘的组件未按比例绘制。为了说明的目的，夸
大了各种组件尺寸和各种组件之间的空间关系。
43.溶解氧测量系统100包括容器120，该容器120包括内部122，该内部122至少暂时包含用于溶解氧分析的液体。容器120包括外壳124，其在图1中用影线示出，并且限定了内部122。外壳124可以取决于容器120的形状采取各种形式。例如，在图1中，容器120可以具有圆柱形形状(在图1的横截面中示出)。在光学容器120具有其他形状的其他实施方式中，容器120的形状可以不同。
44.在图1中，整个外壳124由光学材料构成，诸如丙烯酸或玻璃，并且是透明或半透明的。因此，在图1中，外壳124有效地形成单一光学窗口，光学辐射可经由该单一光学窗口进入内部122和/或所发的光可经由该单一光学窗口离开。在一些其他实施方式中，外壳124的一部分可以是不透明的，而外壳124的其他部分可以是透明的或半透明的。因此，在那些实施方式中，少于整个外壳124允许光进入和/或离开，并且外壳124可以包括多个光学窗口，光可以经由这些光学窗口进入和/或离开。
45.容器120可包含的液体包括各种有机液体，诸如在各种化学过程中使用的那些。在各种实施方式中，光学容器120可以被气密地密封，例如通过外壳124，使得包含在内部122中的液体除了在选定的位置之外不能逸出。例如，容器120可以可选地包括一个或更多个穿过外壳124的通道126a、126b，这些通道是被选择的位置，其被提供用于将液体样品引入容器120的内部122进行分析，以及从内部122中取出液体样品。在图1中，第一通道126a用于将液体引入内部122，而第二通道126b用于从内部122去除液体，但这并不意味着限制。例如，通道126a、126b可以采用各种形式，诸如可操作以允许和/或防止液体进/出内部122的阀门。作为另一个示例，可以提供单个通道用于将液体引入内部以及从内部排出液体。
46.溶解氧测量系统100还包括光源110和光探测器，它们都在容器120的外部，因此不与引入容器120的任何液体接触。
47.光源110发射光学辐射111。由光源110发射的光学辐射111可以包括(例如，限于)符合溶解氧的吸收带的波长的辐射。光源110可以采用各种形式，诸如激光源或传送从外部激光源发射的激光的光纤。光源110可以发射相干光或非相干光。如本文所述，在各种实施方式中，光源110(例如，通过下面描述的逻辑部101)被控制，使得光学辐射111具有非连续激发，诸如脉冲激发，或者，周期性地强度调制激发。
48.在图1中，各种光学元件被图示为在容器120的外部并且定位在光学辐射111的光学路径中。更具体地，图1图示了具有短通滤波器112、偏振器114和正透镜116。在各种实施方式中，可以省略光学路径中的一个或更多个所示光学组件。此外，可以提供附加的和/或替代的光学组件，诸如沿替代光学路径重定向光学辐射111的反射镜或其他反射器。
49.在提供短通滤波器112的实施方式中，可以选择它来滤除长于包括在光学辐射111中的辐射的诸如接近(例如，在5纳米、10纳米或其他阈值内)的值的值的辐射波长，其波长符合溶解氧的吸收带。例如，在这种辐射来自1263-1283纳米的情况下，短通滤波器112可以滤除比1283纳米长的波长。在提供偏振器114的实施方式中，其可被利用以减轻进入光探测器130的光学路径的瑞利散射。在各种实施方式中，当光学辐射111是周期性地强度调制辐射时提供短通滤波器112和/或偏振器114。在提供正透镜116的实施方式中，它可以经由穿过外壳124的一部分使光学辐射111变窄以将其聚焦到容器120的内部122。
50.由于光源110发射的光学辐射111包括符合溶解氧的吸收带的波长的辐射，所以在
容器120内包含的液体中存在的任何溶解氧通过光学辐射111的激发而发光。为简单起见，包含在容器120内的液体未在图1中示出。然而，发光105被示意性地示出为点状同心圆。发光105代表响应于光学辐射111的辐射的激发的溶解氧的发光，其波长符合溶解氧的吸收带。也在图1中示出从内部122发射、穿过外壳124并进入光探测器130的光学路径中的所发的光106a中的一些。
51.在图1中，各种光学元件被图示为在容器120的外部并且定位在光探测器130的光学路径中。更具体地，图1图示了具有准直器132、长通滤波器134和正透镜136。在各种实施方式中，可以省略光学路径中的所示光学组件中的一个或更多个。此外，可以提供附加的和/或替代的光学组件，诸如反射镜或其他反射器，其沿光探测器130的替代光学路径重定向所发的光106a。
52.在提供长通滤波器136的实施方式中，可以选择它以滤除比光学辐射111中包括的辐射波长短的辐射波长。例如，在光学辐射111的波长是1269nm的情况下，长通滤波器136可以滤除比1270纳米短的波长。这对于滤除作为瑞利散射结果的光是有益的，同时允许所发的光通过，因为所发的光可以相对于包括在光学辐射111中的辐射红移，其波长符合溶解氧的吸收带(而作为瑞利散射结果的光不是)。在各种实施方式中，当光学辐射111是周期性地强度调制辐射时提供长通滤波器134。在提供正透镜136的实施方式中，它可以使所发的光106a(以及从容器120发出的任何其他光，诸如作为瑞利散射的结果的光)变窄，以将其聚焦朝向光探测器130。在提供准直器132的实施方式中，它可以准直所发的光106a(以及从容器120发射的任何其他光，诸如作为瑞利散射结果的光)。
53.也在图1中示出的是可以从容器120发射但不导向光探测器(即，不在光探测器的光学路径中)的其他所发的光106b。注意，可以发射附加的所发的光，但为了简单起见仅示出了所发的光106a和106b。在一些实施方式中，可以可选地提供一个或更多个反射器以沿着光探测器130的光学路径重定向所发的光106b和/或其他所发的光。
54.光探测器130可以是例如光电二极管或pmt。光探测器130被定位成使得由溶解氧的发光而发射的并且通过穿过外壳124的光学窗口离开容器120的所发的光中的至少一些(例如，所发的光106a)指向光探测器130。光探测器130产生光学测量，每个测量都基于光探测器130在相应时刻探测到的光。那些光学测量中的一些可以受到诸如所发的光106a的所发的光的影响，并且可选地，那些光学测量中的一些可以受到诸如来自瑞利散射的光的其他光的影响。
55.逻辑部101可以被提供并且与光源110和/或光探测器130可操作地耦合。逻辑部101可以采取各种形式，诸如执行存储在存储器(未描绘)中的指令(瞬时和/或非瞬时)以进行本文描述的一种或更多种方法的全部或方面的一个或更多个处理器。例如，处理器中的一个或更多个可以分析光学测量以基于光学测量确定与溶解氧相关的一个或更多个测量。作为另一示例，处理器中的一个或更多个可以附加地或替代地接收待分析液体的特性103，并且基于特性103(例如，基于在存储器中的数据，其被映射到特性)来确定如何控制光源110(例如，确定脉冲持续时间)、光探测器130应该探测光学测量的时间段、和/或如何分析光学测量以确定与溶解氧相关的测量。特性103可以例如基于用户输入，诸如指定特性的输入。特性103可以附加地或替代地基于例如来自控制系统(诸如化学加工厂的控制系统)的输入。
56.可以包括在逻辑部101中的处理器可以包括例如微处理器、专用集成电路(asic)和/或现场可编程门阵列(fpga)。逻辑部101可以附加地或替代地包括一个或更多个分立组件，这些分立组件可以是模拟的或数字的并且均可以可选地包含一个或更多个处理器。例如，逻辑部101可包括锁相放大器，其可用于处理来自光探测器130的光学测量以从光学测量中提取探测光的正交分量。作为另一个示例，逻辑部101可以包括用于光源110的驱动器，并且该驱动器可以可选地被配置(例如，动态地)为产生具有期望特性的脉冲或调制光学辐射。例如，驱动器可以被配置为产生脉冲光学辐射，其中脉冲具有如本文所述确定的期望脉冲持续时间。
57.应注意，将在容器内的液体可能具有诸如温度、微粒、酸度等特性，这些特性会腐蚀或以其他方式损坏光源110、光探测器130和/或光学组件112、114、116、132、134和/或136。光源110、光探测器130和/或光学组件112、114、116、132、134和/或136的布置能够使这样的组件在容器外部且不与液体接触，同时仍能进行有效的溶解氧分析。
58.图2图示了用于实践本公开的选定方面的示例方法200的流程图。其他实施方式可以包括除了图2中所示的那些操作之外的附加操作，可以以不同的顺序和/或并行地进行图2的步骤，和/或可以省略图2的一个或更多个操作。图2的步骤是关于实现步骤的系统来描述的。这种系统可以包括，例如，图1的一个或更多个组件。
59.在步骤202处，系统控制光源以将包括符合溶解氧的吸收带的波长的辐射的光学辐射发射到包含液体的容器内部。例如，可以控制光源以沿着光学路径发射光学辐射，通过容器外壳的光学窗口，并进入容器。
60.在一些实施方式中，步骤202可以包括步骤202a或步骤202b。
61.在步骤202a处，系统控制光源以发射具有多个脉冲的光学辐射。在一些实施方式中，每个脉冲的持续时间基于被分析液体中的单线态o2寿命，其在不同液体之间变化。在那些实施方式的一些版本中，系统基于指示液体特性的输入来确定脉冲持续时间。在一些附加或替代版本中，可以基于将待分析液体中的单线态o2寿命乘以一个因子(诸如三或从二到四的值)来确定持续时间。例如，通过使每个脉冲的持续时间是液体分析物单线态o2寿命的三倍，液体中大约95％的最大可能(在给定辐射功率下)数量的o2分子将被激发直到脉冲结束。更具体地，在光学辐射的强度恒定的情况下，激发分子的数量n可以用动力学方程描述：其中a是激发速率，τ是分析物中的单线态o2寿命。假设最初没有受激分子，该微分方程的解是根据该解，可以确定当脉冲持续时间是单线态o2寿命(τ)的三倍时，达到了激发分子最大可能数量的95％。可以选择其他因子(除了三倍)以实现激发分子的另一个所需百分比。
62.在步骤202b处，系统控制光源以发射周期性地强度调制(例如，正弦波调制)的光学辐射。在一些实施方式中，固定调制频率可以可选地基于被分析液体的特性来确定。例如，第一频率可被利用于丙酮(寿命约为0.051毫秒)，而较低的第二频率可被利用于四氯甲烷(寿命约为17毫秒)。
63.在步骤204处，系统使用与容器内部光学通信的光探测器产生光学测量。例如，光探测器可以在容器的外部，但是被定位成使得响应于步骤202的光学辐射的激发而由溶解氧发光产生的、通过穿过其光学窗口离开容器的任何发光中的至少一些指向光探测器。光
学测量均基于光探测器在相应时刻探测到的光。如果所发的光是在相应时间产生的，则那些光学测量中的一些可能会受到所发的光的影响。可选地，那些光学测量中的一些可以受到其他光的影响，诸如来自瑞利散射的光(如果它是在相应时间产生的)。
64.在一些实施方式中，步骤204可以包括步骤204a或步骤204b。
65.在一些实施方式中，当进行步骤202a时，可以可选地进行步骤204a。在步骤204a处，系统仅在非脉冲时间段期间产生光学测量。即，系统仅在光源不产生脉冲时的至少部分持续时间期间产生光学测量。这可以减轻(或防止)对散射光的任何探测，同时能够探测来自在相应脉冲结束后继续发光的所发的光。
66.在一些实施方式中，当进行步骤202b时，可以可选地进行步骤204b。在步骤204b处，系统产生仅包括探测光的正交分量的光学测量。在一些实施方式中，锁相放大器被利用于处理最初由光探测器探测到的光，以产生仅包括探测到的光的正交分量的光学测量。如本文所述，这可以帮助抑制来自光学测量的作为瑞利散射结果的光。
67.在步骤206处，系统分析步骤204的光学测量，以确定液体是否包括溶解氧和/或确定溶解氧的预测浓度。这些确定可以基于例如光学测量中的一个或更多个的时间分辨幅度和/或幅度。在一些实施方式中，在确定与分析物中溶解氧有关的测量时，系统基于光学测量并且基于分析物的溶解氧的辐射寿命来确定测量。例如，较短的辐射寿命预期较强的发光，而较长的辐射寿命预期较弱的发光。
68.在一些实施方式中，步骤206可以包括步骤206a或步骤206b。
69.在一些实施方式中，当进行步骤202a时，可以可选地进行步骤206a。在步骤206a处，系统仅分析来自非脉冲时间段的光学测量，而不分析来自脉冲时间段的测量(如果有的话)。在一些实施方式中(例如，当进行步骤204a时)，由光探测器产生的光学测量被限制为来自非脉冲时间段的那些。在其他实施方式中，光学测量包括来自脉冲时间段和非脉冲时间段的那些。在那些其他实施方式中，可以确定和分析来自非脉冲时间段的光学测量的子集。例如，来自测量的时间戳和来自光源(例如，其驱动器)的信号可被利用于识别来自非脉冲时间段的光学测量的子集。
70.在一些实施方式中，当进行步骤202b时，可以可选地进行步骤206b。在步骤206b处，系统仅分析光学测量的正交分量。在一些实施方式中(例如，当进行步骤204b时)，由光探测器产生的光学测量限于正交分量测量。在其他实施方式中，光学测量包括正交分量和同相分量。在那些其他实施方式中，可以确定和分析正交分量。例如，可以利用光学辐射和光学测量之间的相移来分辨正交分量。
71.图3示出了一定量的激发氧分子随时间变化的示例以及脉冲光学辐射的示例。特别地，线305代表激发氧分子的数量，虚线311a代表脉冲光学辐射的第一脉冲，而虚线311b代表脉冲光学辐射的第二脉冲的一部分。对应于第一脉冲的脉冲时间段也被注释，作为处于第一脉冲和第二脉冲之间的时间的非脉冲时间段。
72.从图3可以看出，激发氧分子的数量在整个第一脉冲中增加。在第一脉冲停止时，被激发的氧分子的数量衰减。然而，值得注意的是，激发的氧分子(及其导致的发光)在停止后和至少部分非脉冲时间段内仍然存在。此外，瑞利散射在第一脉冲停止时停止。因此，分析在非脉冲时间段期间发生的光学测量从分析中减轻或消除了来自瑞利散射的光的影响。这能够准确和/或精确地确定是否存在溶解氧和/或溶解氧的浓度。例如，可以基于在所有
或部分非脉冲时间段期间光学辐射的时间分辨测量来确定浓度。
73.图4图示了周期性地强度调制光学辐射410的示例，以及从调制光学辐射探测到的光学测量430的示例。特别地，线412代表光学辐射410随时间的幅度，并且线432代表光学测量430随时间的幅度。注意，在图4的示例中，光学辐射410的频率和光学测量430的频率相同。然而，光学测量430的幅度相对于光学辐射410的幅度减小。此外，光学测量430相对于光学辐射410相移九十度。这可以例如通过查看垂直线414和434观察，它们反映了光学测量430和光学辐射410的相应周期的开始。
74.虽然本文已经描述和图示了若干实施方式，但是可以利用用于进行功能和/或获得本文描述的结果和/或一个或更多个优点的各种其他手段和/或结构，并且每个这样的变化和/或修改被认为在本文描述的实现的范围内。更一般地，本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置意在示例性并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于特定应用或使用教导的应用。本领域技术人员将认识到或能够仅使用常规实验来确定本文描述的特定实施方式的许多等价物。因此，应当理解，前述实施方式仅通过示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等效物的范围内，可以以不同于具体描述和要求保护的方式来实践实施方式。本公开的实施涉及本文描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，两个或更多个此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合，如果此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，则包括在本公开的范围内。