TWI798623B - 光學檢測器 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種光學檢測器，用以檢測氣體及其懸浮物質，光學檢測器包含檢測室、至少一光源、第一感測物件、檢測光學感測器以及處理器。檢測室用以容置待測氣體。至少一光源耦接檢測室，並且用以發出入射光至檢測室中。第一感測物件設置於檢測室中，並且用以接收及反射該入射光以形成檢測反射光。檢測光學感測器用以接收檢測反射光以產生檢測光譜訊號。處理器耦接檢測光學感測器。處理器係用以接收檢測光譜訊號並且根據檢測光譜訊號計算出檢測結果。
Description
本發明關於一種光學檢測器，並且特別地，關於一種無需多次反射即可檢測氣體和其中的懸浮物質並且可校準環境對檢測的影響的光學檢測器。
由於空氣品質的持續惡化，氣體檢測器已被導入人們的生活中以動態監測環境污染問題，而環境污染問題已成為工業界、學術界和研究界共同關注的重要課題。
現有技術中的氣體檢測器的技術內涵可以大致分為三大技術：金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor,MOS)、紅外線檢測(infrared detection,IR detection)以及電化學。MOS係指由金屬半導體氧化物材料所製成的組件，而MOS氣體檢測器的氣體檢測原理係基於MOS和氣體相互作用所產生的表面吸附或反應。MOS氣體檢測器可以在微機電系統(micro electro mechanical systems,MEMS)工藝中大量生產，並且通常用於空氣質量檢測。紅外線氣體檢測器的檢測原理係基於氣體在特定波長的紅外線下的吸收特性，而氣體的濃度與其吸收量成比例。紅外線氣體檢測器通常被應用於食品檢測的微型光譜儀。而電化學氣體檢測器的檢測原理係基
於與氣體反應以產生電流，並且電流與氣體濃度成正比。電化學氣體檢測器通常被使用於健康和疾病的測量。
在紅外線氣體檢測器中，其檢測原理是基於氣體在特定波長的紅外光下的吸收特性。因此，紅外線氣體檢測器的紅外光需要在待檢測氣體中進行多次反射，以提供紅外光與待檢測氣體之間的足夠的相互作用時間。然而，紅外光反射次數的增加可能需要增加反射材料的成本、氣室的體積和檢測時間。
綜上所述，上述氣體檢測器可能由於以下因素而影響檢測結果：未檢測到的氣體、外界環境的濕度、外界環境的溫度、氣體檢測器本身的溫度、外界環境的風速和檢測的時間。基於上述因素，氣體檢測器存在以下需要改進的問題：(1)檢測結果很容易受外界溫度和濕度的影響；(2)氣體成分的分辨率差；(3)氣體檢測器開啟後需等待長時間才能穩定氣體檢測器的檢測；(4)氣體檢測器於長時間使用時消耗大量電力。
因此，有必要設計一種新型的氣體檢測器來解決現有技術的問題。
基於上述問題，本發明的目的在於提供一種用於檢測氣體和其中的懸浮物質的光學檢測器。
在一具體實施例中，光學檢測器包含檢測室、至少一光源、第一感測物件、檢測光學感測器以及處理器。檢測室係用以容置待測氣體。至少一光源耦接檢測室，並且至少一光源係用以發出入射光至檢測室中。第一感測物件設置於檢測室中，並且第一感測物件根據待測氣體改變反射
特性。第一感測物件係用以接收及反射該入射光以形成檢測反射光。檢測光學感測器係用以接收檢測反射光以產生檢測光譜訊號。處理器耦接檢測光學感測器。處理器係用以接收檢測光譜訊號並且根據檢測光譜訊號計算出檢測結果。
其中，光學檢測器進一步包含參考室、參考物件以及參考光學感測器。參考室係用以容置待測氣體。參考物件設置於參考室中，並且用以接收及反射該入射光以形成參考反射光。參考光學感測器係用以接收並檢測參考反射光以產生參考光譜訊號。其中，至少一光源耦接參考室並且用以發出入射光至檢測室及參考室中。處理器耦接參考光學感測器。處理器係用以接收檢測光譜訊號及參考光譜訊號，並且根據檢測光譜訊號及參考光譜訊號計算出校準結果。
其中，入射光到達第一感測物件的路徑長度與入射光到達參考物件的路徑長度相同，並且檢測反射光到達檢測光學感測器的路徑長度與參考反射光到達參考光學感測器的路徑長度相同。
其中，光學檢測器進一步包含至少一分光鏡位於檢測室、參考室及其中一光源之間。每一個該至少一分光鏡係用以將入射光自其中一光源分光至檢測室及參考室中。
其中，參考物件係用以於各種溫度及濕度條件下維持低變色。
其中，參考物件包含陶瓷、氧化鋁及氧化鋯之其中一者。
其中，光學檢測器進一步包含第一防護玻璃位於檢測室及檢測光學感測器之間，以及第二防護玻璃位於參考室及參考光學感測器之
間。其中，第一防護玻璃及第二防護玻璃係用以將檢測光學感測器及參考光學感測器與檢測室及參考室隔離，以防止檢測光學感測器及參考光學感測器受到氣體污染。
其中，光學檢測器進一步包含溫濕度計耦接處理器。溫濕度計係用以檢測待測氣體的溫度及濕度以產生溫濕度結果。處理器根據檢測光譜訊號、參考光譜訊號及溫濕度結果計算出校準結果。
其中，當第一感測物件接觸待測氣體(其包含欲檢測的至少一氣體成分)時，第一感測物件根據至少一氣體成分的種類及濃度改變結構。因此，第一感測物件反射該入射光以形成具有對應光譜的檢測反射光。
其中，第一感測物件為包含改質DNA噬菌體及非改質DNA噬菌體中之至少一者的非透明物質。
其中，至少一光源係用以發出具有特定光譜的入射光。
在一具體實施例中，用於檢測氣體及其中的懸浮物質的光學檢測器包含氣體室、光源、第二感測物件、檢測光學感測器以及處理器。氣體室係用以容置待測氣體。光源耦接氣體室並且用以發出入射光至氣體室中。第二感測物件設置於氣體室中，並且第二感測物件根據待測氣體改變透光性。第二感測物件係用以接收入射光並且入射光穿透第二感測物件以形成檢測穿透光。檢測光學感測器係用以接收並檢測檢測穿透光以產生檢測光譜訊號。處理器耦接檢測光學感測器。處理器係用以接收檢測光譜訊號並且根據檢測光譜訊號計算出檢測結果。
其中，光學檢測器進一步包含參考物件以及參考光學感測器。參考物件設置於氣體室中，並且參考物件係用以接收入射光並形成參
考穿透光。參考光學感測器係用以接收並檢測參考穿透光以產生參考光譜訊號。其中，處理器耦接參考光學感測器。處理器係用以接收參考光譜訊號並且根據檢測光譜訊號及參考光譜訊號計算出校準結果。
其中，入射光到達第二感測物件的路徑長度與入射光到達參考物件的路徑長度相同，並且檢測穿透光到達檢測光學感測器的路徑長度與參考穿透光到達參考光學感測器的路徑長度相同。
其中，光學檢測器進一步包含第一防護玻璃位於第二感測物件及檢測光學感測器之間，以及第二防護玻璃位於參考物件及參考光學感測器之間。其中，第一防護玻璃及第二防護玻璃係用以將氣體室與檢測光學感測器及參考光學感測器隔離，以防止檢測光學感測器及參考光學感測器受到氣體污染。
其中，參考物件包含光穿透物質。
其中，第二感測物件為包含改質DNA噬菌體及非改質DNA噬菌體中之至少一者的光穿透物質。
其中，光學檢測器進一步包含溫濕度計耦接處理器。溫濕度計係用以檢測待測氣體的溫度及濕度以產生溫濕度結果。處理器根據檢測光譜訊號、參考光譜訊號及溫濕度結果計算出校準結果。
其中，當第二感測物件接觸待測氣體(其包含欲檢測的至少一氣體成分)時，第二感測物件根據至少一氣體成分的種類及濃度改變結構。因此，入射光穿透第二感測物件以形成具有對應光譜的檢測穿透光。
其中，光源係用以發出具有特定光譜的入射光。
相較於習知技術，本發明的光學檢測器具有以下優點：(1)
光學檢測器具有校準各種環境因素(例如：溫度、濕度)以及校準光學檢測器本身的溫度的功能；(2)由於校準功能和光源可為LED，因此，光學檢測器開啟後無需穩定時間和預熱時間；(3)光學檢測器具有檢測專一性，可避免其他未被檢測到的氣體的影響，因此光學檢測器具有較高的氣體成分分辨率；(4)光學檢測器具有反射型及透射型的兩種設計，而不限於反射型；(5)光學檢測器不需設置大體積的氣體室以進行多次反射，進而使光學檢測器的體積最小化；(6)光學檢測器無需多次反射即可檢測出準確的檢測結果，進而縮短檢測時間並降低功耗。
1:光學檢測器
111:檢測室
112:參考室
113:氣體室
12:光源
131:第一感測物件
132:參考物件
133:第二感測物件
141:檢測光學感測器
142:參考光學感測器
150:光源支架
151:物件支架
152:感測器支架
153:感測器保護蓋
154:光源容納槽
155:物件容納槽
156:透鏡容納槽
157:玻璃容納槽
161:開口
162:檢測感測器容置空間
163:參考感測器容置空間
164:光源容置空間
165:感測器容置空間
17:分光鏡
181:第一防護玻璃
182:第二防護玻璃
19:處理器
以下附圖將詳細描述一些具體實施例。其中，相同的標號表示相同的構件。
圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之光學檢測器的外觀圖。
圖2係繪示圖1之光學檢測器的爆炸圖。
圖3係繪示圖1之光學檢測器於另一視角的爆炸圖。
圖4係繪示圖1之光學檢測器的A-A’剖面線及B-B’剖面線的示意圖。
圖5A係繪示圖4之光學檢測器沿著A-A’剖面線的剖面圖。
圖5B係繪示圖4之光學檢測器沿著B-B’剖面線的剖面圖。
圖6係繪示根據本發明之另一具體實施例之光學檢測器的爆炸圖。
圖7係繪示圖6之光學檢測器於另一視角的爆炸圖。
圖8係繪示圖6之光學檢測器的C-C’剖面線及D-D’剖面線的示意圖。
圖9A係繪示圖8之光學檢測器沿著C-C’剖面線的剖面圖。
圖9B係繪示圖8之光學檢測器沿著D-D’剖面線的剖面圖。
圖10係繪示根據本發明之另一具體實施例之光學檢測器的外觀圖。
圖11係繪示圖10之光學檢測器的爆炸圖。
圖12係繪示圖10之光學檢測器於另一視角的爆炸圖。
圖13係繪示圖10之光學檢測器的E-E’剖面線及F-F’剖面線的示意圖。
圖14A係繪示圖13之光學檢測器沿著E-E’剖面線的剖面圖。
圖14B係繪示圖13之光學檢測器沿著F-F’剖面線的剖面圖。
以下將通過實施例和附圖來解釋和討論本發明的優點、精神和特徵。
為了讓本發明的優點、精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各裝置僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，合先敘明。
值得注意的是，本發明的光學檢測器1可用於檢測氣體和其中的懸浮物質。為了清楚地說明其原理和結構，以下將由待測氣體為例以進行說明。然而，應當理解的是，本發明的光學檢測器1也可用於檢測待測氣體中的懸浮物質。
請參考圖1至圖5B。圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之光學檢測器1的外觀圖。圖2係繪示圖1之光學檢測器1的爆炸圖。圖3係繪示圖1之光學檢測器1於另一視角的爆炸圖。圖4係繪示圖1之光學檢測器1的A-A’剖面線及B-B’剖面線的示意圖。圖5A係繪示圖4之光學檢測器1沿著A-A’剖面線的剖面圖。圖5B係繪示圖4之光學檢測器1沿著B-B’剖面線的剖
面圖。如圖1至圖5B所示，光學檢測器1包含檢測室111、光源12、第一感測物件131、檢測光學感測器141以及處理器19。檢測室111係用以容置待測氣體。光源12耦接檢測室111，並且光源12係用以發出入射光至檢測室111中。第一感測物件131設置於檢測室111中，並且第一感測物件131根據待測氣體改變反射特性。第一感測物件131係用以接收及反射該入射光以形成檢測反射光。檢測光學感測器141係用以接收檢測反射光以產生檢測光譜訊號。處理器19耦接檢測光學感測器141。處理器19係用以接收檢測光譜訊號並且根據檢測光譜訊號計算出檢測結果。
光學檢測器1的檢測原理係利用第一感測物件131的特性。當第一感測物件131接觸待測氣體(其包含欲檢測的至少一氣體成分)時，第一感測物件131根據至少一氣體成分的種類及濃度改變結構。因此，第一感測物件131反射該入射光以形成具有對應光譜的檢測反射光。相較於紅外線氣體檢測器，本發明的光學感測器1檢測該待測氣體時無需多次反射，因此，本發明的光學感測器1可降低反射材料的成本、縮小氣體室的體積及減少檢測時間。
由於檢測光譜訊號會受到外界環境因素(如：溫度、濕度)而造成訊號偏移，因此檢測結果具有環境誤差。而為了校準檢測結果的環境誤差，光學檢測器1可進一步包含參考室112、參考物件132以及參考光學感測器142。參考室112係用以容置待測氣體。參考物件132設置於參考室112中，並且用以接收及反射該入射光以形成參考反射光。參考光學感測器142係用以接收並檢測參考反射光以產生參考光譜訊號。其中，光源12也耦接參考室112並且用以發出入射光至檢測室111及參考室112中。處理器19也耦
接參考光學感測器142。處理器19係用以接收檢測光譜訊號及參考光譜訊號，並且根據檢測光譜訊號及參考光譜訊號計算出校準結果。
其中，參考物件132在各種溫度及濕度的條件下保持低變色。換句話說，參考物件132可不受環境溫度及濕度的影響。當入射光和參考反射光接觸參考室112中的待測氣體之後，參考光學感測器142接收並產生參考光譜訊號。因此，參考光譜訊號包含環境的當前溫度及濕度與待測氣體對光(入射光和參考反射光)的影響，即為空白校準訊號。當處理器19計算校準結果並進一步合併參考光譜訊號時，處理器19將計算具有溫度及濕度影響的校準結果。於實務中，參考物件132包含陶瓷、氧化鋁或氧化鋯。
為了固定上述元件，光學檢測器1可進一步包含物件支架151、感測器支架152以及感測器保護蓋153。如圖2至圖5B所示，物件支架151係用以固定第一感測物件131以及參考物件132，感測器支架152係用以固定光源12、檢測光學感測器141以及參考光學感測器142。感測器保護蓋153位於物件支架151及感測器支架152之間，並且分別耦接於物件支架151及感測器支架152。當物件支架151、感測器支架152及感測器保護蓋153組裝時，物件支架151與感測器保護蓋153之間形成檢測室111及參考室112，並且感測器保護蓋153與感測器支架152之間形成檢測感測器容置空間162、參考感測器容置空間163及光源容置空間164。其中，檢測室111與參考室112互相隔開，並且檢測感測器容置空間162、參考感測器容置空間163及光源容置空間164互相隔開。此外，感測器保護蓋153用以隔離檢測室111與檢測感測器容置空間162，並且用以隔離參考室112與參考感測器容置空間163，以避免待測氣體進入檢測感測器容置空間162及參考感測器容置空間163。
由於待測氣體可能會影響或損壞檢測光學感測器141及參考光學感測器142，因此需消除會影響感測精度的任何因素。
如圖1至圖5B所示，物件支架151具有兩個物件容納槽155(其中一個槽係用以容置第一感測物件131，另一個槽係用以容置參考物件132)。當第一感測物件131和參考物件132固定於物件容納槽155時，第一感測物件131與物件支架151之間形成兩個開口161，並且參考物件132與物件支架151之間形成兩個開口161(如圖1所示)。開口161係用以連通檢測室111與外界環境以及連通參考室112與外界環境，以允許待測氣體能夠自由地進入及排出。
為了使一個光源12所發出的入射光均勻地入射至兩個腔室(檢測室111及參考室112)中，光學檢測器1進一步包含分光鏡17。如圖2所示，感測器保護蓋153進一步包含透鏡容納槽156用以容置分光鏡17。如圖5B所示，當光學檢測器1組裝後，分光鏡17位於光源12的正上方，並且位於檢測室111、參考室112及光源容置空間164之間。分光鏡17係用以將來自光源12的入射光分光至檢測室111及參考室112中。透過容置於感測器保護蓋153的透鏡容納槽156的分光鏡17以及感測器保護蓋153與物件支架151之間的抵接，檢測室111、參考室112及光源容置空間164之間互相隔開，但是檢測室111、參考室112及光源容置空間164之間可進行光的連通。
為了使檢測室111與檢測感測器容置空間162以及參考室112與參考感測器容置空間163透過光互相連通，光學檢測器1進一步包含第一防護玻璃181以及第二防護玻璃182。如圖2及圖5B所示，感測器保護蓋153進一步包含兩個玻璃容納槽157。其中一個玻璃容納槽157位於檢測室111與
檢測感測器容置空間162之間並且用以容置第一防護玻璃181。另一個玻璃容納槽157位於參考室112與參考感測器容置空間163之間並且用以容置第二防護玻璃182。為了使檢測光學感測器141能夠流暢地接收檢測反射光，第一防護玻璃181設置於檢測反射光的光程上。同理，為了使參考光學感測器142能夠流暢地接收參考反射光，第二防護玻璃182設置於參考反射光的光程上。因此，檢測室111可透過光與檢測感測器容置空間162連通，並且參考室112可透過光與參考感測器容置空間163連通。而第一防護玻璃181及第二防護玻璃182分別將檢測光學感測器141及參考光學感測器142與檢測室111及參考室112隔離，以防止檢測光學感測器141及參考光學感測器142受到氣體污染。
於實務中，光源12可為LED，並且用以發出具有特定光譜的入射光。在先前技術中，氣體檢測器係使用紅外光作為光源，並且紅外光需花費時間進行預熱以達到穩定。由於光學檢測器1係以LED作為光源12，因此，當光學檢測器1開啟後，光源12無需穩定時間和預熱時間即可使用。感測器支架152可為印刷電路板(PCB板)。處理器19可為中央處理單元(CPU)、微控制器單元(MCU)或電腦，並且處理器19可透過感測器支架152耦接檢測光學感測器141及參考光學感測器142。
由於光學檢測器1係由物件支架151、感測器支架152以及感測器保護蓋153所組合並固定，因此入射光到達第一感測物件131的路徑長度與入射光到達參考物件132的路徑長度相同。同理，檢測反射光到達檢測光學感測器141的路徑長度與參考反射光到達參考光學感測器142的路徑長度相同。
光學檢測器1除了可包含圖2至圖5B的具體實施例中的一個光源12之外，在其他具體實施例中，光學檢測器1也可包含一個以上的光源。請參考圖6至圖9B。圖6係繪示根據本發明之另一具體實施例之光學檢測器1的爆炸圖。圖7係繪示圖6之光學檢測器1於另一視角的爆炸圖。圖8係繪示圖6之光學檢測器1的C-C’剖面線及D-D’剖面線的示意圖。圖9A係繪示圖8之光學檢測器1沿著C-C’剖面線的剖面圖。圖9B係繪示圖8之光學檢測器1沿著D-D’剖面線的剖面圖。值得注意的是，本具體實施例中大部分的元件與前述的具體實施例的元件大致相同，於此不再贅述。如圖6至圖9B所示，本具體實施例與前述的具體實施例的不同之處，是在於本具體實施例的光學檢測器1包含兩個光源12以及兩個分光鏡17。感測器保護蓋153包含兩個光源容納槽154、兩個透鏡容納槽156以及兩個玻璃容納槽157。透鏡容納槽156分別位於光源容納槽154的正上方，並且透鏡容納槽156的面積大於光源容納槽154的面積以形成梯形結構。每一個分光鏡17位於光源容納槽154、檢測室111及參考室112之間，因此光源12所發出的入射光可順利地分光至檢測室111及參考室112中。於實務中，梯形結構靠近感測器保護蓋153的外圍的一側與透鏡容納槽156及光源容納槽154垂直(如圖9A所示)。
在本具體實施例中，檢測光學感測器141及參考光學感測器142固定於感測器支架152上，並且容置於由感測器支架152與感測器保護蓋153之間所形成的感測器容置空間165中。
前述的兩個具體實施例皆為本發明的光學檢測器1的反射型結構。第一感測物件131為包含至少一改質DNA噬菌體或非改質DNA噬菌體的非透明物質。其中，第一感測物件131可根據不同的改質DNA噬菌體或非
改質DNA噬菌體，或相同的改質DNA噬菌體或非改質DNA噬菌體，來檢測不同的氣體成分及其濃度，但不限於此。值得注意的是，本領域的技術人員可根據前述的方式對多個光源進行改變，或在不影響前述功能的情況下調整元件的位置。
光學檢測器1除了可為反射型結構之外，在其他具體實施例中，光學檢測器1也可為穿透型結構。請參考圖10至圖14B。圖10係繪示根據本發明之另一具體實施例之光學檢測器1的外觀圖。圖11係繪示圖10之光學檢測器1的爆炸圖。圖12係繪示圖10之光學檢測器1於另一視角的爆炸圖。圖13係繪示圖10之光學檢測器1的E-E’剖面線及F-F’剖面線的示意圖。圖14A係繪示圖13之光學檢測器1沿著E-E’剖面線的剖面圖。圖14B係繪示圖13之光學檢測器1沿著F-F’剖面線的剖面圖。值得注意的是，本具體實施例中大部分的元件與前述的具體實施例的元件大致相同，於此不再贅述。如圖10至圖14B所示，在本具體實施例中，光學檢測器1包含氣體室113、光源12、第二感測物件133、檢測光學感測器141以及處理器19。第二感測物件133根據待測氣體改變透光性。第二感測物件133係用以接收入射光並且入射光穿透第二感測物件133以形成檢測穿透光。檢測光學感測器141用以接收並檢測該檢測穿透光以產生檢測光譜訊號。處理器19耦接檢測光學感測器141。處理器19係用以接收檢測光譜訊號並且根據檢測光譜訊號計算出檢測結果。
當第二感測物件133接觸待測氣體(其包含欲檢測的至少一氣體成分)時，第二感測物件133根據至少一氣體成分的種類及濃度改變結構。其中，第二感測物件133為包含至少一改質DNA噬菌體或非改質DNA
噬菌體的光穿透物質。因此，入射光穿透第二感測物件133以形成具有對應光譜的檢測穿透光。第二感測物件133可根據不同的改質DNA噬菌體或非改質DNA噬菌體，或相同的改質DNA噬菌體或非改質DNA噬菌體，來檢測不同的氣體成分及其濃度，但不限於此。
而為了校準檢測結果的環境誤差，光學檢測器1可進一步包含參考物件132以及參考光學感測器142。參考物件132係用以接收入射光並形成參考穿透光。參考光學感測器142係用以接收並檢測參考穿透光以產生參考光譜訊號。處理器19耦接參考光學感測器142。處理器19係用以接收參考光譜訊號並且根據檢測光譜訊號及參考光譜訊號計算出校準結果。於實務中，參考物件132包含光穿透物質，例如：玻璃。
為了固定上述元件，光學檢測器1可進一步包含光源支架150、物件支架151、感測器支架152以及感測器保護蓋153。如圖10至圖14B所示，光源支架150係用以固定光源12，物件支架151係用以固定第二感測物件133以及參考物件132，並且感測器支架152係用以固定檢測光學感測器141以及參考光學感測器142。物件支架151位於光源支架150及感測器支架152之間並且耦接光源支架150。感測器保護蓋153位於物件支架151及感測器支架152之間並且耦接於物件支架151及感測器支架152。當光源支架150、物件支架151、感測器支架152及感測器保護蓋153組裝時，光源支架150與物件支架151之間形成氣體室113，並且感測器支架152與感測器保護蓋153之間形成感測器容置空間165。其中，氣體室113藉由感測器保護蓋153與感測器容置空間165隔離，以避免待測氣體進入感測器容置空間165。
光源支架150具有一個光源容納槽154以及兩個開口161。光
源容納槽154係用以容置光源12，並且開口161係用以連通氣體室113與外界環境，以允許待測氣體能夠自由地進入及排出。
為了使氣體室113與感測器容置空間165之間可進行光的連通，光學檢測器1進一步包含第一防護玻璃181以及第二防護玻璃182。如圖11及圖14B所示，感測器保護蓋153進一步包含兩個玻璃容納槽157分別容置第一防護玻璃181及第二防護玻璃182。為了使入射光能夠流暢地穿透第二感測物件133，第一防護玻璃181需設置於入射光的光程與檢測穿透光的光程之間。同理，為了使入射光能夠流暢地穿透參考物件132，第二防護玻璃182需設置於入射光的光程與參考穿透光的光程之間。此外，為了使檢測光學感測器141順利地接收檢測穿透光，檢測光學感測器141需位於檢測穿透光的光程上。同理，為了使參考光學感測器142順利地接收參考穿透光，參考光學感測器142需位於參考穿透光的光程上。其中，第一防護玻璃181及第二防護玻璃182將檢測光學感測器141及參考光學感測器142與氣體室113隔離，以防止檢測光學感測器141及參考光學感測器142受到氣體污染。
根據上述說明，光學檢測器1係由光源支架150、物件支架151、感測器支架152以及感測器保護蓋153所組合並固定，因此入射光到達第二感測物件133路徑長度與入射光到達參考物件132的路徑長度相同。同理，檢測穿透光到達檢測光學感測器141的路徑長度與參考穿透光到達參考光學感測器142的路徑長度相同。
於實務中，為了提高檢測的準確度，光學檢測器1可進一步包含溫濕度計耦接處理器。溫濕度計係用以檢測待測氣體的溫度及濕度以產生溫濕度結果。處理器根據溫濕度結果計算出校準結果以提高準確率。
於實務中，第一感測物件131及第二感測物件133可感測包含NH3的氣體以及揮發性有機化合物，如：碳氫化合物、鹵化烴、氧碳氫化合物及氮碳氫化合物。詳言之，氣體成分包含苯系列、有機氯化物、氟利昂系列、有機酮、胺類、醇類、醚類、酯類、酸類和石油烴化合物。當第一感測物件131及第二感測物件133包含對應待測的氣體成分的改質DNA噬菌體，並且第一感測物件131及第二感測物件133接觸包含待測的氣體成分的待測氣體時，改質DNA噬菌體將改變其結構。因此，當入射光照射入改質DNA噬菌體的結構時，改質DNA噬菌體的結構改變了入射光的光譜並形成檢測反射光或檢測穿透光。
此外，第一感測物件131及第二感測物件133的噬菌體不僅可檢測氣體，也可以檢測包含可被對應的噬菌體檢測的成分的懸浮物質，例如：固體和液體。而懸浮物質的成分可以為有機化學、無機化學和病毒。而於液體中的噬菌體的檢測原理與前述的氣體的檢測原理大致相同，於此不再贅述。
相較於習知技術，光學檢測器1具有校準各種環境因素(例如：溫度、濕度)以及校準光學檢測器1本身的溫度的功能。光學檢測器1具有避免其他未被檢測到的氣體的影響的檢測特性，因此光學檢測器1具有較高的氣體成分分辨率。並且，光學檢測器1不需設置大體積的氣體室以進行多次反射，進而使光學檢測器1的體積最小化。此外，相較於紅外線氣體檢測器，光學檢測器1可具有更短的檢測時間週期和更少的功耗。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之
範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
1:光學檢測器
131:第一感測物件
132:參考物件
151:物件支架
161:開口
Claims (18)
- 一種光學檢測器，包含：一檢測室，用以容置一待測氣體；至少一光源，耦接該檢測室，該至少一光源係用以發出一入射光至該檢測室中；一第一感測物件，設置於該檢測室中，該第一感測物件根據該待測氣體改變一反射特性，並且用以接收及反射該入射光以形成一檢測反射光；一檢測光學感測器，用以接收該檢測反射光以產生一檢測光譜訊號；以及一處理器，耦接該檢測光學感測器，該處理器係用以接收該檢測光譜訊號並且根據該檢測光譜訊號計算出一檢測結果；其中該第一感測物件為包含改質DNA噬菌體及非改質DNA噬菌體中之至少一者的非透明物質。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測器，進一步包含：一參考室，用以容置該待測氣體；一參考物件，設置於該參考室中並且用以接收及反射該入射光以形成一參考反射光；以及一參考光學感測器，用以接收並檢測該參考反射光以產生一參考光譜訊號；其中，該至少一光源耦接該參考室並且用以發出該入射光至該檢測室及該參考室，該處理器耦接該參考光學感測器，該處理器係用以接收該檢測光譜訊號及該參考光譜訊號，並且根據該檢測光譜訊號及該參考光譜訊號計算出一校準結果。
- 如申請專利範圍第2項所述之光學檢測器，其中該入射光到達該第一感測物件的路徑長度與該入射光到達該參考物件的路徑長度相同，並且該檢測反射光到達該檢測光學感測器的路徑長度與該參考反射光到達該參考光學感測器的路徑長度相同。
- 如申請專利範圍第2項所述之光學檢測器，進一步包含至少一分光鏡，該至少一分光鏡中之一者位於該檢測室、該參考室及其中一該光源之間，並且每一個該至少一分光鏡係用以將入射光自其中一該光源分光至該檢測室及該參考室。
- 如申請專利範圍第2項所述之光學檢測器，其中該參考物件係用以於各種溫度及濕度條件下維持低變色。
- 如申請專利範圍第5項所述之光學檢測器，其中該參考物件包含陶瓷、氧化鋁及氧化鋯之其中一者。
- 如申請專利範圍第2項所述之光學檢測器，進一步包含一第一防護玻璃位於該檢測室及該檢測光學感測器之間，以及一第二防護玻璃位於該參考室及該參考光學感測器之間，其中該第一防護玻璃及該第二防護玻璃係用以將該檢測光學感測器及該參考光學感測器與該檢測室及該參考室隔離，以防止該檢測光學感測器及該參考光學感測器受到氣體污染。
- 如申請專利範圍第2項所述之光學檢測器，進一步包含一溫濕度計耦接該處理器，該溫濕度計係用以檢測該待測氣體的溫度及濕度以產生一溫濕度結果，其中該處理器根據該檢測光譜訊號、該參考光譜訊號及該溫濕度結果計算出該校準結果。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測器，其中當該第一感測物件接觸包含欲檢測之至少一氣體成分的該待測氣體 時，該第一感測物件根據該至少一氣體成分的種類及濃度改變結構，使得該第一感測物件反射該入射光以形成具有對應光譜的該檢測反射光。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測器，其中該至少一光源係用以發出具有特定光譜的該入射光。
- 一種光學檢測器，包含：一氣體室，用以容置一待測氣體；一光源，耦接該氣體室並且用以發出一入射光至該氣體室中；一第二感測物件，設置於該氣體室中，該第二感測物件根據該待測氣體改變一透光性，該第二感測物件係用以接收該入射光並且該入射光穿透該第二感測物件以形成一檢測穿透光；一檢測光學感測器，用以接收並檢測該檢測穿透光以產生一檢測光譜訊號；以及一處理器，耦接該檢測光學感測器，該處理器係用以接收該檢測光譜訊號並且根據該檢測光譜訊號計算出一檢測結果；其中該第二感測物件為包含改質DNA噬菌體及非改質DNA噬菌體中之至少一者的光穿透物質。
- 如申請專利範圍第11項所述之光學檢測器，進一步包含：一參考物件，設置於該氣體室中，該參考物件係用以接收該入射光並形成一參考穿透光；以及一參考光學感測器，用以接收並檢測該參考穿透光以產生一參考光譜訊號；其中，該處理器耦接該參考光學感測器，該處理器係 用以接收該參考光譜訊號並且根據該檢測光譜訊號及該參考光譜訊號計算出一校準結果。
- 如申請專利範圍第12項所述之光學檢測器，其中該入射光到達該第二感測物件的路徑長度與該入射光到達該參考物件的路徑長度相同，並且該檢測穿透光到達該檢測光學感測器的路徑長度與該參考穿透光到達該參考光學感測器的路徑長度相同。
- 如申請專利範圍第12項所述之光學檢測器，進一步包含一第一防護玻璃位於該第二感測物件及該檢測光學感測器之間，以及一第二防護玻璃位於該參考物件及參考光學感測器之間，其中該第一防護玻璃及該第二防護玻璃係用以將該氣體室與該檢測光學感測器及該參考光學感測器隔離，以防止該檢測光學感測器及該參考光學感測器受到氣體污染。
- 如申請專利範圍第12項所述之光學檢測器，其中該參考物件包含一光穿透物質。
- 如申請專利範圍第12項所述之光學檢測器，進一步包含一溫濕度計耦接該處理器，該溫濕度計係用以檢測該待測氣體的溫度及濕度以產生一溫濕度結果，其中該處理器根據該檢測光譜訊號、該參考光譜訊號及該溫濕度結果計算出該校準結果。
- 如申請專利範圍第11項所述之光學檢測器，其中當該第二感測物件接觸包含欲檢測之至少一氣體成分的該待測氣體時，該第二感測物件根據該至少一氣體成分的種類及濃度改變結構，使得該入射光穿透該第二感測物件以形成具有對應光譜的該檢測穿透光。
- 如申請專利範圍第11項所述之光學檢測器，其中該光源係用以發出具有特定光譜的該入射光。
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