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CN117957658A - 用于改进传感器线性度的引入串扰电路 - Google Patents

用于改进传感器线性度的引入串扰电路 Download PDF

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CN117957658A
CN117957658A CN202280017600.1A CN202280017600A CN117957658A CN 117957658 A CN117957658 A CN 117957658A CN 202280017600 A CN202280017600 A CN 202280017600A CN 117957658 A CN117957658 A CN 117957658A
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CN
China
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photodiode
signal
signaling
optical sensor
electrical
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Application number
CN202280017600.1A
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K·R·弗拉纳根
S·M·帕姆利
D·J·波西
M·莱斯
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YSI Inc
Original Assignee
YSI Inc
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Abstract

一种光学传感器包括具有印刷电路板(RGB)和感应回路的检测器。印刷电路板(RGB)具有与光电二极管一起的光电二极管阴极垫。感应回路被布置在光电二极管阴极垫的至少一部分周围，并且被配置为：接收感应回路引入信令，以及在光电二极管阴极垫的至少一部分周围提供感应回路信令，以在RGB上提供感应，来减少或基本消除从光电二极管提供的电气光电二极管信令中的不想要的电干扰。感应回路包括迹线及至少一个过孔。迹线具有沿着从LED阳极垫周围的晶体管集电极引脚开始的信号路径的布线。至少一个过孔被放置在LED阳极垫之间，以在RGB的顶侧上布线迹线，并且该迹线被布线在光电二极管阴极垫旁边、附近和周围、返回到LED阳极垫的LED阳极。

Description

用于改进传感器线性度的引入串扰电路
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年01月11日提交的临时专利申请序列号63/135,799(911-023.12-2/N-YSI-0050US01)的权益，通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及一种诸如荧光计的光学传感器；并且更具体地，涉及一种具有印刷电路板(PCB)的光学传感器，该印刷电路板具有与光电二极管一起的光电二极管阴极垫。
背景技术
在现有技术中，环境感测面临两个相互冲突的行业趋势：
1)最先进的传感器技术正趋向于越来越小的尺寸，这产生了诸如电气串扰的不良影响，以及
2)环境感测的需求要求不断增加的灵敏度，从而加剧了与串扰相关联的问题。的
结果是：尽管在PCB布局中努力执行最佳实践，串扰仍然是不可避免的。
此外，在已知的传感器技术中也存在关于由串扰引起的幅度和引入的相移的高度可变性。此外，电气串扰幅度和相移不是不受外部环境影响的完美固定的、不可分割的系统常数，而是对它们所对接的电路装置表现出不可忽略的敏感性。对于当前的情况，原型(prototype)传感器的集合均利用多个信号输出适配器(SOA)进行测试，以检查可变性。这种效应对于校正信号处理的效率具有不期望的后果。特别地，用作信号处理输入之一的信号相位容易受相位噪声的影响，尤其是当试图分辨非常低信号幅度的相位时，对于电气串扰信号通常是这种情况。虽然极小的串扰信号是可接受的(因为这将指示可忽略的电气串扰)，但是，更常见的情况是串扰信号在幅度上足够小而容易受相位噪声的影响，产生噪声校正输入，但是仍然大到足以阻碍所需的信号线性度。最后，引入的相移中的可变性也带来了问题。对于最稳定的校正信号处理，90度相移是最佳的，但实际上，由串扰引入的所得相移范围可以在(-10到+180)度之间的任何位置，幅度范围从可用模数转换器范围的0.1％到20％，例如图中所示的一致(错误！未发现参考源)。其中所示的六(6)个原型中的每个原型的多个点表示原型对不同信号输出适配器的唯一响应。
在图1中的绘图中，增量(Delta)相位是串扰信号相对于激励LED信号的相对相移，并且光学暗幅度是不存在任何光学信号的情况下串扰信号的幅度。校正信号处理对于光学暗幅度的变化是不受影响/不变的(除了光学暗幅度足够大以充分分辨其相位的要求之外)。然而，对于增量相位，情况并非如此，因为一旦该参数被设置为校准常数，则该参数中的任何改变都将导致校正误差，例如，与本文所阐述的一致。
发明内容
作为示例并且根据一些实施例，本申请提供了用于在新的且独特的光学传感器中实现的两个新的且独特的发明，该发明说明并且解决了现有技术中的上述问题。
第一发明提供了一种新的且独特的校正信号处理算法，例如在本文中被称为具有信号处理以校正电气干扰的光学传感器(Xylem no.N-YSI-0039)，该信号处理结合实时幅度和相位信息来实现光学感测的内部/自线性校正。具体地，任何不想要的电气串扰与所需的光学信号相结合，都会导致幅度和相位信息上的失真，引起信号非线性。然而，这些失真是互补的(即，意味着它们的关系是相互关联的)，这允许以独特的方式来组合幅度和相位信息，以提取所需的纯光学信号，例如，还通过使用与本文阐述一致的第二发明。
此外，第二发明减轻了本文公开的与第一发明相关的校正信号处理算法中存在的某些漏洞，例如，通过在PCB上的特定位置处故意引入具有最佳相移的适度感应串扰(Xylemno.N-YSI-0050)。作为示例并且根据一些实施例，本发明引入了与光学传感器的PCB上的电气组件(例如，诸如PCB的光电二极管的光电二极管阴极腿)相关的感应回路。
注意，只要干扰电气串扰信号具有足够的幅度和可分辨的相位，校正信号处理算法就可以在有或没有感应回路的情况下被使用。然而，感应回路确实故意增加串扰幅度，从而允许更可分辨的相位确定并且具有“强制”最佳相移，即感应回路增强了校正信号处理算法的效率。
特定实施例
根据一些实施例，本发明可以包括诸如荧光计的装置或采用诸如荧光计的装置的形式，该装置具有光学传感器，该光学传感器具有包括印刷电路板(PCB)和感应回路的检测器。
作为示例，PCB可以包括与光电二极管一起的光电二极管阴极垫，并且感应回路可以被布置在光电二极管阴极垫的至少一部分周围，并且被配置为：接收感应回路引入信令，以及在光电二极管阴极垫的该至少一部分周围提供感应回路信令，以在PCB上提供感应串扰，来减少或基本消除从光电二极管提供的电气光电二极管信令中的不想要的电气干扰。
装置可以包括以下附加特征中的一个或多个附加特征：
感应回路可以包括：迹线，该迹线具有沿着从LED阳极垫周围的晶体管集电极引脚开始的信号路径的布线；以及至少一个过孔，该至少一个过孔被放置在LED阳极垫之间，以在PCB的顶侧上布线迹线，迹线被布线在光电二极管阴极垫旁边、附近和周围、返回到LED阳极垫的LED阳极。
该至少一个过孔可以包括沿着光电二极管阴极垫周围的布线放置的其他过孔，该其他过孔被配置为跳过与PCB上的其他组件形成的其他2.5V偏置连接。
感应回路可以是在光电二极管阴极垫周围的3/4感应回路。
装置可以包括基于荧光的光学传感器或荧光计，或采用基于荧光的光学传感器或荧光计的形式，该基于荧光的光学传感器或荧光计被配置为提供基于光学的水质传感器。
光电二极管可以被配置为：接收由一种或多种感兴趣的荧光物质发射的光发射信令Lem，以及提供电气光电二极管信令，电气光电二极管信令具有电气电流或光电二极管电流，电气电流或光电二极管电流包含关于液体中的与感兴趣的液体参数相关的一种或多种感兴趣的荧光物质的信息。
光学传感器可以包括用于实现校正信号处理算法的信号处理器或处理模块，例如，信号处理器或处理模块被配置为至少：
接收和处理电气光电二极管信令，电气光电二极管信令具有振幅幅度和相位分量；以及
提供光学传感器信令，光学传感器信令具有组合的实时幅度和相位线性校正，例如以减少或基本消除电气光电二极管信令中的不想要的电气干扰。
电气光电二极管信令可以采用总测量信号Stot的形式，总测量信号Stot是第一贡献Ao加上第二贡献的总和，其中
第一贡献Ao是起源于光学的，具有第一信号振幅Ao，并且独立地已知对液体中的荧光物质的浓度具有纯线性响应，并且
第二贡献是具有第二信号振幅Ae的电气干扰信号，第二信号振幅Ae是恒定的并且独立于被测物，并且相对于第一贡献具有总体恒定的相移/>。
信号处理器或处理模块可以被配置为至少：
标识总信号Stot的实部和虚部，以得出：
以及
通过替换实部和虚部，来将幅度M和相位Φ构造为如下：
信号处理器或处理模块被配置为至少：
通过消除第二信号振幅Ae，来将Ao确定为如下：
以便提供Ao的代数导出表达式，Ao是信号的对光学预测的荧光物质的浓度具有纯线性响应的部分。
备选实施例
根据一些实施例，本发明还可以采用具有检测器的光学传感器的形式，该检测器具有印刷电路板(PCB)，并且具有信号处理器或处理模块。
印刷电路板(PCB)可以包括与光电二极管一起的光电二极管阴极垫，光电二极管用于接收由感兴趣的荧光物质发射的光发射信令Lem并且提供电气光电二极管信令，电气光电二极管信令具有电气电流或光电二极管电流，电气电流或光电二极管电流包含关于液体中与感兴趣的液体参数有关的感兴趣的荧光物质的信息。
信号处理器或处理模块可以被配置为至少：
接收和处理电气光电二极管信令，电气光电二极管信令具有振幅幅度和相位分量；以及
提供光学传感器信令，光学传感器信令具有组合的实时幅度和相位线性校正。
光学传感器还可以包括上面和这里阐述的特征中的一个或多个特征。
方法
根据一些实施例，并且作为另外的示例，本发明可以包括一种方法，其特征在于以下步骤：
配置具有检测器的光学传感器，检测器具有印刷电路板(PCB)，印刷电路板(PCB)具有带有光电二极管阴极垫的光电二极管；
在光电二极管阴极垫的至少一部分周围布置感应回路；
在感应回路中接收感应回路引入信令；以及
在光电二极管阴极垫的该至少一部分周围提供感应回路信令，以在PCB上提供感应串扰，来减少或基本消除从光电二极管提供的电气光电二极管信令中的不想要的电气干扰。
方法还可以包括上面阐述的特征中的一个或多个特征。
计算机可读存储介质
根据一些实施例，并且作为另外的示例，本发明还可以采用计算机可读存储介质的形式，计算机可读存储介质具有用于执行前述方法的步骤的计算机可执行组件。计算机可读存储介质还可以包括上面阐述的特征中的一个或多个特征。
另外的备选实施例
根据一些实施例，并且作为另外的示例，本发明可以包括具有印刷电路板(PCB)和感应回路的光学传感器，或采用具有印刷电路板(PCB)和感应回路的光学传感器的形式。
印刷电路板(PCB)可以包括光电组件，光电组件被配置为：感测光学信号并且提供电气信令，该电气信令包含关于感测的光学信号的信息。
感应回路可以被布置在光电组件的至少一部分周围，并且被配置为：接收感应回路引入信令，以及在光电组件的至少一部分周围提供感应回路信令，以在PCB上提供感应串扰，以减少或基本消除从光电组件提供的电气信令中的不想要的电气干扰。
作为示例，光电组件可以包括与光电二极管一起的光电二极管阴极垫；并且感应回路被布置在光电二极管阴极垫的至少一部分周围。
附图说明
附图不一定按比例绘制，包括图1-图11，如下：
图1是增量相位(度)与光学暗幅度的图，并且示出了增量相位参数中的变化，该变化导致信号校正不稳定。
图2包括图2A和图2B，其示出了串扰的两种主要形式的图示-电容串扰和感应串扰。
图2是对PCB进行手工修改的PCB的照片，例如，其引入了根据本发明的单个感应回路。
图3包括图4A(之前)和图4B(之后)，例如，其示出了故意引入根据本发明的手工修改的感应回路的电气示意图。
图4是增量相位(度)与光学暗幅度的图，并且示出了在引入图3中的感应回路之前和之后传感器性能的变化。
图6包括图6A和6B，其示出了根据本发明的在图6B中故意引入3/4感应回路之前和之后的PCB布局。
图7是示出例如根据本发明的一些实施例的线性化检测方案的概念布局的图。
图8是幅度、信号相位和浓度的图，其示出了例如根据本发明的一些实施例的、在导出的幅度和相位组合中使用的原始幅度和信号振幅的绘图。
图9是信号相位与浓度的图，其示出了重叠的未校正与校正电气-光学信号的绘图以进行比较，其中总信号包含光学背景信号和电气背景信号两者(未校正幅度)，并且其中信号的提取光学部分与被测物成线性(经校正幅度)。
图10是示出用于确定唯一的幅度和相位组合的详细描述的流程图，例如，包括物理模型、对幅度和相位的测量、数学操纵以及系统特定幅度和相位的组合。
图11是根据本发明的一些实施例的装置的框图，装置例如包括荧光计，荧光计包括具有检测器的光学传感器。
为了减少图中的混乱，图中的每个图不一定包括其中示出的每一个元件的每一个附图标记。
具体实施方式
基本发明的概要
总的来说，本发明通过在PCB上的特定位置处故意引入具有最佳相移的适度感应串扰，来减轻校正信号处理算法中存在的漏洞。例如，如果串扰信号在幅度上足够大(但不是太大)(大约为可用模数转换器范围的2％-5％)，则相应的信号相位将被很好地分辨并且将稳定的输入提供到校正信号处理中。问题是：故意引入串扰的理想位置在哪里？作为示例并且根据一些实施例，本发明提供光电二极管作为故意引入串扰的理想位置，因为它是电路的接收侧(接收侧--意指专用于接收和传播电气-光学信号的任何和所有电路装置)中最关键的组件。光电二极管接收光学光，并且返回被称为光电流的电流。位于光电二极管或接收电子器件中信号链下游的任何串扰将导致信号非线性。下一个问题是：应该故意采用什么类型的串扰？例如，串扰可以表现为两种主要形式：1)由电场介导的电容串扰，以及2)由磁场介导的感应串扰，例如，如图所示(错误！未发现参考源)。在电气串扰的术语中，“驱动器”是引发串扰的电线，并且“受害者”是易受引发的串扰影响的线路或组件。
为了进行概念验证，通过抬起LED的阴极腿并且在其位置焊接串联电跳线来引入单个感应回路，该串联电跳线在终止于LED阴极垫之前在光电二极管阴极腿周围形成单个回路。作为示例并且根据一些实施例，本发明是基于提供感应串扰，因为其在实际应用中实现相对简单(即，易于执行手动修改)并且提供最佳的+90度相移，(见图2)。
随着感应回路的引入，增量(Delta)相位表现出极大增强的稳定性，因为增量相位参数非常接近最佳90度，并且在多个信号输出适配器下显示出最小的变化。如所预期的，光学暗幅度大约落在所需的可用模数转换器范围的2％-5％内，尽管该参数在多个SOA上存在变化，但这影响不大，因为该参数在校正信号处理中没有特定的依赖性。
与下面进一步详细阐述的一致，本发明还提供和利用了一种校正信号处理算法，名称为“具有用于校正电气干扰的信号处理的光学传感器”，例如，该算法是基于使用等式(4)：
等式4)
其中Ao是信号的线性(光学)部分
(增量相位)，是系统常数
θ信号相位，实时、测量的输入
M信号振幅，也是实时、测量的输入
Ae (光学暗幅度)，没有出现在校正信号处理中关键元素
本发明的一个方面的关键元素是感应回路的故意引入，例如经过光电二极管的光电二极管阴极腿周围。
作为示例，图6B图示了作为感应回路的一种可能实施例的PCB布局。这种布局将提供一致的感应(与手工修改的回路相反)。
例如，可以通过故意的PCB布局，通过以下方式来实现PCB修改：从LED阳极垫(示意图(图4)中的DS1)周围的PNP晶体管集电极引脚(示意图(图4)中的U21)开始布线迹线T，并且在DS1垫之间放置过孔(例如，过孔是板层之间的电气连接)，以在PCB的顶部进行布线。从那里，迹线T可以尽可能靠近地在光电二极管阴极垫(示意图(图4)中的PD1)旁边来布线。沿着光电二极管阴极垫周围的布线放置过孔，以跳过与其他组件形成的其他2.5V偏置连接。总共，在最终将信号路径连接回DS1垫的LED阳极之前，可以在PD1阴极垫周围完成3/4感应回路。
用于校正光学传感器中的电气干扰的校正信号处理算法本发明要解决的另一个问题
物理系统本质上通常是非线性的，即系统的输出或响应通常不是像期望的那样简单地与刺激或输入成比例(参见Liu Z，Huang D，Xing Y，Zhang C，Wu Z，Ji X.，题目为“Newtrends in nonlinear control systems and applications”，Abstr Appl Anal.2015；2015：2)。为了适应真实系统，感测技术的趋势正在扩大其范围。代替对一种物理参数执行仅一种类型的测量，在测量和利用任何和所有可用物理信息来做出明智的决策方面取得了进展。(例如，参见https://hbr.org/2014/11/how-smart-connected-products-are-transforming-competition。)该公开集中体现了前面陈述中传达的精神。
非线性物理系统的一般主题太宽泛而无法传达本发明的优点，本发明集中于涉及基于光学的水质感测的相关物理系统类别。基于光学的水质传感器的操作原理最一般地可以描述为将光/物质相互作用转换为电信号，该电信号通常由电流或电压组成。最先进的传感器技术依赖于尺寸越来越小的电路，这要求电气敏感元件(例如敏感的接收器电子器件)必须被放置在紧邻产生不想要的电气干扰(或串扰)的电气噪声元件的位置。(例如，参见http://www.analog.com/media/en/training-seminars/design-handbooks/Ba sic-Linear-Design/Chapter12.pdf。)尽管在现代电气设计中努力执行最佳实践，光学感测技术仍然易受电气干扰的影响，导致信号非线性。同时，环境感测的需求要求不断增加的灵敏度，从而加剧了与非线性相关联的问题。(例如，参见Michael J.McGrath，Cliodhna NiScanaill，Dawn Nafus的《传感器技术：医疗保健、健康和环境应用》平装本。)电信号(电流或电压)具有幅度(广义幅度)和相位(周期前进中的特定点或阶段)两者。不想要的电气干扰与所需的光学信号相结合，在幅度和相位信息两者上引起失真。然而，这些失真是互补的，这又允许以唯一的方式组合幅度和相位信息，来提取信号的所需线性部分。虽然当前技术能够同时测量幅度和相位，但现有传感器通常利用幅度或相位，而不是利用两者。此外，发明人知道，不存在与采用幅度和信号相位两者的组合使用来实现线性校正相关联的现有技术。
问题的解决方案
本发明的另一方面使得能够通过唯一地组合实时幅度和相位信息，例如通过实现下面阐述的校正信号处理算法，来对表现出非线性响应的基于荧光的传感器进行内部/自我线性校正。为了确定系统特定的幅度和相位信息，本发明采用基于物理的建模作为指导。建模建立了信号贡献的正确数学布置，并且一旦被确定，就可以在数学上从总信号提取(即求解)所需的线性贡献，从而生成实现线性所需的幅度和相位的正确组合(或公式)。
基于荧光的感测使用光源(例如，在指定的光学波长处)来光学激发感兴趣的荧光物质，该荧光物质重新发射特定于感兴趣的水参数的光学光(例如，在更长的光学波长处)。对于由荧光计和电气干扰组成的物理系统，总测量信号Stot可以被建模为所有已知信号贡献的总和。第一贡献是起源于光学的，其信号振幅Ao独立地已知(先验)对荧光物质的浓度具有纯线性响应。第二贡献是电气干扰信号，其振幅Ae恒定且与被测物无关，并且还已知(先验)相对于光学贡献具有总体恒定相移。图7示出了线性提取方案的概念布局。这些信号在数学上可以被表示为：
标识总信号Stot的实部和虚部，得到：
幅度M和相位Φ被构造如下：
等式2)中的实部和虚部的显式形式可以被代入到等式3中，其中光学振幅Ao可以代数地求解，如下面的等式4中所示。该特定示例的推论是，电气背景的振幅Ae可以被代数地分解/消除，并且不会出现在最终表达式中。
等式4是Ao的代数导出表达式，Ao是对荧光物质的浓度具有纯线性响应(如光学预测的)的信号部分。注意，等式4仅取决于测量的信号幅度、测量的信号相位Φ和相对相位偏移，相对相位偏移/>是可测量的常数，并且可以被存储到系统校准中。注意，等式4的特定函数形式对于上述特定物理系统来说是唯一的。关于图10进一步描述了使用校正信号处理算法确定唯一幅度和相位组合的详细描述。
下面在图8和图9中呈现的数据表示应用于基于荧光的传感器的本发明的真实世界的具体实现。针对该数据，执行连续稀释以改变所选荧光物质的浓度，其中每个浓度下的幅度和相位响应被记录。图8示出和揭示了输入到导出的幅度和相位组合中的原始幅度和信号振幅，并且图9示出和揭示了重叠的未校正与校正的电气-光学信号以进行比较。
关于总体传感器布局：根据本发明的传感器与传统荧光计的不同之处主要在于，涉及电气信号链以及应用于所测量的幅度和信号相位的特定操作的细节。本发明的精神不限于执行幅度和信号相位的测量的任何特定硬件，也不旨在限于任何特定类型的信号干扰(在该示例中，标识了电气干扰)。此外，本发明不旨在限于任何特定硬件(例如，可以使用微处理器或现场可编程门阵列(FPGA))来执行实现唯一确定的幅度和相位组合所需的操作。
图10
图10示出了具有步骤100a、100b、100c和100d的流程图100，用于使用校正信号处理算法来确定唯一的幅度和相位组合，例如，示出了物理模型100a、幅度和相位的测量100b、数学操纵100c以及系统特定的幅度和相位组合100d。
在物理模型步骤100a中，例如，fn是第n信号贡献，并且αm是第m独立参数。独立参数包括但不限于：振幅、时间、频率、初始和恒定相移、测量的浓度等。注意，基于模型的方法可以预测除信号贡献的简单求和之外的函数形式。例如，根据手头的特定物理系统，模型可以预测一系列函数的乘积或其他形式。进一步注意，所提取的线性信号的质量可能仅与用于导出幅度和相位组合的物理模型一样好或有效。对信号的任何未计入的贡献可能在最终提取值中引入误差。
例如，在幅度和相位的测量步骤100b中，本发明的精神不限于用于执行信号幅度或信号相位的测量的任何特定硬件。
在数学操纵步骤100c中，例如，对于本文列出的示例，仅需要直接代数来分离期望的变量。本发明的精神不旨在限于使用从原本的非线性信号提取线性分量所需的任何特定数学工具。一般来说，可以根据需要使用涉及微积分、傅立叶分析、线性代数、相关或卷积或任何其他数学工具的技术来分离期望参数。
在系统特定幅度和相位组合步骤100d中，例如，期望组合的最终表达式可能必然具有以下特性：期望变量最终必须可以用测量幅度M和测量信号相位φ以及适用于系统校准的任何标识系统常数来表示。重要提示：并非所有物理系统都一定是可解的。此外，并非所有可解系统都可以以解析形式表达。在这种情况下，例如，可能需要以到期望阶的级数展开或乘积展开来表示解。重要推论：所公开的方法还允许提取除线性贡献之外的分量，例如，以标识违规干扰贡献。
图11
图11示出了装置，装置包括基于荧光的传感器或具有光学传感器12的荧光计10，装置以光源20、检测器30、以及信号处理器或处理模块40为特征。
光源20可以被配置为在具有一种或多种感兴趣的荧光物质的液体上提供激发光信令Lex。
检测器30具有印刷电路板(PCB)32和感应回路38。PCB 32具有与光电二极管36一起的光电二极管阴极垫34，光电二极管36被配置为：接收由感兴趣的荧光物质发射的光发射信令Lem并且提供具有电气电流或光电二极管电流的电气光电二极管信令，电气电流或光电二极管电流包含液体中与感兴趣的液体参数有关的感兴趣的荧光物质的信息。感应回路38被布置在光电二极管阴极垫的至少一部分周围，并且被配置为：接收感应回路引入信令，以及在光电二极管阴极垫的至少一部分周围提供感应回路信令，以在PCB上提供感应串扰，以校正所提供的电气光电二极管信令中的非线性。
信号处理器或处理模块40被配置为至少：
接收和处理具有振幅幅度和相位分量的电气光电二极管信令；以及
提供具有组合的实时幅度和相位线性校正的光学传感器信令，以减少或基本消除不想要的电气干扰。
信号处理器或处理模块40包括不形成基础发明的一部分的其他信号处理器电路、电路装置或组件50，例如，包括输入/输出模块/调制解调器、一个或多个存储器模块(例如RAM、ROM、等)、数据、地址和控制总线架构等。
信号处理功能的实现
作为示例，信号处理器或处理模块40的功能可以使用硬件、软件、固件或其组合来进行实现。在通常的软件实现中，信号处理器40将包括一个或多个基于微处理器的架构，例如，具有至少一个信号处理器或微处理器。本领域技术人员将能够利用适当的程序代码(诸如，基于微控制器或基于微处理器的实现)进行编程，以执行本文公开的信号处理功能，而无需过度实验。
本发明的范围不旨在限于使用现在已知的或将来后续开发的技术的任何特定实现方式。本发明的范围旨在包括将信号处理器的功能实现为独立处理器、信号处理器或信号处理器模块以及分离的处理器或处理器模块，以及它们的某种组合。
作为示例，装置10还可以包括例如总体被指示为50的其他信号处理器电路或组件，包括随机存取存储器或存储器模块(RAM)和/或只读存储器(ROM)、输入/输出设备和连接它们的控制总线和数据总线和地址总线，和/或至少一个输入处理器和至少一个输出处理器，例如，这是本领域技术人员应当理解的。
作为另外的示例，信号处理器40可以包括或采用以下形式：信号处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器的某种组合，其中信号处理器和至少一个存储器被配置为使得系统实现本发明的功能，例如，对接收的信令进行响应，并且基于接收的信令来确定对应的信令。
相关专利
发明人已知至少以下相关专利文献，如下：
US2005/0219727A1，题目为“Signal processing device and signalprocessing method”。
US6,911,925B1，题目为“Linearity compensation by harmoniccancellation”。
US4,968,968A，题目为“Transmitter phase and amplitude correction forlinear FM systems”。
US6,853,191B1，题目为“Method of removing dynamic nonlinear phaseerrors from MRI data”。
看起来有几个涉及幅度和相位的非线性校正的专利，但发明人所知没有公开本发明的专利文献。
在下面呈现主要发现的总结：
·专利文献公开了应用于幅度和相位信息的失真校正或非线性校正，但没有提及使用信号相位来校正幅度中的非线性。这是本发明与现有技术专利文献中已知的发明之间的关键区别。
·专利文献主要公开了涉及电气滤波器来执行校正的装置或电路设计，而不是对测量幅度和测量信号相位的任何互补使用来执行校正。
·专利文献公开了有关磁和/或光学记录的特定非线性、校正采用FM信号的雷达系统中的误差，或有关医学或MRI成像的非线性。
光源20
作为示例，装置10可以包括光源20和检测器30，光源20被配置为提供穿过相对于光源20和检测器30布置的液体样本的光Lem(图8)，以便将光反射离开正被监测或测试的感兴趣的荧光物质。
如本领域技术人员应当理解的，光源在本领域中是已知的，并且本发明的范围不旨在限于现在已知的或将来后续开发的任何特定类型或种类的光源。
光电二极管检测器和/或传感器
关于传感器硬件，光电二极管检测器或传感器包含现有技术中已知的元件。作为示例，传感器硬件可以包含适于感兴趣的荧光物质的指定激发波长的单个或多个LED，并且可以包含一个或多个光学接收器(光电检测器或光谱分析仪)，该一个或多个光学接收器采用以指定的激发和/或发射波长为光谱中心的一个或多个光学带通滤波器。
如本领域技术人员应当理解的，传感器硬件在本领域中是已知的，并且本发明的范围不旨在限于现在已知或将来后续开发的任何特定类型或种类的传感器硬件。
荧光团
如本领域技术人员应当理解的，荧光团是可以在激发时重新发射光的荧光化合物。荧光团通常包含几个组合的芳香族基团，或包含具有π键的平面或环状分子。
作为示例，荧光团有时被用作流体中的示踪剂、某些结构染色的染料、酶的底物或探针或指示剂(当荧光被诸如极性或离子的环境方面影响时)。
本发明的范围不旨在限于现在已知或将来后续开发的任何特定类型或种类的荧光团。
应用
本发明在例如淡水应用的水质监测的基本参数以及饮用水监测中具有应用。
发明的范围
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以用等同物替代其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不旨在限于本文公开的作为实施本发明的最佳模式的任何特定实施例。

Claims (20)

1.一种具有检测器的光学传感器，包括：
印刷电路板PCB，具有带有光电二极管的光电二极管阴极垫；以及
感应回路，被布置在所述光电二极管阴极垫的至少一部分周围，并且被配置为：接收感应回路诱导信令，以及在所述光电二极管阴极垫的所述至少一部分周围提供感应回路信令，以在所述PCB上提供感应串扰，来减少或基本消除从所述光电二极管提供的电气光电二极管信令中的不想要的电气干扰。
2.根据权利要求1所述的光学传感器，其中所述感应回路包括：
迹线，具有沿着从LED阳极垫周围的晶体管集电极引脚开始的信号路径的布线；以及
至少一个过孔，被放置在LED阳极垫之间，以在所述PCB的顶侧上布线所述迹线，所述迹线被布线在所述光电二极管阴极垫旁边、附近和周围，返回到所述LED阳极垫的LED阳极。
3.根据权利要求2所述的光学传感器，其中所述至少一个过孔包括沿着所述光电二极管阴极垫周围的所述布线放置的其他过孔，所述其他过孔被配置为跳过针对所述PCB上的其他组件形成的其他2.5V偏置连接。
4.根据权利要求3所述的光学传感器，其中所述感应回路是在所述光电二极管阴极垫周围的3/4感应回路。
5.根据权利要求1所述的光学，其中所述光电二极管被配置为：接收由一种或多种感兴趣的荧光物质发射的光发射信令Lem，以及提供所述电气光电二极管信令，所述电气光电二极管信令具有电气电流或光电二极管电流，所述电气电流或光电二极管电流包含关于液体中的与感兴趣的液体参数相关的所述一种或多种感兴趣的荧光物质的信息。
6.根据权利要求5所述的光学传感器，其中所述光学传感器包括用于实现校正信号处理算法的信号处理器或处理模块，所述信号处理器或处理模块被配置为至少：
接收和处理所述电气光电二极管信令，所述电气光电二极管信令具有振幅幅度和相位分量；以及
提供光学传感器信令，所述光学传感器信令具有组合的实时幅度和相位线性校正。
7.根据权利要求6所述的光学传感器，其中
所述电气光电二极管信令采用总测量信号Stot的形式，所述总测量信号Stot是第一贡献Ao加上第二贡献的总和，其中
所述第一贡献Ao是源于光学的，具有第一信号振幅Ao，并且独立地已知为对所述液体中的所述荧光物质的浓度具有纯线性响应，并且
所述第二贡献是具有第二信号振幅Ae的电气干扰信号，第二信号振幅Ae是恒定的并且独立于被测物，并且相对于所述第一贡献具有总体恒定的相移/>
8.根据权利要求7所述的光学传感器，其中所述信号处理器或处理模块被配置为至少：
标识所述总信号Stot的实部和虚部，以得出：
以及
通过替换所述实部和所述虚部，来将幅度M和相位Φ构造为如下：
9.根据权利要求8所述的光学传感器，其中所述信号处理器或处理模块被配置为至少：
通过消除所述第二信号振幅Ae，来将Ao确定为如下：
以便提供Ao的代数导出表达式，Ao是所述信号的对光学预测的所述荧光物质的所述浓度具有纯线性响应的部分。
10.一种具有检测器的光学传感器，包括：
印刷电路板PCB，具有带有光电二极管的光电二极管阴极垫，所述光电二极管用于接收由感兴趣的荧光物质发射的光发射信令Lem，并且提供电气光电二极管信令，所述电气光电二极管信令具有电气电流或光电二极管电流，所述电气电流或光电二极管电流包含关于液体中与感兴趣的液体参数有关的所述感兴趣的荧光物质的信息；以及
信号处理器或处理模块，用于实现校正信号处理算法，被配置为至少：
接收和处理所述电气光电二极管信令，所述电气光电二极管信令具有振幅幅度和相位分量；以及
提供光学传感器信令，所述光学传感器信令具有组合的实时幅度和相位线性校正。
11.根据权利要求10所述的光学传感器，其中
所述电气光电二极管信令采用总测量信号Stot的形式，所述总测量信号Stot是第一贡献Ao加上第二贡献的总和，其中
所述第一贡献Ao是源于光学的，具有第一信号振幅Ao，并且独立地已知为对所述液体中的所述荧光物质的浓度具有纯线性响应，并且
所述第二贡献是具有第二信号振幅Ae的电气干扰信号，第二信号振幅Ae是恒定的并且独立于被测物，并且相对于所述第一贡献具有总体恒定的相移/>
12.根据权利要求11所述的光学传感器，其中所述信号处理器或处理模块被配置为至少：
标识所述总信号Stot的实部和虚部，以得出：
以及
通过替换所述实部和所述虚部，来将幅度M和相位Φ构造为如下：
13.根据权利要求12所述的光学传感器，其中所述信号处理器或处理模块被配置为至少：
通过消除所述第二信号振幅Ae，来将Ao确定为如下：
以便提供Ao的代数导出表达式，Ao是所述信号的对光学预测的所述荧光物质的所述浓度具有纯线性响应的部分。
14.根据权利要求10所述的光学传感器，其中所述光学传感器包括感应回路，所述感应回路被布置在所述光电二极管阴极垫的至少一部分周围，并且被配置为：接收感应回路诱导信令，以及在所述光电二极管阴极垫的所述至少一部分周围提供感应回路信令，以在所述PCB上提供感应。
15.根据权利要求14所述的光学传感器，其中所述感应回路包括：
迹线，具有沿着从LED阳极垫周围的晶体管集电极引脚开始的信号路径的布线；以及
至少一个过孔，被放置在LED阳极垫之间，以在所述PCB的顶侧上布线所述迹线，所述迹线被布线在所述光电二极管阴极垫旁边、附近和周围，返回到所述LED阳极垫的LED阳极。
16.根据权利要求15所述的光学传感器，其中所述至少一个过孔包括沿着所述光电二极管阴极垫周围的所述布线放置的其他过孔，所述其他过孔被配置为跳过针对所述PCB上的其他组件形成的其他2.5V偏置连接。
17.根据权利要求16所述的光学传感器，其中所述感应回路是在所述光电二极管阴极垫周围的3/4感应回路。
18.一种具有检测器的光学传感器，包括：
印刷电路板PCB，具有光电组件，所述光电组件被配置为：感测光学信号并且提供电气信令，所述电气信令包含关于感测的所述光学信号的信息；以及
感应回路，被布置在所述光电组件的至少一部分周围，并且被配置为：接收感应回路诱导信令，以及在所述光电组件的所述至少一部分周围提供感应回路信令，以在所述PCB上提供感应，以减少或基本消除从所述光电二极管提供的电气信令中的不想要的电气干扰。
19.根据权利要求18所述的光学传感器，其中
所述光电组件是具有光电二极管阴极垫的光电二极管；并且
所述感应回路被布置在所述光电二极管阴极垫的至少一部分周围。
20.一种方法，包括：
配置具有检测器的光学传感器，所述检测器具有印刷电路板PCB，所述印刷电路板具有带有光电二极管的光电二极管阴极垫；
在所述光电二极管阴极垫的至少一部分周围布置感应回路；
在所述感应回路中接收感应回路诱导信令；以及
在所述光电二极管阴极垫的所述至少一部分周围提供感应回路信令，以在所述PCB上提供感应串扰，来减少或基本消除从所述光电二极管提供的电气光电二极管信令中的不想要的电气干扰。
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