用于分析热力发动机中的流体的机载设备和方法

摘要

本发明涉及一种控制产品分析光谱仪的方法，所述光谱仪包括包含多个发光二极管(LD1-LD4)的光源(LS)，所述发光二极管(LD1-LD4)具有结合分析波长带的相应发射光谱覆盖，所述方法包括以下步骤：向所述发光二极管中的至少一个提供供电电流(I1-I4)以使其发光；通过测量所述发光二极管中保持未发光的至少另一个发光二极管的端子处的电流来测量所述光源发出的发光强度(LFL1-LFL4)；根据每个发光强度测量，确定发光的每个二极管的所述供电电流的设定点值(LC1-LC4)；以及调节发光的每个二极管的所述供电电流，使得所述供电电流与所述设定点值对应。

说明书

技术领域

本发明涉及通过光谱测定法分析流体。本发明尤其但不仅适用于分析 热力发动机中的流体，并且尤其适用于分析在此类发动机中用作燃料的烃 类(hydrocarbon)。此分析涉及所有热力发动机，无论用于陆地、海上 还是航空运输，无论是军用发动机还是固定发动机。

背景技术

环境标准的日趋严格要求不同的热力发动机制造商和用户寻求燃料消 耗节省方法并减少发动机排放污染。但是，燃料的某些特性(例如其成分) 被证明对热力发动机的性能和正常操作具有直接影响。它进一步表明，其 中某些特性对于烃基燃料而言尤其可变，具体取决于燃料的来源。实际上， 据估计，诸如烃基燃料成分之类的某些特性可以在15％到40％或更多的范 围内变化。但是，知道这些特性使能确定某些发动机设置，以便减少发动 机的消耗和排放污染。此外，燃料的定性知识还可以使能标识燃料的污染 或异常，因此通常防止对发动机或车辆造成损坏。

因此，需要分析诸如供给热力发动机的燃料的成分之类的特性，并且 需要考虑所获得的结果以便调整发动机操作参数。为此，近红外光谱测定 法(从700到2,500纳米(nm))适合于分析烃类或烃类混合物。

基于光谱测定法原理的传感器(尤其是基于近红外光谱测定法的传感 器)通常包括光谱仪和数据处理计算器，数据处理计算器使得光谱仪的原 始输出信号(原始光谱)能够转换为有关待测量产品的定性信息。光谱仪 包括：光源，其覆盖必须在其中执行分析的至少一个波长带；测量单元， 光源产生的光和待分析产品在所述测量单元中相互作用；以及传感器，其 在所述测量单元的输出端处提供光的光谱。光谱仪可以通过对光源发出的 光束进行传输、反射或吸收来测量待分析产品的光谱。光谱仪的主要特征 在于，其光谱分析范围(所生成光谱的宽度和位置)、其分析细度或构成 所生成光谱的测量点数量，以及其测量准确性。

因此，当今通常针对实验室或复杂和昂贵的工业应用设计的光谱仪实 际上不适合于热力发动机环境，尤其不适合于机动车辆环境，在机动车辆 环境中光谱仪可以遭受强烈的振动和极端的温度。除了高复杂性、高成本、 相对大的大小和维护需要之外，这些设备还需要许多光学组件，从而提出 严格的校准、处理和存储要求。

因此，需要生产一种光谱仪，其适合于大量生产，其成本适合于汽车 组件的成本，并且适合于汽车环境。为此，使用一个或多个发光二极管 (LED)作为光源看似尤其适合。

但是，可以看出，所测量的光谱(其是待分析产品的质量和/或成分的 特征)受诸如温度之类的外部因素的影响，并且受与待分析产品相互作用 的光束的光谱特性的影响。现在，LED二极管日臻成熟，因此其发射光谱 随时间变化，如在LED杂志文章“LED lighting Life Prediction(LED发 光寿命预测)”(Jianzhong Jiao，Osram Opto Semiconductors,Inc.法规 和新兴技术主管，物理学博士，2009年10月)中解释的那样。此外，众 所周知并且被证明，近红外光谱测定法通常对温度敏感(例如，如在出版 物“On-line monitoring of batch cooling crystallization of organic  compounds using ATR-FTIR spectroscopy coupled with an advanced  calibration method(结合使用ATR-FTIR光谱与高级校准方法联机监视有 机化合物的间歇冷却结晶)”(Chemometrics and Intelligent Laboratory  Systems 96(2009)49-58，Zeng-Ping Chen、Julian Morris、Antonia  Borissova、Shahid Khan、Tariq Mahmud、Rado Penchev、Kevin J. Roberts)中解释的那样)。因此，使用基于LED二极管的光源的近红外 光谱测定法被证明对温度尤其敏感。实际上，当温度仅变化几度时，LED 二极管的发射光谱在强度和最大峰值波长位移方面都发生显著变化，如出 版物“Temperature Dependence Of LED and its Theoretical Effect on  Pulse Oximetry(LED的温度依赖性及其对脉搏血氧定量法的理论影响)” (British Journal of Anaesthesia，1991年，第67卷，第5638-643号(K. J.Reynolds,B.A.,M.SC.,J.P.De Kock,B.A.,L.Tarassenko,M.A., D.PHIL.,C.EKG.,M.I.E.E.以及J.T.B.Moyle,M.B.,B.S.,I.ENG., M.rNST.M.c,M.I.ELEC.I.E.))所证实的那样。

但是，与热力发动机关联的传感器(尤其是安装在车辆上)必须能够 在非常广泛的温度范围内运行(具体取决于应用，当今标准要求温度范围 从-40℃到+105℃，或者甚至高达+150℃)。此外，集成传感器应该确保 长使用寿命(具体取决于应用，当今标准要求几千小时到几万小时)。因 此，至关重要的是确保光谱仪正常运行，能够实时管理温度和光源老化的 影响，以便执行准确和可靠的待分析产品的定性确定。

因此，还需要生产一种光谱仪，其在广泛的环境温度变化范围内并且 在很长的操作时间内具有稳定的光谱信号以及尽可能恒定的信噪比。

发明内容

某些实施例涉及一种控制用于分析产品的光谱仪的方法，所述光谱仪 包括包含多个发光二极管的光源，所述发光二极管具有结合分析波长带的 相应发射光谱覆盖，所述方法包括以下步骤：向所述发光二极管中的至少 一个提供供电电流以使其开启，并且通过测量所述发光二极管中保持关断 的至少另一个发光二极管的端子处的电流来测量所述光源发出的光强度； 根据每个光强度测量，确定开启的每个二极管的所述供电电流的设定点值； 以及调节开启的每个二极管的所述供电电流，使得所述供电电流与所述设 定点值对应。

根据一个实施例，所述方法包括以下步骤：相继开启多组的至少一个 发光二极管，一个组中的所述二极管具有基本相同的发射光谱，而其它发 光二极管保持关断；通过保持关断的所述其它发光二极管中的每一个测量 光强度；以及根据所获得的每个光强度测量，调整开启的所述二极管的供 电电流设定点值。

根据一个实施例，所述方法包括以下步骤：根据所述光强度测量，确 定所述光谱仪的传感器的光敏单元的积分时间值，所述传感器布置在所述 光源发出的光束的路线上并已与待分析产品相互作用，以及如果开启的每 个二极管的所述积分时间值和/或所述供电电流设定点值在阈值之间，则向 开启的每个二极管提供根据设定点供电电流值调节的供电电流，将每个光 敏单元的所述积分时间调整到所确定的积分时间值，并且借助所述传感器 的每个单元获得光强度测量，从而使能形成光谱。

根据一个实施例，确定开启的每个二极管的新供电电流设定点值和/ 或每个单元的积分时间，并且只要所确定的积分时间值不在所述阈值之间， 则向开启的每个发光二极管提供与所确定的供电电流设定点值对应的供电 电流。

根据一个实施例，还根据由所述光源的光电二极管提供的光强度测量， 和/或所述光源的温度测量，和/或开启的每个二极管的供电电流强度或电 压的测量，调整开启的每个发光二极管的供电电流设定点。

根据一个实施例，所述方法包括自诊断测试步骤，所述自诊断测试步 骤包括以下比较中的至少一个：进行比较以便判定光强度的测量，和/或向 开启的二极管提供的所述供电电流的测量，和/或所述光源的温度测量是否 彼此一致以及是否与开启的发光二极管的每个供电电流设定点值一致；将 向开启的每个发光二极管提供的所述供电电流的所述设定点值与最小和最 大值相比较；以及如果所述比较之一发现缺陷，则将所述光谱仪切换到降 级或默认操作模式。

根据一个实施例，所述方法包括以下步骤：考虑所述待分析产品的温 度和/或所述传感器的温度与基准温度之间的差来纠正所述光强度测量，以 便获得由在所述基准温度下进行的测量产生的纠正后光强度测量，所述纠 正后测量形成纠正后光谱。

根据一个实施例，所述方法包括以下步骤：针对每个发光二极管获得 纠正后光谱；以及通过应用加权因子将所获得的纠正后光谱进行求和，以 便获得结果光谱，以及可能包括以下步骤：计算多个所述结果光谱的平均 值，被平均光谱的数量可能取决于所述光谱仪的正常或降级操作模式。

根据一个实施例，所述方法包括所述光谱仪的校准，所述校准包括： 以下步骤：确定用于将由每个发光二极管产生的光流的光强度测量与每个 所述发光二极管的供电电流设定点值和/或与所述光源的温度相匹配的最 小和最大匹配值；和/或以下步骤：确定所述光源的所述供电电流的最小和 最大设定点值；和/或以下步骤：确定所述传感器的所述光敏单元的积分时 间的最小和最大值；和/或在存在一个或多个基准产品的情况下执行的以下 步骤：确定根据由每个发光二极管产生的光流的光强度测量来提供所述传 感器的光敏单元的最佳积分时间的函数；和/或在存在一个或多个基准产品 的情况下执行的以下步骤，在所述步骤期间：导致所述光源的温度和/或所 述传感器的温度和/或所述基准产品的温度独立地变化，收集所述传感器提 供的光强度测量、所述二极管的所述供电电流的所述设定点值以及温度测 量，并且根据所收集的测量，确定提供与基准温度对应的纠正后光强度测 量的函数。

某些实施例还可以涉及一种光谱仪，其包括：光源，所述光源发出光 束并且包括多个发光二极管，所述发光二极管具有结合分析波长带的相应 发射光谱覆盖；传感器，其包括光敏单元，所述传感器布置在所述光束的 路线上并且所述传感器已与待分析产品相互作用；以及控制设备，其调整 所述光源的发光二极管的供电电流的设定点值以及所述光敏单元的积分时 间，所述控制设备被配置为实施如先前限定的方法。

根据一个实施例，所述光谱仪被配置为每次仅开启所述光源的一个发 光二极管，并且通过测量所述光源的关断的每个所述发光二极管的端子处 的电流来收集光强度测量。

根据一个实施例，所述光源被配置为向所述控制设备提供电压和/或电 流以便供给所述发光二极管。

根据一个实施例，将所述发光二极管集成到同一电子组件中，所述电 子组件可能具有所述光电二极管和/或温度传感器。

根据一个实施例，所述光谱仪包括：提供所述光源的温度测量的温度 传感器；和/或提供所述传感器的温度测量的温度传感器；和/或提供所述 待分析产品的温度测量的温度传感器。

根据一个实施例，所述光谱仪包括：测量单元，待分析产品在所述测 量单元中与所述光束相互作用；光学元件，其用于在所述光源的输出端处 使所述光束成形，并且将所述光束传输到所述测量单元；波长滤波器，其 被配置为在所述测量单元的输出端处在空间上散布不同波长的所述光束， 并且将所述光束传输到所述传感器的不同光敏单元，组装所述光源、所述 光学元件、所述测量单元、所述滤波器以及所述传感器，以便不在所述光 源与所述传感器之间形成任何易于被所述光束穿过的空气区域。

附图说明

下面将针对但不限于附图，描述本发明的实施例的某些实例和本发明 的方法实施方式的某些实例，这些附图是：

图1示意性地示出根据一个实施例的光谱仪，

图2示意性地示出根据一个实施例的用于控制光谱仪的光源的电子控 制电路，

图3A和3B示出LED二极管的发射光谱，其采取根据波长发出的光 强度的变化曲线的形式，

图4示出LED二极管的灵敏度光谱，其采取根据波长生成的电流强 度的变化曲线的形式，

图5示意性地示出根据另一个实施例的用于控制光谱仪的光源的电子 控制电路，

图6示出根据一个实施例的由光谱仪的调节处理器执行的一系列步 骤，

图7示出定义光谱仪的操作区域的图。

具体实施方式

图1示出具体设计以便满足安装在车辆上或热力发动机中的传感器的 特定要求的光谱仪。所述光谱仪包括：

-光源LS，其发出光束LB，

-基于透镜的光学元件CLS，其用于使光源LS产生的光束LB成形，

-测量单元FLC，待分析产品在测量单元中与光束LB相互作用，

-波长滤波器WFL，其使能在单元FLC的输出端处在空间上散布不 同波长的光束LB，以及

-传感器OPS，其提供测量，从而使能在滤波器WFL的输出端处构 成光的光谱。

光源LS覆盖至少一个所谓的“分析”波长带，必须在波长带中进行 光谱测量。光学元件CLS转换光束LB的几何形状，并且将其引入到测量 单元FLC中。光学元件CLS例如可以包括准直透镜，准直透镜将光束LB 变成具有平行光线的光束。单元FLC包括输出窗口OPW，输出窗口OPW 向传感器OPS发送与待分析产品相互作用的光。传感器OPS包括多个光 敏单元(n个单元)，并且接收窗口OPW通过滤波器WFL发送的光。滤 波器WFL在传感器OPS的光敏单元上分配组成由测量单元FLC发送的 光的波长，以便传感器OPS的每个单元仅接收一个小范围的波长，这些波 长属于对应于待生成光谱的波长带。滤波器WFL例如可以具有法布里-珀 罗型或可变线性型，并且产生大约20到50纳米/毫米的波长的空间散布。 传感器OPS可以是CCD或CMOS型，并且包括具有20到200个光敏元 件的阵列。

光源LS包括一个或多个发光二极管(p个LED二极管)，这些二极 管可以被集成到与单个透镜LLD关联的单个电子组件中，透镜LLD将二 极管发出的光线聚集为小立体角光束。可以通过所属技术领域的技术人员 公知的常规手段，以电子方式测量每个LED二极管的供电电流或直接电 压。光源LS可以通过聚光装置(optical block)OB(光源LS发出的光束 LB穿过该聚光装置OB)固定在光学元件CLS上，以便不会在光束穿过 的区域中存留空气。聚光装置OB对于待分析波长而言透明，并且可以充 满或中空并使用惰性流体填充。聚光装置OB的未被来自光源LS的光束 穿过的侧面可以使用不透明涂层覆盖，以便防止经由这些面的任何漏光。

滤波器WFL被固定在窗口OPW上，以便不会直接或者通过与先前 提及的聚光装置OB具有相同特性的聚光装置而存留空气。同样，滤波器 WFL被固定在传感器OPS的输入窗口上，以便不会直接或者通过可以与 先前提及的聚光装置OB具有相同特性的聚光装置而存留空气。

这样，光谱仪能够是一体的，这致使它易于存储和工业处理。因此， 当制造光谱仪时，可以一劳永逸地调整组成光谱仪的不同光学元件的对齐。 在光源LS与传感器OPS之间光束LB所穿过的区域中不存在空气，这还 防止该区域中的水蒸气凝结带来的任何危险，因为在光束LB的路线上存 在水滴实际上能够干扰对测量单元FLC中的产品进行分析。

光谱仪由控制和调节设备RPRC控制，调节设备RPRC调节光源LS 的每个LED二极管的供电电流LCx(x是范围在1和p之间的整数)，以 及传感器OPS的每个光敏单元y的积分时间ITy(y是范围在1和n之间 的整数)，具体取决于不同参数，这些参数包括以下至少一个参数：光源 LS的LED二极管发出的光流的强度LFLx、光源LS的温度TPL、待分 析产品的温度TPP，以及传感器OPS的温度TPS。光敏单元的积分时间 ITy对应于以下时间：其间光敏单元的势阱在光流的作用下保持充电。

根据一个实施例，光源的每个LED二极管发出的光流的强度LFLx 由光源LS的保持关断(接收零供电电流)的LED二极管来测量，在给定 时间，光源LS的仅一个或多个LED二极管开启。为了产生测量光谱，按 具有至少一个LED二极管的组相继地开启光源的LED二极管，而光源 LS的保持关断的LED二极管的至少一部分中的每一个被用作光电二极管 以便测量光源LS发出的光强度。在一组至少一个LED二极管开启之后， 立即使用传感器OPS的光敏单元测量光谱。当所有LED二极管已被开启 至少一次时，在开启LED二极管的周期内，将获得的光谱彼此组合以便 获得寻求的测量光谱。

根据一个实施例，调节设备RPRC以循环模式执行调节，调节光源 LS的LED二极管的供电电流LCx以及传感器OPS的光敏单元的积分时 间ITy两者。当积分时间ITy达到限制值而未在传感器OPS的输出端处 获得任何满意的信号(范围在两个限制值之间)时，调整光源的供电电流 LCx的强度或电压。这种调节旨在稳定传感器的每个光敏单元接收的信 号，并且因此最小化待分析产品本身的外部因素的影响，这些因素例如包 括环境温度的变化或光源LS的LED二极管的老化。这种调节旨在使光谱 仪能够在非常广泛的温度范围内运行，同时保持信噪比随时间而相对恒定 和均匀(具体取决于波长)，并且因此保持基本恒定的测量灵敏度。

可以针对传感器OPS的每个光敏单元个体地调整传感器OPS的积分 时间，或者针对所有光敏单元全局地调整传感器OPS的积分时间(例如通 过选择针对每个单元y确定的积分时间ITy的最小值作为全局积分时间)。

调节设备RPRC接收传感器OPS的每个单元y的光强度测量MSy， 并且可以提供根据不同参数纠正的测量MSCy，这些参数例如包括待分析 产品的温度TPP和/或传感器OPS的温度TPS。

图2示出根据一个实施例的光源LS的电子控制电路LSCC。在图2 中，电路LSCC被连接到光源LS，并且通过转换模块CVM被耦合到调 节设备RPRC，转换模块CVM包括多个模数转换器和多个数模转换器。 光源LS包括多个LED二极管LD1、LD2、LD3、LD4。电路LSCC包括 电流调节电路REG1、REG2、REG3、REG4、可调增益放大器A11、A12、 A13、A14、A21、A22、A23、A24、选择器开关CM1、CM2、CM3、CM4 以及电阻器R1、R2、R3、R4。每个二极管LD1至LD4的阴极被连接到 地。每个二极管LD1至LD4的阳极通过相应选择器开关CM1至CM4连 接到放大器A21至A24中的一个的输入端，并且连接到放大器A11至A14 中的一个的输出端。每个放大器A21至A24的输出端被连接到转换模块 CVM的模数转换器的输入端，模数转换器向设备RPRC发送二极管LD1 至LD4提供的光强度测量LFL1、LFL2、LFL3、LFL4的数字值。每个 放大器A11至A14通过电阻器R1至R4中的一个耦合到供电电压源AV。 每个放大器A11至A14在增益控制输入端处接收调节器REG1至REG4 中的一个发出的电流控制信号AC1至AC4。每个调节器REG1至REG4 对与其连接的二极管LD1至LD4的供电电流I1至I4进行测量。每个调 节器REG1至REG4接收设定点电流LC1至LC4值，设定点电流LC1 至LC4值由调节设备RPRC以数字形式提供并且由模块CVM的数模转 换器转换。每个调节器REG1至REG4根据它接收的设定点电流LC1至 LC4的值，并且根据它在由它控制增益的放大器A1至A4的输出端处测 量的电流I1至I4的强度，调节电流控制信号AC1至AC4中的一个，使 得测量的电流I1至I4与设定点电流LC1至LC4的值对应。

电路LSCC或光源LS可以包括温度传感器TSS，以便测量光源LS 的温度。温度传感器TSS然后被连接到模块CVM的模数转换器，模数转 换器为设备RPRC提供光源LS的温度测量TPL的数字值。

每个调节器REG1至REG4可以将电流强度测量I1至I4传输到模块 CVM的模数转换器，模数转换器转而将对应的数字值传输到设备RPRC。 同样，每个二极管LD1至LD4的阳极还可以被连接到模块CVM的模数 转换器，数模转换器为设备RPRC提供表示二极管的阳极处的电压V1至 V4的数字值。此外，二极管LD1至LD4可以在集成到同一组件中的同一 半导体衬底上形成。设备RPRC可以包括连接器以便借助串行或并行总线 DTB连接到计算器，并且传输测量光谱MR(1..n)和操作状态OMD，而且 可能传输其它信号，例如与光谱仪上进行的测量相关的信号。

在图2的实例中，光源LS包括四个LED二极管。每个LED二极管 可以发送具有光谱的光，该光谱具有非对称高斯曲线的形状。因此，图3A 示出二极管LD1至LD4的发射光谱，其采取根据波长发出的光强度的变 化曲线C1至C4的形式。图3A中的曲线C1至C4针对所有二极管LD1 至LD4在恒定和相同的供电电流下获得。Y轴上指示的光强度值是标准化 后的值。在图3A的实例中，二极管LD1的光谱曲线C1在等于大约850 纳米的波长下在1处具有最大强度。二极管LD2的光谱曲线C2在等于大 约890纳米的波长下在大约0.92处具有最大强度。二极管LD3的光谱曲 线C3在等于大约940纳米的波长下在大约0.41处具有最大强度。二极管 LD4的光谱曲线C4在等于大约970纳米的波长下在大约0.22处具有最大 强度。可以在图3A中注意到，二极管LD1至LD4发出的最大光强度的波 长越高，该强度越低。

图3B示出在调节设备RPRC调整每个二极管LD1至LD4的供电电 流LC1至LC4之后，二极管LD1至LD4的发射光谱，其采取根据波长 发出的光强度的变化曲线C1’至C4’的形式。在图3B中，所有曲线C1’至 C4’在1处具有最大标准化后的强度值。图3B还示出当二极管LD1至LD4 同时被开启并且它们的供电电流LC1至LC4被调整时发出的组合发射光 谱，其采取曲线CR的形式。在图3B的实例中，光源的组合发射光谱的 范围从大约840到980纳米。应该注意，图3A和3B中显示的数值作为实 例给出，并且可以根据二极管的制造条件具体变化。

图4示出二极管LD1至LD4的灵敏度光谱，其采取根据波长产生的 电流强度的变化曲线C11至C14的形式。通过以下操作获得这些光谱：当 二极管LD1至LD4的光发射表面接受1毫瓦/平方毫米(mW/cm²)的光 流并且没有任何供电电流时，测量每个二极管LD1至LD4产生的电流强 度。根据图4，当二极管接受1毫瓦/平方毫米的光流时，二极管LD1至 LD4产生的电流达到十分之几微安(μA)。

根据一个实施例，控制选择器开关CM1至CM4，以便每次仅开启二 极管LD1至LD4中的一个，其它二极管关断(不接收任何供电电流)以 用作光电二极管。关断的每个二极管提供开启的二极管在其各自灵敏度光 谱内产生的光强度的测量LFL1至LFL4(四个可能测量中的三个测量)。 在一个二极管开启的传感器OPS已提供测量光谱之后，开启的二极管被关 断并且另一个二极管被开启，对于其它二极管以此类推。然后将通过每个 开启的二极管获得的光谱适当地组合，以便获得结果光谱MR(1..n)。

应该注意，因为每次仅开启一个二极管LD1至LD4，所以可以通过 仅保留调节器REG1至REG4中的一个以及放大器A11至A14中的一个 来简化电路LSCC。每个选择器开关CM1至CM4则包括连接到剩余放大 器A11至A14的输出端的端子、连接到二极管LD1至LD4的阳极的端子， 以及连接到放大器A21至A24中的一个的输入端的端子。

如果调节器REG1-REG4(或剩余调节器)将其电流输入I1至I4置 于浮动电势，并且放大器A11至A13(或剩余放大器)将其放大电流输出 置于浮动电势，则可以省略选择器开关CM1至CM4。

此外，结果发射光谱(曲线CR)可能未由二极管LD1至LD4的组合 灵敏度光谱完全覆盖。然后可以规定使用光电二极管测量每个开启的二极 管直接发出的光强度。该光电二极管例如可以被集成到光源LS中。

因此，图5示出根据一个实施例的用于控制光源LS1的电子控制电路 LSC1。在图5中，光源LS1不同于光源LS，因为它包括光电二极管PHD。 电路LSC1不同于电路LSCC，因为它包括额外的放大器A20，放大器A20 从光电二极管PHD接收输出信号，并且为转换模块CVM的模数转换器提 供光强度测量LFL0的电信号。调节设备RPRC使用测量LFL0的数字值 与测量LFL1至LFL4的数字值，以便调节光源LS1提供的光强度。图4 中示出光电二极管灵敏度光谱的一个实例。因此，图4还具有可以用于图 5的电路中的光电二极管的灵敏度曲线CP。实际上，曲线CP在大约840 和980纳米之间的分析波长带中基本恒定(在0.5和0.6之间变化)。

图6示出可以由调节设备RPRC执行的一系列步骤。在图6中，步骤 系列包括步骤S1至S18。在步骤S1，设备RPRC将光源LS的二极管LDx 的供电电流(强度或电压)调整到设定点值LCx(在图2的实例中，x依 次等于1、2、3和4)。值LCx是预定义初始值或先前应用于二极管LDx 的值。在接下来的步骤S2和S3，设备RPRC接收来自关断的二极管 LD1-LD4的光强度测量LFLz(z不同于x)，并且可能接收来自光电二极 管的光强度测量LFL0和来自传感器TSS的温度测量TPL。在接下来的步 骤S4和S5，设备RPRC通过比较判定接收的光强度LFLz和温度TPL测 量是否彼此一致，并且是否与向二极管LDx提供的电流LCx一致。可以 根据二极管LDx的供电电流和温度，从二极管LDx发出的光强度的变化 图执行这些步骤。在步骤S4和S5执行的比较使能在步骤S6执行光谱仪 的自诊断。因此，如果在步骤S4和S5执行的比较发现故障，并且如果光 谱仪处于正常操作模式OMD，则光谱仪切换到降级DG操作模式OMD。 如果在步骤S4和S5执行的比较发现故障，并且如果光谱仪处于降级DG 操作状态，则光谱仪以默认模式DF转到步骤S18，在默认模式DF下光谱 仪可以不再运行。如果在步骤S4和S5执行的比较没有发现任何故障，则 设备RPRC执行接下来的步骤S7和S8。在步骤S7，设备RPRC使用应 用于在步骤S2测量的光强度LFLz的函数f1，确定传感器OPS的每个光 敏单元y的最佳积分时间ITy。可以根据作为光电二极管操作的每个二极 管提供的发射光LFLz的强度测量，通过给出传感器OPS的每个单元y的 最佳积分时间的图来确定函数f1。在步骤S8，设备RPRC针对每个单元y， 比较在针对单元y确定的最小ITmy和最大ITMy值下获得的积分时间 ITy。如果积分时间ITy在每个单元y的最小和最大值ITmy、ITMy之间， 则设备RPRC执行步骤S15至S17，然后返回到步骤S1以便执行新调节 阶段，否则它执行步骤S9。

在步骤S9，设备RPRC针对尚未为其检查步骤S8中的测试的每个单 元y，将最佳积分时间ITy与最小积分时间ITmy相比较。如果积分时间 ITy低于传感器OPS的全部或部分单元y的积分时间ITmy，则模块RPRC 执行步骤S10，然后执行步骤S12，否则(在积分时间ITy高于全部或部 分单元y的最大积分时间ITMy的情况下)它执行步骤S11和S12。在步 骤S10，设备RPRC使LED二极管LDx的供电电流LCx减小一个阶跃 STP。在步骤S11，设备RPRC使二极管LDx的供电电流LCx增加所述 阶跃STP。在步骤S12，设备RPRC判定在步骤S10或S11获得的新供电 电流LCx是否在针对二极管LDx确定的最小LCmx和最大LCMx值之间。 如果是这种情况，则设备RPRC返回到步骤S1以便执行新调节阶段。如 果情况相反，则设备RPRC执行步骤S13，其中它测试光谱仪的操作模式 OMD。如果模式OMD是正常NL，则设备RPRC执行步骤S14，其中操 作模式OMD切换到降级模式DG。如果在步骤S13，模式OMD是降级 DG，则设备RPRC执行步骤S18，其中模式OMD切换到默认DF。

因此，在步骤S10和S11，如果针对至少一个光敏单元y确定的最佳 积分时间ITy在最小和最大阈值ITmy和ITMy之外，则向LED二极管 LDx的供电电流LCx添加具有给定振幅的正或负阶跃STP(如果最佳积 分时间ITy高于最大阈值ITMy，则为正阶跃，并且如果该积分时间低于 最小阈值ITmy，则为负阶跃)。然后根据新电流LCx，再次在步骤S1至 S7确定新的最佳积分时间ITy。重复执行步骤S1至S12，直到最佳积分时 间ITy不再在阈值ITmy和ITMy之外，并且直到电流LCx不再在阈值 LCmx和LCMx之间。

在步骤S15，设备RPRC将传感器OPS的每个单元y的积分时间设置 为其在步骤S7确定的最佳积分时间ITy。在步骤S16，设备RPRC继续获 得在二极管LDx开启的情况下由每个单元y提供的测量MSxy，以及可能 获得测量单元FLC中的待分析产品的温度TP的测量(TPP)和/或传感器 OPS的温度测量(TPS)和/或光源LS的温度测量(TPL)。在步骤S17， 设备RPRC使用函数f2向每个测量MSxy应用纠正，并且针对每个单元y 提供纠正后的测量MSCxy。函数f2被应用于在步骤S16测量的温度TP (或应用于测量的温度)。

因此，步骤系列S1至S18使能针对每个二极管LDx获得纠正后的光 谱MSCx(1..n)。因此，针对光源LS的每个二极管LDx执行步骤系列S1 至S15，以便针对每个二极管LDx获得至少一个光谱MSCx(1..n)。在标准 化针对每个二极管获得的光谱之后，通过使用针对每个二极管LDx和传感 器OPS的每个单元y指定的加权因子Pxy，将针对每个开启的二极管LDx 获得的光谱相加在一起，来计算结果光谱MR(1..n)：

$MRy=\underset{x}{\Sigma }Pxy·MSCxy---\left(1\right)$

可以调整加权因子Pxy以便为结果光谱中的有用信号提供更多的重要 性。换言之，将测量最高原始信号并因此提供最可靠的信息(高信噪比) 的单元y的信号与较高加权因子Pxy相关联。加权系数Pxy在校准阶段期 间确定并且依赖于光源LS的温度TPL。

可以进一步针对使用所获取的多个其它连续光谱获得的结果光谱 MR(1..n)执行平均计算，以便获得可由用于调节热力发动机的操作参数的 设备使用的光谱。当从正常NL操作模式OMD切换到降级模式DG时， 可以增大用于此平均计算的光谱MR(1..n)的数量。获得的要被平均的光谱 数量在正常模式下可以大约为5到20，并且在降级模式下大约为100。

应该注意，可以在步骤S15，将传感器OPS的所有光敏单元y的积分 时间ITy全局地设置为在步骤S7针对每个单元y确定的最低积分时间。

在步骤S4、S5、S6、S12、S13、S14和S18，设备RPRC通过区分光 谱仪的三种操作模式OMD来执行光谱仪的自诊断：正常操作模式NL， 其中光谱仪产生有用的测量；降级操作模式DG，其中光谱仪仍然产生有 用的测量，但处于异常状况下；以及默认模式DF，其中光谱仪被视为有 缺陷，并且不能再提供任何有用的测量。在降级模式DG下，提供测量的 时间明显增加或者提供的测量的信任级别降低(可由用户选择)。例如当 关断的二极管LD1-LD4提供的光强度测量LFLz不与向开启的二极管提供 的电流LCx对应，或者不与光源LS的温度TPS对应时，光谱仪被视为处 于默认模式(OMD＝DF)。设备RPRC可以发送指示光谱仪的操作模式 OMD的自诊断信号。该信号例如可以被传输到其中安装光谱仪的车辆中 的计算机。

图7示出根据光强度LFLz的测量或光源LS的温度TPL的测量(X 轴)，向光源LS的LED二极管LDx提供的设定点电流LCx(Y轴)的 图。该图具有四条直线D1、D2、D3、D4，它们都通过图的原点O。直线 D1和D2在它们之间界定对应于正常操作模式NL的操作区域1，其中向 光源LS的LED二极管LDx提供的电流LCx、光源的温度TPL和/或测量 的光强度LFLz具有正常值(既不过低也不过高)。Y轴和直线D3在它 们之间界定区域3a。X轴和直线D2、D3在它们之间界定区域3b。区域 3a和3b对应于默认模式DF，其中向光源的二极管LDx提供的电流LCx 高，并且光源提供的光强度异常地低，或者其中向二极管LDx提供的电流 低，并且光源的温度TPL异常地高。在区域1和区域3a及3b之间，存在 对应于降级操作模式DG的区域2a和2b。

每个二极管LDx的供电电流的最小LCmx和最大LCMx值源自在校 准阶段期间执行以便确定光源LS的每个发光二极管的理想操作范围的测 试。确定最大值LCMx以便不会加快二极管的老化。可以选择最小值LCmx 以便确保二极管发出的光流的重复性和稳定性。

还在校准阶段期间通过以下测试确定传感器OPS的每个单元y的最小 ITmy和最大ITMy值：这些测试使能确定传感器OPS的光敏单元y的理 想操作范围(单独或作为整体来考虑)。确定最大值ITMy以便避免光敏 单元y的饱和。确定最小值ITmy以便获得稳定和可重复的信号，同时考 虑如先前定义的最小目标信噪比值。

同样，可以在校准阶段期间确定在步骤S7和S17使用的函数f1和f2。 因此，可以使用针对其执行一系列测试的一个或多个流体或固体基准产品， 确定根据关断的二极管LD1-LD4测量的光强度LFLz来给出传感器OPS 的每个单元y的最佳积分时间ITy的函数f1。对于每个基准产品和每个 LED二极管LDx，导致二极管LDx的供电电流设定点值LCx变化，并且 存储关断的二极管LD1-LD4和可能的光电二极管PHD测量的光强度 LFLz。对于每个光强度测量LFLz值和每个单元y，寻求最佳积分时间ITy， 从而使能获得由单元y测量的稳定和恒定的光流，即，基本上与光源LS 发出的光流的强度无关。因此，获得多组测量(光强度LFLz–最佳积分 时间ITy)。对于每组测量，还收集光源的温度TPL(如果提供)，以及 产品的温度TPP和对应电流LCx的设定点。关断的每个二极管LD1-LD4 和/或可能的光电二极管PHD测量的光强度LFLz如此变化，使得对于进 行的一部分测量，最佳积分时间ITy在预定义阈值ITmy、ITMy之外。从 多组测量，建立查找表或图或预测模型，从而使能根据测量的光强度 LFLz，确定每个单元y的最佳积分时间ITy。从如此收集的数据，在光强 度测量LFLz与光源LS的温度TPL之间(如果提供温度TPL)，并且在 光强度测量LFLz与开启的LED二极管LDx的供电电流LCx的值之间， 确定最小和最大匹配值。这些最小和最大匹配值在步骤S4和S5用于执行 光谱仪的自诊断。

可以通过一系列测试确定函数f2，函数f2使能纠正每个单元y根据温 度TP提供的光强度MSxy的测量，在这些测试期间，导致光源LS的温度 TPL、传感器OPS的温度TPS以及待分析产品的温度TPP以独立方式变 化。对于至少一个流体或固体基准产品，这些温度的范围从-40到+105℃， 或者理想地从-50到+150℃。对于每个测试，收集强度MSxy、设定点电流 LCx和温度的测量值。从这些测量，建立查找表或图或预测模型，从而对 于传感器OPS的每个光敏单元y，使能确定该单元在给定的固定基准温度 (例如20℃)下测量的光强度，以便获得与环境温度条件和光谱仪组件的 温度条件无关的纠正后光谱。所获得的图使能根据每个光敏单元y在环境 温度下进行的光强度测量，根据光源LS、测量单元FLC中的产品和传感 器OPS的温度TPL、TPP、TPS，以及根据积分时间ITy和LED二极管 LDx的供电电流LCx，在基准温度下确定纠正后的光强度测量MSxy。先 前列出的某些参数可能不被考虑，并且尤其是传感器OPS的温度TPS， 特别是在传感器OPS具备有效温度补偿的情况下。

由于执行光谱换位以便将测量的光谱MSx(1..n)减少到在基准温度下 获得的光谱MSCx(1..n)，因此刚才描述的光谱仪可以在非常广泛的温度范 围内运行，从而在待分析产品与光源LS之间包括非常显著的温差。应该 注意，在不使用任何复杂基准通道的情况下获得此布置，所述复杂基准通 道需要直接接收光源发出的光的第二传感器(如在法国专利申请2940447 中建议的那样)，而是仅直接针对二极管LD1-LD4发出的光流执行光强 度LFL0-LFL4的测量，因此成本较低并且不会增加光谱仪的大小。

可以基于光源的温度TPL和/或待分析产品的温度TPP，或者甚至基 于在图2的电路中测量的电压Vx或电流Ix(在图2的实例中，x的范围 在1和4之间)，完成通过步骤系列S1至S18执行的调节，而不是基于 关断的二极管LD1-LD4和/或光电二极管PHD测量的光强度LFL0-LFL4。 此外，关断的二极管提供的光强度测量LFL1-LFL4、温度TPL和/或电压 Vx和/或电流Ix可以用于检查光电二极管PHD和温度传感器TSS的正常 操作。

所属技术领域的技术人员将理解，本发明容许不同的备选实施例和不 同的应用。具体地说，所述控制方法并不限于使用发光二极管作为光源。 实际上，上述调节方法可以应用于任何光源，可以通过光源的供电电流调 整该光源的发射光强度。

此外，所述控制方法可以应用于参考图1描述的光谱仪之外的其它光 谱仪。只是重要的是，能够调整光谱仪的传感器的积分时间，并且光谱仪 能够提供表示光源操作的测量。

也不需要以下步骤：纠正获得的光谱测量以便考虑光谱仪的不同组件 的温度。实际上，可以考虑将光谱仪放置在温度保持恒定的外壳中，或者 仅当光谱仪的温度达到设定点温度时进行光谱测量。

所述光源可以包括多组的多个发光二极管，这些二极管具有相同或基 本相同的发射光谱(即，由于制造而出现差异)。结果是可以同时开启多 个二极管，即每组的所有二极管。