專利名稱：用于延長(zhǎng)光學(xué)傳感器使用壽命的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用放射源、光探測(cè)器和指示分子檢測(cè)一種特殊物質(zhì)的存在或濃度的傳感器，該放射源、光探測(cè)和指示分子具有受該物質(zhì)影響的光學(xué)特性。本文中，這種傳感器被稱為“光學(xué)傳感器”。一方面，本發(fā)明涉及用于延長(zhǎng)光學(xué)傳感器使用壽命的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
本文中作為參考并入的美國(guó)專利No. 5，517，313的公開中描述了一種包括放射源(如發(fā)光二極管一 “LED”)、熒光指示分子以及光電轉(zhuǎn)換器(如光電二極管、光電晶體管、光電 倍增器或其它光電探測(cè)器)。傳感裝置也可以包括高通或帶通濾波器。更廣泛地說，在本發(fā)明所涵蓋的范圍內(nèi)，指示分子是具有一種或多種受存在的特殊物質(zhì)影響的光學(xué)特性的分子。本文作為參考并入的美國(guó)專利No. 6，330，464也描述了一種基于光學(xué)的傳感器裝置。在根據(jù)美國(guó)專利No. 5，517，313的裝置中，放射源(又名“光”源)放置于使得由放射源發(fā)出的放射(如可見光或其它波長(zhǎng)的電磁波)照射熒光指示分子，從而引起指示分子發(fā)出熒光。高通濾波器被配置為在將來自光源的散射放射過濾后，使得由指示分子發(fā)出的放射可以到達(dá)光電轉(zhuǎn)換器。裝置中所用的指示分子的熒光受特殊物質(zhì)的局部存在調(diào)制(如衰減或增強(qiáng))。例如，(4，7-聯(lián)苯-1，10菲咯啉)高氯酸釕(II)絡(luò)合物的橘紅色熒光會(huì)由于氧的局部存在而變?nèi)?。熒光特性受各種其它物質(zhì)影響的指示分子也是眾所周知的。不僅如此，吸收光的指示分子也是眾所周知的，其吸光能力受特殊物質(zhì)的存在或濃度影響。例如，本文并入作為參考的美國(guó)專利No. 5，512，246公開的組合物，其頻譜響應(yīng)由于如糖等多羥基化合物而變?nèi)?。?yōu)選地，該裝置的光電轉(zhuǎn)換元件用于輸出信號(hào)，該信號(hào)與作用在其上的光量具有已知的函數(shù)關(guān)系。因此，因?yàn)楦咄V波器只允許來自指示分子的光到達(dá)光敏元件，所以光電傳感器輸出的信號(hào)與來自指示分子的光量成函數(shù)關(guān)系。并且，因?yàn)閬碜灾甘痉肿拥墓饬渴蔷植课镔|(zhì)的濃度的函數(shù)，所以由光電變換器輸出的信號(hào)可被校準(zhǔn)用于指示局部物質(zhì)的濃度。以該方式，可以檢測(cè)特殊物質(zhì)的存在或濃度。將上述的光學(xué)傳感器商業(yè)化的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)是要提供適用期限或使用壽命。通常用于這些傳感器中的標(biāo)準(zhǔn)電子元件具有通常超過10年或更長(zhǎng)的使用壽命，這對(duì)多數(shù)商品是足夠的。然而，這些混合傳感器的化學(xué)元件(如指示分子)也必須支持延長(zhǎng)壽命的產(chǎn)品穩(wěn)定性，以滿足商用的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)的需求。不幸地，光致氧化(又名光催化氧化或光退色)是許多指示分子通常發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)。在該反應(yīng)中，當(dāng)指示分子被一定入射波長(zhǎng)的電磁能量激發(fā)時(shí)，電子被激發(fā)到激發(fā)能態(tài)。當(dāng)在激發(fā)態(tài)時(shí)，該分子能(且一定)與周圍的氧氣反應(yīng)，從而導(dǎo)致不可避免地向分子的分子結(jié)構(gòu)中增加氧。氧化的產(chǎn)物通常不再是熒光物，因此不再有用。當(dāng)分子處于這種“不起作用”狀態(tài)時(shí)，該分子被稱為光退色的。這種光退色分子的半衰期是在小時(shí)的量級(jí)。在幾小時(shí)中變成光退色的指示分子的實(shí)例是蒽(光致氧化產(chǎn)物蒽醌是非熒光物)。利用熒光指示分子作為識(shí)別物質(zhì)的存在且將其轉(zhuǎn)化為可測(cè)量信號(hào)的元件的傳感器，由于光退色(或光致氧化)引起的信號(hào)退化以及最終消失，它的使用壽命有限。光學(xué)傳感器的微電子元件可具有超過10年的使用壽命，然而重要的指示化學(xué)元件的半衰期只能持續(xù)幾個(gè)小時(shí)或幾天。元件使用壽命的不一致最終使產(chǎn)品只具有更短的指示化學(xué)物的使用壽命O因此，需要補(bǔ)償這些產(chǎn)品壽命間的極度不匹配，以使這類產(chǎn)品可商業(yè)化
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述和其它缺點(diǎn)的系統(tǒng)和方法。一方面，本發(fā)明提供了一種方法，用以增加光學(xué)傳感器的使用壽命，該傳感器在工作時(shí)用于為對(duì)一個(gè)連續(xù)時(shí)段，在每X時(shí)間間隔內(nèi)(如秒、分、時(shí))內(nèi)至少一次，獲得某個(gè)區(qū)域內(nèi)物質(zhì)的存在或濃度的數(shù)據(jù)。該方法包括步驟(a)配置光學(xué)傳感器，使得當(dāng)光學(xué)傳感器工作的時(shí)間段內(nèi)，放射源的占空比大于0%但小于100% ； (b)將光學(xué)傳感器放置在區(qū)域中的一個(gè)位置；(C)在執(zhí)行步驟(b)后，使光學(xué)傳感器工作Z時(shí)間段，其中Z大于O ;(d)操作放射源，使得在光學(xué)傳感器工作的Z時(shí)間段內(nèi)，放射源的占空比大于0%但小于100% ;以及(e)在Z時(shí)間段后，使光學(xué)傳感器停止工作。通過根據(jù)本發(fā)明的方法操作傳感器，在傳感器工作期間，光學(xué)傳感器的指示分子不是在整個(gè)連續(xù)的時(shí)間段都被照亮的。因此，該方法增加了指示分子的使用壽命，因而增加了光學(xué)傳感器產(chǎn)品的使用壽命。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供用以增加光學(xué)傳感器的使用壽命的方法，該光學(xué)傳感器提供區(qū)域中物質(zhì)的存在或濃度的數(shù)據(jù)，其中光學(xué)傳感器包括(i)具有受物質(zhì)的存在影響的光學(xué)特性的指示分子、(ii)放射源以及(iii)光電探測(cè)器，該方法包括步驟(a)將光學(xué)傳感器放置在區(qū)域中的位置；(b)使傳感器工作，從而使傳感器處于工作狀態(tài)；(c)在進(jìn)行步驟(b)后，配置放射源，使得放射源輸出具有某個(gè)頻率范圍內(nèi)的頻率且具有某個(gè)振幅范圍內(nèi)的振幅的電磁波；(d)在進(jìn)行步驟(c)后，在某個(gè)時(shí)刻取得來自光電探測(cè)器輸出的第一次測(cè)量數(shù)據(jù)；(e)在進(jìn)行步驟(C)后過了 Y時(shí)間段后，而且傳感器仍然在工作狀態(tài)時(shí)，配置放射源，使得放射源不再輸出電磁波，或者配置放射源，使得放射源輸出的電磁波的頻率小于一定頻率范圍的最低頻率且/或其幅度小于一定的振幅范圍的最小振幅；(f)在進(jìn)行步驟(C)后過了 X時(shí)間段后，而且傳感器仍然在工作狀態(tài)時(shí)，配置放射源，使得放射源輸出頻率在一定頻率范圍內(nèi)的頻率且幅度在一定振幅范圍內(nèi)的振幅的電磁波，其中X大于O且大于Y ;(g)在進(jìn)行步驟(f)后，在某個(gè)時(shí)刻取得來自光電探測(cè)器輸出的第二次測(cè)量數(shù)據(jù)；以及(h)在進(jìn)行步驟(f)后過了 N時(shí)間段后，而且傳感器仍然在工作狀態(tài)時(shí)，配置放射源，使得放射源不再輸出電磁波，或配置放射源，使得放射源輸出的電磁波頻率小于某頻率范圍的最低頻率且/或其幅度小于一定振幅范圍的最小振幅，其中N小于X。有益地，在上述的方法中，Y和N可以小于或等于X/2。通過根據(jù)本發(fā)明的方法操作傳感器，在傳感器工作時(shí)，在每?jī)纱喂怆姍z測(cè)器測(cè)量中間，“關(guān)斷”或熄滅放射源一段時(shí)間，這樣，光學(xué)傳感器的指示分子就沒有被連續(xù)照射，從而增加了指示分子的壽命。在另一實(shí)施例中，提供用以增加光學(xué)傳感器的使用壽命的方法，該傳感器在工作時(shí)，在連續(xù)時(shí)間段Z內(nèi)每X時(shí)間段獲取標(biāo)志物質(zhì)的存在或濃度的相關(guān)數(shù)據(jù)至少一次。其中，光學(xué)傳感器包括具有受物質(zhì)的存在影響的光學(xué)特性的指示分子和激活指示分子的光源，該方法包括步驟將光學(xué)傳感器放置在區(qū)域中的位置；在時(shí)間段Z期間，激活指示分子的總時(shí)間不多于Y，其中Y小于Z。另一方面，本發(fā)明提供了具有占空比控制器的光學(xué)傳感器，控制器用來控制傳感器放射源的占空比。在傳感器工作期間，將傳感器放射源的占空比由100%減少到低于100%的某百分比，指示分子的累計(jì)照亮?xí)r間會(huì)被減少，因此降低了光致氧化率，從而增加了指示分子的壽命。另一方面，本發(fā)明提供了具有冷卻系統(tǒng)的光學(xué)傳感器，冷卻系統(tǒng)用來降低的溫度。降低指示分子的溫度減少了光致氧化率，從而增加了指示分子的使用壽命。 另一方面，本發(fā)明提供了確定光學(xué)傳感器光源最大占空比的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括下列步驟(a)將指示分子在與光學(xué)傳感器相同或基本相同的光源發(fā)出的光中連續(xù)曝光；(b)周期性確定指示分子的輸出強(qiáng)度；(C)確定指示分子的輸出強(qiáng)度變差預(yù)定量的時(shí)間長(zhǎng)度；(d)確定傳感器的總累計(jì)工作時(shí)間；(e)將(C)步驟確定的時(shí)間除以(d)步驟中確定的時(shí)間來確定最大占空比。另一方面，本發(fā)明提供了確定光學(xué)傳感器使用壽命的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括下列步驟(a)將指示分子在光學(xué)傳感器同樣光源或基本相同的光源發(fā)出的光中連續(xù)曝光；(b)周期性確定指示分子的輸出強(qiáng)度；(C)確定指示分子的輸出強(qiáng)度變差預(yù)定量的時(shí)間長(zhǎng)度；(d)確定光學(xué)傳感器中使用的光源每天平均期望工作的時(shí)間；e)將(C)步驟確定的時(shí)間除以(d )步驟中確定的時(shí)間來確定產(chǎn)品的使用壽命。本發(fā)明的上述和其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和優(yōu)選的實(shí)施例操作都在下面結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。


所有的附圖都并入說明書并形成其一部分，其對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例進(jìn)行說明，而且用于解釋本發(fā)明的原理以使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使用本發(fā)明。在附圖中，附圖標(biāo)記用于標(biāo)志同一或功能相近的組件。而且，附圖標(biāo)號(hào)最左一位數(shù)字表示該附圖最先出現(xiàn)的圖。圖I是示例性光學(xué)傳感器的某些構(gòu)件示意圖。圖2是示意典型操作條件下傳統(tǒng)指示分子的典型信號(hào)衰退示意簡(jiǎn)圖。圖3是背景噪聲分布的示例簡(jiǎn)圖。圖4 (A)圖2和圖3的重疊圖。圖4 (B)是SNR隨時(shí)間變化的曲線圖。圖5是溫度升高對(duì)傳感器信號(hào)衰退的影響示意圖。圖6是固定操作時(shí)間內(nèi)傳感器SNR隨溫度變化的曲線圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例實(shí)施例的光學(xué)傳感器某些構(gòu)件的圖示。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例實(shí)施例的光學(xué)傳感器某些構(gòu)件的示意圖。圖9是示例驅(qū)動(dòng)電流和源強(qiáng)度之間的關(guān)系簡(jiǎn)圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例實(shí)施例的光學(xué)傳感器某些構(gòu)件的示意圖。圖11是光學(xué)傳感器壽命隨源驅(qū)動(dòng)電流變化曲線，其中，隔離距離(d)和系統(tǒng)溫度(T)都保持恒定。圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例實(shí)施例的光學(xué)傳感器某些構(gòu)件的示意圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例的過程的流程圖。圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例實(shí)施例的過程的流程圖。圖15是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例操作光學(xué)傳感器光源占空比的簡(jiǎn)圖。圖16是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例實(shí)施例的過程的流程圖。圖17是可用于控制傳感器光源的示例電路的電路圖。圖18是說明確定占空比過程的流程圖。圖19是說明確定廣品使用壽命過程的流程圖。具體實(shí)施過程圖I示出了用于檢測(cè)物質(zhì)101的存在或濃度的代表性傳統(tǒng)光學(xué)傳感器100的示意圖。傳感器包括指示分子102，光源104和光電轉(zhuǎn)換器106 (或“光電探測(cè)器”106)。從圖I可以看出，在將物質(zhì)的存在和濃度轉(zhuǎn)換為可測(cè)量信號(hào)(如來自光電探測(cè)器106的可測(cè)量電流輸出108)過程中，指示分子102是關(guān)鍵元件。如上所討論，光致氧化使指示分子成為傳感器100上最“薄弱”的部件。就是說，光致氧化使指示分子比傳感器100上的其他部件衰退更快。周圍的構(gòu)件，如光源104和光電探測(cè)器106，典型地具有10年以上的使用壽命。然而，指示分子在典型的操作條件下，在幾小時(shí)或幾天里，就可能衰退變差。這一點(diǎn)在圖2中進(jìn)行了說明，圖2是傳統(tǒng)指示分子在典型的運(yùn)行條件下(如恒定溫度，恒定照明和恒定的環(huán)境氧氣濃度)的典型信號(hào)衰退曲線圖。如圖2所示，指示分子發(fā)射強(qiáng)度在短期內(nèi)就會(huì)顯著降低。因?yàn)橹甘痉肿邮亲畋∪醯沫h(huán)節(jié)，傳統(tǒng)傳感器的壽命也只有幾小時(shí)或幾天。而本發(fā)明提供延長(zhǎng)使用壽命的光學(xué)傳感器和方法。在典型的光學(xué)傳感器中(例如，傳感器100)，電光部件都是傳統(tǒng)的宏/微電子分立器件。這些部件和其他傳感器的非化學(xué)部件，以及后端放大電路，在電路設(shè)計(jì)中都具有基本的本征電噪聲電平。在這種系統(tǒng)中還存在一些背景光學(xué)噪聲。這種噪聲是隨機(jī)的，但通常保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。圖3是背景噪聲特性的示例圖。在這種恒定的噪聲背景下，必須能夠以足夠高的清晰度來區(qū)分和物質(zhì)濃度直接成正比的信號(hào)。信號(hào)幅度的平均值與噪聲幅度的平均值之比就是信噪比(SNR)。SNR數(shù)值足夠的特定應(yīng)用，該數(shù)值還依賴于整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其他因素?？偟恼f來，高SNR優(yōu)于低SNR。重要的是，設(shè)計(jì)中得到的SNR級(jí)別確立了可以使用設(shè)備來測(cè)量的精度和分辨率。圖4 (A)是圖2和圖3的重疊圖。圖4 (A)出示在相對(duì)恒定的噪聲背景下，隨著光化學(xué)效應(yīng)衰退下降的信號(hào)。該兩個(gè)曲線的比在圖4 (B)示為SNR隨時(shí)間的變化。從圖4 (B)可以看出，SNR的變化和光致氧化成直接比例關(guān)系，光致氧化使信號(hào)變差。在沿下降的SNR曲線的時(shí)間點(diǎn)T的SNR的特定值，傳感器變得不可用，因?yàn)槠洳辉倌軡M足分辨率和準(zhǔn)確性的指標(biāo)要求。該時(shí)間點(diǎn)(T)就是傳感器的使用壽命，它取決于系統(tǒng)中最不穩(wěn)定的指示分子部件。我們已經(jīng)考察了幾個(gè)影響傳感器SNR衰減的因素。每個(gè)因素的優(yōu)選范圍或設(shè)置可以定義傳感器操作的優(yōu)選分布。然后，該分布確定可以延長(zhǎng)設(shè)備壽命的操作參數(shù)。下面對(duì)這些因素進(jìn)行討論。因素I :溫度。溫度是決定指示分子使用壽命的基本的和直接的影響因素，因此也是光學(xué)傳感器壽命的基本的和直接的影響因素。因?yàn)楣庵卵趸且环N化學(xué)反應(yīng)，和其他化學(xué)反應(yīng)一樣，描述溫度影響的最基本的模型是阿倫紐斯方程式。我們發(fā)現(xiàn)了溫度升高增加了反應(yīng)的速度，從而導(dǎo)致指示分子的衰退得更快。圖5表明了溫度升高對(duì)傳感器信號(hào)衰退的影響。從圖5可以看出，當(dāng)溫度升高時(shí)，熒光元素和氧氣之間的光化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng)了，因此，基于熒光強(qiáng)度的信號(hào)幅度成比例降低。圖6是固定操作時(shí)間內(nèi)，傳感器SNR隨溫度變化 的曲線圖。因此，一方面，本發(fā)明提供了具有冷卻系統(tǒng)702的傳感器700 (見圖7)，用以將傳感器的溫度，或指示分子102的溫度保持在一個(gè)固定值，給定傳感器設(shè)計(jì)的其他約束，該固定值長(zhǎng)的使用壽命提供化條件。例如，特定要求指定傳感器700必須在50到70 T溫度下工作，這時(shí)冷卻系統(tǒng)702被配置為保持50 0F的溫度，在50到70 °F范圍內(nèi)，50 °F對(duì)于壽命是優(yōu)選的溫度。對(duì)于沒有針對(duì)設(shè)備低溫限制的應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)溫度能降到一 20 T。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)702可以包括或由用于半導(dǎo)體構(gòu)件冷卻的柏耳帖型芯片設(shè)備組成。在其他的實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)702可以包括或由液態(tài)氮或其他冷卻劑。因素2 :光源和指示分子之間的間隔距離。在光學(xué)傳感器中，如在圖8所描繪的光學(xué)傳感器800中，光通量密度是指在表面一點(diǎn)的單位面積上的光通量。例如，如果光單位是愛因斯坦(定義為I摩爾的光子，或I阿伏加得羅數(shù)量的光子)，那么，I愛因斯坦每單位面積表示光通量。在這里，指示分子102點(diǎn)上單位面積內(nèi)光子數(shù)的密度是有效通量密度。倒推回去，通量密度和成為光出射度(見下文)的項(xiàng)相關(guān)，該項(xiàng)實(shí)際上就是光源強(qiáng)度。根據(jù)反平方律，光子的強(qiáng)度(或通量)隨指示分子102安裝于其上的表面到光源104的間隔距離(d)而平方減少。作為整體“矩陣”或因子組中的一個(gè)因子，我們確定，有效的、實(shí)用而優(yōu)選的間隔距離(d)范圍為O到2. 5厘米(cm)。該范圍的低端O表示指示分子直接安裝在光源104的表面上或其內(nèi)部。范圍的遠(yuǎn)端(2. 5cm)表示適于極易受光子影響的熒光元素的設(shè)計(jì)，這是為了將光通量保持在較低的級(jí)別。然而，根據(jù)本發(fā)明的傳感器并不受限于此指定范圍。因素3 :光出射度，源強(qiáng)度，電源或驅(qū)動(dòng)電流。光源的光出射度是指在發(fā)射源(白熾燈，固態(tài)的，有機(jī)的，無機(jī)的，LED或任何其他光源燈)表面的通量密度。如上所述，通量密度可以針對(duì)離光源任何距離(d)處的任何實(shí)際的或虛擬表面的進(jìn)行定義。光出射度是在發(fā)射源表面定義的通量密度，即d=0。這使光源的強(qiáng)度和在(d)處定義的通量密度相關(guān)。由于電子或光電光源的強(qiáng)度和該源的驅(qū)動(dòng)電流直接相關(guān)，因此通過控制光源的驅(qū)動(dòng)電流來控制光源強(qiáng)度是可能的而且是可行的(特別需要強(qiáng)調(diào)的是，其他不是電子的源也是可用的)。圖9說明了驅(qū)動(dòng)電流和光源強(qiáng)度之間的簡(jiǎn)單關(guān)系O圖9說明的關(guān)系也稱為減額定曲線，其對(duì)光源和光源制造是唯一的。然而，制造商針對(duì)選擇特殊的光源獲得該數(shù)據(jù)。需要著重注意的是，驅(qū)動(dòng)電流也可以控制光源的功率。光功率常用的表示單位是瓦特(也可以用其他單位)。根據(jù)電流和減額定曲線，例中的固態(tài)電子源的功率通常位于毫瓦倒微瓦的范圍內(nèi)。和標(biāo)準(zhǔn)的家用調(diào)光器一樣，在光源的性能限制內(nèi)，可以通過限制驅(qū)動(dòng)電流來控制光源的功率。如上所述，通過簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換，功率可以和光致氧化率直接相關(guān)(雖然這樣單位會(huì)變得混亂)。在給定的距離(d)的情況下，考慮到驅(qū)動(dòng)電流和光致氧化率的上述關(guān)系，驅(qū)動(dòng)電流的優(yōu)選值是提供溫度光源輸出的最低驅(qū)動(dòng)電流。對(duì)于典型的固態(tài)光源如二極發(fā)光管(LED)，目前，該值可低至O. 5毫安。隨著這些設(shè)備效率得提高，該門限驅(qū)動(dòng)電流可以變得更小。
在進(jìn)一步討論影響光學(xué)傳感器的壽命的因素之前，進(jìn)一步說明在傳感器系統(tǒng)1000(見圖10)中迄今為止討論的因素(例如，溫度(T)、間隔距離(d)、驅(qū)動(dòng)電流)是有益的。圖10的圖解將迄今為止討論的概念聯(lián)系在一起。圖10是傳感器系統(tǒng)1000的圖解說明，其具有被表面802封閉或部分封閉的光源104，在該表面上或表面內(nèi)放置有指示分子102。傳感器系統(tǒng)1000還包括用于給傳感器104供電的電源1012(如電池或其他電源)，和用于調(diào)節(jié)提供給光源104的驅(qū)動(dòng)電流的電流控制器1014。傳感器1000也可以包括冷卻系統(tǒng)702 (如圖7所示)。操作員或處理設(shè)備可以配置電流控制器1014，由此設(shè)置驅(qū)動(dòng)電流大小。如上所述，驅(qū)動(dòng)電流決定光源強(qiáng)度，光源強(qiáng)度通過距離(d)和反平方律決定通量密度，而且通量密度和指示分子的光致氧化率直接成比例。調(diào)節(jié)供給光源104的驅(qū)動(dòng)電流以設(shè)定光源強(qiáng)度，光源強(qiáng)度通過固定的距離(d)，根據(jù)反平方定律來確定光通量，光通量決定光致氧化率，并由此決定信號(hào)衰減速率。圖11是當(dāng)間隔距離(d)、系統(tǒng)溫度(T)保持恒定時(shí)，傳感器系統(tǒng)1000的壽命隨源驅(qū)動(dòng)電流變化的曲線簡(jiǎn)圖。圖11提供對(duì)實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)光學(xué)傳感器壽命的一個(gè)因子的簡(jiǎn)單但明了的認(rèn)識(shí)。在很多情況下，“d”設(shè)計(jì)為一個(gè)固定值，即光學(xué)傳感器應(yīng)用確定d的可接受范圍，在一些情況下，d是很小的范圍。例如，如果光學(xué)傳感器被用于ViVO中，那傳感器的適當(dāng)尺寸是一定的，因此d受到限制。一旦固定了 d，就可以使用該值來討論其他因素(如驅(qū)動(dòng)電流)，以提供其他的設(shè)計(jì)和優(yōu)化操作參數(shù)。常數(shù)d確定了熒光元素表面的通量。注意在通量和由d在表面定義的功率是同義詞。如上所述，我們確定了 d的優(yōu)選范圍，其中d固定在O到2.5厘米之間。利用這一點(diǎn)來設(shè)置驅(qū)動(dòng)電流，我們確定使代表性的LED源從門限值開始(圖9)、到制造商針對(duì)固態(tài)源提供的額定電流2倍的電流，從門限值開始的電流是是激活源的最低電流。以典型的炭化硅或氮化鎵LED為例，驅(qū)動(dòng)電流強(qiáng)度近似在O. 5微安到40微安的范圍之內(nèi)。在另一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電流為O. 8到3微安比較適宜，在I到2微安最適宜。將來，隨著光源制造商制造出更高效的光源，這些范圍會(huì)發(fā)生變化。影響使用指示分子的光學(xué)傳感器的使用壽命的另外兩個(gè)因素是(I)輸入光源能量和(2)占空比。下面對(duì)這兩個(gè)因素依次進(jìn)行討論。因素4 :輸入光源能量(或波長(zhǎng))根據(jù)公式E=hf，光能量和它的頻率相關(guān)，式中“E”是光子的能量，“h”為普朗克常數(shù)，“f”是頻率。頻率和波長(zhǎng)成反比。因此，短波光子的能量比長(zhǎng)波光子的能量高。典型的熒光激勵(lì)發(fā)生在波長(zhǎng)為從月200納米到500納米(盡管已知可以激勵(lì)接近紅外光波長(zhǎng)的分子和方法)。熒光吸收和發(fā)射譜實(shí)質(zhì)上是能量分布，其中頻譜是分布在最優(yōu)吸收或發(fā)射峰值波長(zhǎng)的高斯分布，該最優(yōu)吸收或發(fā)射峰值波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于熒光元素的特定分子結(jié)構(gòu)的能量最大值。對(duì)于大多可用于傳感器中的熒光元素而言，最優(yōu)波長(zhǎng)(或若干波段)由指示分子本身決定。因此，傳感器的使用者和設(shè)計(jì)者選擇光源波長(zhǎng)的自由受到限制。因素5:光源的占空比。和光源的波長(zhǎng)不同，光源的占空比是設(shè)計(jì)光學(xué)傳感器的另一能量分量，并且不同于上述的光能量(與之相關(guān))，它是可由設(shè)計(jì)者/使用者控制的變量。光源的占空比是為了從指示分子獲取讀數(shù)時(shí)光源用于照亮指示分子的時(shí)間百分比。在大于某個(gè)最小的占空比值時(shí)，改變占空比，與數(shù)據(jù)輸出相關(guān)的光學(xué)傳感器性能不會(huì)受大的影響，或者一點(diǎn)影響也不受。因此，光學(xué)傳感器的設(shè)計(jì)者/使用者在選擇光源的占空比時(shí)非常自由，而不必?fù)?dān)心對(duì)光學(xué)傳感器的性能產(chǎn)生不利影響。如下所論，降低光源的占空比能夠極大地增加指示分子的有效壽命，從而增加了傳感器的壽命。 在光學(xué)傳感器里，由光源輸出的總的累計(jì)輻射能量控制顯示分子的光致氧化程度。換言之，沒有光時(shí)，也就沒有光致氧化。在時(shí)間上累計(jì)的功率(或表面通量)就是能量。輻射能量的標(biāo)準(zhǔn)單位是焦耳，其中能量(焦耳)=瓦特(功率)X秒。注意到功率(能量/時(shí)間)是光源發(fā)光時(shí)消耗的能量，它與指示分子的光致氧化速率直接相關(guān)。相應(yīng)地，較高功率的源比較低功率的源更快地光漂白指示分子。從上面的公式可以看出，控制功率的一種方法是控制向系統(tǒng)輸入能量的速率。在光學(xué)傳感器的例子中，控制功率的一種方法就是控制光源的占空比。在光學(xué)傳感器是“工作的”(如消耗能量)的整個(gè)時(shí)間段期間，我們發(fā)現(xiàn)，在光學(xué)傳感器中通常不必使光源一直處于運(yùn)行或“開態(tài)”。在很多應(yīng)用中，每天光學(xué)傳感器只需要工作幾次，且每次持續(xù)的時(shí)間很短。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)傳感器每天大約工作5次，每次大約7分鐘。然而，在一些實(shí)施例中，光學(xué)傳感器需要每天工作24小時(shí)(如，連續(xù)工作)。例如，如果在光學(xué)傳感器工作的時(shí)間段期間，每隔一秒需要一次來自光探測(cè)器106的讀數(shù)，那么當(dāng)在光學(xué)傳感器工作的時(shí)間段期間，就不需要光源一直處于開狀態(tài)。相反，根據(jù)傳感器電路，光源每秒只需要開啟1/10秒就足夠。在這種情況下，傳感器的壽命期內(nèi)，累計(jì)輸入到系統(tǒng)的能量將減少為原來的1/10。同樣，如果每秒內(nèi)光源只開1/100秒，那么輸入到系統(tǒng)的能量將減少為1/100。因?yàn)楣β屎屠塾?jì)光致氧化率直接相關(guān)，并因此與信號(hào)幅度的衰退相關(guān)，以及因此與SNR的衰減相關(guān)，就此單個(gè)因素而言，輸入的能量減少為1/100，設(shè)備的壽命將增加100倍。在傳感器工作期間，光源的合適的占空比視應(yīng)用情況而定。在一種應(yīng)用中，在傳感器工作時(shí)，大約每2分鐘從光探測(cè)器106獲得一個(gè)讀數(shù)。傳感器及其支持電路(如光探測(cè)器106)足夠快，使得在100毫秒或1/10秒的時(shí)間段內(nèi)可以取得一個(gè)精確的讀數(shù)。每2分鐘間隔對(duì)傳感器光源加電1/10秒，這可以提供120秒/0. I秒=1200倍的能量減少因子。相對(duì)于連續(xù)運(yùn)行時(shí)熒光元素的光致氧化信號(hào)衰退而言，這個(gè)因素直接將傳感器產(chǎn)品壽命延長(zhǎng)1200 倍。占空比通常表示為開狀態(tài)的時(shí)間百分比。因此上例中占空比約為O. 08%。對(duì)不同的產(chǎn)品、不同的設(shè)計(jì)、不同的指示分子，約50%以及更高的占空比都是有用的。在低端，甚至如I X 10 (exp-5) %這樣低的小數(shù)百分比也是有用的。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，傳感器大約每2分鐘開一次，每次LED大約工作50毫秒。該實(shí)施例可用于葡萄糖傳感器。圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光學(xué)傳感器1200的示意圖。除傳感器1200包括占空比控制器1202和電流控制器104外，傳感器1200和傳感器700是相同的。傳感器1200的構(gòu)件優(yōu)選地包括在殼體(未示出)內(nèi)，指示分子可以放置在殼的表面上或其內(nèi)。占空比控制器1202可以單獨(dú)由硬件實(shí)現(xiàn)，或者軟件和硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)。占空比控制器1202控制光源104的占空比。在一些實(shí)施例中，傳感器1200的使用者可以通過配置占空比控制器1202來設(shè)置光源104的占空比。在這些實(shí)施例中，占空比控制器1202具有接口 1204，使使用者能夠配置或設(shè)置控制器。圖17是可用于控制光源104運(yùn)行的示例電路的不意電路圖。
圖13是示意根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的過程的流程圖1300。過程1300是增加光學(xué)傳感器(如傳感器1200)的壽命的過程，傳感器在工作時(shí)，被配置為，在連續(xù)Z時(shí)間里，每X單位時(shí)間至少獲取一次標(biāo)志區(qū)域內(nèi)物質(zhì)存在或濃度的數(shù)據(jù)。X和Z可以為從秒到分到小時(shí)的任意值。過程1300可以從步驟1302開始，在步驟1302中，配置傳感器，在每X單位時(shí)間內(nèi)至少獲取一次數(shù)據(jù)的Z時(shí)間里，使得放射源的占空比低于100%。在步驟1304中，將傳感器放置在區(qū)域內(nèi)的一個(gè)位置。步驟1304可以在步驟1302之前或之后進(jìn)行。在一些光學(xué)傳感器的應(yīng)用中，X約為I秒，Z約為7分鐘。在其它的應(yīng)用中，X可以大于或小于I秒，Z可以大于或小于7分鐘。在一些應(yīng)用中，Z時(shí)間內(nèi)的占空比也可以小于50%，而在其它的應(yīng)用中，占空比可以低于O. 00001%或更低。在步驟1306中，傳感器工作并保持工作狀態(tài)Z時(shí)間。傳感器可以由外部電源供電使其工作。在步驟1308中，在傳感器工作的Z時(shí)間內(nèi)，放射源開關(guān)幾次。也就是，操作放射源，使其占空比大于0%而低于100%。在一些特殊的實(shí)施例中，占空比小于50%。在步驟1310中，在執(zhí)行步驟1306后Z時(shí)間過去后，使傳感器不工作。接著，傳感器在一段時(shí)間內(nèi)什么也不做(步驟1312)。在步驟1312后，過程可以返回步驟1306。圖14是示意根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的處理過程的流程圖1400，該過程用于檢測(cè)特定環(huán)境中物質(zhì)的存在或濃度。過程1400可以從步驟1402開始，其中，光學(xué)傳感器放置在標(biāo)志區(qū)域的所需的位置(例如植入vivo中)。在步驟1403中，使傳感器工作。例如，傳感器可以通過外部電源供電使其工作。在步驟1404中，在傳感器工作后，打開傳感器光源(如光源具有最小的光出射度)。在步驟1405中，在打開光源后的某時(shí)間點(diǎn)，確定并優(yōu)選地記錄光探測(cè)器的輸出。在步驟1406中，該步驟在步驟1404執(zhí)行Y時(shí)間后被執(zhí)行，關(guān)斷光源。在步驟1408中，確定過程1400是否結(jié)束。例如，過程1400可以在從步驟1404首次運(yùn)行后的Z時(shí)間過去后結(jié)束。如果過程完成，則使傳感器停止工作(步驟1410)。在使傳感器停止工作后，在后面的時(shí)間里，可以使傳感器再工作。例如，在一些實(shí)施例中，傳感器一年中每天需要工作5次。因此，在這些實(shí)施例中，傳感器停止工作約5小時(shí)后再工作。如果過程沒有結(jié)束，該過程返回到步驟1404，但只是在步驟1404上一次執(zhí)行X時(shí)間后進(jìn)行(步驟1412)。
步驟1404—1406通常周期重復(fù)給定時(shí)間Z (即在被停止工作前，傳感器工作約Z時(shí)間)。在過程1400中，X大于零(0)，Y優(yōu)選地小于X，X小于Z。在一些應(yīng)用中，Y小于或等于X/2。在其他應(yīng)用中，Y可以效應(yīng)或等于X/10在Z時(shí)間內(nèi)(傳感器工作的時(shí)間內(nèi)內(nèi))，放射源的配置在圖15中示出。如圖15所示，在時(shí)間點(diǎn)t=0，t=x，t=2x等，光源工作Y時(shí)間，然后停止工作X-Y時(shí)間。盡管圖15示出的是周函數(shù)，但該函數(shù)并不需是周期的，而且不要求X和Y在時(shí)間Z內(nèi)保持恒定。通過執(zhí)行過程1400，因?yàn)楣鈱W(xué)傳感器工作期間，光源沒有連續(xù)“開”，所以光學(xué)傳感器的指示分子的使用壽命能夠增加。圖16是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的過程的流程圖1600，其用于檢測(cè)物質(zhì)的存在或濃度。過程從步驟1602開始，其中將光學(xué)傳感器放置在期望位置。在步驟1603，使傳感器開始工作。在步驟1604，光學(xué)傳感器的光源被配置為輸出頻率在一定頻率范圍且幅度在一定 幅度范圍內(nèi)(即強(qiáng)度)的電磁波。在步驟1605，在執(zhí)行步驟1604之后，而且優(yōu)選地在執(zhí)行步驟1606之前，在一些時(shí)間點(diǎn)上得到光學(xué)傳感器的光探測(cè)器輸出測(cè)量數(shù)據(jù)。在步驟1606,該步驟在步驟1604執(zhí)行后經(jīng)歷Y時(shí)間后執(zhí)行,光源配置為使它不再輸出電磁波，或者配置為輸出電磁波的頻率不在一定頻率范圍之內(nèi)和/或者幅度低于一定幅度范圍的最低幅度。優(yōu)選地，如果在步驟1606發(fā)射了電磁波，其幅度小于一定幅度范圍的最低幅度。在步驟1608，確定傳感器是否已經(jīng)運(yùn)行足夠長(zhǎng)時(shí)間。如果已經(jīng)運(yùn)行足夠的時(shí)間，可以使傳感器停止工作，如果沒有，從步驟1606執(zhí)行后盡管X時(shí)間的延時(shí)后，過程返回到步驟1604。步驟1610后，過程在經(jīng)歷一定時(shí)間后可以返回1603。和過程1400 —樣，過程1600能夠極大地增加光學(xué)傳感器指示分子的使用壽命，特別是在步驟1606將源配置為不輸出任何電磁波或輸出相對(duì)小幅度和/或低頻率的電磁波的情況下。圖17是可以用于控制傳感器光源的示例電路的電路圖。在該非限定性的例子中，電阻Rl和R2都是電壓分壓器，它們和濾波電容C2共同給比較器Ul輸入管腳5提供比較電源。當(dāng)電源首次給電路供電時(shí)，電容Cl放電。比較器Ul的證輸入管腳5的電位高于負(fù)輸入管腳6的電位，輸出管腳7經(jīng)過限硫電阻R4供電，以點(diǎn)亮LED Dl0電容Cl通過電阻R3向供電電壓充電。當(dāng)Cl電壓高于參考電壓時(shí)，Ul負(fù)輸入管腳6的電位高于正輸入管腳5的電位。Ul輸出管腳7的電位變?yōu)橐?V，因此關(guān)閉LED Dl.也能使用其他參考電壓。例如商用集成電路參考電壓或齊納二極管都能使用。其他設(shè)備，如運(yùn)算放大器也能用于替代圖17中的比較器電路。在上述關(guān)于操作光學(xué)傳感器的過程之外，本發(fā)明還提供確定期望的光源占空比的過程以及確定光傳感產(chǎn)品使用壽命的過程。圖18是說明確定光學(xué)傳感器的LED理想的占空比的過程1800的流程圖，其中LED用Y毫安的電流驅(qū)動(dòng)。過程1800可以從步驟1802開始，在這里，先確定光學(xué)傳感器使用的指示分子。在步驟1804，當(dāng)指示分子在有Y毫安的電流驅(qū)動(dòng)的LED發(fā)射的光連續(xù)照射時(shí)，確定指示分子的輸出強(qiáng)度衰退到X%的初始輸出強(qiáng)度所花費(fèi)的時(shí)間，其中Y毫安是在光學(xué)傳感器工作期間所使用的驅(qū)動(dòng)電流。
在步驟1806，識(shí)別傳感器總的累計(jì)工作時(shí)間。例如，如果傳感器設(shè)計(jì)為365天每天工作5次，每次7分鐘，那么該傳感器總的累計(jì)時(shí)間是(7x5x365 = 12775分鐘)。在步驟1808，將步驟1804中確定的時(shí)間除以步驟1806中確定的時(shí)間來確定LED的占空比。從而，占空比是在傳感器工作期間LED打開的時(shí)間百分比。圖19是確定光學(xué)傳感器產(chǎn)品使用壽命的過程1900的流程圖，其中，光學(xué)傳感器的LED工作時(shí)驅(qū)動(dòng)電流為Y毫安，每天LED工作相同的時(shí)間，產(chǎn)品的使用壽命定義為傳感器指示分子輸出強(qiáng)度衰退到它初始輸出強(qiáng)度X%時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間。過程1900可以從步驟1902開始，在這里，先識(shí)別光學(xué)傳感器使用的指示分子。在步驟1904，當(dāng)指示分子在被Y毫安電流驅(qū)動(dòng)的LED發(fā)射的光連續(xù)照射時(shí)，確定指示分子輸出強(qiáng)度衰退到X%的初始輸出強(qiáng)度所花費(fèi)的時(shí)間，其中Y毫安是在光學(xué)傳感器工作期間所使用的驅(qū)動(dòng)電流。在步驟1906，確定每天的LED總的累計(jì)工作時(shí)間。在步驟1908，將步驟1904中 確定的時(shí)間除以步驟1906中確定的時(shí)間來確定產(chǎn)品的使用壽命。例如，如果步驟4中確定的時(shí)間時(shí)10000分鐘，每天LED工作不超過10分鐘，那么傳感器的產(chǎn)品使用壽命近似為10000/10 = 1000 天。非限定性的確定光學(xué)傳感器理想占空比的例子描述如下。根據(jù)該示例，光學(xué)傳感器每天工作5次，每次使用7分鐘，持續(xù)365天(I年)。每次使用期間，每次采樣LED開150毫秒，在使用期間每秒進(jìn)行一次采樣。LED由方波驅(qū)動(dòng)，因此其占空比為50%。該應(yīng)用要求傳感器的輸出強(qiáng)度在一年時(shí)間內(nèi)為初始輸出強(qiáng)度同等條件的10%。此例中LED開時(shí)間計(jì)算如下。I) 一年中，(365天每年)X (5次每天)=1，825次使用每年。2)每秒采樣一次，每分鐘采樣60次。3)(每分鐘60次采樣)X (每次工作7分鐘)=420次采樣每次使用。4)使用上面公式I和3，傳感器每年使用(420采樣每次使用)X (I, 825次使用每年)=766，500次采用每年。5)每次米樣，傳感器LED開250毫秒。6)從公式4和5，LED開時(shí)間為(766，500次采樣每年)X (150毫秒每次采樣)=114，975，000毫秒每年。7)從公式6，以50%的占空比，114，975，000毫秒每年=114，975秒每年=31.94小時(shí)LED的開時(shí)間每年。因而，該應(yīng)用的要求為，LED能夠以50%的占空比連續(xù)運(yùn)行31. 94小時(shí)，同時(shí)傳感器輸出強(qiáng)度保持在初始輸出的10%以上。在這個(gè)示例中，以50%的占空比，傳感器輸出強(qiáng)度隨以I毫安驅(qū)動(dòng)的LED工作時(shí)間的變化，表明連續(xù)使用23小時(shí)后，傳感器的輸出強(qiáng)度衰退到它的原始輸出強(qiáng)度的90%。對(duì)于該特定的應(yīng)用而言，LED開時(shí)間是不夠的，因此只能改變占空比值來補(bǔ)償。如果將占空比調(diào)整到25% (原來值的一半)使LED開時(shí)間減半，從而減少指示分子的光漂白。在該例中傳感器的壽命會(huì)延長(zhǎng)一倍。50%的占空比來自使用方波驅(qū)動(dòng)LED。對(duì)于方波的每個(gè)周期而言，LED驅(qū)動(dòng)信號(hào)開一定的時(shí)間，“t”秒，然后開關(guān)關(guān)斷同樣長(zhǎng)的時(shí)間“t”秒，然后開關(guān)開“t”秒，如此周而復(fù)始。一半的時(shí)間開一半的時(shí)間關(guān)。這是可以改變的，比如，在開始的1/4周期開，在后面的3/4周期關(guān)。這樣，對(duì)于同樣的使用要求而言，LED開時(shí)間減半，從而在10%的衰退限制內(nèi)，運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間。如果減少本例所列的任何時(shí)間，就可以減少LED的開時(shí)間，因而能夠在保持指示分子的輸出強(qiáng)度情況下，延長(zhǎng)傳感器的壽命。例如，減少每年設(shè)備使用的天數(shù)，減少每天使用次數(shù)，減少每次使用的采樣次數(shù)，減少LED驅(qū)動(dòng)的占空比都可以延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。LED每年的開時(shí)間可以由一個(gè)簡(jiǎn)單的公式計(jì)算總的LED每年的開時(shí)間=(每年設(shè)備的使用天數(shù))X (每天設(shè)備的使用次數(shù))X (每次使用的采樣次數(shù))X (每次采樣期間LED開的時(shí)間長(zhǎng)度)X (LED驅(qū)動(dòng)的占空比)本文所述的光學(xué)傳感器不受限于任何特殊應(yīng)用或運(yùn)行環(huán)境。例如，根據(jù)本發(fā)明的傳感器可植入人體，用于測(cè)量人體中各種生物學(xué)的分析物(如葡萄糖、氧氣、毒素等)。雖然前文描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例/變型，應(yīng)該理解這些實(shí)施例/變型只是用 于說明本發(fā)明，但非用于限定本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍和界限不受限于上述的任何示例實(shí)施例，而應(yīng)該由所附的權(quán)利要求及其等價(jià)物確定。
權(quán)利要求
1.一種增加光學(xué)傳感器壽命的方法，光學(xué)傳感器在工作時(shí)用于獲取關(guān)于區(qū)域內(nèi)物質(zhì)存在或濃度的數(shù)據(jù)，其中，該光學(xué)傳感器包括(i)光學(xué)特性受該物質(zhì)的存在影響的指示分子以及(i i )放射源，所述方法包括 (a)在所述光學(xué)傳感器工作期間，利用所述光學(xué)傳感器，使得該放射源的占空比大于0%小于 100% ； (b)在該區(qū)域內(nèi)的一個(gè)位置放置該光學(xué)傳感器； Ce)在執(zhí)行步驟(b)后，使該光學(xué)傳感器工作Z時(shí)間段，其中Z大于O ; Cd)操作該放射源，在該光學(xué)傳感器工作的Z時(shí)間段內(nèi)，使該放射源的占空比大于0%小于100% ； Ce)在經(jīng)歷了所述Z時(shí)間段后，使該光學(xué)傳感器停止工作；以及(f)在執(zhí)行步驟(e)后經(jīng)歷了一時(shí)間段后，使所述光學(xué)傳感器工作Z時(shí)間段并重復(fù)步驟(d)和(e)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述占空比小于或等于50%。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述占空比小于或等于10%。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述占空比小于或等于1%。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中Z約為O.5到20分鐘。
6.如權(quán)利要求I所述的方法,其中Z約為I到10分鐘。
7.
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中Z為2分鐘。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述光學(xué)傳感器每2分鐘內(nèi)工作近似200微秒。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述光學(xué)傳感器工作的200微秒內(nèi)所述放射源工作近似100微秒。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述指示分子是熒光的。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述放射源包括發(fā)光二極管(LED)。
13.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述用于驅(qū)動(dòng)所述LED的所述驅(qū)動(dòng)電流小于或等于3暈安。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述用于驅(qū)動(dòng)所述LED的所述驅(qū)動(dòng)電流小于或等于2暈安。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述用于驅(qū)動(dòng)所述LED的所述驅(qū)動(dòng)電流小于或等于I暈安。
16.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述傳感器還包括冷卻單元。
17.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述指示分子是吸收型指示分子。
18.—種增加光學(xué)傳感器使用壽命的方法，該光學(xué)傳感器在工作時(shí)，在連續(xù)的Z時(shí)間段內(nèi)，每X時(shí)間至少獲取關(guān)于一區(qū)域內(nèi)物質(zhì)存在或濃度的數(shù)據(jù)一次，其中所述光學(xué)傳感器包括光學(xué)特性受該物質(zhì)的存在影響的指示分子，以及用于激活所述指示分子的光源，所述方法包括 將所述光學(xué)傳感器放置在所述區(qū)域的一個(gè)位置； 在等于所述Z時(shí)間段的第一時(shí)段的開始時(shí)使所述光學(xué)傳感器工作； 在每個(gè)X時(shí)間內(nèi)激活所述指示分子總共不超過Y時(shí)間，其中Y小于X ；在等于所述Z時(shí)間段的所述第一時(shí)段的結(jié)束時(shí)使所述光學(xué)傳感器停止工作； 在經(jīng)歷了一時(shí)間段后，在等于所述Z時(shí)間段的第二時(shí)段的開始時(shí)使所述光學(xué)傳感器工作； 在每個(gè)X時(shí)間內(nèi)激活所述指示分子總共不超過Y時(shí)間，其中Y小于X ;以及 在等于所述Z時(shí)間段的第二時(shí)段的結(jié)束時(shí)使所述光學(xué)傳感器停止工作。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中X小于5分鐘。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中Y小于X/2。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中Y小于或等于X/10。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中Y小于I秒。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述指示分子是熒光的。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述放射源包括發(fā)光二極管(LED)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中激活所述指示分子包括用驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)所述LED，其中所述驅(qū)動(dòng)電流等于所述LED的門限驅(qū)動(dòng)電流。
26.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述使傳感器工作包括給所述傳感器的電部件供電。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種增加光學(xué)傳感器壽命的方法。一方面，該方法包括了配置光學(xué)傳感器的步驟，當(dāng)光學(xué)傳感器在連續(xù)時(shí)間段內(nèi)周期性地獲取相關(guān)分析物的數(shù)據(jù)時(shí)，使傳感器放射源的占空比少于100％。通過根據(jù)本發(fā)明的方法運(yùn)行傳感器，在傳感器被用于提供相關(guān)物質(zhì)的存在或濃度的數(shù)據(jù)期間，光學(xué)傳感器的指示分子不總被激活。因此，該方法增加了指示分子的壽命。
文檔編號(hào)A61B5/00GK102940496SQ20121037585
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者阿瑟·E·小科爾文, 杰弗里·C·萊紹, 卡麗·R·洛倫茨 申請(qǐng)人:醫(yī)藥及科學(xué)傳感器公司