专利名称：包括光学被分析物传感器和光学读取器的过滤系统的制作方法过滤系统通常用在存在蒸气和其他危 害性空中物质的情况下。示例性过滤系统包括集体防护系统、一次性个人呼吸器、可重复使用的个人呼吸器、带动力空气净化呼吸器、危险品紧急处理防护服以及其他防护装置。已提出各种化学、光学或电子指示器以用于警告防护装置的使用者存在不期望的材料。例如，使用寿命终止指示器(“ESLI”)可警告此类装置中的过滤元件可能接近饱和或可能对特定材料无效。检测化学被分析物(尤其是有机化学被分析物)的能力在许多应用(包括环境监测等等)中是重要的。已开发出用于检测化学被分析物的一些装置，例如光学装置、重量分析装置、微电子装置、机械装置和比色装置。
本发明涉及一种过滤系统，其包括壳体和设置在所述壳体内的过滤介质。所述过滤系统还包括光学被分析物传感器，其设置在所述壳体内，使得所述检测介质与所述过滤介质流体连通。所述光学被分析物传感器包括检测介质，所述检测介质响应于被分析物而改变其至少一个光学特性。所述过滤系统还包括光学读取器，其具有至少一个光源和至少一个检测器。所述光学读取器附接至所述壳体，使得所述至少一个光源所发射的光的至少一部分从所述光学被分析物传感器反射，并被所述至少一个检测器捕获。在一些示例性实施例中，所述光学读取器永久性地或可移除地附接至所述壳体。在一些示例性实施例中，所述光学读取器可以永久性地或可移除地附接至可移除壳体部分。通过结合附图在下文中对各种实施例的具体描述，可以更加充分地理解本发明，其中图I示出根据本发明的一个示例性过滤系统；图2示出可用于根据本发明的过滤系统中的滤筒；图3A和图3B示意性地示出适用于本发明的一些示例性实施例的示例性光学被分析物传感器；图4示出根据本发明的示例性光学读取器；图5A示出示例性光学读取器的示例性光源的光谱，以及在不存在目标被分析物的情况下示例性光学被分析物传感器的光谱；图5B示出表示示例性光电检测器对入射光波长灵敏度的曲线；图6示意性地示出根据本发明的光学读取器的另一示例性实施例；图7A示出利用一个或多个宽带光源的光学读取器的示例性实施例；图7B示意性地示出具有光谱透射率不同的区域的过滤器；图8A和图SB示出根据本发明的光学读取器的示例性实施例的不同侧面；图9A示出根据本发明的示例性光学读取器，其被构造为询问图案化的光学被分析物传感器； 图9B示出根据本发明的另一示例性光学读取器，其被构造为询问图案化的光学被分析物传感器；图10是示出根据本发明的光学读取器的操作的示意图；图11A-11D示意性地示出根据本发明的另一示例性过滤系统和此类过滤系统的一些示例性部件；图12示出根据本发明的可移除壳体部分的实施例；图13A和图13B示出附接机构的示例性实施例；图14A-14C示意性地示出不同类型的配准特征结构；图15示出根据本发明的过滤系统的另一实施例；图16示出适用于本发明的示例性实施例的呼吸器滤筒；图17A和图17B示出根据本发明的另一示例性过滤系统；图18A和图18B示出可用于根据本发明的过滤系统的合适的附接机构；以及图19示出根据本发明的另一示例性过滤系统。各附图中的类似附图标记表示类似的元件。除非另外指明，否则本文档中的所有图和附图均未按比例绘制，并且被选择用于示出本发明的不同实施例。具体地讲，除非另外指明，否则仅用示例性术语描述各种部件的尺寸，并且不应从附图推断各种部件的尺寸之间的关系。尽管在本发明中可能使用了例如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、“向上”和“向下”以及“第一”和“第二”等术语，但应当理解，除非另外指明，否则这些术语仅以它们的相对意义使用。

不应被理解成具有限制性意义。除非另外指明，否则本文所用的所有科技术语具有在本领域中通常使用的含义。本文给出的定义旨在便于理解本文中频繁使用的某些术语，并无限制本发明范围之意。除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，这些近似值可以变化。除非内容另外明确指明，否则本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一(“a”，“an”)”及“该(the)”涵盖具有多个所指对象的实施例。如本说明书以及附加的权利要求书中所使用，术语“或”一般以包括“和/或”的意思使用，除非内容另外清楚声明。本发明涉及这样的系统和装置，其可用于指示使用寿命的结束或向使用者提供有关过滤介质的使用寿命(例如，在危害性环境中使用以保护不受挥发性有机化合物影响的呼吸过滤器或滤筒的使用寿命)结束的信息。预期本发明将帮助为各种过滤系统提供更准确的使用寿命结束指示。可以预见一些示例性实施例可提供作为呼吸器滤筒和过滤器的附件，而其他示例性实施例包括整个呼吸器和滤筒。本发明适用于各种过滤系统，例如个人呼吸器，包括带动力空气净化呼吸器、可重复使用的个人呼吸器、一次性个人呼吸器、危险品紧急处理防护服、集体防护过滤器以及本领域技术人员熟悉的其他应用。本发明的示例性实施例可用于检测和/或监测所关注的一种或多种被分析物。此类被分析物可以包括可存在于需要被监测的环境(通常为空气)中的蒸气或气体。在一些实施例中，被分析物为有机蒸气(如挥发性有机化合物)。代表性的有机被分析物可包括(非限制性地)取代或未取代的碳化合物，其包括烷烃类、环烷类、芳族化合物、醇类、醚类、酯类、酮类、卤代烃类、胺类、有机酸类、氰酸酯类、硝酸盐类以及腈类，例如正辛烷、环己烷、甲基乙基酮、丙酮、乙酸乙酯、二硫化碳、四氯化碳、苯、甲苯、苯乙烯、二甲苯类、甲基氯仿、四 氢呋喃、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、2-乙氧基乙醇、乙酸、2-氨基吡啶、乙二醇单甲醚、甲苯-2，4- 二异氰酸酯、硝基甲烷、乙腈等等。尽管提及有机蒸气传感器作为根据本发明的一种特定类型的光学被分析物传感器，但可采用的其他类型的光学被分析物传感器包括对有机蒸气、反应性气体(例如，酸性气体(例如，SO2, Cl2, HC1、C102、HCN、HF、H2S和氮氧化物)和碱性气体(例如，氨气、甲胺))、以及其他气体(例如，氯化氰和甲醛)做出反应的那些传感器。图I示出根据本发明的示例性过滤系统，其示意性地示出带动力空气净化呼吸器(PAPR) I。PAPR I包括头具例如罩子12、涡轮单元14、呼吸管13和束带15。罩子12被构造为佩戴在使用者11头部上方，并至少部分地包封使用者头部以形成呼吸区17，S卩，使用者鼻部和口部周围的区域，以使过滤空气被引导至该呼吸区17。尽管图I中示出了罩子，然而罩子12可以由任何其他合适的头具取代，例如面罩、头盔或全隔离服，前提条件是形成封闭的使用者环境，其至少覆盖使用者面部的口鼻区域，以将空气引导到使用者的呼吸区17。涡轮单元14可附接到束带15以将其固定在使用者的躯干周围。涡轮单元14容纳有鼓风机系统(未示出)，该系统利用由马达(也未示出)提供动力的风扇来使空气通过PAPR系统。润轮单元还可包括电源,例如电池组10。润轮单元14通过连接在涡轮单元14的出口 18和罩子12的入口 19之间的呼吸管13来向罩子12提供空气。涡轮单元14包括滤筒(示出于图2中)，其设置为使得容纳于其中的过滤介质处于空气流动路径上，优选设置在鼓风机的风扇开口的上游。在本发明的典型实施例中，滤筒相对于涡轮单元可移除并可更换。提供滤筒的目的在于在将空气递送给使用者11之前移除环境空气中的至少一定量的污染物，例如颗粒和/或气体和/或蒸气。本发明的实施例可采用多种过滤介质中的任意一种或多种，其中一种合适的类型是吸附剂介质。吸附剂介质将能够吸附期望存在于预期使用条件下的所关注的蒸气。有利的是，吸附剂介质具有足够多的孔以允许现成的空气流或其他气体流从其中通过，并且其可以采用细碎固体(例如，粉末、小球、薄片、颗粒剂或团聚物)或多孔固体(例如，开孔泡沫)的形式。优选的吸附剂介质材料包括活性炭、沸石、氧化铝以及可通过吸附而移除所关注的蒸气的其他金属氧化物；粘土以及用酸性溶液(例如，乙酸)或碱性溶液(例如，氢氧化钠水溶液)处理的其他矿物；分子筛和其他沸石；其他无机吸附剂，例如硅石；以及有机吸附剂，包括超高交联的体系，例如称为“Styrosorbs”的高度交联的苯乙烯聚合物(如例如V. A. Davankov 和 P. Tsyurupa 在 Pure and AppI. Chem.第 61 卷第 1881-89 页(1989)以及L. D. Belyakova, T. I. Schevchenko, V. A. Davankov 和 Μ· P. Tsyurupa 在 Adv. in Colloid andInterface Sci.第 25 卷第 249-66 页(1986)中所述)。活性炭、沸石和氧化铝是优选吸附剂介质的例子。可采用吸附剂介质混合物或层以例如吸收蒸气混合物或其他所关注的被分析物。如果为细分的形式，则吸附剂的粒度可以变化很大，并且通常部分地根据预期使用条件进行选择。作为一般性指导原则，细分的吸附剂介质粒子的粒度可在约4至约3000微米的平均粒径范围内变动,例如,在约30至约1500微米的平均粒径范围内变动。也可采用具有不同粒度范围的吸附剂介质粒子的混合物(如吸附剂介质粒子的双峰混合物形式，或上游层采用较大的吸附剂粒子而下游层采用较小的吸附剂粒子的多层结构形式)。还可采用混合有合适粘结剂(如粘合碳)的吸附剂介质，或捕集到合适的载体上(或其中)的吸附剂介质，例如在美国专利No. 3，971，373 (Braun 等人)、No. 4, 208, 194 (Nelson)和No. 4, 948, 639 (Brooker等人)中以及在美国专利申请公开No. US 2006/0096911 Al (Brey等人)中有所描述的吸附剂介质。图2示出滤筒100，其可用在PAPR的涡轮单元中，例如结合图I描述的涡轮单元14。滤筒100包括壳体120和设置在壳体120内的过滤介质122，例如吸附剂材料，如活性炭。光学被分析物传感器128(在下面更详细的描述)也设置在壳体120内，并与过滤介质122流体连通，如下面更详细说明的。图2所示的壳体120包括具有多个开口 125的后盖124a以及也具有多个开口(未示出)的前盖124b。前盖124b和后盖124a中的开口可分别用作空气入口和出口，其允许来自外部环境的环境空气流到滤筒100中，穿过过滤介质122，然后进入涡轮单元(滤筒100是其一部分)的鼓风机的风扇开口中。如果需要，盖124a和124b中的一者或两者中的开口可利用例如将在使用前移除的可移除覆盖件(未示出)来密封，直到使用为止。壳体120的壁126可包括观察口，例如透明部分127 (其对光源和检测器所调谐至的特定光谱范围透明)，可通过该观察口询问光学被分析物传感器128(将在下面进一步说明)。如果需要，可以可选地使用可移除的或可更换的防护罩或者其他覆盖物(未示出)来保护透明部分127免受油漆或泡沫喷涂物、灰尘或其他遮蔽物的影响。作为另外一种选择，观察口可包括壳体120中的开口。在一些示例性实施例中，壳体的整个壁126或整个壳体120可为透明的。光学被分析物传感器128 (例如)通过在过滤介质122与被分析物在暴露条件下平衡时，其至少一个光学性质经历改变(可由比色改变、反射光的亮度、强度改变等来显示)，来对被分析物作出光学响应。然后，进入透明部分127和光学被分析物传感器128的光通过透明部分127被反射回。当光学被分析物传感器128的至少一个光学性质的可识别的改变(如，诸如从绿到红的反射光谱改变、诸如从白或黑到彩色或者从彩色到白或黑的颜色出现或消失、或者从白到黑或从黑到白的改变)指示，光学被分析物传感器128下面的过滤介质122已在暴露条件下与蒸气平衡时，滤筒100将被移除并用新的滤筒更换。换言之，光学被分析物传感器可被构造为使得光学改变能表征滤筒100的剩余使用寿命或其使用寿命的结束。在一个实施例中，光学被分析物传感器128可被置于流动路径的预定位置处，以仅在所需剩余使用寿命百分比处给予警告。图3A示出适用于本发明的一些示例性实施例的示例性光学被分析物传感器的示意图。多层光学被分析物传感器32设置在透明基底33 (其对光源和检测器所调谐至的特定光谱范围透明)与过滤介质38之间。示例性光学被分析物传感器32包括部分反射层34、检测介质35和被分析物可渗透的反射层36。当介质38的至少一部分与所关注的被分析物之间在所施加的被分析物浓度下达到平衡时或不久之后，被分析物可穿过被分析物可渗透的反射层36，例如穿过孔37进入检测介质35中。检测介质35可以层的形式提供，其可由合适的材料制成或用合适的结构制成，以使得其至少一个光学特性(如，层的光学厚度)在暴露于所关注的被分析物时发生改变。可从外部，例如透过基底33检测所述改变。由光线39a表不的环境光的一部分穿过基底33,从部分反射层34反射成为光线39b，反向传播穿过基底33，然后传播出基底33之外。环境光线39a的另一部分穿过基底33、部分反射层34和检测介质35，并从反射层36反射成为光线39c。光线39c反向传播穿过检测层35、部分反射层34和基底33，然后传播出基底33之外。如果针对检测层35选择 了适当的初始厚度或改变的厚度，并且前提条件是层34和36充分平坦，则将通过类似于光线39b和39c的光线形成相长干涉或相消干涉，并且可通过部分反射层34检测光学被分析物传感器32的一个或多个光学特性的可识别的改变。根据本发明的光学被分析物传感器可利用多种技术附接至过滤器壳体或其他支撑件，包括膜或体粘合剂、机械插件、热粘结、超声焊接以及它们的组合。基底是可选的，但当其存在时，可由能够为薄膜指示器提供适当透明支撑的多种材料制成。基底可以是刚性的(如玻璃)或柔性的(如可通过一个或多个辊轧工序处理的塑料膜)。如果由柔性材料(例如适当透明的塑料)制成，则基底有利地具有足够低的蒸气渗透性，以使得所关注的蒸气不会通过部分反射层进出检测介质。如果基底被省略，则部分反射层应充分不可渗透，以阻碍或防止这种蒸气输送。如果需要，可将多孔基底置于可渗透的反射层和吸附剂介质之间。例如，可允许所关注的蒸气从吸附剂介质穿过可渗透的基底和反射层，并由此进入检测介质中。部分反射层和反射层可分别由能形成漫反射或优选的镜面光反射的多种材料制成，并且当其被适当地在空间上隔开时可协同工作，以提供快速可见且明显的指示器外观变化。合适的部分反射层和反射层材料包括金属，例如铝、铬、钛、金、镍、硅、银、钮、钼、钛以及包含这些金属的合金；金属氧化物，例如氧化铬、氧化钛和氧化招;以及美国专利 No. 5，699，188 (Gilbert 等人)、No. 5，882，774 (Jonza 等人)和 No. 6，049，419(Wheatley等人)、以及PCT已公布的专利申请No. WO 97/01778 (Ouderkirk等人)中所述的多层光学膜(包括双折射多层光学膜)。部分反射层和反射层可以相同或不同。金属纳米粒子涂层(如，金属纳米粒子油墨)可用于形成反射层，如共同待审的美国专利公布No. 2008/0063874A1 (Rakow 等人)中所述。部分反射层的反射率低于反射层并透射一些入射光。部分反射层可例如具有约2至约50nm的物理厚度、在500nm处为约20%至约80%的透光率、以及在500nm处为约80%至约20%或其之间的任何数的反射率。部分反射层可能本身对蒸气是不可渗透的(如果这样，则希望其是连续的)并且可任选地涂敷在合适的基底上，或以其他方式与合适的基底相邻。部分反射层对蒸气也可以是可渗透的(如果这样，其可为例如不连续的或半连续的)，并且可将其涂覆在适合的蒸气不可渗透的基底上，或者以其他方式与适合的蒸气不可渗透的基底相邻。有利地，与检测层相邻的部分反射层的表面的平整度在约±10nm以内。反射层可例如具有约I至约500nm的物理厚度、在500nm处为约0%至约80%的透光率、以及在500nm处为约100%至约20%的反射率。反射层优选为多孔的、图案化的、不连续的、半连续的或者以其他方式可充分渗透的，使得蒸气可从吸附剂介质穿过反射层进入检测介质。所需的孔或不连续性可通过适合的沉积技术或通过适当的沉积后处理(例如选择性蚀刻、活性离子蚀刻或图案化激光烧蚀)获得。也可通过沉积蒸气可渗透的金属纳米粒子层(如在上述美国专利公布No. 2008/0063874A1中所述)来形成反射层，以形成填有纳米粒子的蒸气可渗透层，其中纳米粒子之间的空隙形成了孔。检测介质混合物可为均匀的或不均匀的，并且其可以例如由无机组分的混合物、有机组分的混合物或无机和有机组分的混合物制成。由组分混合物制成的检测介质可以提供改善的被分析物群组的检测。检测介质有利地具有一系列的孔尺寸或表面积，其被选择成提供与所述吸附剂介质的蒸气吸附特性类似的蒸气吸附特性。可通过使用例 如由高内相乳液制成的泡沫等多孔材料(例如在美国专利No. 6，573，305 BI (Thunhorst等人)中所述的那些)来获得适合的孔隙率。孔隙率还可以通过二氧化碳发泡来产生微孔材料而获得(参见 “Macromolecules，，，2001，vol. 34，pp. 8792-8801 (《大分子》，2001年，第34卷，第8792-8801页))，或者可以通过共混聚合物的纳米相分离而获得(参见“Science”, 1999, vol. 283, p. 520 (《科学》，1999 年，第 283 卷，第 520 页))。一般来讲，孔直径优选地为小于所需指示器着色的峰值波长。优选(例如)平均孔尺寸为约O. 5至约20nm、O. 5至约IOnm或O. 5至约5nm等纳米尺寸的孔。
代表性的无机检测介质材料包括多孔二氧化硅、金属氧化物、金属氮化物、金属氧氮化物、以及其他可被形成为具有适当厚度的透明且多孔的层以通过光学干涉作用来产生颜色或色度变化的无机材料。例如，无机检测介质材料可为二氧化硅类、氮化硅类、氮氧化硅类、氧化铝类、氧化钛类、氮化钛、氮氧化钛、氧化锡类、氧化锆类、沸石类或它们的组合。由于多孔二氧化硅的稳固性和与润湿蚀刻处理的相容性，因此它是尤为理想的无机检测介质材料。多孔二氧化硅可例如使用溶胶-凝胶加工路线制备，并且可使用或不使用有机模板制成。示例性的有机模板包括表面活性剂，如阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，例如烷基三甲基铵盐、聚(环氧乙烷-共-环氧丙烷)嵌段共聚物以及本领域的普通技术人员熟知的其它表面活性剂或聚合物。溶胶-凝胶混合物可转化成硅酸盐，有机模板可被移除以在二氧化硅中留下微孔网。代表性的多孔二氧化硅材料在Ogawa等人的Chem.Commun. pp. 1149-1150 (1996)(《化学通讯》，第 1149-1150 页，1996 年)、Kresge 等人的Nature, Vol. 359，pp. 710-712 (1992)(((自然》，第 359 卷，第 710-712 页，1992 年)、Jia 等人的 Chemistry Letters, Vol. 33 (2), pp. 202-203 (2004)(《化学快报》，第 33 卷第 2 期，第202-203页，2004年)以及美国专利No. 5，858，457(Brinker等人)中有所描述。也可采用多种有机分子作为有机模板。例如，糖类(例如葡萄糖和甘露糖)可用作有机模板以生成多孔娃酸盐类，参见Wei等人的Adv. Mater. 1998第10卷第313页(1998)。溶胶-凝胶组合物中可包含有机取代的硅氧烷或有机双硅氧烷，以使微孔更具疏水性并且限制水蒸气的吸附。也可采用等离子体化学气相沉积法生成多孔无机检测材料。此方法通常涉及通过以下步骤形成被分析物检测层从气态前体形成等离子体，在基底上沉积此等离子体以形成非晶态无规共价网层，然后加热此非晶态共价网层以形成微孔非晶态无规共价网层。此类材料的例子在美国专利No. 6，312，793 (Grill等人)和美国专利公布No. 2007/0141580A1 (Moses等人)中有所描述。代表性有机检测介质材料包括聚合物、共聚物(包括嵌段共聚物)和它们的混合物，其由(或可由)多种类别的单体制备，所述单体包括疏水性丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯类、双官能单体、乙烯基单体、烃单体(烯烃类)、硅烷单体、氟化单体、羟基化单体、丙烯酰胺类、酸酐类、醛官能化单体、胺或胺盐官能化单体、酸官能化单体、环氧化物官能化单体及其混合物或组合。上面提及的美国专利申请公开No. US 2004/0184948A1包含此类单体的详尽列表，并以此作为参考以获得更详细的描述。上述具有固有微孔性的聚合物(PM)形成尤为理想的检测介质。PIM通常是形成微孔固体的非网状聚合物。由 于其典型的高度刚性和扭曲的分子结构，使得PM无法有效地填充空间，从而形成本发明所公开的微孔结构。合适的PIM包括(但不限于)在Budd等人的“Polymers ofintrinsic microporosity (PIMs):robust, solution-processable,organic microporousmaterials” (Chem. Commun. , 2004, pp. 230-231 (具有固有微孔性的聚合物(PIM):稳固、可溶液加工的有机微孔材料，《化学通讯》，2004年，第230-231页)中公开的聚合物。其他PM揭露于Budd等人的J. Mater. Chem.，2005，15，pp. 1977-1986 (《材料化学期刊》，2005年，15，第1977-1986页)，McKeown等人的Chem. Eur. J.(《欧洲化学》，2005年，11，第9期，第2610-2620页)以及已公布的PCT专利申请No. WO 2005/012397 A2 (McKeown等人)中。有机检测介质中的一种或多种聚合物可以至少部分地交联。在一些实施例中交联可能是期望的，因为其可增加机械稳定性以及对某些被分析物的敏感度。可通过以下方法实现交联在检测介质中包含一种或多种多官能单体，对检测介质进行(如)电子束或伽马射线处理，在检测介质中添加或形成配位化合物或离子化合物，或在检测介质中形成氢键。在一个示例性实施例中，交联是在存在致孔剂时进行的，随后可将该致孔剂从交联体系中提取出来，以形成多孔检测介质。合适的致孔剂包括(但不限于)惰性有机分子，例如正构烷烃类(如癸烷)或芳烃类(如苯或甲苯)。其他交联聚合物包括上面提及的高度交联的苯乙烯聚合物。如果需要，可对检测介质材料进行处理，以改变其表面特性或吸附特性。可采用多种这样的处理方法，例如，使无机检测介质的微孔暴露到适合的有机硅烷化合物。除此之外或取而代之，可使用适合的粘合力促进材料(如由钛或另一适合的金属制成的粘结层)对检测介质进行处理，以提高部分反射层或反射层与检测介质之间的粘合力。这种处理也可应用于部分反射层或反射层，以提高与检测介质之间的粘合力。对于多种应用而言，检测介质有利地为疏水性的。这将降低水蒸气(或液态水)引起检测介质光学厚度变化和干扰被分析物的检测(例如，有机溶剂蒸气的检测)的可能性。检测介质可由单层或由两个或更多个次层制成。次层可具有多种构造。例如，其可以被叠堆或并列型布置。次层也可由不同的材料制成，所述材料被选择为能吸收不同的所关注的蒸气。图3B示出适用于本发明实施例的光学被分析物传感器的另一示例性实施例。如图3B所示，光学被分析物传感器40可包括一个或多个第一区42，其对所关注的被分析物呈现第一响应；和一个或多个第二区44，其对所关注的被分析物呈现不同的第二响应。这样的光学被分析物传感器在本文中称为图案化的光学被分析物传感器。在所示实施例中，光学被分析物传感器40具有多层构造，其包括检测介质48、半反射层50和反射层52。检测介质48可以层的形式提供，其可由合适的材料制成或用合适的结构制成，以使得其至少一个光学特性(如，层的光学厚度)在暴露于所关注的被分析物时发生改变。可从外部，例如透过基底46 (其可包括壳体壁)检测所述改变。预期所述改变在第一和第二区42和44中是不同的。能被所采用的检测器识别的任何可检测的差异均在本发明的范围内。例如，响应于暴露于所关注的被分析物，根据本发明的光学被分析物传感器的不同区可经历不同大小的光谱偏移(例如，不同的峰值波长偏移)、不同的反射光强度、或其二者。一些检测器能够检测小至Inm的颜色偏移差异。半反射层50通常是蒸气无法渗透的。反射层52通常对化学药品是可渗透的，并与过滤介质60流体连通，使得所关注的被分析物可穿过反射层52进入检测介质48，并可充分改变检测介质的至少一个光学特性(例如，其光学厚度)，以引起在询问时可被根据本发明的光学读取器检测到的改变。粘合剂53可用于将传感器40固定到壳体壁46的内表面上。 生成包括一个或多个第一区(对所关注的被分析物呈现第一响应)和一个或多个第二区(对所关注的被分析物呈现不同的第二响应)的光学被分析物传感器的一种方式是在与过滤介质60流体连通的光学被分析物传感器40的表面的一部分上设置阻隔层54。在所示实施例中，阻隔层54设置在第二区44的相对侧上，该区44响应于暴露于所关注的一种或多种被分析物而改变颜色。阻隔层54可在界面56处直接或经由一个或多个中间层而粘结至反射层52。界面56可为粘合剂层。如果没有粘结至光学被分析物传感器主体58的惰性阻隔层54，传感器的至少一个光学特性通常将在区42和44上发生类似的改变。然而，当阻隔层54设置在主体58上方时，预期传感器的至少一个光学特性在对应于由阻隔层54所掩蔽的区域的区(例如，区42)上将不发生改变。然而，预期传感器的至少一个光学特性在对应于未被阻隔层54掩蔽的区域的区(例如，区44)上将发生改变。然而，由于在一些实施例中，区42和44可相邻或为一体的，上述改变可为分段的。区42和44之间的边界可为突变或渐变的。在其他示例性实施例中，所述区可不相邻。根据本发明，上述阻隔层可应用于传感器以生成可用于询问的多种不同的视觉图案。在一个实施例中，可使用诸如压敏粘合剂等粘合剂来形成阻隔层。聚异丁烯(PIB)粘合剂尤其是基于其高纯度而成为这些层的可用材料。可用于本发明实施例的此类市售丙烯酸类压敏粘合剂无基材胶带的一个例子是3M的商品名为VLO 6690的无基材胶带。可用于膜主体掩蔽的其他压敏粘合剂可包括丙烯酸类粘合剂。在一个实施例中，压敏粘合剂可以压敏胶带(其还可包括内衬和/或背衬)的形式应用于传感器。在此种实施方式中，内衬和/或背衬常常对蒸气向传感器中的渗透提供附加的屏蔽。热熔融、不含溶液的粘合剂也可用作掩蔽材料。聚合物材料也可用作阻隔层以掩蔽传感器的各区，例如水溶性聚合物或环氧材料，其可为能够UV或热固化的。蜡、树脂或无机材料也可用于阻隔层。除此之外或作为另外一种选择，示例性光学被分析物传感器的任何其他层或一组次层中的一个可为不连续的或图案化的，以实现对所关注的被分析物呈现第一响应的一个或多个第一区以及对所关注的被分析物呈现不同的第二响应的一个或多个第二区。也可通过提供对于具体被分析物为活性的一个或多个部分、以及对于同一被分析物为非活性的一个或多个部分来形成层或次层图案。也可将活性材料的图案沉积到较大的非活性次层上，例如，通过将图案化的层制备为足够薄，以使得在吸收被分析物之前，光学厚度的差值是不明显的。也可使检测层的厚度图案化，如在美国专利No. 6，010，751 (Shaw等人)中所述。这可使图案消失(例如，当较薄部分溶胀至与较厚部分的厚度相同时)或出现(例如，当某部分收缩至厚度小于相邻的部分时)。如果需要，可以所需形状或形式的图案在反射层中形成不连续性。这可导致在暴露于所关注的被分析物时可识别的图案出现或消失。在一些情况下，检测此类图案的对比光学性质可比检测整个指示器膜中的光学改变更容易。
本发明所公开的装置可以根据需要包括其他层或元件。例如，可将带吸附剂的复合物的多孔层(如置于原纤化PTFE基质中的活性炭粒子幅材，例如在上述的美国专利No. 4，208，194中所述)放置在反射层和吸附剂介质之间，以使渗透至指示器中的蒸气均质化或者以其他方式调节指示器对吸附剂介质中条件的响应。适用于根据本发明的光学被分析物传感器的各种构造和材料在例如标题为“Permeable Nanoparticle Reflector” 的美国专利申请公布 No. 2008/0063874A1、标题为 “Patterned Chemical Sensor Having Inert Occluding Layer” 的美国专利申请No. 12/604，565 以及标题为 “Colorimetric Sensor” 的美国专利 No. 7，449，146 中有所描述。共同拥有的标题为 “Patterned Chemical Sensor Having Inert Occluding Layer”的美国专利申请公布No. 2008/0063575A1和美国专利申请No. 12/604, 565描述了利用指示器外观的视觉可识别的改变来向有机蒸气吸附剂防护装置的使用者提供指示滤筒的剩余使用寿命或使用寿命的结束的信息。在该专利申请中，指示器的外观改变可在环境照明下视觉上监测。然而，本发明的实施例包括或涉及这样的光学读取器，其被构造为检测响应于目标被分析物的光学被分析物传感器的至少一个光学特性的改变。因此，本发明能够提供准确的使用寿命结束指示，而无需依赖于使用者对颜色改变传感器的视觉检查。使用者对膜的视觉检查可针对一些被分析物提供使用寿命结束指示，但在其他情况下，尤其是在被分析物浓度较低的条件下，一些所关注的挥发性有机化合物不生成明显的颜色改变。另一方面，一些被分析物生成的颜色偏移如此大，以至于迫使光学被分析物传感器返回至其原始颜色，这有时被称为回绕(wrap around)效应。例如，传感器可从绿到红再到绿改变颜色。因此，本发明的一些有益效果包括增大可被检测的挥发性有机蒸气的范围并防止回绕效应影响使用寿命结束指示。图4示出根据本发明的示例性光学读取器200。光学读取器200包括至少一个光源(这里，212和214)和至少一个检测器220。一个或多个光源(如212和214)和一个或多个检测器220可安装在同一支撑件250上。光学读取器200可被构造为附接至根据本发明的过滤系统(包括光学被分析物传感器230)的壳体，使得由至少一个光源212、214发射的光212a、214a的至少一部分从光学被分析物传感器230反射，并被所述至少一个检测器220捕获。—个或多个光源(如212和214)可包括多种光源中的任意种。例如，可使用发光二极管(LED)。在某些实施例中，一个或多个光源可包括一个或多个相对宽带的光源(如白色光源)。在其他实施例中，光源可包括一个或多个窄带光源(如LED)，所述窄带光源发射特定(如相对窄)波长范围内的光，峰值为该范围内的特定波长。在各种实施例中，此类窄带光源的特征可在于最多约50nm、最多约40nm或最多约25nm的半功率带宽。可使用的示例性LED包括以商品名0VLBx4C7得自美国德克萨斯州卡罗敦市的Optek公司的那些以及表面安装 LED，例如得自 Osram 的 LS T676、LA T676、L0T676、LY T676 系列。适用于本发明的示例性实施例的检测器(如220)可包括能够测量入射在其上的光量的多种装置中的任意种，包括(例如)光电检测器，如光电倍增管、光伏电池、光电二极管、光电晶体管、电荷耦合器件等。合适的检测器可用于提供与检测到的光量(如从光学被分析物传感器230接收的反射光的强度)有关的信号(如电压、电流等)，所述信号可被进一步处理，如本文稍后描述的。在一些实施例中，一个或多个检测器可检测特定(如相对较窄)波长范围的光。在其他实施例中，一个或多个检测器可包括可检测相对较宽波长范围内的光的宽带检测器。在多个实施例中，此类宽带检测器可能够检测至少约150nm宽、250nm宽或500nm宽的波长范围内的光。可用的示例性检测器包括以商品名SHl 2430得自德国 雷根斯堡的OSRAM公司的光电二极管。如图4所示，多个光源可用作光学读取器200的一部分。在所示示例性实施例中，第一和第二光源212和214可各通过第一和第二光谱(或波长)范围以及第一和第二峰值波长来表征。第一光谱范围可不同于第一光谱范围，第一和第二光源可发射具有不同峰值波长的光。在这样的设计中，不同的光源212和214可靠近共用检测器220安装(图4示出涉及检测器220设置在两个光源212和214之间的示例性设计)。第一和第二光源212和214可被选择为使得其光谱分别通过不同的波长范围A和B以及与峰值2001和2002(示出于图5A中)对应的不同峰值波长来表征。在这样的实施例中，单个(如宽带)光电检测器可用作检测器220。在多个波长范围中监测从光学被分析物传感器反射的光可提供显著优势。这种检测的各种细节和原理示出于例如共同拥有的美国临时申请No. 61/164，496 (Hulteen等人)中。在特定实施例中，波长范围A可被选择为在不存在目标被分析物的情况下落在光学被分析物传感器的反射光谱中的波峰(如图5A所示的波峰2000)的最大值处或其附近。波长范围B可至少在一定程度上从波长范围A去除，在一些实施例中可在不存在目标被分析物的情况下位于光学被分析物传感器的反射光谱中的波谷最小值(如图5A所示的波谷最小值2003)处或其附近。在特定实施例中，波长B落在紧邻其波长A被监测的波峰的波谷最小值处或其附近。图5A通过示出与使用PM膜的示例性光学被分析物传感器的反射光谱叠加的两个示例性光源的发射谱带来说明这一概念。图5B不出光电检测器的对入射光波长的灵敏度。随着在吸收目标被分析物时光谱朝右偏移，光电检测器对绿色光源的响应逐渐开始下降，而对红色光源的响应开始增大。使用第一和第二光源的响应之比是可取的，因为其可帮助减小光源所输送的光的强度波动的影响。可以根据所用的具体光学被分析物传感器的性能、需要被监测的具体被分析物等因素而选择具体的波长范围。在各种实施例中，选择的波长范围A和波长范围B应使得它们的中点间隔至少20、至少40或至少60纳米。在其他特定实施例中，选择的波长范围A和波长范围B应使得它们的中点间隔至多140、至多120或至多lOOnm。在各种实施例中，第一波长范围的中心可以在波峰最大值的约10nm、20nm或40nm内，第二波长范围的中心可以在波谷最小值的约10nm、20nm或40nm内。在一些实施例中,可进行光学询问,其中波长范围A的中心在大约520nm附近，且其中波长范围B的中心在大约640nm附近。在其他实施例中，可进行光学询问，其中波长范围A的中心在大约591nm附近，且其中波长范围B的中心在大约606nm附近。如上所述，例如可以通过使用窄带光源(如LED等)来完成波长范围A和B内的询问。在其他实施例中，可利用窄带或带通滤光器对宽带光源进行滤光，以将波长范围调谐至所需光谱区。在一些示例性实施例中，一个或多个波长范围可在光谱的UV或近红外区中。PM光学被分析物传感器(例如)在那些区中呈现出波峰和波谷，因此，可提供被构造为在光谱的那些区中操作的传感器/读取器组合。如果需要，可在其他波长范围内进行额外的光学询问。这些额外的范围可在范围A与B之间、与范围A和B重叠、或在范围A和B之外。此类额外的光学询问范围(其例如可通过使用额外的光源来提供)可增大分辨率、动态范围、精度等。在此类构型中，可将表征在波长范围A内检测到的光量的检测器信号与表征在波长范围B内检测到的光量的检测器信号进行比较(如用微处理器确定比值)。此比较/比值确定可提供显著的优点。例如，可允许确认新的或更换的光学被分析物传感器处于操作条 件下(如未被过早地暴露于被分析物、损坏、未对准等)，如下文进一步描述的。因此在一些实施例中，本文所公开的方法包括获得初始比较信号并确定初始比较信号是否在可接受范围内的步骤。使用比较(如比值)信号还可增大光学读取器的动态范围。在本文所公开方法的上下文中，比较第一和第二信号(如表示在第一波长范围和第二波长范围内检测到的光量的信号)可以包括比较平均信号(如，获得多个第一信号并取它们的平均值，获得多个第二信号并取它们的平均值，然后比较第一信号平均值与第二信号平均值)以及比较各个第一信号与各个第二信号。图6示意性地示出根据本发明的光学读取器300的另一示例性实施例。光学读取器300包括两个光源312和314以及两个检测器322和324。一个或多个光源以及一个或多个检测器可安装在同一支撑件350上。这样的光学读取器还可被构造为附接至根据本发明的过滤系统(包括光学被分析物传感器)的壳体，使得至少一个光源312、314所发射的光的至少一部分从光学被分析物传感器330反射并被检测器322和324捕获。在此示例性实施例中，光源312和314可各发射与另一光源所发射的光具有不同峰值波长的不同波长范围的光。每一光源312和314可分别与光电检测器322和324结合使用，所述光电检测器被设计为检测对应光源所发射的特定波长范围内的光。图7A示出使用一个或多个宽带光源410的光学读取器400的示例性实施例。宽带光源410可为或可包括一个或多个宽带光源，例如白色LED。当使用不止一个宽带光源时，所述光源中的至少两个可被构造为具有不同的光谱范围和/或分布，如上面结合利用窄带光源的示例性实施例描述的。一个或多个宽带光源的发射光谱可简单地通过购买具有所需光谱的市售光源或者通过将一个或多个滤谱器(例如本领域普通技术人员已知的滤谱器)置于一个或多个宽带光源上方来调整。合适的滤谱器可包括透明基底上的光学涂层。作为另外一种选择，由不同的波长范围以及不同的峰值波长来表征的两个或更多个窄带光源可一起使用，以模拟宽带光源。例如，由覆盖不同基色区的波长范围和峰值波长来表征的光源可结合使用，以模拟白色光源。具体地讲，一个或多个红色、绿色和蓝色LED可结合使用。此类示例性实施例还可包括感色(color-sensing)检测器420。此类检测器允许更直接地测量光学被分析物传感器的颜色，而非简单地测量特定照明光谱范围内的反射率。感色检测器可被实现为多像素光电检测器阵列，其包括两组或更多组(优选为三组或更多组)光电检测器，这些光电检测器仅对两个或更多个(优选为三个或更多个)不同的相对窄的波长范围敏感。在一个示例性实施例中，此类感色光电检测器可包括红色、绿色、蓝色和白色光电检测器(例如光电二极管)堆。另一示例性感色检测器可包括相同或类似光电检测器的阵列，其与滤谱器重叠以实现类似的结果。适用于此类示例性实施例的滤谱器的一个例子是具有光谱透射率不同的多个区域的滤光器，例如设置在检测器阵列422上方的贴片滤谱器424，如图7B所示。滤谱器424包括由不同的光谱透射率表征的区域(贴片)。例如，一个或多个贴片424a可由红光的高透射率来表征，一个或多个贴片424b可由蓝光的高透射率来表征，一个或多个贴片424c可由绿光的高透射率来表征。此类滤谱器的一个例子是Bayer滤光器。进一步参照图7A，光学被分析物传感器430被光源410照射，反射信号通过检测器420检测。然后，可编程逻辑装置(例如，微处理器)可将检测器光学响应分解为基色，例如R、G、B。可利用标准算法对分解的响应进行处理，以推断任何相关信息(例如光学被分析物传感器430的至少一个光学特性是否发生改变、读取器400是否与传感器430对准、 等等)。在其它示例性实施例中，宽带光源可与一个或多个窄带检测器结合使用。作为另外一种选择，可通过与窄带或宽带检测器结合使用窄带光源来实现给定的预定波长范围处的询问。多个或宽带光源和/或多个或宽带光电检测器的使用可允许提高光学读取器的操作。例如，使用此类设计可检测更宽范围的可检测被分析物，可检测更宽浓度范围的被分析物，可更精确地对被分析物的浓度进行定量，可无需在每次安装新的或更换的光学被分析物传感器时都要校准光学读取器，等等。因此，在一些实施例中，采用本文所述的方法不需要在监测可能含有被分析物的大气环境之前将感测元件暴露于包含已知非零浓度被分析物的校准气体中。另外，如上所述使用颜色测量的优点在于，其无需针对任何特定的预定光谱区调整光学被分析物传感器。图8A和图SB示出用于询问根据本发明的光学被分析物传感器的根据本发明的光学读取器500的另一示例性实施例的相对的第一和第二侧面500a和500b。光学读取器500包括第一和第二光源512和514以及检测器520。第一光源由第一光谱分布来表征，第二光源由第二光谱分布来表征。例如，第一光源可通过第一峰值波长和第一波长范围来表征，第二光源可通过第二峰值波长和第二波长范围来表征。在典型的示例性实施例中，第一光谱分布不同于第二光谱分布。例如，第一和第二峰值波长和/或第一和第二波长带可不同。在此示例性实施例中，第一和第二光源512和514以及检测器520可安装在同一支撑件550 (例如印刷电路板)上。光学读取器还可包括可编程逻辑装置540，其优选也安装在支撑件550上。光学读取器500还可包括电池530、报警装置(例如，一个或多个光源516和518)、和致动器560，其全部示出于图SB中。使用者可触发致动器560以由光学读取器500开始询问光学被分析物传感器。光学读取器500可通过无线接口或通过串行接口连接至另一装置，例如计算机。因此，光学读取器可向数据库或显示器传输各种信息，例如由光学读取器通过询问根据本发明的光学被分析物传感器而获得的数据。通常，在光学读取器的测试、鉴定和/或校准期间使用串行接ロ。优选地，第一和第二光源512和514设置在支撑件550的一个侧面上，而检测器520设置在支撑件550的相对的侧面上。在此示例性实施例中，支撑件具有开ロ 520a以使得从光学被分析物传感器返回的光可到达检测器520。光源可相对于印刷电路板成一角度地安装在(如附接至)印刷电路板上，以在光源、检测器和光学被分析物传感器之间形成所需的角度。如果ー个或多个光源为发光二极管，则其可经由任何已知的安装方法电连接至印刷电路板。通孔方法可能够更好地形成所需角度，但如果需要的话，也可以使用表面安装方法。如果需要，可用ー个或多个定位装置(如夹持器、卡圈等)将ー个或多个光源以所需角度设置在印刷电路板上。光学读取器的ー个或多个上述部件可设置在壳体580的内部。优选地，至少第一和第二光源512和514、检测器520和支撑件550设置在壳体的内部。然而，光学传感器500的任何数量的部件可包封在壳体580中，在一些情况下，其全部部件均可包封在壳体中。根据本发明的光学读取器壳体可用对可见光谱的光透明的材料构造而成，例如玻璃或透明塑料，如聚碳酸酷、尼龙、聚苯こ烯。作为另外一种选择，光学读取器壳体可由不透明材料制成，但其具有设置在检测器和ー个或多个光源上方的透明部分，使得光学读取器能够照射其构造所读取的光学被分析物传感器并从该光学被分析物传感器接收光。壳体的形状可为适合于预期与其一起使用的过滤系统的任何形状。在其他示例性实施例中，所述壳体可为或可包括这样的部分，其对可见光谱的光不透明，但对其他光谱区的光透明，例如其中使用红外或近红外光源和检测器的ー个或多个区。在本发明的典型实施例中，壳体包括配准特征结构582(这里，狭槽)，其被构造为将光学读取器500与光学被分析物传感器对准，如下文详细说明的。配准特征结构的尺寸和形状可根据应用而有所不同。在一些示例性实施例中，光学读取器中可包括不止ー个相同或不同的配准特征结构。光学读取器可被构造为附接至根据本发明的过滤系统(包括光学被分析物传感器)的壳体，使得至少ー个光源512、514所发射的光的至少一部分从其设计所询问的光学被分析物传感器反射，并被检测器520捕获。图8A和图SB所示示例性实施例的构造允许使用表面安装光学器件来获得薄且形状因子小的读取器，其能够被固定在过滤系统(例如下面示出并描述的滤筒)的表面上。在典型的实施例中，光学读取器非常紧凑且薄型。例如，光学读取器(例如，图8A和图SB所示的读取器)的典型长度L可为20mm、60mm、100mm、150mm或这些值中任意值之间的任何数。此类光学读取器的典型宽度W可为10mm、30mm、40mm、70mm或这些值中任意值之间的任何数。根据本发明的光学读取器的典型重量可为5g、8g、50g、100g或这些值中任意值之间的任何数。图9A示出根据本发明的示例性光学读取器80，其被构造为询问图案化的光学被分析物传感器70，该光学被分析物传感器具有对所关注的被分析物呈现第一响应的第一区72以及对所关注的被分析物呈现不同的第二响应的第二区74。在一些示例性实施例中，第ー响应大于第二响应。例如參照本发明的图3B来描述这样的示例性图案化的传感器。在此特定示例性实施例中，第一区72被构造为用作基准，即，其对所关注的被分析物不呈现明显的(优选，可检测的)响应。然而，在第二区74中响应于所关注的被分析物而呈现光学被分析物传感器70的至少ー个光学特性的改变。光学读取器80包括至少ー个光源82和至少ー个检测器84。光学读取器80被构造为使得当其正确对准地设置以询问光学被分析物传感器70时，可认为其在第一区72和第二区74 二者中询问光学被分析物传感器70。在一个实施例中，光源82和检测器84各分别具有光投射区域82b和检测区域84b，如图9A所示。区域82b和84b由光源82所发射的光82a的立体角度和检测84a的立体角度确定，其通常由制造商设定或设计。通过选择具有合适的立体角度的光电器件并将其小心地置于支撑件85(例如，PCB)上，可设计出图9A所示具有询问能 力的光学读取器。如果光源82和检测器84处于第一和第二区72和74之间的边界70a处，则通过改变读取器和传感器之间的间距以及光源和检测器之间的距离，可増大或减小光源照射并且检测器从其捕获光的图案化膜的表面积。优选地，区域82b、84b的一半(所述区域可重合或可不重合)将在光学被分析物传感器70的第一区72中，区域82b、84b的另一半将在光学被分析物传感器70的第二区72中。通常，光源82所发射的光的至少一部分从第一区72反射并被检测器84捕获。类似地，光源82所发射的光的至少一部分从第二区72反射并被检测器84.捕获。因此，检测器84所接收的光84a将是从第一和第二区72和74接收的光的总和。对于未暴露于所关注的被分析物的光学被分析物传感器，检测器对第一和第二区72和74的响应将类似。然而，当暴露吋，由于区72和74中的至少ー个的至少ー个光学特性开始经历改变，因此检测器读数将相应改变。图9B示出根据本发明的另ー示例性光学读取器，其示出光学读取器90，该光学读取器被构造为询问图案化的光学被分析物传感器70，所述光学被分析物传感器具有对所关注的被分析物呈现第一响应的第一区72以及对所关注的被分析物呈现不同的第二响应的第二区74。光学被分析物传感器70的至少ー个光学特性响应于所关注的被分析物的改变可通过ー个或多个检测器92a-92d来检测。光学读取器90包括第一组件192和第二组件191。对于所示实施例，第一组件可称为感测组件，第二组件可称为基准组件。基准组件包括ー个或多个(这里，两个)光源93,95以及ー个或多个(这里，ー个)检测器91。光学读取器90被构造为使得当其正确对准地设置以询问光学被分析物传感器70吋，至少ー个光源93、95所发射的光的至少一部分从光学被分析物传感器70的第一区72反射，并被所述至少一个检测器91捕获。感测组件192包括ー个或多个光源和一个或多个检测器的ー个或多个区块。在此示例性实施例中，感测组件192包括四个区块，每一区块包括两个光源94a-d和96a_d以及检测器92a_d。光学读取器90被构造为使得当其正确对准地设置以询问光学被分析物传感器70时，对于感测组件192的每一区块，至少ー个光源94a-d、96a-d所发射的光的至少一部分从光学被分析物传感器70的第二区74的特定区域(A-D)反射，并被所述至少一个检测器92a-d捕获。具体地讲,第一区块的第一和第二光源94a和96a所发射的从光学被分析物传感器70的第二区74的第一区域A反射的至少一部分光被第一区块的检测器92a捕获；第二区块的第一和第二光源94b和96b所发射的从第二区域B反射的至少一部分光被第二区块的检测器92b捕获；第三区块的第一和第二光源94c和96c所发射的从第三区域C反射的至少一部分光被第三区块的检测器92c捕获；第四区块的第一和第二光源94d和96d所发射的从第四区域D反射的至少一部分光被第四区块的检测器92d捕获。优选地，第一、第二和第四区块设置在光学被分析物传感器70的区域A、B、C和D上方，使得不同区块所询问的区域之间没有重叠。在此类示例性实施例中，当所关注的被分析物蔓延穿过与根据此示例性实施例的光学被分析物传感器流体连通的过滤介质时，光学被分析物传感器70的响应的第二区74的区域A、B、C和D将依次暴露于被分析物，并因此依次发生至少ー个光学性质的改变。具体地讲，如果首先区域A，然后B，然后C，最后D经历光学改 变，则感测组件192的第一、第二、第三和第四区块将按照同样的顺序检测按序的改变。因此，本示例性实施例允许使用多步指示器。例如，一种此类定位将分别提供100%、75%、50%、25%和0%剩余使用寿命的指示。尽管感测组件中示出四个区块，且基准组件中示出一个区块，但根据本发明可使用任何其他合适数目的区块。适用于此示例性实施例的光源、检测器、光学被分析物传感器以及其他部件和装置可为上述任何合适的系统、元件或组件或者任何其他合适的系统、元件或组件。用本文所公开的方法和装置询问光学被分析物传感器时，可获得与所关注的被分析物的存在和/或浓度相关的信号。在一些实施例中，由光学读取器的至少ー个光电检测器产生的信号是电信号，例如呈电压或电流的形式。然后，这样的信号可被调控、处理等。根据本发明的光学读取器可包括ー个或多个模数转换器，在信号初始为模拟形式的情况下，所述模数转换器可提供数字形式的信号以便于可编程逻辑装置(例如，微控制器、微处理器或现场可编程门阵列)容易地处理。在多个检测器的情况下，各检测器可提供単独的信号。如果需要，可根据光学读取器的电路中常驻(如安装到软件或固件中)的算法对从所述ー个或多个光电检测器接收的信号(単独地或组合地)进行数学处理。因此，光学读取器可包括这样的部件、电路等，以根据需要执行此类所需的信号处理，以及还根据需要控制光源和/或光电检测器。參照图10的框图，本发明的光学读取器可包括可编程逻辑装置(例如，微控制器、微处理器或现场可编程门阵列)137，其可操作光源131并操作光电检测器132 (以及从其接收信号)，可对从光电检测器132接收的信号进行处理、调控等，可在存储器中保存各种数据和參数，可操作报警装置136 (例如，指示灯或显示器)，并经由接ロ139 (例如，无线或串行接ロ)与使用者通信，可经由电源135从(内部或外部)电源134接收电力，并可根据需要执行其他功能。例如，从光电检测器132收集到的信号可保存在(例如，微处理器137的)存储器中，从而可存取和查询信号的时间相关史。例如，这在以下情况中是有用的，(如在存在一定量的被分析物的情况下)光学被分析物传感器反射光谱中的第二波峰充分偏移而靠近波长范围A，使得在由波峰产生的波长范围A内接收到的信号类似于在不存在被分析物时从第一波峰初始接收到的信号。通过遵循从光电检测器132接收的信号的时间相关史(如波长范围A中的信号下降，然后再次朝其初始值上升)，本发明实施例可能够将这样的情况(如可能由大量被分析物导致)与其中在可能暴露于被分析物期间接收到相对恒定的反射光信号的情况区分开来。使用比较(如比值)信号时可进行类似的信号处理。其他信息可保存在微处理器137的存储器中，以增强本发明的示例性实施例的功能。例如，可提供有关可对来自ー个或多个检测器的信号进行比较的ー个或多个预定条件(如经由感测元件暴露于已知被分析物浓度而以经验导出或获得的预定响应曲线)的信息，以使信号(如波长范围A处的光的強度)、或比较信号(如波长范围A处与波长范围B处的光強度之比)等与被监测环境中被分析物的浓度相关。因此，示例性实施例可通过将比较信号与预定响应曲线关联起来以获得与被分析物浓度相关或表示该浓度的浓度值而运行。可将单个响应曲线预载入(如永久性地)示例性实施例的存储器中；或者可将响应曲线定期上传到存储器中，以便用于光学被分析物传感器的特定设计、特定被分析物等。可使用多个响应曲线。在本文所公开的方法的上下文中，将比较信号与响应曲线关联起来包括关联平均比较信号(如通过获取多个比较信号并取其平均值而获得)、以及关联各个比较信号。将检测器所获得的信号与保存在存储器中的阈值关联起来还可允许使用者设定其自己的用于触发特定响应的标准，例如视觉指示或听觉指示、数据记录等。在具有高毒性污染物的环境中，例如，使用者可能希望传感器对非常低的浓度作出响应，并可相应地设定此阈值。相比之下，低毒性污染物可能不需要设定如此低的阈值。概括地说，基于如本文所述接收和/或处理的信号，本发明的实施例可经由报警特征生成通知信号，该通知信号与吸附剂床中的特定位置处所关注的被分析物的存在关联(例如，表示吸附剂床中的特定位置处所关注的被分析物的存在)。可通过报警特征( 例如，通过视觉、听觉或触觉信号)将该通知信号传输给本发明的示例性实施例的使用者。在一个实施例中，通知信号可以是被分析物浓度的实际数值。除此之外，和/或取而代之，可提供尽管不是数值但与此类数值相关的通知信号。例如，在检测到被分析物和/或检测到特定量的被分析物时，本发明的实施例可提供听觉信号(如蜂鸣声、啁啾声、警报信号)、视觉信号(例如，ー个或多个指示灯)和/或振动信号。在一些示例性实施例中，报警装置可能够提供视觉指示和听觉指示中的至少ー种。在一个实施例中，报警装置包括不同顔色的一个或多个闪光灯和/或指示灯(如緑色表示光学读取器正在工作，红色指示特定条件)。本发明的一些实施例可提供非定量性指示(例如指示所关注的被分析物是否以(如)高于一定浓度的量存在)。一些实施例可提供半定量和/或定量信息(如估计或指示被分析物的浓度)。一些实施例可提供累计指示(即，源于范围可长达数小时的一段时间内所监测空气中被分析物的浓度的综合指示)。这种类型的指示可用于将污染物穿过过滤系统的进度提供给使用者。在一些其他实施例中，本发明的实施例可提供周期性或甚至“实时”读数。在一些实施例中，本发明的示例性实施例可实时或周期性地(如通过发送数据记录的信息)将此类信息传输给接收站或远程装置，例如数据库。例如，本发明的示例性实施例可将此类信息(如通过无线或红外传输)发送给计算机、工作站、中央处理设施等。本发明的实施例中所包括的无线接ロ可提供一种无缝和透明方式来将过滤系统的实时或周期性状态更新经由无线显示传输给使用者或管理者或エ业保健师。图11A、图11B、图IlC和图IlD示出根据本发明的另ー示例性过滤系统600。该示例性过滤系统是滤筒600，其可用在PAPR的涡轮单元中，例如结合图I描述的涡轮单元14。滤筒600包括壳体620以及设置在壳体620内的过滤介质622，例如吸附剂材料(如活性炭)。光学被分析物传感器628也设置在壳体620内，并与过滤介质622流体连通。如上所述，光学被分析物传感器628可包括响应于被分析物而改变其至少ー个光学特性的检测介质，并且其设置在壳体620内，使得检测介质与过滤介质622流体连通。壳体620的壁626包括观察ロ，例如透明部分627，可通过该观察ロ询问光学被分析物传感器628。过滤系统600还包括可移除壳体部分630，其能够可移除地附接至壳体620。尽管在图11A-11D中示出可移除壳体部分630为环绕壳体620的外壁626的结构，但可移除部分可采取多种其他合适的形状。在一些实施例中，可移除壳体部分可为卡圈或裙边或者上盖或顶盖的形式。图12示出根据本发明的可移除壳体部分635的可供选择的实施例，其成形为上盖或顶盖。光学读取器655可以与结合根据本发明的可移除壳体部分描述的相同方式永久性地或可移除地附接至可移除壳体部分635或过滤器壳体。在其他示例性实施例中，可移除壳体部分可仅部分地环绕或覆盖壳体，例如，可移除壳体部分可仅环绕壳体620的外壁626的一部分。其他构型也在本发明的范围内。可通过任何合适的附接机构(例如，ー个或多个弹性搭扣配合特征)来将壳体部分630可移除地附接至壳体620。图13A示出附接机构660的一个示例性实施例，其包括一个或多个凸片663以及ー个或多个配合狭槽662。尽管图中示出凸片是可移除壳体部分630的一部分，狭槽是壳体620的一部分，但这些特征的位置可以任何合适的方式反转和改变。图12和图13B示出附接机构的的另ー示例性实施 例。图12示出ー个或多个(优选，多个)斜肋665，其被构造为与ー个或多个(优选，多个)钩部664接合。其他合适的附接机构可包括一个或多个闩锁(例如，结合图18A和图18B描述的闩锁)、螺纹特征、或者将壳体620与壳体部分630接合的单独的接合部件(例如，螺钉、螺母或夹片)。因此，在ー些示例性实施例中，当滤筒过期时，根据本发明的附接特征允许容易地将可移除壳体部分拆卸，并将其保留下来以便于随后的滤筒使用。在其他示例性实施例中，壳体部分630可永久性地附接(例如，通过粘合剤)。进ー步參照图IlA至图11D，过滤系统600包括光学读取器650。光学读取器(包括其电路和电源)可以与结合根据本发明的可移除壳体部分描述的相同方式永久性地或可移除地附接至壳体部分630或过滤器