[發明專利]電化學瓦斯傳感器的一種快速響應方法

有效

• 申請號: 201310689558.0
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103630588A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 李振璧;姜媛媛;李璇
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及瓦斯傳感器技術領域，具體涉及電化學瓦斯傳感器的一種快速響應方法。

背景技術

瓦斯傳感器用于在煤炭開采過程中連續監測空氣中的甲烷含量，即瓦斯濃度。現有瓦斯傳感器主要有光學式和電化學式（載體催化元件式）等類型。目前我國煤礦行業中，最為廣泛和大量使用的是電化學式甲烷傳感器。

電化學式甲烷傳感器采用載體催化元件為檢測元件。工作時，被測環境中的甲烷以擴散方式透過起隔離作用的金屬海綿進入傳感器探頭氣室與敏感元件發生化學反應，從而產生與甲烷濃度相對應的電信號。傳感器的這種結構和原理決定了其具有可觀的測量延遲。

瓦斯傳感器的動態響應特性是按照指數規律逐漸逼近被測量的濃度值的。當氣體的甲烷濃度發生變化時，傳感器并不能立即指示出甲烷濃度的真實值。需要一個漸變的過程。直到過渡過程結束之后才能獲得濃度的真實值。且單片機等信號處理系統也需要一定的信號處理和信號傳輸時間，因此瓦斯傳感器存在著一定的滯后延遲時間，即存在響應延遲現象。各類瓦斯傳感器（如光學式、紅外式、載體催化元件式）的延遲時間不等。目前我國最普遍采用的電化學式甲烷傳感器的延遲時間大約在10～30秒。

隨著測控技術的發展，對傳感器的性能提出了越來越高的要求，傳感器須具有良好的動態特性及快速敏感性。在對安全性要求很高的煤礦生產領域，需通過瓦斯傳感器準確快速的獲取現場瓦斯濃度，要求瓦斯傳感器動態特性高，且延遲時間越小越好，即能夠快速響應甲烷濃度的變化。現有技術中，多為通過改進敏感元件本身以提高瓦斯傳感器的響應速度，而敏感材料本身的固有特性使得響應速度提升空間較小。

基于前述分析，本發明提出一種瓦斯傳感器的快速響應方法，以減小瓦斯傳感器延遲時間，本案由此產生。

發明內容

本發明的目的，在于提供電化學瓦斯傳感器的一種快速響應方法，其能夠縮短瓦斯傳感器的延遲時間，提高瓦斯傳感器的動態響應特性，以快速準確的獲取被測瓦斯濃度值。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

電化學瓦斯傳感器的一種快速響應方法，包括如下步驟：

（1）以電化學瓦斯傳感器原延遲時間Δt的為采樣周期，采集m個瓦斯濃度值T_i，其中0<m<<n，m、n均為正整數，i=1,2,…,m；

（2）利用步驟（1）所采集的m個瓦斯濃度值T_i建立離散灰色模型DGM(1，1)；

（3）利用步驟（2）中所建離散灰色模型DGM(1，1)進行前向預測，獲得灰色預測值其中T~1=T1,0<m<<n;]]>

（4）以步驟（3）中所獲取的灰色預測值為輸入，實際瓦斯濃度值T_i為輸出，訓練高斯過程回歸模型；

（5）利用步驟（3）中所獲取的灰色預測值以及步驟（4）所訓練的高斯過程回歸模型，計算得到瓦斯濃度值C_n即為待求瓦斯濃度值，使得瓦斯傳感器在的時間內獲取了Δt時的濃度，也即瓦斯傳感器響應時間減少了其中0<k<m<n且k為整數。

本發明的電化學瓦斯傳感器的一種快速響應方法，所述步驟（2）的具體方法為：