[發明專利]一種便攜式電子鼻系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201610452891.3
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN105911228B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 劉濤;陳艷兵;崔興瑞;李東琦;張磊;武萌雅
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N35/00
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 姜彥

1.一種便攜式電子鼻系統的控制方法，其特征在于，該便攜式電子鼻系統的控制方法包括：

步驟一、通過液晶顯示屏和按鍵輸入檢測采樣氣體中基線段、測試段、吹掃段每個階段的時間、溫度和氣壓設定值；

步驟二、基線段、測試段中氣敏傳感器采用時分復用方法進行自動控制氣敏傳感器加熱電壓通斷或者強弱，氣壓傳感器采用氣壓傳感器+可調速真空泵的穩壓方法對密閉測試腔調節氣壓；

步驟三、吹掃段中在被測氣體測試完成后，進行氮氣或清潔空氣吹掃，并顯示吹掃中當前階段、已花費時間、當前階段剩余時間、剩余總時間的信息；

步驟四、檢測采樣氣體中基線段、測試段、吹掃段完成后，對過程中的數據儲存，或重新返回步驟一。

2.如權利要求1所述的便攜式電子鼻系統的控制方法，其特征在于，氣敏傳感器采用的時分復用方法為：

氣敏傳感器穩定閾值θ的學習：

在進行基線檢測時，對于一個由N個氣敏傳感器組成的傳感器陣列，若第i個氣敏傳感器t時刻的響應值為x_i(t)，其中i∈{1，2，…，N}，當t＝1時，令：

ximin=xi(1)ximax=xi(1),]]>

其中分別表示第i個氣敏傳感器影響波動最小值與最大值，當t≠1時，令：

ximin=xi(t),xi(t)<ximinximax=xi(t),xi(t)>ximax,]]>

當基線檢測完成時，計算第i個氣敏傳感器穩定閾值：

θi=ximax-ximin;]]>

基于氣敏傳感器穩定閾值θ的氣敏傳感器加熱電壓控制：

在被測氣體測試階段，對于一個由N個氣敏傳感器組成的傳感器陣列，若第i個氣敏傳感器t時刻的響應值為x_i(t)，其中i∈{1，2，…，N}，令濾波平滑后的輸出x′_i(t)為：

xi′(t)=axi′(t-1)+(1-a)xi(t),t>1xi′(t)=xi(t),t=1,]]>

其中a為平滑因子且α∈(0，1)；若輸出x′_i(t)滿足條件：

|x′_i(t)-x′_i(t-1)|≤θ_i，

則將x′_i(t)記為第i個傳感器的有效響應值y_i，當前時刻為t_i，令t₀＝max(t_i)，則：

Controli(t)=1,t∈(t0+(i-1)K·T,t0+i·K·T)Controli(t)=0,otherwise,---(1)]]>

其中Control_i(t)表示第i個氣敏傳感器t時刻的加熱控制變量，“1”表示加熱，“0”表示不加熱；T為單個氣敏傳感器一次加熱時間，人工設置；K為自然數；對于響應值穩健性，使用以下公式對第i個氣敏傳感器的響應值y_i進行迭代：

{yi=β·yi+(1-β)yi′,t∈(t0+(i-1)K·T,t0+i·K·T)yi=yi,otherwise,---(2)]]>

其中y′_i為加熱過程中獲得的當前第i個氣敏傳感器的有效響應值，β為遺忘因子；

通過式(1)使氣敏傳感器的加熱電壓在t₀時刻以后交替產生，通過式(2)使氣敏傳感器響應值在加熱電壓作用時讀取，通過引入β使響應值保持穩健性；

氣壓傳感器+可調速真空泵的穩壓方法為：

使用壓力傳感器模塊將密閉測試腔內的實時氣壓值通過串行接口發送給單片機，單片機將當前氣壓加權均值與設定氣壓閾值進行比較，根據比較結果改變PWM信號的周期和頻率，以此調節真空泵電機的轉速；具體為：

將t時刻密閉測試腔內的實時氣壓值記為x(t)，令：

xi′(t)=γxi′(t-1)+(1-γ)xi(t),t>1xi′(t)=xi(t),t=1,]]>

其中γ為氣壓平滑系數，將x′_i(t)與設定的氣壓閾值進行比較，根據比較結果進行電機轉速控制：

speed=up,xi′(t)>θgas+δspeed=down,xi′(t)<θgas+δ,]]>

其中up代表增速、down代表降速，θ_gas代表設定的氣壓閾值，δ表示氣壓控制誤差；

一種利用所述便攜式電子鼻系統的控制方法的便攜式電子鼻系統，該便攜式電子鼻系統設置有進樣控制系統、氣敏傳感器陣列、單片機；進樣控制系統與單片機連接，用于穩定進樣氣體流速和壓力；進樣控制系統設置有質量流量控制器、三通閥、干燥器、密閉測試腔、可調速真空泵；質量流量控制器、三通閥、干燥器、密閉測試腔、可調速真空泵依次連接；

氣敏傳感器與單片機連接，用于檢測進樣氣體流速、溫度和壓力，并將檢測的信號傳輸給單片機，所述氣敏傳感器陣列位于密閉測試腔內，氣敏傳感器陣列設置有氣敏傳感器、溫度傳感器、氣壓傳感器；

所述單片機用于接收進樣控制系統和氣敏傳感器陣列傳輸的信號，經信號處理后對進樣控制系統和氣敏傳感器陣列實時狀態進行控制。