[發明專利]一種氣體濃度快速感知裝置及感知方法

在審

• 申請號: 201811158536.0
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109142642A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 吳玉秀;駱正磊;張捍東;楊筱靜
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 平靜;胡鋒鋒

本發明公開了一種氣體濃度快速感知裝置及感知方法，屬于氣體傳感器技術領域。它包括計算機、伺服電機和控制面板，所述伺服電機、控制面板和計算機依次電性連接，還包括支架和濃度氣室，所述支架的上端電性連接伺服電機、下端處于濃度氣室內；同時，所述支架的下端安裝有雙氣體傳感器模塊，所述雙氣體傳感器模塊電性連接控制面板；本發明通過伺服電機作為控制支架運動的動力源，而雙氣體傳感器模塊則隨著支架的運行上下移動，并記錄濃度氣室中的氣體濃度，其中控制面板記錄著雙氣體傳感器模塊的測試數據，根據具體數據選擇合適的程序，對具體數據進行分析處理，從而處理結果更加準確，同時不需要對測量氣體進行多次處理，減少了測量誤差。

技術領域

本發明屬于氣體傳感器技術領域，具體地說，涉及一種氣體濃度快速感知裝置及感知方法。

背景技術

隨著石油化學工業和商業化學品的生產和發展，易燃、易爆和有毒氣體的種類和應用范圍都得到了飛速增長。由這些氣體的泄露引起的中毒、爆炸和火災等事故嚴重威脅人民生命財產安全，因此，對這些危險氣體進行快速準確的檢測和監控是十分必要的。其中常用的金屬氧化物氣體傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化還原反應以導致敏感元件組織發生變化而制成，此類傳感器與其它種類傳感器相比具有壽命長、重復性好、性能穩定、制作成本低、安裝維護簡單等特點，因而得到廣泛應用。但這種傳感器一個比較突出的問題是具有較大的動態響應滯后，導致傳感器響應在濃度時變環境下大多數時間都無法達到穩態值，從而造成較大的測量誤差，因此，在對濃度響應實時性要求較高的場合中，如何快速正確的由測量值提取真實濃度信息是提高氣體傳感器感知氣體速度的關鍵。

動態響應滯后分為線性滯后和非線性滯后兩種情況。對于非線性常見的方法有①硬件修正與補償：設計復雜的硬件電路來修正和補償傳感器的非線性，如利用乘方電路實現氣敏傳感器非線性特性的線性化補償，但這類方法通常存在互換性差和電路配置較困難等問題；②軟件修正與補償：采用數據處理的方法修正和補償傳感器的非線性，如分區間二次插值擬合法、數學建模法等。期刊《儀表技術與傳感器》中的《氣體傳感器信號提取關鍵技術研究》，針對線性滯后：將傳感器等效為一階線性延時模型，直接用氣體信號時域響應模型計算的結果測量濃度，該方法優點是可以得到較高的信噪比，但其不足之處在于計算量較大，占用系統資源高。針對非線性滯后：提出采用移位回歸的方法來消除，但并未解決氣體傳感器響應時間長的問題。期刊《傳感技術學報》中的《金屬氧化物氣體傳感器的非線性處理方法》，根據氣體傳感器在雙對數域中存在線性或近似線性關系的原理，通過三點標定進行非線性修正。該方法包括預處理和標定兩個部分，其優點是不需要增加額外的硬件成本就可實現高精度的氣體測量，但其不足之處在于受環境溫濕度變化影響較大。

中國專利公開號：CN102109487A公開日：2011.06.29公開了一種用于檢測超低濃度氣體的傳感器，確保傳感器對分析氣體的檢測在恒壓、恒流、恒濕、恒溫以及消除干擾氣體影響的條件下進行，從而最大程度的消除氣體流動、壓力、濕度與溫度以及氣體組成等變化因素的干擾，提高傳感器的信噪比，達到1-10ppb的檢測下限與精度。該傳感器包括：氣體過濾裝置，減小氣樣中對被測氣體檢測信號產生ppb量級或更大信號干擾的微粒與干擾氣體；恒流恒壓裝置，連接到氣體過濾裝置，對經過濾的氣體的流速和壓力進行控制；恒濕恒溫裝置，連接到恒流恒壓裝置，將濕度控制在對被測氣體檢測信號產生恒定或可以通過零點校正消除影響的范圍內，并控制氣體的溫度；以及檢測裝置，置于恒濕恒溫裝置內，對氣體進行檢測。但是該發明的不足之處在于：該裝置對分析氣體進行檢測時，對環境要求嚴格，需要進行恒壓、恒流、恒濕、恒溫處理，過程復雜，不便操作，不利于長期使用。

發明內容

1、要解決的問題

針對現有金屬氧化物氣體傳感器存在的感知速度慢的問題，本發明提供一種氣體濃度快速感知裝置及感知方法；該發明根據具體數據選擇合適的程序，對具體數據具體分析處理，從而處理結果更加準確。

2、技術方案

為解決上述問題，本發明采用如下的技術方案。