[發明專利]采樣氣室、基于QPSO算法的紅外氣體傳感器及氣壓補償方法

在審

• 申請號: 201811562034.4
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109696413A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 常建華;趙勇毅;沈婉;趙正杰
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

1.一種采樣氣室，其特征在于，所述采樣氣室沿縱長方向設置有第一端部和第二端部，其中，第一端部上設置有一進氣口，第二端部上設置有一出氣口；

所述采樣氣室包括電調制紅外光源、反光鏡、熱釋電探測器、反光杯、第一凹面鏡、兩個第二凹面鏡；

所述電調制紅外光源固定安裝在采樣氣室臨近第一端部的頂部，所述反光鏡固定在電調制紅外光源的下方，反光鏡的反射面朝向電調制紅外光源、并且與采樣氣室的軸中心線呈45度角；

所述熱釋電探測器固定安裝在采樣氣室臨近第一端部的底部，其探測面朝向電調制紅外光源，所述反光杯固定在其上方，反光杯的反射面朝向熱釋電探測器；

所述第一凹面鏡設置在第一端部的中心位置，第一凹面鏡的曲率半徑為R₁；

所述兩個第二凹面鏡拼接后設置在第二端部的中心位置，兩者的拼接線與采樣氣室的軸中心線重疊，第二凹面鏡的曲率半徑為R₂；

所述R₁>R₂。

2.根據權利要求1所述的采樣氣室，其特征在于，所述采樣氣室的進氣口內側設置有防水透氣膜。

3.根據權利要求1所述的采樣氣室，其特征在于，所述采樣氣室的內壁采用黃銅鍍金層。

4.一種基于QPSO算法的紅外氣體傳感器，其特征在于，所述紅外氣體傳感器包括紅外傳感器、氣壓傳感器和微處理系統，其中，紅外傳感器采用權利要求1-3任意一項中所述的采樣氣室；

所述紅外傳感器、氣壓傳感器分別與微處理系統電連接；

所述紅外傳感器采用具有單光源雙光路特性的電調制紅外光源，兩條光束在采樣氣室內經多次反射后被熱釋電探測器接收，兩條光束所經路徑分別被定義成測量通道和參比通道；

所述熱釋電探測器響應于接收到電調制紅外光源發出的兩條光束，將之分別轉換成一測量電壓U₀和一參比電壓U₁發送至微處理系統；

所述氣壓傳感器設置在采樣氣室底部，被設置成實時探測采樣氣室內氣壓值，并將探測的氣壓值轉換成一氣壓電壓U₂發送至微處理系統；

所述微處理系統內設置有一氣壓補償模塊，氣壓補償模塊內配置有一量子粒子群算法模型；

所述微處理系統接收熱釋電探測器發送的測量電壓U₀和參比電壓U₁、以及氣壓傳感器發送的氣壓電壓U₂，歸一化處理后，發送至氣壓補償模塊進行氣壓補償計算，以獲取經氣壓補償后的氣體濃度。

5.根據權利要求4所述的基于QPSO算法的紅外氣體傳感器，其特征在于，所述紅外氣體傳感器還具有一顯示單元；

所述顯示單元與微處理系統電連接，用以顯示經氣壓補償后的氣體濃度。

6.一種基于QPSO算法的紅外氣體傳感器氣壓補償方法，其特征在于，所述氣壓補償方法包括：

S1：創建量子粒子群算法模型；

S2：接收熱釋電探測器發送的測量電壓U₀和參比電壓U₁、以及氣壓傳感器發送的氣壓電壓U₂，進行歸一化處理；

S3：將歸一化處理后的數據發送至已創建的量子粒子群算法模型的輸入層，量子粒子群算法模型對其進行氣壓補償計算后，由量子粒子群算法模型的輸出層輸出計算結果，將輸出的計算結果作為經氣壓補償后的氣體濃度。

7.根據權利要求6所述的基于QPSO算法的紅外氣體傳感器氣壓補償方法，其特征在于，步驟S1中，創建量子粒子群算法模型的方法包括以下步驟：

S11：將紅外氣體傳感器的熱釋電探測器檢測通道輸出電壓U₀、參比通道的輸出電壓U₁以及氣壓傳感器的輸出電壓U₂發送到微處理系統，對電壓數據進行歸一化處理，將歸一化后的處理數據作為量子粒子群算法的輸入樣本；

S12：隨機初始化粒子群中各粒子的位置；

S13：計算粒子群中所有粒子個體最好位置的平均；

S14：計算每個粒子的當前適應度值，并與該粒子歷史最好適應度值進行比較，值小的作為該粒子最好適應度值；

S15：比較粒子群中每個粒子的最優適應度值，最小值作為當前迭代全局最優適應度值，其位置作為全局最優位置；

S16：比較當前全局最優值與歷史全局最優值，值小的作為全局最優值，其位置作為全局最優位置；

S17：更新粒子群中各粒子的位置，公式如下：

u_i,j(t)～U(0,1)

S18：若滿足終止條件，輸出群體的全局最優位置；否則，返回步驟S12進行下一迭代；

S19：根據以上步驟所得的參數，創建微處理器中的量子粒子群算法模型。