[發明專利]基于曲面擬合的二氧化碳氣體傳感器的標定方法及其系統

有效

• 申請號: 202110050533.0
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112903617B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 呂晶;毛科技;邱杰凡;池凱凱
• 申請（專利權）人: 杭州麥樂克科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/01
• 代理公司: 杭州裕陽聯合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 張解翠

基于曲面擬合的二氧化碳氣體傳感器的標定方法及其系統，方法包括：獲取每個初始氣體傳感器的第一采集電壓；對初始氣體傳感器的每個第一采集電壓進行歸一化處理得到第一處理數據；對每個初始氣體傳感器進行曲面擬合得到候選擬合曲面模型；獲取待標定氣體傳感器的第二采集電壓；對待標定氣體傳感器的每個第二采集電壓進行歸一化處理以得到第二處理數據；根據第二處理數據和環境溫度得到每個候選擬合曲面模型的輸出值，計算輸出值和二氧化碳濃度之間的差值，并計算得到每個候選擬合曲面模型的差值的絕對值之和；將最小的絕對值之和對應的候選擬合曲面模型作為待標定氣體傳感器的標定擬合曲面模型。有益效果：提高準確性，并且減少標定成本。

技術領域

本發明涉及氣體傳感器領域，尤其涉及基于曲面擬合的二氧化碳氣體傳感器的標定方法及其系統。

背景技術

工業生產、環境監測等各個領域都需要對CO2氣體濃度進行檢測。CO2氣體濃度檢測方法有很多種，其中，非色散紅外(NDIR)檢測技術被廣泛采用,該技術是利用CO2氣體分子對特定的紅外光譜(如4.26μm)具有強烈吸收原理,對CO2氣體進行定量分析。

目前用來檢測二氧化碳的傳感器有催化燃燒式傳感器和紅外氣體傳感器等；其中，催化燃燒式傳感器當遇到硫化氫、氯化物等化合物時，會使傳感器中用來催化燃燒的催化劑中毒，這樣會導致傳感器喪失敏感性而失效；而紅外氣體傳感器相對其它氣體傳感器而言，在比較短的時間便可以開始工作，而且當氣體的濃度發生變化時，也能夠在短時間內做出響應并達到穩定。然而紅外氣體傳感器工作時是以產生的光電信號來作為檢測的參考量，而并非電信號。并且紅外氣體傳感器采用的是紅外吸收原理，工作時產生有用信號會變得明顯，干擾信號相對氣體傳感器較小，因此傳感器系統擁有較高的信噪比。

紅外氣體檢測技術是一種在環境監測、智能家居、醫療衛生、公眾場合空氣監測、工業過程控制等方面具有廣泛應用的非直接接觸式實時氣體檢測技術。其具有精度高、選擇性好、可靠性高、不中毒、不依賴于氧氣、受環境干擾因素較小、壽命長等顯著優點，因此紅外氣體檢測技術得到了廣泛的重視和應用。

然而紅外二氧化碳傳感器是基于朗伯-比爾定律和氣體對光譜的選擇性吸收等原理，其特征吸收峰在4.26μm，其吸收關系符合朗伯-比爾吸收定律，即I＝I0exp(-KCL)，其中I為輸出光強度，I0為輸入光強度，C為濃度，K為CO2氣體的吸收系數，L為氣體與光源作用的有效長度。

并且在利用非色散紅外氣體傳感器對氣體濃度進行檢測時，由于氣體吸收特性即參數K的值容易受到溫度的影響，并且溫度變化會引起氣體濃度、二氧化碳分子活性、光源穩定性等變化，直接根據熱釋電探測器的輸出電壓來估算CO2氣體濃度往往會造成測量結果的準確性低，不具備投入使用的價值，這時候就需要使用算法對測量結果進行溫度補償修正，使設備能夠投入使用。

目前，對于由檢測環境壓力變化引起的測量誤差進行補償的方法主要是讓新生產的傳感器節點根據自己的大量樣本數據來建立一個準確的模型，然而每個樣本數據的產生均需要30-60分鐘，其主要原因是在采集樣本數據時需要進行配氣并等待配氣穩定，然而上述現有技術往往需要耗費大量時間、人力和物力。因此，為每個傳感器節點根據自己的大量樣本數據來單獨建立一個數據模型在成本以及其他方面均不太現實。

發明內容

本發明針對現有技術中的缺點，提供了一種基于曲面擬合的二氧化碳氣體傳感器的標定方法，其中，包括以下步驟：

步驟S1，獲取每個初始氣體傳感器的多個第一采集電壓，獲取每個第一采集電壓的環境溫度和/或二氧化碳濃度不同；

步驟S2，對初始氣體傳感器的每個第一采集電壓進行歸一化處理，以得到每個第一采集電壓對應的第一處理數據；

步驟S3，根據每個初始氣體傳感器的第一處理數據、環境溫度和二氧化碳濃度進行曲面擬合，以得到每個初始氣體傳感器對應的候選擬合曲面模型；