详情

原文传递基于单个传感器进行气体识别的方法与装置

专利名称：	基于单个传感器进行气体识别的方法与装置
摘要：	本发明公开了一种基于单个传感器进行气体识别的方法及装置，包括：对单个传感器施加短周期脉冲加热电压，获取未知气体的测试电流，分别计算最大时间和气敏响应值序列。根据最大时间确定其在预先建立的气体特征识别库中的浓度‑最大时间关系曲线中的位置，初步预判气体的可能种类及浓度。根据气敏响应值序列在雷达图中的闭合包络线，与预先建立的气体特征识别库中雷达图中的闭合包络线簇进行匹配，并结合初步预判，最终识别出气体的种类及浓度。本发明通过采用单个传感器即可实现气体识别，简便易操作，并极大减小了传感器规模，同时采用短周期热调制处理使单个传感器周期性地处于多个实验温度下，快速获取大量实验数据，进一步提升工作效率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安交通大学
发明人：	杨爱军;李渭娟;王小华;褚继峰;刘柱;袁欢;荣命哲
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-24T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910443500.5
公开号：	CN110095508A
代理机构：	北京中济纬天专利代理有限公司
代理人：	覃婧婵
分类号：	G01N27/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	710049 陕西省西安市咸宁西路28号
主权项：	1.一种基于单个传感器进行气体识别的方法，包括： S1、对第一传感器施加短周期脉冲加热电压，使第一传感器周期性的处于N′个不同温度点下；其中，所述第一传感器置于第一测试气室中； S2、向第一测试气室通入未知气体； S3、获取所述第一传感器在N′个不同温度点下感测未知气体的测试电流It，It为当前加热周期中对应时刻的测试电流； S4、分别计算N′组测试电流It的电流变化率Dt，然后生成Dt曲线簇；获取Dt曲线簇中的Dt最大值，计算从通入未知气体开始至Dt最大值之间的时间，记为最大时间τm；计算未知气体在1至N′个温度点下的气敏响应值序列，并将所述气敏响应值序列取对数，然后按照每个周期内各温度点的时间顺序，在雷达图中生成闭合包络线； S5、确定所述最大时间τm在预先建立的气体特征识别库中的浓度-最大时间关系曲线中的位置，初步预判未知气体的可能种类及浓度；将所述在雷达图中生成的闭合包络线，与预先建立的气体特征识别库中的雷达图中的闭合包络线簇进行匹配，并结合上述预判，最终识别出未知气体的种类及浓度。 2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤S4中，优选的，通过下式分别计算N′组测试电流It的电流变化率Dt；其中，It-N′为前一个加热周期中对应时刻的测试电流。 3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤S4中，计算从通入未知气体开始至Dt最大值之间的时间，记为最大时间τm，公式如下：其中，上述公式表示最大时间τm取Dt(1)，Dt(2)，…，Dt(N′)的最大值对应的横坐标的平均值，argmaxDt(N)表示对应Dτ(N)取最大值时的横坐标。 4.根据权利要求1所述的方法，所述步骤S4中，计算未知气体在1至N′个温度点下的气敏响应值序列，其中，气敏响应值公式定义如下： SN＝IgN/IaN 其中，IgN为测试气氛下通过第一传感器的饱和电流，IaN为背景气氛下通过第一传感器的电流，根据上式分别计算1至N′个温度点下的气敏响应值，得到气敏响应值序列。 5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤S1中，短周期脉冲加热电压的信号波形为矩形波、三角波或正弦波中的一种，周期为5～10s，电压峰-峰值为0.5～1.75V。 6.根据权利要求1至5任一所述的方法，所述方法识别未知气体的种类为至少一种，所述N′的取值范围为5～20。 7.一种基于单个传感器进行气体识别的装置，包括：第一传感器、第一测试气室、第一外部电源和信号发生电路、第一气体通入单元、第一测试电流获取单元、第一计算单元和气体识别单元；其中，所述第一传感器置于第一测试气室中，用于感测通入所述第一测试气室中的未知气体；所述第一外部电源和信号发生电路，用于对第一传感器施加短周期脉冲加热电压，使第一传感器周期性的处于N′个不同温度点下；所述第一气体通入单元，用于向第一测试气室通入未知气体；所述第一测试电流获取单元，用于获取所述第一传感器在N′个不同温度点下感测未知气体的测试电流It，It为当前加热周期中对应时刻的测试电流；所述第一计算单元，用于分别计算N′组测试电流It的电流变化率Dt，然后生成Dt曲线簇；获取Dt曲线簇中的Dt最大值，计算从通入未知气体开始至Dt最大值之间的时间，记为最大时间τm；计算未知气体在1至N′个温度点下的气敏响应值序列，并将所述气敏响应值序列取对数，然后按照每个周期内各温度点的时间顺序，在雷达图中生成闭合包络线；所述气体识别单元，用于确定所述最大时间τm在预先建立的气体特征识别库中的浓度-最大时间关系曲线中的位置，初步预判未知气体的可能种类及浓度；将所述在雷达图中生成的闭合包络线，与预先建立的气体特征识别库中的雷达图中的闭合包络线簇进行匹配，并结合上述预判，最终识别出未知气体的种类及浓度。 8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一传感器包括自上而下依次设置的测试层、衬底和加热层；所述测试层包括测试电极，所述测试电极表面涂覆有纳米气敏薄膜；所述加热层包括加热电极和加热材料。 9.一种气体特征识别库的建立方法，包括： A1、对第二传感器施加短周期脉冲加热电压，使第二传感器周期性的处于N′个不同温度点下；其中，所述第二传感器置于第二测试气室中； A2、将n组同一种类不同浓度的测试气体依次通入第二测试气室，使所述第二传感器依次感测不同浓度的测试气体；其中，n由用户根据实际情况自行定义； A3、分别获取所述第二传感器在N′个不同温度点下感测每组测试气体的测试电流It，It为当前加热周期中对应时刻的测试电流； A4、分别计算每组测试气体所对应的N′组测试电流It的最大时间，然后生成该n组同一种类不同浓度的测试气体的浓度-最大时间关系曲线； A5、分别计算每组测试气体在1至N′个温度点下的气敏响应值序列，并对每组气敏响应值序列分别取对数，然后按照每个周期内各温度点的时间顺序，生成该n组同一种类不同浓度的测试气体在雷达图中的闭合包络线簇； A6、释放第二测试气室中的气体，通入另一种不同种类的测试气体，重复执行A1至A5，直至生成m组不同种类气体的浓度-最大时间关系曲线和在雷达图中的闭合包络线簇；其中，m由用户根据实际情况自行定义； A7、存储所述m组不同种类气体的浓度-最大时间关系曲线和在雷达图中的闭合包络线簇。 10.一种气体特征识别库的建立装置，包括第二传感器、第二测试气室、第二外部电源和信号发生电路、第二气体通入单元、第二测试电流获取单元、第二计算单元和气体特征识别库；其中，所述第二传感器置于第二测试气室中；所述第二外部电源和信号发生电路，用于对第二传感器施加短周期脉冲加热电压，使第二传感器周期性的处于N′个不同温度点下；所述第二气体通入单元，用于将n组同一种类不同浓度的测试气体依次通入第二测试气室，使所述第二传感器依次感测不同浓度的测试气体；其中，n由用户根据实际情况自行定义；所述第二测试电流获取单元，用于分别获取所述第二传感器在N′个不同温度点下感测每组测试气体的测试电流It，It为当前加热周期中对应时刻的测试电流；所述第二计算单元，用于分别计算每组测试气体所对应的N′组测试电流It的最大时间，然后生成该n组同一种类不同浓度的测试气体的浓度-最大时间关系曲线；以及分别计算每组测试气体在1至N′个温度点下的气敏响应值序列，并对每组气敏响应值序列分别取对数，然后按照每个周期内各温度点的时间顺序，生成该n组同一种类不同浓度的测试气体在雷达图中的闭合包络线簇；以及对通入的另一种不同种类的测试气体，重复执行上述步骤，直至生成m组不同种类气体的浓度-最大时间关系曲线和在雷达图中的闭合包络线簇；其中，m由用户根据实际情况自行定义；所述气体特征识别库，用于存储所述m组不同种类气体的浓度-最大时间关系曲线和在雷达图中的闭合包络线簇。
所属类别：	发明专利