一种利用阵列气体传感器监测气体种类以及浓度的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用阵列气体传感器监测气体种类以及浓度的方法。该方法包括如下步骤：实时采集阵列气体传感器的电阻值，并实时计算一预设时段内多功能传感元件的电阻变化率；预判当前空气中是否存在目标气体；若预判不存在目标气体，则判断连续的多功能传感元件的m个电阻变化率中是否有m‑x个电阻变化率大于第一电阻变化率阈值θr1，若有，则确定当前空气中存在目标气体；提取阵列气体传感器检测到的与电阻值的相关特征，并构成特征向量；采用分类器对特征向量进行识别，从而识别出目标气体的种类；根据目标气体的种类计算对目标气体具有响应的目标单一传感元件此刻的第一响应值；根据响应值‑浓度公式以及第一响应值计算获得目标气体的浓度值。

【技术实现步骤摘要】
一种利用阵列气体传感器监测气体种类以及浓度的方法
本专利技术涉及气体浓度检测
，尤其涉及一种利用阵列气体传感器监测气体种类以及浓度的方法。
技术介绍
气体传感器是将与气体种类及浓度有关的信息转换成电信号的变化，根据这些电信号的变化达到对待测气体在环境中的定性及定量的识别及判断，从而可以进行特定气体的实时检测、监控以及报警。传统的阵列气体传感器对气体的定性及定量的测试，其方法是首先将每种气体构成一个模式，根据所检测到气体的特征识别出所检测样本的类别，然后将每种气体的每个浓度构成一个模式，根据所检测到气体的特征预测出所检测样本的浓度。或者是将每种气体的每个浓度构成一个模式，根据所检测到气体的特征预测出所检测到气体的类别及浓度。然而，这种预测出气体浓度的方式需要对每种气体传感器采集不同浓度的气体构成样本的数据集，不仅增加了测试成本，而且增加了预测气体浓度的复杂度。并且，上述方法仅适合于将一个测量做完后，再返回对其进行数据的分析，预测出气体的类别及浓度，无法实时预测出气体的类别以及浓度。并且，通常采用的气体检测技术中，大部分气体传感器对气体浓度的检测方法主要是，根据气体传感器在接触气体前后其电阻值都在特定的范围内而判断出是否有目标气体，并根据气体传感器电阻值的变化计算出气体浓度。这种检测气体浓度的方式对气体传感器的要求相对较高，需要气体传感器的基础电阻比较稳定，且该传感器在特定浓度气体的环境下响应电阻应在一定的范围内。如若气体传感器的基础电阻不在一定范围内或气体传感器在特定浓度气体的环境下或者在特定温湿度环境影响下气体传感器的响应电阻不在一定范围内，但气体传感器对特定气体的灵敏度在一定范围内，上述计算气体浓度的方法就不能适用于这一类气体传感器。因此，现有的检测技术具有一定的限制，使之不能广泛应用在各类气体传感器上。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决现有技术中无法实时检测出气体种类以及浓度的技术问题。本专利技术的另一个目的是要解决现有技术中的传感器基础电阻漂移等技术问题。特别地，本专利技术提供了一种利用阵列气体传感器监测气体种类以及浓度的方法，所述阵列气体传感器由多个气体传感元件以阵列排布的方式组成，所述多个气体传感元件包括对多种气体均具有响应的多功能传感元件以及分别对所述多种气体具有响应的多个单一传感元件，每个所述单一传感元件在对应的气体的不同浓度值下具有不同的响应值，所述方法包括如下步骤：实时采集所述阵列气体传感器的电阻值，并实时计算一预设时段内所述多功能传感元件的电阻变化率，获得与数据集合{ΔT1，ΔT2，……，ΔTn}一一对应的数据集合{θ1，θ2，……，θn}，其中，ΔTn为第n预设时段，θn为第n预设时段内对应的所述多功能传感元件的电阻变化率；根据前一时刻空气中是否存在所述目标气体来预判当前时刻空气中是否存在所述目标气体；若预判不存在所述目标气体，则进一步判断连续的所述多功能传感元件的m个电阻变化率中是否有m-x个电阻变化率大于第一电阻变化率阈值θr1，若有，则确定当前空气中存在所述目标气体；提取所述阵列气体传感器检测到的与所述电阻值的相关特征，并构成特征向量；采用分类器对所述特征向量进行识别，从而识别出所述目标气体的种类；根据所述目标气体的种类计算对所述目标气体具有响应的目标单一传感元件此刻的第一响应值；调取所述目标单一传感元件对应的响应值-浓度公式，并根据所述响应值-浓度公式以及所述第一响应值计算获得此刻所述目标气体的浓度值。可选地，根据所述响应值-浓度公式计算获得电阻变化率为正值时的最小电阻变化率θmin；其中所述第一电阻变化率阈值θr1稍小于或等于所述最小电阻变化率θmin。可选地，所述方法还包括如下步骤：若判断连续的所述多功能传感元件的m个电阻变化率中没有m-x个电阻变化率大于第一电阻变化率阈值θr1，则返回实时采集所述多功能传感元件的电阻值的步骤。可选地，所述根据所述响应值-浓度公式以及所述第一响应值计算获得所述目标气体的浓度值之后，返回实时采集所述阵列气体传感器的电阻值的步骤。可选地，所述方法还包括如下步骤：若判断连续的所述多功能传感元件的m个电阻变化率中有m-x个电阻变化率大于第一电阻变化率阈值θr1，则计算此刻所述多功能传感元件的第二响应值α2，其中，m为大于零且小于n的正整数，x为远小于m的正整数；判断所述第二响应值α2是否大于第一响应阈值αs1，若是，则确定当前空气中存在所述目标气体。可选地，根据所述响应值-浓度公式计算获得电阻变化率为负值时的最大电阻变化率θmax；其中所述第一电阻变化率阈值θr1稍大于或等于所述最大电阻变化率θmax。可选地，所述方法还包括如下步骤：若预判存在所述目标气体，则进一步判断连续的所述多功能传感元件的s个电阻变化率中是否有s-y个电阻变化率小于第二电阻变化率阈值θr2，若有，则计算当前预设时段ΔT内电阻变化Δβ，其中，s为大于零且小于n的正整数，y为远小于s的正整数；。进一步判断电阻变化Δβ是否大于电阻变化阈值Δβs，若是，则确定当前空气中不存在所述目标气体。可选地，在判断连续的所述多功能传感元件的s个电阻变化率中没有s-y个电阻变化率小于第二电阻变化率阈值θr2或着进一步判断中电阻变化Δβ不大于电阻变化阈值Δβs之后，还包括如下步骤：根据所述目标气体的种类计算对所述目标气体具有响应的目标单一传感元件此刻的第三响应值；调取所述目标单一传感元件对应的响应值-浓度公式，并根据所述响应值-浓度公式以及所述第三响应值计算获得所述目标气体的浓度值。可选地，所述实时采集所述阵列气体传感器的电阻值之后、所述并实时计算一预设时段内所述多功能传感元件的电阻变化率之前，还包括如下步骤：对所述阵列气体传感器的当前电阻值进行预处理；其中，所述预处理包括数据去噪与归一化处理。根据本专利技术实施例的方法，通过计算多功能传感元件的电阻变化率来确定是否存在目标气体，在确定存在目标气体之后根据分类器识别目标气体的种类，确定完目标气体的种类后再根据单一传感元件的响应值来预测目标气体的浓度。因此，本专利技术实施例降低了计算气体浓度的复杂度，可以实时检测目标气体的种类以及浓度，提高了气体定性以及定量的检测速度，使得该阵列气体传感器的应用范围更加广泛。该方法是定性再定量，不仅适用于气体浓度的预测，同样适用于气体的报警。并且，在对传感元件进行训练时，可以仅需对多功能传感元件进行仅存在空气以及目标气体进入之后电阻值的变化的训练即可，而不需要采集不同目标气体的不同浓度气体构成样本的数据集。而单一传感元件，可以仅进行不同浓度目标气体进入后电阻值的变化的训练即可，而不需要采集从空气进入，到不同浓度目标气体进入以及目标气体逐渐消失的数据集。如此，可以降低了测试成本。此外，确定是否存在目标气体以及获取目标气体的浓度都只需要计算电阻变化率以及响应值这两个参数即可，并不关心某一时刻的电阻值，也不关心传感器的基础电阻值。因此，即便阵列气体传感器的基础电阻存在漂移的现象，也不影响检测结果，从而从根本上解决了气体传感器的基础电阻不稳定以及漂移问题。此外，本专利技术的方法对基础电阻也没有任何要求，解决了大批传感器基础电阻不在一定范围内而需要使用多套算法的问题，降低了大批量传感器的制作成本。因此，可以解决较小浓度的目标气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用阵列气体传感器监测气体种类以及浓度的方法，其特征在于，所述阵列气体传感器由多个气体传感元件以阵列排布的方式组成，所述多个气体传感元件包括对多种气体均具有响应的多功能传感元件以及分别对所述多种气体具有响应的多个单一传感元件，每个所述单一传感元件在对应的气体的不同浓度值下具有不同的响应值，所述方法包括：实时采集所述阵列气体传感器的电阻值，并实时计算一预设时段内所述多功能传感元件的电阻变化率，获得与数据集合{ΔT1，ΔT2，……，ΔTn}一一对应的数据集合{θ1，θ2，……，θn}，其中，ΔTn为第n预设时段，θn为第n预设时段内对应的所述多功能传感元件的电阻变化率；根据前一时刻空气中是否存在所述目标气体来预判当前时刻空气中是否存在所述目标气体；若预判不存在所述目标气体，则进一步判断连续的所述多功能传感元件的m个电阻变化率中是否有m‑x个电阻变化率大于第一电阻变化率阈值θr1，若有，则确定当前空气中存在所述目标气体；提取所述阵列气体传感器检测到的与所述电阻值的相关特征，并构成特征向量；采用分类器对所述特征向量进行识别，从而识别出所述目标气体的种类；根据所述目标气体的种类计算对所述目标气体具有响应的目标单一传感元件此刻的第一响应值；调取所述目标单一传感元件对应的响应值‑浓度公式，并根据所述响应值‑浓度公式以及所述第一响应值计算获得此刻所述目标气体的浓度值。...

【技术特征摘要】
1.一种利用阵列气体传感器监测气体种类以及浓度的方法，其特征在于，所述阵列气体传感器由多个气体传感元件以阵列排布的方式组成，所述多个气体传感元件包括对多种气体均具有响应的多功能传感元件以及分别对所述多种气体具有响应的多个单一传感元件，每个所述单一传感元件在对应的气体的不同浓度值下具有不同的响应值，所述方法包括：实时采集所述阵列气体传感器的电阻值，并实时计算一预设时段内所述多功能传感元件的电阻变化率，获得与数据集合{ΔT1，ΔT2，……，ΔTn}一一对应的数据集合{θ1，θ2，……，θn}，其中，ΔTn为第n预设时段，θn为第n预设时段内对应的所述多功能传感元件的电阻变化率；根据前一时刻空气中是否存在所述目标气体来预判当前时刻空气中是否存在所述目标气体；若预判不存在所述目标气体，则进一步判断连续的所述多功能传感元件的m个电阻变化率中是否有m-x个电阻变化率大于第一电阻变化率阈值θr1，若有，则确定当前空气中存在所述目标气体；提取所述阵列气体传感器检测到的与所述电阻值的相关特征，并构成特征向量；采用分类器对所述特征向量进行识别，从而识别出所述目标气体的种类；根据所述目标气体的种类计算对所述目标气体具有响应的目标单一传感元件此刻的第一响应值；调取所述目标单一传感元件对应的响应值-浓度公式，并根据所述响应值-浓度公式以及所述第一响应值计算获得此刻所述目标气体的浓度值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多功能传感元件的响应值-浓度公式还用于计算获得电阻变化率为正值时的最小电阻变化率θmin；其中所述第一电阻变化率阈值θr1稍小于或等于所述最小电阻变化率θmin。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：若判断连续的所述多功能传感元件的m个电阻变化率中没有m-x个电阻变化率大于第一电阻变化率阈值θr1，则返回实时采集所述多功能传感元件的电阻值。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述根据所述响应值-浓度公式以及所述第一响应值计算获得所述目标气体的浓度值之后，还包括：返回实时采集的所述阵列气体传感器的电阻值。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晓娟，鲁一江，孙旭辉，史志存，张永超，王龙辉，张蕴哲，
申请(专利权)人：江苏智闻智能传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32