用于估计分析物浓度的感测系统和方法技术方案

本公开涉及用于估计分析物浓度的感测系统和方法。例如，一种气体感测方法，包括：通过气体传感器获得第一信号；根据第一信号生成一个或多个第二信号；以及计算与第一信号相对应的第一权重值。第一信号指示气体传感器对气体传感器处的目标气体的浓度的响应。气体感测方法还包括计算与一个或多个第二信号中的每个信号相对应的一个或多个第二权重值，以及根据第一权重值和一个或多个第二权重值计算气体传感器处的目标气体的估计浓度。

A Sensing System and Method for Estimating the Concentration of Analyte

The present disclosure relates to a sensing system and method for estimating analyte concentration. For example, a gas sensing method includes: obtaining a first signal through a gas sensor; generating one or more second signals from the first signal; and calculating a first weight value corresponding to the first signal. The first signal indicates the response of the gas sensor to the concentration of the target gas at the gas sensor. The gas sensing method also includes calculating one or more second weight values corresponding to each signal in one or more second signals, and calculating the estimated concentration of the target gas at the gas sensor based on the first weight value and one or more second weight values.

【技术实现步骤摘要】
用于估计分析物浓度的感测系统和方法
本专利技术总体上涉及一种感测系统，并且在具体实施例中涉及一种感测系统以及在感测系统中估计分析物浓度的方法。
技术介绍
包括诸如电阻式气体传感器的传感器设备的感测系统可以检测周围环境中目标分析物的存在。设计具有以高灵敏度实时输出检测事件的能力的感测系统可能是重要的。感测系统也可设计为针对目标分析物或目标分析物组的高精度和特殊性。在电阻式气体传感器的特定情况下，检测事件可以基于受气体分子的吸附影响的半导体薄膜结构的电阻或电容的变化。随着感测系统灵敏度的提高，外部环境因素对感测系统的影响也会增加。这些环境因素可以包括温度、湿度、环境大气中物种的组成和浓度以及电磁干扰等。对外部环境因素的高灵敏度可能降低感测精度。因此，为了提供高灵敏度和高精度，可能期望可在宽操作范围内可靠地应对校准不精确、传感器漂移和其他类似影响的感测系统。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，一种气体感测的方法包括：通过气体传感器获得第一信号；根据第一信号生成一个或多个第二信号；以及计算与第一信号相对应的第一权重值。第一信号指示气体传感器对气体传感器处的目标气体的浓度的响应。气体感测方法还包括：计算与一个或多个第二信号中的每个信号相对应的一个或多个第二权重值，并且根据第一权重值和一个或多个第二权重值计算气体传感器处的目标气体的估计浓度。根据本专利技术的另一实施例，一种气体感测的方法包括：通过气体传感器获得第一信号；以及根据第一信号生成一个或多个第二信号。第一信号指示气体传感器对气体传感器处的目标气体的浓度的响应。该方法还包括使用第一信号和一个或多个第二信号确定第一条件，在第一条件中，目标气体的浓度在气体传感器处增加。该方法还包括使用第一信号和一个或多个第二信号确定第二条件，在第二条件中，气体传感器处的浓度基本恒定。第二条件发生在第一条件之后。该方法还包括根据第一信号和一个或多个第二信号计算目标气体的浓度值，该计算是在浓度基本恒定的同时执行的。根据本专利技术的又一实施例，一种气体感测系统，包括：气体传感器；处理器，操作性地耦合至气体传感器；以及存储器，存储将被处理器执行的程序。气体传感器设置在第一衬底上并被配置为检测目标气体。气体传感器还被配置为生成第一信号，该第一信号指示气体传感器对气体传感器处的目标气体的浓度的响应。该程序包括用于根据第一信号生成一个或多个第二信号、计算与第一信号相对应的第一权重值、计算与一个或多个第二信号中的每个信号相对应的一个或多个第二权重值以及根据第一权重值和一个或多个第二权重值计算气体传感器处的目标气体的浓度的指令。附图说明为了更全面地理解本专利技术及其优点，现在参考结合附图进行以下描述，其中：图1示出了根据本专利技术一个实施例的通过感测系统估计目标分析物的浓度的示例性方法；图2示出了根据本专利技术一个实施例的包括传感器、处理器和存储器的示例性感测系统；图3示出了根据本专利技术一个实施例的感测系统的示例性示意框图，该感测系统被配置为估计在传感器处检测到的目标分析物的浓度；图4示出了根据本专利技术一个实施例的感测系统的另一示例性示意框图，该感测系统被配置为估计在传感器处检测到的目标分析物的浓度；图5示出了根据本专利技术一个实施例的使用传感器电阻和传感器电阻的导数来确定感测系统的状态的示例性方法；图6示出了根据本专利技术一个实施例的由感测系统检测的传感器电阻与时间的定性关系图以及由感测系统生成的传感器电阻的导数与时间的定性关系图；图7示出了根据本专利技术一个实施例的与被配置为传感器电阻、传感器电阻的导数和状态信号的处理块耦合的传感器的示例性示意框图；图8示出了根据本专利技术一个实施例的耦合至浓度估计块的度量选择块的示例性示意框图，该浓度估计块被配置为使用传感器电阻和传感器电阻的导数来估计在传感器处检测到的目标分析物的浓度；图9示出了根据本专利技术一个实施例的耦合至浓度估计块的度量选择块的另一示例性示意框图，该浓度估计块被配置为使用传感器电阻和传感器电阻的导数来估计在传感器处检测到的目标分析物的浓度；图10示出了根据本专利技术一个实施例的通过使用漂移值和信噪比选择度量来计算在传感器处检测到的目标分析物的浓度的示例性方法；图11示出了根据本专利技术一个实施例的由感测系统检测的传感器电阻与时间的定性关系图以及由感测系统生成的感测系统的动态力矩与时间的定性关系图；图12示出了根据本专利技术一个实施例的使用传感器电阻和感测系统的动态力矩来确定感测系统的状态的示例性方法；图13示出了根据本专利技术一个实施例的开始在没有目标分析物的环境中由传感器检测的传感器电阻与时间的关系图以及开始在具有目标分析物的非零浓度的环境中也由传感器检测的传感器电阻与时间的关系图；图14示出了根据本专利技术一个实施例的使用传感器电阻、传感器电阻的导数和电阻阈值来确定感测系统的状态的示例性方法；图15示出了根据本专利技术一个实施例的包括衬底、加热元件和一个或多个传感器的示例性感测阵列；以及图16示出了根据本专利技术一个实施例的另一示例性感测阵列，其包括衬底、加热元件、传感器、环境传感器和参考传感器，其中环境传感器位于第二衬底上。除非另有说明，否则不同附图中的相应数字和符号一般表示对应的部分。绘制这些附图以清楚地示出实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。图中绘制的特征的边缘不一定指示特征范围的终止。具体实施方式下面详细讨论各种实施例的制造和使用。然而，应理解，这里描述的各种实施例可应用于各种具体环境。所讨论的具体实施例仅是制造和使用各种实施例的具体方式的说明，而不应在有限的范围内进行解释。感测系统可被设计为通过确定测量值与基线值的偏差来检测一个或多个传感器处的目标分析物的浓度。例如，在气体感测系统中，传感器的电阻可用作估计目标气体的浓度的测量值。例如当不存在目标气体时，例如基线或参考电阻可以为1kΩ的量级。然后，通过将传感器电阻与1kΩ的值进行比较来估计传感器处的目标气体的浓度。然而，与传感器处目标分析物的浓度不必须相关的外部因素(诸如环境因素)可能影响感测系统。这些外部因素可能对仅用单个测量值估计的目标分析物浓度的精度产生负面影响。例如，诸如化学电阻气体传感器的传感器可具有依赖于周围环境的固有不稳定性。因此，在估计目标分析物浓度时使用附加信息来提高精度的感测系统可能是有利的。根据各种实施例，实施一种感测系统，该感测系统响应于传感器处的目标分析物的浓度获得第一信号。接下来，根据第一信号生成一个或多个事件信号，该第一信号包括关于系统的时间演进的信息。因此，第一信号和事件信号表示可被感测系统用于计算传感器处的目标分析物浓度的估计的可能度量。感测系统还可以将第一信号和事件信号与阈值进行比较，以确定用于计算浓度的最佳度量。备选地，感测系统可以向事件信号和第一信号中的每个信号分配权重值，权重值根据第一信号和事件信号与阈值的比较来确定。因此，权重值表示对与第一信号和事件信号相关联的每个度量的对应贡献的调整。然后，通过根据单个所选度量或每个度量及其关联的权重值评估函数来计算目标分析物的浓度的估计。有利地，这种计算基于系统的附加时间信息，这能够使感测系统选择度量或者向一个或多个度量分配权重值，以便提供其中由外部因素引起的不精确被补偿的浓度估计。根据各种实施例，实施包括传感器和处理器的感测系统。感测系统被配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体感测的方法，所述方法包括：通过气体传感器获得第一信号，所述第一信号指示所述气体传感器对所述气体传感器处的目标气体的浓度的响应；根据所述第一信号生成一个或多个第二信号；计算与所述第一信号相对应的第一权重值；计算与所述一个或多个第二信号中的每个信号相对应的一个或多个第二权重值；以及根据所述第一权重值和所述一个或多个第二权重值计算所述气体传感器处的所述目标气体的估计浓度。

【技术特征摘要】
2017.11.15 US 15/813,6871.一种气体感测的方法，所述方法包括：通过气体传感器获得第一信号，所述第一信号指示所述气体传感器对所述气体传感器处的目标气体的浓度的响应；根据所述第一信号生成一个或多个第二信号；计算与所述第一信号相对应的第一权重值；计算与所述一个或多个第二信号中的每个信号相对应的一个或多个第二权重值；以及根据所述第一权重值和所述一个或多个第二权重值计算所述气体传感器处的所述目标气体的估计浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体传感器是电阻式气体传感器。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体传感器包括石墨烯。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号包括所述气体传感器的电阻。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个第二信号包括所述第一信号的导数。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个第二信号包括所述第一信号的积分。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过将所述第一信号除以在一段时间内计算的所述第一信号的标准偏差来计算所述第一信号的信噪比(SNR)；确定所述SNR与预定SNR阈值之间的比率；以及其中根据所述比率计算所述第一权重值和所述一个或多个第二权重值。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：计算所述第一信号的漂移值；将所述漂移值与预定漂移最大值进行比较；以及其中根据所述比较计算所述第一权重值和所述一个或多个第二权重值。9.一种气体感测的方法，所述方法包括：通过气体传感器获得第一信号，所述第一信号指示所述气体传感器对所述气体传感器处的目标气体的浓度的响应；根据所述第一信号生成一个或多个第二信号；使用所述第一信号和所述一个或多个第二信号确定第一条件，在所述第一条件中，所述目标气体的浓度在所述气体传感器处增加；使用所述第一信号和所述一个或多个第二信号确定第二条件，在所述第二条件中，所述气体传感器处的浓度基本恒定，所述第二条件发生在所述第一条件之后；以及根据所述第一信号和所述一个或多个第二信号计算所述目标气体的浓度值，所述计算是在所述浓度基本恒定的同时执行的。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一信号包括所述气体传感器的电阻。11.根据权利要求9所述的方法，其中所述一个或多个第二信号包括所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·卡伯内利，P·玛卡拉姆，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE