一种高精度纺织品甲醛检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种检测系统，尤其涉及一种高精度纺织品甲醛检测系统。为了为提高低浓度、小样本条件下的电化学方法检测下限和泛化精度、抑制电化学反应的交叉干扰、剔除附加在气态甲醛响应数据上的低频干扰。由甲醛传感器、信号转换与滤波单元、控制单元、通信接口单元、显示单元和报警模块电路组成；所述甲醛传感器产生与气态甲醛浓度成正比的动态响应电流；所述信号转换与滤波单元对甲醛传感器的动态响应电流进行电压转换、滤波和放大处理。所述控制单元分别与甲醛传感器、信号转换与滤波单元、通信接口单元、显示单元及报警模块电路相连；所述控制单元通过通信接口单元与上位机相连。

A High Precision Textile Formaldehyde Detection System

The invention relates to a detection system, in particular to a high-precision textile formaldehyde detection system. In order to improve the detection limit and generalization accuracy of electrochemical methods under low concentration and small sample conditions, to suppress cross-interference of electrochemical reactions, and to eliminate low frequency interference appended to the response data of gaseous formaldehyde. It is composed of a formaldehyde sensor, a signal conversion and filtering unit, a control unit, a communication interface unit, a display unit and an alarm module circuit. The formaldehyde sensor generates a dynamic response current proportional to the concentration of gaseous formaldehyde. The signal conversion and filtering unit performs voltage conversion, filtering and amplification of the dynamic response current of the formaldehyde sensor. The control unit is connected with the formaldehyde sensor, the signal conversion and filtering unit, the communication interface unit, the display unit and the alarm module circuit respectively, and the control unit is connected with the upper computer through the communication interface unit.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度纺织品甲醛检测系统所属
本专利技术涉及一种检测系统，尤其涉及一种高精度纺织品甲醛检测系统。
技术介绍
甲醛含量是纺织品极为重要的安全卫生指标，纺织品中存在的可挥发性甲醛对人类健康的影响已日益引起人们的关注。生态纺织品研究和检验的国际标准Oeko-TexStandard100对纺织品中甲醛含量实行了严格限制。四大主要纺织产品：婴儿用品类、直接接触皮肤类、不直接接触皮肤类以及装饰类的甲醛含量分别不应超过20mg/kg、75mg/kg、300mg/kg和300mg/kg。因此，实时、准确地检测纺织品中的微量甲醛对保障纺织品的安全应用具有重要的现实意义。目前测定甲醛的方法很多一般分为化学法和仪器法。化学法主要有酚试剂比色法、4－氨基-3-联氨-5-巯基-1，2，4-三氮杂茂(简称AHMT)比色法、乙酰丙酮比色法、变色酸比色法、盐酸副玫瑰苯胺比色法等；仪器法主要有气相色谱法、高效液相色谱法、极谱法和电化学法等。其中，化学方法具有响应速度快、检测时间短、可在线检测和实时监控的优势。但低浓度条件下的小样本特性制约了电化学方法检测下限的降低和泛化精度的提高。另一方面，气敏材料的交叉敏感性致使电化学反应的输出不仅包括气态甲醛的响应信息，还包括非甲醛类物质的响应信息形成的各种交叉干扰。交叉干扰影响气态甲醛含量测定的准确性，严重时甚至导致完全错误的检测结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了为提高低浓度、小样本条件下的电化学方法检测下限和泛化精度、抑制电化学反应的交叉干扰、剔除附加在气态甲醛响应数据上的低频干扰，设计了一种高精度纺织品甲醛检测系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是。高精度纺织品甲醛检测系统由甲醛传感器、信号转换与滤波单元、控制单元、通信接口单元、显示单元和报警模块电路组成。所述甲醛传感器产生与气态甲醛浓度成正比的动态响应电流。所述信号转换与滤波单元对甲醛传感器的动态响应电流进行电压转换、滤波和放大处理；调理输出的电压信号送入以单片机作为主控芯片的控制单元的模数转换器ADC进行数据采集，采集到的数据提供给上位机运行响应模式提取与辨识算法，对气态甲醛浓度进行在线检测；检测结果由控制单元传送至显示单元进行显示和动态监控。所述控制单元分别与甲醛传感器、信号转换与滤波单元、通信接口单元、显示单元及报警模块电路相连；所述控制单元通过通信接口单元与上位机相连。所述的检测系统应用自回归AR模型对未测定数据进行插补。所述的检测系统将多分量信号的经验模态分解算法引入气态甲醛响应的提取，通过经验模态分解将传感器的响应分解为若干具有不同尺度结构的单分量信号与趋势信号，提取其中的趋势信号作为气态甲醛的响应信息。所述的检测系统根据甲醛浓度实际值与响应值的对应关系将检测系统的响应特性划分为不同的区间，分段进行定量识别：低浓度区间采用一元线性回归模型，而中高浓度区间则采用偏最小二乘回归模型。所述的甲醛传感器选用进口电化学甲醛传感器MIC-500-CH2O，其测量范围为0～10ppm，分辨率为0.01ppm，精度为±3%FS，输出信号为4mA～20mA。信号调理单元将甲醛传感器输出的4mA～20mA的电流信号转换成0～5V的电压信号，以满足控制电路中的A/D转换器对输入信号的要求。所述的控制单元的微控制器选用MSC1210。所述的通信接口单元利用MSC1210的串口0实现MSC1210和上位机之间的通信，MSC1210的串口0经过电平转换与上位机的RS-232口相接。显示接口模块选用以T6963C为主控芯片的图形液晶显示模块LCM2401286构成专利技术显示单元。所述的MSC1210采用直接访问方式实现与T6963C的接口，即直接采用I/O设备访问方式通过数据总线和控制信号控制液晶控制器T6963C。本专利技术的有益效果是：高精度纺织品甲醛检测系统不仅对气态甲醛具有很好的选择性，而且能够改善小样本条件下的泛化性能。可以检测到纺织品中低于1mg/kg下限值的微量甲醛，进一步提高了检测灵敏度，有效弥补了电化学分析化学方法的不足。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是纺织品甲醛含量检测系统总体结构框图。具体实施方式纺织品可挥发性甲醛的气态样本过于稀疏，难以拟合检测器的响应特性。需通过数据插值算法适当增加系统响应的建模样本，尤其对于测量值较低而测量误差较大的区间插补足够的样本值以建立精确的系统响应模型。在假定被测气态甲醛实际浓度值与预测浓度值线性关联的条件下，本专利技术应用自回归AR模型对未测定数据进行插补。即首先对检测器给出的测量数据进行AR建模，将AR模型的求解问题转化为测量数据线性组合的系数求解问题。再应用检测得到的数据确定被测甲醛浓度自协方差函数的估计值，根据被测甲醛浓度自协方差函数的估计值建立并求解以AR模型的系数为自变量的Yule-Walker方程。将Yule-Walker方程的解代入AR模型并计算AR模型的输出结果即为到待插值的数据。电化学传感器MIC-50-CH2O的工作原理是利用吸附在传感器电极上的气态甲醛分子与传感器电极气敏料所发生的电化学反应，电化学反应所产生的响应电流与气态甲醛的浓度成正比。但由于气敏材料的交叉敏感特性，其他挥发性有机物也可能形成传感器的响应电流。因此，气态甲醛检测器的响应信息不仅仅包括气态甲醛的响应，还包括了其他挥发性物质所形成的干扰，气态甲醛检测器的全响应具有典型的多分量广谱特征。本专利技术将多分量信号的经验模态分解算法引入气态甲醛响应的提取，通过经验模态分解将传感器的响应分解为若干具有不同尺度结构的单分量信号与趋势信号，提取其中的趋势信号作为气态甲醛的响应信息。如何辨识气态甲醛定量响应模式是本专利技术解决的关键技术问题。本专利技术采取的技术措施是：首先在标准的室内环境下，以传统标准方法对多批不同浓度的气态甲醛进行检测，确定浓度值，同时以气态甲醛检测系统对相应的气态甲醛样本进行检测，得到不同甲醛浓度的响应值。根据甲醛浓度实际值与响应值的对应关系将检测系统的响应特性划分为不同的区间，分段进行定量识别。即低浓度区间采用一元线性回归模型，而中高浓度区间则采用偏最小二乘回归模型以去除冗余的传感器低频干扰，使建立的模型辨识精度更高。低浓度条件下根据气态甲醛浓度的实际值与响应值的相关关系建立二者之间的线性回归方程。为确定回归方程的未知参数，以气态甲醛浓度的响应值与回归方程直线的平均离差最小为条件，通过最小二乘算法LMS求解出回归方程未知参数的值。回归模型定量辨识的优度由R-统计量进行检验，气态甲醛浓度的实际值与响应值的相关关系的显著性由F-统计量进行检验。中高浓度条件下首先将系统的响应模式拟合为一元多项式，再将多项式中的各次项用不同的变量来表示。从而使一元多项式回归问题转化为多元线性回归问题。由于多元线性回归的各个自变量对应多项式中同一变量的不同次项，因而这些自变量之间存在很强的多重相关性。应用兼具多元线性回归、典型相关分析和主成分分析的偏最小二乘算法进行回归建模，通过对响应数据的分解和筛选，提取对因变量解释性最强的综合变量，以更好地克服变量多重相关性在气态甲醛检测器响应模式中的不良作用。如图1所示，高精度纺织品甲醛检测系统由甲醛传感器、信号转换与滤波单元、控制单元、通信接口单元、显示单元、报警模块电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度纺织品甲醛检测系统，其特征在于，包括由甲醛传感器、信号转换与滤波单元、控制单元、通信接口单元、显示单元和报警模块电路组成；所述甲醛传感器产生与气态甲醛浓度成正比的动态响应电流；所述信号转换与滤波单元对甲醛传感器的动态响应电流进行电压转换、滤波和放大处理；调理输出的电压信号送入以单片机作为主控芯片的控制单元的模数转换器ADC进行数据采集，采集到的数据提供给上位机运行响应模式提取与辨识算法，对气态甲醛浓度进行在线检测；检测结果由控制单元传送至显示单元进行显示和动态监控；所述控制单元分别与甲醛传感器、信号转换与滤波单元、通信接口单元、显示单元及报警模块电路相连；所述控制单元通过通信接口单元与上位机相连。

【技术特征摘要】
1.一种高精度纺织品甲醛检测系统，其特征在于，包括由甲醛传感器、信号转换与滤波单元、控制单元、通信接口单元、显示单元和报警模块电路组成；所述甲醛传感器产生与气态甲醛浓度成正比的动态响应电流；所述信号转换与滤波单元对甲醛传感器的动态响应电流进行电压转换、滤波和放大处理；调理输出的电压信号送入以单片机作为主控芯片的控制单元的模数转换器ADC进行数据采集，采集到的数据提供给上位机运行响应模式提取与辨识算法，对气态甲醛浓度进行在线检测；检测结果由控制单元传送至显示单元进行显示和动态监控；所述控制单元分别与甲醛传感器、信号转换与滤波单元、通信接口单元、显示单元及报警模块电路相连；所述控制单元通过通信接口单元与上位...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晓明，
申请(专利权)人：于晓明，
类型：发明
国别省市：辽宁,21