一种脉冲激励测电化学传感器寿命的方法技术

本发明专利技术涉及一种脉冲激励测电化学气体传感器寿命的方法，属于传感器寿命检测技术领域，本发明专利技术通过向电化学传感器发送脉冲激励，测量传感器输出的脉冲响应特定参数，从而预测电化学气体传感器寿命及性能。脉冲激励关键参数包括脉冲的电压幅值UI及脉冲宽度T1，脉冲响应特定参数包括采样测量N次的电压幅值D1、D2

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲激励测电化学传感器寿命的方法


[0001]本专利技术属于传感器寿命检测领域，涉及一种脉冲激励测电化学传感器寿命的方法。

技术介绍

[0002]电化学气体传感器具有良好的线性输出和测量精度，并且本身功耗低、分辨率高，因此在工业领域及煤矿领域广泛应用，特别是一氧化碳、硫化氢等有毒有害气体的检测，其他检测原理的传感器往往无法做到小型化高分辨率的气体检测，因此电化学气体传感器对于工业及煤矿安全环境检测应用具有重要的作用。
[0003]经过20多年的发展，电化学气体传感器信号处理处理电路越来越精简、越科学，已能适用多种气体元件的信号处理。但是电化学传感器普遍存在寿命短的问题，一般使用寿命为1～2年，而环境湿度过大或者过小都会减少传感器的寿命。因此需要对传感器的寿命进行实时评估诊断，从而保证传感器工作的稳定性和可靠性，避免传感器系统因传感器超过寿命检测失效或误报警等原因影响煤矿安全生产。
[0004]现有技术只是对电化学传感器寿命诊断硬件电路进行了研究，而传感器寿命评估诊断方法尚无相关技术方案。评估诊断算法需要大量的传感器失效样本进行分析，从而得到寿命诊断的关键判断依据的特征参数，从而得到相应的软件算法。本专利技术针对传感器寿命关键特征参数的性能指标及获取方法进行公开，从而提高了传感器的寿命、故障自诊断技术水平，填补电化学传感器寿命诊断软件算法的空白。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于针对传感器寿命关键特征参数的性能指标及获取方法进行公开，从而提高了传感器的寿命、故障自诊断技术水平，填补了电化学传感器寿命诊断软件算法的空白，科学指导电化学传感器的日常维护和使用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种脉冲激励测电化学传感器寿命的方法，包括以下步骤：
[0008]S1：对电化学传感器样本进行分析，设定脉冲激励关键参数的电压幅值UI及脉冲宽度T1；
[0009]S2：微处理器控制D/A转换模块及恒定电压电路向电化学传感器参比电极R和反电极C间输出恒定电压UR，电化学传感器检测电极S输出电流信号，电流信号经信号处理电路后输出电压UO，UO进入A/D转换电路，微处理器实时读取A/D转换结果D0；
[0010]S3：微处理器启动计时器，同时控制D/A转换模块及恒定电压电路向电化学传感器参比电极R和反电极C间发送激励脉冲，脉冲幅值为UI，电化学传感器检测电极S输出脉冲响应信号，信号经信号处理电路后进入A/D转换电路，微处理器每隔采样时间T2实时读取A/D转换结果；
[0011]S4：经过T1时间后，微处理器共采样获得N个A/D转换结果，分别为D1、D2
……
DN，停
止计时器并清零；微处理器控制D/A转换模块及恒定电压电路向电化学传感器参比电极R和反电极C间输出恒定电压UR，电化学传感器检测电极S输出电流信号，信号经信号处理电路后进入A/D转换电路，微处理器在T3时间长度内每隔采样时间T2实时读取A/D转换结果；
[0012]S5：对D1、D2
……
DN共N个数据进行比较，最大值为DB1，次大值为DB2，中值为DB0；
[0013]引入脉冲响应置信值Δ1；若DB1
‑
DB2＞Δ1，D1、D2
……
DN采样无效，微处理器控制D/A转换模块及恒定电压电路向电化学传感器参比电极R和反电极C间输出恒定电压UR，保持时间长度为T3；返回步骤S2；
[0014]若DB1
‑
DB2≤Δ1，D1、D2
……
DN采样有效，设定电化学传感器预期寿命系数为γ，若(D1+D2+D3+
…
+DP)≤γ*N*DB1，则电化学传感器寿命终结，不能继续使用；若(D1+D2+D3+
…
+DP)＞γ*N*DB1，若DB1
‑
DB0≤Δ1，则电化学传感器健康度α为100％；若DB1
‑
DB0＞Δ1，则电化学传感器健康度α为(D1+D2+D3+
…
+DP)/(N*DB1)或(DP+
…
+DN)/(N*DB1)中的较小值；返回步骤S2，以此循环。
[0015]进一步，步骤S1中，所述脉冲幅值UI不小于1mv，不大于20mv；T1不小于100ms，不大于500ms。
[0016]进一步，步骤S2中，恒定电压UR与电化学传感器的特性有关，输出电压UO与待测量气体的浓度有关，待测量气体的浓度越高，输出电压UO越大。
[0017]进一步，步骤S3中，采样间隔时间0.01ms≤T2≤10ms，T2越小，健康度及寿命的测量越准确，但过小会增大微处理器运算负荷，影响整体性能。
[0018]进一步，步骤S4中，T3＞5min；T1＝N*T2，10≤N≤50000，N越大，健康度及寿命的测量越准确，但过大会增大微处理器运算负荷，影响整体性能。
[0019]进一步，步骤S5中，3≤Δ1≤10；P＝N/2，若N为奇数，向上取整，0.6≤γ≤0.95。
[0020]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的测量电化学传感器寿命的方法，能够快速有效的对电化学传感器的寿命进行评估，同时对电化学传感器进行故障诊断，从而整体提高了包含电化学传感器的传感器系统的工作可靠性及稳定性，保障了煤矿安全生产环境有毒有害气体监测的准确性。
[0021]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0023]图1为电化学传感器寿命测量电路框图。
具体实施方式
[0024]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离
本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0026]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲激励测电化学传感器寿命的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：对电化学传感器样本进行分析，设定脉冲激励关键参数的电压幅值UI及脉冲宽度T1；S2：微处理器控制D/A转换模块及恒定电压电路向电化学传感器参比电极R和反电极C间输出恒定电压UR，电化学传感器检测电极S输出电流信号，电流信号经信号处理电路后输出电压UO，UO进入A/D转换电路，微处理器实时读取A/D转换结果D0；S3：微处理器启动计时器，同时控制D/A转换模块及恒定电压电路向电化学传感器参比电极R和反电极C间发送激励脉冲，脉冲幅值为UI，电化学传感器检测电极S输出脉冲响应信号，信号经信号处理电路后进入A/D转换电路，微处理器每隔采样时间T2实时读取A/D转换结果；S4：经过T1时间后，微处理器共采样获得N个A/D转换结果，分别为D1、D2
……
DN，停止计时器并清零；微处理器控制D/A转换模块及恒定电压电路向电化学传感器参比电极R和反电极C间输出恒定电压UR，电化学传感器检测电极S输出电流信号，信号经信号处理电路后进入A/D转换电路，微处理器在T3时间长度内每隔采样时间T2实时读取A/D转换结果；S5：对D1、D2
……
DN共N个数据进行比较，最大值为DB1，次大值为DB2，中值为DB0；引入脉冲响应置信值Δ1；若DB1
‑
DB2＞Δ1，D1、D2
……
DN采样无效，微处理器控制D/A转换模块及恒定电压电路向电化学传感器参比电极R和反电极C间输出恒定电压UR，保持时间长度为T3；返回步骤S2；若DB1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆川，孙世岭，于庆，李军，梁光清，张远征，周德胜，王尧，罗前刚，但强，马勤勇，李涛，郭清华，柏思忠，王博文，于佃秋，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：