一种异丙醇分子的协同检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种异丙醇分子的协同检测系统及方法，涉及气体检测技术领域，解决了IPA分子检测的反应速度较慢且精确度不够高的技术问题，其技术方案要点是通过离子迁移系统的冷等离子体放电，对气体分子的红外光谱反应进行改善；预处理模块、分类模块、浓度检测模块及协同检测模块利用不同维度的传感信号的互补特征来达到异丙醇识别的卓越精度。且本申请创造了一种气体传感机制，在医疗保健方面的准确混合气体识别和浓度估测有较好的应用前景。混合气体识别和浓度估测有较好的应用前景。混合气体识别和浓度估测有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种异丙醇分子的协同检测系统及方法


[0001]本申请涉及气体检测
，尤其涉及一种异丙醇分子的协同检测系统及方法。

技术介绍

[0002]异丙醇(IPA)是一种可燃的无色液体，具有果味和微苦的味道。它经常被用于清洁电子元件和去除集成电路芯片封装的热熔胶，且作为抗病毒洗手液的一个重要元素，大流行病一直在增加对IPA的需求。为对抗大流行病，研究了许多消除病毒的方法，如管理室内空气、增加气体通风、优化湿度水平、最大化空气过滤效率，以及广泛使用IPA。由于其广泛使用，在接触或吸入IPA分子的同时，可能会出现各种保健问题，如皮肤刺激、神经系统疾病和呼吸系统损害。尽管基于三电纳米发电机的生理学研究取得了进展，但现有的呼吸系统疾病检测不能揭示有毒气体的根本原因。因此，以快速和准确的方式检测IPA分子变得至关重要。然而，这些IPA传感器只能测量各种挥发性有机化合物(VOCs)中的总气体浓度，并且表现出反应慢、选择性差和准确性不足的缺点。因此，一个能够快速反应、良好的选择性、抗干扰性和高灵敏度的传感系统对于IPA的识别非常重要。
[0003]离子迁移率和中红外光谱是识别气相化合物的两种著名分析技术。但是，传统的离子迁移率传感法有严格的测量环境要求的限制，而传统的中红外光谱法由于在低浓度鉴定时反应不佳而受到限制。在这一点上，这两种方法在IPA传感中都有其缺点，因此亟需一种反应快速、精确度高、抗干扰性强和灵敏度高的IPA分子检测方法。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种异丙醇分子的协同检测系统及方法，其技术目的是提高IPA分子检测的反应速度、精确度、抗干扰性和灵敏度。
[0005]本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一种异丙醇分子的协同检测系统，包括：
[0007]离子迁移系统，用于获取IPA分子的离子迁移谱或对IPA分子的中红外光谱进行增强；
[0008]中红外光谱探测仪，用于获取IPA分子增强后的中红外光谱，得到IPA分子的增强中红外光谱；
[0009]预处理模块，用于分别对离子迁移谱和增强中红外光谱进行预处理；
[0010]分类模块，用于对预处理后的离子迁移谱进行分类，得到IPA分子的第一浓度范围；以及用于对预处理后的增强中红外光谱进行分类，得到IPA分子的第二浓度范围；
[0011]浓度检测模块，用于分别对第一浓度范围和第二浓度范围的浓度进行检测，得到第一IPA浓度和第二IPA浓度；
[0012]协同检测模块，对第一IPA浓度和第二IPA浓度进行协同处理，得到最终的IPA浓度。
[0013]进一步地，所述离子迁移系统包括尖端
‑
板电极结构、高压组件和集流体；尖端
‑
板电极结构用于为不同气体环境和离子迁移提供场所，集流体用于对离子迁移的暗电流进行收集以进行监测；高压组件用于发电以向离子迁移系统进行供电。
[0014]进一步地，所述高压组件为摩擦电纳米发电机，通过多开关操作形成机械振动以产生高压。
[0015]进一步地，当处理的数据为离子迁移谱时，所述预处理模块对数据进行归一化处理后，所述分类模块基于tSNE算法和LDA算法进行分类，所述浓度检测模块基于SMOTE算法和DNN算法进行浓度回归。
[0016]进一步地，当处理的数据为增强中红外光谱时，所述预处理模块对数据进行标准校正后，再通过SMOTE算法对数据进行增强，得到增强数据集，通过tSNE算法对增强数据集进行分类，通过DNN算法对增强数据集进行浓度预测。
[0017]一种异丙醇分子的协同检测方法，该方法包括：
[0018]获取IPA分子的离子迁移谱或对IPA分子的中红外光谱进行增强；
[0019]获取IPA分子增强后的中红外光谱，得到IPA分子的增强中红外光谱；
[0020]分别对离子迁移谱和增强中红外光谱进行预处理；
[0021]对预处理后的离子迁移谱进行分类，得到IPA分子的第一浓度范围；以及对预处理后的增强中红外光谱进行分类，得到IPA分子的第二浓度范围；
[0022]分别对第一浓度范围和第二浓度范围的浓度进行检测，得到第一IPA浓度和第二IPA浓度；
[0023]对第一IPA浓度和第二IPA浓度进行协同处理，得到最终的IPA浓度。
[0024]本申请的有益效果在于：本申请所述的异丙醇分子的协同检测系统及方法，通过离子迁移系统的冷等离子体放电，对气体分子的红外光谱反应进行改善；预处理模块、分类模块、浓度检测模块及协同检测模块利用不同维度的传感信号的互补特征来达到异丙醇识别的卓越精度。且本申请创造了一种气体传感机制，在医疗保健方面的准确混合气体识别和浓度估测有较好的应用前景。
附图说明
[0025]图1为本申请所述协同检测系统的示意图；
[0026]图2a为离子迁移系统结构示意图；
[0027]图2b为通过离子迁移谱对IPA分子进行检测的流程图；
[0028]图2c为tSNE+LDA算法对不同浓度IPA分子进行分类的准确率示意图；
[0029]图3为增强中红外光谱的数据处理流程图；
[0030]图4为协同检测特点和深度学习方法的示意图。
具体实施方式
[0031]下面将结合附图对本申请技术方案进行详细说明。
[0032]本申请所述的异丙醇分子的协同检测系统包括离子迁移系统、中红外光谱探测仪、预处理模块、分类模块、浓度检测模块和协同检测模块。
[0033]如图2a所示，离子迁移系统包括尖端
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板电极结构、高压组件和集流体；尖端
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板电
极结构用于为不同气体环境和离子迁移提供场所，集流体用于对离子迁移的暗电流进行收集以进行监测；高压组件用于发电以向离子迁移系统进行供电。作为具体实施例地，本申请中高压组件为一种摩擦电纳米发电机，通过多开关操作形成机械振动以产生高压，据观察，在负载电阻为800MΩ的情况下，多开关操作摩擦电纳米发电机的电压范围可达约2700V。
[0034]通过IPA分子的离子迁移谱对IPA分子浓度进行估计时，通过离子迁移系统获取IPA分子的离子迁移谱后，通过预处理模块对IPA分子的离子迁移谱进行归一化预处理，如图2b所示。再通过分类模块对预处理后的离子迁移谱进行分类，得到IPA分子中的第一浓度范围，通过浓度检测模块对第一浓度范围的浓度进行检测，得到第一IPA浓度。
[0035]离子迁移谱的原始数据有其独特的模式，而在不同浓度(即1300ppm、800ppm、400ppm、215ppm)下，特定浓度的数据以清晰的模式进行。选择这些特定浓度的原因既有校准传感器(SKY2000
‑
VOC)的限制，也有洗手液空气中IPA的范围，该范围足以显示空气质量状况。本申请选择的浓度(即1300ppm、800ppm、400ppm、215ppm)是评估协同检测系统的传感性能(宽范围和相应灵敏度)的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异丙醇分子的协同检测系统，其特征在于，包括：离子迁移系统，用于获取IPA分子的离子迁移谱或对IPA分子的中红外光谱进行增强；中红外光谱探测仪，用于获取IPA分子增强后的中红外光谱，得到IPA分子的增强中红外光谱；预处理模块，用于分别对离子迁移谱和增强中红外光谱进行预处理；分类模块，用于对预处理后的离子迁移谱进行分类，得到IPA分子的第一浓度范围；以及用于对预处理后的增强中红外光谱进行分类，得到IPA分子的第二浓度范围；浓度检测模块，用于分别对第一浓度范围和第二浓度范围的浓度进行检测，得到第一IPA浓度和第二IPA浓度；协同检测模块，对第一IPA浓度和第二IPA浓度进行协同处理，得到最终的IPA浓度。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述离子迁移系统包括尖端
‑
板电极结构、高压组件和集流体；尖端
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板电极结构用于为不同气体环境和离子迁移提供场所，集流体用于对离子迁移的暗电流进行收集以进行监测；高压组件用于发电以向离子迁移系统进行供电。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述高压组件为摩擦电纳米发电机，通过多开关操作形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建雄，季善玲，杨雅馨，夏志杰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：