一种基于多维信号的气体检测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多维信号的气体检测方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种基于多维信号的气体检测方法


[0001]本专利技术属于气体检测
，尤其涉及一种基于多维信号的气体检测方法
。

技术介绍

[0002]随着科技水平的发展，气体检测在地震预报
、
矿井安全
、
石油勘探
、
医疗卫生
、
污染源检测
、
化工过程控制
、
冶金等传统工业乃至现在所有得新技术革命带头学科如生物科学
、
微电子学
、
新型材料等领域均有着越来越广泛的应用
。
并且，随着人们生活水平的提高及社会发展的需要，对气体传感器的要求也越来越高，需要检测的气体种类也越来越多，由原来的还原性气体
(H2、C4H
10
、CH4等
)
扩展到毒性气体
(CO、NO2、H2S、NO、NH3、PH4等
)
以及与食品有关的气体
(
鱼品新鲜度的三甲胺
、
醋酸乙酯等
)
，并拓展到人体呼出气
。
呼出气是人体代谢的产物，其中含有多种生物标志物，如乙醛
、
甲硫醇
、
一氧化氮等，它们可以反映人体的健康状况和疾病风险
。
通过对呼出气进行分析，可以实现对一些疾病的早期诊断
、
监测和治疗，如癌症
、
哮喘
、
糖尿病等
。
气体传感器在呼出气检测中的优势是非侵入性
、
快速
、
廉价和便携的，相比于传统的血液或尿液等检测方法，更加方便和舒适
。
为了满足上述测试场景的需求，气体传感器需要具有较高的灵敏度和选择性，重复性和稳定性要好，要能大批量生产，并且性价比一定要高，这样才能在气体传感器商品化的道路上迈出很大的一步
。
[0003]目前，检测气体的方法和手段繁多，主要包括电化学法
、
气相色谱法
、
导热法
、
红外吸收法
、
接触燃烧法
、
半导体气体传感器检测法
、
光纤法
。
半导体气体传感器由于具有灵敏度高
、
响应时间快等优点，其产品发展非常迅速，目前已成为世界上产量最大
、
应用最广的传感器之一
。
[0004]半导体气体传感器是利用半导体气体传感器同被测气体接触，产生半导体特性
(
如电阻等电学性质
)
变化原理，来检测气体成分或测量气体浓度的传感器的统称
。
半导体气体传感器大体上可分为电阻型和非电阻型两种
。
电阻型气体传感器由于其灵敏度高
、
信号提取方便
、
便于与不同终端设备集成等优点，具有巨大的研究价值和应用前景
。
近年来，基于氧化石墨烯
(GO)
气敏材料的电阻型气体传感器得到了广泛的研究
。GO
是一种由单层碳原子构成的二维纳米材料，具有高比表面积
、
优异的导电性
、
良好的化学稳定性和可调节的表面官能团等特点，使其在气体传感领域显示出巨大的潜力
。GO
可以与多种纳米材料如金属
、
金属氧化物
、
聚合物等进行复合，形成具有不同结构和性能的
GO
基复合气敏材料，从而提高其对不同气体的响应灵敏度
。
而待测气体与石墨烯基气敏材料接触后，气敏材料的电阻大小会相应发生变化，这一变化可以通过电路测量得到，从而实现对气体的检测
。
[0005]然而，基于电阻的单一信号检测模式中，气敏材料只能感应气体的导电能力，而对气体的其他物化性质未能实现有效检测和利用，造成了信息浪费
。
且对气敏材料的导电能力提出了较高要求，限制了气敏材料复合材料的选择范围
。
上述缺陷使得电阻型气体传感器对复杂气体的分辨能力不足
。
为了解决这一问题，对气敏材料吸附气体前后进行多维度电学信号检测，有助从物理及化学等多个特征分辨气体，从而提升对复杂气体的分辨能力，也能扩展气敏材料的选择范围
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种可实现多气体区分的基于多维信号的气体检测方法
。
[0007]本专利技术提供了一种基于多维信号的气体检测方法，包括以下步骤：
[0008]S)
将待测气体流经气体传感器的传感芯片，通过测量气体传感器的电流值
、
电容值及耗散因子值，得到待测气体的特征信息；
[0009]所述待测气体为有机挥发性气体和
/
或无机挥发性气体
。
[0010]优选的，所述步骤
S)
具体为：
[0011]先将载气流经气体传感器的传感芯片至基线趋于平稳，然后将待测气体以同样的流速流经气体传感器的传感芯片，测试完成后，再将载气流经气体传感器的传感芯片至曲线恢复至基线水平，通过测量气体传感器的电流值
、
电容值及耗散因子值，得到待测气体的特征信息
。
[0012]优选的，测量气体传感器的电流值
、
电容值及耗散因子值后，将数据进行归一化和
PCA
分析，得到待测气体的响应值；根据待测气体的响应值得到待测气体的特征信息
。
[0013]优选的，所述步骤
S)
具体为：
[0014]将气体传感器放置于测试气槽内，由自动气体分配系统调节一定浓度的待测气体通入气槽，流经传感芯片；测试过程中，先通入载气直至基线趋于平稳，再在同流速下通入待测气体；通入待测气体一段时间后，再次通入载气至曲线恢复至基线水平；测试过程中通过皮安计记录传感器的电流值，通过
LCR
计测量传感器的电容值和耗散因子值
。
[0015]优选的，所述载气为待测气体的背景气；
[0016]所述待测气体包括氨气
、
硫化氢
、
一氧化氮及丙酮
、
异戊二烯中的一种或多种
。
[0017]优选的，所述载气为环境气体；
[0018]所述待测气体为人体呼出气体
。
[0019]优选的，所述气体传感器的传感芯片包括电极与位于电极上经还原处理的薄膜；所述薄膜由聚阳离子电解质辅助氧化石墨烯与金属有机框架材料自组装形成；所述金属有机框架材料具有三维孔结构
。
[0020]优选的，所述聚阳离子电解质选自聚二烯丙基二甲基氯化铵；
[0021]所述金属有机框架材料选自
NH2‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于多维信号的气体检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S)
将待测气体流经气体传感器的传感芯片，通过测量气体传感器的电流值
、
电容值及耗散因子值，得到待测气体的特征信息；所述待测气体为有机挥发性气体和
/
或无机挥发性气体
。2.
根据权利要求1所述的气体检测方法，其特征在于，所述步骤
S)
具体为：先将载气流经气体传感器的传感芯片至基线趋于平稳，然后将待测气体以同样的流速流经气体传感器的传感芯片，测试完成后，再将载气流经气体传感器的传感芯片至曲线恢复至基线水平，通过测量气体传感器的电流值
、
电容值及耗散因子值，得到待测气体的特征信息
。3.
根据权利要求2所述的气体检测方法，其特征在于，测量气体传感器的电流值
、
电容值及耗散因子值后，将数据进行归一化和
PCA
分析，得到待测气体的响应值；根据待测气体的响应值得到待测气体的特征信息
。4.
根据权利要求2所述的气体检测方法，其特征在于，所述步骤
S)
具体为：将气体传感器放置于测试气槽内，由自动气体分配系统调节一定浓度的待测气体通入气槽，流经传感芯片；测试过程中，先通入载气直至基线趋于平稳，再在同流速下通入待测气体；通入待测气体一段时间后，再次通入载气至曲线恢复至基线水平；测试过程中通过皮安计记录传感器的电流值，通过
LCR
计测量传感器的电容值和耗散因子值
。5.
根据权利要求2所述的气体检测方法，其特征在于，所述载气为待测气体的背景气；所述待测气体包括氨气
、
硫化氢
、
一氧化氮及丙酮
、
异戊二烯中的一种或多种
。6.
根据权利要求2所述的气体检测方法，其特征在于，所述载气为环境气体；所述待测气体为人体呼出气体
。7.
根据权利要求1所述的气体检测方法，其特征在于，所述气体传感器的传感芯片包括电极与位于电极上经还原处理的薄膜；所述薄膜由聚阳离子电解质辅助氧化石墨烯与金属有机框架材料自组装形成；所述金属有机框架材料具有三维孔结构
。8.
根据权利要求7所述的气体检测方法，其特征在于，所述聚阳离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬建敏，吴佳莹，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：