一种基于物理信息约束的氧气传感器误差补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物理信息约束的氧气传感器误差补偿方法及系统，本发明专利技术方法包括获取TDLAS氧气传感器的输出电压U以及所处环境的温度T和压力P；输入预训练的基于温度T、压力P和输出电压U与氧气浓度C的三种单调性关系的物理信息约束的氧气传感器误差补偿网络模型以获得误差补偿后的氧气浓度C，氧气传感器误差补偿网络模型被预训练学习了输入的温度T、压力P和输出电压U，以及输出的误差补偿后的氧气浓度C之间的映射关系。本发明专利技术旨在对TDLAS氧气传感器实现良好泛化能力和鲁棒性的非线性误差补偿，以克服TDLAS氧气传感器的温度漂移、老化效应等影响，提高TDLAS氧气传感器在复杂环境下的测量准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氧气浓度检测，具体涉及一种基于物理信息约束的氧气传感器误差补偿方法及系统。

技术介绍

1、氧气作为维持生命活动的关键气体，在工业过程控制与安全监测领域同样具有重要作用。其浓度变化直接影响人体健康与工业生产安全。可调谐半导体激光吸收光谱（tdlas）技术凭借高选择性、非接触测量和快速响应等优势，已成为氧气浓度检测的主流技术。该技术通过调制半导体激光器驱动电流，实现特定气体吸收谱线扫描，并基于光谱信号处理反演气体浓度。基于tdlas的激光气体传感系统支持氧气实时在线监测，克服了传统方法需采样预处理的局限，具有灵敏度高、选择性强、响应快速等特点，可满足痕量检测、成分分析及复杂环境下的精准测量需求。尽管tdlas氧气传感器在气体检测领域具有高灵敏度和选择性等优势，但其在实际应用中仍然面临非线性误差的挑战。非线性误差的产生源于多方面因素：首先，半导体激光器的波长调制特性受温度漂移、老化效应等影响，导致输出光强与注入电流之间的非线性关系；其次，测量气室的污染、光学器件衰减等因素会引入附加误差，干扰光谱信号的获取；此外，气体分子吸收谱线的展宽效应，以及环境本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于物理信息约束的氧气传感器误差补偿方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的基于物理信息约束的氧气传感器误差补偿方法，其特征在于，所述温度T、压力P和输出电压U与氧气浓度C的三种单调性关系的物理信息约束包括氧气浓度C随温度T的升高而增大、随压力P的增大而减小、随输出电压U的增大而增大三种单调性关系的物理信息约束的约束条件，所述约束条件具体为在氧气传感器误差补偿网络模型训练阶段约束氧气传感器误差补偿网络模型使其对样本的预测值关于温度T的偏导数大于0，关于压力P的偏导数小于0，关于输出电压U的偏导数大于0。

3.根据权利要求2所述的基于物理信...

【技术特征摘要】

1.一种基于物理信息约束的氧气传感器误差补偿方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的基于物理信息约束的氧气传感器误差补偿方法，其特征在于，所述温度t、压力p和输出电压u与氧气浓度c的三种单调性关系的物理信息约束包括氧气浓度c随温度t的升高而增大、随压力p的增大而减小、随输出电压u的增大而增大三种单调性关系的物理信息约束的约束条件，所述约束条件具体为在氧气传感器误差补偿网络模型训练阶段约束氧气传感器误差补偿网络模型使其对样本的预测值关于温度t的偏导数大于0，关于压力p的偏导数小于0，关于输出电压u的偏导数大于0。

3.根据权利要求2所述的基于物理信息约束的氧气传感器误差补偿方法，其特征在于，所述氧气传感器误差补偿网络模型为由输入层、隐含层和输出层构成的三层神经网络，所述输入层包括用于输入温度t、压力p和输出电压u的三个神经元节点，所述输出层包括用于输出误差补偿后的氧气浓度c的一个神经元节点。

4.根据权利要求3所述的基于物理信息约束的氧气传感器误差补偿方法，其特征在于，所述三层神经网络的函数表达式为：

5.根据权利要求4所述的基于物理信息约束的氧气...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海军，聂思源，杨进宝，张建军，肖弘基，何峰，李松辉，柏文琦，吕博文，吴双双，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：