气体检测方法技术

本发明专利技术提供一种气体检测方法。使用至少两个气体传感器构成阵列；将气体传感器的极间电压设为低于击穿电压以使传感器处于非自持放电状态，选择检测起始电压和终止电压，在此区间内等间距取2k个检测电压点，分别记录第m个传感器在各检测电压点的放电电流值，将放电电流值除以放电电压值得到被测气体的电导，得出阳极和阴极传感器检测数据集；选择一个数据耦合系数，将所有气体传感器的检测数据耦合成一个集合；将检测数据集中2k个离散点用样条插值算法拟合成检测电导曲线；将其输入调谐随机共振系统中，计算信噪比曲线；取信噪比曲线的最大值和预设的信噪比特征值进行比较，确定被测气体浓度或类型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体分析
，且特别涉及一种。
技术介绍
技术进步和工业的飞速发展给人类带来丰富的物质生活，但是也带来了环境保护的严肃课题。惰性气体以其独特的性质有着广泛的应用，以六氟化硫(SF6)为例，因其稳定的物理、化学特性，广泛的应用于电气设备绝缘气、示踪气体、刻蚀剂、载体气体、制冷剂等。六氟化硫无色无味无毒且比重大于空气，但人吸入体积比为4 1的六氟化硫和氧气混合气后，即出现四肢麻木、窒息死亡。在电厂、电站的配电室中，设备泄露出的六氟化硫沉积在地面，日久则严重危害操作人员的生命安全。此外，世界上公认的六种温室气体为二氧化碳，甲烷、氢氟碳合物、全氟化碳、氧化亚氮、六氟化硫。研究表明，六氟化硫单个分子的影响是二氧化碳的25000倍，由于六氟化硫分子极度不活泼，其分子可以在大气中存在3400年以上。目前六氟化硫的检测方法主要有英国ION公司的GasCheck5000热导式系列产品，根据六氟化硫与空气导热系数的差异来检测其浓度，检测精度高，但是价格高昂；上海通用检测技术研究所生产的GD-5000系列紫外电离式产品，采用检测紫外光电离六氟化硫检测其产物的方法确定其浓度，灵敏度达0. 5ppm，然而由于紫外灯管属于易耗品且价格昂贵，检测成本较高，同时电离产物中有氟化氢、硫化物等剧毒物质，危害人体健康；德国DILO公司的R002型监测仪，依靠检测声波在目标气体中速率的方法，监测六氟化硫浓度，存在精度低、监测点数少等缺点。气体放电现象是电流流经气体的现象，其机理和过程都比较复杂，大致可以分为非自持放电区域、自持暗放电区域、前辉光放电区域、正常辉光放电区域、反常辉光放电区域、过渡电弧放电区域、弧光放电区域七个区域。让气体处于放电状态,从而检测气体的浓度和类型，已渐渐取代传统的检测方法。现有的电离型气体传感器技术都是使传感器处于自持暗放电状态下，检出被测电信号并进行处理，达到检测目的。如2003年美国Pulichel M. Ajayan等以CVD法在二氧化娃基底上生长纳米碳管膜作为阳极制作电离型气体传感器，使其工作于电晕放电(coronadischarge)状态,利用击穿电压和放电电流标定单一气体类型，但是未给出混合气体浓度的测量方法，而且其测量气体的击穿电压(breakdown voItage ),传感器电极间瞬时产生的巨大放电电流和产生的热量会导致局部纳米碳管材料被从基底上击飞而受到较大损伤。西安交通大学张勇等将纳米碳管薄膜附着于ITO玻璃作为电离型传感器的阴极，使用两个不同极间距离的传感器阵列，在自持暗放电状态下检测不同浓度甲烷检测信息，利用多信息融合方法达到检测的目的。然而，自持放电式电离型气体传感器受检测环境因素(温度、大气压强、相对湿度、电极表面放电老化等)影响，在实际中每次检测过程重复性较差，造成自持暗放电临界电压漂移现象。由于自持暗放电和辉光放电区域邻接，因此自持暗放电临界电压漂移往往容易造成传感器工作区域点的不稳定性，一旦进入辉光放电状态，传感器电极间剧烈放电因而造成纳米材料薄膜的损伤，降低传感器重复性和使用寿命。实验表明，使用纳米碳管作为敏感材料用于气体检测，在重复多次实验之后，碳会被激发到对电极材料表面，可用肉眼观察至IJ，必然影响到后续检测的准确性。同时，自持暗放电状态下气体虽然发光但是电流趋于饱和因而产生热量，由于电极尺寸较小，因此电极由于发热而产生的微小形变对检测准确性也产生不可忽视的影响。因此，以上因素极大限制了电离型气体传感器走向实用化。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术的不足，提供一种测量精确，对工作环境(温度、适度、压强等)具有极强适应性的。为了实现上述目的，本专利技术提供一种，用于气体检测仪检测被测气 体的浓度或类型。包括如下步骤使用至少两个气体传感器构成传感器阵列；将气体传感器的极间电压设置为低于击穿电压以使气体传感器处于非自持放电区域，选择检测起始电压和终止电压，在起始电压和终止电压的区间内等间距取2k个检测电压点，分别记录第m个气体传感器在不同检测电压点的放电电流值，将放电电流值除以放电电压值得到被测气体的电导gm，得到阳极传感器检测数据集合DJgm, m)和阴极传感器检测数据集合1(81 ，m)，其中k > 3，m > 2 ;选择一个数据耦合系数o，将所有气体传感器的检测数据率禹合成一个集合D (gm, m) = o XDc(gm, m) + (l — o ) X Da (gm, m),其中0彡o彡I ;将检测数据集合Dfe111, m)中2k个离散的点用样条插值算法拟合成检测电导曲线；将拟合出的电导曲线输入调谐随机共振系统中，计算信噪比曲线，其中调制随机共振系统以双稳态随机共振系统为基础，以正弦信号为载波信号，将拟合得到的电导曲线与载波信号调制后，输入非线性双稳态系统，同时输入幅度为单位值、频率可调的方波信号作为噪声信号，改变输入方波信号的强度，诱发非线性双稳态系统产生随机共振，得到输出的信噪比曲线；处理单元中存有预设的信噪比特征值和气体浓度、类型的关系，取输出的信噪比曲线的最大值为被测气体的特征值，将被测气体的特征值和预设的信噪比特征值进行比较，得出被测气体的浓度或类型。于本专利技术的一实施例中，气体传感器包括氧化铝纳米线电极、铝电极和绝缘层。氧化铝纳米线电极，由纯度为99. 999%的高纯铝板在有机溶剂中超声去脂，在质量浓度为5%的碳酸钠溶液中浸泡2 5min去除原始氧化层，用电化学法将高纯铝板的表面抛光后，取出用去离子水洗净后置入0. 3mol/l的草酸溶液中，使用直流电压40V阳极氧化Ih以后，置于50°C的磷酸和铬酸混合溶液中，去除一次阳极氧化膜，在相同条件下二次氧化20min后，取出后在5%的磷酸溶液中50°C扩孔15min制得；铝电极；绝缘层，设置于所述氧化铝纳米线电极和所述铝电极之间以隔离所述氧化铝纳米线电极和所述铝电极，所述氧化铝纳米线电极和所述铝电极是正负极，所述绝缘层的厚度为100、99微米。于本专利技术的一实施例中，有机溶剂为酒精和丙酮的混合溶液。于本专利技术的一实施例中，绝缘层由酰胺材料制得。于本专利技术的一实施例中，被测气体为六氟化硫。于本专利技术的一实施例中，气体检测仪还包括气体富集缓冲单元和检测气室，检测气室连通气体富集缓冲单元，气体传感器设置于检测气室。于本专利技术的一实施例中，气体检测仪还包括干燥器，干燥器设置于检测气室以吸收被测气体的水蒸气。于本专利技术的一实施例中，气体检测仪还包括控制电路，控制电路电性连接气体传感器和处理单元以提供激励电压和获取检测信号。本专利技术通过采用调谐随机共振信噪比极大值标定法，能够快速准确地检测出气体的浓度和/或类型，极大地增强了气体传感器对工作环境的适应性，减少了工作环境对气体传感器检测结果的影响。本专利技术的检测方法是让气体传感器处于非自持放电区域，既不同于现有的自持暗放电又不同于电晕放电或辉光放电。由于非自持放电电压可以控制在较小的范围，放电电流较自持暗放电等区域显著的减小，有效地避免了因气体击穿、发光、发热等因素造成传感器重复性和准确性的下降。并且，本专利技术采用氧化铝纳米线材料，经过表面处理后，加工制作成气体传感器，具有尺寸小、检测电压低、灵敏度高、工作寿命长、成本低廉的优势。且其制备过程简单，具有重复性好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体检测方法，用于气体检测仪检测被测气体的浓度或类型，其特征在于，所述气体检测方法包括如下步骤：使用至少两个气体传感器构成传感器阵列；将气体传感器的极间电压设置为低于击穿电压以使气体传感器处于非自持放电区域，选择检测起始电压和终止电压，在起始电压和终止电压的区间内等间距取2k个检测电压点，分别记录第m个气体传感器在不同检测电压点的放电电流值，将放电电流值除以放电电压值得到被测气体的电导gm，得到阳极传感器检测数据集合Dc(gm,？m)和阴极传感器检测数据集合Da(gm,？m)，其中k≥3，m≥2；选择一个数据耦合系数σ，将所有气体传感器的检测数据耦合成一个集合D(gm,？m)=σ×Dc(gm,？m)+(1－σ)×Da(gm,？m)，其中0≤σ≤1；将检测数据集合D(gm,？m)中2k个离散的点用样条插值算法拟合成检测电导曲线；将拟合出的电导曲线输入调谐随机共振系统中，计算信噪比曲线，其中调制随机共振系统以双稳态随机共振系统为基础，以正弦信号为载波信号，将拟合得到的电导曲线与载波信号调制后，输入非线性双稳态系统，同时输入幅度为单位值、频率可调的方波信号作为噪声信号，改变输入方波信号的强度，诱发非线性双稳态系统产生随机共振，得到输出的信噪比曲线；处理单元中存有预设的信噪比特征值和气体浓度、类型的关系，取输出的信噪比曲线的最大值为被测气体的特征值，将被测气体的特征值和预设的信噪比特征值进行比较，得出被测气体的浓度或类型。...

【技术特征摘要】
1.一种气体检测方法，用于气体检测仪检测被测气体的浓度或类型，其特征在于，所述气体检测方法包括如下步骤 使用至少两个气体传感器构成传感器阵列； 将气体传感器的极间电压设置为低于击穿电压以使气体传感器处于非自持放电区域，选择检测起始电压和终止电压，在起始电压和终止电压的区间内等间距取2k个检测电压点，分别记录第m个气体传感器在不同检测电压点的放电电流值，将放电电流值除以放电电压值得到被测气体的电导gm，得到阳极传感器检测数据集合DJgm, m)和阴极传感器检测数据集合0￡1(8111，m),其中k彡3, m彡2 ; 选择一个数据耦合系数C，将所有气体传感器的检测数据耦合成一个集合D(gm，m) = O X Dc (gm, m) + (l — o ) X Da (gm, m),其中 OS o < I ; 将检测数据集合D (gm, m)中2k个离散的点用样条插值算法拟合成检测电导曲线； 将拟合出的电导曲线输入调谐随机共振系统中，计算信噪比曲线，其中调制随机共振系统以双稳态随机共振系统为基础，以正弦信号为载波信号，将拟合得到的电导曲线与载波信号调制后，输入非线性双稳态系统，同时输入幅度为单位值、频率可调的方波信号作为噪声信号，改变输入方波信号的强度，诱发非线性双稳态系统产生随机共振，得到输出的信噪比曲线； 处理单元中存有预设的信噪比特征值和气体浓度、类型的关系，取输出的信噪比曲线的最大值为被测气体的特征值，将被测气体的特征值和预设的信噪比特征值进行比较，得出被测气体的浓度或类型。2.根据权利要求I所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠国华，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：