[发明专利]气体传感器老化补偿及故障检测

说明书

联邦研究声明

本发明由政府资助，美国国家航空航天局(NASA)给予资助的政府合同的合同号为NNJ06TA25C。政府对本发明享有某些权利。

技术领域

在此公开的主题大体涉及气体传感器监控领域。

背景技术

电化学气体传感器可以包括安培传感器，其包括工作(或感测)电极、反电极和电解质。该传感器也可包括参比电极。电化学气体传感器包括具有电极和电解质的电化学电池(cell)。在操作中，目标气体(即电化学气体传感器被设计检测的气体)与感测电极的表面起反应，通过表面反应产生与气体浓度成比例的电流。所述电流可以被测量以确定目标气体的浓度。

使用电化学传感器进行气体检测的主要挑战是传感器老化，如果传感器老化没有适当补偿，则将导致传感器读数的明显误差。可以采用使用标准校准气体的预定程序的传感器校准来保持传感器的准确性。尽管在很多的工业应用中，该方法是标准的，其中由维护人员进行预订程序传感器校准，但在一些情况下，如太空飞行中，由于没有空间用于存贮校准传感器所需的标准气体，该方法是不可行的。进一步地，传感器可能最终失效，导致未检测到不能接受的目标气体浓度；如果目标气体为有毒气体，这尤其会成为问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种用于气体传感器的老化补偿的方法包括通过阻抗分析仪确定气体传感器的阻抗谱；通过主参数鉴别器(identifier)基于阻抗谱确定主参数集合；通过老化补偿建模器(modeler)使用所述主参数集合构建气体传感器老化补偿模型；对气体传感器的输出应用该老化补偿模型。

根据本发明的另一方面，一种用于气体传感器的老化补偿的系统包括，被配置为确定气体传感器阻抗谱的阻抗分析仪；被配置为基于阻抗谱确定主参数集合的主参数鉴别器；被配置为使用所述主参数集合构建气体传感器的老化补偿模型，并对气体传感器的输出应用该老化补偿模型的老化补偿建模器。

根据本发明的另一方面，一种计算机程序产品，包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质含有计算机代码，所述计算机代码在被计算机执行时实施用于气体传感器的老化补偿和故障检测的方法，其中，该方法包括确定气体传感器的阻抗谱；基于阻抗谱确定主参数集合；使用所述主参数集合构建气体传感器的老化补偿模型；对气体传感器的输出应用该老化补偿模型。

还提供了用于气体传感器故障检测的系统、方法和计算机程序产品。

根据以下结合附图所进行的说明，本发明的其它方面、特征和技术将变得更为清楚。

附图说明

现在参考附图，在多个图中，相同的元素编号相同：

图1图解说明了用于气体传感器老化补偿和故障检测的系统的实施例。

图2图解说明了用于气体传感器老化补偿的方法的实施例。

图3图解说明了Randles等效电路的实施例。

图4图解说明了用于气体传感器故障检测的方法的实施例。

图5图解说明了可以与用于气体传感器老化补偿和故障检测的系统和方法的实施例结合使用的计算机。

具体实施方式

本发明提供了用于气体传感器老化补偿和故障检测的系统和方法的实施例，以下将对示例性实例进行详细讨论。电化学气体传感器的老化补偿模型可以通过使用传感器阻抗谱数据来构建，并且可以从老化补偿模型产生补偿信号，以自动补偿由于老化引起的传感器漂移。也可以自动检测电化学气体传感器的即将发生的(imminent)故障，从而在传感器故障实际发生前发出警告消息。

图1图解说明了用于气体传感器老化补偿和故障检测的系统100的实施例。传感器101可以包括任何适当的气体传感器，包括但不限于一氧化碳(CO)或氰化氢(HCN)传感器。传感器101与用于收集来自于传感器101的阻抗数据的恒电位仪102通信。恒电位仪102将收集到的阻抗数据发送到阻抗分析仪103。故障检测组件108、主参数鉴别器104和老化补偿建模器105接收来自于阻抗分析仪103的数据。基于由老化补偿建模器105所确定的老化补偿模型来产生信号，在加法器106处将该信号加到传感器101的输出从而给出经老化补偿的传感器输出107。

图2图解说明了用于传感器老化补偿的方法200的实施例。参考图1来讨论图2。在块201中，收集传感器阻抗数据，并确定阻抗谱。在块202中，使用阻抗数据来确定传感器的主阻抗参数。在块203中，构建老化补偿模型。在块204中，从老化补偿模型产生传感器的补偿信号，并将其应用于传感器输出。以下将详细讨论上述步骤。