[发明专利]基于单个传感器进行气体识别的方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于单个传感器进行气体识别的方法及装置，包括：对单个传感器施加短周期脉冲加热电压，获取未知气体的测试电流，分别计算最大时间和气敏响应值序列。根据最大时间确定其在预先建立的气体特征识别库中的浓度‑最大时间关系曲线中的位置，初步预判气体的可能种类及浓度。根据气敏响应值序列在雷达图中的闭合包络线，与预先建立的气体特征识别库中雷达图中的闭合包络线簇进行匹配，并结合初步预判，最终识别出气体的种类及浓度。本发明通过采用单个传感器即可实现气体识别，简便易操作，并极大减小了传感器规模，同时采用短周期热调制处理使单个传感器周期性地处于多个实验温度下，快速获取大量实验数据，进一步提升工作效率。

技术领域

本发明属于纳米气敏传感器检测领域，具体涉及一种基于单个传感器进行气体识别的方法与装置、以及气体特征识别库的建立方法与装置。

背景技术

气体检测通常要借助气相色谱质谱仪等大型仪器设备，但这种方法成本较高且只适用于特征谱线不重叠的气体，关键是仅限于离线检测。基于纳米材料的气体传感器具有低成本、小型化、易集成、可靠性高等优点。作为最经典的气体检测材料，过渡金属氧化物(TMOs)因其对多种气体良好的敏感特性而受到广泛关注。但在现有研究中，TMOs传感器所要求的工作温度通常较高，持续加热会致使传感器功耗增加。此外，一种传感器对多种气体均有响应，存在交叉敏感特性，这是限制气体传感器应用的重要原因。传统地，比较传感器感测不同气体时的响应值大小是最常用却极其粗略的选择性评估方法，该方法会受到气体浓度和工作温度等因素的影响。通过采用多个性能各异的传感器构建阵列，是解决交叉敏感问题的另一种常见思路。然而，为检测多种混合气体中各组分含量，所需的阵列规模也将随之扩大，导致阵列体积大、成本高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于单个传感器进行气体识别的方法与装置。本发明主要采用如下技术方案：

一种基于单个传感器进行气体识别的方法，包括：

S1、对第一传感器施加短周期脉冲加热电压，使第一传感器周期性的处于N′个不同温度点下；其中，第一传感器置于第一测试气室中。

S2、向第一测试气室通入未知气体。

S3、获取第一传感器在N′个不同温度点下感测未知气体的测试电流I_t，I_t为当前加热周期中对应时刻的测试电流。

S4、分别计算N′组测试电流I_t的电流变化率D_t，然后生成D_t曲线簇；获取D_t曲线簇中的D_t最大值，计算从通入未知气体开始至D_t最大值之间的时间，记为最大时间τ_m；计算未知气体在1至N′个温度点下的气敏响应值序列，并将气敏响应值序列取对数，然后按照每个周期内各温度点的时间顺序，在雷达图中生成闭合包络线。

S5、确定所述最大时间τ_m在预先建立的气体特征识别库中的浓度-最大时间关系曲线中的位置，初步预判未知气体的可能种类及浓度；将在雷达图中生成的闭合包络线，与预先建立的气体特征识别库中的雷达图中的闭合包络线簇进行匹配，并结合上述预判，最终识别出未知气体的种类及浓度。

基于相同的发明构思，本发明还提供了一种基于单个传感器进行气体识别的装置，包括：第一传感器、第一测试气室、第一外部电源和信号发生电路、第一气体通入单元、第一测试电流获取单元、第一计算单元和气体识别单元；其中，

第一传感器置于第一测试气室中，用于感测通入第一测试气室中的未知气体。

第一外部电源和信号发生电路，用于对第一传感器施加短周期脉冲加热电压，使第一传感器周期性的处于N′个不同温度点下。

第一气体通入单元，用于向第一测试气室通入未知气体。