实验环境中三氯甲烷浓度检测装置及检测方法_2

文档序号:9415836阅读:来源:国知局
(t))2+ (SI ⑴-S3 ⑴)2将 MQ-2 传感器、MQ-135 传 感器和三氯甲烷传感器检测的信号进行融合,得到了传感器融合信号signal (t),从而既保 留了主传感器的检测信息,又保留了主传感器与辅助传感器之间的信号差异信息,提高了 检测精度。
[0034] 作为优选,所述还包括设于检测头上的温度传感器和湿度传感器;温度传感器和 湿度传感器均与控制器电连接;其特征是,所述步骤(6-2)由下述步骤替换:
[0035] (7-1)控制器控制进气管和出气管上的电磁阀均打开,通过进气管向气室内充入 氮气,对温度传感器、湿度传感器、MQ-2传感器、MQ-135传感器和三氯甲烷传感器清洗5至 10分钟;
[0036] (7-2)通过进气管向气室内充入已知三氯甲烷浓度为S的实验室气体,尾气处理 装置处理从出气管输出的实验室气体;通气3至10分钟后,控制器控制进气管和出气管上 的电磁阀均关闭;
[0037] 控制器通过第一电机带动检测头沿轨道移动,并通过第二电机带动上端开口气室 组件由与支撑平台接触处逐渐上升至控制器中预设的高度L,MQ-2传感器、MQ-135传感器 和三氯甲烷传感器检测气体信号,控制器收到三氯甲烷传感器的检测信号SI (t)、MQ-2传 感器的检测信号S2 (t),MQ-135传感器的检测信号S3 (t);
[0038] (7-3)控制器选取Sl(t)的η个等间隔分布的抽样值Sll,S12, ...,Sln,选取 S2(t)的η个等间隔分布的抽样值S21,S22, ...,S2n,选取S3(t)的η个等间隔分布的抽 样值 S31,S32, · · ·,S3n ;
[0039] 利用公式
[0040]
计算差值距离di2;
[0041] 利用下述公式
分别计算矩 阵A,B,C和D ;存储器中设有最小阈值e,与A、B、C、D、温度和湿度相关的三氯甲烷浓度表;
[0042] (7-4)控制器根据A、B、C、D、检测的温度和检测的湿度通过三氯甲烷浓度表查询 三氯甲烷浓度V ,
[0043] 当A中数据至少有81 并且D中数据至少有81 并且
,控 制器控制进气管和出气管上的电磁阀均打开,通过进气管向气室内充入氮气,对对温度传 感器、湿度传感器、MQ-2传感器、MQ-135传感器和三氯甲烷传感器清洗5至10分钟,转入步 骤(6-3);否则,转入步骤(7-1)。
[0044] 步骤(7-2)至(7-4)是对MQ-2传感器、MQ-135传感器和三氯甲烷传感器的校正 过程,只有满足A中数据至少有81 % < e并且D中数据至少有81 % < e并且< 3%的 S 校正条件的MQ-2传感器、MQ-135传感器和三氯甲烷传感器才用于对待检测气体进行检测, 否则需要重复校正过程,从而提高传感器检测的精度。
[0045] 作为优选,所述输出信噪比SNR的计算过程包括如下步骤:
[0046] 所述输出信噪比SNR的计算过程包括如下步骤:
[0047] 将signal⑴输入一层随机共振模型
[0048]
>
[0049] 其中,V (X,t,α )为势函数,X⑴为布朗粒子的运动轨迹,t为运动时间, α是粒子瞬时运动加速度,02为外噪声强度,N(t)为内秉噪声,4 sin(2;r.// +炉)为 周期性正弦信号,A1是信号幅度,f是信号频率,#为相位;a,b为设定的常数;设
[0050] 控制器计算V (x,t,α )对于X的一阶导数,二阶导数和三阶导数,并且使等式等于 0,得到二层随机共振模型:
[0051]
[0052] 设定噪声强度 D2= 0 sin〇/丨signal ⑴=〇, N(t) = 0 ;计算得到 A1 的临界值为^4^/27^.
[0053] 将心的临界值代入一层随机共振模型中,并设定XQ(t) = 0, sn。= 0,用四阶珑格 库塔算法求解一层随机共振模型,得到
[0054]
,m = 0, 1,"^N-I ;并计算:
[0059] 其中,xjt)为X⑴的m阶导数,Snnil是S⑴的m-1阶导数在t = 0处的值,Snlri 是S⑴的m+1阶导数在t = 0处的值,得到X1 (t),x2⑴,…,xm+1⑴的值;
[0060] 控制器对X1U),x2 (t),(t)进行积分,得到X (t),并得到X (t)在一层随机 共振模型和二层随机共振模型组成的双层随机系统产生随机共振时刻的位置1^直、与X #目 对应的共振时刻L、最优瞬时运动加速度a i,及与tJP a 1所对应的噪声D p D1S D 2中的 一个值;
[0061] 控制器利用公式 计算双层随机共振系 统输出的信噪比SNR ;其中,Λ U = a2/4b。
[0062] 作为优选,控制器计算并得到检测过程中signal (t)的平均幅度值SS,所述 A1S 0. 47SS,一层随机共振模型和二层随机共振模型中的10. 2SS彡D2S 19. 8SS ;a和b均 < 0·87SS〇
[0063] 对A1, DjP a和b取值范围的限定,确保一层随机共振模型和二层随机共振模型具 有良好的灵敏性,从而使输出的信噪比SNR更加准确。
[0064] 作为优选,三氯甲烷浓度预测模型为三氯甲烷浓度W = 3. 07+0. 19 X SNR。
[0065] 因此,本发明具有如下有益效果:(1)灵敏度高、稳定性好且响应时间短,对三氯 甲烷具有较好的选择性,能够检测出浓度更低的微量三氯甲烷气体,从而有效的保障人们 身体健康;(2)操作简单、检测费用低。
【附图说明】
[0066] 图1是本发明的一种原理框图;
[0067] 图2是本发明的一种结构示意图;
[0068] 图3是本发明的气室的一种剖视图;
[0069]图4是本发明的轨道的一种横截面结构示意图;
[0070] 图5是本发明的轨道的一种俯视图;
[0071] 图6是本发明的实施例1的一种流程图。
[0072] 图中:控制器1、存储器2、支撑平台3、气室4、竖向支撑板5、气缸6、风扇7、气体 敏感膜8、金属网9、水平隔板10、托板11、检测头12、轨道13、MQ-2传感器14、MQ-135传感 器15、三氯甲烧传感器16、第一电机17、进气管18、出气管19、电磁阀20、竖向丝杆21、第二 电机22、温度传感器23、湿度传感器24、尾气处理装置28、下端开口气室组件41、上端开口 气室组件42、L形支撑杆43、基板121、凹槽122、齿轮123、连接轴124、第一挡板125、第二 挡板126、导向滑槽127、延伸轴128、滚珠129。
【具体实施方式】
[0073] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的描述。
[0074] 实施例1
[0075] 如图1、图2、图3所示的实施例是一种实验环境中三氯甲烷浓度检测装置,包括控 制器1,存储器2、支撑平台3,设于支撑平台上的横截面呈矩形的气室4、尾气处理装置28 和竖向支撑板5,设于竖向支撑板上的气缸6 ;
[0076] 如图3所示,气室内壁顶部设有用于向下吹风的6个风扇7,气室内侧壁由上至下 依次设有3层气体敏感膜8、用于支撑气体敏感膜的由电热丝构成的金属网9、位于金属网 下部并将气室内分隔为上下两部分的水平隔板10,气室内底部设有托板11、检测头12和沿 托板上表面环形分布的轨道13,检测头上设有MQ-2传感器14、MQ-135传感器15和三氯甲 烷传感器16 ;气体敏感膜上设有10个通孔,与气体敏感膜位置相对应的气室内壁上设有12 条导气竖槽;
[0077] 如图2所示,气室上设有用于插入水平隔板的开口,水平隔板外端与气缸的伸缩 杆连接,检测头下部设有用于带动检测头沿轨道运动的第一电机17,位于水平隔板上部和 下部的气室上分别设有进气管18和出气管19 ;进气管和出气管上均设有电磁阀20 ;
[0078] 气室包括上下插接的下端开口气室组件41和上端开口气室组件42,下端开口气 室组件与支撑平台固定连接,上端开口气室组件底部和支撑平台之间设有竖向丝杆21,竖 向丝杆上部与上端开口气室组件底部螺纹配合,竖向丝杆下部通过设于支撑平台上的轴承 与支撑平台连接,丝杆下端与设于上端开口气室组件内的第二电机22的转轴连接;
[0079] 开口和水平隔板之间设有密封结构,下端开口气室组件和上端开口气室组件之间 设有密封结构;尾气处理装置与气室上部的出气管相连通;
[0080] 如图1所不,控制器分别与存储器、各个电扇、各个电磁阀、金属网、气缸、第一电 机、第二电机、MQ-2传感器、MQ-135传感器和三氯甲烷传感器电连接。
[0081] 如图4、图5所示,轨道包括基板121、设于基板上表面的两条间隔设置的凹槽122, 所述凹槽底面上设有等间隔排列的齿条;所述检测头底部设有两个与凹槽相配合的齿轮 123 ;第一电机的转轴与设于两个齿轮之间的连接轴124相连接;
[0082] 基板上设有第一挡板125,与第一挡板相对
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