研究室中氰化氢检测装置和检测方法_2

文档序号:9470238阅读:来源:国知局
制器计算随机共振模型共振时的输出信噪比SNR,
[0030] 将SNR输入氰化氢浓度预测模型中,得到被检测的实验室气体的氰化氢浓度。
[0031] 由于传感器对被检测的目标气体均具有交叉敏感特性,因此本发明采用MQ-2传 感器和MQ-135传感器作为辅助传感器,氰化氢传感器作为检测氰化氢气体的主传感器, MQ-2传感器的检测信号SI(t)、MQ-135传感器的检测信号S2 (t),氰化氢传感器的检测信号 S3 (t),本发明利用公式
[0032] signal(t) =SI2 (t) +(SI(t) -S2 (t))2+(SI⑴-S3 ⑴)2将MQ-2 传感器、MQ-135 传 感器和氰化氢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。
[0033] 作为优选,所述步骤(6-1)由下述步骤替换:
[0034](7-1)控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均打开,通过进气管向 气室下部内充入氮气,对MQ-2传感器、MQ-135传感器和氰化氢传感器清洗5至10分钟;
[0035] (7-2)控制器控制气室上部的进气管和出气管上的电磁阀打开,通过进气管向气 室内充入已知氰化氢浓度为S的实验室气体,流量计检测实验室气体的流量,气体敏感膜 吸附气体,当气体的流量达到L升后,控制器控制气室上部的进气管和出气管上的电磁阀 关闭;
[0036] 控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动,MQ-2传感器、MQ-135传感器和氰化 氢传感器检测气体信号,控制器收到氰化氢传感器的检测信号SI(t)、MQ-2传感器的检测 信号S2 (t),MQ-135传感器的检测信号S3⑴;
[0037] (7-3)控制器选取Sl(t)的n个等间隔分布的抽样值S11,S12,…,Sln,选取S2(t) 的n个等间隔分布的抽样值S21,S22,…,S2n,选取S3 (t)的n个等间隔分布的抽样值S31, S32,…,S3n;
[0038] 利用公式
[0039] di2= (Sli-S) 2+(S2i-S)2+(S3i-S)2,i-l,2,…,n,计算差值距离di2;
[0040] 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;
[0041] (7-4)当A+B+C=D并且A中数据至少有81 %彡e并且D中数据至少有81 %彡e 时,转入步骤(6-2);否则,转入步骤(7-1)。
[0042] 步骤(7-2)至(7-4)是对MQ-2传感器、MQ-135传感器和氰化氢传感器的校正过 程,只有满足A+B+C=D并且A中数据至少有81 %彡e并且D中数据至少有81 %彡e的校 正条件的MQ-2传感器、MQ-135传感器和氰化氢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。
[0043] 作为优选,所述输出信噪比SNR的计算过程包括如下步骤:
[0044] 将signal⑴输入一层随机共振模型
[0045]
中;
[0046] 其中,V(x,t,a)为势函数,X⑴为布朗粒子的运动轨迹,t为运动时间, a是粒子瞬时运动加速度,02为外噪声强度,N⑴为内秉噪声,4力^2〃/ +史)为 周期性正弦信号,A1是信号幅度,f?是信号频率,炉为相位;a,b为设定的常数;设 S(I)=A1sin(2yT/?+(p)+signal(/') +N(I);
[0047] 控制器计算V(x,t,a)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:
[0048]
[0049] 设定噪声强度 D2= 0,sin(2;r/? + 炉)=I,signal ⑴=〇, N(t) = 0 ;计算得到 A1
[0050] 将心的临界值代入一层随机共振模型中,并设定XJt) = 0,sn。= 0,用四阶珑格 库塔算法求解一层随机共振模型,得到
[0056] 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;
[0057] 控制器对X1U),x2(t),…,xm+1(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:相 对应的共振时刻h、最优瞬时运动加速度ai,及与tJP a1所对应的噪声DpD1S D 2中的 一个值;D2是在[0,1]范围内以0.01周期循环步进的一个函数,D 2的取值与时间相关,知 道了L时刻,D1就确定了。
[0058] 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,AU=a2/4b。
[0059] 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 A1S0. 6SS,一层随机共振模型和二层随机共振模型中的IlSS<D2S22SS;a和b均<SS。
[0060] 对A1,DjPa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。
[0061] 作为优选,氰化氢浓度预测模型为氰化氢浓度W= 0. 274+0. 07XSNR。
[0062] 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,对氰化 氢具有较好的选择性,能够检测出浓度更低的微量氰化氢气体,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】
[0063] 图1是本发明的一种原理框图;
[0064] 图2是本发明的气室的一种剖视图;
[0065] 图3是本发明的一种俯视图;
[0066] 图4是本发明的连接板的一种结构示意图;
[0067] 图5是本发明的轨道的一种横截面结构示意图;
[0068] 图6是本发明的轨道的一种俯视图;
[0069] 图7是本发明的实施例的一种流程图。
[0070] 图中:控制器1、底板2、气室3、支撑架4、导向结构5、横向丝杆6、风扇7、气体敏感 膜8、金属网9、水平隔板10、托板11、轨道12、检测头13、第一电机14、连接板15、第二电机 16、电磁阀17、MQ-2传感器20、MQ-135传感器21、氰化氢传感器22、进气管23、出气管24、 存储器25、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、U形架41、L形架42、横梁51、通孔151、丝杆孔152、滚珠129、频率可调超 声波发生器26、流量计27、超声波接收器28。
【具体实施方式】
[0071] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的描述。
[0072] 如图1、图2所示的实施例是一种研究室中氰化氢检测装置,包括控制器1,存储器 25、底板2,设于底板上的横截面呈矩形的气室3和支撑架4,设于支撑架上的导向结构5和 横向丝杆6 ;
[0073] 气室内壁顶部设有频率可调超声波发生器26和用于向下吹风的5个风扇7,气室 内侧壁由上至下依次设有气体敏感膜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,气室内底部设有超声波接收 器28、托板11、检测头13和沿托板上表面螺旋分布的轨道12,检测头上设有MQ-2传感器 20、MQ-135传感器21和氰化氢传感器22 ;气体敏感膜上设有5个通孔;
[0074] 如图3所示,横向丝杆一端与设于支撑架上的第一电机14的转轴连接,气室上设 有用于插入水平隔板的开口,水平隔板外端设有连接板15,检测头下部设有用于带动检测 头沿轨道运动的第二电机16,连接板与丝杆螺纹连接,连接板与导向结构滑动连接,位于水 平隔板上部和下部的气室上分别设有一组进气管23和出气管24 ;进气管和出气管上均设 有电磁阀17 ;开口和水平隔板之间设有密封结构;水平隔板上部的进气管上还设有流量计 21 〇
[0075] 如图1所示,控制器分别与频率可调超声波发生器、超声波接收器、流量计、存储 器、各个电扇、各个电磁阀、金属网、第一电机、第二电机、MQ-2传感器、MQ-135传感器和氰 化氢传感器电连接。
[0076] 如图5、图6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, 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 ; 第二电机的转轴与设于两个齿轮之间的连接轴12
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