连接板（16)，检测头下部设有用于带动检测头沿轨 道运动的第二电机（17)，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（18);气室上部和下部的进气管上分别设有第一气体流量计（191)和第二气体流 量计（192);开口和水平隔板之间设有密封结构； 控制器分别与存储器、各个电扇、各个电磁阀、各个气体流量计、金属网、各个超声波发 生器、第一电机、第二电机、MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲烷传感器电连接。2. 根据权利要求1所述的实验室甲烷泄漏检测装置，其特征是，所述轨道包括基板 (91)、设于基板上表面的两条间隔设置的凹槽（92)，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（93);所述第二电机的转轴与设于两个 齿轮之间的连接轴（94)相连接。3. 根据权利要求2所述的实验室甲烷泄漏检测装置，其特征是，所述基板上设有第 一挡板（95)，与第一挡板相对的第二挡板（96);第一挡板、第二挡板上设有对应的导向滑 槽（97);所述齿轮的连接轴两端设有用于插入第一挡板、第二挡板的导向滑槽的延伸轴 (98);检测头下表面设有与第一挡板、第二挡板上表面滚动接触的若干个滚珠（99)。4. 根据权利要求1所述的实验室甲烷泄漏检测装置，其特征是，所述支撑架包括开口 向下的U形架（41)、设于气室前部和后部的L形架（42);所述导向结构为设于U形架和两 个L形架之间的两条横梁（51);所述连接板呈矩形，连接板下部设有用于穿过两条横梁的2 个通孔（161)，连接板上部设有用于与横向丝杆配合的丝杆孔（162)。5. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的实验室甲烷泄漏检测装置，其特征是，气体 敏感膜内设有若干个间隔分布的空腔，空腔内设有伸出气体敏感膜上下表面之外的若干个 碳纳米管。6. -种根据权利要求1所述的实验室甲烷泄漏检测装置的检测方法，其特征是，包括 如下步骤： (6-1)控制器控制气室上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 上部内充入氮气，第一气体流量计检测氮气的流量，对MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲烷 传感器清洗，当充入的氮气达到L升时，清洗完毕后，控制器控制气室上部的进气管和出气 管上的电磁阀均关闭； (6-2)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 内充入待检测的实验室气体，第二气体流量计检测实验室气体的流量，当充入的实验室气 体达到Μ升时，控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均关闭； (6-3)控制器控制第一电机带动横向丝杆转动，横向丝杆通过连接板带动水平隔板向 气室外水平移动，使水平隔板内端移至与开口相接触位置时，控制器控制第一电机停止工 作； (6-4)控制器控制各个超声波发生器工作，控制金属网通电，同时控制各个电扇工作， 气体敏感膜吸附的气体进入气室上部，5至10分钟后，控制器控制金属网断电，各个电扇停 止工作，各个超声波发生器停止工作； (6-5)控制器控制第一电机带动横向丝杆转动，横向丝杆通过连接板带动水平隔板向 气室内水平移动，使水平隔板外端移至与开口相接触位置相接触时，控制器控制第一电机 停止工作； (6-6)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传感器和甲 烷传感器检测气体信号，控制器收到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);控制器利用公式signal(t) =Sl2(t) + (Sl(t) -S2(t))2+(S1 (t)-S3(t))2计算传感器融合信号signal(t); (6-7)存储器中预先存储有随机共振模型和甲烷浓度预测模型，将signal(t)输入随 机共振模型中，控制器计算随机共振模型共振时的输出信噪比SNR，将SNR输入甲烷浓度预 测模型中，得到被检测的实验室气体的甲烷浓度。7.根据权利要求1所述的实验室甲烷泄漏检测装置的检测方法，其特征是，所述步骤 (6-1)由下述步骤替换： (7-1)控制器控制气室上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 上部内充入氮气，第一气体流量计检测氮气的流量，对MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲烷 传感器清洗，当充入的氮气达到L升时，清洗完毕； (7-2)通过进气管向气室内充入已知甲烷浓度为S的实验室气体，第一气体流量计检 测实验室气体的流量，当充入的实验室气体达到L升时，控制器控制气室上部的进气管和 出气管上的电磁阀均关闭； 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传感器和甲烷传 感器检测气体信号，控制器收到甲烷传感器的检测信号Sl(t)、MQ-2传感器的检测信号 S2 (t)，MQ-135传感器的检测信号S3⑴； (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； 利用公式算矩阵A，B，C和D;存储器中设有最小阈值e; (7-4)当A+B+C=D并且A中数据至少有80%彡e并且D中数据至少有80%彡e时， 转入步骤（6-2);否则，转入步骤（7-1)。8.根据权利要求1所述的实验室甲烷泄漏检测装置的检测方法，其特征是，所述输出 信噪比SNR的计算过程包括如下步骤： 将signal(t)输入一层随机共振模型中； 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，〇2为外噪声强度，N(t)为内秉噪声，4sin(2;r/i+供）为周 期性正弦信号是信号幅度，f是信号频率，^为相位；a，b为设定的常数；设 S-lt) = +(p)+signal(/) -i-N(t); 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：设定噪声强度02=0，801(2龙1/1_+梦)二_1，:8丨8仙1(1:)=0，1'1(1:)=0 ;计算得到厶1的临将4的临界值代入一层随机共振模型中，并设定X。(t) = 0, 811。= 0,用四阶珑格库塔 算法求解一层随机共振模型，得到其中，xm(t)为x(t)的m阶导数，snm屬S(t)的m-ι阶导数在t= 0处的值，snm+1是S⑴的m+1阶导数在t= 0处的值，得到Xi(t)，x2⑴，…，xm+1⑴的值； 控制器对xjt),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^值、与Xl相对应 的共振时刻L、最优瞬时运动加速度ai，及与tJPa1所对应的噪声DpDiSD2中的一个 值；出的信噪比SNR;其中，AU=a2/4b。9. 根据权利要求8所述的实验室甲烷泄漏检测装置的检测方法，其特征是，控制器计 算并得到检测过程中signal(t)的平均幅度值SS，所述0. 5SS，一层随机共振模型和 二层随机共振模型中的10SS<D2< 20SS;a和b均<SS。10. 根据权利要求6或7或8或9所述的实验室甲烷泄漏检测装置的检测方法，其特征 是，甲烷浓度预测模型为甲烷浓度W= 0. 279+0. 152XSNR。
【专利摘要】本发明公开了一种实验室甲烷泄漏检测装置和检测方法，包括控制器，存储器、底板，设于底板上的气室和支撑架，设于支撑架上的导向结构和横向丝杆；所述气室内由上至下依次设有检测头、托板、沿托板上表面螺旋分布的轨道、将气室内分隔为上下两部分的水平隔板、波浪形的气体敏感膜和用于支撑气体敏感膜的由电热丝构成的波浪形的金属网；气室内壁底部设有用于向上吹风的若干个风扇和若干个超声波发生器；检测头上设有MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲烷传感器。本发明具有灵敏度高、稳定性好且响应时间短，对甲烷具有较好的选择性，能够检测出浓度更低的微量甲烷气体，从而有效的保障人们身体健康的特点。
【IPC分类】G01N33/00
【公开号】CN105301185
【申请号】CN201510591334
【发明人】施小平, 阚相如, 朱义族, 连广浒
【申请人】浙江工商大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月17日