专利名称：探测传感器信息提取方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器应用技术领域，适用于使用单一传感器探测识别多种物质特性的方法。
背景技术：
传感器件是各种探测设备必不可少的重要组成部分，已经在各种技术领域得到广泛应用，通常的探测传感原理为，根据“…效应(物理变化)”或“…反应(化学变化)”和“…材料”二者相结合，会产生“…现象”，然后根据现象做出判断，实现探测的目的，在实际探测过程中，通常使用一只传感器，利用传感器对被测物质响应，使传感器产生输出信号，对信号中的信息进行分析，实现探测的目的，由于普通仪器使用的传感器受其本身原理的限制，决定了它对多种物质都会输出类似信号响应，即对不同物质的探测都可能得到同一测量结果，例如目前的气体传感器件的原理是在热传导线外包上一层绝缘层，绝缘层外面涂覆二氧化锡层，当内部的导体把二氧化锡层加热时，任何氧化气体被表面二氧化锡层吸收，产生温度变化，这种变化可通过一电极将信号传出，利用这一原理的气体探测装置可分别用于氢气、甲烷、丙烷、以及有机可溶气体的检测，但不能区别各种气体，也就是说不能用于探测，如果想用于探测，只有通过使用大量的传感器，即一种物质对应几个传感器或传感器阵列才能解决上述问题，而且在传感器的加工制造方面增加许多复杂工序和成本，因此，若用单一传感器输出的结果去判断探测的是哪一种物质，在没有限定条件下，其错误概率比较大，如果想用一个传感器同时探测和识别多种物质，则更加困难。
发明内容
鉴于传感器件在应用中存在的上述问题，本发明的目的提供一种探测传感器信息提取方法及设备，具体应用传感器原理提出一种实用技术和方法，实现用一个传感器(或传感元件)同时探测和识别不同物质及其特性的方法；保证传感器的测量精度和低成本的的条件下，大幅度提高定性探测识别不同的干扰和多种被测物质的能力。
本发明的技术方案是这样实现的
本发明提供了一种使用单一传感器探测识别不同物质及其特性的方法和依据该方法实现的装置，具体是由硬件设备和控制软件两部分组成，其中硬件部分由计算机、传感器件、P参数控制单元、电源、信息提取单元、数据存储单元、特征比较单元、结果输出模块组成，其框图如图1所示。
硬件联接是传感器一输入端为X输入量可为各种物理和化学变量，另一端为P参数控制单元，传感器输出端与信息提取单元联接，信息提取单元经特征比较单元与结果输出模块输入端联接，输出模块联接各种外围设备，同时数据存贮单元输出端与特征比较单元的输入端联接。
本发明从控制和影响物理变化和化学变化的发生条件为依据，把控制和影响传感器发生物理变化和化学变化的条件作为一个自变量，以函数表达式中的F转化为传感器自身条件的函数，表达式为F＝F’(p)其中p为控制和影响传感器发生物理变化和化学变化的条件，可以作为传感器自身的参数，F’为F对自身设置参数p的函数，其模式如下 被测物质特征参数信息提取模式的表达式为Y＝F(X)＝F’(p，x)其中X为传感器输入变量，P为参数控制单元，Y为信息提取单元；控制软件是根据被测物特征及选择对应的P参数值、比较分析判别，由控制软件执行；该软件控制方法由下列步骤组成，其流程图由图5所示。
步骤1建立被测物特征及对应的P参数数据库(101)；步骤2建立信息采集装置(102)；
步骤3特征比较分析运算，样本与数据库存样对比(103)；步骤4输出判断结果与数据库信息匹配(104)，不匹配时，改变P参数，返回到P参数控制(101)；步骤5进行量化(105)，输出量化结果(106)。
本发明的优点与现有传感器应用技术相比，具有可获得额外物质特性方面的信息，用于识别物质的不同性质，实现的技术可靠、成本低、见效快，对传感器件的依赖性小，实用性强等特点，可广泛应用于各类探测分析仪器。
图1为本发明硬件控制方框图；图2为本发明硬件结构方框图；图3、4为本发明硬件结构电原理图；图5为本发明控制方法程序流程图；图6为本发明实施例CO、H2和空气测量曲线图。
图1中1传感器件，2P参数控制单元，3信息提取单元、数据存储单元，4特征比较单元，5结果输出模块，6被测物特征及对应的P参数具体实施方式
本发明详细结构及工作原理结合实施例加以说明。
控制方框图如图1所示，1为传感器件，输入端为X变量，如输入电流值，2为P参数控制单元，输入变量也为电流值，传感器输出到3选用不同物质特性信息提取单元、数据存储单元，电路中为A/D转换器和存储器，A/D输出到特征比较单元4，与标准的6被测物特征及对应的P参数进行比较，具体在CPU中进行，最后在输出模块5中输出，其中硬件电路，前面为传感器，其输入经A/D转换模块输入到单片机CPU89C51中，进行数据处理，CPU将处理结果经外围电路显示、通讯及其它外围电路输出，详细电原理图如图3、4所示。
具体实施例在实施中，采用了该发明设备对CO、H2和空气三种气体在室温中标准大气压环境下进行了探测识别实验，取得了预期效果(如图6所示)。
首先选取了具有长期稳定可靠，在正常使用条件下，使用寿命可达3年以上的半导体气敏传感器，因为半导体气敏元件需要在加热状态下工作、而加热温度又影响其输入输出关系，因此，选择了加热电流I作为传感器的设置参数p，并设计了多组形式，在实施中，具体采用容积为15升的方形实施箱，实施箱的材料为与气体不发生反应的有机玻璃，箱内安装有使气体浓度均匀的搅拌风扇，气体采样孔(使用红外气体测量仪作为标准的计量仪进行气体监测)。实施选用的H2和CO为标准气样，取清洁的室外空气作为实施的空气气样，在实施过程中，按照预订的实施方案，控制传感器的加热电流I，把传感器输出的模拟量进行A/D转换，用计算机对输出数据实时记录，记录结果为下面的曲线，对比不同气体曲线，会明显地看到和归纳出许多条识别不同气体的特征，实现了用单一传感器对多种气体的探测识别。
权利要求
1.一种探测传感器信息提取方法，它是由硬件设备和软件控制方法两部分组成，其特征在于硬件部分由计算机、传感器件、P参数控制单元、电源、信息提取单元、数据存储单元、特征比较单元、结果输出模块组成，其联接是传感器输入端与X输入量、P参数控制单元联接，传感器输出端与信息提取单元联接，信息提取单元经特征比较单元与结果输出模块输入端联接，同时数据存贮单元输出端与特征比较单元的输入端联接；软件控制方法由计算机程序组成。
2.按权利要求1所述的传感器信息提取方法，其特征在于从控制和影响物理变化和化学变化的发生条件为依据，把控制和影响传感器发生物理变化和化学变化的条件作为一个自变量，以函数表达式中的F转化为传感器自身条件的函数，表达式为F＝F’(p)其中p为控制和影响传感器发生物理变化和化学变化的条件，可以作为传感器自身的参数，F’为F对自身设置参数p的函数，其模式如下 被测物质特征参数信息提取模式的表达式为Y＝F(X)＝F’(p，x)其中X为传感器输入变量，P为参数控制单元，Y为信息提取单元。
3.按权利要求1所述的传感器信息提取方法，其特征在于该软件控制方法由下列步骤组成步骤1建立被测物特征及对应的P参数数据库(101)；步骤2建立信息采集装置(102)；步骤3特征比较分析运算，样本与数据库存样对比(103)；步骤4输出判断结果与数据库信息匹配(104)，不匹配时，改变P参数，返回到P参数控制(101)；步骤5进行量化(105)，输出量化结果(106)。
全文摘要
本发明涉及一种传感器应用技术领域，提供了一种使用单一传感器探测识别多种物质特性的方法和依据该方法实现的装置，具体是由硬件设备和控制软件两部分组成，其中硬件部件由计算机、传感器件、P参数控制单元、电源、信息提取单元、数据存储单元、特征比较单元、结果输出模块组成；软件是由被测物特征及对应的P参数数据库、比较分析运行程序组成；以控制和影响物理变化和化学变化的发生条件为依据，把控制和影响传感器发生变化的条件作为一种自变量，经控制软件输出相应参数；本发明具有可获得额外物质特性方面的信息用于识别不同物质的不同性质，达到识别物质的目的；实现技术可靠，对传感器件的依赖性小，实用性强等特点，可广泛应用于各类探测分析仪器。
文档编号G01N35/00GK1580781SQ20041002054
公开日2005年2月16日 申请日期2004年5月14日 优先权日2004年5月14日
发明者潘刚, 马骝 申请人:公安部沈阳消防研究所