专利名称：固体电解质型氢气检测仪及采用该氢气检测仪实现氢气浓度的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种固体电解质型氢气检测仪及采用该氢气检测仪实现氢气浓度的检测方法，属于检测领域。
背景技术：
氢能源作为一种新型绿色能源，具有分布广泛(有水即可制氢)、可再生永不枯竭、无污染、能量密度大和应用面广等越来越受到人们的青睐，并在化工、航天、军工等行业得到广泛的开发应用。氢气是易燃易爆气体，与空气混合极易发生爆炸。为了保障存在氢气的工业生产过程和使用的安全性，需要氢气传感器来检测，并发出控制信息。氢检测技术作为氢能源开发利用的基础性关键技术之一，它的研究和开发变得越来越重要，国家921载人航天工程把连续显示0-2%氢气浓度列为研究课题。因此，研究高性能的氢气传感器已经成为国民经济领域及国防的重要需求。目前，市场应用的氢气传感器还存在诸多技术问题，如半导体型氢气传感器需要在高温条件下加热、功耗大，且只能定性检测，无法实现浓度的精确测量；催化燃烧型氢气传感器也是一种高温工作的热式元件，其缺点是易中毒，功耗大，稳定性不好；电化学型氢气传感器不需加热工作，但工作温度范围较窄，电解液易干涸，寿命短；光学型氢气传感器是氢敏材料涂到光学器件上，这种传感器经多次循环后易出现脱层、起泡现象，因而使用寿命较短。另外，目前实际应用中氢气传感器还存在以下缺点①不能在宽的氢气浓度范围内产生与氢敏浓度呈线性关系的响应，灵敏度不够高、响应时间长；②不能很好地解决温度、 湿度、压强等的影响；③稳定性不好。为解决上述传感器存在的问题。
发明内容
本发明目的是为了解决现有氢气传感器检测仪高温工作、寿命短、灵敏度不高、响应时间长、稳定性不好的问题，提供了一种固体电解质型氢气检测仪及采用该氢气检测仪实现氢气浓度的检测方法。本发明所述固体电解质型氢气检测仪，它包括固体电解质型氢气传感器、电压跟随器、A/D转换电路和单片机，固体电解质型氢气传感器电离待测环境中的氢气，固体电解质型氢气传感器产生的电动势信号输出给电压跟随器，电压跟随器将跟随电动势信号输出给A/D转换电路，A/D 转换电路将输入的模拟的跟随电动势信号转换成数字信号，并将转换后的数字电动势信号输出给单片机，单片机根据输入的数字电动势信号输出待测环境中的氢气浓度。采用上述固体电解质型氢气检测仪实现氢气浓度检测的方法为采用固体电解质型氢气传感器电离待测环境中的氢气，该固体电解质型氢气传感器产生的电动势信号为E ；
单片机根据接收到的电动势信号E按公式一获得待测环境中的氢气浓度
权利要求
1.固体电解质型氢气检测仪，其特征在于，它包括固体电解质型氢气传感器(1)、电压跟随器(2)、A/D转换电路(3)和单片机(4)，固体电解质型氢气传感器(1)电离待测环境中的氢气，固体电解质型氢气传感器(1) 产生的电动势信号输出给电压跟随器(2)，电压跟随器(2)将跟随电动势信号输出给A/D转换电路(3)，A/D转换电路(3)将输入的模拟的跟随电动势信号转换成数字信号，并将转换后的数字电动势信号输出给单片机G)，单片机(4)根据输入的数字电动势信号输出待测环境中的氢气浓度。
2.根据权利要求1所述的固体电解质型氢气检测仪，其特征在于，它还包括EEPR0M(5) 和LCD显示器(6)，单片机的存储输出端与EEPROM(5)的输入端相连，单片机的显示输出端与IXD显示器的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的固体电解质型氢气检测仪，其特征在于，它还包括线性稳压模块(7)和基准源(8)，线性稳压模块(7)的输入端接交流电源，线性稳压模块(7)的第一电源输出端与单片机的电源输入端相连，线性稳压模块(7)的第二电源输出端与A/D 转换电路⑶的电源输入端相连，线性稳压模块(7)的第三电源输出端与基准源⑶的输入端相连，基准源(8)的输出端与A/D转换电路(3)的基准电源输入端相连。
4.根据权利要求1所述的固体电解质型氢气检测仪，其特征在于，固体电解质型氢气传感器(1)具有标准电极和参比电极，所述标准电极选用钼电极，参比电极选用钨电极，电解质采用磷钨酸。
5.采用权利要求1所述的固体电解质型氢气检测仪实现的氢气浓度的检测方法，其特征在于，该方法的过程为采用固体电解质型氢气传感器(1)电离待测环境中的氢气，该固体电解质型氢气传感器(1)产生的电动势信号为E ；单片机(4)根据接收到的电动势信号E按公式一获得待测环境中的氢气浓度，if κΛ公式一尸=g YVj(WmE + blm) +b2\\m=lJ式中p为氢气浓度；f (.)为隐含层激活函数，隐含层选用对数型激活函数/0) =；l + eg(.)为输出层激活函数，输出层选用线性函数y = ax+b ；Wffl为输入层激活函数的权重系数；Vffl为隐层激活函数的权重系数；blm为隐层偏差；b2为输出层偏差；训练输入层激活函数的权重系数Wm、隐层激活函数的权重系数Vm、隐层偏差blm和输出层偏差Iv然后再计算误差e，当误差小于误差阈值T时停止训练，T = 0. 01 0. 03，并将输出的ffm、Vm、blm、b2的最终结果代入公式一中来获取待测环境中的氢气浓度。
6.根据权利要求5所述的氢气浓度的检测方法，其特征在于，输入层激活函数的权重系数Wm、隐层激活函数的权重系数Vm、隐层偏差blm和输出层偏差Id2的训练过程为b2为输出层偏差，并按公式V+1 =b2l -T1VEibX -V’训练获取， 其中，为误差函数对Id2的偏导数，VEb2 = ^jy(Piei)-P^Piei)h ],式中，P(^i)b2 =Cl , A为神经元个数；Wffl为输入层激活函数的权重系数，并按公式ffm/+1 -ηνE(Wj)+ a(Wj -JVj-^VH练获取，其中，^7为误差函数对Wm的偏导数，VE勵=县办(^⑷-/^⑷'J，式中p(ei)' ^ = BXVmXf1' Xei,其中f1'为对数函数对输入层Q(i) =Wmei+blm的偏导值，
7.根据权利要求5所述的氢气浓度的检测方法，其特征在于，误差e按如下公式获取 式中仏,)为训练输出结果，Pi'为样本点输出值，e,为样本点输入值，N为样本数。
全文摘要
固体电解质型氢气检测仪及采用该氢气检测仪实现氢气浓度的检测方法，属于检测领域，本发明为解决现有氢气传感器检测仪高温工作、寿命短、灵敏度不高、响应时间长、稳定性不好的问题。本发明包括固体电解质型氢气传感器、电压跟随器、A/D转换电路和单片机，固体电解质型氢气传感器电离待测环境中的氢气，固体电解质型氢气传感器产生的电动势信号输出给电压跟随器，电压跟随器将跟随电动势信号输出给A/D转换电路，A/D转换电路将输入的模拟的跟随电动势信号转换成数字信号，并将转换后的数字电动势信号输出给单片机，单片机根据输入的数字电动势信号输出待测环境中的氢气浓度。
文档编号G01N27/417GK102253100SQ20111011506
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者孙和义, 张振东, 方海涛, 杨春玲 申请人:哈尔滨工业大学