微机电系统传感器的气体检测方法、传感器及存储介质与流程

本发明涉及mems传感器检测领域，尤其涉及一种mems传感器的气体检测方法、气体传感器及计算机可读取存储介质。

背景技术：

mems(micro-electro-mechanicalsystem，微机电系统)传感器日益受到传感器厂家和大众的关注，基于微加热器的各种mems传感器逐渐被尝试用于电子产品上，以提高电子产品的小型化、易用性及智能化需求。现有的mems传感器普遍存在其灵敏度随温度漂移现象，在传感器工作时多采用恒定温度控制其内部微加热器加热，因而无法自动取得不同浓度的灵敏工作条件，因此存在检测时灵敏度处于较差的情况而影响其检测输出值的准确性。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种mems传感器的气体检测方法、气体传感器及计算机可读取存储介质，旨在解决现有的mems传感器检测气体参数时，由于其传感器内部采用恒定温度加热带来的检测不准确问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种mems传感器的气体检测方法，所述气体检测方法包括：

步骤s10、获取所述mems传感器工作在第一温度值时检测得到的第一检测值；

步骤s20、根据所述第一检测值确定第二温度值，所述第二温度值对应的检测灵敏度高于所述第一温度值对应的检测灵敏度；

步骤s30、控制所述mems传感器工作在所述第二温度值并获取检测得到的第二检测值；

步骤s40、输出所述第二检测值为当前的实际检测值；

步骤s50、控制所述mems传感器工作在所述第一温度值。

优选的，所述步骤s20具体包括：

步骤s21、获取所述第一检测值对应的检测值和灵敏度映射关系，获取所述检测值和灵敏度映射关系中的预设灵敏度值；

步骤s22、获取所述检测值和灵敏度映射关系中预设灵敏度值对应的第二温度值。

优选的，所述第二温度值对应的灵敏度为所述检测值和灵敏度映射关系中的最大灵敏度值。

优选的，所述步骤s50之后还包括：

步骤s60、获取所述mems传感器当前检测得到的第三检测值；

步骤s70、判断所述第三检测值与所述第一检测值是否相同，

当第三检测值与所述第一检测值相同时，继续执行步骤s50；

当第三检测值与所述第一检测值不同时，返回执行步骤s20。

优选的，所述mems传感器内部还集成流速传感器，所述步骤s30之后还包括：

步骤s80、获取所述流速传感器检测得到的流速值；

步骤s90、判断流速值是否超过预设阀值；

当气体的流速小于所述预设阀值时，执行所述步骤s40；

步骤s100、当气体的流速大于所述预设阀值时，输出提示信息。

优选的，所述mems传感器内部还集成湿度传感器，所述步骤s40之前还包括：

步骤s110、获取所述mems传感器工作的环境湿度；

步骤s120、根据环境湿度值对所述第二检测值进行修正；

所述步骤s40还包括：

步骤s130、输出所述修正后的第二检测值为当前的实际检测值。

优选的，所述步骤s40还包括：

将所述第二检测值进行转换成气体浓度值并输出。

为实现上述目的，本发明还提供一种mems传感器，所述mems传感器包括：

温度传感器；

流速传感器；

湿度传感器；

控制器；

输出接口；

存储器；以及

mems传感器的气体检测方法的应用程序，其中所述应用程序被存储在所述存储器中，所述应用程序实现所述的mems传感器的气体检测方法的步骤。

为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读取存储介质，所述计算机可读取存储介质存储有mems传感器的气体检测方法的应用程序，所述应用程序实现所述的mems传感器的气体检测方法的步骤。

本发明提供的mems传感器的气体检测方法，mems传感器首先控制其内部的微加热器工作在第一温度值，并获取对应的第一检测值，接着根据第一检测值确定得到第二温度值，这里的第二温度值对应的检测灵敏度高于第一温度值对应的检测灵敏度，第二温度值大于第一温度值，然后mems传感器控制其内部的微加热器工作在第二温度值，本发明的气体检测方法相对现有技术能在兼顾低功耗的要求下提高检测值的准确性。

附图说明

图1为本发明mems传感器的气体检测方法的第一实施例的流程示意图；

图2为mems传感器的加热温度、灵敏度及检测限的关系示意图；

图3为不同气体浓度下的检测灵敏度与工作温度关系示意图；

图4为本发明mems传感器的气体检测方法的第二实施例的流程示意图；

图5本发明mems传感器的气体检测方法的第三实施例的流程示意图；

图6本发明mems传感器的气体检测方法的第四实施例的流程示意图；

图7本发明mems传感器的功能模块示意图；

图8为本发明mems传感器和计算机可读存储介质的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

图1为根据本发明实施例的mems传感器的气体检测方法的流程示意图图，参考图1，所述mems传感器的气体检测方法包括以下步骤:

步骤s10，获取mems传感器工作在第一温度值时检测得到的第一检测值；

mems传感器设计中集成了温度传感器，优选温度传感器材料为pt,可耐受高温加热，温度传感器设计位置可以在微加热器所形成温度场的区域中，可直接或间接测量气体传感器电极上的实际温度。mems传感器集成上述温度传感器结构为现有技术，可以根据公知的mems传感器结构设计了解到。

mems传感器还包括内部集成的控制器，可控制微加热器工作，在mems传感器工作检测气体参数值时，控制器控制微加热器加热，并通过温度传感器检测器加热温度，使其工作温度控制在一个初始温度值，此初始温度值为一个经验值，根据前期实验确定，不同检测气体其经验值可能不同，在微加热器将温度场加热到初始温度值后，经过一个响应时间，控制器通过相关电路获取气体传感器电极上的电压值，即第一检测值，此电压值即当前气体的参数值，其大小表示了其浓度的大小，一般响应时间在几十毫秒范围内，此检测过程也可以通过公知技术了解到。

进一步的，mems传感器在工作过程中可以直接输出检测值如上述电压值做为表示气体浓度值，此时mems传感器应用的设备中，其设备的mcu读取到期检测值后，转换成数字量再进行内部转换，如可以通过公式或者内部存储的表格数据获得对应的气体浓度值如以ppm为单位的浓度值。当然由于mems传感器内部也包括了控制器，其控制器也可以自身转换得到浓度值以通讯输出给应用设备，由于涉及转换步骤需要增加数据处理，这对控制器的要求提高。

步骤s20，根据第一检测值确定第二温度值，第二温度值对应的检测灵敏度高于第一温度值对应的检测灵敏度；

通过了解现有mems传感器的特性可以知道，其检测的灵敏度与气体传感器内部工作温度有很大关系，这里的灵敏度是指对同一气体浓度而言，不同温度下气体传感器输出的检测参数值的大小不同，如上述电压值不同，灵敏度越高时，输出的电压值越高，由于输出的电压信号波形中包含了干扰的噪声值，如果输出的电压值越大，则相对噪声的信噪比越高，因此越容易与噪声值区分，并越区分不同的浓度对应的检测值，因此得到的检测结果越准确。如图2所示的一种mems传感器的加热温度、灵敏度及检测限的关系示意图中，横坐标表示加热温度值的变化值，左侧的纵坐标表示检测限的变化值，右侧纵坐标表示灵敏度的变化值，这里的检测限是指mems传感器在某一工作温度下能检测到的最低浓度对应的参数值，如果能检测到的最低浓度越低，即检测限越小说明传感器的性能越好。由图中可以看出，当mems传感器的加热温度即工作温度越高时，其l1曲线即检测限值越小，而l2曲线即灵敏度值越高，对一款mems传感器而言，如果灵敏度越高和检测限值越小，说明其性能越好，能检测到的气体浓度参数值准确性越高。但是如果mems传感器的工作温度越高时，其功耗也越大，且也影响其器件工作寿命，这对很多应用在目前以电池供电的小型化电子产品如移动或者智能设备上很不利，因为其要求部件功耗越低越好，以此能降低整个产品的功耗，延长其电池工作时间。因此在实际应用中，不能让mems传感器工作在很高的温度，一般是针对经验值选择一个比较适中的相对低温度值，以能够输出合理的检测参数为宜。

但是现有技术中的mems传感器只工作在一个恒定的温度值，不能满足气体各种浓度的准确性一致的要求，特别是在低浓度情况下时，其输出的检测参数值小，其噪音值影响了其检测值的准确性。

针对上述问题，本实施例的第二步骤s20中，根据上述工作在初始温度即第一温度值下获取的检测值确定第二温度值，这里的第二温度值对应的检测灵敏度要比第一温度值对应的检测灵敏度高。即mems传感器在先控制温度传感器工作在初始的第一温度值后并获得第一检测值后，会继续根据第一检测值得到第二温度值，具体是：根据第一检测值查询对应的检测值和灵敏度映射关系表，获取对应的高灵敏度值；根据高灵敏度值查询对应的灵敏度与温度映射关系表，获取第二温度值。

如图3所示的不同气体浓度下的检测灵敏度与工作温度关系示意图中，曲线l1-l5分别表示不同浓度下的某种检测气体对应的检测灵敏度(纵坐标)随工作温度(横坐标)的变化曲线，图中分别表示1-5ppm的气体浓度对应变化曲线。当然这里的气体浓度准确来说是一个接近标称值的范围值，不是准确值，因为不同灵敏度测得的检测参数是不同的，对应的浓度值会有差异。此图表示的曲线变化规律可由实验获取得到。例如当前mems传感器工作的初始温度值为315℃，即图中a虚线对应的温度值，检测到参数为1ppm对应浓度参数时，此时确定1ppm对应曲线l1，其检测灵敏度即a虚线与l1的交点即x1位置，有图可知道，此时的检测灵敏度相对比较低，因此可以根据此曲线得到其他相对其大的检测灵敏度对应的温度值即第二温度值。如可以取第二温度值为350℃，由图可以知道其对应的检测灵敏度值比x1位置对应的大。进一步由图中也可知在此浓度下对应的最大检测灵敏度下的工作温度值，如图中x2位置为最大灵敏度，其工作温度为b点位置，是接近400℃的一个温度值，如具体为390℃。由于图中的曲线变化规律可由实验获取得到，可以将事先在控制器的存储器中预先存储工作于初始温度下的浓度值对应的其他高灵敏度值，即存储检测值和灵敏度映射关系表以及灵敏度和温度映射关系表，优选的可以存储对应的最大灵敏度的温度值，如果传感器可以在此温度下能正常工作的话，当然也可以存储相对最大灵敏度低一些其他温度值，这些温度值由于偏低能让传感器长期工作更加稳定；这样通过获取检测值和灵敏度映射关系表，即可以根据第一检测值调用得到对应的预设灵敏度即相对第一检测值对应灵敏度大的灵敏度值，然后查询灵敏度和温度映射关系表即可最终得到大灵敏度对应的温度值即第二温度值。

步骤s30，控制mems传感器工作在第二温度值并获取检测得到的第二检测值；

步骤s40，输出第二检测值为当前的实际检测值；

在确定了第二温度值后，mems传感器内部的控制器控制微加热器工作温度转换到第二温度值，即对应的检测灵敏度相对第一温度值对应的检测灵敏度要大的一个温度值，由于检测灵敏度提高时，其对应的工作温度也提高，因此要提高工作温度，优选的可控制微加热器工作在最高检测灵敏度对应的工作温度，如图3中的b位置的390℃，在此温度下同样经过一个响应时间，可对外输出对应的检测值即第二检测值，该检测值表示了该工作温度下的浓度值或者直接输出对应的实际浓度值。该第二检测值相对第一检测值要准确，以此作为该气体的实际检测值输出。因此该检测值相对现有技术的仅工作在第一温度下的第一检测值要高，如果第二温度值对应的是最高灵敏度，则对应的第二检测值准确性提高要明显很多。

步骤s50，控制mems传感器工作在第一温度值。

由于mems传感器工作在高温度值下时，其功耗提高明显，不利于应用设备的低功耗要求，因此传感器工作在第二温度值检测到相对准确的第二检测值后，再控制内部的微加热器工作在温度相对低的第一温度值，以此降低气体传感器的功耗进而降低整个应用设备的功耗以满足低功耗要求。值得说明的是，上述从步骤s10到此步骤过程中，所经历的时间主要是微加热器加热到对应工作温度以及为输出对应的检测值的响应时间，一般都在毫秒级，即经过几十或上百毫秒即可执行完成整个工作过程。

在本实施例中，mems传感器首先控制其内部的微加热器工作在第一温度值，并获取对应的第一检测值，接着根据第一检测值确定得到第二温度值，这里的第二温度值对应的检测灵敏度高于第一温度值对应的检测灵敏度，第二温度值大于第一温度值，然后mems传感器控制其内部的微加热器工作在第二温度值，并获取对应的第二检测值做为当前的实际检测值，最后控制微加热器工作回到第一温度值。由于本发明是以mems传感器工作在高灵敏度的第二温度值下检测到的第二检测值做为实际气体的检测值，因此其检测值准确度要比相对现有技术的仅工作在一个恒定温度下的检测值要高，同时，由于mems传感器在第二温度值下获取到第二检测值后再回到原来的相对低的第一温度值下，其功耗可控制在允许范围内，兼顾了应用设备的低功耗要求，因此本发明实施例相对现有技术能在兼顾低功耗的要求下提高检测值的准确性。

进一步的，参考图4，图4为本发明mems传感器的气体检测方法的第二实施例，mems传感器的气体检测方法第一实施例，在本实施例中，在步骤s50之后还包括：

步骤s60、获取mems传感器当前检测得到的第三检测值；

步骤s70、判断第三检测值与第一检测值是否相同，当第三检测值与第一检测值相同时，继续执行步骤s50；当第三检测值与第一检测值不同时，返回执行步骤s20。

mems传感器在控制其内部的微加热器工作重新工作在第一温度值后，继续获取检测值即第三检测值，通过判断该检测值与第一检测值是否相同，如果相同则认为当前的气体状态即浓度没有发生变化，因此不需要再去重新让传感器工作在比较高的第二温度值，维持当前相对比较低的第一温度值即可，这样可以进一步降低mems传感器的工作功耗；而当第三检测值与第一检测值不同时，说明当前的气体浓度发生了变化，因此通过图3可以知道，当气体浓度发生变化时，其对应的灵敏度和温度曲线也不同，例如如果第三检测值变成了2ppm，跟第一检测值的1ppm不同，对应的曲线由l1变到了l2，此时需要重新确定灵敏度相对高的温度值，因此需要返回执行步骤s20重新确定新的灵敏度比较高的第二温度值，并继续执行后续步骤以重新获得准确度相对高的检测值并作为实际值输出。

值得说明的是，本实施例中，在判断第三检测值与第一检测值是否相同时，可以是经过多次获取第三检测值与第一检测值比较，这样能更加准确的得到判断结果。

本实施例通过继续获取mems传感器工作在第一温度值时对应的第三检测值，并与之前的第一检测值比较是否相同，如果相同则说明当前气体浓度未发生变化无需再次工作在较高灵敏度的工作温度，如果不相同则说明气体浓度发生变化，需要返回之前的步骤再次确定第二温度值并重新控制传感器工作在灵敏度相对高的温度值，并获得对应的检测值以此做为实际检测值输出。本发明实施例方案能进一步针对气体浓度是否发生变化来确定是否调整mems传感器的工作温度，这样能进一步降低其功耗。

进一步的，参考图5，图5为本发明mems传感器的气体检测方法的第三实施例，mems传感器的气体检测方法第一实施例，在本实施例中，mems传感器内部还集成流速传感器，步骤s30之后还包括：

步骤s80、获取流速传感器检测得到的流速值；

步骤s90、判断气体的流速是否超过预设范围；

当气体的流速小于预设阀值时，执行步骤s40；

步骤s100、当气体的流速大于预设阀值时，不输出第二检测值，并给出提示信息。

本实施例中，mems传感器内部还集成流速传感器，用于检测气体传感器封装内的气体流动情况，控制器可以通过流速传感器获取到当前气体流速数据。因为如果当前气体传感器内检测气体的流速过快时，则会影响检测的准确性，具体通过实验可以确定一个阀值，如果超过阀值，则认为当前的其他流速太快，使得当前测得的气体浓度检测值不准确，不输出此次检测值做为输出值；如果没有超过阀值，才认为此次检测值是准确的并输出做为实际检测值。在执行完步骤s43或s44之后，为降低mems传感器的功耗，都继续执行步骤s50即让mems传感器工作在第一温度值。

进一步的，参考图6，图6为本发明mems传感器的气体检测方法的第四实施例，mems传感器的气体检测方法第一实施例，在本实施例中，mems传感器内部还集成湿度传感器，步骤s40之前还包括：

步骤s110、获取mems传感器工作的环境湿度；

步骤s120、根据环境湿度值对第二检测值进行修正；

步骤s40还包括：

步骤s130、输出修正后的第二检测值为当前的实际检测值。

本实施例中，mems传感器内部还集成湿度传感器，湿度传感器可位于微加热器所形成温度场之外，对环境湿度进行实时检测，即检测微加热器所形成温度场之外的背景环境的湿度，控制器在获取到背景环境的湿度值后对第二检测值进行修正。具体来说可以是基于湿度值的大小构造拟合公式，拟合公式中湿度值的大小影响到修正系数值，以此来对第二检测值进行修正，使得最后输出的表征气体浓度的检测值更加准确。

本发明还提出一种mems传感器100，如图7所示，mems传感器100包括：基本检测部件10、温度传感器20、控制器30、存储器70和应用程序60。

其中基本检测部件10包括集成在mems传感器100内部的微加热器、检测电极等部件，可以通过基本检测部件10输出气体的检测参数如直接通过检测电极可以输出表示其他浓度大小的电压信号。mems传感器100内部还集成温度传感器20，可直接或间接测量气体传感器电极上的实际温度。控制器30可控制基本检测部件10的微加热器工作，并可通过基本检测部件10的检测电极获得检测电压信号值。存储器70存储有可在控制器30上运行的应用程序60，存储器70还可以存储其他的参数。当然储存器70也可以设置在控制器30之内，控制器30的处理芯片内部集成了存储器。

进一步的，mems传感器100还包括内部集成的流速传感器40、湿度传感器50以及输出接口80。其中流速传感器40用于检测气体传感器封装内的气体流动情况，控制器30可以通过流速传感器40获取到当前气体流速数据。湿度传感器50用于检测微加热器所形成温度场之外的背景环境的湿度。输出接口80是mems传感器100将检测值对外输出的接口，其输出的方式可以直接输出检测信号值如电压值；或者经控制器30将检测信号值转换成气体浓度值输出，此时应用设备的其他电路可基于通讯的方式读取浓度值数据。

控制器30执行应用程序60时实现上述实施例中提供的基于mems传感器100的气体检测方法。

例如，应用程序60可用于执行以下步骤中基于mems传感器100的气体检测方法的指令：

步骤s10，获取mems传感器100工作在第一温度值时检测得到的第一检测值；

步骤s20，根据第一检测值确定第二温度值，第二温度值对应的检测灵敏度高于第一温度值对应的检测灵敏度；

步骤s30，控制mems传感器100工作在第二温度值并获取检测得到的第二检测值；

步骤s40，输出第二检测值为当前的实际检测值；

步骤s50，控制mems传感器100工作在第一温度值。

本发明还提出一种计算机可读取存储介质200，如图8所示，本发明实施方式的计算机可读取存储介质200，包括与mems传感器100结合使用的应用程序60，应用程序60可被控制器30执行完成本发明上述任一实施方式的基于mems传感器100的气体检测方法。

例如，应用程序60可用于执行以下步骤中基于mems传感器100的气体检测方法的指令：

步骤s10，获取mems传感器100工作在第一温度值时检测得到的第一检测值；

步骤s20，根据第一检测值确定第二温度值，第二温度值对应的检测灵敏度高于第一温度值对应的检测灵敏度；

步骤s30，控制mems传感器100工作在第二温度值并获取检测得到的第二检测值；

步骤s40，输出第二检测值为当前的实际检测值；

步骤s50，控制mems传感器100工作在第一温度值。

需要指出的是，计算机可读取存储介质200可以是内置在mems传感器100中的存储介质，也可以是设置在mems传感器100之外可以基于有线或者无线方式与mems传感器100通讯可读取的存储介质。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读取介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读取介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。