一种提高气体检测准确度的方法与流程

1.本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种提高气体检测准确度的方法。


背景技术：

2.随着人民安全意识的提高，燃气作为危险源已逐步受到人们的重视，各类燃气报警器也逐渐走进人们的生活中。然而市面上的报警器多为电化学、半导体和催化燃烧原理，在可靠性、准确性、耐久性、安全性上均有不足，影响用户体验，对人身安全造成隐患。红外燃气报警器在使用寿命、精度、灵敏度等方面均有良好的性能，但是在准确度上，由于红外燃气报警器自身器件随着使用时间的加长会呈现衰减的态势，且光路会受到环境的污染而老化，该双重影响导致其长时间使用后的零位值会发生偏移，同浓度下，若报警器的信号吸收率不变，计算浓度时如果仍然采用原出厂零位值进行计算，检测结果会产生误差，报警器浓度检测不准确。专利cn112730301a公开了一种红外燃气报警检测气体浓度方法，通过转盘切换两个通道的测试和参考属性并将两者进行对换，减小因探测器老化造成输出电压波动所带来的检测误差，从而减小红外燃气报警器对气体的检测误差。
3.现有的红外燃气报警器主要采用单个参考通道对甲烷通道零位值进行修正，单个参考通道修正一般为等比例修正，然而在大多数情况下，甲烷通道的衰减性与参考通道的衰减性并非是等比例关系，有时甚至是反向修正，故此类方式并没有很好的达到对甲烷通道的零位值进行高精度修正的效果。上述技术cn112730301a也并没有解决消除因甲烷通道的衰减性与参考通道的衰减性并非是等比例关系而带来的检测误差的问题。


技术实现要素：

4.为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高气体检测准确度的方法，基本消除了因被测气体通道的衰减性与参考通道的衰减性并非是等比例关系而带来的检测误差，不仅可以获得更精准的气体浓度检测值，还从更大程度上弥补了长时间使用红外燃气报警器后自身的检测误差。
5.为实现上述发明目的，本发明提供一种提高气体检测准确度的方法，利用红外燃气报警器对被测气体进行检测，红外燃气报警器包括沿光源光路方向依次设置的光源端、转轮和探测器，转轮上设置对应不同波长的三块滤色片，分别为第一滤色片、第二滤色片和第三滤色片；该方法包括：
6.将所述第一滤色片和所述第二滤色片置于所述光源端和所述探测器之间的光源光路中，光线分别经所述第一滤色片和所述第二滤色片后由所述探测器接收检测，分别获取第一电压值和第二电压值；
7.转动所述转轮，将所述第三滤色片置于所述光源端和所述探测器之间的光源光路中，光线经所述第三滤色片后由所述探测器接收检测，获取第三电压值；
8.对所述第一电压值、第二电压值和第三电压值进行计算，获得被测气体的浓度。
9.根据本发明的一个方面，所述探测器具有双通道，所述双通道包括第一通道和第
二通道。
10.根据本发明的一个方面，在所述获取第一电压值和第二电压值的过程中，光线分别经过所述第一滤色片和所述第二滤色片形成被测气体通道和第一参考通道，再分别由所述探测器的第一通道和第二通道接收检测。
11.根据本发明的一个方面，所述第一电压值为所述探测器的第一通道输出并转换成数字信号的被测气体通道ad值，所述第二电压值为所述探测器的第二通道输出并转换成数字信号的第一参考通道ad值。
12.根据本发明的一个方面，在所述获取第三电压值的过程中，转动所述转轮180
°
，光线经过所述第三滤色片形成第二参考通道，再由所述探测器的第二通道接收检测。
13.根据本发明的一个方面，所述第三电压值为所述探测器的第二通道输出并转换成数字信号的第二参考通道ad值。
14.根据本发明的一个方面，所述对第一电压值、第二电压值和第三电压值进行计算，获得被测气体浓度的过程包括：
15.设定第一滤色片透过的波长介于第二滤色片透过波长和第三滤色片透过波长之间，对所述第二电压值和所述第三电压值进行中位值计算，修正被测气体检测的零位值为：
[0016][0017]
其中，ref1为所述第二电压值，ref2为所述第三电压值；
[0018]
根据所述修正后的被测气体检测的零位值和所述第一电压值，获得被测气体的吸收率为：
[0019][0020]
其中，ch4为所述第一电压值；
[0021]
根据被测气体的吸收率和已知浓度的标定曲线，获得当前被测气体的浓度值。
[0022]
根据本发明的一个方面，所述标定曲线通过利用红外燃气报警器对多个已知浓度的待测气体进行检测，获得对应的吸收率，并在对应浓度点处标定而得到。
[0023]
根据本发明的一个方面，所述红外燃气报警器还包括沿光源光路方向、位于所述光源端之后的光源反射罩、位于所述光源反射罩之后分别密封设置在所述光源反射罩和探测器反射罩上的窗口片、位于所述转轮之前的探测器反射罩、用于支撑所述光源反射罩和所述探测器反射罩的固定座，以及用于驱动所述转轮转动且与所述转轮连接的驱动件。
[0024]
根据本发明的一个方面，所述滤色片为无温漂滤色片。
[0025]
根据本发明的方案，通过采用双参考通道检测，结合中位值修正零位值的几何原理，近似拟合被测气体通道信号衰减度，进而对被测气体零位值进行修正，基本消除了因被测气体通道的衰减性与参考通道的衰减性并非是等比例关系而带来的检测误差，结合出厂时的浓度标定曲线，获得更精准的气体浓度检测值，还从更大程度上弥补了长时间使用红外燃气报警器后自身的检测误差。
附图说明
[0026]
图1示意性表示本发明的一种实施方式的提高气体检测准确度的方法流程图；
[0027]
图2示意性表示本发明的一种实施方式的提高气体检测准确度的方法中红外燃气报警器的结构图；
[0028]
图3示意性表示本发明的一种实施方式的提高气体检测准确度的方法中红外燃气报警器的转轮的结构图；
[0029]
图4示意性表示本发明的一种实施方式的提高气体检测准确度的方法的零位值修正效果图；
[0030]
图5示意性表示本发明的一种实施方式的提高气体检测准确度的方法中光源中心波长偏移时的零位值修正效果图；
[0031]
图6示意性表示本发明的一种实施方式的提高气体检测准确度的方法中信号输出减弱时的零位值修正效果图。
[0032]
附图标记：1-光源端；2-光源反射罩；3-固定座；4-窗口片；5-探测器反射罩；6-转轮；7-支撑座；8-驱动件；9-探测器；10-滤色片。
具体实施方式
[0033]
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
[0035]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0036]
本发明的一种提高气体检测准确度的方法，通过利用红外燃气报警器对被测气体进行检测来实现。如图2所示，红外燃气报警器沿光源光路方向依次设置有光源端1、转轮6和探测器9，光源端1放置光源，探测器9具有双通道。具体地，该双通道包括第一通道和第二通道。转轮6上设置对应不同波长的三块滤色片10，分别为第一滤色片、第二滤色片和第三滤色片。该红外燃气报警器还包括沿光源光路方向，位于光源端1之后的光源反射罩2、位于光源反射罩2之后分别密封设置在光源反射罩2和探测器反射罩5上的窗口片4、位于转轮6之前的探测器反射罩5、用于支撑光源反射罩2和探测器反射罩5的固定座3、用于驱动转轮6转动且与转轮6连接的驱动件8，以及位于探测器9之后用于固定支撑探测器9并套设在驱动件8上的支撑座7。具体地，驱动件8为电机。
[0037]
上述红外燃气报警器的光源端1处的光源发出光线，经光源反射罩2反射后从密封设置在光源反射罩2上的窗口片4平行射出，经过密封设置在探测器反射罩5上的窗口片4后，在探测器反射罩5中进行汇聚，转轮6紧贴着探测器反射罩5的另一端，再经过转轮6上设
置有对应通道的滤色片10，通过驱动件8驱动控制转轮6进行转动，使紧贴着转轮6的探测器9对光线进行接收检测，输出用来表征气体检测的电压。
[0038]
如图1所示，上述提高气体检测准确度的方法包括如下步骤：
[0039]
步骤110、将第一滤色片和第二滤色片置于光源端和探测器之间的光源光路中，光线分别经第一滤色片和第二滤色片后由探测器接收检测，分别获取第一电压值和第二电压值；
[0040]
步骤120、转动转轮180
°
，将第三滤色片置于光源端和探测器之间的光源光路中，光线经第三滤色片后由探测器接收检测，获取第三电压值；
[0041]
步骤130、对第一电压值、第二电压值和第三电压值进行计算，获得被测气体的浓度。
[0042]
上述被检测的气体(或称被测气体)可以是在红外波段有能量吸收的气体，例如甲烷、乙烷、乙炔等。在本实施方式中，该被测气体为甲烷。
[0043]
在获取第一电压值和第二电压值的过程中，光线分别经过第一滤色片和第二滤色片形成被测气体通道和第一参考通道，再分别由探测器的第一通道和第二通道接收检测，分别输出并转换成数字信号的被测气体通道ad值和第一参考通道ad值。也就是，第一电压值为被测气体通道ad值，第二电压值为第一参考通道ad值。
[0044]
在获取第三电压值的过程中，转动转轮180
°
，光线经过第三滤色片形成第二参考通道，再由探测器的第二通道接收检测，输出并转换成数字信号的第二参考通道ad值。也就是，第三电压值为第二参考通道ad值。
[0045]
当探测器检测完一组被测气体通道和第一参考通道的数据时，通过转动转轮进行180
°
旋转，将第二参考通道转至检测第一参考通道的位置上进行第二次检测，共获取甲烷通道、第一参考通道和第二参考通道的3个ad值。
[0046]
在步骤130中，对第一电压值、第二电压值和第三电压值进行计算，获得被测气体浓度的过程包括如下步骤：
[0047]
步骤131、如图3所示，设定第一滤色片透过的波长介于第二滤色片透过波长和第三滤色片透过波长之间，即第一参考通道和第二参考通道的透过波长分别位列被测气体通道透过波长两侧，其光谱距离0.2μm，对第二电压值和第三电压值进行中位值计算，修正被测气体检测的零位值为：
[0048][0049]
其中，ref1为第二电压值，ref2为第三电压值；被测气体检测的零位值指的是被测气体通道中无被测气体时检测获得的ad值(电压值)。
[0050]
步骤132、根据修正后的被测气体检测的零位值和第一电压值，获得被测气体的吸收率为：
[0051][0052]
其中，ch4为第一电压值；
[0053]
步骤133、根据被测气体的吸收率和已知浓度的标定曲线，获得当前被测气体的浓
度值。其中，标定曲线表示吸收率关于被测气体浓度的关系，通过利用红外燃气报警器对多个已知浓度的待测气体进行检测，获得对应的吸收率，后在对应浓度点处标定得到。
[0054]
通过采用双参考通道检测，双参考通道与被测气体通道共同形成三通道检测，结合中位值修正的几何原理，近似拟合被测气体通道信号衰减度，进而对被测气体零位值进行修正，结合出厂时的被测气体浓度标定曲线，获得更精准的气体浓度检测值，从更大程度上弥补了长时间使用红外燃气报警器后自身存在的检测误差。
[0055]
优选地，滤色片为无温漂滤色片，可以有效消除由于温度变化带来的滤光片带通偏移的影响，进而对保证探测器输出信号的稳定准确有利，进一步提高检测精度。
[0056]
传统的被测气体通道和一个参考通道组成的双通道检测方式，修正的被测气体检测的零位值和吸收率分别由以下公式得到，
[0057][0058][0059]
ch40和ref0为出厂时的被测气体通道和参考通道的零位值，ref1为当前检测到的参考通道的ad值。上述方式默认被测气体通道零位值变化与参考通道零位值变化为等比例关系。然而更多的情况下，被测气体通道零位值变化与参考通道零位值变化并不成等比例关系，且有时还会反向修正。参见图3至图5，与传统方式相比，本发明采用双参考通道修正、三通道检测拟合求值的方式，对被测气体通道的当前零位值进行更高精度的修正，也就是三通道修正零位值比双通道修正零位值更加接近真实的修正零位值，从而获得更精准的气体浓度检测值，基本消除了因被测气体通道的衰减性与参考通道的衰减性并非是等比例关系而带来的检测误差。
[0060]
以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。