感存算一体的气体检测系统、检测方法和检测设备与流程

1.本技术涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种感存算一体的气体检测系统、检测方法和检测设备。


背景技术：

2.随着人们对空气质量要求的提升和物联网的快速发展，气体检测在物联网的应用需求与日俱增。气体检测广泛应用于智能家居、可穿戴设备、智慧城市和智能医疗等领域，是人们生活质量提升的重要手段。
3.传统的气体检测系统如说明书附图的图1所示，通常包括气体传感器、模拟信号处理器、模数转换器、存储器、数字信号处理器。通过气体传感器和模拟信号处理器进行模拟域的信号处理，通过模数转换器将模拟信号转变成数字信号，再通过存储器和数字信号处理器进行数字域的信号处理，传统气体检测系统的数字信号处理器通常是基于冯诺伊曼架构，其存储器和运算器是分离的，使传感器的海量数据在计算过程中产生大量由于数据搬运导致的能耗问题。且在上述过程中存在信号传递延迟、模数转换过程中引入量化噪声、成本高等问题。
4.因此，提出一种低能耗、高能效的气体检测系统是亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术的目的在于提出一种感存算一体的气体检测系统、检测方法和检测设备，本技术能够针对性的解决现有的问题。
6.基于上述目的，第一方面，本技术提出了一种感存算一体的气体检测系统，包括：气体传感器组、模拟前端电路和rram存算一体电路；所述气体传感器组用于采集待检测环境数据；所述模拟前端电路用于将所述待检测环境数据转换为电压分布图像，并将所述电压分布图像传输至所述rram存算一体电路；所述rram存算一体电路用于根据所述电压分布图像得到气体检测结果。
7.可选地，所述气体传感器组包括多个传感器单元，所述rram存算一体电路包括至少一个rram存算阵列，每一所述rram存算阵列包括多个rram存算单元。
8.可选地，所述传感器单元包括检测不同气体种类的传感器单元，或检测同一气体种类的不同结构的传感器单元。
9.可选地，电阻电压转换电路和模拟信号缓冲器；所述电阻电压转换电路的输入端连接所述气体传感器组的输出端，所述电阻电压转换电路的输出端连接所述模拟信号缓冲器的输入端，所述模拟信号缓冲器的输出端连接所述rram存算一体电路的输入端。
10.可选地，rram存算一体电路还包括信号后处理模块；所述信号后处理模块的输入端与rram存算阵列的输出端连接，信号后处理模块用于将rram存算阵列的电流值进行后处理，得到所述气体检测结果；其中，将rram存算阵列计算出的结果进行后处理的方式包括对所述rram存算阵列的电流值进行量化、阈值判断、逻辑判断、和非线性激活中的任一种或多
种方式的组合。
11.可选地，所述气体传感器组包括第一驱动电路，所述rram存算一体电路包括第二驱动电路，所述第一驱动电路和第二驱动电路均为字线和位线驱动电路；所述第一驱动电路用于驱动所述气体传感器组中的每一传感器单元工作，所述第二驱动电路用于驱动所述rram存算一体电路的每一rram存算单元进行读写操作。
12.可选地，所述系统还包括外围控制电路；所述外围控制电路用于控制所述气体传感器组、模拟前端电路和rram存算一体电路的运行，所述外围控制电路包括电源管理模块、时钟源、时钟树和控制器。
13.第二方面，还提供了一种感存算一体的气体检测方法，所述方法应用于第一方面任一项所述的一种感存算一体的气体检测系统，所述方法包括：获取气体传感器组处于待检测环境中时的电阻值；将所述电阻值转换为电压值，得到基于每一传感器单元的电压值分布图像；将所述电压值分布图像作为rram存算一体电路的输入，通过所述rram存算一体电路对所述电压值分布图像进行矩阵运算得到电流值；对所述电流值进行信号后处理，得到气体检测结果。
14.可选地，所述电压值分布图像的每一像素点对应每一传感器单元的电压值，通过所述rram存算一体电路对所述电压值分布图像进行矩阵运算得到电流值，包括：通过第二驱动电路控制每一rram存算单元的写入，得到rram存算阵列的权重矩阵；将每一传感器单元的电压值输入到rram存算阵列；根据每一传感器单元的电压值和所述rram存算阵列的权重矩阵的乘累加运算，得到所述电流值。
15.第三方面，还提供了一种检测设备，所述检测设备包括壳体以及第一方面任一项所述的感存算一体的气体检测系统。
16.总的来说，本技术的有益效果在于：
17.提供一种感存算一体的气体检测系统，通过气体传感器组采集待检测环境数据，能同时感应多种气体特征，通过模拟前端电路将待检测环境数据转换为电压分布图像，并将电压分布图像传输至rram存算一体电路，可以省去传统气体检测系统中的模数转换器，节省系统成本，提高传输效率，再通过rram存算一体电路根据电压分布图像得到气体检测结果，rram存算一体电路还能够实现存储与计算一体化，解决传统冯
·
诺依曼计算架构的存储墙问题，显著提升能效。
附图说明
18.在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本技术公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本技术范围的限制。
19.图1示出现有技术的气体检测系统的结构示意图；
20.图2示出根据本技术实施例的一种感存算一体的气体检测系统的结构；
21.图3示出本实施例的将气体传感器组的电阻值转换为电压分布图像的示意图；
22.图4示出根据本技术实施例的根据电压分布图像输入rram存算阵列的过程示意图；
23.图5示出了本实施例的一种感存算一体的气体检测系统的另一结构；
24.图6示出本实施例的一种气体传感器的结构俯视图；
25.图7示出本实施例的一种气体传感器的结构剖视图；
26.图8示出本实施例的rram的一种结构示意图；
27.图9示出本实施例的rram存算单元的一种结构截面图；
28.图10示出本实施例的1t1r的rram存算单元的等效电路图；
29.图11示出由1t1r的rram存算单元组成的rram存算阵列的结构示意图；
30.图12示出本实施例的一种感存算一体的气体检测方法步骤流程图；
31.图13示出本实施例的一种检测设备的示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
34.图1示出现有技术的气体检测系统的结构示意图。如图1所示，现有的气体检测系统包括模拟域和数字域两个区域模块，其中，通过模数转换器将模拟域的信号转换为数字信号，再通过数字域的运算进行处理，其中，模拟域包括气体传感器和模拟信号处理器，数字域包括存储器和数字信号处理器。由图1可知，传统气体检测系统需要通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，会增加系统的整体成本和能耗，且模数转换过程中还会带来量化噪声以及信号传递延迟的问题。另外，数字信号处理器通常是基于冯诺伊曼架构，其存储器和运算器是分离的，使传感器的海量数据在计算过程中产生大量由于数据搬运导致的能耗问题。
35.因此，基于上述问题，本技术的实施例中提供一种感存算一体的气体检测系统，采用气体传感器组采集环境数据，采用阻变式存储器(resistance random access memory，rram)存算一体电路直接对该模拟信号进行处理，无需模数转换器将模拟信号转换为数字信号，可以节省成本，避免模数转换过程中还会带来量化噪声以及信号传递延迟的问题，且能够提高系统的计算速度和能效。另外，使用rram存算阵列能直接在存储器内进行模拟域的矩阵乘加运算，存储与计算一体化，解决了传统冯
·
诺依曼计算架构的存储墙问题，可以显著提升系统能效。
36.图2示出了一种感存算一体的气体检测系统的结构，参考图2，感存算一体的气体检测系统包括：气体传感器组01、模拟前端电路02和rram存算一体电路03，气体传感器组01的输出端与模拟前端电路02的输入端连接，模拟前端电路02的输出端与rram存算一体电路03的输入端连接，rram存算一体电路03的输出端用于输出检测结果。
37.本实施例中，气体传感器组01用于采集待检测环境数据，模拟前端电路02用于将待检测环境数据转换为电压分布图像，并将电压分布图像传输至rram存算一体电路03，rram存算一体电路03用于根据电压分布图像得到气体检测结果，本实施例中，气体检测结果可以包括气体的种类、浓度、挥发性等。
38.由此可知，本实施例通过气体传感器组01实现对环境气体的感知，通过rram存算
一体电路03实现对模拟信号电压分布图像的计算并进行数据存储，从而得到将感知、存储和计算结合一体的气体检测系统。
39.本实施例中，气体传感器组01包括多个传感器单元，参考图2，气体传感器组01包括m
×
n个传感器单元，可对每一传感器单元进行编号，如传感器单元(1,1)、传感器单元(1,2)、传感器单元(2,1)、传感器单元(2,2)、传感器单元(m,1)、传感器单元(1,n)、传感器单元(m,n)，将气体传感器组01放置在待检测环境中，通过每一传感器单元实现对环境中气体的检测。
40.本实施例中，传感器单元01包括检测不同气体种类的传感器单元，或检测同一气体种类的不同结构的传感器单元。当传感器单元01包括检测不同气体种类的传感器单元时，例如，传感器单元01可以是mos气体传感器或接触燃烧式气体传感器，其中，不同的传感器单元还可以对不同的气体具有不同的感知能力，例如，气体传感器组01包括传感器单元a和传感器单元b，其中，传感器单元a对一氧化碳具有较强的感知能力，而传感器单元b对甲烷具有较强的感知能力，从而可以实现气体传感器组01对多种气体特征进行感应的能力，提高气体传感器组01的检测能力。
41.当传感器单元01包括检测同一气体种类的不同结构的传感器单元时，不同结构的传感器单元可以是不同结构参数或不同材料组成的结构所形成的传感器单元，采用具有不同结构的传感器单元来检测同一种气体，可以得到多个角度的传感信息，可以使得rram存算阵列计算根据多个角度的传感信息得到更好的电流值，从而使得检测结果更加准确。
42.如图2所示，rram存算一体电路包括至少一个rram存算阵列031，每一所述rram存算阵列031包括多个rram存算单元。在rram存算一体电路03包括多个rram存算阵列031的情况下，每一rram存算阵列031依次叠加，得到多层次rram存算阵列叠加的rram存算阵列，且上一层的rram存算阵列的输出作为下一层rram存算阵列的输入。
43.本实施例中，每一rram存算阵列031包括多个rram存算单元，参考图2，rram存算阵列包括m
×
n个rram存算单元，可对每一rram存算单元进行编号，如rram存算单元(1,1)、rram存算单元(1,2)、rram存算单元(2,1)、rram存算单元(2,2)、rram存算单元(m,1)、rram存算单元(1,n)、rram存算单元(m,n)。
44.需要说明的是，本实施例可以将气体传感器组01每一传感器单元的数据以标记形式将其在数据表示上形成阵列，一方面，可以方便信号在传感器组和rram存算阵列之间的传递与处理，提升信号传递与处理的速度与能效，另一方面，每一传感器单元的数据被发送至对应的rram存算阵列进行综合运算，使得rram存算阵列忽略每一传感器单元之间的工艺偏差，可以对气体传感器组中传感器单元之间可能出现的均一性差的问题进行补偿。
45.本实施例中，模拟前端电路02包括：电阻电压转换电路021和模拟信号缓冲器022，电阻电压转换电路021的输入端连接气体传感器组01的输出端，电阻电压转换电路021的输出端连接模拟信号缓冲器022的输入端，模拟信号缓冲器022的输出端连接rram存算一体电路03的输入端。电阻电压转换电路021用于将气体传感器组01的电阻值转换为电压值，并发送至模拟信号缓冲器022，模拟信号缓冲器022存储与每一气体传感器单元对应的电压值，并在采集完所有的气体传感器的电压值之后，输出电压分布图像。
46.具体地，电阻电压转换电路021可以将传感器单元的电阻rsensor和参考电阻rs串联，通过分压的方式将传感器单元的电阻rsensor转换成电压，此时电阻电压转换电路021
的输出电压v
out
的公式为：
[0047][0048]
其中，vout是输出电压，vref是参考电压。
[0049]
电阻电压转换电路021还可以将传感器单元的电阻rsensor和参考电阻rs串联在运算放大器的输入和输出之间，此时电阻电压转换电路021的输出电压v
out
的公式为：
[0050][0051]
其中，vout是输出电压，vref是参考电压，r2是固定电阻。
[0052]
图3示出了将气体传感器组01的电阻值转换为电压分布图像的示意图，参考图3，电压分布图像的每个像素点表征由对应坐标位置的传感器单元的电阻值转化得到的电压值，像素点的颜色深浅表示电压值的大小，将气体传感器组01放置于不同的气体环境中，可以得到不同的电压分布图像。
[0053]
如图3所示，将气体传感器组01中的传感器单元等效为可变电阻，气体传感器组01包括多个电阻，如r
11
、r
12
、r
21
、r
21
，通过电阻电压转换电路021将电阻值转换成电压之后得到电压分布图像，与r
11
、r
12
、r
21
、r
21
对应的电压值分别为v
11
、v
12
、v
21
、v
21
。
[0054]
图4示出了根据电压分布图像输入rram存算阵列的过程示意图，其中，rram存算阵列具有对应于每一列的多个字线端wl[1]、wl[2]
……
wl[m]，对应于每一行的多个位线端bl[1]、bl[2]
……
bl[n]，对应于每一行的多个源线端sl[1]、sl[2]
……
sl[m]。通过线端wl[1]、wl[2]
……
wl[m]的输入电压控制晶体管的开关来控制rram存算单元的选通，可以通过控制位线端bl[1]、bl[2]
……
bl[n]的电压，实现rram存算单元在高阻态和低阻态之间的可逆转换，可以实现对气体分类识别算法中权值的存储，通过源线端sl[1]、sl[2]
……
sl[m]输出对应的电流。
[0055]
本实施例中，rram存算阵列基于气体分类识别算法进行计算，rram电导值与气体分类识别算法中的权值对应，rram存算阵列的工作原理为：通过第二驱动电路控制每一rram存算单元的写入，使其电导变化，以实现气体分类识别算法中权值的存储，即实现rram电导值对应气体分类识别算法中权值的存储，得到权重矩阵，将电压分布图像的每一像素点对应的电压值输入至rram存算阵列的位线端，根据每一传感器单元的电压值和所述rram存算阵列的权重矩阵的乘累加运算，得到电流值，可以理解的是，rram电导值与权重相对应，则根据每一传感器单元的电压值和所述rram存算阵列的权重矩阵的乘累加运算，即根据每一传感器单元的电压值和所述rram存算阵列的电导矩阵的乘累加运算，得到电流值，将该电流值通过sl[n]输出。
[0056]
具体地，在一个例子中，rram存算阵列可进行全连接的神经网络算法，电压分布图像的每一像素点按一定顺序排列成电压向量，输入到第一层rram存算阵列的位线端，每个传感器单元的电压和每个rram单元的电导相乘，可根据欧姆定律得到该rram单元的电流值，根据基尔霍夫定律将每一行中rram单元的电流值相加即可得到该行的电流值，通过sl[n]输出该电流值，例如通过bl[1]、bl[2]
……
bl[n]输入的电压和rram存算阵列中的第一行的rram存算单元进行乘累加，得到第一行的电流，通过sl[1]输出，每行计算完会得到电流向量，通过电流转电压模块将电流转变成电压，该电压向量作为第二层rram存算阵列的
输入，进行和上述相同的计算方式，得到第二层rram存算阵列的电流向量，再重复，直到计算出最后一层rram存算阵列的电流向量，将电流向量输入到信号后处理模块，进行后处理，得到最终的检测结果。
[0057]
本实施例中，rram存算一体电路03还包括信号后处理模块032，信号后处理模块032的输入端与rram存算阵列031的输出端连接，用于接收rram存算阵列031的电流值，信号后处理模块用于将rram存算阵列031的电流值进行后处理，得到检测结果。其中，将rram存算阵列031计算出的结果进行后处理的方式包括对rram存算阵列的电流值进行量化、阈值判断、逻辑判断、和非线性激活中的任一种或多种的组合。
[0058]
本实施例中，信号后处理模块032可以包括量化器和非线性激活模块，通过量化器对rram存算阵列输出的电流进行量化，将量化后的行电流数据作为非线性激活模块的输入，通过非线性激活模块对量化后的行电流数据进行非线性激活之后，得到检测结果。
[0059]
检测结果可以包括气体的种类和浓度，例如，检测结果为气体种类为voc(有机挥发性气体),当前环境中包含有h2s、co、甲烷、氢气、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物等气体，以及每一气体的浓度。
[0060]
图5示出了本实施例的一种感存算一体的气体检测系统的另一结构，参考图5，本实施例中，气体传感器组01包括第一驱动电路05，rram存算一体电路03包括第二驱动电路06，第一驱动电路05和第二驱动电路06均为字线和位线驱动电路。
[0061]
其中，第一驱动电路05用于驱动气体传感器组01中的每一传感器单元工作，每一传感器单元具有对应的地址，则可以通过第一驱动电路05进行选址，选择导通所选地址的传感器单元的工作电路，使得传感器单元与环境气体发生化学反应或进行成分感知，进而实现传感器单元的气体检测功能。
[0062]
本实施例中，第二驱动电路06用于驱动rram存算一体电路03的每一rram存算单元进行读写操作。每一rram存算单元具有对应的地址，则可以通过第二驱动电路06进行选址，选择导通所选地址的rram存算单元的进行数据的存储，例如实现rram电导值对应气体分类识别算法中权值的存储，并选择导通所选地址的rram存算单元的工作电路，使得rram存算单元读取列电压，进行模拟域计算。
[0063]
本实施例中，参考图5，本实施例的系统还包括外围控制电路04，外围控制电路04用于控制气体传感器组01、模拟前端电路02和rram存算一体电路03的运行，外围控制电路04包括电源管理模块041、时钟源042、时钟树043和控制器044。电源管理模块041用于对气体传感器组01、模拟前端电路02和rram存算一体电路03供电进行管理，时钟源用来为气体传感器组01、模拟前端电路02和rram存算一体电路03的运行提供频率稳定且电平匹配的方波时钟脉冲信号，时钟树可以保证寄存器的时钟边沿趋于最小，从而保证良好的时序特性。控制器044用于控制气体传感器组01、模拟前端电路02和rram存算一体电路03的电路工作逻辑。
[0064]
在一个可行的例子中，气体传感器组01的传感器单元采用阻变式气体传感器，阻变式气体传感器可以是mos(半导体)气体传感器或接触燃烧式气体传感器。
[0065]
本实施例的传感器单元可采用如图6和图7所示的气体传感器，图6示出一种气体传感器的结构俯视图，气体传感器是采用纳米或微米加工工艺，形成悬浮式支撑膜结构的mems mos，包括硅基衬底100、悬浮微热板110、空腔120、悬浮支撑梁130和金属层140，其中，
悬浮微热板110为器件反应区域，空腔120作为隔热层，起到将热集中在空腔内，减小热损耗的作用，悬浮支撑梁130起到支撑微热板的作用，金属层140为微热板和外界起到电学连接的作用。
[0066]
图7示出一种气体传感器的结构剖视图，悬浮微热板110包括微热板支撑层220、加热电极230、微热板绝缘层240、测试电极250、气敏薄膜260组成，其中，支撑层220可以是sio2、sinx、sio2复合膜或sinx复合膜中的任何一种，加热电极230可以是多晶硅、pt、w、ni中的一种材料，绝缘层240可采用sio2，测试电极250可以是au、cu、或者pt中的任何一种材料，气敏薄膜260可以是sno2、wo3、in2o3和zno等金属氧化物任何一种或者几种组合。并且气敏薄膜260的气敏材料可通过掺杂、改变比表面积、表面修饰等手段调控气敏特性。在悬浮微热板110外围还沉积有与支撑层220材料以及厚度相同的外支撑层221，在悬浮微热板110外围微热板绝缘层240同层还沉积有与240材料以及厚度相同的外绝缘层241。
[0067]
本实施例中，rram是一种非易失性存储器，可嵌入在cmos后道工艺金属层中，从而实现与逻辑电路高度集成，并且制备工艺与cmos工艺兼容性好，利于量产，同时它具有结构简单，开关比高、操作电压低、功耗小、读写速度高等优异的存储性能，其在外加电场作用下可实现高阻态和低阻态之间的可逆转换，从而实现对数据的存储。
[0068]
图8示出了rram的一种结构示意图，在一个可行的例子中，如图8所示，rram非易失性存储器30包括底部电极301、阻变层302、和顶部电极303，阻变层302夹在底部电极301和顶部电极303之间，阻变层302可以是taox、hfo2、al2o3、tiox、zno、zno的掺杂物、金属氧化物等任何一种材料制成。底部电极301和顶部电极303可以是氮化钛tin、tan、铂、钨、钯、金中的任意一种材料制成。
[0069]
本实施例中，rram存算一体单元可以是1t1r结构，即一个晶体管连接一个rram，也可以是ntmr，其中n≥2，m≥2,即多个晶体管连接多个rram单元。
[0070]
本实施例以rram存算单元为1t1r结构为例，图9示出了rram存算单元的一种结构截面图，rram存算单元包括半导体衬底401、rram单元30和晶体管，晶体管包括源极区402、漏极区403、栅极电介质层405、栅极408。参考图9，第一金属互连线407、栅极408和第二金属互连线409为第一金属层；第三金属互连线412和第四金属互连线413为第二金属层；第五金属互连线415为第三金属层；第六金属互连线417为第四金属层；第七金属互连线419为第五金属层。通过第一金属栓塞404、第一金属互连线407和第三金属栓塞410将第三金属互连线412和源极区402连接；通过第二金属栓塞406、第二金属互连线409、第四金属栓塞411、第四金属互连线413、第五金属栓塞414、第五金属互连线415、第六金属栓塞416、第六金属互连线417将晶体管的漏极区403和rram下电极连接；rram上电极通过第七金属栓塞418和第七金属互连线419连接。
[0071]
图10示出1t1r的rram存算单元的等效电路图。图10中，bl为位线，wl为字线，sl为源线，对应于图9，第三金属互连线412为源线sl，第七金属互连线419为位线bl，栅极408为字线wl。
[0072]
图11示出由1t1r的rram存算单元组成的rram存算阵列的结构示意图，将每行rram存算单元的晶体管的栅极连接在一起，将每列rram存算单元rram的上电极连接在一起，将每行rram存算单元的晶体管的源端连接在一起，即可组成图11所示的rram存算阵列。
[0073]
以上为本实施例提供的一种感存算一体的气体检测系统，通过气体传感器阻01采
集待检测环境数据，能同时感应多种气体特征，通过模拟前端电路02将待检测环境数据转换为电压分布图像，并将电压分布图像传输至rram存算一体电路03，可以省去传统气体检测系统中的模数转换器，节省系统成本，提高传输效率，再通过rram存算一体电路03根据电压分布图像得到表征气体种类和浓度的检测结果，rram存算一体电路03还能够实现存储与计算一体化，解决传统冯
·
诺依曼计算架构的存储墙问题，显著提升能效。
[0074]
图12示出一种感存算一体的气体检测方法，该方法应用于上述系统实施例所述的一种感存算一体的气体检测系统，参考图12，该方法包括如下步骤s1201～s1204：
[0075]
s1201、获取气体传感器组处于待检测环境中时的电阻值。
[0076]
本实施例中，气体传感器组的传感器单元与气体发生反应后其阻值可能发生变化，通过获取检测气体传感器组01在待检测环境中的电阻值，则可以根据不同的电阻值变化对不同的气体进行检测判断。获取到的电阻值以矩阵的形式输出，如图3所示，将气体传感器组01中的传感器单元等效为可变电阻，气体传感器组01包括多个电阻，如r
11
、r
12
、r
21
、r
21
等。
[0077]
s1202、将电阻值转换为电压值，得到基于每一传感器单元的电压值分布图像。
[0078]
本实施例中，通过电阻电压转换电路将电阻值转换成电压之后得到电压分布图像，如图3所示，与r
11
、r
12
、r
21
、r
21
对应的电压值分别为v
11
、v
12
、v
21
、v
21
。电压分布图像的每个像素点表征由对应的传感器单元的电阻值转化得到的电压值，像素点的颜色深浅表示电压值的大小。
[0079]
s1203、将电压值分布图像作为rram存算一体电路的输入，通过rram存算一体电路对电压值分布图像进行矩阵运算得到电流值。
[0080]
本实施例中，电压值分布图像的每一像素点对应每一传感器单元的电压值，通过rram存算一体电路03对电压值分布图像进行矩阵运算得到电流值，包括：通过第二驱动电路控制每一rram存算单元的写入，得到rram存算阵列的权重矩阵；将每一传感器单元的电压值输入到rram存算阵列；根据每一传感器单元的电压值和所述rram存算阵列的权重矩阵的乘累加运算，得到所述电流值。
[0081]
参考图4其中，rram存算阵列具有对应于每一列的多个字线端wl[1]、wl[1]
……
wl[m]，对应于每一行的多个位线端bl[1]、bl[1]
……
bl[n]，对应于每一行的多个源线端sl[1]、sl[1]
……
sl[m]。通过线端wl[1]、wl[1]
……
wl[m]的输入电压控制晶体管的开关来控制rram存算单元的选通，可以通过控制位线端bl[1]、bl[1]
……
bl[n]的电压，实现rram存算单元在高阻态和低阻态之间的可逆转换，可以实现对气体分类识别算法中权值的存储，通过源线端sl[1]、sl[1]
……
sl[m]输出对应的电流。
[0082]
其中，rram存算阵列的工作原理为：控制每一rram存算单元的写入，使其电导变化，以实现气体分类识别算法中权值的存储，即实现rram电导值对应气体分类识别算法中权值的存储，得到权重矩阵，将电压分布图像的每一像素点对应的电压值输入至rram存算阵列的位线端，根据每一传感器单元的电压值和所述rram存算阵列的权重矩阵的乘累加运算，得到电流值，可以理解的是，rram电导值与权重相对应，则根据每一传感器单元的电压值和所述rram存算阵列的权重矩阵的乘累加运算，即根据每一传感器单元的电压值和所述rram存算阵列的电导矩阵的乘累加运算，由此可知，rram存算阵列的电流值为电流，将该电流通过sl[n]输出。
[0083]
s1204、对电流值进行信号后处理，得到气体检测结果。
[0084]
本实施例中，对电流值进行信号后处理包括对rram存算阵列的电流值进行量化、阈值判断、逻辑判断、和非线性激活中的任一种或多种方式的组合。
[0085]
例如，通过量化器对rram存算阵列输出的行电流进行量化，将量化后的行电流数据作为非线性激活模块的输入，通过非线性激活模块对量化后的行电流数据进行非线性激活之后，得到气体检测结果。
[0086]
气体检测结果可以包括气体的种类和浓度，例如，检测结果为气体种类为voc(有机挥发性气体),当前环境中包含有h2s、co、甲烷、氢气、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物等气体，以及每一气体的浓度。
[0087]
本技术的上述实施例提供的一种感存算一体的气体检测方法，与本技术实施例提供的一种感存算一体的气体检测系统出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
[0088]
图13示出一种检测设备，该检测设备包括壳体1301以及上述系统实施例所述的一种感存算一体的气体检测系统1302。感存算一体的气体检测系统1302的具体结构在上述实施例中均有描述，为了避免重复，在此不再赘述。
[0089]
检测设备可以通过气体传感器组01采集待检测环境数据，能同时感应多种气体特征，通过模拟前端电路将待检测环境数据转换为电压分布图像，并将电压分布图像传输至rram存算一体电路03，可以省去传统气体检测系统中的模数转换器，节省系统成本，提高传输效率，再通过rram存算一体电路03根据电压分布图像得到表征气体种类和浓度的检测结果，rram存算一体电路还能够实现存储与计算一体化，解决传统冯
·
诺依曼计算架构的存储墙问题，显著提升能效。
[0090]
需要说明的是：
[0091]
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备有固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本技术也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本技术的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本技术的最佳实施方式。
[0092]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本技术的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0093]
类似地，应当理解，为了精简本技术并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本技术的示例性实施例的描述中，本技术的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本技术要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本技术的单独实施例。
[0094]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单
元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0095]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0096]
本技术的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本技术实施例的虚拟机的创建系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本技术还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本技术的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
[0097]
应该注意的是上述实施例对本技术进行说明而不是对本技术进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本技术可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
[0098]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。