一种应用于NDIR基于热电堆的气体传感器标定校准的算法的制作方法

本发明涉及校准算法，具体涉及一种应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法。

背景技术：

1、ndir(non-dispersive infrared非分散红外技术)式气体传感器是一种基于气体吸收理论的气体传感器，当红外光通过待测气体时，待测气体分子对特定波长的红外光有吸收作用，其吸收关系遵循朗伯比尔(lambert-beer)吸收定律。ndir式气体传感器主要包括红外光源、光路、透镜、红外接收器、电路和软件算法组成的光学传感器，可检测co2、co、ch4、nh3等气体。

2、ndir基于热电堆的气体传感器主要包括红外光源、光路、透镜、热电堆、电路和软件算法组成，通过热电堆采集温度信号，并转化为相应的电信号，在根据朗伯比尔定律可计算出气体浓度值。

3、现有的ndir基于热电堆的气体传感器检测电路中，温度和相应元器件(红外发光管和热电堆接收器)的不一致性都会导致传感器产品批量生产时输出的数值有很多的偏差。在气体传感器批量生产时，为了保证传感器产品的一致性，都需要逐一校准。但是，现有的传感器校准只经过浓度标定校准，以修正传感器由系统(主要是元器件和光通道)差异因其的偏差，一般在常温下使用两点(低点浓度和高点浓度)标定浓度值，来校准气体传感器。当传感器的工作温度远离常温时，温度变化引起的系统误差无法得到补偿，输出的浓度值会有较大的偏差。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种集成温度标定和浓度标定的应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，以提高气体传感器在全工作温度区间内的精度，确保传感器批量生产出厂时的一致性。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，包括以下步骤：

4、s1：环境温度采样，获取当前环境温度值；

5、s2：基于热电堆的气体传感器原始ad值采集，获取所述传感器的原始温度ad值；

6、s3：校准修正所述原始温度ad值，所述原始温度ad值通过温度标定，校准修正后得到温度修正ad值；

7、s4：所述传感器转换浓度采集，根据朗伯比尔定律，将所述温度修正ad值转换为气体浓度值。

8、进一步的，所述步骤s3和步骤s4中还包括以下步骤：

9、s301：通过温度标定，计算得到高温段修正参数和低温段修正参数；

10、s302：通过所述高温段修正参数和所述低温段修正参数分别校准修正高温段和低温段的所述原始温度ad值，得到所述温度修正ad值；

11、s303：通过浓度校准，并结合所述朗伯比尔定律计算得到浓度修正参数；

12、s304：根据所述朗伯比尔定律，将修正后的所述温度修正ad值转换为所述气体浓度值。

13、进一步的，所述高温段修正参数包括高温段修正系数kh和高温段偏移系数bh，所述低温段修正参数包括低温段修正系数kl和低温段偏移系数bl；

14、在所述步骤s302中，校准修正所述高温段和所述低温段的原始温度ad值公式为：

15、在所述高温段，xt＝xs×(t-a)×kh+bh；

16、在所述低温段，xt＝xs×(a-t)×kl+bl；

17、其中，xt为所述修正温度ad值，xs为原始温度ad值，t为当前环境温度值，a为常温值。

18、进一步的，所述温度标定包括以下步骤：

19、s3011：在低温段低温点t1下，采集低温段低温点的原始ad值，并记录标定第一个低温校准点坐标(t1，ad1)；

20、s3012：在常温点t2下，采集常温点的原始ad值，并记录标定第二个常温点校准坐标(t2，ad2)；

21、s3013：在高温段高温点t3下，采集高温段高温点的原始ad值，并记录标定第三个高温点校准坐标(t3，ad3)；

22、s3014：分别计算所述高温段的修正系数kh和偏移系数bh，以及计算所述低温段的修正系数kl和偏移系数bl，即

23、高温段修正系数kh，

24、高温段偏移系数bh，bh＝ad3-kh×t3；

25、低温段修正系数kl，

26、低温段偏移系数bl，bl＝ad2-kl×t2。

27、进一步的，所述低温段的高温点和所述高温段的低温点为同一点，即所述常温点。

28、进一步的，在步骤s304中，所述修正温度ad值转换为所述气体浓度值x的公式为

29、

30、其中，所述t为当前环境温度，tlow为所述温度标定时低浓度气体下的温度，fa为小数吸收率，b为kl，表示特定气体与滤光器组合的吸收系数k和红外发光源与热电堆接收器之间的等效光学路径长度l的一个乘积，c表示光学路径长度的变化和光的散射要求而增加的功率项，span为浓度修正系数。

31、进一步的，所述浓度修正系数span的计算公式为：

32、

33、其中，ilow为标定时低浓度气体密度，ical为标定时高浓度气体密度，i0为零气体密度，b和c为系统常量，xlow为低浓度气体的浓度值，xcal为高浓度气体的浓度值。

34、优选的，所述低温段为-25℃～25℃，所述高温段为25℃～55℃。

35、本发明的有益效果是：

36、1.本发明通过引入温度标定，对ndir基于热电堆的气体传感器分别进行低温段和高温段标定校准，将气体传感器采集到的原始ad值，标定校准修正为温度修正ad值，从而透过温度修正ad值结合朗伯比尔定律转换为气体浓度值。采用低温度和高温段的校准修正，可以解决常温下采用浓度标定只能修正气体传感器由系统误差而因其的误差的问题，当气体传感器处于温度变化下引起的系统误差可以得到补偿修正，提高气体传感器在全工作温度区间内的精度。同时也确保了ndir基于热电堆的气体传感器在批量生产时的一致性。

37、2.由于低温段的高点和高温段的低点是同一点(即常温点)，因此本发明中的低温段和高温段两段温度区间标定校准中，只需要三个点(低温点、常温点和高温点)即可完成温度标定，计算得到低温段和高温段的修正参数，大大减少了操作步骤，提高了工作效率。

技术特征：

1.一种应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，其特征在于：所述步骤s3和步骤s4中还包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的一种应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，其特征在于：所述高温段修正参数包括高温段修正系数kh和高温段偏移系数bh，所述低温段修正参数包括低温段修正系数kl和低温段偏移系数bl；

4.如权利要求3所述的一种应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，其特征在于：所述温度标定包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的一种应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，其特征在于：所述低温段的高温点和所述高温段的低温点为同一点，即所述常温点。

6.如权利要求2所述的一种应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，其特征在于：在步骤s304中，所述修正温度ad值转换为所述气体浓度值x的公式为

7.如权利要求6所述的一种应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，其特征在于：所述浓度修正系数span的计算公式为：

8.如权利要求2-7任一权利要求所述的一种应用于ndir基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，其特征在于：所述低温段为-25℃～25℃，所述高温段为25℃～55℃。

技术总结
本发明涉及应用于NDIR基于热电堆的气体传感器标定校准的算法，包括以下步骤：S1：环境温度采样，获取当前环境温度值；S2：基于热电堆的气体传感器原始AD值采集，获取传感器的原始温度AD值；S3：校准修正原始温度AD值，原始温度AD值通过温度标定，校准修正后得到温度修正AD值；S4：传感器转换浓度采集，根据朗伯比尔定律，将温度修正AD值转换为气体浓度值。本发明通过引入温度标定，对NDIR基于热电堆的二氧化碳气体传感器分别进行低温段和高温段标定校准，可以解决常温下浓度标定只能修正气体传感器由系统误差而因其的误差的问题，当气体传感器处于温度变化下引起的系统误差可以得到补偿修正，提高气体传感器在全工作温度区间内的精度。

技术研发人员：赵雷磊,邓自强,谷文
受保护的技术使用者：广东迈能欣科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16