实验室中甲醛浓度检测装置和检测方法_3

文档序号:9415837阅读:来源:国知局
轴两端设有用于插入第一挡板、第二挡板的导向 滑槽的延伸轴128 ;检测头下表面设有与第一挡板、第二挡板上表面滚动接触的多个滚珠 129〇
[0084] 如图3所示,支撑架包括开口向下的U形架41、设于气室前部和后部的L形架42 ; 导向结构为设于U形架和两个L形架之间的两条横梁51 ;如图4所示,连接板呈矩形,连接 板下部设有用于穿过两条横梁的2个通孔151,连接板上部设有用于与横向丝杆配合的丝 杆孔152。
[0085] 气体敏感膜内设有多个间隔分布的空腔,空腔内设有伸出气体敏感膜上下表面之 外的碳纳米管。尾气处理装置为酒精灯。
[0086] 如图7所示,一种实验室中甲醛浓度检测装置的检测方法,包括如下步骤:
[0087] 步骤100,抽开水平隔板
[0088] 控制器控制第一电机带动横向丝杆转动,横向丝杆通过连接板带动水平隔板向 气室外水平移动,使水平隔板内端移至与开口相接触位置时,控制器控制第一电机停止工 作;
[0089] 步骤200,传感器清洗
[0090] 控制器控制进气管和出气管上的电磁阀均打开,通过进气管向气室内充入氮气, 对MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲醛传感器清洗5至10分钟;
[0091] 步骤300,气体敏感膜吸附气体
[0092] 通过进气管向气室内循环充入待检测的实验室气体,尾气处理装置处理从出气管 输出的实验室气体;气体敏感膜吸附气体,5至15分钟后控制器控制进气管和出气管上的 电磁阀关闭;
[0093] 步骤400,加热气体敏感膜,并将气体敏感膜释放的气体吹向气室下部
[0094] 控制器控制金属网通电,同时控制各个电扇工作,气体敏感膜吸附的气体进入气 室下部,5至8分钟后,控制器控制金属网断电,各个电扇停止工作;
[0095] 步骤500,闭合水平隔板
[0096] 控制器控制第一电机带动横向丝杆转动,横向丝杆通过连接板带动水平隔板向气 室内水平移动,使水平隔板外端移至与开口相接触位置相接触时,控制器控制第一电机停 止工作;
[0097] 步骤600,各个传感器检测气体信号并得到传感器融合信号
[0098] 控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动,并通过第三电机带动托板升降, MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲醛传感器检测气体信号,控制器收到MQ-2传感器的检测信 号SI (t)、MQ-135传感器的检测信号S2⑴,甲醛传感器的检测信号S3⑴;控制器利用公式 81区仙1(1:)=312(1:) + (31(1:)-32(1:))2+(31(1:)-33(1:))2计算传感器融合信号818仙1(1:) ;
[0099] 步骤700,计算并得到检测的实验室气体的甲醛浓度
[0100] 存储器中预先存储有随机共振模型和甲醛浓度预测模型,将signal (t)输入随机 共振模型中,控制器计算随机共振模型共振时的输出信噪比SNR,
[0101] 将SNR输入甲醛浓度预测模型:甲醛浓度W = 2. 34+0. 37 X SNR中,得到被检测的 实验室气体的甲醛浓度。
[0102] 甲醛浓度预测模型是利用步骤100至700检测各种已知浓度分别为Wl,W2,…, WlOO的甲醛气体,得到与每种甲醛浓度相对应的输出信噪比SNR1,SNR2,…,SNR100 ;利用 点(W1,SNR1),(W2,SNR2),…,(W100,SNR100)在直角坐标系中做点,得到各个点的拟合曲 线的公式,对拟合曲线的公式进行变换,得到本发明的甲醛浓度预测模型。
[0103] 所述输出信噪比SNR的计算过程包括如下步骤:
[0104] 将signal⑴输入一层随机共振模型
[0105]
中;
[0106] 其中,V(x,t,α )为势函数,x(t)为布朗粒子的运动轨迹,t为运动时间, α是粒子瞬时运动加速度,02为外噪声强度,N(t)为内秉噪声,
为 周期性正弦信号,A1是信号幅度,f是信号频率,识为相位;a,b为设定的常数;设
[0107] 其中,控制器计算并得到检测过程中Signal⑴的平均幅度值SS,所述 A1S 0. 54SS,一层随机共振模型和二层随机共振模型中的9. 8SS彡D 2彡19. 5SS ;a和b均 ^ SS0
[0108] 控制器计算V(x,t,α )对于X的一阶导数,二阶导数和三阶导数,并且使等式等于 〇,得到二层随机共振模型:
[0109]
[0110] 设定噪声强度D2= 0,
,: signal (t) = 0,N(t) = 0 ;计算得到八丨的 临界值为
[0111] 将4的临界值代入一层随机共振模型中,并设定XJt) = 0, sn。= 0,用四阶珑格 库塔算法求解一层随机共振模型,得到
[0112]
,m = 0, 1,"^N-I ;并计算:
[0117] 其中,XniU)为x(t)的m阶导数,Snnil是S⑴的m-ι阶导数在t = 0处的值,Snlri 是S⑴的m+1阶导数在t = 0处的值,得到X1 (t),x2⑴,…,xm+1⑴的值;
[0118] 控制器对七(0,巧(〇,~,\+1(〇进行积分,得到以〇,并得到以〇在一层随机 共振模型和二层随机共振模型组成的双层随机系统产生随机共振时刻的位置1^直、与X #目 对应的共振时刻h、最优瞬时运动加速度a i,及与tjp a 1所对应的噪声D p D1S D 2中的 一个值;D2是在[0,1]范围内以0.01周期循环步进的一个函数,D 2的取值与时间相关,知 道了 L时刻,D1就确定了。
[0119] 控制器利用公式
计算双层随机共振系 统输出的信噪比SNR ;其中,Λ U = a2/4b。
[0120] 实施例2
[0121] 实施例2中,包括实施例1的所有结构及步骤部分,实施例2中还包括如图1所示 的设于检测头上的温度传感器18和湿度传感器19 ;温度传感器和湿度传感器均与控制器 电连接。
[0122] 实施例2用如下步骤实施例1中的步骤200 :
[0123] (7-1)控制器控制进气管和出气管上的电磁阀均打开,通过进气管向气室下部内 充入氮气,对温度传感器、湿度传感器、MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲醛传感器清洗5至 10分钟;
[0124] (7-2)通过进气管向气室内充入已知甲醛浓度为S的实验室气体,尾气处理装置 处理从出气管输出的实验室气体;通气3至10分钟后,控制器控制进气管和出气管上的电 磁阀均关闭;
[0125] 控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动,并通过第三电机带动托板升降, MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲醛传感器检测气体信号,控制器收到MQ-2传感器的检测信 号SI (t)、MQ-135传感器的检测信号S2 (t),甲醛传感器的检测信号S3 (t);
[0126] (7-3)控制器选取Sl(t)的η个等间隔分布的抽样值Sll,S12, ...,Sln,选取 S2(t)的η个等间隔分布的抽样值S21,S22, ...,S2n,选取S3(t)的η个等间隔分布的抽 样值 S31,S32, · · ·,S3n ;
[0127] 利用公式
[0128]
汁算差值距离di2;
[0129] 利用下述公式

分别计算矩阵A,B,C和D ;存储器中设有最小阈值e,与A、B、C、D、温度和湿度相 关的甲醛浓度表;
[0130] (7-4)控制器根据A、B、C、D、检测的温度和检测的湿度通过甲醛浓度表查询甲醛 浓度V,
[0131] 当A中数据至少有80%< e并且D中数据至少有80%< e并且
控制器控制进气管和出气管上的电磁阀均打开,通过进气管向气室内充入氮气,对对温度 传感器、湿度传感器、MQ-2传感器、MQ-135传感器和甲醛传感器清洗5至10分钟,转入步骤 300 ;否则,转入步骤(7-1)。
[0132] 应理解,本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在 阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等 价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种实验室中甲醛浓度检测装置,其特征是,包括控制器(I),存储器(25)、底板 (2),设于底板上的横截面呈矩形的气室(3)、尾气处理装置(28)和支撑架(4),设于支撑架 上的导向结构(5)和横向丝杆(6); 所述气室内壁顶部设有用于向下吹风的若干个风扇(7),气室内侧壁由上至下依次设 有至少2层气体敏感膜(8)、用于支撑气体敏感膜的由电热丝构成的金属网(9)、位于金属 网下部并将气室内分隔为上下两部分的水平隔板(10),气室内底部设有托板(11)、检测头 (13)和沿托板上表面螺旋分布的轨道(12),检测头上设有MQ-2传感器(20)、MQ-135传感 器(21)和甲醛传感器(22);气体敏感膜上设有若干个通孔,与气体敏感膜位置相对
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