一种电化学气体传感器的健康评估方法和相关设备

本申请涉及电化学传感器，尤其涉及一种电化学气体传感器的健康评估方法和相关设备。

背景技术：

1、电化学气体传感器在长期运行过程中，容易受到等多因素影响，进而表现为零点漂移、灵敏度下降、响应迟滞、噪声增大和报警可靠性下降。由于多因素往往相互耦合，传感器输出值与真实气体浓度之间会逐渐产生偏差，且该偏差并不一定能够通过简单的补偿消除。

2、现有黑盒校正模型通常基于未明显劣化或标定状态较好的传感器数据建立，即在不同温度、湿度和标准浓度条件下记录传感器输出，再训练模型得到浓度校正关系。该类方法可以改善正常传感器在环境变化下的测量误差，但当传感器已经发生老化或部件退化时，其检测值本身是否可信、校正结果是否仍然可靠，往往难以及时判断。实际应用中，已劣化传感器通常依赖定期通入标准浓度气体进行校准或重新标定，但这种方式存在检测周期长、现场响应滞后、维护成本高等问题，难以实时评估传感器是否仍处于可用状态。尤其在工业过程控制、有毒有害气体检测和安全监测场景中，若传感器在劣化状态下继续输出看似正常但实际偏差较大的检测结果，可能导致漏报、误报或安全事故。因此，对电化学气体传感器的健康度进行有效评估的技术问题有待得到改善。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提出一种电化学气体传感器的健康评估方法和相关设备，旨在对电化学气体传感器的健康度进行有效评估。

2、为实现上述目的，本申请实施例的一方面提出了一种电化学气体传感器的健康评估方法，所述方法包括以下步骤：

3、获取电化学气体传感器的当前时刻运行数据以及当前时刻关联的电化学阻抗谱数据；

4、将所述当前时刻运行数据、所述当前时刻关联的电化学阻抗谱数据以及上一时刻多隐态健康度输入至预测模型并基于预设的约束条件预测下一时刻多隐态健康度；所述多隐态健康度包括催化剂健康度、扩散膜健康度和电解液健康度；所述约束条件包括健康度的单调非增约束条件和/或衰退速率约束条件；

5、根据所述下一时刻多隐态健康度、预设权重以及评分尺度变换函数计算下一时刻的综合健康评估结果。

6、在一些实施例中，初始时刻的多隐态健康度通过以下方法确定：

7、获取初始时刻电化学阻抗谱数据，并对所述初始时刻电化学阻抗谱数据进行等效电路拟合；

8、根据等效电路的拟合参数确定初始时刻的催化剂健康度、扩散膜健康度和电解液健康度。

9、在一些实施例中，所述健康度的单调非增约束条件包括：

10、当前时刻多隐态健康度中每个健康度小于或等于上一时刻多隐态健康度中对应的健康度。

11、在一些实施例中，所述衰退速率约束条件包括：

12、所述催化剂健康度的衰退速率大于扩散膜健康度的衰退速率;

13、所述扩散膜健康度的衰退速率大于电解液健康度的衰退速率。

14、在一些实施例中，所述预测模型包括特征提取模块、催化剂模块、扩散膜模块和电解液模块，所述将所述当前时刻运行数据、所述当前时刻关联的电化学阻抗谱数据以及上一时刻多隐态健康度输入至预测模型并基于预设的约束条件预测下一时刻多隐态健康度，包括：

15、将所述当前时刻运行数据和所述当前时刻关联的电化学阻抗谱数据输入至所述特征提取模块，以提取当前时刻特征数据；

16、将所述当前时刻特征数据和上一时刻催化剂健康度输入至所述催化剂模块并基于所述衰退速率约束条件预测下一时刻催化剂原始更新值；

17、将所述当前时刻特征数据和上一时刻扩散膜健康度输入至所述扩散膜模块并基于所述衰退速率约束条件预测下一时刻扩散膜原始更新值；

18、将所述当前时刻特征数据和上一时刻电解液健康度输入至所述电解液模块并基于所述衰退速率约束条件预测下一时刻电解液原始更新值；

19、根据所述单调非增约束条件、下一时刻催化剂原始更新值、下一时刻扩散膜原始更新值以及下一时刻电解液原始更新值确定下一时刻多隐态健康度。

20、在一些实施例中，所述方法还包括：

21、若所述综合健康评估结果在正常范围内，且任一健康度持续下降，确定复检或标定建议;

22、若所述综合健康评估结果在正常范围以下，且任一健康度低于更换阈值，确定维护或更换提示。

23、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种电化学气体传感器的健康评估装置，所述装置包括：

24、数据获取模块，用于获取电化学气体传感器的当前时刻运行数据以及当前时刻关联的电化学阻抗谱数据；

25、数据预测模块，用于将所述当前时刻运行数据、所述当前时刻关联的电化学阻抗谱数据以及上一时刻多隐态健康度输入至预测模型并基于预设的约束条件预测下一时刻多隐态健康度；所述多隐态健康度包括催化剂健康度、扩散膜健康度和电解液健康度；所述约束条件包括健康度的单调非增约束条件和/或衰退速率约束条件；

26、健康评估模块，用于根据所述下一时刻多隐态健康度、预设权重以及评分尺度变换函数计算下一时刻的综合健康评估结果。

27、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。

28、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

29、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

30、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种电化学气体传感器的健康评估系统，所述系统包括传感器、电化学阻抗仪以及处理器，其中，

31、所述传感器，用于采集电化学气体传感器的运行数据；

32、所述电化学阻抗仪，用于采集电化学阻抗谱数据；

33、所述处理器，用于实现上述的方法。

34、本申请实施例至少包括以下有益效果：本申请提供一种电化学气体传感器的健康评估方法和相关设备,该方案将电化学气体传感器的内部退化状态划分为催化剂健康度、扩散膜健康度和电解液健康度三个隐状态，根据当前时刻运行数据、当前时刻关联的电化学阻抗谱数据以及上一时刻多隐态健康度通过预测模型和约束条件预测下一时刻多隐态健康度，在预测过程中，对各隐状态施加符合长期老化规律的单调非增约束，以减少短时噪声或异常观测造成的非物理健康回升，通过衰退速率约束条件使预测过程更合理，最终基于三个隐状态输出综合健康评估结果，从而对电化学气体传感器的健康度进行有效评估，提高电化学气体传感器长期使用过程中的状态可解释性、校正可靠性和现场维护及时性。

1.一种电化学气体传感器的健康评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初始时刻的多隐态健康度通过以下方法确定：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述健康度的单调非增约束条件包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衰退速率约束条件包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测模型包括特征提取模块、催化剂模块、扩散膜模块和电解液模块，所述将所述当前时刻运行数据、所述当前时刻关联的电化学阻抗谱数据以及上一时刻多隐态健康度输入至预测模型并基于预设的约束条件预测下一时刻多隐态健康度，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.一种电化学气体传感器的健康评估装置，其特征在于，所述装置包括：

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法。

10.一种电化学气体传感器的健康评估系统，其特征在于，所述系统包括传感器、电化学阻抗仪以及处理器，其中，