一种便携气体浓度检测装置及气体浓度检测方法与流程

1.本发明涉及气体浓度检测技术领域，特别是涉及一种便携气体浓度检测装置及气体浓度检测方法。


背景技术：

2.随着移动设备越来越多的应用，传感器可检测范围可以不断广大，检测环境也可以不断变化。
3.现有的非实验室环境用的便携、手持气体浓度检测设备多是高精度或者大量程，很难同时兼顾。然而随着移动智能感知的需求，这种传统的气体浓度检测技术无法进行持续连续有效检测，高精度传感器虽然灵敏度高，在低浓度时可以有更为精确的读数，但当气体浓度持续变化时，超过其量程，则无法输出读数，无法对于现下对于智慧园区中智能决策，数字化管控的建模需求给予准确数值。
4.因此需要一种兼顾高精度和大量程的低成本的便携气体浓度检测装置。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种便携气体检测装置及气体浓度检测方法，其具有高灵敏度、高精度、大量程、便携和低成本的效果，用于解决现有技术中的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。
7.本发明提供一种便携气体浓度检测装置，所述便携气体浓度检测装置包括气泵、第一气体浓度传感器、第二气体浓度传感器、模拟数字转换器、数据处理单元和数据收发单元；
8.沿着待测气体流动方向，所述气泵、所述第一气体浓度传感器和所述第二气体浓度传感器依次串联连通；
9.所述模拟数字转换器与所述第一气体浓度传感器和所述第二气体浓度传感器均信号连接；
10.所述数据处理单元与所述模拟数字转换器信号连接；
11.所述数据收发单元与所述数据处理单元信号连接。
12.根据一种实施方式，所述第一气体浓度传感器的最小分辨率至少为1ppb。
13.根据一种实施方式，所述第二气体浓度传感器的最大量程至少为100ppm。
14.根据一种实施方式，所述第一气体浓度传感器为对待测气体非破坏性的气体浓度传感器。
15.根据一种实施方式，所述所述模拟数字转换器的输入端分别与所述第一气体浓度传感器和所述第二气体浓度传感器信号连接，用于将所述第一气体浓度传感器获得的气体浓度对应的电压信号和所述第二气体浓度传感器获得气体浓度对应的电压信号转换为数字信号。
16.根据一种实施方式，所述数据处理单元用于接收不同精度的数字信号并根据贝叶斯分类器进行分析，以输出当前气体浓度检测结果的数字信号。
17.根据一种实施方式，所述贝叶斯分类器是基于后验概率的算法，对接收的不同精度的数字信号进行置信度分析，以输出最终气体浓度检测结果的数字信号。
18.根据一种实施方式，所述数据处理单元的输入端与所述模拟数字转换器的输出端连接，用于控制所述模拟数字转换器的参数，接收最终气体浓度检测结果的数字信号，并对其进行量化，输出当前的气体浓度检测结果。
19.根据一种实施方式，所述模拟数字转换器的参数选自增益、采样率和lsb中的一种或多种。
20.根据一种实施方式，所述数据收发单元的输入端与所述数据处理单元的输出端信号连接，用于接收所述当前的气体浓度检测结果，通过有线或无线方式转发待测气体的当前浓度值。
21.本发明还公开了一种气体浓度检测方法，包括如下步骤：待测气体依次经高精度气体传感器和大量程气体传感器分别获得检测结果；将所述检测结果采用贝叶斯分类器进行分类处理并输出。
22.根据其中一个实施方式，所述气体浓度检测方法包括：待测气体依次经高精度气体传感器和大量程气体传感器分别获得气体浓度对应的电压信号；将所述气体浓度对应的电压信号转换为数字信号；将不同精度的所述数字信号根据贝叶斯分类器进行分析，获得当前气体浓度检测结果的数字信号；将所述当前气体浓度检测的数字信号进行量化，输出当前的气体浓度检测结果。
23.根据其中一个实施方式，还包括：对电压信号转换为数字信号的过程进行调控步骤。
24.根据其中一个实施方式，所述贝叶斯分类器是基于后验概率的算法，对接收的不同精度的数字信号进行置信度分析，以输出最终气体浓度检测结果的数字信号。
25.根据其中一个实施方式，所述高精度气体传感器的最小分辨率至少为1ppb。
26.根据其中一个实施方式，所述大量程气体传感器的最大量程至少为100ppm。
27.本发明上述技术方案的有益效果为：
28.采用本发明上述所述的装置和方法进行气体检测时，使用者可以将其置于移动个体和机器上进行大范围、各种浓度下的持续气体浓度检测。在气体浓度较低时，可以有较高的灵敏度和分辨率，而在气体浓度较高时，也不会一直处于饱和状态。
附图说明
29.图1显示为本发明的便携气体浓度检测装置的结构示意图。
30.图2显示为本发明的气体浓度检测方法的流程图。
31.图1中附图标记如下:
32.101为供电单元
33.102为气泵；
34.103为第一气体浓度传感器；
35.104为第二气体浓度传感器；
36.105为模拟数字转换器；
37.106为数据处理单元；
38.107为数据收发单元。
具体实施方式
39.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
40.须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
41.此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
42.本技术中申请人提供一种气体浓度检测装置，其为精度自适应的大量程气体浓度检测装置，其将高精度传感器和大量程传感器的气室串接起来，当待测气体依次通过上述两类传感器气室时，分别获得了不同精度的检测结果，根据两个检测结果的融合比较，实现高灵敏度和大量程兼具的气体浓度测量。
43.由上述技术构思形成的便携气体浓度检测装置可以用于高灵敏度、大量程的应用场合，比如工业园区巡检报警，移动平台自动检测报警、环境检测建模等。
44.在一个如图1所示的具体的实施例中，本技术实施例中首先提供一种便携气体浓度检测装置，所述便携气体浓度检测装置包括气泵102、第一气体浓度传感器103、第二气体浓度传感器104、模拟数字转换器105、数据处理单元106和数据收发单元107；
45.沿着待测气体流动方向，所述气泵102、所述第一气体浓度传感器103和所述第二气体浓度传感器104依次串联连通；
46.所述模拟数字转换器105与所述第一气体浓度传感器103和所述第二气体浓度传感器104均信号连接；
47.所述数据处理单元106与所述模拟数字转换器105信号连接；
48.所述数据收发单元107与所述数据处理单元106信号连接。
49.在一个优选的实施例中，所述第一气体浓度传感器103为高精度气体浓度传感器。在一个更优选的实施方式中，所述第一气体浓度传感器103的最小分辨率至少为1ppb。如在一个具体的实施方式中，所述第一气体浓度传感器103为采用英国离科(ion)光离子化传感器minipid2ppb，分辨率为1ppb，测量范围为0～20ppm。
50.在一个优选的实施例中，所述第二气体浓度传感器104为大量程气体浓度传感器。
在一个更优选的实施方式中，所述第二气体浓度传感器104的最大量程至少为100ppm。如在一个具体的实施方式中，所述第二气体浓度传感器104采用ec sense的电化学气体传感器tb600c
‑
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‑
2000，分辨率为1ppm，测量范围为0～2000ppm。
51.在一个优选的实施例中，所述第一气体浓度传感器103为对待测气体非破坏性的气体浓度传感器。其不会影响砌体组成，不会影响所述第二气体浓度传感器104检测的准确性。
52.在一个优选的实施例中，所述模拟数字转换器105的输入端分别与所述第一气体浓度传感器103和所述第二气体浓度传感器104信号连接，用于将所述第一气体浓度传感器103获得的气体浓度对应的电压信号和所述第二气体浓度传感器104获得的气体浓度对应的电压信号转换为数字信号。
53.在一个具体的实施例中，所述模拟数字转换器105可以采用集成ad的mcu。
54.在一个优选的实施例中，所述数据处理单元106用于接收不同精度的数字信号并根据贝叶斯分类器进行分析，以输出当前气体浓度检测结果的数字信号。
55.在一个更优选的实施例中，所述贝叶斯分类器是基于后验概率的算法，对接收的不同精度的数字信号进行置信度分析，以输出最终气体浓度检测结果的数字信号。在一个优选的实施方式中，所述数据处理单元采用集成ad的mcu。
56.在一个优选的实施例中，所述数据处理单元106的输入端与所述模拟数字转换器105的输出端连接，用于控制所述模拟数字转换器105的参数，接收最终气体浓度检测结果的数字信号，并对其进行量化，输出当前的气体浓度检测结果。在一个优选的实施方式中，所述模拟数字转换器105的参数包括增益、采样率、lsb中的一种或多种。
57.在一个优选的实施例中，所述数据处理单元为处理器。如可以为意法半导体stm32l476处理器。
58.在一个优选的实施例中，所述数据收发单元107的输入端与所述数据处理单元106的输出端信号连接，用于接收当前的气体浓度检测结果，通过有线或无线方式转发待测气体的当前浓度值。
59.在一个优选的实施例中，所述数据收发单元dtu数传模块。
60.在如图1所示的具体的实施方式中，所述装置还包括供电单元101与所述气泵102、第一气体浓度传感器103、第二气体浓度传感器104、模拟数字转换器105、数据处理单元106和数据收发单元107电连接，用于提供电动力。
61.如图2所示，本发明实施例中还提供一种气体浓度检测方法，包括如下步骤：
62.s201、s202:待测气体依次经高精度气体传感器和大量程气体传感器分别获得检测结果；
63.s203：将所述检测结果采用贝叶斯分类器进行分类处理；
64.s204：检测结果输出。
65.在一个优选的实施例中，所述检测结果为气体浓度对应的电压，还包括将所述电压转变为数字信号的步骤。
66.在一个优选的实施例中，采用贝叶斯分类器进行分类处理后获得最终气体浓度检测结果的数字信号。
67.在一个更具体的实施例中，所述气体浓度检测方法，包括如下步骤：
68.待测气体依次经高精度气体传感器和大量程气体传感器分别获得气体浓度对应的电压信号；
69.将所述气体浓度对应的电压信号转换为数字信号；
70.将不同精度的所述数字信号根据贝叶斯分类器进行分析，获得当前气体浓度检测结果的数字信号；
71.将所述当前气体浓度检测的数字信号进行量化，输出当前的气体浓度检测结果。
72.在一个更具体的实施例中，上述气体浓度检测方法还包括对电压信号转换为数字信号的过程进行调控步骤。
73.采用本发明上述所述的装置和方法进行气体检测时，使用者可以将其置于移动个体和机器上进行大范围、各种浓度下的持续气体浓度检测。在气体浓度较低时，可以有较高的灵敏度和分辨率，而在气体浓度较高时，也不会一直处于饱和状态。
74.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。