專利名稱：一種具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式氣體檢測分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體檢測分析技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種具有溫濕補(bǔ)償功能的氣體檢測分析儀，特別用于礦井中的兩種主要易燃易爆氣體CO，CH4等還原性氣體及其混合氣體的檢測、識(shí)別和量化。
背景技術(shù)：
目前使用的氣體檢測儀器多為僅針對一種氣體，溫度濕度補(bǔ)償多為采用差分對法實(shí)現(xiàn)，即采用一個(gè)與所用氣體傳感器完全相同的、不對環(huán)境氣體響應(yīng)而僅受溫度和濕度影響的傳感器，與實(shí)際氣體傳感器的相應(yīng)信號(hào)構(gòu)成差分電路的兩端從而將溫濕度的影響排除。目前該種結(jié)構(gòu)對溫度的影響比較容易實(shí)現(xiàn)，只要將傳感器密封即可，但是對濕度的補(bǔ)償就比較困難，需要制作一種僅允許水分子通過的分子隔離篩，因而導(dǎo)致濕度補(bǔ)償?shù)膹?fù)雜性，從而增加成本。電子鼻是近年來提出的使用氣體傳感器陣列，結(jié)合模式識(shí)別方法(如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法)識(shí)別和量化多種氣體以及混合氣體的儀器，其困難在于尋找一種合適的算法來完成陣列信號(hào)的信息融合任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測環(huán)境的溫度濕度變化，從而對儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫濕度補(bǔ)償，精確的給出被測氣體中CO和CH4的濃度的具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式氣體檢測分析儀。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，該氣體檢測分析儀采用4個(gè)氣敏元件，一個(gè)濕敏元件和溫敏元件組成一個(gè)環(huán)境敏感探頭，氣體傳感器陣列以及濕敏和溫敏元件后分別外接相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路然后連接信息控制和處理單元，由信息處理單元完成對環(huán)境溫度濕度的量化和對原始?xì)怏w成分的識(shí)別、量化、補(bǔ)償。通過選擇不同敏感特性的傳感器組成陣列使電子鼻對待測氣體針對性強(qiáng)。該氣體檢測分析儀采用主成分分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法作為信號(hào)處理單元的基礎(chǔ)，所用電路均為目前現(xiàn)有技術(shù)，容易實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)不同氣體選擇對該類氣體敏感的傳感器，外加合適精度的濕度傳感器和溫度傳感器，因而該氣體檢測分析儀具有較強(qiáng)的氣體識(shí)別和分析以及抗干擾能力。
本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)包括傳感器陣列、采樣電路、多路開關(guān)、控制中心、對氣體傳感器的加熱控制單元、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的E2PROM、控制面板、RS232微機(jī)接口、環(huán)境信息LCD顯示、超限報(bào)警的報(bào)警電路。本發(fā)明中，傳感器陣列包括多個(gè)氣體傳感器、一個(gè)濕度傳感器和一個(gè)溫度傳感器。控制中心由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，主要包括A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)預(yù)處理、信息融合及溫濕補(bǔ)償技術(shù)。采用的氣體傳感器數(shù)目由被測氣體中所含的氣體成分?jǐn)?shù)目決定，一般要大于被測氣體成分?jǐn)?shù)目，由加熱模式?jīng)Q定。本發(fā)明的中心思想是，將溫度、濕度傳感器的信號(hào)看作與氣體傳感器等同的信號(hào)，同時(shí)作為信號(hào)處理部分的輸入信號(hào)，信號(hào)處理單元的輸出信號(hào)為環(huán)境的溫度、濕度以及被測氣體的濃度，信號(hào)處理流程如圖2所示，主要應(yīng)用了主成分分析法PCA作為信號(hào)預(yù)處理和降維的方法，使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為信息融合算法，從而得到環(huán)境中氣體和溫濕度的變化。
本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測環(huán)境的溫度濕度變化，從而對儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫濕度補(bǔ)償，精確的給出被測氣體中CO和CH4的濃度。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的氣體檢測分析儀框圖。
圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理框圖。
圖3是本發(fā)明的氣體分析儀電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
本氣體檢測分析儀具體制作時(shí)使用了中國電子科技集團(tuán)第49研究所研制的金屬氧化物氣體傳感器，高分子薄膜濕敏電容元件和溫敏元件Pt1000組成檢測探頭，氣體傳感器的采樣電路為單臂電橋電路，濕敏元件的測量采用555振蕩器作為主要元件將電容變化轉(zhuǎn)換成頻率變化使用單片機(jī)檢測實(shí)現(xiàn)，Pt1000采用單臂電橋電路實(shí)現(xiàn)，由MSP430F149型號(hào)的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，信息融合和控制。氣體傳感器的加熱電路部分采用穩(wěn)壓控制模塊LM317配合數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)2V-5V之間的可程控電壓轉(zhuǎn)換，可以采用恒定溫度加熱，也可以采用溫度調(diào)制模式給傳感器加熱。固定區(qū)域監(jiān)測時(shí)，使用220V交流電外接整流器接入儀表，外出便攜時(shí)，用鋰電池供電。時(shí)間顯示采用DS2000ELP時(shí)鐘模塊，具有內(nèi)部集成電源，可獨(dú)立工作，經(jīng)軟件編程設(shè)置或讀取其內(nèi)部時(shí)間。存儲(chǔ)器使用2M的EEPROM存儲(chǔ)，可以存儲(chǔ)連續(xù)7天的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用速率為1.7s。采用MAX3221實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)RS232口的電平轉(zhuǎn)換。液晶顯示部分采用4*16字符的液晶，用于顯示溫度，濕度，CO，CH4氣體的濃度和時(shí)間信息。
權(quán)利要求
1.一種具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式氣體檢測分析儀，其特征在于，包括控制和信息融合中心電路及分別與之相連的氣體傳感器檢測電路、溫度檢測電路、濕度檢測電路、LCD顯示電路、聲光報(bào)警電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、與PC機(jī)通信接口電路、時(shí)鐘電路、加熱控制電路及電源電路，所述的加熱控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)氣體傳感器恒溫、調(diào)制溫度工作模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式氣體檢測分析儀，其特征在于，所述的控制和數(shù)據(jù)融合中心由MSP430F149單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，氣體傳感器的加熱電路部分采用穩(wěn)壓控制模塊LM317配合數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)2V-5V之間的可程控電壓轉(zhuǎn)換，時(shí)間顯示采用DS2000ELP時(shí)鐘模塊，存儲(chǔ)器使用2M的EEPROM存儲(chǔ)，采用MAX3221實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)RS232口的電平轉(zhuǎn)換，液晶顯示部分采用4*16字符的液晶，用于顯示溫度，濕度，CO，CH4氣體的濃度和時(shí)間信息，氣體傳感器和溫度檢測電路采用單臂電橋?qū)崿F(xiàn)，濕度檢測電路采用555振蕩器組成電容-頻率轉(zhuǎn)換電路檢測實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式氣體檢測分析儀，其特征在于，數(shù)據(jù)融合采用主成分分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的數(shù)據(jù)融合算法，將溫度、濕度、和氣體傳感器信號(hào)歸一化后采用主成分分析法壓縮和特征提取，然后使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別和量化，轉(zhuǎn)化成被測氣體的濃度和環(huán)境溫濕度信息，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)采用離線訓(xùn)練得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式氣體檢測分析儀，其特征在于，采用溫度調(diào)制模式給傳感器加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式氣體檢測分析儀，其特征在于，采用恒定溫度加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式氣體檢測分析儀，其特征在于，外出便攜時(shí)，使用鋰電池供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式氣體檢測分析儀，其特征在于，固定區(qū)域監(jiān)測時(shí)，使用220V交流電外接整流器接入儀表。
全文摘要
一種具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式氣體檢測分析儀屬于氣體檢測分析技術(shù)領(lǐng)域。公開了一種具有溫濕補(bǔ)償功能的便攜式CO和CH
文檔編號(hào)G12B7/00GK1588030SQ20041007154
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者唐禎安, 魏廣芬, 焦培勝, 申爽, 張洪泉, 范茂軍 申請人:大連理工大學(xué), 中國電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所