CN101299031B - 一种基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法，气体传感器阵列安装在可改变温度、湿度并能注入和排出被测气体的测试箱中，包括CO气体传感器、NO₂气体传感器，可燃性气体传感器、温度传感器和湿度传感器。检测方法有安装气体传感器阵列标定与汽车尾气检测系统，气体传感器阵列在洁净空气中的特性标定，气体传感器阵列对单组分气体的敏感特性标定，气体传感器阵列对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性标定，气体传感器阵列对混合气体检测精度的测试，气体传感器阵列应用于汽车尾气的检测与分析。该方法还包括数据融合处理，分别计算出八组气体传感器阵列的八组浓度值和平均值，分别得到汽车尾气中CO、NO₂和总碳氢化合物的浓度。

Description

一种基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法

所属领域

本发明涉及汽车尾气检测领域，特别涉及CO和NO₂组分浓度的一种基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法。

背景技术

随着我国汽车拥有量的急剧增加，汽车尾气污染已经成为我国空气污染的第一大污染源，而且，在城市交通越来越拥堵的状态下，汽车在怠速状态下会产生更多的对人体健康有害的气体，如CO、NO₂等，这些气体进入车内也将严重影响司乘人员的身体健康。虽然对汽车尾气的排放有相关环保法规和标准的限制，但是，随着汽车使用时间的延长和装载量的变化，其排放污染物的量会有所差异，有必要随时实时跟踪监测，特别是尾气中的CO和NO₂含量。

有毒有害、易燃易爆等危险气体的检测分析方法已经有多种成熟的方法，如分光光谱法、红外吸收光谱法、气相色谱法、离子迁移谱法、质谱法以及各单项技术的组合方法等；还有多种气体传感器，如热催化、热导、电化学、固态电解质、气敏二极管、气敏场效应晶体管、半导体聚合物、半导体金属氧化物等气体敏感元件可用于检测各种各样的被测气体，其中半导体金属氧化物气体传感器以其灵敏度高、能检测多种气体、响应快、体积小、价格低、寿命长等优点得到了广泛地应用。

但是，由于金属氧化物气体传感器对多种气体的交叉敏感特性，给汽车尾气这样复杂的混合气体中某一成分如CO浓度的检测带来了困难。目前，一般采用多个具有不同敏感特性的金属氧化物气体传感器同时检测某特定组分的混合气体，并采用神经网络的方法进行数据处理，以定性或半定量地判断被测气体的种类与各组分的浓度。但是，这种方法的可靠性依赖于神经网络的设计与训练，而且这种训练需要标准样本集，而汽车尾气中成分有上百种之多，其组分是未知的且千变万化，进行这样的训练是比较困难的，况且金属氧化物气体传感器的特性强烈依赖于环境温度、湿度等，使检测的可靠性差。

在现有技术中已有多种具有温湿度补偿的气体检测装置，如专利号为CN1588030的“一种具有温湿补偿功能的便携式气体检测分析仪”，可以实时检测被测气体中CO和CH₄气体的含量以及环境温湿度的变化，并将检测数据、时间以及环境信息存入存储器，并可通过计算机进行深入分析、温湿补偿、收集、管理和对测得信息进行备案等。专利号为CN2641650的“便携式智能型气体检测仪”，包括一个或一个以上的气体检测传感器，一个温度传感器电路，一个多路模拟信号输入端的微处理器，一个存有传感器的零点与温度的标准曲线表数据的外部程序存储器和液晶显示电路；该便携式智能型气体检测仪，具有自动识别传感器、数据采集、运算处理、数字滤波、量纲变换、线性纠正、误差修正、数字显示、越限报警、远程通讯等功能。专利号为CN2816808的“汽车尾气检测装置”侧重于尾气的采样，包括气体传感器、信号模/数转换电路、计算机系统、驱动电路、抽吸泵、空气过滤器、活性炭过滤器、抽吸电磁阀、尾气导管及汽车尾气采集器。

通过分析这些专利发现，这些专利中都没有涉及到如何分析混合气体以及如何消除传感器对多种气体的交叉敏感或非被测气体的干扰所带来的检测误差，因为无论采用那种气体传感器检测汽车尾气中如CO的浓度，都存在其它组分的干扰问题，何况所有组分都是相生相伴的，且它们的浓度往往大于所要检测的组分如CO的浓度；其次，这些专利都回避了一个重要的问题，即采用的气体传感器的种类及其特性如何，而气体传感器才是一个气体检测装置的核心，这个问题不解决，则测试结果就没有可信度；再者，这些专利都偏重于检测装置的设计，没有涉及到多气体传感器数据的融合处理问题。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足，提出一种基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法，即应用金属氧化物气体传感器阵列检测汽车尾气及其中CO和NO₂组分浓度的方法。

本发明的技术方案是：一种基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法，气体传感器阵列为金属氧化物气体传感器阵列，用于检测汽车尾气中CO和NO₂和总碳氢化合物浓度，特别是：

气体传感器阵列安装在可改变温度、湿度并能注入和排出被测气体的测试箱中，测试箱中包括两个具有不同敏感特性的CO气体传感器，是第一CO气体传感器和第二CO气体传感器，两个具有不同敏感特性的NO₂气体传感器，是第一NO₂气体传感器和第二NO₂气体传感器，两个具有不同敏感特性的可燃性气体传感器，是第一可燃性气体传感器和第二可燃性气体传感器，测试箱中还包括一个温度传感器和一个湿度传感器；

基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法步骤是：

a、安装气体传感器阵列标定与汽车尾气检测系统；

b、气体传感器阵列在洁净空气中的特性标定；

c、气体传感器阵列对单组分气体的敏感特性标定；

d、气体传感器阵列对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性标定；

e、气体传感器阵列对混合气体检测精度的测试；

f、气体传感器阵列应用于汽车尾气的检测与分析；

其中c、d步骤中的标定是：分别在确定的各气体传感器的加热电压下标定它们各自分别对CO、NO₂和汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性，获取各自的特性参数和敏感特征参数；

d步骤中气体传感器对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性标定的特点是以实际汽车尾气作为标定气体，外加已知浓度的CO或NO₂混合成混合气体，依据各气体传感器对该混合气体的响应，得出其对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特征参数；

其中e步骤中，气体传感器阵列对混合气体检测精度的测试，是将已知浓度的CO、NO₂和汽车尾气三种气体混合，用标定好的气体传感器阵列进行测试，比较测试结果与实际浓度值，得出气体传感器阵列的检测精度；

在(b)～(f)步骤中，根据气体传感器阵列中各气体传感器的温度、湿度特性，对各气体传感器输出数据进行修正；

基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法还包括数据融合处理方法，其中：首先，一次分别取三种气体传感器中的一个气体传感器共三个气体传感器构成一组气体传感器阵列，共有八组气体传感器阵列；

八组气体传感器阵列的构成分别为：

第一气体传感器阵列为第一CO气体传感器、第一NO₂气体传感器、第一可燃性气体传感器；

第二气体传感器阵列为第一CO气体传感器、第一NO₂气体传感器、第二可燃性气体传感器；

第三气体传感器阵列为第一CO气体传感器、第二NO₂气体传感器、第一可燃性气体传感器；

第四气体传感器阵列为第一CO气体传感器、第二NO₂气体传感器、第二可燃性气体传感器；

第五气体传感器阵列为第二CO气体传感器、第一NO₂气体传感器、第一可燃性气体传感器；

第六气体传感器阵列为第二CO气体传感器、第一NO₂气体传感器、第二可燃性气体传感器；

第七气体传感器阵列为第二CO气体传感器、第二NO₂气体传感器、第一可燃性气体传感器；

第八气体传感器阵列为第二CO气体传感器、第二NO₂气体传感器、第二可燃性气体传感器。

其次，由一组气体传感器阵列中的三个气体传感器在汽车尾气中各自的输出以及它们分别对CO、NO₂和汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特征参数得出一个对数函数的线性方程组，计算出汽车尾气中CO、NO₂和总碳氢化合物的浓度；

最后，分别计算出八组气体传感器阵列的八组浓度值，计算八组气体传感器阵列的八组浓度值的平均值，分别得到汽车尾气中CO、NO₂和总碳氢化合物的浓度。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

其一，气体传感器阵列安装在可改变温度、湿度并能注入和排出被测气体的测试箱中，测试箱中包括两个具有不同敏感特性的CO气体传感器，是第一CO气体传感器(1)和第二CO气体传感器，两个具有不同敏感特性的NO₂气体传感器，是第一NO₂气体传感器和第二NO₂气体传感器，两个具有不同敏感特性的可燃性气体传感器，是第一可燃性气体传感器和第二可燃性气体传感器，测试箱中还包括一个温度传感器和一个湿度传感器；

基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法步骤是：a、安装气体传感器阵列标定与汽车尾气检测系统；b、气体传感器阵列在洁净空气中的特性标定；c、气体传感器阵列对单组分气体的敏感特性标定；d、气体传感器阵列对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性标定；e、气体传感器阵列对混合气体检测精度的测试；f、气体传感器阵列应用于汽车尾气的检测与分析；

基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法还包括数据融合处理方法，其中：首先，一次分别取三种气体传感器中的一个气体传感器共三个气体传感器构成一组气体传感器阵列，共有八组气体传感器阵列；其次，由一组气体传感器阵列中的三个气体传感器在汽车尾气中各自的输出以及它们分别对CO、NO₂和汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特征参数得出一个对数函数的线性方程组，计算出汽车尾气中CO、NO₂和总碳氢化合物的浓度；最后，分别计算出八组气体传感器阵列的八组浓度值，计算八组气体传感器阵列的八组浓度值的平均值，分别得到汽车尾气中CO、NO₂和总碳氢化合物的浓度。

其二，本发明充分考虑了在检测汽车尾气中有毒有害气体CO和NO₂时碳氢化合物对检测的严重干扰，采用气体传感器阵列检测能够消除这种干扰，并且采用六个不同的气体传感器，构成八组不同的气体传感器阵列，同时采用一个温度传感器和一个湿度传感器实时检测现场温度和湿度，对气体传感器检测数据进行温度和湿度补偿，增加了检测的精度和可靠性；

六个不同的气体传感器中，即使其中一个气体传感器损坏，仍有五个气体传感器可组合成四组不同的气体传感器阵列，增加了气体传感器阵列的冗余度。

附图说明

图1为传感器阵列的检测原理电路图。

图2为气体传感器阵列敏感特性标定与汽车尾气检测总流程图。

图3为气体传感器阵列在洁净空气中的特性标定流程图。

图4为气体传感器阵列对单组分气体的敏感特性标定流程图。

图5为气体传感器阵列对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性标定流程图。

图6为气体传感器阵列对混合气体检测精度的测试流程图。

图7为气体传感器阵列应用于汽车尾气检测的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为传感器阵列检测原理电路图，其中传感器阵列都安装在测试箱9中，测试箱9中包括两个具有不同敏感特性的CO气体传感器，是第一CO气体传感器1和第二CO气体传感器2；两个具有不同敏感特性的NO₂气体传感器，是第一NO₂气体传感器3和第二NO₂气体传感器4；两个具有不同敏感特性的可燃性气体传感器，是第一可燃性气体传感器5和第二可燃性气体传感器6，传感器阵列还包括一个温度传感器7和一个湿度传感器8；

气体传感器阵列的加热电压分别为V_H1、V_H2、V_H3、V_H4、V_H5和V_H6；气体传感器阵列的负载电阻分别为R_L1、R_L2、R_L3、R_L4、R_L5和R_L6；

温度传感器7和湿度传感器8的负载电阻分别为R_L7和R_L8；

所有传感器的测试电压都是V_C，输出电压分别为V₀₁、V₀₂、V₀₃、V₀₄、V₀₅、V₀₆、V₀₇和V₀₈，通过数据采集卡与计算机PC相连接，所有传感器都安装在可改变温度、湿度并能注入和排出被测气体的测试箱9中。

图2为气体传感器阵列敏感特性标定与汽车尾气检测总流程图。首先开始(步骤100)，安装气体传感器阵列标定与汽车尾气检测系统(步骤200)；其次，对气体传感器阵列在洁净空气中的特性进行标定(步骤300)，获得各气体传感器在洁净空气中的特性参数和温度、湿度特性；再其次，进行气体传感器阵列对单组分气体的敏感特性标定(步骤400)，获得各气体传感器分别对CO和NO₂敏感的特性参数和敏感特征参数以及各气体传感器在存在被测气体CO或NO₂时的温度、湿度特性；又其次，进行气体传感器阵列对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性标定(步骤500)，获得各气体传感器对汽车尾气中总碳氢化合物敏感的特性参数和敏感特征参数以及各气体传感器在存在被测气体总碳氢化合物时的温度、湿度特性；然后，进行气体传感器阵列对混合气体检测精度的测试(步骤600)，获得气体传感器阵列对混合气体的检测精度，满足精度检测要求？(步骤700)，如不满足要求，则返回(步骤200)重新标定或更换气体传感器阵列后重新标定；如果是满足精度要求，则气体传感器阵列应用于汽车尾气的检测与分析(步骤800)，最后结束(步骤900)。

图3为气体传感器阵列在洁净空气中的特性标定流程图。其中：开始(步骤300)；安装气体传感器阵列标定系统(步骤310)，标定时所有传感器都置于能改变温度、湿度并能注入被测气体和抽气、换气的测试箱9中；采集在洁净空气中室温条件下各传感器的输出电压数据(步骤320)；并依据测试电路参数，计算成各气体传感器的电阻值，且依据测试电路参数和温度传感器、湿度传感器各自的敏感特性分别计算温度、湿度值并储存(步骤330)；逐点改变测试箱的温度，稳定后采集个传感器输出数据，并计算其电阻值，即保持测试箱9中湿度不变并改变温度(步骤340)和保持测试箱中温度不变并改变湿度(步骤350)，得到不同温度、湿度下各气体传感器的电阻值，依据各气体传感器的典型温度特性(金属氧化物气体传感器的温度特性类似于NTC热敏电阻的温度特性)、湿度特性(金属氧化物气体传感器的湿度特性类似于还原性气体的敏感特性)可获得在洁净空气中各气体传感器的温度、湿度特性参数(步骤360)；需要重复标定吗？(步骤370)，如果否则返回(步骤320)继续进行采集，如果是则计算n次结果的平均值(步骤380)，可获得较精确的结果结束(步骤390)。

图4为气体传感器阵列对单组分气体的敏感特性标定流程图。其中开始(步骤400)；安装气体传感器阵列标定系统(步骤410)；先确定要标定的单组分气体的种类k(步骤420)，设定k＝1为CO，k＝2则为NO₂，再确定标定气体浓度C_kj(步骤430)，下标j＝1，2，3……，分别代表不同的CO或NO₂气体浓度，然后测试箱9注入浓度为C_kj的标准样气，第一次注入的标准样气的浓度则为C₁₁(步骤440)；采集并储存在单组分气体浓度为C₁₁的标准样气中各气体传感器的输出电压数据(步骤450)；保持湿度不变并改变温度和保持温度不变并改变湿度并采集、储存各传感器的输出电压数据(步骤460)；依据测试电路参数、各气体传感器的典型敏感特性分别计算并分析各气体传感器的特性参数、敏感特征参数，并依据各气体传感器的典型温度特性(金属氧化物气体传感器的温度特性类似于NTC热敏电阻的温度特性)、湿度特性(金属氧化物气体传感器的湿度特性类似于还原性气体的敏感特性)和实际测得的各气体传感器电阻分别随温度、湿度变化的数据，计算各气体传感器的温度、湿度特性参数(步骤470)；改变气体浓度重复标定多个浓度点，继续吗？(步骤480)，如果是则返回(步骤440)，如果否则计算不同浓度下多次标定的各气体传感器的敏感特征参数的平均值或相同浓度下多次标定的各气体传感器的特性参数的平均值(步骤490)，可获得较精确的结果；标定完成吗？标定完一种单组分气体后，可进行另一单组分气体的标定(步骤491)；如果否则返回(步骤420)继续，如果是则完成后结束标定(步骤492)。

图5为气体传感器阵列对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性标定流程图。其中：

开始(步骤500)；安装气体传感器阵列标定系统(步骤510)；因为无法从汽车尾气中分离出总碳氢化合物标准样气，也因为其组分复杂，无法配制这样的标准样气，本发明采用实际采集的汽车尾气作为标准样气，将汽车尾气标准样气中除CO、NO₂以外的其它所有组分视为单一成分即总碳氢化合物，通过测试各气体传感器对汽车尾气的敏感特性以及在有汽车尾气的基础上添加已知浓度的CO或NO₂标准气体，获得各气体传感器分别对该混合气体的敏感特性，计算出各气体传感器对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特征参数和特性参数，具体步骤是：测试箱9通入浓度较低的汽车尾气，其浓度为C_i(步骤520)，第一次测试则i＝1，采集并储存各气体传感器的输出电压数据(步骤530)，确定加入的单组分标定气体种类k(步骤540)，设定k＝1为CO，k＝2则为NO₂，再确定标定气体浓度C_kj(步骤550)，j＝1，2，3……，分别代表不同的CO或NO₂气体浓度，然后测试箱9注入浓度为C_kj即第一次浓度为C₁₁的标准单组分样气(步骤560)；采集并储存各传感器的输出数据(步骤570)即电压值，保持湿度不变并改变温度和保持温度不变并改变湿度并采集、储存各气体传感器的输出电压数据(步骤580)；分别计算并分析各气体传感器的特性参数、敏感特征参数、温度、湿度特性，并依据各气体传感器对混合气体的敏感特性，计算并分析各气体传感器对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性，即获得各气体传感器的特性参数、敏感特性参数(步骤590)；改变气体浓度重复标定多个浓度点，改变浓度继续吗？(步骤591)；如果是则返回(步骤560)继续，如果否则计算不同浓度下多次标定的各气体传感器的敏感特征参数的平均值或相同浓度下多次标定的各气体传感器的特性参数的平均值，可获得较精确的结果(步骤592)；标定完一种单组分气体后，可进行另一单组分气体的标定，标定其它气体吗？(步骤593)；如果是则返回(步骤540)继续，如果否也可以改变汽车尾气浓度重复标定，即改变浓度继续吗？(步骤594)；如果是则返回(步骤520)继续，如果否则在气体传感器阵列对上述三种气体CO、NO₂和汽车尾气中总碳氢化合物分别标定的基础上，计算各组气体传感器阵列的耦合矩阵(步骤595)；每组气体传感器阵列的构成方法是分别取三种气体传感器中的一个共三个气体传感器，构成一组气体传感器阵列，共可构成八组气体传感器阵列，由每一组气体传感器阵列构成中的三个气体传感器的特性参数和分别对CO、NO₂、总碳氢化合物的敏感特征参数计算耦合矩阵，共可获得八个耦合矩阵。结束(步骤596)。

图6为气体传感器阵列对混合气体检测精度的测试流程图。其中：开始(步骤600)；安装气体传感器阵列标定系统(步骤610)；确定标定气体种类i，i＝1，2，3分别代表CO、NO₂和汽车尾气，并确定标定气体浓度C_ik，k＝1，2，3……，分别代表不同的CO或NO₂或汽车尾气浓度(步骤620)；测试箱9分别注入浓度为C_ik(i＝1，2，3)的标准样气，第一次注入浓度分别为C₁₁、C₂₁、C₃₁，混合成混合气体(步骤630)；采集并储存各传感器的输出电压数据(步骤640)；计算温度、湿度并根据温度、湿度以及各气体传感器的温度、湿度特性修正各气体传感器的输出电压数据(步骤650)；依据各组传感器阵列的耦合矩阵及其耦合关系分别计算各组分浓度(步骤660)；对八个气体传感器阵列所测的各组分浓度值取平均值(步骤670)并与实际浓度C₁₁、C₂₁、C₃₁比较得出检测精度(步骤680)；改变混合气体中各组分浓度吗？(步骤690)；如果是则返回(步骤630)重复测试，如果否则系统抽气，恢复到初始状态(步骤691)，可得到不同浓度下的检测精度；对结果满意吗？(步骤700)；如果否则回到步骤200重新标定，如果是复合要求，则标定结束(步骤710)。

图7为气体传感器阵列应用于汽车尾气检测的流程图。其中：

开始(步骤800)；检测系统通电(步骤810)；系统稳定后，传感器阵列接触汽车尾气(步骤820)；设定采样次数N(步骤830)，检测系统给出一个检测结果是取N次采集数据分别得出检测结果的平均值；采集并储存各传感器的输出电压数据(步骤840)；计算温度、湿度并根据温度、湿度以及各气体传感器的温度、湿度特性修正各气体传感器的输出电压数据(步骤850)；依据各组传感器阵列的耦合矩阵及其耦合关系分别计算各组分浓度(步骤860)；对八组气体传感器阵列所测的各组分浓度值取平均值(步骤870)；采样N次了吗？(步骤880)；如果否则返回(步骤840)，如果是则计算并储存N次采样所得结果的平均值(步骤890)，然后输出检测结果(步骤891)；终止检测吗？(步骤892)；如果否则返回(步骤830)重复检测，如果是则检测结束(步骤893)。

实施例：

下面通过实施例对本发明应用气体传感器阵列检测汽车尾气中CO、NO₂和总碳氢化合物浓度的数据融合处理方法作进一步解释：

首先，选择传感器并连接检测系统：温度传感器采用NTC热敏电阻；湿度传感器采用陶瓷湿度传感器；气体传感器均采用金属氧化物气体传感器，其加热电压一般为5V，或根据产品说明提供合适的加热电压；测试电压一般选择5V；负载电阻选择与传感器电阻相近为最佳。

其次，对各气体传感器的温度、湿度特性标定与数据处理方法是：基于金属氧化物气体传感器的典型温度特性类似于NTC热敏电阻的温度特性，测试各气体传感器在洁净空气中或在一定被测气体浓度下在室温下的电阻以及分别在两个不同温度下的电阻，根据NTC热敏电阻的电阻-温度关系

R(T)＝R(T_O)exp{B[(1/T)-(1/T_O)]}

可计算出各气体传感器的R(T_O)和B值，各气体传感器在洁净空气中或在被测气体中的温度特性即被确定；金属氧化物气体传感器的湿度特性类似于还原性气体的敏感特性，可根据下面所述的气体传感器的敏感特性及其数据处理方法作类似处理，确定各气体传感器的湿度特性。

在已知各气体传感器的温度特性和湿度特性的条件下，可根据温度传感器和湿度传感器检测的测试现场实时温度、湿度值，依据检测电路具体的元器件参数对各气体传感器的输出进行修正。

又其次，对各气体传感器的敏感特性进行标定与数据处理的方法是：基于金属氧化物气体传感器的电阻与被测气体浓度的关系(灵敏度较高，且气体浓度也较高时)。

R_S＝R_OAC^-α或lg(R_S/R_O)＝lgA-αlgC    (i)

其中R_S为气体传感器在被测气体浓度为C下的电阻；R_O为气体传感器在洁净空气中的电阻；C为被测气体浓度(其范围一般为几ppm到几千ppm，1ppm等于百万分之一)；A为与被测气体种类有关的常数；α为与被测气体种类有关的常数，由(i)式可见α等于被测气体两个浓度比的对数除气体传感器相应的电阻比的对数取负值，即

α＝-[lg(R_S2/R_S1)]/[lg(C₂/C₁)]    (ii)

步骤300～390、步骤400～492和步骤500～594所进行的标定的目的就是获取各气体传感器的特性参数R_O和R_S、对被测气体的敏感特征参数A和α。其中R_O和R_S可通过各气体传感器分别在洁净空气中和在一定浓度下某种被测气体中的输出直接计算出；由(ii)式，α可通过分别测试各气体传感器在两个不同已知浓度的被测气体中的电阻值得到；在已知R_S、R_O、C和α的条件下，可由(i)式计算出与被测气体种类有关的常数A。这样，可得到每个气体传感器对每种气体的敏感特征参数A_ij和α_ij，其中下标i表示传感器序号，下标j表示气体组分序号。

再其次，因为无法从汽车尾气中分离出总碳氢化合物标准样气，也因为其组分复杂，无法配制这样的标准样气，各气体传感器对总碳氢化合物的敏感特征参数的标定采用实际采集的汽车尾气作为标准样气，外加已知浓度的CO或NO₂标准样气构成混合气体，获得各气体传感器分别对该混合气体的敏感特性，计算出各气体传感器对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特征参数和特性参数。以CO气体传感器对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性标定为例，先在测试箱9中注入较低浓度的汽车尾气(可视其中NO₂气体浓度近似为零)，再分段或一次性加入较高浓度的CO，采集并储存各CO气体传感器的输出数据，将该混合气体视作由CO和总碳氢化合物两组分构成，应用对混合气体的处理方法，建立线性方程组，不同的是这里是已知气体浓度，计算传感器对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特征参数(步骤520～592)。

最后，在已知各气体传感器的特性参数R_Oi和R_Si、对被测气体的敏感特征参数A_ij和α_ij的基础上，气体传感器阵列可用于对混合气体进行检测。各气体传感器阵列的敏感特性耦合关系是基于(i)式的关系，设被测混合气体由n种组分构成，气体传感器在混合气体中的电阻为其对n种气体组分共同响应的结果，设气体传感器阵列中第i个传感器在被测混合气体中的电阻为R_Si，则由(i)式得

R_Si＝R_OA_i1……A_inC₁ ^-α _i1……C_n ^-α _in(i＝1，2，……，n)

对上式等式两边取对数，得到一个对数线性方程，由n个气体传感器的敏感特性耦合关系就可得到n个对数线性方程，这样的n个对数线性方程联立构成n阶对数线性方程组，可求解出其中的未知量C₁，……，C_n，n阶对数线性方程组中由α_ij构成的矩阵就是本发明所述的耦合矩阵。

Claims (1)

1.一种基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法，所述气体传感器阵列为金属氧化物气体传感器阵列，用于检测汽车尾气中CO和NO₂ 和总碳氢化合物浓度，其特征在于： 

所述气体传感器阵列安装在采用一个温度传感器和一个湿度传感器实时检测现场温度和湿度并能注入和排出被测气体的测试箱(9)中，所述测试箱(9)中包括两个具有不同敏感特性的CO气体传感器，是第一CO气体传感器(1)和第二CO气体传感器(2)，两个具有不同敏感特性的NO₂气体传感器，是第一NO₂气体传感器(3)和第二NO₂气体传感器(4)，两个具有不同敏感特性的可燃性气体传感器，是第一可燃性气体传感器(5)和第二可燃性气体传感器(6)，所述测试箱(9)中还包括一个温度传感器(7)和一个湿度传感器(8)； 

所述基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法步骤是： 

a、安装气体传感器阵列标定与汽车尾气检测系统； 

b、气体传感器阵列在洁净空气中的特性标定； 

c、气体传感器阵列对单组分气体的敏感特性标定； 

d、气体传感器阵列对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性标定； 

e、气体传感器阵列对混合气体检测精度的测试； 

f、气体传感器阵列应用于汽车尾气的检测与分析； 

所述c、d步骤中的标定是：分别在确定的各气体传感器的加热电压下标定它们各自分别对CO、NO₂和汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性，获取各自的特性参数和敏感特征参数； 

所述d步骤中气体传感器阵列对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特性标定的特点是以实际汽车尾气作为标定气体，外加已知浓度的CO或NO₂混合成混合气体，依据各气体传感器对该混合气体的响应，得出其对汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特征参数； 

所述e步骤中，气体传感器阵列对混合气体检测精度的测试，是将已知浓度的CO、NO₂和汽车尾气三种气体混合，用标定好的气体传感器阵列进行测试，比较测试结果与实际浓度值，得出气体传感器阵列的检测精度； 

所述(b)～(f)步骤中，根据气体传感器阵列中各气体传感器的温度、湿度特性，对各气体传感器输出数据进行修正； 

所述基于气体传感器阵列的汽车尾气检测方法还包括数据融合处理方法，其中： 

首先，一次分别取三种气体传感器中的一个气体传感器共三个气体传感器构成一组气体传感器阵列，共有八组气体传感器阵列； 

八组气体传感器阵列的构成分别为： 

第一气体传感器阵列是第一CO气体传感器(1)、第一NO₂气体传感器(3)、第一可燃性气体传感器(5)； 

第二气体传感器阵列是第一CO气体传感器(1)、第一NO₂气体传感器(3)、第二可燃性气体传感器(6)； 

第三气体传感器阵列是第一CO气体传感器(1)、第二NO₂气体传感器(4)、第一可燃性气体传感器(5)； 

第四气体传感器阵列是第一CO气体传感器(1)、第二NO₂气体传感器(4)、第二可燃性气体传感器(6)； 

第五传感器阵列是第二CO气体传感器(2)、第一NO₂气体传感器(3)、第一可燃性气体传感器(5)； 

第六传感器阵列是第二CO气体传感器(2)、第一NO₂气体传感器(3)、第二可燃性气体传感器(6)； 

第七传感器阵列是第二CO气体传感器(2)、第二NO₂气体传感器(4)、第一可燃性气体传感器(5)； 

第八传感器阵列是第二CO气体传感器(2)、第二NO₂气体传感器(4)、第二可燃性气体传感器(6)； 

其次，由一组气体传感器阵列中的三个气体传感器在汽车尾气中各自的输出以及它们分别对CO、NO₂和汽车尾气中总碳氢化合物的敏感特征参数得出一个对数函数的线性方程组，计算出汽车尾气中CO、NO₂和总碳氢化合物的浓度； 

最后，分别计算出八组气体传感器阵列的八组浓度值，计算八组传气体感器阵列的八组浓度值的平均值，分别得到汽车尾气中CO、NO₂和总碳氢化合物的浓度。 

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