检测气体的方法及设备
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域,特别涉及一种检测气体的方法及设备。
背景技术
当空气中存在诸如烟雾、一氧化碳、甲烷、丙烷、甲醛等目标气体时,可能会影响用户的身体健康,甚至威胁用户的生命安全,因此,可以对空气中的目标气体进行检测,并且当检测到空气中存在目标气体时,提醒用户采取防护措施,避免吸入目标气体。
相关技术中,当需要测量目标气体的浓度时,测试人员对指定区域的空气进行采样,携带采样后的气体回实验室,在实验室中测量采样得到的气体中的目标气体的浓度。
然而在携带采样得到的气体回实验室的过程中,或者,在实验室中测量的过程中时,容易受到所处环境的空气的影响,进而导致上述方案中测量得到的目标气体的浓度的准确度较低。
发明内容
为了解决相关技术中目标气体检测的准确度低的问题,本发明实施例提供了一种检测气体的方法及设备。所述技术方案如下:
根据本发明实施例的第一方面,提供一种检测气体的方法,所述方法包括:
对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值,所述传感器包括半导体气敏元件,所述N为大于1的正整数;
从所述N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值,所述目标气体是指影响所述半导体气敏元件的阻值的气体;
基于所述至少一组电压值确定所述目标气体的浓度,以实现所述目标气体的检测。
可选地,所述从所述N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值,包括:
当所述半导体气敏元件处于预加热过程时,按照第一确定策略,在确定得到存在所述目标气体时,从所述N个电压值中确定所述至少一组电压值;
其中,通过所述第一确定策略确定得到的每组电压值均为从上升趋势到下降趋势之间的电压值,且同一组电压值中至少前三个电压值的增长幅度的趋势为上升趋势。
可选地,所述按照第一确定策略,在确定得到存在所述目标气体时,从所述N个电压值中确定所述至少一组电压值,包括:
令i=4,确定从所述N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值,得到第一增长幅度值、第二增长幅度值和第三增长幅度值,所述i为小于或等于所述N的正整数;
当所述第三增长幅度值与所述第二增长幅度值之间的差值大于第一电压阈值,所述第三增长幅度值与所述第一增长幅度值之间的差值大于第二电压阈值,所述第三增长幅度值小于最大临界阈值,且所述i小于所述N时,令所述i=i+1,将所述N个电压值中的第i-2个电压值确定为最小值;
在所述N个电压值中的第i个电压值与所述最小值之间的差值小于或等于第三电压阈值,或者所述N个电压值中的第i个电压值与所述最小值之间的差值大于所述第三电压阈值且第一数量未达到X时,在所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回确定从所述N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值的步骤,所述第一数量为所述N个电压值的前i个电压值中与所述最小值之间的差值大于所述第三电压阈值的连续电压值的数量,所述X为大于1的正整数;
在所述N个电压值中的第i个电压值与所述最小值之间的差值大于所述第三电压阈值,所述第一数量达到所述X,且所述i小于所述N时,令所述i=i+1,确定所述N个电压值的前i-1个电压值中的最大值;
在所述N个电压值中的第i个电压值大于或等于所述最大值,或者所述N个电压值中的第i个电压值小于所述最大值且第二数量未达到Y时,在所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回重新确定所述N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,所述第二数量为所述N个电压值的前i个电压值中大于或等于所述最大值的连续电压值的数量,所述Y为大于1的正整数;
在所述N个电压值中的第i个电压值小于所述最大值,且所述第二数量达到所述Y时,确定存在所述目标气体,并将所述最大值与所述最小值之间的电压值确定为一组电压值;
当所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回确定从所述N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值的步骤,直至所述i等于所述N时,得到所述至少一组电压值。
可选地,所述从所述N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值,包括:
当所述半导体气敏元件处于预加热之后的工作状态时,按照第二确定策略,从所述N个电压值中确定所述至少一组电压值;
其中,通过所述第二确定策略确定得到的每组电压值均为从上升趋势到下降趋势之间的电压值。
可选地,所述按照第二确定策略,从所述N个电压值中确定所述至少一组电压值,包括:
令i=2,当所述N个电压值中的第i个电压值大于第i-1个电压值,且所述i小于所述N时,令所述i=i+1,将所述N个电压值中的第i-2个电压值确定为最小值;
当所述N个电压值中的第i个电压值小于或等于所述最小值,或者所述N个电压值中的第i个电压值大于所述最小值且第三数量未达到M时,在所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回上一步骤,所述第三数量为所述N个电压值的前i个电压值中大于所述最小值的连续电压值的数量,所述M为大于1的正整数;
当所述N个电压值中的第i个电压值大于所述最小值,所述第三数量达到所述M,且所述i小于所述N时,令所述i=i+1,确定所述N个电压值的前i-1个电压值中的最大值;
在所述N个电压值中的第i个电压值大于或等于所述最大值,或者所述N个电压值中的第i个电压值小于所述最大值且第四数量未达到L时,在所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回重新确定所述N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,所述第四数量为所述N个电压值的前i个电压值中大于或等于所述最大值的连续电压值的数量,所述L为大于1的正整数;
在所述N个电压值中的第i个电压值小于所述最大值,且所述第四数量达到所述L时,将所述最大值与所述最小值之间的电压值确定为一组电压值;
当所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回执行当所述N个电压值中的第i个电压值大于第i-1个电压值,且所述i小于所述N时,令所述i=i+1的步骤,直至所述i等于所述N时,得到所述至少一组电压值。
可选地,所述基于所述至少一组电压值确定所述目标气体的浓度,包括:
对于所述至少一组电压值中的每组电压值,基于所述一组电压值包括的最大电压值和最小电压值,确定平均增加幅度值;
基于确定得到的至少一个平均增加幅度值,确定所述目标气体的浓度。
可选地,所述基于所述一组电压值包括的最大电压值和最小电压值,确定平均增加幅度值,包括:
确定所述最大电压值与所述最小电压值之间的差值;
将所述差值除以预设平均增数值,得到平均幅度值;
将所述最小电压值除以所述预设平均增数值,得到平均最小值;
将所述平均最小值与所述平均幅度值的平方相乘,得到所述平均增加幅度值。
可选地,所述基于确定得到的至少一个平均增加幅度值,确定所述目标气体的浓度,包括:
基于所述至少一个平均增加幅度值,按照如下公式确定所述目标气体的浓度;
其中,在上述公式中,所述V为所述目标气体的浓度,所述vj为所述至少一个平均增加幅度值中的第j个平均增加幅度值,所述k为所述至少一个平均增加幅度值的总数量减1,所述C为常数。
可选地,所述基于所述至少一组电压值确定所述目标气体的浓度之后,还包括:
基于所述目标气体的浓度,调节空气净化器的工作模式。
根据本发明实施例的第二方面,提供了一种检测气体的设备,所述设备包括:
采样模块,用于对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值,所述传感器包括半导体气敏元件,所述N为大于1的正整数;
第一确定模块,用于从所述N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值,所述目标气体是指影响所述半导体气敏元件的阻值的气体;
第二确定模块,用于基于所述至少一组电压值确定所述目标气体的浓度,以实现所述目标气体的检测。
可选地,所述第一确定模块包括:
第一确定子模块,用于当所述半导体气敏元件处于预加热过程时,按照第一确定策略,在确定得到存在所述目标气体时,从所述N个电压值中确定所述至少一组电压值;
其中,通过所述第一确定策略确定得到的每组电压值均为从上升趋势到下降趋势之间的电压值,且同一组电压值中至少前三个电压值的增长幅度的趋势为上升趋势。
可选地,所述第一确定子模块具体用于:
令i=4,确定从所述N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值,得到第一增长幅度值、第二增长幅度值和第三增长幅度值,所述i为小于或等于所述N的正整数;
当所述第三增长幅度值与所述第二增长幅度值之间的差值大于第一电压阈值,所述第三增长幅度值与所述第一增长幅度值之间的差值大于第二电压阈值,所述第三增长幅度值小于最大临界阈值,且所述i小于所述N时,令所述i=i+1,将所述N个电压值中的第i-2个电压值确定为最小值;
在所述N个电压值中的第i个电压值与所述最小值之间的差值小于或等于第三电压阈值,或者所述N个电压值中的第i个电压值与所述最小值之间的差值大于所述第三电压阈值且第一数量未达到X时,在所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回确定从所述N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值的步骤,所述第一数量为所述N个电压值的前i个电压值中与所述最小值之间的差值大于所述第三电压阈值的连续电压值的数量,所述X为大于1的正整数;
在所述N个电压值中的第i个电压值与所述最小值之间的差值大于所述第三电压阈值,所述第一数量达到所述X,且所述i小于所述N时,令所述i=i+1,确定所述N个电压值的前i-1个电压值中的最大值;
在所述N个电压值中的第i个电压值大于或等于所述最大值,或者所述N个电压值中的第i个电压值小于所述最大值且第二数量未达到Y时,在所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回重新确定所述N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,所述第二数量为所述N个电压值的前i个电压值中大于或等于所述最大值的连续电压值的数量,所述Y为大于1的正整数;
在所述N个电压值中的第i个电压值小于所述最大值,且所述第二数量达到所述Y时,确定存在所述目标气体,并将所述最大值与所述最小值之间的电压值确定为一组电压值;
当所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回确定从所述N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值的步骤,直至所述i等于所述N时,得到所述至少一组电压值。
可选地,所述第一确定模块包括:
第二确定子模块,用于当所述半导体气敏元件处于预加热之后的工作状态时,按照第二确定策略,从所述N个电压值中确定所述至少一组电压值;
其中,通过所述第二确定策略确定得到的每组电压值均为从上升趋势到下降趋势之间的电压值。
可选地,所述第二确定子模块具体用于:
令i=2,当所述N个电压值中的第i个电压值大于第i-1个电压值,且所述i小于所述N时,令所述i=i+1,将所述N个电压值中的第i-2个电压值确定为最小值;
当所述N个电压值中的第i个电压值小于或等于所述最小值,或者所述N个电压值中的第i个电压值大于所述最小值且第三数量未达到M时,在所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回上一步骤,所述第三数量为所述N个电压值的前i个电压值中大于所述最小值的连续电压值的数量,所述M为大于1的正整数;
当所述N个电压值中的第i个电压值大于所述最小值,所述第三数量达到所述M,且所述i小于所述N时,令所述i=i+1,确定所述N个电压值的前i-1个电压值中的最大值;
在所述N个电压值中的第i个电压值大于或等于所述最大值,或者所述N个电压值中的第i个电压值小于所述最大值且第四数量未达到L时,在所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回重新确定所述N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,所述第四数量为所述N个电压值的前i个电压值中大于或等于所述最大值的连续电压值的数量,所述L为大于1的正整数;
在所述N个电压值中的第i个电压值小于所述最大值,且所述第四数量达到所述L时,将所述最大值与所述最小值之间的电压值确定为一组电压值;
当所述i小于所述N时,令所述i=i+1,返回执行当所述N个电压值中的第i个电压值大于第i-1个电压值,且所述i小于所述N时,令所述i=i+1的步骤,直至所述i等于所述N时,得到所述至少一组电压值。
可选地,所述第二确定模块包括:
第三确定子模块,用于对于所述至少一组电压值中的每组电压值,基于所述一组电压值包括的最大电压值和最小电压值,确定平均增加幅度值;
第四确定子模块,基于确定得到的至少一个平均增加幅度值,确定所述目标气体的浓度。
可选地,所述第三确定子模块具体用于:
确定所述最大电压值与所述最小电压值之间的差值;
将所述差值除以预设平均增数值,得到平均幅度值;
将所述最小电压值除以所述预设平均增数值,得到平均最小值;
将所述平均最小值与所述平均幅度值的平方相乘,得到所述平均增加幅度值。
可选地,所述第四确定子模块具体用于:
基于所述至少一个平均增加幅度值,按照如下公式确定所述目标气体的浓度;
其中,在上述公式中,所述V为所述目标气体的浓度,所述vj为所述至少一个平均增加幅度值中的第j个平均增加幅度值,所述k为所述至少一个平均增加幅度值的总数量减1,所述C为常数。
可选地,所述设备还包括:
调节模块,用于基于所述目标气体的浓度,调节空气净化器的工作模式。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
在本发明实施例中,由于在传感器包括半导体气敏元件时,传感器的输出电压的变化可以反映出空气中是否存在目标气体,其中目标气体是指影响半导体气敏元件的阻值的气体,因此可以对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值。为了更准确的反应目标气体的真实状态,可以从N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值。然后可以基于得到的至少一组电压值确定目标气体的浓度,以实现目标气体的检测。由此,通过传感器的输出电压确定了目标气体的具体浓度,反映出了目标气体的真实状态,提高了检测目标气体的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种检测气体的方法流程图;
图2A是本发明实施例提供的另一种检测气体的方法流程图;
图2B是本发明实施例提供的一种传感器内部的电路示意图;
图2C是本发明实施例提供的一种从N个电压值中确定至少一组电压值的方法流程图;
图2D是本发明实施例提供的另一种从N个电压值中确定至少一组电压值的方法流程图;
图3A是本发明实施例提供的一种检测气体的设备的结构示意图;
图3B是本发明实施例提供的一种第一确定模块302的结构示意图;
图3C是本发明实施例提供的另一种第一确定模块302的结构示意图;
图3D是本发明实施例提供的一种第二确定模块303的结构示意图;
图3E是本发明实施例提供的另一种检测气体的设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了便于理解,在对本发明实施例进行详细的解释说明之前,先对本发明实施例涉及的应用场景进行介绍。
当空气中存在目标气体时,可能会影响用户的身体健康,甚至威胁用户的生命安全,因此,如果设备可以实时检测空气中是否存在目标气体,就可以提醒用户采取防护措施,避免吸入目标气体。目前,当空气中有目标气体时,设备中的传感器的输出电压会快速上升,而目标气体消散后,传感器的输出电压需要经过较长时间才能下降到最初状态,目标气体检测的准确度较低。为此,本发明实施例提供了一种检测气体的方法,对传感器的输出电压进行分析比较,进而可以确定目标气体的具体浓度,反应出目标气体的真实状态,提高目标气体检测的准确度,还可以根据目标气体的浓度实时调节空气净化器的工作模式。
在介绍完本发明实施例涉及的应用场景之后,接下来将结合附图对本发明实施例提供的检测气体的方法进行详细介绍。
图1是本发明实施例提供的一种检测气体的方法的流程图。参见图1,该方法包括以下步骤:
步骤101:对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值,传感器包括半导体气敏元件,N为大于1的正整数。
步骤102:从N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值,目标气体是指影响半导体气敏元件的阻值的气体。
步骤103:基于至少一组电压值确定目标气体的浓度,以实现目标气体的检测。
在本发明实施例中,由于在传感器包括半导体气敏元件时,传感器的输出电压的变化可以反映出空气中是否存在目标气体,因此可以对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值。为了更准确的反应目标气体的真实状态,可以从N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值,目标气体是指影响半导体气敏元件的阻值的气体,基于至少一组电压值确定目标气体的浓度,以实现目标气体的检测。由此,通过传感器的输出电压确定了目标气体的具体浓度,反映出了目标气体的真实状态,提高了检测目标气体的准确性。
图2A是本发明实施例提供的一种检测气体的方法的流程图。本发明实施例将结合图2A对图1所示的实施例进行展开论述。该方法包括以下步骤:
步骤201:对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值,传感器包括半导体气敏元件,N为大于1的正整数。
其中,半导体气敏元件是指陶瓷加热器上涂覆纳米级半导体材料并掺杂适当微量元素构成的元件,该半导体气敏元件对香烟、木材、纸张燃烧产生的烟雾、酒精、氨气、氢气、一氧化碳、甲烷、丙烷、甘烷、苯乙烯、丙二醇、酚、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛等目标气体具有极高的灵敏度。也即是,目标气体可以影响半导体气敏元件的阻值发生变化,进而导致传感器的输出电压发生变化,因此可以通过传感器的输出电压来反应空气中是否有目标气体。
需要说明的是,在实际应用中,半导体气敏元件的结构可以是旁热式结构,也可以是直热式结构,本发明实施例以旁热式结构的半导体气敏元件为例进行说明。
由于当空气中有目标气体时,传感器的输出电压为上升趋势,当空气中的目标气体消散时,传感器的输出电压为下降趋势,也即是,可以通过传感器的输出电压的变化趋势来反应目标气体的状态。然而通过传感器的输出电压的上升及下降的变化趋势反应出的状态和目标气体的真实状态可能不相符,进而降低目标气体检测的准确度,因此,为了提高目标气体检测的准确度,可以通过传感器的输出电压确定目标气体的具体浓度,以通过目标气体的具体浓度来反应目标气体的真实状态。然而,为了确定目标气体的具体浓度,需要对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值。
在实际实现的过程中,可以按照预设时间间隔对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值。例如,预设的时间间隔为0.05秒,这样,可以每隔0.05秒对传感器的输出电压进行一次采样,得到N个电压值。当然,也可以按照其他的方式对该传感器的输出电压进行多次采样。例如,可以对传感器的输出电压进行实时采样。或者,在检测到传感器的输出电压大于预设的电压值时,对输出电压进行实时采样,当传感器的输出电压不大于预设的电压值时,停止采样。
值得注意的是,为了便于确定目标气体的浓度的变化趋势,在采集得到该N个电压值之后,可以按照该N个电压值的采样顺序存储该N个电压值。实际实现的过程中,可以将采集到的N个电压值保存在一个循环数组中。当然,将该N个电压值存储至循环数组中只是一种可能的实现方式而已,实际应用中,也可以不用将该N个电压值存储至循环数组中,只要该N个电压值是按照采样顺序存储即可。
在一种可能的实现方式中,图2B为一种传感器内部的电路示意图,参见图2B,该传感器包括旁热式结构的半导体气敏元件和电阻RL,该旁热式结构的半导体气敏元件包括电阻RS和加热电极。其中,电阻RS与电阻RL串联,加热电极与电阻RS并联。在加热电极的两端加载有加热回路电压VH,电阻RS和电阻RL串联之后的两端加载有测试回路电压VC,此时,传感器的输出电压为电阻RL两端的电压VOUT。也即是,该传感器工作时需要施加两个工作电压,分别为加热回路电压VH和测试回路电压VC。加热回路电压VH用于对旁热式结构的半导体气敏元件包括的加热电极进行加热,以将传感器保持在一个比较恒定的温度,减少环境温度对传感器敏感材料的影响。测试回路电压VC用于通过传感器检测目标气体时为传感器提供测试电压。
在采集得到该N个电压值之后,可以按照如下步骤202或步骤203,从N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值。
需要说明的是,由于半导体气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多,且半导体气敏元件如果长时间处于停用状态,则半导体气敏元件中的催化剂会失活,需要活化后才能正常工作,再有,半导体气敏元件在开机通电时的电阻很小,经过一段时间后才能恢复到稳定状态,因此半导体气敏元件在稳定工作之前必须要进行预加热。
由于半导体气敏元件自身的阻值会随着温度的变化而变化,而预加热过程中半导体气敏元件的温度会快速上升,因此半导体气敏元件自身的阻值会快速下降,进而传感器的输出电压会快速上升。另外,由于半导体气敏元件在检测到目标气体时,半导体气敏元件自身的阻值会快速下降,进而传感器的输出电压会快速上升,也即是,预加热过程中传感器的输出电压和检测到目标气体时传感器的输出电压的变化过程类似,因此,当传感器的输出电压变化时,如果半导体气敏元件处于预加热过程,则可以按照下述步骤202在确定得到存在目标气体时,从N个电压值中确定至少一组电压值。如果半导体气敏元件处于预加热之后的工作状态,则可以按照下述步骤203从N个电压值中确定至少一组电压值。
步骤202:当半导体气敏元件处于预加热过程时,按照第一确定策略,在确定得到存在目标气体时,从N个电压值中确定至少一组电压值。
其中,通过第一确定策略确定得到的每组电压值均为从上升趋势到下降趋势之间的电压值,且同一组电压值中至少前三个电压值的增长幅度的趋势为上升趋势。
由于空气中目标气体的浓度可能是波动上升的过程,比如,当点燃香烟时,会产生烟雾,在香烟燃烧过程中,空气中的目标气体浓度是一直增加的,当燃烧的香烟熄灭后,空气中的目标气体浓度开始下降,此时如果继续点燃香烟,空气中的目标气体浓度又会开始上升,在该时间段中空气中的目标气体浓度是一个上升、下降再上升的过程,也即是,在该时间段中空气中的目标气体浓度是一个波动的上升过程。因此,可以按照第一确定策略从该N个电压值中确定出至少一组电压值。例如,N为100,在采集到该100个电压值的时间段中,目标气体的浓度出现了4次上升再下降的过程,也即是,从该100个电压值中可以确定出4组电压值。
参见图2C,接下来通过如下步骤2021-2027,对确定是否存在目标气体,进而在存在目标气体时,确定至少一组电压值的过程进行详细说明。
步骤2021:令i=4,确定从N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值,得到第一增长幅度值、第二增长幅度值和第三增长幅度值,i为小于或等于N的正整数。
由于按照第一确定策略,从N个电压值中确定至少一组电压值,需要对四个电压值进行分析比较,因此在实际实现过程中,从N个电压值的第四个电压值开始分析比较,也即是,i=4。
在实际实现过程中,可以将第i-3个电压值与第i-2个电压值之差确定为第一增长幅度值,将第i-2个电压值与第i-1个电压值之差确定为第二增长幅度值,将第i-1个电压值与第i个电压值之差确定为第三增长幅度值。
步骤2022:当第三增长幅度值与第二增长幅度值之间的差值大于第一电压阈值,第三增长幅度值与第一增长幅度值之间的差值大于第二电压阈值,第三增长幅度值小于最大临界阈值,且i小于N时,令i=i+1,将N个电压值中的第i-2个电压值确定为最小值。
其中,第一电压阈值、第二电压阈值、最大临界值均可以预先进行设置,如第一电压阈值、第二电压阈值、最大临界值分别可以为5V、6V、7V等。
当第三增长幅度值与第二增长幅度值之间的差值大于第一电压阈值,第三增长幅度值与第一增长幅度值之间的差值大于第二电压阈值,第三增长幅度值小于最大临界阈值,且i小于N时,说明传感器的输出电压处于按照一定幅度上升的过程,且当前N个电压值没有处理完成,因此可以令i=i+1,将N个电压值中的第i-2个电压值确定为最小值。此时,继续执行步骤2023或步骤2024。
当第三增长幅度值与第二增长幅度值之间的差值大于第一电压阈值,第三增长幅度值与第一增长幅度值之间的差值大于第二电压阈值,第一增长幅度值小于最大临界阈值中有一个条件不满足时,说明传感器的输出电压未处于按照一定幅度上升的过程。因此需要判断i是否小于N,如果是,则说明当前N个电压值没有处理完成,此时,可以令i=i+1,并返回执行步骤2021,开始分析N个电压值中的下一个电压值。如果否,则说明当前N个电压值已经处理完成,继续执行步骤204。
步骤2023:在N个电压值中的第i个电压值与最小值之间的差值小于或等于第三电压阈值,或者N个电压值中的第i个电压值与最小值之间的差值大于第三电压阈值且第一数量未达到X时,在i小于N时,令i=i+1,返回确定从N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值的步骤,第一数量为N个电压值的前i个电压值中与最小值之间的差值大于第三电压阈值的连续电压值的数量,X为大于1的正整数。
在N个电压值中的第i个电压值与最小值之间的差值小于或等于第三电压阈值时,或者N个电压值中的第i个电压值与最小值之间的差值大于第三电压阈值且第一数量未达到X时,说明传感器的输出电压未处于继续上升的过程。当i小于N时,说明当前N个电压值没有处理完成,令i=i+1,返回确定从N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值的步骤,也即是,返回执行步骤2021,开始分析N个电压值中的下一个电压值。当i等于N时,则说明当前N个电压值已经处理完成,继续执行步骤204。
步骤2024:在N个电压值中的第i个电压值与最小值之间的差值大于第三电压阈值,第一数量达到X,且i小于N时,令i=i+1,确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值。
在N个电压值中的第i个电压值与最小值之间的差值大于第三电压阈值,第一数量达到X,且i小于N时,说明传感器的输出电压处于继续按照一定幅度上升的过程,且当前N个电压值没有处理完成,因此可以令i=i+1,确定N个电压值中前i个电压值中的最大值。此时,继续执行步骤2025或者步骤2026。
步骤2025:在N个电压值中的第i个电压值大于或等于最大值,或者N个电压值中的第i个电压值小于最大值且第二数量未达到Y时,在i小于N时,令i=i+1,返回重新确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,第二数量为N个电压值的前i个电压值中大于或等于最大值的连续电压值的数量,Y为大于1的正整数。
在N个电压值中的第i个电压值大于或等于最大值时,如果i小于N,则说明传感器的输出电压还处于继续上升的过程,传感器的输出电压没有达到峰值,且当前N个电压值没有处理完成,因此令i=i+1,需要返回重新确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,也即是,返回执行步骤2024,继续确定N个电压值中前i个电压值中的最大值。
在N个电压值中的第i个电压值小于最大值且第二数量未达到Y时,如果i小于N,说明传感器的输出电压并没有开始持续下降,可能只是暂时保持稳定或者短暂下降,且当前N个电压值没有处理完成,因此令i=i+1,需要返回重新确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,也即是,返回执行步骤2024,继续确定N个电压值中前i个电压值中的最大值。
步骤2026:在N个电压值中的第i个电压值小于最大值,且第二数量达到Y时,确定存在目标气体,并将最大值与最小值之间的电压值确定为一组电压值。
在N个电压值中的第i个电压值小于最大值,且第二数量达到Y时,确定存在目标气体,说明传感器的输出电压已经达到峰值,此时将得到的最大值与最小值之间的电压值确定为一组电压值。
步骤2027:当i小于N时,令i=i+1,返回确定从N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值的步骤,直至i等于N时,得到至少一组电压值。
当i等于N时,说明当前N个电压值已经分析完成,继续执行步骤204。当i小于N时,说明当前N个电压值没有分析完成,因此令i=i+1,也即是,开始分析N个电压值中的下一个电压值。此时,返回执行确定从N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值的步骤,也即是,返回执行步骤2021,直至i等于N时,得到至少一组电压值。
值得说明的是,当半导体气敏元件处于预加热过程时,通过上述步骤2021-2027对该N个电压值进行分析比较,确定空气中是否存在目标气体,当存在目标气体时,可以确定得到至少一组电压值,且可以基于得到至少一组电压值确定目标气体的具体浓度,有效的区分了传感器的输出电压的变化原因,也即是,可以有效地区分预加热过程中传感器的输出电压和检测到目标气体时传感器的输出电压,进而有效的提高了在预加热过程中检测目标气体的准确性。
步骤203:当半导体气敏元件处于预加热之后的工作状态时,按照第二确定策略,从N个电压值中确定至少一组电压值。
其中,通过第二确定策略确定得到的每组电压值均为从上升趋势到下降趋势之间的电压值。
参见图2D,接下来通过如下步骤2031-2036,对该N个电压值中至少一组电压值的确定过程进行详细说明。
步骤2031:令i=2,当N个电压值中的第i个电压值大于第i-1个电压值,且i小于N时,令i=i+1,将N个电压值中的第i-2个电压值确定为最小值。
由于按照第二确定策略,从N个电压值中确定至少一组电压值,需要对两个电压值进行比较,因此在实际实现的过程中,从N个电压值中的第二个电压值开始比较,也即是,i=2。
当N个电压值中的第i个电压值大于第i-1个电压值,且i小于N时,说明当前电压值大于前一个电压值,也即是,传感器的输出电压处于上升过程,且当前N个电压值没有分析完成,因此令i=i+1,将N个电压值中的第i-2个电压值确定为最小值。此时,可以继续执行步骤2032或者步骤2033。
当N个电压值中的第i个电压值不大于第i-1个电压值时,说明当前电压值不大于前一个电压值,也即是,传感器的输出电压没有处于上升的过程。此时判断i是否小于N,如果是,则说明当前N个电压值没有处理完成,此时,可以令i=i+1,并返回执行步骤2031。如果否,则说明当前N个电压值已经处理完成,继续执行步骤204。
步骤2032:当N个电压值中的第i个电压值小于或等于最小值,或者N个电压值中的第i个电压值大于最小值且第三数量未达到M时,在i小于N时,令i=i+1,返回上一步骤,第三数量为N个电压值的前i个电压值中大于最小值的连续电压值的数量,M为大于1的正整数。
在N个电压值中的第i个电压值小于或等于最小值,或者N个电压值中的第i个电压值大于最小值且第三数量未达到M时,说明传感器的输出电压未处于继续上升的过程。因此需要判断i是否小于N,如果是,则说明当前N个电压值没有处理完成,令i=i+1,返回上一步骤,也即是,返回执行步骤2031。如果否,则说明当前N个电压值已经处理完成,继续执行步骤204。
步骤2033:当N个电压值中的第i个电压值大于最小值,第三数量达到M,且i小于N时,令i=i+1,确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值。
在N个电压值中的第i个电压值大于最小值,第三数量达到M,且i小于N时,说明传感器的输出电压处于继续上升的过程,因此可以令i=i+1,确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值。此时,继续执行步骤2034或者步骤2035。
步骤2034:在N个电压值中的第i个电压值大于或等于最大值,或者N个电压值中的第i个电压值小于最大值且第四数量未达到L时,在i小于N时,令i=i+1,返回重新确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,第四数量为N个电压值的前i个电压值中大于或等于最大值的连续电压值的数量,L为大于1的正整数。
在N个电压值中的第i个电压值大于或等于最大值时,如果i小于N,则说明传感器的输出电压还处于继续上升的过程,传感器的输出电压没有达到峰值,因此可以令i=i+1,返回重新确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,也即是,需要返回执行步骤2033,继续确定N个电压值的前i-1个电压值的最大值。
在N个电压值中的第i个电压值小于最大值,且第四数量未达到L时,如果i小于N,则说明传感器的输出电压并没有开始持续下降,可能只是暂时保持稳定或者短暂下降,且当前N个电压值没有处理完成,因此可以令i=i+1,返回执行步骤2033,继续确定N个电压值的前i-1个电压值的最大值。
步骤2035:在N个电压值中的第i个电压值小于最大值,且第四数量达到L时,将最大值与最小值之间的电压值确定为一组电压值。
在N个电压值中的第i个电压值小于最大值,且第四数量达到L时,说明传感器的输出电压已经达到峰值,此时将得到的最大值与最小值之间的电压值确定为一组电压值。
步骤2036:当i小于N时,令i=i+1,返回执行当N个电压值中的第i个电压值大于第i-1个电压值,且i小于N时,令i=i+1的步骤,直至i等于N时,得到至少一组电压值。
当i等于N时,说明当前N个电压值已经分析完成,此时继续执行步骤204。当i小于N时,说明当前N个电压值没有分析完成,因此令i=i+1,也即是,开始分析N个电压值中的下一个电压值。此时,返回执行当N个电压值中的第i个电压值大于第i-1个电压值,且i小于N时,令i=i+1的步骤,也即是,返回执行步骤2031,直至i等于N时,得到至少一组电压值。
值得说明的是,当半导体气敏元件处于预加热之后的工作状态时,通过上述步骤2031-2036对该N个电压值进行分析比较,可以得到至少一组电压值,且可以基于至少一组电压值确定目标气体的具体浓度,进而有效的提高了检测目标气体的准确性。
需要说明的是,通过执行上述步骤得到至少一组电压值后,可以按照下述步骤204-205,并基于至少一组电压值确定目标气体的浓度,以实现目标气体的检测。当然,在实际应用中,也可以通过其他方式来确定目标气体的浓度,本发明实施例对此不做限定。
例如,对于至少一组电压值中的每组电压值,基于一组电压值包括的每个电压值,确定一组电压值的平均电压值,将确定得到的至少一个平均电压值相加得到目标气体的浓度,也即是,假设N个电压值确定出了4组电压值,基于每组电压值包括的每个电压值确定出了4个平均电压值,则目标气体的浓度为4个平均电压值之和。
步骤204:对于至少一组电压值中的每组电压值,基于一组电压值包括的最大电压值和最小电压值,确定平均增加幅度值。
在实际实现过程中,基于一组电压值包括的最大电压值和最小电压值,确定平均增加幅度值的实现过程可以为:确定最大电压值与最小电压值之间的差值;将差值除以预设平均增数值,得到平均幅度值;将最小电压值除以预设平均增数值,得到平均最小值;将平均最小值与平均幅度值的平方相乘,得到平均增加幅度值。
其中,预设平均增数值是可以预先设置的。
例如,假设预设平均增数值为h,最大电压值为a,最小电压值为b,最大电压值与最小电压值的差值为a-b,则平均幅度值为(a-b)/h,平均最小值为b/h,平均增加幅度值为(b/h)×[(a-b)/h]^2。
步骤205:基于确定得到的至少一个平均增加幅度值,确定目标气体的浓度。
在实际实现过程中,其实现过程可以为:基于至少一个平均增加幅度值,按照如下公式确定目标气体的浓度;
其中,在上述公式中,V为目标气体的浓度,vj为至少一个平均增加幅度值中的第j个平均增加幅度值,k为至少一个平均增加幅度值的总数量减1,C为常数。
例如,N个电压值确定出了4组电压值,基于每组电压值的最大电压值和最小电压值确定出了4个平均增加幅度值,分别为v0,v1,v2,v3,则目标气体浓度V=v0+0.1×v1+v1+0.2×v2+v2+0.3×v3+v3。
通过上述步骤201-205确定目标气体的具体浓度之后,还可以按照下述步骤206来调节空气净化器的工作模式
步骤206:基于目标气体的浓度,调节空气净化器的工作模式。
当目标气体的浓度高于第一预设浓度时,将空气净化器的工作模式调节到高强度工作模式,当目标气体的浓度低于第一预设浓度且高于第二预设浓度时,将空气净化器的工作模式调节到中强度工作模式,当目标气体的浓度低于第二预设浓度时,将空气净化器的工作模式调节到低强度工作模式。
其中,第一预设浓度、第二预设浓度均可以根据不同需求预先进行设置。
当然,在实际应用中,空气净化器可能还存在其他工作模式,可以根据不同的目标气体的浓度,调节空气净化器处于其他工作模式,例如,当目标气体的浓度低于第二预设浓度时,空气净化器还可以处于节能模式,本发明对此不做限制。
例如,当目标气体的浓度为V1时,假设V1高于第一预设浓度,将空气净化器的工作模式调节到高强度工作模式,当目标气体的浓度为V2时,假设V2低于第一预设浓度且高于第二预设浓度,将空气净化器的工作模式调节到中强度工作模式,当目标气体的浓度为V3时,假设V3低于第二预设浓度,将空气净化器的工作模式调节到低强度工作模式。
需要说明的是,步骤206为可选步骤,实际实现时,可以执行也可以不执行,并且在确定得到目标气体的浓度之后,还可以根据计算得到的浓度执行其他处理,在此并不做限定。
在本发明实施例中,由于在传感器包括半导体气敏元件时,传感器的输出电压的变化可以反映出空气中是否存在目标气体,因此可以对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值。为了更准确的反应目标气体的真实状态,可以从N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值,目标气体是指影响半导体气敏元件的阻值的气体,基于至少一组电压值确定目标气体的浓度,以实现目标气体的检测。由此,通过传感器的输出电压确定了目标气体的具体浓度,反映出了目标气体的真实状态,提高了检测目标气体的准确性,进而还可以根据目标气体的浓度实时调节空气净化器的工作模式,使得空气净化器根据目标气体的浓度选择更加合适的工作模式,达到更好的空气净化效果,同时也可以节省电量。
通过上述图1和图2A所示的实施例对本发明实施例提供的方法进行详细解释说明之后,接下来对本发明实施例提供的设备进行介绍。
图3A是本发明实施例提供的一种检测气体的设备的结构示意图。参见图3A,该设备包括采样模块301、第一确定模块302和第二确定模块303。
采样模块301,用于对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值,传感器包括半导体气敏元件,N为大于1的正整数。
第一确定模块302,用于从N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值,目标气体是指影响半导体气敏元件的阻值的气体。
第二确定模块303,用于基于至少一组电压值确定目标气体的浓度,以实现目标气体的检测。
可选地,参见图3B,第一确定模块302包括:
第一确定子模块3021,用于当半导体气敏元件处于预加热过程时,按照第一确定策略,在确定得到存在目标气体时,从N个电压值中确定至少一组电压值。
其中,通过第一确定策略确定得到的每组电压值均为从上升趋势到下降趋势之间的电压值,且同一组电压值中至少前三个电压值的增长幅度的趋势为上升趋势。
可选地,第一确定子模块3021具体用于:
令i=4,确定从N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值,得到第一增长幅度值、第二增长幅度值和第三增长幅度值,i为小于或等于N的正整数;
当第三增长幅度值与第二增长幅度值之间的差值大于第一电压阈值,第三增长幅度值与第一增长幅度值之间的差值大于第二电压阈值,第三增长幅度值小于最大临界阈值,且i小于N时,令i=i+1,将N个电压值中的第i-2个电压值确定为最小值;
在N个电压值中的第i个电压值与最小值之间的差值小于或等于第三电压阈值,或者N个电压值中的第i个电压值与最小值之间的差值大于第三电压阈值且第一数量未达到X时,在i小于N时,令i=i+1,返回确定从N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值的步骤,第一数量为N个电压值的前i个电压值中与最小值之间的差值大于第三电压阈值的连续电压值的数量,X为大于1的正整数;
在N个电压值中的第i个电压值与最小值之间的差值大于第三电压阈值,第一数量达到X,且i小于N时,令i=i+1,确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值;
在N个电压值中的第i个电压值大于或等于最大值,或者N个电压值中的第i个电压值小于最大值且第二数量未达到Y时,在i小于N时,令i=i+1,返回重新确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,第二数量为N个电压值的前i个电压值中大于或等于最大值的连续电压值的数量,Y为大于1的正整数;
在N个电压值中的第i个电压值小于最大值,且第二数量达到所述Y时,确定存在目标气体,并将最大值与最小值之间的电压值确定为一组电压值;
当i小于N时,令i=i+1,返回确定从N个电压值中第i-3个电压值至第i个电压值中相邻两个电压值的增长幅度值的步骤,直至i等于N时,得到至少一组电压值。
可选地,参见图3C,第一确定模块302包括:
第二确定子模块3022,用于当半导体气敏元件处于预加热之后的工作状态时,按照第二确定策略,从N个电压值中确定至少一组电压值;
其中,通过第二确定策略确定得到的每组电压值均为从上升趋势到下降趋势之间的电压值。
可选地,第二确定子模块3022具体用于:
令i=2,当N个电压值中的第i个电压值大于第i-1个电压值,且i小于N时,令i=i+1,将N个电压值中的第i-2个电压值确定为最小值;
当N个电压值中的第i个电压值小于或等于最小值,或者N个电压值中的第i个电压值大于最小值且第三数量未达到M时,在i小于N时,令i=i+1,返回上一步骤,第三数量为N个电压值的前i个电压值中大于最小值的连续电压值的数量,M为大于1的正整数;
当N个电压值中的第i个电压值大于最小值,第三数量达到所述M,且i小于N时,令i=i+1,确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值;
在N个电压值中的第i个电压值大于或等于最大值,或者N个电压值中的第i个电压值小于最大值且第四数量未达到L时,在i小于N时,令i=i+1,返回重新确定N个电压值的前i-1个电压值中的最大值的步骤,第四数量为N个电压值的前i个电压值中大于或等于最大值的连续电压值的数量,L为大于1的正整数;
在N个电压值中的第i个电压值小于最大值,且第四数量达到L时,将最大值与最小值之间的电压值确定为一组电压值;
当i小于N时,令i=i+1,返回执行当N个电压值中的第i个电压值大于第i-1个电压值,且i小于N时,令i=i+1的步骤,直至i等于N时,得到至少一组电压值。
可选地,参见图3D,第二确定模块303包括:
第三确定子模块3031,用于对于至少一组电压值中的每组电压值,基于一组电压值包括的最大电压值和最小电压值,确定平均增加幅度值。
第四确定子模块3032,用于基于确定得到的至少一个平均增加幅度值,确定目标气体的浓度。
可选地,第三确定子模块3031具体用于:
确定最大电压值与最小电压值之间的差值;
将差值除以预设平均增数值,得到平均幅度值;
将最小电压值除以预设平均增数值,得到平均最小值;
将平均最小值与平均幅度值的平方相乘,得到平均增加幅度值。
可选地,第四确定子模块3032具体用于:
基于至少一个平均增加幅度值,按照如下公式确定目标气体的浓度;
其中,在上述公式中,V为目标气体的浓度,vj为至少一个平均增加幅度值中的第j个平均增加幅度值,k为至少一个平均增加幅度值的总数量减1,C为常数。
可选地,参见图3E,该设备还包括:
调节模块304,用于基于目标气体的浓度,调节空气净化器的工作模式。
在本发明实施例中,由于在传感器包括半导体气敏元件时,传感器的输出电压的变化可以反映出空气中是否存在目标气体,因此可以对传感器的输出电压进行多次采样,得到N个电压值。为了更准确的反应目标气体的真实状态,可以从N个电压值中确定能够反应存在目标气体的至少一组电压值,目标气体是指影响半导体气敏元件的阻值的气体,基于至少一组电压值确定目标气体的浓度,以实现目标气体的检测。由此,通过传感器的输出电压确定了目标气体的具体浓度,反映出了目标气体的真实状态,提高了检测目标气体的准确性,进而还可以根据目标气体的浓度实时调节空气净化器的工作模式,使得空气净化器根据目标气体的浓度选择更加合适的工作模式,达到更好的空气净化效果,同时也可以节省电量。
需要说明的是:上述实施例提供的检测目标气体的设备在检测目标气体时,仅以上述各功能模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成,即将设备的内部结构划分成不同的功能模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。另外,上述实施例提供的检测目标气体的设备与检测目标气体的方法实施例属于同一构思,其具体实现过程详见方法实施例,这里不再赘述。
在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意结合来实现。当使用软件实现时,可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时,全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如:同轴电缆、光纤、数据用户线(Digital Subscriber Line,DSL))或无线(例如:红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如:软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如:数字通用光盘(Digital Versatile Disc,DVD))、或者半导体介质(例如:固态硬盘(Solid State Disk,SSD))等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成,也可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。