CN110057973B - 一种实验室用气安全预警系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实验室用气安全预警系统及方法。该系统包括监控中心和设置在每个实验室的检测系统，检测系统包括控制装置和若干个气体检测装置，控制装置包括控制器、报警模块和无线通信模块，气体检测装置包括微处理器和采集装置，采集装置包括信号采集卡、第一气室和封闭的第二气室，第一气室内设有第一气体传感器阵列，第一气室上设有第一进气孔和出气孔，第二气室内设有第二气体传感器阵列，信号采集卡分别与第一气体传感器阵列、第二气体传感器阵列、微处理器电连接，控制器分别与微处理器、报警模块和无线通信模块电连接。本发明能够及时检测实验室泄漏的有毒有害气体，并发出报警，保障实验室中操作人员的人身安全。

Description

一种实验室用气安全预警系统及方法
技术领域
本发明涉及用气安全检测技术领域，尤其涉及一种实验室用气安全预警系统及方法。
背景技术
实验室中化学实验所用到的试剂通常会挥发出一些气体，其中部分是有毒有害的，如苯、二甲苯、甲醛、甲醇等。上述气体在常温下通常为无色的透明气体，并具有强烈的芳香气味。上述气体会引起人体中枢神经系统等部分中毒，引起急性或者慢性中毒，重者会出现头痛、恶心、呕吐、神志模糊、知觉丧失、昏迷、抽搐等，严重者会因为中枢系统麻痹而死亡，即便吸入少量毒害气体也可导致头晕、心跳过速、头痛、神志不清等特征。例如，摄入过多甲苯会导致胃痛、呕吐、头昏、抽搐、神志不清、心率加快等症状，严重的还会死亡。上述有毒有害气体均具有较强的挥发性，在空气中易于扩散，从而导致毒害性的广泛性扩散，严重危及实验室环境中操作人员的人身安全。因此如何快速、准确的对上述有毒有害气体进行快速预警，对于保障实验室中操作人员的人身安全具有重要的意义。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种实验室用气安全预警系统及方法，其能够及时检测实验室泄漏的有毒有害气体，并发出报警，保障实验室中操作人员的人身安全。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种实验室用气安全预警系统，包括监控中心和设置在每个实验室的检测系统，所述检测系统包括控制装置和设置在实验室内不同位置的若干个气体检测装置，所述控制装置包括控制器、报警模块和无线通信模块，所述气体检测装置包括微处理器和采集装置，所述采集装置包括信号采集卡、第一气室和封闭的第二气室，所述第一气室内设有第一气体传感器阵列，所述第一气室上设有第一进气孔和出气孔，所述第二气室内设有第二气体传感器阵列，所述第二气室内充有温度为25℃、标准大气压的空气，所述信号采集卡分别与第一气体传感器阵列、第二气体传感器阵列、微处理器电连接，所述控制器分别与微处理器、报警模块和无线通信模块电连接，所述无线通信模块通过无线网络与监控中心无线连接。
在本方案中，检测系统检测所在实验室是否出现危险气体泄漏，当出现危险气体泄漏时，报警模块报警，并通过无线通信模块发送报警信息到监控中心。
气体检测装置进行检测时，实验室内的气体从第一进气孔进入第一气室，第一气体传感器阵列用于检测有毒有害气体，信号采集卡采集第一气体传感器阵列检测到的信号并发送到微处理器，微处理器分析后得到实验室内泄漏的有毒有害气体类型和浓度，并将结果发送到控制器。
为了提高检测精度，还设置了第二气体传感器阵列检测的信号作为参考信号。第二气体传感器阵列工作环境是封闭的，其工作环境为温度25℃、标准大气压的空气，提供基准响应参考。
作为优选，所述第一气体传感器阵列和第二气体传感器阵列结构相同，包括传感器接口电路板、传感器敏感膜和多个气体传感器，所述传感器敏感膜盖在传感器接口电路板上并与传感器接口电路板形成空腔，所述气体传感器设置在空腔内并与传感器接口电路板连接，所述采集装置还包括用于检测传感器敏感膜阻抗的阻抗谱检测仪，所述阻抗谱检测仪与微处理器电连接。
传感器敏感膜可以去除空气中灰尘、杂质颗粒、水蒸气等干扰因素。同时，该敏感膜在吸收了水蒸气之后，检测其自身的阻抗变化，与空气湿度建立起关联性，根据其阻抗变化感知空气湿度，为传感器阵列的检测提供湿度校正信息。
作为优选，所述多个气体传感器包括MQ-135传感器、ME3-C7H8传感器、ME4-C6H6传感器、ME-C8H10传感器、ME2-CH2O传感器、MQK3传感器。
MQ-135传感器用于检测氨气、硫化物、苯系蒸汽；ME3-C7H8传感器用于检测甲苯，ME4-C6H6传感器用于检测苯，ME-C8H10传感器用于检测对二甲苯，ME2-CH2O传感器用于检测甲醛，MQK3传感器用于检测乙醇。
作为优选，所述检测系统还包括用于检测实验室内是否有人的人体感应器，所述人体感应器与控制器电连接。人体感应器用于检测实验室内是否有人，当实验室内有人时，该实验室内的检测系统实时检测该实验室是否出现危险气体泄漏，当实验室没有人时，该实验室内的检测系统每间隔设定的时间检测一次是否出现危险气体泄漏，节省能源。
作为优选，所述控制器还与实验室的通风系统电连接。当检测到某个实验室出现危险气体泄漏时，控制该实验室的通风系统工作，将实验室内的气体排出到实验室外。
作为优选，所述采集装置还包括惰性气体气源、第一气泵和第二气泵，所述第一气室上还设有第二进气孔，所述第一气泵的出气口与第一进气孔连接，所述惰性气体气源与第二气泵的进气口连接，所述第二气泵的出气口与第二进气孔连接，所述微处理器分别与第一气泵和第二气泵电连接。
检测时，先控制第一气泵将惰性气体充入气室内进行清洗，使得第一气体传感器阵列的响应基线恢复到0的位置，避免传感器响应基线漂移所引起的误差，然后控制第一气泵停止工作，控制第二气泵将外界气体充入气室内供第一气体传感器阵列检测。
本发明的一种实验室用气安全预警方法，用于上述的一种实验室用气安全预警系统，包括以下步骤：
检测系统通过气体检测装置检测所在实验室是否出现危险气体泄漏，当出现危险气体泄漏时，报警模块报警，并通过无线通信模块发送报警信息到监控中心；
气体检测装置检测是否出现危险气体泄漏的方法如下：
S1：采集第一气体传感器阵列的检测数据，第二气体传感器阵列的检测数据，将第一气体传感器阵列中的每个气体传感器的响应值与第二气体传感器阵列中的相同气体传感器的响应值进行处理，得到第一气体传感器阵列中的每个气体传感器对应的传感器响应动量比RAT；
计算第一气体传感器阵列中某个气体传感器对应的传感器响应动量比RAT的公式如下：
Figure BDA0002014120570000051
其中，RES11为第一气体传感器阵列的该气体传感器的响应值，RES01为第二气体传感器阵列的相同气体传感器的响应值，
RAT＝0表示该气体传感器处于零状态，
0＜RAT≤0.25表示该气体传感器处于低不确定状态，
0.25＜RAT≤0.55表示该气体传感器处于确定状态，
0.55＜RAT≤0.8表示该气体传感器处于高不确定状态，
0.8＜RAT≤1表示该气体传感器处于异常状态；
S2：统计处于低不确定状态和高不确定状态的气体传感器数量，如果处于低不确定状态和高不确定状态的气体传感器数量占第一气体传感器阵列中所有气体传感器数量的比例超过50％，则执行步骤S1重新检测，否则执行步骤S3；
S3：统计处于异常状态的气体传感器数量，如果处于异常状态的气体传感器数量占第一气体传感器阵列中所有气体传感器数量的比例超过20％，则判断第一气体传感器阵列出现故障，否则执行步骤S4；
S4：统计处于确定状态的气体传感器，处于确定状态的气体传感器所检测的气体类型就是实验室泄漏的气体类型。
作为优选，气体检测装置检测是否出现危险气体泄漏的方法还包括以下步骤：
S5：计算每个处于确定状态的气体传感器所检测到的泄漏气体浓度；
计算某个处于确定状态的气体传感器所检测到的泄漏气体浓度的方法如下：
将该处于确定状态的气体传感器检测的数据输入如下公式：
Figure BDA0002014120570000061
其中，对于具有n分量的x的诱导函数如下：
Figure BDA0002014120570000062
其中，V(x)为非线性对称势函数，φ(t)为诱导信号，其自相关函数为：
Figure BDA0002014120570000065
α是周期性信号强度，f0是缺省频率，D是诱导信号强度，μn是变量xn的势能参考量，λ是初始相位，系统势能高度为
Figure BDA0002014120570000063
由公式(1)、公式(2)推导出：
Figure BDA0002014120570000064
在α＝D＝0的条件下，系统在
Figure BDA0002014120570000071
处有两个稳态，在零噪声状态下，系统跃迁临界值约为
Figure BDA0002014120570000072
在噪声的作用下，即使α小于系统跃迁临界值，质点仍可在两个稳态之间跃迁，跃迁的置信系数Tx为：
Figure BDA0002014120570000073
根据公式(3)，以诱导信号强度D为横坐标，置信系数Tx为纵坐标建立直角坐标系，绘制置信系数曲线，确定置信系数曲线中的最大值，将置信系数曲线上位于最大值左右两侧的纵坐标数值为最大值90％的点作为辅助特征点，这两个辅助特征点的分别向X轴做垂线，将这两个垂线、两个辅助特征点连线及X轴包络的矩形面积作为特征值，并计算出该特征值，根据该特征值从预先设置的该气体传感器对应的特征值-气体浓度表中查找出对应的气体浓度，从而得到该气体传感器检测到的对应泄漏气体的气体浓度。
本发明的有益效果是：能够及时检测实验室泄漏的有毒有害气体，并发出报警，保障实验室中操作人员的人身安全。
附图说明
图1是实施例的结构示意图；
图2是气体传感器阵列的局部结构示意图；
图3是传感器接口电路板的结构示意图；
图4是一种置信系数曲线示意图。
图中：1、监控中心，2、控制器，3、报警模块，4、无线通信模块，5、微处理器，6、信号采集卡，7、第一气室，8、第二气室，9、第一气体传感器阵列，10、第二气体传感器阵列，11、传感器接口电路板，12、传感器敏感膜，13、气体传感器，14、阻抗谱检测仪，15、人体感应器，16、通风系统，17、惰性气体气源，18、第一气泵，19、第二气泵。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种实验室用气安全预警系统，如图1、图2、图3所示，包括监控中心1和设置在每个实验室的检测系统，检测系统包括控制装置和设置在实验室内不同位置的若干个气体检测装置，控制装置包括控制器2、报警模块3和无线通信模块4，气体检测装置包括微处理器5和采集装置，采集装置包括信号采集卡6、第一气室7、封闭的第二气室8、惰性气体气源17、第一气泵18和第二气泵19，第一气室7内设有第一气体传感器阵列9，第一气室7上设有第一进气孔、第二进气孔和出气孔，第一气泵18的出气口与第一进气孔连接，惰性气体气源17与第二气泵19的进气口连接，第二气泵19的出气口与第二进气孔连接，第二气室8内设有第二气体传感器阵列10，第二气室内充有温度为25℃、标准大气压的空气，信号采集卡6分别与第一气体传感器阵列9、第二气体传感器阵列10、微处理器5电连接，微处理器5还分别与第一气泵18和第二气泵19电连接，控制器2分别与微处理器5、报警模块3和无线通信模块4电连接，无线通信模块4通过无线网络与监控中心1无线连接。
第一气体传感器阵列9和第二气体传感器阵列10结构相同，包括传感器接口电路板11、传感器敏感膜12和六个气体传感器13，传感器敏感膜12盖在传感器接口电路板11上并与传感器接口电路板11形成空腔，气体传感器13设置在空腔内并与传感器接口电路板11连接，采集装置还包括用于检测传感器敏感膜12阻抗的阻抗谱检测仪14，阻抗谱检测仪14与微处理器5电连接。
六个气体传感器13包括MQ-135传感器、ME3-C7H8传感器、ME4-C6H6传感器、ME-C8H10传感器、ME2-CH2O传感器、MQK3传感器。MQ-135传感器用于检测氨气、硫化物、苯系蒸汽；ME3-C7H8传感器用于检测甲苯，ME4-C6H6传感器用于检测苯，ME-C8H10传感器用于检测对二甲苯，ME2-CH2O传感器用于检测甲醛，MQK3传感器用于检测乙醇。
在本方案中，检测系统检测所在实验室是否出现危险气体泄漏，当出现危险气体泄漏时，报警模块报警，并通过无线通信模块发送报警信息到监控中心。
传感器敏感膜可以去除空气中灰尘、杂质颗粒、水蒸气等干扰因素。同时，该敏感膜在吸收了水蒸气之后，检测其自身的阻抗变化，与空气湿度建立起关联性，根据其阻抗变化感知空气湿度，为传感器阵列的检测提供湿度校正信息。
气体检测装置进行检测时，先控制第一气泵将惰性气体充入第一气室内进行清洗，使得第一气体传感器阵列的响应基线恢复到0的位置，避免传感器响应基线漂移所引起的误差，然后控制第一气泵停止工作，控制第二气泵将外界气体充入第一气室内供第一气体传感器阵列检测。第一气体传感器阵列用于检测有毒有害气体，信号采集卡采集第一气体传感器阵列检测到的信号并发送到微处理器，微处理器分析后得到实验室内泄漏的有毒有害气体类型和浓度，并将结果发送到控制器。
为了提高检测精度，还设置了第二气体传感器阵列检测的信号作为参考信号。第二气体传感器阵列工作环境是封闭的，其工作环境为温度25℃、标准大气压的空气，提供基准响应参考。
检测系统还包括用于检测实验室内是否有人的人体感应器15，人体感应器15与控制器2电连接。人体感应器用于检测实验室内是否有人，当实验室内有人时，该实验室内的检测系统实时检测该实验室是否出现危险气体泄漏，当实验室没有人时，该实验室内的检测系统每间隔设定的时间检测一次是否出现危险气体泄漏，节省能源。
控制器2还与实验室的通风系统16电连接。当检测到某个实验室出现危险气体泄漏时，控制该实验室的通风系统工作，将实验室内的气体排出到实验室外。
本实施例的一种实验室用气安全预警方法，用于上述的一种实验室用气安全预警系统，包括以下步骤：
检测系统通过气体检测装置检测所在实验室是否出现危险气体泄漏，当出现危险气体泄漏时，报警模块报警，并通过无线通信模块发送报警信息到监控中心；
气体检测装置检测是否出现危险气体泄漏的方法如下：
S1：采集第一气体传感器阵列的检测数据，第二气体传感器阵列的检测数据，将第一气体传感器阵列中的每个气体传感器的响应值与第二气体传感器阵列中的相同气体传感器的响应值进行处理，得到第一气体传感器阵列中的每个气体传感器对应的传感器响应动量比RAT；
计算第一气体传感器阵列中某个气体传感器对应的传感器响应动量比RAT的公式如下：
Figure BDA0002014120570000111
其中，RES11为第一气体传感器阵列的该气体传感器的响应值，RES01为第二气体传感器阵列的相同气体传感器的响应值，
RAT＝0表示该气体传感器处于零状态，
0＜RAT≤0.25表示该气体传感器处于低不确定状态，
0.25＜RAT≤0.55表示该气体传感器处于确定状态，
0.55＜RAT≤0.8表示该气体传感器处于高不确定状态，
0.8＜RAT≤1表示该气体传感器处于异常状态；
S2：统计处于低不确定状态和高不确定状态的气体传感器数量，如果处于低不确定状态和高不确定状态的气体传感器数量占第一气体传感器阵列中所有气体传感器数量的比例超过50％，则执行步骤S1重新检测，否则执行步骤S3；
S3：统计处于异常状态的气体传感器数量，如果处于异常状态的气体传感器数量占第一气体传感器阵列中所有气体传感器数量的比例超过20％，则判断第一气体传感器阵列出现故障，否则执行步骤S4；
S4：统计处于确定状态的气体传感器，处于确定状态的气体传感器所检测的气体类型就是实验室泄漏的气体类型；
S5：计算每个处于确定状态的气体传感器所检测到的泄漏气体浓度；
计算某个处于确定状态的气体传感器所检测到的泄漏气体浓度的方法如下：
将该处于确定状态的气体传感器检测的数据输入如下公式：
Figure BDA0002014120570000121
其中，对于具有n分量的x的诱导函数如下：
Figure BDA0002014120570000122
其中，V(x)为非线性对称势函数，φ(t)为诱导信号，其自相关函数为：
Figure BDA0002014120570000124
α是周期性信号强度，f0是缺省频率，D是诱导信号强度，μn是变量xn的势能参考量(每一个x分量对应有一个μ)，λ是初始相位(取值为0.45～0.6)，系统势能高度为
Figure BDA0002014120570000123
由公式(1)、公式(2)推导出：
Figure BDA0002014120570000131
在α＝D＝0的条件下，系统在
Figure BDA0002014120570000132
处有两个稳态，在零噪声状态下，系统跃迁临界值约为
Figure BDA0002014120570000133
在噪声的作用下，即使α小于系统跃迁临界值，质点仍可在两个稳态之间跃迁，跃迁的置信系数Tx为：
Figure BDA0002014120570000134
根据公式(3)，以诱导信号强度D为横坐标，置信系数Tx为纵坐标建立直角坐标系，绘制置信系数曲线，确定置信系数曲线中的最大值，将置信系数曲线上位于最大值左右两侧的纵坐标数值为最大值90％的点作为辅助特征点，这两个辅助特征点的分别向X轴做垂线，将这两个垂线、两个辅助特征点连线及X轴包络的矩形面积作为特征值，并计算出该特征值，根据该特征值从预先设置的该气体传感器对应的特征值-气体浓度表中查找出对应的气体浓度，从而得到该气体传感器检测到的对应泄漏气体的气体浓度。例如MQ-135传感器在某次检测中对应的置信系数曲线如图4所示。

Claims (8)

1.一种实验室用气安全预警系统，其特征在于，包括监控中心(1)和设置在每个实验室的检测系统，所述检测系统包括控制装置和设置在实验室内不同位置的若干个气体检测装置，所述控制装置包括控制器(2)、报警模块(3)和无线通信模块(4)，所述气体检测装置包括微处理器(5)和采集装置，所述采集装置包括信号采集卡(6)、第一气室(7)和封闭的第二气室(8)，所述第一气室(7)内设有第一气体传感器阵列(9)，所述第一气室(7)上设有第一进气孔和出气孔，所述第二气室(8)内设有第二气体传感器阵列(10)，所述第二气室(8)内充有温度为25℃、标准大气压的空气，所述信号采集卡(6)分别与第一气体传感器阵列(9)、第二气体传感器阵列(10)、微处理器(5)电连接，所述控制器(2)分别与微处理器(5)、报警模块(3)和无线通信模块(4)电连接，所述无线通信模块(4)通过无线网络与监控中心(1)无线连接；
包括以下步骤：
检测系统通过气体检测装置检测所在实验室是否出现危险气体泄漏，当出现危险气体泄漏时，报警模块报警，并通过无线通信模块发送报警信息到监控中心；
气体检测装置检测是否出现危险气体泄漏的方法如下：
S1：采集第一气体传感器阵列的检测数据，第二气体传感器阵列的检测数据，将第一气体传感器阵列中的每个气体传感器的响应值与第二气体传感器阵列中的相同气体传感器的响应值进行处理，得到第一气体传感器阵列中的每个气体传感器对应的传感器响应动量比RAT；
计算第一气体传感器阵列中某个气体传感器对应的传感器响应动量比RAT的公式如下：
Figure FDA0003059802790000021
其中，RES11为第一气体传感器阵列的该气体传感器的响应值，
RES01为第二气体传感器阵列的相同气体传感器的响应值，
RAT＝0表示该气体传感器处于零状态，
0＜RAT≤0.25表示该气体传感器处于低不确定状态，
0.25＜RAT≤0.55表示该气体传感器处于确定状态，
0.55＜RAT≤0.8表示该气体传感器处于高不确定状态，
0.8＜RAT≤1表示该气体传感器处于异常状态；
S2：统计处于低不确定状态和高不确定状态的气体传感器数量，如果处于低不确定状态和高不确定状态的气体传感器数量占第一气体传感器阵列中所有气体传感器数量的比例超过50％，则执行步骤S1重新检测，否则执行步骤S3；
S3：统计处于异常状态的气体传感器数量，如果处于异常状态的气体传感器数量占第一气体传感器阵列中所有气体传感器数量的比例超过20％，则判断第一气体传感器阵列出现故障，否则执行步骤S4；
S4：统计处于确定状态的气体传感器，处于确定状态的气体传感器所检测的气体类型就是实验室泄漏的气体类型。
2.根据权利要求1所述的一种实验室用气安全预警系统，其特征在于，所述第一气体传感器阵列(9)和第二气体传感器阵列(10)结构相同，包括传感器接口电路板(11)、传感器敏感膜(12)和多个气体传感器(13)，所述传感器敏感膜(12)盖在传感器接口电路板(11)上并与传感器接口电路板(11)形成空腔，所述气体传感器(13)设置在空腔内并与传感器接口电路板(11)连接，所述采集装置还包括用于检测传感器敏感膜(12)阻抗的阻抗谱检测仪(14)，所述阻抗谱检测仪(14)与微处理器(5)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种实验室用气安全预警系统，其特征在于，所述多个气体传感器(13)包括MQ-135传感器、ME3-C7H8传感器、ME4-C6H6传感器、ME-C8H10传感器、ME2-CH2O传感器、MQK3传感器。
4.根据权利要求1所述的一种实验室用气安全预警系统，其特征在于，所述检测系统还包括用于检测实验室内是否有人的人体感应器(15)，所述人体感应器(15)与控制器(2)电连接。
5.根据权利要求1所述的一种实验室用气安全预警系统，其特征在于，所述控制器还与实验室的通风系统电连接。
6.根据权利要求1所述的一种实验室用气安全预警系统，其特征在于，所述采集装置还包括惰性气体气源(17)、第一气泵(18)和第二气泵(19)，所述第一气室(7)上还设有第二进气孔，所述第一气泵(18)的出气口与第一进气孔连接，所述惰性气体气源(17)与第二气泵(19)的进气口连接，所述第二气泵(19)的出气口与第二进气孔连接，所述微处理器(5)分别与第一气泵(18)和第二气泵(19)电连接。
7.一种实验室用气安全预警方法，使用一种实验室用气安全预警系统，其特征在于，实验室用气安全预警系统包括监控中心(1)和设置在每个实验室的检测系统，所述检测系统包括控制装置和设置在实验室内不同位置的若干个气体检测装置，所述控制装置包括控制器(2)、报警模块(3)和无线通信模块(4)，所述气体检测装置包括微处理器(5)和采集装置，所述采集装置包括信号采集卡(6)、第一气室(7)和封闭的第二气室(8)，所述第一气室(7)内设有第一气体传感器阵列(9)，所述第一气室(7)上设有第一进气孔和出气孔，所述第二气室(8)内设有第二气体传感器阵列(10)，所述第二气室(8)内充有温度为25℃、标准大气压的空气，所述信号采集卡(6)分别与第一气体传感器阵列(9)、第二气体传感器阵列(10)、微处理器(5)电连接，所述控制器(2)分别与微处理器(5)、报警模块(3)和无线通信模块(4)电连接，所述无线通信模块(4)通过无线网络与监控中心(1)无线连接；
包括以下步骤：
检测系统通过气体检测装置检测所在实验室是否出现危险气体泄漏，当出现危险气体泄漏时，报警模块报警，并通过无线通信模块发送报警信息到监控中心；
气体检测装置检测是否出现危险气体泄漏的方法如下：
S1：采集第一气体传感器阵列的检测数据，第二气体传感器阵列的检测数据，将第一气体传感器阵列中的每个气体传感器的响应值与第二气体传感器阵列中的相同气体传感器的响应值进行处理，得到第一气体传感器阵列中的每个气体传感器对应的传感器响应动量比RAT；
计算第一气体传感器阵列中某个气体传感器对应的传感器响应动量比RAT的公式如下：
Figure FDA0003059802790000051
其中，RES11为第一气体传感器阵列的该气体传感器的响应值，
RES01为第二气体传感器阵列的相同气体传感器的响应值，
RAT＝0表示该气体传感器处于零状态，
0＜RAT≤0.25表示该气体传感器处于低不确定状态，
0.25＜RAT≤0.55表示该气体传感器处于确定状态，
0.55＜RAT≤0.8表示该气体传感器处于高不确定状态，
0.8＜RAT≤1表示该气体传感器处于异常状态；
S2：统计处于低不确定状态和高不确定状态的气体传感器数量，如果处于低不确定状态和高不确定状态的气体传感器数量占第一气体传感器阵列中所有气体传感器数量的比例超过50％，则执行步骤S1重新检测，否则执行步骤S3；
S3：统计处于异常状态的气体传感器数量，如果处于异常状态的气体传感器数量占第一气体传感器阵列中所有气体传感器数量的比例超过20％，则判断第一气体传感器阵列出现故障，否则执行步骤S4；
S4：统计处于确定状态的气体传感器，处于确定状态的气体传感器所检测的气体类型就是实验室泄漏的气体类型。
8.根据权利要求7所述的一种实验室用气安全预警方法，其特征在于，气体检测装置检测是否出现危险气体泄漏的方法还包括以下步骤：
S5：计算每个处于确定状态的气体传感器所检测到的泄漏气体浓度；
计算某个处于确定状态的气体传感器所检测到的泄漏气体浓度的方法如下：
将该处于确定状态的气体传感器检测的数据输入如下公式：
Figure FDA0003059802790000061
其中，对于具有n分量的x的诱导函数如下：
Figure FDA0003059802790000062
其中，V(x)为非线性对称势函数，φ(t)为诱导信号，其自相关函数为：
Figure FDA0003059802790000063
α是周期性信号强度，f0是缺省频率，D是诱导信号强度，μn是变量xn的势能参考量，λ是初始相位，系统势能高度为
Figure FDA0003059802790000064
由公式(1)、公式(2)推导出：
Figure FDA0003059802790000071
在α＝D＝0的条件下，系统在
Figure FDA0003059802790000072
处有两个稳态，在零噪声状态下，系统跃迁临界值约为
Figure FDA0003059802790000073
在噪声的作用下，即使α小于系统跃迁临界值，质点仍可在两个稳态之间跃迁，跃迁的置信系数Tx为：
Figure FDA0003059802790000074
根据公式(3)，以诱导信号强度D为横坐标，置信系数Tx为纵坐标建立直角坐标系，绘制置信系数曲线，确定置信系数曲线中的最大值，将置信系数曲线上位于最大值左右两侧的纵坐标数值为最大值90％的点作为辅助特征点，这两个辅助特征点的分别向X轴做垂线，将这两个垂线、两个辅助特征点连线及X轴包络的矩形面积作为特征值，并计算出该特征值，根据该特征值从预先设置的该气体传感器对应的特征值-气体浓度表中查找出对应的气体浓度，从而得到该气体传感器检测到的对应泄漏气体的气体浓度。
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CN101799351A (zh) * 2010-03-01 2010-08-11 东莞市品冠检测科技有限公司 一种泄漏检测方法及其系统
CN103336005A (zh) * 2013-06-27 2013-10-02 浙江工商大学 冷冻条件下虾蛄新鲜度快速分析方法
CN103424431A (zh) * 2013-08-01 2013-12-04 浙江工商大学 一种大米霉变快速检测装置和方法
CN103698371B (zh) * 2013-11-28 2016-01-06 浙江理工大学 一种基于自适应随机共振的低浓度气体检测方法
CN104132967B (zh) * 2014-06-20 2016-12-07 浙江理工大学 一种基于双阈值随机共振的低浓度气体检测方法
CN106269768A (zh) * 2015-05-25 2017-01-04 上海琨聚电子科技有限公司 一种实验室变风量通风柜
CN105136985B (zh) * 2015-08-12 2017-01-18 浙江工商大学 实验环境中挥发苯气体浓度检测系统和检测方法
CN105158416B (zh) * 2015-08-12 2017-03-08 浙江工商大学 实验环境中挥发二甲苯检测系统及方法
CN105414142A (zh) * 2016-01-07 2016-03-23 广州机施建设集团有限公司 实验室压差控制系统及其安装方法
CN106839265A (zh) * 2016-12-23 2017-06-13 苏州安飞荣工业科技有限公司 一种智能控制空气净化系统及其控制方法
CN206671291U (zh) * 2017-03-30 2017-11-24 北京燕山和成节能环保工程技术有限公司 一种气体检测装置
CN107632630A (zh) * 2017-08-15 2018-01-26 卡达克机动车质量检验中心(宁波)有限公司 一种实验室内有毒气体监控处理系统
CN109030566B (zh) * 2018-07-03 2021-01-19 浙江农林大学 一种实验室气体泄漏诊断装置及方法

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