CN110573869B - 用于使用电化学阻抗谱来评估有毒气体传感器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开的系统和方法使得能够实现对有毒气体传感器的评估、验证和测试，而不需要目标气体气瓶。用于在宽的频率范围上测试有毒气体传感器的系统和方法促进对传感器性能的潜在机制的评估和诊断。本公开的系统和方法可以被并入便携式气体感测装备以用于现场诊断。

Description

用于使用电化学阻抗谱来评估有毒气体传感器的系统和方法

要求优先权

本申请要求于2017年10月24日提交的美国非临时申请号15/791,557（ISCI-0041-U01）的优先权。本申请要求于2017年8月3日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOREVALUATEING TOXIC GAS SENSORS USING ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE SPECTROSCOPY（用于使用电化学阻抗谱来评估有毒气体传感器的系统和方法）”的美国临时申请号62/540,733（ISCI-0041-P01）的优先权。

在此将上面提到的专利申请通过引用整体合并于此。

背景技术

领域：

本公开涉及有毒气体传感器的领域，并且特别地涉及对有毒气体传感器的有效校准和验证。

相关领域的描述：

出于安全和环境目的，已经在工业中广泛地使用有毒气体传感器来检测并且监测有毒气体或蒸汽的存在。有毒气体传感器可以提供对潜在有毒状况的早期警告，以在危险情况发生之前对生命和财产进行保护。

在不同类型的气体传感器中使用各种气体感测技术，诸如热传导传感器、红外（IR）传感器、电化学、半导体（MOS）传感器以及催化珠（或载体催化元件（pellistor））传感器。

确保电化学气体传感器在气体监测仪器中正确地工作是必要的。当前，用于完成这件事的程序要求将目标气体施加到传感器。然后，监测传感器的输出，并且评价传感器的功能。施加目标气体要求特定的气体输送系统，其通常由目标气体的高压气瓶、一定数量的管道、流量和压力调节器、以及与仪器接合的歧管构成。

作为替选，存在电气地测试传感器而不是将目标气体施加到传感器的一些技术，诸如在美国专利号6,428,684 B1、US 7,959,777 B2以及US 7,413,645 B2中描述的那样。然而，这些方法聚焦于仅测试传感器的一方面，并且不允许传感器被完全表征。进一步来说，存在将不会被这些当前测试技术检测到的传感器可能发生故障的许多方式。

现存的测试系统已经试图借助于将单个频率非常低的脉冲施加到传感器的对电极并观察在其从脉冲恢复时工作电极的响应来诊断传感器性能。通过仔细地测量来自脉冲的响应，可以确定传感器的视在电阻和视在电容。基于视在电阻和视在电容，可以确定传感器的灵敏度。

然而，电阻和电容的这些测量是在非常低的频率处完成的，并且没有精确地表征传感器的性能。因为电化学传感器不是真正的电容器和电阻器，所以像这样对它们进行建模可能会引入一定程度的误差。在单个脉冲测量的情况下，这些误差使得可能无法表示传感器化学作用的各个方面。测量传感器对单个或频率非常低的扰动的响应可能无法提供足够的数据来在由于电解质中的扩散而引起的视在电容和在电极/电解质界面的表面处的双层电容之间进行区分。类似地，不能从电极极化电阻中区分出电解质电阻。

例如，在一氧化碳（CO）电化学传感器中，灵敏度可能随着温度并且随着湿度的改变而改变。当用单个脉冲或频率非常低的脉冲进行测试时，这两种影响都可能造成视在电容和视在电阻的偏移。然而，温度上的改变可能仅造成电解质电阻上的改变，而湿度上的改变可能主要造成极化电阻上的改变；除非在将会影响极化电阻和电解质电阻这两者的湿度极低的情况下。湿度上的下降和温度上的下降这两者将会造成传感器失去灵敏度并且增加响应时间。这两者都是不想要的。然而，长时间暴露在潮湿中可能引起对传感器的长期损害，这可能意味着传感器需要被替换。进一步来说，温度上的下降仅需要被补偿并且对于传感器功能而言不会构成特别的问题。因为温度和湿度的改变可能会造成视在电阻和视在电容在低频下的相同偏移，所以先前的技术将不能在这两种现象之间进行区分。作为结果，不能采取合适的校正动作。

当前的系统在低频下或响应于单个脉冲评估传感器的动态行为。这看起来是合适的，因为典型的电化学传感器对其目标气体的响应时间是在几秒至几十秒之间，并且因此在典型地小于10Hz的低频下测试传感器。然而，通过在更高的频率处研究传感器的性能可以获得与传感器相关的附加信息。

仍然需要一种系统，以充分地测试和表征电化学气体传感器，并且精确地诊断传感器故障的特定原因，而不需要将目标校准气体施加到传感器。

发明内容

本公开的系统和方法可以对有毒气体传感器进行验证和测试，而不需要带有诸如气瓶和管道的随附气体输送装备的目标气体。用于在宽的频率范围上测试有毒气体传感器的系统和方法有利于对传感器性能潜在机制的评估和诊断。本公开的系统和方法可以被并入便携式气体感测装备中以用于现场诊断。

本公开描述一种使用电化学阻抗谱来评估有毒气体传感器的系统，根据本公开的一个公开的非限制性实施例，所述系统可以包括：电压波形发生器，其被电连接到恒电位仪电路，电压波形发生器使得能够将小幅度的电压正弦波输入到有毒气体传感器的参考电极中；电流测量电路，其被电连接到有毒气体传感器，电流测量电路使得能够测量响应于输入的在有毒气体传感器的对电极处的幅度和相位；以及微控制器，其被电连接到电压波形发生器和电流测量电路，其中微控制器使电压波形发生器生成在频率范围上的一系列电压正弦波，并且使电流测量电路测量在每个频率处的有毒气体传感器响应，并且其中微控制器对有毒气体传感器的频率响应进行分析。

本公开描述一种使用电化学阻抗谱来评估有毒气体传感器的系统，根据本公开的一个公开的非限制性实施例，所述系统可以包括：恒电位仪电路，其被电连接到有毒气体传感器；电压波形发生器，其被电连接到恒电位仪电路，电压波形发生器使得能够将小幅度的电压正弦波输入到有毒气体传感器的参考电极中；电流测量电路，其被电连接到有毒气体传感器，电流测量电路使得能够测量响应于输入的在有毒气体传感器的对电极处的幅度和相位；以及微控制器，其被电连接到电压波形发生器和电流测量电路，其中微控制器使电压波形发生器生成在频率范围上的一系列电压正弦波，并且使电流测量电路测量在每个频率处的有毒气体传感器响应，并且其中微控制器分析有毒气体传感器的频率响应。

本公开描述一种使用电化学阻抗谱来评估有毒气体传感器的系统，根据本公开的一个公开的非限制性实施例，系统可以包括：恒电流仪电路，其被电连接到有毒气体传感器；电流波形发生器，其被电连接到恒电流仪电路，电流波形发生器使得能够将小幅度的电流正弦波输入到有毒气体传感器的参考电极中；电压测量电路，其被电连接到有毒气体传感器，电压测量电路使得能够测量响应于输入的在有毒气体传感器的对电极处的幅度和相位；以及微控制器，其被电连接到电流波形发生器和电压测量电路，其中微控制器使电流波形发生器生成在频率范围上的一系列电流正弦波，并且使电压电流测量电路测量在每个频率处的有毒气体传感器响应，并且其中微控制器对有毒气体传感器的频率响应进行分析。

本公开描述一种自诊断有毒气体传感器系统，根据本公开的一个公开的非限制性实施例，所述系统可以包括：有毒气体传感器；恒电位仪电路，其被电连接到有毒气体传感器；电压波形发生器，其被电连接到恒电位仪电路，电压波形发生器使得能够将小幅度的电压正弦波输入到有毒气体传感器的参考电极中；电流测量电路，其被电连接到有毒气体传感器，电流测量电路使得能够测量响应于输入的在有毒气体传感器的工作电极处的幅度和相位；以及微控制器，其被电连接到电压波形发生器和电流测量电路，其中微控制器使电压波形发生器生成在频率范围上的一系列电压正弦波，并且使电流测量电路测量在每个频率处的有毒气体传感器响应，并且其中微控制器分析有毒气体传感器的频率响应以对有毒气体传感器的状况进行诊断。

本公开描述一种评估有毒气体电化学传感器的系统，根据本公开的一个公开的非限制性实施例，所述系统可以包括：恒电位仪电路，其被电连接到有毒气体电化学传感器；电压波形发生器，其被电连接到恒电位仪电路，并且使得能够将在多个所选择的频率处的电压正弦波施加到有毒气体电化学传感器的参考电极；电流测量电路，其被电连接到有毒气体电化学传感器，以用于测量响应于所施加的电压正弦波的通过有毒气体电化学传感器的电流的幅度和相位；以及微控制器，其被电连接到电压波形发生器和测量电路，其中微控制器控制电压波形发生器，接收指示在多个所选择的频率中的每个处的通过有毒气体电化学传感器的电流的幅度和相位的来自电流测量电路的对应输出，并且分析来自电流测量电路的输出以确定与有毒气体电化学传感器的功能相关的信息。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中所施加的电压正弦波的幅度在5mV至50mV的范围之内。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中所施加的电压正弦波的幅度在其中有毒气体电化学传感器以线性方式响应的范围之内。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中多个所选择的频率在0.1Hz至1MHz的频率范围之内。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中多个所选择的频率包括以不等同的增量与彼此间隔开的至少一些相继的频率。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中对输出进行分析包括计算对应于在多个所选择的频率中的每个处的电流或电压测量的实部阻抗和虚部阻抗，得到计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中对输出进行分析进一步包括将计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗的奈奎斯特图与参考实部阻抗和参考虚部阻抗的参考奈奎斯特图进行比较。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中通过在频率范围上测量新校准的有毒气体传感器来获得参考实部阻抗和参考虚部阻抗。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中对输出进行分析进一步包括评估所计算的阻抗的奈奎斯特图的特征的位置与参考阻抗的参考奈奎斯特图的特征的位置中的差异。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中如果通过分析输出来识别有毒气体电化学传感器中的功能性改变，则微控制器执行如下中的至少一个：更新针对有毒气体电化学传感器的校准、更新针对与有毒气体电化学传感器相关联的一件装备的校准、禁用与有毒气体电化学传感器相关联的一件装备、以及警告用户。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中有毒气体电化学传感器是一氧化碳传感器、氨气电化学传感器、硫化氢传感器、以及氧气传感器中的一个。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中有毒气体电化学传感器是具有参考电极、工作电极、和对电极的三电极传感器。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中电流测量电路被连接到工作电极或对电极。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中有毒气体电化学传感器包括两个或四个电极端子。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中有毒气体电化学传感器是包括工作电极和参考电极的双电极端子传感器，其中参考电极是组合对电极/参考电极。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中有毒气体电化学传感器是能够检测至少两种不同的可检测气体的四电极传感器，其中四电极传感器包括参考电极、对电极、以及至少两个工作电极，其中至少两个工作电极中的每个对应于所述至少两种不同的可检测气体中的相应的一种。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中电流测量电路包括至少两个电流测量电路，其中至少两个电流测量电路中的每个测量在所述至少两个工作电极中的相应的一个处的电流。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中与有毒气体电化学传感器的功能相关的信息包括关于有毒气体电化学传感器的体电解质电阻上的改变、有毒气体电化学传感器内的离子扩散自由度上的改变、或电极/电解质界面的有效极化阻抗上的改变的信息。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中与有毒气体电化学传感器的功能相关的信息包括关于有毒气体电化学传感器的灵敏度上的改变或有毒气体电化学传感器的响应时间上的改变的信息。

本公开描述一种使用电化学阻抗谱来评估有毒气体电化学传感器的方法，根据本公开的一个公开的非限制性实施例的系统可以包括：将在多个所选择的频率处的电流正弦波或电压正弦波施加到有毒气体传感器的参考电极，测量对应于多个所选择的频率中的每个的有毒气体传感器的电压响应或电流响应以及分析在多个所选择的频率上的所测量的电压响应或所测量的电流响应，以确定与有毒气体传感器的功能相关的信息。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下方法：其中分析所测量的电压响应或所测量的电流响应包括计算针对多个所选择的频率中的每个的实部阻抗和虚部阻抗，得到计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下方法：其中分析所测量的电压响应或所测量的电流响应进一步包括针对多个关键的频率将计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗与参考实部阻抗和参考虚部阻抗进行比较。

本公开描述一种评估有毒气体电化学传感器的系统，根据本公开的一个公开的非限制性实施例的系统可以包括：恒电流仪电路，其被电连接到有毒气体电化学传感器；电流波形发生器，其被连接到恒电流仪电路，并且使得能够将在多个所选择的频率处的电流正弦波施加到有毒气体电化学传感器的参考电极；电压测量电路，其被电连接到有毒气体电化学传感器，以用于测量响应于所施加的电流正弦波的跨有毒气体电化学传感器的电压的幅度和相位；以及微控制器，其被电连接到电流波形发生器和测量电路，其中微控制器控制电流波形发生器，接收指示在多个所选择的频率中的每个处的跨有毒气体电化学传感器的电压的幅度和相位的来自电压测量电路的对应输出，并且分析所述输出以确定与有毒气体电化学传感器的功能相关的信息。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中所施加的电流正弦波的幅度在1nA至1mA的范围之内。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中多个所选择的频率在0.1Hz至1MHz的频率范围之内。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中对输出进行分析包括计算对应于在多个所选择的频率中的每个处的电流或电压测量的实部阻抗和虚部阻抗，以及将计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗的奈奎斯特图与参考实部阻抗和参考虚部阻抗的对应参考奈奎斯特图进行比较。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中与有毒气体电化学传感器的功能相关的信息包括关于有毒气体电化学传感器的体电解质电阻上的改变或有毒气体电化学传感器内的离子扩散自由度上的改变的信息。

本公开的前述实施例中的任何一个的进一步的实施例可以包括如下系统：其中与有毒气体电化学传感器的功能相关的信息包括关于有毒气体电化学传感器的灵敏度上的改变或有毒气体电化学传感器的响应时间上的改变的信息。

根据以下对优选实施例和附图的详细描述，本公开的这些或其它系统、方法、目标、特征、以及优点将本领域技术人员是明显的。

在此提到的所有文件通过引用整体被合并在本文中。除非另外明确地声明或可从文中清楚获知，否则对单数形式的项目的引用也应当被理解为包括复数形式的项目，并且反之亦然。除非另外声明或从上下文中可清楚或知，否则语法连词意图表达连接从句、句子、和词语等的任何以及所有转折和连接组合。

附图说明

通过参考以下各图，可以理解本公开及其某些实施例的以下详细描述：

图1A描绘针对示例性三电极气体传感器的测试系统实施例；

图1B描绘针对示例性三电极气体传感器的另一测试系统实施例；

图2A描绘针对示例性四电极气体传感器的测试系统实施例；

图2B描绘针对示例性双电极气体传感器的测试系统实施例；

图2C描绘针对示例性双电极气体传感器的另一测试系统实施例；

图3描绘针对示例性三电极气体传感器的测试系统实施例，并且其包括恒电流仪电路；

图4描绘示出在两个不同的湿度条件下的一氧化碳传感器响应的奈奎斯特图；

图5描绘示出在两个不同的湿度条件下的第二一氧化碳传感器响应的奈奎斯特图；

图6描绘在图2的系统上测量的一氧化碳传感器的奈奎斯特图；

图7描绘示出在五个不同的温度条件下的一氧化碳传感器响应的奈奎斯特图；

图8描绘示出氧气传感器响应的奈奎斯特图；

图9描绘示出硫化氢传感器响应的奈奎斯特图；

图10描绘示出氨气传感器响应的奈奎斯特图。

具体实施方式

所描述的系统使得传感器功能能够被确定，而不需要将目标气体的高压气瓶施加到传感器。系统通过将特定的电刺激施加到传感器并且测量传感器响应来进行操作。这使得传感器功能检查能够被执行，而不需要经训练的人员施加目标气体并且确保气体输送装备正确地起作用。因此，传感器中的任何故障可以被检测，而不需要传统的气体测试装置。

如在图1A中示出的那样，测试系统的实施例的框图包括电化学传感器102，其包括对电极104、参考电极108以及工作电极110，其可以由恒电位仪电路112保持在稳定的操作点处，如在本领域中被已知的那样。电压波形发生器114可以将在诸如1MHz至0.1Hz的频率范围上的小幅度的电压正弦波馈送到恒电位仪电路112以及电化学传感器102中。在工作电极处由电流测量电路118来测量电化学传感器102对输入的正弦波的响应的电流幅度和相位。电压波形发生器114由微控制器120来控制。微控制器120从电流测量电路118取得测量值并且使用它们来计算在输入频率范围中的各种所选择的频率处的电化学传感器102的阻抗。

输入电压正弦波的幅度可以被选择为尽可能地大，同时仍然保持由有毒气体电化学传感器产生的线性响应。在实施例中，虽然用于测试的实际电压幅度特定于被测试的有毒气体电化学传感器，但是输入电压正弦波可以具有在5mV至50mV范围中的幅度。

图1B图示测试系统的另一实施例的框图，其中电化学传感器102包括对电极104、参考电极108以及工作电极110，电化学传感器102可以被恒电位仪电路112保持在稳定的操作点处，如在本领域中被已知的那样。电压波形发生器114被连接到恒电位仪电路112，以使得可以将诸如在从1MHz至0.1Hz的范围内的频率处的小幅度的电压正弦波注入到参考电极108中。在对电极104处测量电化学传感器102的电流幅度和相位响应并且由微控制器120进行分析。

图2A图示用于具有四个电极的电化学传感器102a的测试系统的另一实施例的框图，所述四个电极为：对电极104、参考电极108以及两个工作电极110a、110b。工作电极110a、110b中的每个可以由不同的材料组成，使得每个工作电极110a、110b对不同的有毒气体敏感。每个工作电极110a、110b会产生与其相应的目标气体成比例的电流。四电极传感器的一个示例是“COSH”传感器，其对CO（一氧化碳）和H2S（硫化氢）这两者灵敏。如在本领域中被已知的那样，可以由恒电位仪电路112a将电化学传感器102a保持在稳定的操作点处。电压波形发生器114被连接到恒电位仪电路112a，以使得可以将诸如在从1MHz至0.1Hz的范围内的频率处的小幅度的电压正弦波注入到参考电极108中。可以由电流测量电路118a、118b在每个工作电极110a、110b处测量电化学传感器102a对输入正弦波的响应的电流幅度和相位。电压波形发生器114由微控制器120来控制。微控制器120从针对工作电极110a、110b中的每个的电流测量电路118a、118b取得测量值，并且使用它们来计算针对不同的工作电极110a、110b的在输入频率范围中的各种频率处的电化学传感器102a的阻抗。

图2B图示针对具有组合对电极/参考电极105和工作电极110c的双电极电化学传感器102c的测试系统的另一实施例的框图，如在本领域中被已知的那样，所述双电极电化学传感器102c可以被恒电位仪电路112保持在稳定的操作点处。电压波形发生器114可以将诸如在1MHz至0.1Hz的频率范围上的小幅度的电压正弦波馈送到恒电位仪电路112中。在工作电极110c处由电流测量电路118来测量电化学传感器102c对输入正弦波的响应的电流幅度和相位。电压波形发生器114由微控制器120来控制。微控制器120从电流测量电路118取得测量值，并且使用它们来计算在输入频率范围中的各种频率处的电化学传感器102c的阻抗。

图2C图示用于具有组合对电极/参考电极105和工作电极110c的双电极电化学传感器102c的测试系统的另一实施例的框图，如在本领域中被已知的那样，可以由恒电位仪电路112将所述双电极电化学传感器102c保持在稳定的操作点处。电压波形发生器114可以将诸如在1MHz至0.1Hz的频率范围上的小幅度的电压正弦波馈送到恒电位仪电路112中。在组合对电极/参考电极105处由电流测量电路118测量电化学传感器102c对输入正弦波的响应的电流幅度和相位。电压波形发生器114由微控制器120来控制。微控制器120从电流测量电路118取得测量值，并且使用它们来计算在输入频率范围中的各种频率处的电化学传感器102c的阻抗。

如在图3的框图中示出的那样，由恒电流仪电路122将具有对电极104、参考电极108和工作电极110的电化学传感器102保持在稳定的操作点处，如本领域中已知的那样。电流波形发生器124被连接到恒电流仪电路122，以便可以将在范围从1MHz至0.1Hz的频率处的小幅度的电流正弦波馈送到电化学传感器102中。在对电极104处由电压测量电路128测量电化学传感器102的电压幅度和相位响应。电流波形发生器124由微控制器120来控制。微控制器120从电压测量电路128取得幅度和相位响应测量值，并且使用它们来计算在各种频率处的电化学传感器102的阻抗。

在图示的实施例中，由信号发生器（电流波形发生器或电压波形发生器）施加到电化学传感器102的信号是在幅度上足够小的，使得电化学传感器102以线性方式响应。这允许电化学传感器102从测试中快速恢复，并且重新开始正常操作。另外如果电化学传感器102响应变得非线性，则该响应可能将其他频率谐波引入到传感器响应中，使得对电化学传感器102的输出的分析不准确得多。

在实施例中，微控制器120对电化学传感器102的幅度和相位响应进行分析，并且针对在由波形发生器注入到电化学传感器102中的电压或电流的频率范围中的多个所选择的频率中的每个计算电化学传感器102的实部阻抗和虚部阻抗。基于对电化学传感器102的幅度和相位响应的分析，微控制器120可以应用使得其能够确定表示电化学传感器102的内部化学作用的各种参数的算法。这些参数可以被用于评价电化学传感器102的功能并且预测电化学传感器102的性能。

所描述的系统可以在个人防护装备或工具中采用。如果电化学传感器的性能被预测为偏离针对有毒气体传感器的类型的参考性能，则微控制器可以执行如下操作中的一个或多个：提供用于有毒气体传感器的校准文件；提供用于与有毒气体传感器相关联的个人防护装备或与有毒气体传感器相关联的工具的校准文件；向这件个人防护装备或工具的用户发布警告；要求用户采取一些校正动作，诸如校准传感器；记录有毒气体传感器的性能上的偏差；记录工具或该件防护装备的性能上的潜在偏差；关闭与有毒气体传感器相关联的一件装备；禁用有毒气体传感器等。

若干实验展示了电化学阻抗谱（EIS）谱响应与电化学传感器102性能之间的相关性。影响电化学传感器102的最显著的问题中的一个是长期暴露于低湿度环境；对于CO（一氧化碳）电化学传感器102而言尤其如此。长时段地暴露于低湿度环境可能造成CO传感器的灵敏度的降低以及响应时间上的增加。

在非限制性示例中，一组CO电化学传感器102被放置在具有大约40%相对湿度（RH）的湿度的环境中，并且被允许稳定14天。使用基于施加目标气体（在该情况下是一氧化碳）的传统测量技术来测量电化学传感器102的灵敏度和响应时间。然后使用与在图1中图示的相似的系统来测量电化学传感器102的EIS谱。

然后，电化学传感器102被放置在具有大约10%RH的湿度的环境中并且被允许稳定2周。然后使用基于施加目标气体（在该情况下是一氧化碳）的传统测量技术再次测量电化学传感器102的灵敏度和响应时间。然后使用图1的系统第二次测量电化学传感器102的EIS谱。

使用传统技术，包括用以偏置并且测量传感器的实验室恒电位仪和将已知浓度的气体施加到传感器的气体输送系统，由恒电位仪来测量传感器的响应。结果指示电化学传感器102的平均灵敏度下降大约14%，从在40%RH处的0.067uA/ppm的平均值下降到在10%RH处的0.064uA/ppm的平均值，而响应时间增加至三倍，从在从在40%RH处的大约11秒的平均值增加到在10%RH处的大约32秒的平均值。

在电化学传感器性能上的这些改变也反映在EIS谱中。奈奎斯特图（图4）示出当输入波形在从0.1Hz至1MHz的频率中变化时在10%RH处和在40%RH处针对电化学传感器102的阻抗测量值。图4的水平轴示出实部阻抗，而垂直通道示出虚部阻抗。在左边的示出为菱形的数据表示当电化学传感器102在40%RH处时取得的测量值，而在右边的示出为三角形的数据表示当电化学传感器102在10%RH处时取得的测量值。如可以在测量曲线中的向更高的阻抗的整体偏移中看到的那样，对图形的分析指示随着湿度从左手侧的40%RH下降到右手侧的10%RH，电化学传感器102的阻抗增加。如通过相对于在40%RH处的响应的半圆形部分402A的“直径”的在10%RH处的响应的半圆形部分402B的增加的“直径”所看出的那样，对两个图的半圆形部分402A、402B的相对“直径”的分析指示电极/电解质界面的有效极化阻抗随着湿度的下降而增加。类似地，在针对每个数据集的图上的最左边的点示出体电解质电阻也随着湿度下降而增加，因为在40%RH处的体电解质电阻是在10%处的体电解质电阻的近似一半。另外，在传感器内的离子扩散速率/自由度可以被看作在每个图的右侧的直线的斜率。在40%RH的图中，所述直线从在圆的端部处的波谷开始以大约45度的斜率上升。然后，所述直线在转折点404处增大其斜率，指示从自由扩散系统到有界扩散系统的改变。在10%RH的图中，在斜率上没有清楚的改变，看起来指示在自由扩散系统和有界扩散系统之间的边界不太清楚地限定。

图5的奈奎斯特图示出当输入波形针对在10%RH（三角形）处和在40%RH（菱形）处的不同CO电化学传感器102在从0.1Hz至1MHz的频率中变化时针对阻抗测量值的类似的特征。再一次地，对图形的分析指示电化学传感器102的阻抗随着湿度从左手侧的40%RH到右手侧的10%RH的下降而增加，如可以在测量值曲线向更高阻抗的整体偏移中看到的那样。对两个图的半圆形部分502A、502B的相对“直径”的分析指示电极/电解质界面的有效极化阻抗随着湿度的下降而增加，如通过相对于在40%RH处的响应的半圆形部分502A的“直径”的在10%RH处的响应的半圆形部分502B的增加的“直径”所看到的那样。

在不同的系统实施例中测量的电化学传感器102可能造成相似的响应曲线。奈奎斯特图（图6）示出当输入波形针对与在图4中测量的电化学传感器相同但是使用图2的系统测量的电化学传感器102在从0.1Hz至1MHz的频率中变化时的阻抗测量值。图形示出诸如由响应的“直径”602表示的电极/电解质界面的有效极化阻抗的类似特征。

奈奎斯特图（图7）示出当输入波形在范围从-30°摄氏度至+60°摄氏度的温度处针对CO电化学传感器102在从0.1Hz至1MHz的频率中变化时，在阻抗测量值上的改变。水平轴示出实部阻抗，而垂直通道示出虚部阻抗。如图示的那样，传感器在温度下降的情况下显示出增加的实部阻抗，如通过在702和704之间的最低水平的实部阻抗上的增加所示出的那样。

可以将所测量的阻抗的奈奎斯特图与在新校准时的相同传感器上测量的参考奈奎斯特图进行比较。可以在工厂中在传感器是新的时或在传感器被刚刚校准时的随后的场合中取得用于参考奈奎斯特图的测量值。可以在获得用于参考奈奎斯特图的测量值之前使用如在别处描述的参考气体来校准传感器。在所测量的奈奎斯特图上的诸如转折点、直径、和/或圆或半圆的起始阻抗等特征的位置或大小上的相对于参考奈奎斯特图的改变可以被用于分析电化学传感器的性能，并且标识相对于在参考测量值的时间处的性能的在有毒气体电化学传感器灵敏度的灵敏度上的改变或在响应时间上的改变。如在参考奈奎斯特图中看到的那样，可以在所期望的特征周围的频率处更频繁地（以更小的频率间隔）取得传感器的测量值。

如果在与测量参考奈奎斯特图的温度相比不同的温度处测量传感器以用于所测量的奈奎斯特图，则可以施加对于响应于温度的偏移的补偿，这在传感器与传感器之间是相当一致的。这可以使得能够实现对与湿度或传感器中毒相关的响应差异的改进的分析。

本公开的系统和方法可以被用于评估有毒气体电化学传感器102的许多不同类型的响应。针对对于不同类型的有毒气体敏感的电化学传感器102，在响应形状和水平中可能存在差异。图8至图10示出图示当输入波形针对对于不同类型的有毒气体敏感的电化学传感器102在从0.1Hz至1MHz的频率中变化时，在阻抗测量值上的改变。虽然氧气（O2）电化学传感器102（图8）的测量值示出与先前的CO电化学传感器102测量值相似的形状，但是O2电化学传感器具有更高的阻抗和更显著的转折点804。如在图9中示出的那样，硫化氢（H2S）电化学传感器102的测量值不具有与CO电化学传感器102测量值的圆形部分相似的圆形部分。被标记为902的直线向下的点集，看起来是传感器和测量系统中的杂散电感的结果。如在图10中示出的那样，氨气（NH3）电化学传感器102的测量值描述两个部分圆，在图形的右手侧的大的部分圆1004和在图形的左手侧的小的部分圆1002的起始。

总的来说，在气体传感器的EIS谱上的改变可以得到与传感器的内部操作相关的大量信息。更进一步地，在EIS谱上的这样的改变可以与在传感器的性能上的改变相对应，诸如，EIS谱可以被用于预测传感器性能。

通过在处理器上执行计算机软件、程序代码、和/或指令的机器，可以部分地或完整地部署在此描述的方法和系统。所述处理器可以是服务器、客户端、网络基础设施、移动计算平台、静态计算平台、或其它计算平台的一部分。处理器可以是能够执行程序指令、代码、二进制指令等的任何种类的计算或处理设备。处理器可以是或可以包括信号处理器、数字处理器、嵌入式处理器、微处理器或可以直接或间接地促进存储于其上的程序代码或程序指令的执行的诸如协处理器（数学协处理器、图形协处理器和通信协处理器等）等的任何变体。附加地，处理器可以使得能够实现对多个程序、线程、和代码的执行。线程可以被同时执行，以增强处理器的性能并且促进应用的同时操作。通过实现的方式，可以在一个或多个线程中实现在此描述的方法、程序代码、程序指令等。线程可以产生其它线程，所述其它线程可以被分配有与它们相关联的优先级；处理器可以基于优先级或基于在程序代码中提供的指令的任何其它次序来执行这些线程。处理器可以包括存储如在此和在别处描述的方法、代码、指令和程序的存储器。处理器可以通过接口对可以存储如在此和在别处描述的方法、代码、以及指令的存储介质进行访问。用于存储方法、程序、代码、程序指令或能够由计算或处理设备执行的其它类型的指令的与处理器相关联的存储介质可以包括但是可以不限制于如下中的一个或多个：CD-ROM、DVD、存储器、硬盘、闪存驱动器、RAM、ROM、高速缓存等。

处理器可以包括可以增强多处理器的速度和性能的一个或多个核。在实施例中，处理器可以是双核处理器、四核处理器、将两个或更多个独立的核（被称为管芯）进行组合的其它芯片级的多处理器。

可以通过在服务器、客户端、防火墙、网关、集线器、路由器、或其它这样的计算机和/或联网硬件上执行计算机软件的机器来部分或完整地部署在此描述的方法和系统。软件程序可以与服务器相关联，所述服务器可以包括：文件服务器、打印服务器、域服务器、互联网服务器、内联网服务器以及诸如辅服务器、主服务器、分布式服务器等的其它变体。服务器可以包括存储器、处理器、计算机可读暂态和/或非暂态介质、存储介质、端口（物理的和虚拟的）、通信设备、以及能够通过有线或无线介质访问其它服务器、客户端、机器、和设备的接口等。如在此和在别处描述的方法、程序、或代码可以被服务器执行。附加地，执行如在本申请中描述的方法所要求的其它设备可以被认为是与服务器相关联的基础设施的一部分。

服务器可以提供到其它设备的接口，所述其它设备包括而不限制于：客户端、其它服务器、打印机、数据库服务器、打印服务器、文件服务器、通信服务器、分布式服务器等。附加地，这种耦合和/或连接可以促进对程序跨网络的远程执行。在不偏离本公开的范围的情况下，这些设备中的一些或所有的联网可以促进在一个或多个位置处的程序或方法的并行处理。附加地，通过接口附接于服务器的所有设备可以包括能够存储方法、程序、代码和/或指令的至少一个存储介质。中央存储库可以提供要被在不同的设备上执行的指令。在该实现中，远程存储库可以充当用于程序代码、指令、以及程序的存储介质。

软件程序可以与客户端相关联，所述客户端可以包括：文件客户端、打印客户端、域客户端、互联网客户端、内联网客户端以及诸如辅客户端、主客户端、分布式客户端等其他变体。客户端可以包括存储器、处理器、计算机可读暂态和/或非暂态介质、存储介质、端口（物理的和虚拟的）、通信设备、以及能够通过有线或无线介质访问其它客户端、服务器、机器、和设备的接口等中的一个或多个。可以由客户端来执行如在此和在别处描述的方法、程序或代码。附加地，执行如在本申请中描述的方法所要求的其它设备可以被认为是与客户端相关联的基础设施的一部分。

客户端可以提供到其它设备的接口，所述其它设备包括而不限制于：服务器、其它客户端、打印机、数据库服务器、打印服务器、文件服务器、通信服务器、分布式服务器等。附加地，这种耦合和/或连接可以促进程序的跨网络的远程执行。在不偏离本公开范围的情况下，这些设备中的一些或所有的联网可以促进在一个或多个位置处的程序或方法的并行处理。此外，通过接口附接于客户端的所有设备可以包括能够存储方法、程序、应用、代码和/或指令的至少一个存储介质。中央存储库可以提供要被在不同的设备上执行的程序指令。在该实现中，远程存储库可以充当用于程序代码、指令、和程序的存储介质。

在此描述的方法和系统可以通过网络基础设施部分地或完整地进行部署。网络基础设施可以包括如在本领域中已知的诸如计算设备、服务器、路由器、集线器、防火墙、客户端、个人电脑、通信设备、路由设备和其它有源和无源设备、模块和/或组件的元件。除了其它组件之外，与网络基础设施相关联的（多个）计算和/或非计算设备可以包括诸如闪速存储器、缓冲器、堆栈、RAM、ROM等的存储介质。在此和在别处描述的过程、方法、程序代码、指令可以由网络基础设施元件中的一个或多个来执行。

在此或在别处描述的方法、程序代码、以及指令可以在具有多个小区的蜂窝网络上实现。蜂窝网络可以是频分多址（FDMA）网络或码分多址（CDMA）网络。蜂窝网络可以包括移动设备、蜂窝站点、基站、中继器、天线、塔等。

在此和在别处描述的方法、程序代码、和指令可以在移动设备上实现或通过移动设备实现。移动设备可以包括导航设备、蜂窝电话、移动电话、移动个人数字助理、膝上型电脑、掌上型电脑、上网本、传呼机、电子书阅读器、音乐播放器等。除了其它组件之外，这些设备可以包括诸如闪速存储器、缓冲器、RAM、ROM和一个或多个计算设备的存储介质。与移动设备相关联的计算设备可以使得能够实现执行存储于其上的程序代码、方法、以及指令。作为替选，移动设备可以被配置为与其它设备合作执行指令。移动设备可以和与服务器对接的基站进行通信，并且被配置为执行程序代码。移动设备可以在对等点至对等点网络、网状网络、或其它通信网络上进行通信。程序代码可以被存储在与服务器相关联的存储介质上，并且可以由嵌入在服务器内的计算设备来执行。基站可以包括计算设备和存储介质。存储设备可以存储由与基站相关联的计算设备执行的程序代码和指令。

可以在机器可读暂态和/或非暂态介质上存储和/或访问计算机软件、程序代码、和/或指令，所述机器可读暂态和/或非暂态介质可以包括：计算机组件、设备、以及在一定的时间间隔内保留用于计算的数字数据的记录介质；已知为随机存取存储器（RAM）的半导体存储装置；典型地用于更永久的存储的大容量存储装置，诸如光盘、如硬盘、磁带、磁鼓、磁卡和其它类型的磁性存储装置的形式；处理器寄存器、高速缓存存储器、易失性存储器、非易失性存储器；光学存储装置，诸如CD、DVD；可移除介质，诸如闪速存储器（例如USB棒或密钥）、软盘、磁带、纸带、穿孔卡片、独立RAM盘、Zip驱动器、可移除大容量存储装置、、离线等；其它计算机存储器，诸如动态存储器、静态存储器、读/写存储装置、可变存储装置、只读存储、随机存取、顺序存取、位置可寻址、文件可寻址、内容可寻址、附网存储装置、存储区域网络、条形码、磁性墨水等。

在此描述的方法和系统可以将物理和/或无形项目从一个状态转换到另一状态。在此描述的方法和系统还可以将表示物理和/或无形项目的数据从一个状态转换到另一状态。

在此描述和描绘的包括在流程图和框图中贯穿于各图的元素，暗示出了在各元素之间的逻辑边界。然而，根据软件或硬件工程实践，可以通过具有能够执行存储于其上的程序指令的处理器的计算机可执行暂态和/或非暂态介质来在机器上实现所描绘的元素及其功能，所述元素及其功能可以被实现为单片软件结构、独立软件模块、或采用外部例程、代码、服务等的模块、或这些的任何组合，并且所有这样的实现可以在本公开的范围之内。这样的机器的示例可以包括但是不限制于：个人数字助理、膝上型计算机、个人计算机、移动电话、其它手持计算设备、医疗装备、有线或无线通信设备、换能器、芯片、计算器、卫星、桌上型PC、电子书、配件、电子设备、具有人工智能的设备、计算设备、联网装备、服务器、路由器等。更进一步地，在流程图和框图中描绘的元素或任何其它逻辑组件可以被在能够执行程序指令的机器上实现。因此，虽然前述附图和描述阐述了所公开的系统的功能方面，但是除非明确地声明或另外从上下文中清楚可知，否则不应从这些描述中推断用于实现这些功能方面的软件的特定布置。类似地，应当理解，在上面标识和描述的各种步骤可以变化，并且所述步骤的次序可以适配于在此公开的技术的特定应用。所有这样的变化和修改都应落入本公开的范围之内。这样，除非由特定应用要求，或明确声明或另外从上下文中清楚可知，否则针对各种步骤的次序的描绘和/或描述不应被理解为要求针对那些步骤的特定执行次序。

在上面描述的方法和/或过程及其步骤可以在适用于特定应用的硬件、软件、或硬件和软件的任何组合中实现。硬件可以包括专用计算设备、或特定计算设备、或特定计算设备的特别方面或组件。过程可以在一个或多个微处理器、微控制器、嵌入式微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程设备、连同内部和/或外部存储器中实现。过程还可以（或替代地）被体现在专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑、或可以被配置为处理电子信号的任何其它设备或设备的组合中。还应当理解，一个或多个过程可以实现为能够在机器可读介质上执行的计算机可执行代码。

可以使用诸如C的结构化编程语言、诸如C++的面向对象的编程语言、或任何其它高级或低级编程语言（包括汇编语言、硬件描述语言、以及数据库编程语言和技术）来创建计算机可执行代码，所述编程语言可以被存储、编译或中断以在上述设备以及如下中的一个上运行：处理器、处理器架构的异构组合；或不同硬件和软件的组合；或能够执行程序指令的任何其它机器。

因此，在一个方面，在上面描述的每个方法及其组合可以被体现在计算机可执行代码中，当在一个或多个计算设备上执行时，所述计算机可执行代码执行所述方法及其组合的步骤。在另一方面，方法可以被体现在执行其步骤的系统中并且可以以许多种方式跨设备分布或所有功能可以被集成到专用独立设备或其它硬件中。在另一方面，用于执行与在上面描述的过程相关联的步骤的部件可以包括在上面描述的硬件和/或软件中的任何一个。所有这样的排列和组合都应落入本公开的范围之内。

虽然已经与被详细示出并描述的实施例结合地公开了本公开，但是在其上的各种修改和改进对于本领域技术人员而言应当是显而易见的。因此，本公开的精神和范围不应受前述示例的限制，而是要从由法律可允许的最广泛的意义上来理解。

除非在此另外指示或与上下文明显矛盾，否则在描述本公开的上下文中（特别是在下面的权利要求的上下文中）对术语“一”和“一个”和“该”以及类似的指代物的使用要被解释为覆盖单数和复数二者。除非另外指出，否则术语“包括”、“具有”、“包含”、以及“包括有”要被解释为开放式术语（即，意味着“包括，但是不限制于，”）。除非在此另外加以表明，否则本文对值的范围的列举仅意图用作单独引用落在该范围内的每个单独的值的简写方法，并且每个单独的值被并入说明书中，如同其被在此单独列举的那样。除非在此另外表明或另外与上下文明显矛盾，否则可以以任何适合的次序执行在此描述的所有方法。除非另外声明，否则对在此提供的任何以及所有示例或示例性语言（例如，“诸如”）的使用仅意图在于更好地说明本公开内容，并且不对本公开的范围构成限制。如对本公开的实践而言是必要的那样，在说明书中，任何语言都不应当被解释为表明任何未要求保护的元素。

虽然前述书面描述使得一个普通技术人员能够制作并且使用目前被认为是其最佳模式的系统和方法，但是那些普通技术人员应当理解并且领会的是还存在在此的具体实施例、方法、以及示例的变化、组合、以及等同物。因此，本公开不应受上面描述的实施例、方法和示例限制，而是由在本公开的范围和精神之内的所有实施例和方法来进行限制。

本文引用的所有文档通过引用合并在本文中。

Claims (28)

1.一种评估有毒气体电化学传感器的系统，所述系统包括：

恒电位仪电路，被电连接到所述有毒气体电化学传感器；

电压波形发生器，被连接到所述恒电位仪电路，并且使得能够将在多个所选择的频率处的电压正弦波施加到所述有毒气体电化学传感器的参考电极；

电流测量电路，被电连接到所述有毒气体电化学传感器，以用于测量响应于所施加的电压正弦波的通过所述有毒气体电化学传感器的电流的幅度和相位；以及

微控制器，被电连接到所述电压波形发生器以及所述电流测量电路，其中所述微控制器控制所述电压波形发生器，接收来自所述电流测量电路的指示在所述多个所选择的频率中的每个处的通过所述有毒气体电化学传感器的电流的幅度和相位的对应输出，并且分析来自所述电流测量电路的输出以确定与所述有毒气体电化学传感器的功能相关的信息，包括所述有毒气体电化学传感器的响应时间，其中分析输出包括从在所述多个所选择的频率中的每个处的所述输出计算阻抗并将计算的阻抗的奈奎斯特图与参考阻抗的对应参考奈奎斯特图进行比较。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所施加的电压正弦波的幅度在5mV至50mV的范围之内。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所施加的电压正弦波的幅度在其中有毒气体电化学传感器以线性方式响应的范围之内。

4.根据权利要求1所述的系统，其中多个所选择的频率在0.1Hz至1MHz的频率范围之内。

5.根据权利要求4所述的系统，其中多个所选择的频率包括以不相等的增量彼此隔开的至少一些相继的频率。

6.根据权利要求1所述的系统，其中分析输出进一步包括从所述输出计算所述阻抗，包括计算在多个所选择的频率中的每个处的对应于电流测量值的实部阻抗和虚部阻抗，得出计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗。

7.根据权利要求6所述的系统，其中计算的阻抗的奈奎斯特图是计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗的奈奎斯特图，并且分析输出进一步包括将计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗的所述奈奎斯特图与对应参考奈奎斯特图进行比较，其中所述对应参考奈奎斯特图是参考实部阻抗和参考虚部阻抗的奈奎斯特图。

8.根据权利要求7所述的系统，其中参考实部阻抗和参考虚部阻抗是通过在频率范围上测量新校准的有毒气体电化学传感器来获得的。

9.根据权利要求7所述的系统，其中分析输出进一步包括评估在计算的阻抗的奈奎斯特图的特征的位置与参考阻抗的参考奈奎斯特图的特征的位置中的差异。

10.根据权利要求1所述的系统，其中如果通过对分析输出来标识在有毒气体电化学传感器中的功能性改变，则微控制器执行如下操作中的至少一个：更新针对所述有毒气体电化学传感器的校准，更新针对与有毒气体电化学传感器相关联的一件装备的校准，禁用与有毒气体电化学传感器相关联的一件装备，以及警告用户。

11.根据权利要求1所述的系统，其中有毒气体电化学传感器是一氧化碳传感器、氨气电化学传感器、硫化氢传感器、以及氧气传感器中的一个。

12.根据权利要求1所述的系统，其中有毒气体电化学传感器是具有参考电极、工作电极以及对电极的三电极传感器。

13.根据权利要求12所述的系统，其中电流测量电路被连接到工作电极或对电极。

14.根据权利要求1所述的系统，其中有毒气体电化学传感器包括两个或四个电极端子。

15.根据权利要求1所述的系统，其中有毒气体电化学传感器是包括工作电极和参考电极的双电极端子传感器，其中所述参考电极是组合对电极/参考电极。

16.根据权利要求1所述的系统，其中有毒气体电化学传感器是能够检测至少两种不同的可检测气体的四电极传感器，其中所述四电极传感器包括参考电极、对电极以及至少两个工作电极，其中所述至少两个工作电极中的每个对应于所述至少两种不同的可检测气体中的相应的一种。

17.根据权利要求16所述的系统，其中电流测量电路包括至少两个电流测量电路，其中所述至少两个电流测量电路中的每个测量至少两个工作电极中的相应的一个处的电流。

18.根据权利要求1所述的系统，其中与有毒气体电化学传感器的功能相关的所述信息进一步包括：关于在所述有毒气体电化学传感器的体电解质电阻上的改变、在所述有毒气体电化学传感器内的离子扩散自由度上的改变、或在电极/电解质界面的有效极化阻抗上的改变的信息。

19.根据权利要求1所述的系统，其中与有毒气体电化学传感器的功能相关的信息进一步包括关于在所述有毒气体电化学传感器的灵敏度上的改变或在所述有毒气体电化学传感器的响应时间上的改变的信息。

20.一种使用电化学阻抗谱来评估有毒气体电化学传感器的方法，包括：

将在多个所选择的频率处的电流正弦波或电压正弦波施加到所述有毒气体电化学传感器的参考电极；

测量所述有毒气体电化学传感器的对应于所述多个所选择的频率中的每个的电压响应或电流响应；

分析在所述多个所选择的频率上的测量的电压响应或测量的电流响应，以确定与所述有毒气体电化学传感器的功能相关的信息，包括所述有毒气体电化学传感器的响应时间，其中分析测量的电压响应或测量的电流响应包括从在所述多个所选择的频率中的每个处的测量的电压响应或测量的电流响应计算阻抗并将计算的阻抗的奈奎斯特图与参考阻抗的对应参考奈奎斯特图进行比较。

21.根据权利要求20所述的方法，其中分析测量的电压响应或测量的电流响应进一步包括：计算针对多个所选择的频率中的每个的实部阻抗和虚部阻抗，得到计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗。

22.根据权利要求21所述的方法，其中分析测量的电压响应或测量的电流响应进一步包括：针对多个关键频率，将计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗与所述参考奈奎斯特图中包括的参考实部阻抗和参考虚部阻抗进行比较。

23.一种评估有毒气体电化学传感器的系统，包括：

恒电流仪电路，被电连接到所述有毒气体电化学传感器；

电流波形发生器，被连接到所述恒电流仪电路，并且使得能够将在多个所选择的频率处的电流正弦波施加到所述有毒气体电化学传感器的参考电极；

电压测量电路，被电连接到所述有毒气体电化学传感器，以用于测量响应于所施加的电流正弦波的跨所述有毒气体电化学传感器的电压的幅度和相位；以及

微控制器，被电连接到所述电流波形发生器和所述测量电路，其中所述微控制器控制所述电流波形发生器，接收指示在多个所选择的频率中的每个处的跨所述有毒气体电化学传感器的电压的幅度和相位的来自所述电压测量电路的对应输出，并且分析所述输出，以确定与所述有毒气体电化学传感器的功能相关的信息，包括所述有毒气体电化学传感器的响应时间，其中分析输出包括从在所述多个所选择的频率中的每个处的所述输出计算阻抗并将计算的阻抗的奈奎斯特图与参考阻抗的对应参考奈奎斯特图进行比较。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所施加的电流正弦波的幅度在1nA至1mA的范围之内。

25.根据权利要求23所述的系统，其中多个所选择的频率在0.1Hz至1MHz的频率范围之内。

26.根据权利要求23所述的系统，其中分析输出进一步包括从所述输出计算所述阻抗，包括计算对应于在多个所选择的频率中的每个处的电压测量值的实部阻抗和虚部阻抗，其中计算的阻抗的奈奎斯特图是计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗的奈奎斯特图，并且将计算的实部阻抗和计算的虚部阻抗的所述奈奎斯特图与对应参考奈奎斯特图进行比较，其中所述对应参考奈奎斯特图是参考实部阻抗和参考虚部阻抗的奈奎斯特图。

27.根据权利要求23所述的系统，其中与有毒气体电化学传感器的功能相关的信息进一步包括关于在所述有毒气体电化学传感器的体电解质电阻上的改变或在所述有毒气体电化学传感器内的离子扩散自由度上的改变的信息。

28.根据权利要求23所述的系统，其中与有毒气体电化学传感器的功能相关的信息进一步包括关于在所述有毒气体电化学传感器的灵敏度上的改变或在所述有毒气体电化学传感器的响应时间上的改变的信息。

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