CN110887943B - 一种氧气浓度传感器响应速度提升方法 - Google Patents

一种氧气浓度传感器响应速度提升方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110887943B
CN110887943B CN201911379471.7A CN201911379471A CN110887943B CN 110887943 B CN110887943 B CN 110887943B CN 201911379471 A CN201911379471 A CN 201911379471A CN 110887943 B CN110887943 B CN 110887943B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
oxygen
oxygen concentration
tau
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911379471.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110887943A (zh
Inventor
王远
何子军
陈焱焱
汪兰兰
马祖长
孙怡宁
高理升
许杨
王翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN201911379471.7A priority Critical patent/CN110887943B/zh
Publication of CN110887943A publication Critical patent/CN110887943A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110887943B publication Critical patent/CN110887943B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0062—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method or the display, e.g. intermittent measurement or digital display
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0062—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method or the display, e.g. intermittent measurement or digital display
    • G01N33/0068—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method or the display, e.g. intermittent measurement or digital display using a computer specifically programmed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种氧气浓度传感器响应速度提升方法，用于提升氧气传感器测量响应速度，依据氧气传感器的阶跃响应特性，基于一个二阶微分函数算法来修正氧气浓度传感器输出信号，对氧气浓度传感器信号响应进行动态补充，进而提升测量系统中氧气浓度传感器响应时间速度。该方法利用数字软件方式提升了氧气浓度传感器的响应速度，为氧气浓度实时性测量提供了重要的技术支撑。

Description

一种氧气浓度传感器响应速度提升方法
技术领域
本发明涉及氧气传感器的技术领域，具体涉及一种氧气浓度传感器响应速度提升方法。
背景技术
随着科学技术的发展，氧传感器的发展和应用得到发展，氧气的分析测定广泛应用于实验室、生物学、医学、汽车制造、化工、能源等许多领域。但目前现有的氧气传感器大都是电化学传感器，响应时间较长，无法满足在线实时浓度获取的需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供了一种氧气浓度传感器响应速度提升方法，解决响应时间较长问题。
本发明采用的技术方案为：一种氧气浓度传感器响应速度提升方法，根据现有氧气浓度传感器的阶跃响应特性，基于一阶、二阶微分函数，构建了一个氧气浓度的修正函数，从而提升氧气浓度输出的响应速度。
进一步地，所述的氧气浓度传感器的修正函数可描述如下：
Figure BDA0002341886410000011
K1＝τ/3
K2＝τ/2
其中，Z(t)为修正后的氧气浓度输出，γ(t)为修正前氧气传感器输出，K1、K2为常数，τ为传感器阶跃响应时间常数，可通过对传感器进行阶跃响应测试获得。
进一步地，所述的阶跃响应时间常数测试方法如下：
(1)现有氧气传感器浓度从0变化到γf的阶跃响应特性可表示为：
γ(t)＝γf(1-e-kt)
(2)测量传感器输出浓度变化值的10％到90％的时间为T10-90，则可知响应时间常数τ：
Figure BDA0002341886410000021
从而获得
Figure BDA0002341886410000022
本发明的有益效果：
(1)本发明在传统的氧气传感器测量基础上，引入了浓度修正函数，补偿氧气浓度响应速度造成的误差，通过数字软件提升氧气传感器的响应速度，降低实时氧浓度分析的误差。
(2)本发明所建立模型为提升气体传感器响应速度提供了参考。
附图说明
图1是本发明快速氧浓度获取方法示意图；
图2是氧气传感器的阶跃响应特性；
图3是修正函数里K2不同取值对应的补充效果。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施作进一步详细的说明。
目前市面上现有的氧气浓度分析传感器大都是电化学原理，反应时间在百毫秒以上，无法满足一些实时动态氧气浓度检测应用场景的需求，为此本发明利用氧气浓度传感器的阶跃响应特性，如图1所示，构建了一个包含一阶和二阶微分的修正函数，可补偿反应延迟对检测造成的误差，提升氧气实时检测的准确性，具体的方法和步骤如下：
首先氧气浓度传感器的阶跃响应特性可以用下面的单指数函数很好的拟合，如图2所示，其中虚线为实测的氧气传感器阶跃响应，实线为函数拟合曲线。
γ(t)＝γf(1-e-kt) (1)
其中可以k可以从实测曲线中直接获得：
Figure BDA0002341886410000023
然后利用一阶微分和二阶微分构建了一个修正函数，用于修正传感器浓度输出：
Figure BDA0002341886410000024
其中：
Figure BDA0002341886410000031
Figure BDA0002341886410000032
将(4)、(5)代入修正函数(3)可得到：
Z(t)＝-(kK1-1)(kK2-1)γfe-kt+γf (6)
令K1＝τ/3，K2取0.1τ、0.3τ、0.5τ、0.8τ、τ、1.2τ后对应的修正后的阶跃响应特性曲线如图3所示，可见本修正函数可以明显的提升氧气传感器的阶跃响应特性，K2取0.5τ时，可以明显提升氧气的动态响应特性。因此，说明在氧气浓度测试过程中，可以用公式(3)进行氧气浓度修正，提升氧气实时响应速度。

Claims (1)

1.一种氧气浓度传感器响应速度提升方法，其特征在于：
具体的方法和步骤如下：
首先氧气浓度传感器的阶跃响应特性用下面的单指数函数拟合，其中虚线为实测的氧气传感器阶跃响应，实线为函数拟合曲线，
γ(t)＝γf(1-e-kt) (1)
其中，γf为氧气传感器浓度，k可以从实测曲线中直接获得：
Figure FDA0003664223100000011
其中，τ为传感器阶跃响应时间常数，通过对传感器进行阶跃响应测试获得；测量氧气传感器输出浓度变化值的10％到90％的时间为T10-90；
然后利用一阶微分和二阶微分构建了一个修正函数，用于修正传感器浓度输出：
Figure FDA0003664223100000012
其中，Z(t)为修正后的氧气浓度输出，γ(t)为修正前氧气传感器输出，K1、K2为常数，
Figure FDA0003664223100000013
Figure FDA0003664223100000014
将(4)、(5)代入修正函数(3)可得到：
Z(t)＝-(kK1-1)(kK2-1)γfe-kt+γf (6)
令K1＝τ/3，K2取0.1τ、0.3τ、0.5τ、0.8τ、τ、1.2τ后对应的修正后的阶跃响应特性曲线可见本修正函数可以明显的提升氧气传感器的阶跃响应特性，K2取0.5τ时，可以明显提升氧气的动态响应特性，在氧气浓度测试过程中，用公式(3)进行氧气浓度修正，提升氧气实时响应速度。
CN201911379471.7A 2019-12-27 2019-12-27 一种氧气浓度传感器响应速度提升方法 Active CN110887943B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911379471.7A CN110887943B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种氧气浓度传感器响应速度提升方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911379471.7A CN110887943B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种氧气浓度传感器响应速度提升方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110887943A CN110887943A (zh) 2020-03-17
CN110887943B true CN110887943B (zh) 2022-07-08

Family

ID=69753320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911379471.7A Active CN110887943B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种氧气浓度传感器响应速度提升方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110887943B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101424572A (zh) * 2008-12-09 2009-05-06 大连理工大学 一种用于温度传感器检测温度的补偿方法
CN102095430B (zh) * 2010-11-18 2012-06-27 合肥工业大学 基于阶跃响应的传感器动态误差频域修正技术
CN105651939A (zh) * 2015-12-29 2016-06-08 重庆大学 电子鼻系统中基于凸集投影的浓度检测精度校正方法
CN108170637A (zh) * 2017-12-06 2018-06-15 东南大学 一种具有微分特性过程的传递函数模型辨识方法
CN108256181A (zh) * 2017-12-31 2018-07-06 西北农林科技大学 融合效率约束的设施二氧化碳目标值的优化调控模型的构建与应用
CN109142642A (zh) * 2018-09-30 2019-01-04 安徽工业大学 一种气体浓度快速感知装置及感知方法
CN110069744A (zh) * 2018-01-22 2019-07-30 北京航空航天大学 一种压力传感器阶跃响应信号稳定值的估计方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104713989B (zh) * 2015-02-04 2016-08-17 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于混合室技术的气体代谢检测装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101424572A (zh) * 2008-12-09 2009-05-06 大连理工大学 一种用于温度传感器检测温度的补偿方法
CN102095430B (zh) * 2010-11-18 2012-06-27 合肥工业大学 基于阶跃响应的传感器动态误差频域修正技术
CN105651939A (zh) * 2015-12-29 2016-06-08 重庆大学 电子鼻系统中基于凸集投影的浓度检测精度校正方法
CN108170637A (zh) * 2017-12-06 2018-06-15 东南大学 一种具有微分特性过程的传递函数模型辨识方法
CN108256181A (zh) * 2017-12-31 2018-07-06 西北农林科技大学 融合效率约束的设施二氧化碳目标值的优化调控模型的构建与应用
CN110069744A (zh) * 2018-01-22 2019-07-30 北京航空航天大学 一种压力传感器阶跃响应信号稳定值的估计方法
CN109142642A (zh) * 2018-09-30 2019-01-04 安徽工业大学 一种气体浓度快速感知装置及感知方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110887943A (zh) 2020-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11460434B2 (en) Gas detection system with eliminating influence of ambient temperature and humidity changes and the method thereof
CN106872378B (zh) 一种波长调制光谱检测玻璃瓶内氧气浓度的温度补偿方法
CN1869615A (zh) 电子信号的温度补偿装置
CN105572191B (zh) 一种电化学气体传感器的压力补偿方法
CN101825576A (zh) 微生物发酵液中乙醇含量的快速检测方法及试剂盒
CN112198209B (zh) 一种甲醛检测方法及甲醛检测装置
RU2013109288A (ru) Системы и способы повышения точности при температурной коррекции результатов измерения уровня глюкозы в контрольном растворе
CN105806898A (zh) 一种用于气体传感器的气体浓度标定方法
CN116337783A (zh) 一种气体分析仪的多点标定方法和系统
CN110887943B (zh) 一种氧气浓度传感器响应速度提升方法
CN109406588A (zh) 基于离子选择性电极的土壤硝态氮多参数检测方法与仪表
CN115078495A (zh) 一种结合夹心式生物传感器的便携式幽门螺杆菌检测仪
CN117147022B (zh) 力传感器非线性补偿方法及系统
US20070158213A1 (en) Dual Type Potentiometric Creatinine Biosensor
CN112067647A (zh) 一种检测液体生物样本葡萄糖含量的弛豫核磁共振方法
CN110568144B (zh) 一种氨氮检测的温度补偿方法
CN108802083B (zh) 一种测定三苯基膦中硫、氯含量的方法
CN114371195B (zh) 一种红细胞压积的矫正方法
CN113655093B (zh) 气体浓度检测方法、装置、设备及介质
CN115639335A (zh) 水质监测数据校准方法、系统及计算机可读存储介质
CN106770509A (zh) 一种动态过程中微生物氧消耗速率的测定方法
TWI464397B (zh) 生物感測器、感測單元與方法
CN110455902B (zh) 一种环境检测多标样快速校准的方法
CN103884668A (zh) 一种快速分析啤酒半成品总联二酮含量的方法
JP4810264B2 (ja) 濃度測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant