CN111579595A - 一种气味传感器环境指数修正方法、系统及气味传感器 - Google Patents

一种气味传感器环境指数修正方法、系统及气味传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气味传感器环境指数修正方法、系统及气味传感器，其中，所述气味传感器环境指数修正方法包括：保持环境的温度和湿度不变，获取气味传感器在无异味的环境下的传感器电阻值，得到第一电阻值；保持环境的温度和湿度不变，获取所述气味传感器在有异味的环境下的传感器电阻值，得到第二电阻值；依据所述第一电阻值与所述第二电阻值计算得到电阻变化率，再将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率；依据修正的电阻变化率以及环境指数计算公式计算得到修正的环境指数。本发明通过对气味传感器的传感器电阻的电阻变化率进行修正，从而使不同的气味传感器在相同环境下能够输出一致性良好的环境指数。

Description

一种气味传感器环境指数修正方法、系统及气味传感器
技术领域
本发明涉及传感器检测领域，尤其涉及一种气味传感器环境指数修正方法、系统及气味传感器。
背景技术
食品品质监测作为冰箱领域的一个新兴技术，无论是在产品智能化还是提升用户体验上都非常有发展前景。而作为监测食品新鲜程度的核心组件-气味传感器，却因为生产工艺方面的原因很难保证传感器的一致性。无论是采用传感器的电压变化还是电阻变化，都不能满足在相同环境下输出相同的原始信号，这也会直接导致气味传感器在产品化过程中的应用阶段会出现异常结果，如A冰箱内的食品已经腐败却显示食品仍处于新鲜状态而B冰箱内新鲜的食品却显示为腐败，即现有技术中气味传感器检测容易出错。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种气味传感器环境指数修正方法、系统及气味传感器，旨在解决现有不同气味传感器对气味检测中得到环境指数存在一致性差的问题。
一种气味传感器环境指数修正方法，其中，包括：
保持环境的温度和湿度不变，获取气味传感器在无异味的环境下的传感器电阻值，得到第一电阻值；
保持环境的温度和湿度不变，获取所述气味传感器在有异味的环境下的传感器电阻值，得到第二电阻值；
依据所述第一电阻值与所述第二电阻值计算得到电阻变化率，再将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率；
依据所述修正的电阻变化率以及环境指数计算公式计算得到修正的环境指数。
所述的气味传感器环境指数修正方法，其中，所述电阻变化率为所述第一电阻值与所述第二电阻值之差与所述第一电阻值的比值。
所述的气味传感器环境指数修正方法，其中，所述修正系数为标准电阻变化率与所述电阻变化率的比值。
所述的气味传感器环境指数修正方法，其中，所述环境指数计算公式为：a＝(1-ΔR/R0*X)*100-1；
其中，a为环境指数，ΔR/R0*X为修正的电阻变化率，ΔR为(R0-RS)，R0为第一电阻值，RS为第一电阻值，X为修正系数。
所述的气味传感器环境指数修正方法，其中，所述环境指数的变化范围为0-99。
所述的气味传感器环境指数修正方法，其中，将所述环境指数的变化范围分为多个环境指数变化区间；
每个所述环境指数变化区间对应一个修正系数。
所述的气味传感器环境指数修正方法，其中，将所述环境指数的变化范围分为三个环境指数变化区间。
所述的气味传感器环境指数修正方法，其中，所述将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率之前还包括：
根据所述电阻变化率选择对应环境指数变化区间的修正系数。
所述的气味传感器环境指数修正方法，其中，所述温度在-20℃至50℃之间；所述湿度在15％RH至100％RH之间。
一种实现如上所述气味传感器环境指数修正方法的系统，其中，包括：
电阻值获取模块，用于获取气味传感器的传感器电阻值；
电阻变化率修正模块，用于计算电阻变化率，并将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率；
环境指数计算模块，用于实现依据所述修正的电阻变化率以及环境指数计算公式计算得到修正的环境指数。
一种气味传感器，其中，所述气味传感器包含如上所述气味传感器环境指数修正系统。
有益效果：本发明所述气味传感器环境指数修正方法通过对气味传感器的传感器电阻的电阻变化率进行修正，进而将电阻变化率映射成能反应冰箱内修正环境指数，从而使不同的气味传感器在相同环境下能够输出一致性良好的环境指数。
附图说明
图1为本发明一种优选的气味传感器电路示意图。
图2为本发明的气味传感器电阻在有异味环境下的气味传感器电阻电阻值变化示意图。
图3为本发明4种不同气味传感器在有异味产生的环境下传感器电阻变化曲线图。
图4为本发明4种不同气味传感器在有异味产生的环境下传感器电阻电压变化曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种气味传感器环境指数修正方法、系统及气味传感器，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种气味传感器环境指数修正方法，其中，包括：
步骤A、保持环境的温度和湿度不变，获取气味传感器在无异味的环境下的传感器电阻值，得到第一电阻值；
步骤B、保持环境的温度和湿度不变，获取所述气味传感器在有异味的环境下的传感器电阻值，得到第二电阻值；
步骤C、依据所述第一电阻值与所述第二电阻值计算得到电阻变化率，再将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率；
步骤D、依据修正的电阻变化率以及环境指数计算公式计算得到修正的环境指数。
本发明所述气味传感器环境指数修正方法中，通过采用对电阻变化率进行修正从而实现对环境指数的修正，进而解决不同传感器电阻在气体环境发生改变时造成环境指数不一致的问题。本发明是对电阻值变化率进行修正，即是一种对输出信号原始值进行修正的方法，间接对环境指数进行修正，与直接环境指数乘以修正系数进行修正相比，能有效提高修正后不同气味传感器的环境指数一致性。需要说明的是，本发明所述有异味的环境一般指的是存在食品腐败的环境，能够使气味感应器电阻发生改变的环境。无异味的环境，反之。
如图1所示，本发明优选的气味传感器包括传感器电阻RS以及分压电阻RL，其中所述分压电阻RL为组织固定的定值电阻(如10KΩ)，所述传感器电阻RS的阻值在异味环境中发生变化。
气味传感器可以检测到传感器电阻对应的电压值，即VS；电源总电压固定为U(如1.5V)，则电流IS＝VL/RL＝(U-VS)/RL；RS＝VS/IS＝(U-VL)/IS。通过上述计算方法则可计算得出RS的大小。
如图2所示，气味传感器在检测到异味产生时传感器电阻的阻值变化情况。从图中可以看出，在检测到异味产生时，所述传感器电阻RS的阻值会下降。具体地，气味传感器所处环境有异味产生时，气味传感器会与异味物质起反应，表现为传感器电阻的阻值发生变化。
如图3所示，图中从上至下的4条曲线依次代表型号为61#、3#、50#、19#的气味传感器测试曲线。从图中不同气味传感器在有异味产生的环境下检测到的RS变化曲线可以看到不同气味传感器的传感器电阻RS的阻值存在较大差异，同时也说明不同气味传感器的传感器电阻需要进行修正解决不同气味传感器在气味检测中存在不一致的问题。
如图4所示，图中从上至下的4条曲线依次代表型号为60#、3#、50#、20#的气味传感器测试曲线。从图中四种不同气味传感器对应的传感器电压VS变化曲线可以看到不同气味传感器检测的传感器电阻的电压值相差较大。
本发明提供一种气味传感器环境指数修正方法，具体包括以下步骤。
步骤A中，保持环境的温度和湿度不变(如保持温度为5℃，湿度为75％RH不变)，在无异味的情况下获取当前传感器电阻的分压VS，计算得出对应传感器电阻值RS，将当前传感器电阻值RS标定为第一电阻值R0，当前环境指数对应标定为a0(如99)。
步骤B中，保持环境的温度和湿度不变(如保持温度为5℃，湿度为75％RH不变)，在有异味的情况下获取当前传感器电阻的分压VS，计算得出对应传感器电阻值RS，将当前传感器电阻值RS标定为第二电阻值R0，当前环境指数对应标定为aS。
步骤C中，依据所述第一电阻值与所述第二电阻值计算得到电阻变化率，其中所述电阻变化率为所述第一电阻值与所述第二电阻值之差与所述第一电阻值的比值，即：
RV＝(R0-RS)/R0
其中，RV为电阻变化率，R0为第一电阻值，RS为第一电阻值。
再将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率，其中所述修正系数为标准电阻变化率与所述电阻变化率的比值，即：
X＝RV'/RV
其中，X为修正系数，RV'为标准电阻变化率，RV为电阻变化率。
优选的，所述标准电阻变化率是预先设置的一个在同一条件下(环境的温度、湿度、异味情况相同的条件)对应的参考电阻变化率。所述标准电阻变化率具体可以通过在同一条件下对一个标准气味传感器进行测试得到相应的电阻变化率。所述标准气味传感器可以为预先选择的性能较佳的，可用作参照的气味传感器。
步骤D中，依据修正的电阻变化率以及环境指数计算公式计算得到修正的环境指数，其中，所述环境指数计算公式为：
a＝(1-ΔR/R0*X)*100-1；
其中，a为环境指数，ΔR/R0*X为修正后的电阻变化率，ΔR为(R0-RS)，R0为第一电阻值，RS为第一电阻值，X为修正系数。
当气味传感器在无异味的环境的条件下，R0＝RS，ΔR＝0，此时环境指数a＝99。当气味传感器处于食品腐败环境中时，随着食品腐败产生的异味导致传感器电阻的阻值下降，R0＞RS，环境指数也相应下降，进而通过环境指数判断环境中食品腐败的情况。优选地，所述环境指数的变化范围为0-99。
更优选地，本发明将所述环境指数的变化范围分为多个环境指数变化区间，如将所述环境指数的变化范围分为三个环境指数变化区间；每个所述环境指数变化区间对应一个修正系数。如环境指数变化区间为99-70对应一个修正系数X1，环境指数变化区间为70-50对应一个修正系数X2，环境指数变化区间为50-0对应一个修正系数X2。
同时预先将气味传感器放置在环境指数变化区间的环境中(环境的环境指数在环境指数变化区间内变化)，测定电阻变化率从而得到气味传感器的与所述环境指数变化区间对应的电阻变化率变化区间。因此，对于同一气味传感器来说，每一个环境指数变化区间都对应有一个电阻变化率变化区间。对于本领域技术人员来说，环境指数区间具体的划分情况可以根据实际气味传感器电阻变化率情况进行确定的。
对于将所述环境指数的变化范围分为多个环境指数变化区间的情况，步骤C中，在将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率之前还包括：
根据所述电阻变化率选择对应环境指数变化区间的修正系数。由于每一个环境指数变化区间都对应有一个电阻变化率变化区间，因此可以根据电阻变化率所在的电阻变化率变化区间选择对应的修正系数。
本发明所述温度在-20℃至50℃之间，所述湿度在15％RH至100％RH(相对湿度)之间。本发明所述气味传感器环境指数修正方法能够适用与在上述温度和湿度范围的环境下的传感器的环境指数的修正，且能够得到的环境指数具有较好的一致性。
本发明提供一种实现如上所述气味传感器环境指数修正方法的系统，其中，包括：
电阻值获取模块，用于获取气味传感器的传感器电阻值；
电阻变化率修正模块，用于计算电阻变化率，并将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率；
环境指数计算模块，用于实现依据所述修正的电阻变化率以及环境指数计算公式计算得到修正的环境指数。
具体地，在无异味的环境下，所述电阻值获取模块能够获取第一电阻值；在有异味的环境下，所述电阻值获取模块能够获取第二电阻值。所述电阻变化率修正模块依据所述电阻值获取模块获取的第一电阻值及第二电阻值计算得到电阻变化率，再将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正后的电阻变化率。所述环境指数计算模块依据电阻变化率修正模块得到修正的电阻变化率以及环境指数计算公式计算得到修正的环境指数。
本发明提供一种气味传感器，其中，所述气味传感器包含如上所述气味传感器环境指数修正系统。与现有技术相比，本发明所述气味传感器能够提供具有一致性良好的环境指数。
以下各表中的数据为在温度为5℃，75％RH的环境中，所述气味传感器包所述气味传感器电阻和分压电阻。其中，3#、20#、50#、60#代表不同的气味传感器，电源总电压U＝1.5V，分压电阻RL＝10kΩ。
表1为4种不同气味传感器在无异味条件下测试得到数据
3# 20# 50# 60#
V<sub>0</sub> 1.273 0.889 1.111 1.284
R<sub>0</sub> 56079.3 14549.9 28560.4 59444.4
a<sub>0</sub> 99 99 99 99
表1中，V0为在无异味条件下测试得到的传感器电阻的电压值、R0为在无异味条件下测试得到的传感器电阻的电阻值，即第一电阻值、a0为在无异味条件下测试得到的环境指数。其中，R0＝V0/(1.5-V0)/RL。
表2为4种不同气味传感器在某一有异味环境得到数据
3# 20# 50# 60#
R<sub>0</sub> 56079.3 14549.9 28560.4 59444.4
Vs 1.101 0.741 0.908 1.162
Rs 27594 9762.85 15337.8 34378.7
R<sub>V</sub> 0.50795 0.32901 0.46297 0.42167
R<sub>V</sub>' 0.42 0.42 0.42 0.42
X 0.82686 1.27656 0.90719 0.99605
表2中，Vs为在有异味条件下测试得到的传感器电阻的电压值、RS为在有异味条件下测试得到的传感器电阻的电阻值，即第二电阻、RV为电阻变化率、RV'为当前条件下对应的标准电阻变化率、X为修正系数。其中，RS＝VS/(1.5-VS)/RL，RV＝(R0-RS)/R0，X＝RV'/RV。
表2为4种不同气味传感器在另一有异味环境得到数据
3# 20# 50# 60#
V<sub>S</sub> 1.13 0.736 0.926 1.164
R<sub>S</sub> 30540.5 9633.51 16132.4 34642.9
R<sub>V</sub> 0.4554 0.3379 0.43515 0.41722
X 0.82686 1.27656 0.90719 0.99605
R<sub>修正</sub> 0.37655 0.43135 0.39476 0.41557
a<sub>未修正</sub> 45 33 43 41
a<sub>修正</sub> 37 43 39 41
表3中，Vs为在有异味条件下测试得到的传感器电阻的电压值、RV为电阻变化率、X为修正系数、R修正为修正电阻变化率、a未修正为未修正的环境指数、a修正为修正的环境指数。其中，RS＝VS/(1.5-VS)/RL，RV＝(R0-RS)/R0，R修正＝RV·X。
从表3可以看出，通过本发明所述气味传感器环境指数修正方法，可将一致性较差的原本的环境指数(未修正的环境指数)调整到了一致性较好的修正环境指数。
本发明所述气味传感器环境指数修正方法通过对气味传感器的传感器电阻的变化率进行修正，进而将电阻变化率映射成能反应冰箱内修正环境指数，从而使不同的气味传感器在相同环境下能输出一致性良好的环境指数。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种气味传感器环境指数修正方法，其特征在于，包括：
保持环境的温度和湿度不变，获取气味传感器在无异味的环境下的传感器电阻值，得到第一电阻值；
保持环境的温度和湿度不变，获取所述气味传感器在有异味的环境下的传感器电阻值，得到第二电阻值；
依据所述第一电阻值与所述第二电阻值计算得到电阻变化率，再将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率；
依据所述修正的电阻变化率以及环境指数计算公式计算得到修正的环境指数。
2.根据权利要求1所述的气味传感器环境指数修正方法，其特征在于，所述电阻变化率为所述第一电阻值与所述第二电阻值之差与所述第一电阻值的比值。
3.根据权利要求1所述的气味传感器环境指数修正方法，其特征在于，所述修正系数为标准电阻变化率与所述电阻变化率的比值。
4.根据权利要求1所述的气味传感器环境指数修正方法，其特征在于，所述环境指数计算公式为：a＝(1-ΔR/R0*X)*100-1；
其中，a为环境指数，ΔR/R0*X为修正的电阻变化率，ΔR为(R0-RS)，R0为第一电阻值，RS为第一电阻值，X为修正系数。
5.根据权利要求1所述的气味传感器环境指数修正方法，其特征在于，所述环境指数的变化范围为0-99。
6.根据权利要求5所述的气味传感器环境指数修正方法，其特征在于，将所述环境指数的变化范围分为多个环境指数变化区间；
每个所述环境指数变化区间对应一个修正系数。
7.根据权利要求6所述的气味传感器环境指数修正方法，其特征在于，所述将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率之前还包括：根据所述电阻变化率选择对应环境指数变化区间的修正系数。
8.根据权利要求1所述的气味传感器环境指数修正方法，其特征在于，所述温度在-20℃至50℃之间；所述湿度在15％RH至100％RH之间。
9.一种实现如权利要求1-8任一所述气味传感器环境指数修正方法的系统，其特征在于，包括：
电阻值获取模块，用于获取气味传感器的传感器电阻值；
电阻变化率修正模块，用于计算电阻变化率，并将所述电阻变化率乘以修正系数得到修正的电阻变化率；
环境指数计算模块，用于实现依据所述修正的电阻变化率以及环境指数计算公式计算得到修正的环境指数。
10.一种气味传感器，其特征在于，所述气味传感器包含如权利要求9所述气味传感器环境指数修正系统。
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TWI781668B (zh) * 2021-06-30 2022-10-21 國立勤益科技大學 寵物居家監控系統及方法

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