CN111896592A - 一种可控喷气式传感器装置及其校准方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控喷气式传感器装置，包括具有一个或多个气体传感器的感应器件本体；感应器件本体的探头端构造有气流通道；气流通道内设有吸风装置，吸风装置用于被控制运行以引导外部气流流经气流通道；气流通道设有用于对外部被监测环境产生冲击气流的出口管；出口管的管径小于气流通道的进气口；本发明传感器装置能够加速外部气流经过本传感器的探头端，缩短传感器感应时间，提高传感效率；并具有自校准功能，利用测试气体定量释放进行传感器的测试校准，利于校准传感器随时间推移出现的灵敏度漂移的情况，提高监测灵敏度；本发明还提供了自校准方法及系统，利于提高传感器监测准确度，降低了传感器的维护成本，延长了传感器的使用寿命。

Description

一种可控喷气式传感器装置及其校准方法和系统

技术领域

本发明涉及传感器监测技术领域，具体而言，为一种可控喷气式传感器装置及其校准方法和系统。

背景技术

气体传感器是用来检测气体的成分和含量的传感器；其一些重要应用是，用于各种气体对工业生产、家庭/社会安全、环境监测和医疗等领域的影响和危害监测，因此人们对气体传感器的灵敏度、性能以及寿命方面提出了越来越高的要求。

尤其是管廊监测管理领域，需要设置多种气体传感器对管廊内的烟雾、甲烷、二氧化碳、硫化氢气体、一氧化碳等等气体进行实时监测，来保障管廊设施的安全运行。

一般情况下，管廊内的上述多种气体传感器并列集成为一组，若干组按照实际需求分布在管廊顶部或管廊壁上；这种传统的设计方式存在以下弊端：

1.感应监测慢：由于管廊较长，空间较大，为节省建设成本，内部设置的气体传感器组常常存在布局不够密集或者感应性能不够灵敏的问题；同时管廊内气体流动性较差，当管廊内某个角落发生火灾、或者某个区域/位置发生有害气体泄露时，靠气体自然流动至传感器位置，需要较长的时间，则很可能贻误最佳的消防、维修、救援甚至逃生时机，造成不可估量的危害和损失；

2.性能故障：传感器常见的故障主要包括精度下降、漂移偏差和固定偏差；当传感器出现精度下降故障时，测量精度会越来越低，测量性能会越来越差，直接影响了传感器的正常使用；漂移故障是随着时间的推移，实际值与传感器的测量值的差值越来越大；固定偏差是实际值与传感器的测量值的差值为恒定常数，属于传感器自身加工精度不高造成的；前述各种故障都容易使得传感器检测数据不准确、继而对管廊在线监测造成不良影响。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种可控喷气式传感器装置及其校准方法和系统，利于实现对气体环境的高效监测，并提高监测灵敏度。

为实现上述目的，本申请的技术方案包括：

第一方面，本发明提供了一种可控喷气式传感器装置，包括：

具有一个或多个气体传感器的感应器件本体；感应器件本体的探头端构造有气流通道；

气流通道内设有吸风装置，所述吸风装置用于被控制运行以引导外部气流流经所述气流通道；

所述气流通道设有用于对外部被监测环境产生冲击气流的出口管；出口管的管径小于气流通道的进气口。

进一步的，上述可控喷气式传感器装置中，所述气流通道包括所述进气口、排气口以及设置在进气口和排气口之间的路径上的连通口；感应器件本体的所述探头端自所述连通口接入所述气流通道内；

所述吸风装置设置在靠近进气口和/或排气口一端的气流通道内；

所述气流通道包括气流腔室，每个气流腔室上设有一所述连通口；气流腔室设置多个时，相邻气流腔室之间通过管径小于气流腔室截面的连通管连通。

进一步的，上述可控喷气式传感器装置中，所述用于产生冲击气流的出口管为气流通道的支管，且支管上和排气口均设有电磁阀门；该电磁阀门与所述吸风装置受同一执行主体控制。

进一步的，上述可控喷气式传感器装置中，气流通道内设有自校准装置，用于通过释放测试气体检测气体传感器的测量灵敏度。

进一步的，上述可控喷气式传感器装置中，所述辅助校准装置包括测试气体释放片和加热片，测试气体释放片和加热片彼此接触，并靠近所述探头端设置；加热片通过上位机进行自动控制加热。

第二方面，本发明提供了一种可控喷气式传感器装置自校准方法，用于对上述自校准气敏传感器进行自校准；其基于所述可控喷气式传感器装置气流通道内的自校准装置，包括

S1.设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则，

S2.控制自校准气敏传感器中的自校准装置启动，并令目标传感器对应采集自校准装置释放的测试气体参数；

S3.根据自校准装置的启动参数和获取的测试气体参数，按照所述自校准规则进行自校准计算。

进一步的，上述的自校准气敏传感器自校准方法中，步骤S1.中，设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则，包括：

S11.预设加热时长以及预设温度来启动自校准装置的加热片，获取测试气体释放片受热释放的测试气体；

S12.建立所述加热时长以及预设温度与测试气体的线性关系，形成测试气体的定量计算规则；

S13.设置测试策略，以令自校准装置启动，并获取目标传感器对测试气体采集的测试气体参数。

第三方面，一种可控喷气式传感器装置自校准系统，包括：

传感器装置，用于采集环境气体数据；包括具有一个或多个气体传感器的感应器件本体；感应器件本体的探头端构造有气流通道；气流通道内设有吸风装置，所述吸风装置用于引导外部气流流经所述气流通道；

所述气流通道设有用于对外部被监测环境产生冲击气流的出口管；出口管的管径小于气流通道的进气口；

气流通道内还设有自校准装置，用于通过释放测试气体检测气体传感器的测量灵敏度；

自校准设置模块，用于设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则；

自校准控制模块，用于控制传感器装置中的自校准装置启动，并令目标传感器对应采集自校准装置释放的测试气体参数；

自校准计算模块，用于据自校准装置的启动参数和获取的测试气体参数，按照所述自校准规则进行自校准计算；

辅助控制模块，用于控制所述吸风装置和/或自校准装置和/或出口管上设的电磁阀门工作，以加速获取传感器装置的自检测数据和/或环境气体监测数据，和/或控制产生冲击气流。

进一步的，上述的自校准气敏传感器自校准系统中，还包括

监测控制模块，用于通过辅助控制模块来控制吸风装置日常运行，以辅助传感器装置采集被监测环境的各项气体浓度数据；该模块还用于获取监测的各项气体浓度数据进行分析处理。

进一步的，上述的自校准气敏传感器自校准系统中，自校准设置模块具体用于：

设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则；

控制传感器装置中的自校准装置启动，并令目标传感器对应采集自校准装置释放的测试气体参数；

根据自校准装置的启动参数和获取的测试气体参数，按照所述自校准规则进行自校准计算。

本发明的有益效果体现在：

本发明提供的可控喷气式传感器装置，通过构造具有小管径的出口管的气流通道和吸风装置，在加速外部气流经过本传感器装置的探头端、缩短传感器的感应时间、提高传感效率的同时，可以在气流排出时基于小管径出口管形成具有一定冲击力的气流，对外部气体再次形成扰动，加速气流通道内外之间的空气交换速率，以利于提高气体传感器的感应灵敏度；并进一步具有自校准装置，通过上位机的自动控制，利用测试气体的定量释放进行传感器的测试校准，利于校准传感器随着时间推移出现的灵敏度漂移的情况，提高监测灵敏度；

本发明还提供了对该可控喷气式传感器装置的自校准方法，通过设置的自校准装置，加热释放定量的测试气体由目标传感器采集，上传到上位机计算分析，进行自校准，该方法利于实现通过程序控制方式，实现传感器的自动校准；同时本发明还提供了实现该方法的自校准系统，可以在进行对传感器的自校准的同时，控制传感器装置的吸风装置加快检测校准进程，效率高，利于提高传感器的监测准确度；降低了传感器的维护成本，延长了传感器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明自校准气敏传感器在一个具体实施例中的结构示意图；

图2为本发明自校准气敏传感器在另一个具体实施例中的结构示意图；

图3为本发明自校准气敏传感器中自校准装置与探头端的位置关系图；

图4本发明自校准气敏传感器自校准方法在一个具体实施例中的流程图；

图5为图4中步骤S1.的具体流程图；

图6为本发明自校准气敏传感器自校准系统在一个具体实施例中的逻辑框图；。

附图中，

1-感应器件本体；100-传感器；101-探头端；1001-烟雾传感器；1002-一氧化碳传感器；1003-甲烷传感器；1004-二氧化碳传感器；1005-硫化氢传感器；1006-烟雾颗粒

2-气流通道；201-进气口；202-排气口；203-连通口；204-气流腔室；205-容置腔室；206-连通管；207-第一吸风装置容置腔室；208-第二吸风装置容置腔室；

3-吸风装置；301-第一风机；302-第二风机；

4-自校准装置；401-测试气体释放片；402-加热片；403-温度传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

如图1所示，一种可控喷气式传感器装置，包括：

具有一个或多个气体传感器100的感应器件本体1；感应器件本体1的探头端101构造有气流通道2；

气流通道2内设有吸风装置3，所述吸风装置3用于引导外部气流流经所述气流通道2；

所述气流通道2设有用于对外部被监测环境产生冲击气流的出口管5；出口管5的管径小于气流通道2的进气口201；

进一步的，本发明传感器装置中还包括在气流通道2内设有自校准装置4，用于通过释放测试气体检测气体传感器100的测量灵敏度。

本发明可控喷气式传感器装置，在气体传感器的探头端构造气流通道，通过内置的吸风装置将外部的气流快速吸引导流到通道内，加快气流经过的速率，使得气流通道内外的空气快速交换，引起外部气流的扰动，以利于在发生火情或有害气体泄露等情况时，缩短气体传感器的感应时间；并进一步的，通过增设构造具有小管径的出口管，基于大管口进小管口出造成的气流动力，在小管口处形成具有一定冲击力的气流，扰动外部空气场，加速气流通道内外之间的空气交换速率，以利于提高气体传感器的感应灵敏度，适用于空气流动缓慢的较为封闭或空间较大的被监测环境，诸如管廊、舰艇、船舶、客机、宇航舱、电影院、工厂厂房、购物中心、教室、仓库、地下室、地铁站等；也适用于酒店房间、家庭房间等此类安装的有害气体传感器、烟雾传感器等传感器反应速度慢的场景中。

再另外实施例中，进一步的设有自校准装置，通过上位机的自动控制，利用测试气体的定量释放进行传感器的测试校准，利于校准传感器随着时间推移出现的精度下降的情况，提高监测精度。

本发明中的自校准气敏传感器优选具有多种气体传感器，诸如分别用于检测烟雾、甲烷、二氧化碳、硫化氢气体、一氧化碳等的浓度的气体传感器，但不限于此；各气体传感器并列设置，以能够对环境中的多种气体进行监测。

本发明给出的一个具体实施例中，所述气流通道2包括进气口201、排气口202以及设置在进气口201和排气口202之间的路径上的连通口203；感应器件本体1的所述探头端101自所述连通口203接入所述气流通道2内。

本发明中，所述吸风装置设置在靠近进气口201和/或排气口202一端的气流通道2内；当吸风装置启动时，可以引导气流自进气口201进入气流通道2，流经各个气体传感器100的探头端101，然后自排气口202排出。

一个具体示例中，本发明自校准气敏传感器具有5个气体传感器，分别为烟雾传感器1001、一氧化碳传感器1002、甲烷传感器1003、二氧化碳传感器1004以及硫化氢传感器1005。所述气流通道2内对应气体传感器100的数量，构造出至少4个气流腔室204和一个吸风装置容置腔室205。

由于常规的烟雾传感器1001与其他气体传感器(1002,1003,1004,1005)的外部结构不同，故而，气流通道2为相同外壳的气体传感器(1002,1003,1004,1005)设有统一的连通口203，并单独为烟雾传感器1001构造容置空间205或与吸风装置3共用一个容置空间205。

则具体的，上述气流通道2内每个气流腔室204上设有一所述连通203口；用于分别对应接入一氧化碳传感器1002、甲烷传感器1003、二氧化碳传感器1004、硫化氢传感器1005的探头端101；优选该连通口203与探头端101接触的部分进行密封，可防止通道漏气降低内部气流扰动强度。

多个气流腔室204中，两两相邻的气流腔室204之间通过管径小于气流腔室截面的连通管206连通；这样外部气流被引导流经气流通道2中时，由于气流腔室204连接的连通管206管径要明显小于气流腔室204的纵向截面，因此进入的气流容易涌入气流腔室204中时有短暂的停留，利于气体传感器100有充足时间感应气流中的气体成分浓度，传感数据更为精确。

且作为优选实施例，任意气流腔室或容置腔室的进气管口和出气管口的位置互为相对侧且保持错位，即不在同一水平线或高度线上，这样气流在吸风装置3的动力作用下，由于进出管口错位，不会直接直线涌出，则在气流腔室内造成湍流扰动，气流内的分子在该腔室范围活跃流动，与传感器的探头端充分接触，利于缩短传感时间，提高感应灵敏度。

所述吸风装置3为风机，该实施例中，在排气口202端构造一个第一吸风装置容置腔室207，放置第一风机301，对整个气流通道2进行引流。并且气流通道2的最前端、即进气口201端构造烟雾传感器1001的容置空间，令气流先经过该烟雾传感器再经过其他传感器，相对与将烟雾传感器设置在后端，能够避免弯曲的气流通道过滤部分烟雾颗粒，降低烟雾传感器的感应准确度。

在另一可选实施例中，如图2所示，气流通道2构造有第二吸风装置容置腔室208，放置烟雾传感器1001(当然也可以是其他种类传感器)和第二风机302，该吸风装置容置腔室即整个气流通道，适用于只有一个传感器的应用场景；进气口201设置在腔室前侧，第二风机302和排气口202设置在烟雾传感器1001的下方；风机引导气流进入烟雾传感器，利于及时发现火情，提高环境监测的可靠性。

进一步的，所述气流通道2设有用于产生冲击气流的出口管5；出口管5的管径小于气流通道的进气口201，该用于产生冲击气流的出口管5为气流通道2的支管，且该支管上设有电磁阀门501，且排气口202也设有电磁阀门(图中未标识，该电磁阀门501与排气口202上的电磁阀门与所述吸风装置受同一执行主体控制。

工作时，该执行主体可以为上位机，也可以是气体传感器上的控制器，通过程序控制吸风装置3和电磁阀门501工作：

日常运行过程中，出于降低能耗考虑，间隔的进行喷气操作；一个示例为：上位机令吸风装置3运行，加速各气体传感器100的感应灵敏度；此时出口管5的电磁阀门501关闭，不进行喷气；

每隔预设时间段(如半小时)，进行一段时间(如十分钟)的喷气操作：上位机令吸风装置3运行，同时气流通道2的排气口202关闭，令出口管5的电磁阀门501打开，基于Venture效应，大口径进风、小口径排风，这样小口径处的风速和风机的横截面积(相当于进风处)成反比，风机速度越快，出口管5的风速越快，即形成具有一定冲击力的气流，对外部空气形成扰动，继而带动周围的空气加速与气流通道内进行空气交换，通过构造该出口管结构可以在风机同等动力输出作用下产生更高效的扰动效果，提高传感器的灵敏度；尤其是在火情发生场景中，越快的加速空气交换，烟雾传感器越能及时将监测到的警情发送到上位机端被工作人员知晓，利于及时发现危害，作出处理措施，防止造成损失。

在其他可选实施方式中，每隔预设时间段(如半小时)，进行一段时间(如十分钟)的喷气操作：上位机令吸风装置3运行，同时气流通道2的排气口202关闭，令出口管5的电磁阀门501在该时段内频繁启闭，通过瞬间截断和瞬间通流频繁切换的方式，增强出口管5处的风速，对外部空气造成扰动。

进一步的，该自校准气敏传感器中，气流通道2内设有自校准装置4，用于通过释放测试气体检测气体传感器的测量准确度。一个具体实施例中，该辅助校准装置对应气体传感器数量进行一一设置，其包括测试气体释放片401和加热片402，测试气体释放片401和加热片402彼此接触，并靠近所述探头端101设置；加热片402通过上位机进行自动控制加热。

实施时，结合图3，测试气体释放片401为金属氢化物压制成的薄片，加热片402也为电加热薄片，并集成有温度传感器403，能够采集加热片402的温度；测试气体释放片401和加热片402以及温度传感器403压成一体，加热片402和温度传感器403可电路连接至待校准传感器(即目标传感器)的控制器，以与上位机实现数据传输；或者多个自校准装置统一设置一个微控制器，与上位机通信连接，实现数据传输；使得加热片能够在上位机的控制下启动加热，温度传感器对加热片的温度采集数据能够上传到上位机上，实现对加热片的反馈式控制，令加热片达到预设加热时间和加热温度，达到定量获取测试气体的目的。

优选的，所述测试气体释放片为镍氢，镍铬氢，镁镍氢，镍铁氢，镍钴氢等二元素或者三元素金属氢化物，或者该测试气体释放片也可以采用其他能够释放测试气体的固态物质，如对应二氧化碳气体传感器，则该测试气体释放片采用能够释放二氧化气体的固态物质。如果是硫化氢气体传感器，则该测试气体释放片够释放硫化氢气体的固态物质。

本发明优选采用氢气作为测试气体的的自校准原理为：大多数气体传感器对氢气敏感，因为气体传感器采用的半导体材料多为氧化物，如SnO₂，ZnO,In₂O₃,活性氢自由基溢流到半导体表面与吸附氧作用生成水，这种反应引起气体传感器的电信号变化，即可作为对表面接触的氢气的检测参数；本实施例中，校准的氢气只需要10-50PPM，氢气的释放量通过上位机或自校准装置的微控制器设定，即设定加热片的加热时间和温度，对金属氢化物薄片加热得到定量的氢气释放到探头端，探头端得到实际测试值；

上位机或自校准装置的微控制器中存储有加热片工作参数与释放氢气浓度值的对应关系标准值(即实验值)，将获取的实际测试值与标准值对比，分析确定传感器是否精度下降，若下降，则可根据对比差值对后续日常监测的数据进行补偿，得到准确的监测数据。

统一采用金属氢化物作为测试气体释放片，利于降低生产难度，继而利于降低成本。

实施例2

本发明还提供了一种可控喷气式传感器装置自校准方法，用于对上述实施例1中所述的可控喷气式传感器装置进行自校准；如图4所示，该方法包括步骤：

S1.设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则，

S2.控制自校准气敏传感器中的自校准装置启动，并令目标传感器对应采集自校准装置释放的测试气体参数；

S3.根据自校准装置的启动参数和获取的测试气体参数，按照所述自校准规则进行自校准计算。

本发明方法旨在实现传感器投入使用后，在线进行传感器的自校准，一个具体实施例为：

如图5所示，所述步骤S1.中，设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则，包括：

S11.预设加热时长以及预设温度来启动自校准装置的加热片，获取测试气体释放片受热释放的测试气体；

该部分是设定：令加热片达到预设加热时长和加热温度，达到定量获取测试气体的目的，因此还包括步骤S12.建立所述加热时长以及预设温度与测试气体的线性关系，形成测试气体的定量计算规则；

S13.设置测试策略，以令自校准装置启动，并获取目标传感器对测试气体采集的测试气体参数。

该步骤基于所述自校准合装置实现，则本发明的自校准原理为：大多数气体传感器对氢气敏感，因为气体传感器采用的半导体材料多为氧化物，如SnO₂，ZnO,In₂O₃,活性氢自由基溢流到半导体表面与吸附氧作用生成水，这种反应引起气体传感器的电信号变化，即可作为对表面接触的氢气的检测参数；本实施例中，校准的氢气只需要10-50PPM，氢气的释放量通过上位机或自校准装置的微控制器设定，即设定加热片的加热时间和温度，对金属氢化物薄片加热得到定量的氢气释放到探头端，探头端得到实际测试值；

上位机或自校准装置的微控制器中存储有加热片工作参数与释放氢气浓度值的对应关系标准值(即实验值)，将获取的实际测试值与标准值对比，分析确定传感器是否精确度下降，若下降，则可根据对比差值对后续日常监测的数据进行补偿，得到准确的监测数据。

日常运行过程中，本发明方法还包括：上位机设定程序控制风机日常运行，辅助传感器装置采集被监测环境(如管廊)的各项气体浓度情况，并上传至上位机进行分析处理；

每隔一段时间，上位机控制执行所述自校准流程，即步骤S2.-S3.；

通过自校准流程中采集的实际测试值与系统中预存储的标准值对比，分析该自校准气敏传感器的各气体传感器是否发生了灵敏度偏移或准确度下降的问题；

如存在，则进则可根据对比差值对后续日常监测的数据进行补偿，得到准确的监测数据。

本发明通过设置自校准装置，加热释放定量的测试气体由目标传感器采集，上传到上位机计算分析，进行自校准，该方法利于实现通过程序控制方式，实现传感器的自动校准，整个过程的实现不必过多改造传感器的硬件设备结构，成本低但校准效果好，利于实现运行过程中的在线自校准，提高日常监测系统的监测准确度。

实施例3

本发明还提供了一种可控喷气式传感器自校准系统，如图6所示，包括：

传感器装置，用于采集环境气体数据；包括具有一个或多个气体传感器的感应器件本体；感应器件本体的探头端构造有气流通道；气流通道内设有吸风装置，所述吸风装置用于引导外部气流流经所述气流通道；

所述气流通道设有用于对外部被监测环境产生冲击气流的出口管；出口管的管径小于气流通道的进气口；

气流通道内还设有自校准装置，用于通过释放测试气体检测气体传感器的测量灵敏度；

自校准设置模块，用于设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则；

自校准控制模块，用于控制传感器装置中的自校准装置启动，并令目标传感器对应采集自校准装置释放的测试气体参数；

自校准计算模块，用于据自校准装置的启动参数和获取的测试气体参数，按照所述自校准规则进行自校准计算；

辅助控制模块，用于控制所述吸风装置和/或自校准装置和/或出口管上设的电磁阀门工作，以加速获取传感器装置的自检测数据和/或环境气体监测数据，和/或控制产生冲击气流；

监测控制模块，用于控制吸风装置日常运行，以辅助传感器装置采集被监测环境的各项气体浓度数据；该模块还用于获取监测的各项气体浓度数据进行分析处理。

本发明系统依赖软件和硬件结构实现，其中自校准设置模块、自校准控制模块、自校准计算模块以及辅助控制模块和监测控制模块主要以程序代码方式搭载在上位机的中央处理器(CPU)中；上位机作为数据处理装置与所述传感器装置建立有线或无线方式的通信连接，上位机能够获取传感器装置的数据进行管廊环境在线监测管理和自校准控制，同时可以输出指令控制传感器模块的风机启动，缩短感应时间，利于在发生气体灾害情况时，及时把握处理时机，避免造成人身财产损失。

一个具体实施例中，自校准气敏传感器，在气体传感器100的探头端101构造气流通道2，通过内置的吸风装置3将外部的气流快速吸引导流到通道内，加快气流经过的速率，使得气流通道内外的空气快速交换，引起外部气流的扰动，以利于在发生火情或有害气体泄露等情况时，缩短气体传感器的感应时间。

本发明中的传感器装置优选具有多种气体传感器，诸如分别用于检测烟雾、甲烷、二氧化碳、硫化氢气体、一氧化碳等的浓度的气体传感器，但不限于此；各气体传感器并列设置，以能够对环境中的多种气体进行监测。

所述气流通道2包括进气口201、排气口202以及设置在进气口201和排气口202之间的路径上的连通口203；感应器件本体1的所述探头端101自所述连通口203接入所述气流通道2内。

所述吸风装置设置在靠近进气口201和/或排气口202一端的气流通道2内；当吸风装置3受到上位机的控制启动时，可以引导气流自进气口201进入气流通道2，流经各个气体传感器100的探头端101，然后自排气口202排出。

上位机可以通过辅助控制模块预设值吸风装置的工作时间、运行速率等，灵活控制传感器装置的运行情况。

一个具体示例中，结合图1-3，本发明传感器装置具有5个气体传感器，分别为烟雾传感器1001、一氧化碳传感器1002、甲烷传感器1003、二氧化碳传感器1004以及硫化氢传感器1005。所述气流通道2内对应气体传感器100的数量，构造出至少4个气流腔室204和一个吸风装置容置腔室205。

由于常规的烟雾传感器1001与其他气体传感器(1002,1003,1004,1005)的外部结构不同，故而，气流通道为相同外壳的气体传感器设有统一的连通口203，并单独为烟雾传感器1001构造容置空间205或与吸风装置3共用一个容置空间205。

则具体的，上述气流通道2内每个气流腔室204上设有一所述连通203口；用于分别对应接入一氧化碳传感器1002、甲烷传感器1003、二氧化碳传感器1004、硫化氢传感器1005的探头端101；优选该连通口203与探头端101接触的部分进行密封，可防止通道漏气降低内部气流扰动强度。

多个气流腔室204中，两两相邻的气流腔室204之间通过管径小于气流腔室截面的连通管206连通；这样外部气流被引导流经气流通道2中时，由于气流腔室204连接的连通管206管径要明显小于气流腔室204的纵向截面，因此进入的气流容易涌入气流腔室204中时有短暂的停留，利于气体传感器100有充足时间感应气流中的气体成分浓度，传感数据更为准确。

且作为优选实施例，任意气流腔室或容置腔室的进气管口和出气管口的位置互为相对侧且保持错位，即不在同一水平线或高度线上，这样气流在吸风装置3的动力作用下，由于进出管口错位，不会直接直线涌出，则在气流腔室内造成湍流扰动，气流内的分子在该腔室范围活跃流动，与传感器的探头端充分接触，利于缩短传感时间，提高感应灵敏度。

所述吸风装置3为风机，该实施例中，结合图2，在排气口202端构造一个第一吸风装置容置腔室207，放置第一风机301，对整个气流通道2进行引流。并且气流通道2的最前端、即进气口201端构造烟雾传感器1001的容置空间，令气流先经过该烟雾传感器再经过其他传感器，相对与将烟雾传感器设置在后端，能够避免弯曲的气流通道过滤部分烟雾颗粒1006，降低烟雾传感器的感应灵敏度。

进一步的，所述气流通道2设有用于产生冲击气流的出口管5；出口管5的管径小于气流通道的进气口201，该用于产生冲击气流的出口管5为气流通道2的支管，且该支管上设有电磁阀门501；且排气口202也设有电磁阀门(图中未标识，该电磁阀门501与排气口202上的电磁阀门与所述吸风装置受同一执行主体控制。

工作时，该执行主体可以为上位机，也可以是气体传感器上的控制器，通过程序控制吸风装置3和电磁阀门501工作：

日常运行过程中，出于降低能耗考虑，间隔的进行喷气操作；一个示例为：上位机令吸风装置3运行，加速各气体传感器100的感应灵敏度；此时出口管5的电磁阀门501关闭，不进行喷气；

每隔预设时间段(如半小时)，进行一段时间(如十分钟)的喷气操作：上位机辅助控制模块令吸风装置3运行，同时气流通道2的排气口202关闭，令出口管5的电磁阀门501打开，基于Venture效应，大口径进风、小口径排风，这样小口径处的风速和风机的横截面积(相当于进风处)成反比，风机速度越快，出口管5的风速越快，即形成具有一定冲击力的气流，对外部空气形成扰动，继而带动周围的空气加速与气流通道内进行空气交换，通过构造该出口管结构可以在风机同等动力输出作用下产生更高效的扰动效果，提高传感器的灵敏度；尤其是在火情发生场景中，越快的加速空气交换，烟雾传感器越能及时将监测到的警情发送到上位机端被工作人员知晓，利于及时发现危害，作出处理措施，防止造成损失。

在其他可选实施方式中，每隔预设时间段(如半小时)，进行一段时间(如十分钟)的喷气操作：上位机辅助模块令吸风装置3运行，同时气流通道2的排气口202关闭，令出口管5的电磁阀门501在该时段内频繁启闭，通过瞬间截断和瞬间通流频繁切换的方式，增强出口管5处的风速，对外部空气造成扰动。

进一步的，该自校准气敏传感器中，气流通道2内设有自校准装置4，用于通过释放测试气体检测气体传感器的测量精度。一个具体实施例中，该辅助校准装置对应气体传感器数量进行一一设置，其包括测试气体释放片401和加热片402，测试气体释放片401和加热片402彼此接触，并靠近所述探头端101设置；加热片402通过上位机进行自动控制加热。

实施时，测试气体释放片401为金属氢化物压制成的薄片，加热片402也为电加热薄片，并集成有温度传感器403，能够采集加热片402的温度；测试气体释放片401和加热片402以及温度传感器403压成一体，加热片402和温度传感器403可电路连接至待校准传感器(即目标传感器)的控制器，以与上位机实现数据传输；或者多个自校准装置统一设置一个微控制器，与上位机通信连接，实现数据传输；使得加热片能够在上位机的控制下启动加热，温度传感器对加热片的温度采集数据能够上传到上位机上，实现对加热片的反馈式控制，令加热片达到预设加热时间和加热温度，达到定量获取测试气体的目的。

优选的，所述测试气体释放片为镍氢，镍铬氢，镁镍氢，镍铁氢，镍钴氢等二元素或者三元素金属氢化物或其他能够释放相应测试气体的固态物质。

本发明的自校准原理为：大多数气体传感器对氢气敏感，因为气体传感器采用的半导体材料多为氧化物，如SnO2，ZnO,In2O3,活性氢自由基溢流到半导体表面与吸附氧作用生成水，这种反应引起气体传感器的电信号变化，即可作为对表面接触的氢气的检测参数；本实施例中，校准的氢气只需要10-50PPM，氢气的释放量通过上位机或自校准装置的微控制器设定，即设定加热片的加热时间和温度，对金属氢化物薄片加热得到定量的氢气释放到探头端，探头端得到实际测试值；

上位机或自校准装置的微控制器中存储有加热片工作参数与释放氢气浓度值的对应关系标准值(即实验值)，将获取的实际测试值与标准值对比，分析确定传感器是否精度下降，若下降，则可根据对比差值对后续日常监测的数据进行补偿，得到准确的监测数据。

进一步的，上述的传感器装置自校准系统中自校准设置模块具体用于：

设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则；

控制传感器装置中的自校准装置启动，并令目标传感器对应采集自校准装置释放的测试气体参数；

根据自校准装置的启动参数和获取的测试气体参数，按照所述自校准规则进行自校准计算。

该模块的作用与原理可具体参考实施例2中自校准方法的相关描述，不再赘述。

系统工作时，各气体传感器采集被测环境的各项气体浓度数据，经过信号调理和A/D转换后，上传到上位机中；上位机监测控制模块设定程序控制吸风装置(风机)日常运行，以辅助传感器装置高效率的采集各项气体浓度数据；并对获取监测的各项气体浓度数据进行分析处理，达到管廊等被测环境的监控管理；

每隔一段时间(如半年)，上位机通过对应模块控制自校准气敏传感器执行自校准流程，分析对比传感器装置的各传感器是否发生了精度下降的问题；

如存在，则可根据对比差值对后续日常监测的数据进行补偿，得到准确的监测数据。

本发明系统，可以在进行对传感器的自校准的同时，控制传感器装置的吸风装置加快检测校准进程，效率高，利于提高传感器的监测准确度。

本发明的实现和本文中提供的所有功能操作可以用数字电子电路、或者用计算机软件、固件或硬件，包括本说明书及其结构等同方案中所公开的结构、或者其中的一个或多个的组合来实现。本公开的实现可以实现为一个或多个计算机程序产品，即在计算机可读介质上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，这些指令由数据处理装置来执行或者用以控制数据处理装置的操作。该计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基片、存储器设备、影响机器可读传播信号的组合物或者其中的一个或多个的组合。术语“数据处理装置”涵盖用于处理数据的所有装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机或者多个处理器或计算机。除了硬件之外，该装置可以包括为所描述的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或者其中的一个或多个的组合的代码。

计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)来编写，并且计算机程序可以用任何形式来部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或者适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序并非必须对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保持其他程序或数据(例如标记语言文档中所存储的一个或多个脚本)的文件的部分中，存储在专用于所描述的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如存储一个或多个模块、子程序或者代码的部分的文件)中。计算机程序可以被部署成在一个计算机上来执行，或者在位于一个站点处或分布在多个站点处且通过通信网络互连的多个计算机上来执行。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种可控喷气式传感器装置，其特征在于，包括：

具有一个或多个气体传感器的感应器件本体；感应器件本体的探头端构造有气流通道；

气流通道内设有吸风装置，所述吸风装置用于被控制运行以引导外部气流流经所述气流通道；

所述气流通道设有用于对外部被监测环境产生冲击气流的出口管；出口管的管径小于气流通道的进气口。

2.根据权利要求1所述的可控喷气式传感器装置，其特征在于，所述气流通道包括所述进气口、排气口以及设置在进气口和排气口之间的路径上的连通口；感应器件本体的所述探头端自所述连通口接入所述气流通道内；

所述吸风装置设置在靠近进气口和/或排气口一端的气流通道内；

所述气流通道包括气流腔室，每个气流腔室上设有一所述连通口；气流腔室设置多个时，相邻气流腔室之间通过管径小于气流腔室截面的连通管连通。

3.根据权利要求2所述的可控喷气式传感器装置，其特征在于，所述用于产生冲击气流的出口管为气流通道的支管，且支管上和排气口均设有电磁阀门；该电磁阀门与所述吸风装置受同一执行主体控制。

4.根据权利要求1所述的可控喷气式传感器装置，其特征在于，气流通道内设有自校准装置，用于通过释放测试气体检测气体传感器的测量灵敏度。

5.根据权利要求4所述的自校准气敏传感器，其特征在于，所述辅助校准装置包括测试气体释放片和加热片，测试气体释放片和加热片彼此接触，并靠近所述探头端设置；加热片通过上位机进行自动控制加热。

6.一种可控喷气式传感器装置自校准方法，用于对权利要求1-5任一项所述自校准气敏传感器进行自校准；其特征在于，基于所述可控喷气式传感器装置气流通道内的自校准装置，包括

S1.设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则，

S2.控制自校准气敏传感器中的自校准装置启动，并令目标传感器对应采集自校准装置释放的测试气体参数；

S3.根据自校准装置的启动参数和获取的测试气体参数，按照所述自校准规则进行自校准计算。

7.根据权利要求6所述的自校准气敏传感器自校准方法，其特征在于，步骤S1.中，设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则，包括：

S11.预设加热时长以及预设温度来启动自校准装置的加热片，获取测试气体释放片受热释放的测试气体；

S12.建立所述加热时长以及预计温度与测试气体的线性关系，形成测试气体的定量计算规则；

S13.设置测试策略，以令自校准装置启动，并获取目标传感器对测试气体采集的测试气体参数。

8.一种可控喷气式传感器装置自校准系统，其特征在于，包括：

传感器装置，用于采集环境气体数据；包括具有一个或多个气体传感器的感应器件本体；感应器件本体的探头端构造有气流通道；气流通道内设有吸风装置，所述吸风装置用于引导外部气流流经所述气流通道；气流通道内设有吸风装置，所述吸风装置用于被控制运行以引导外部气流流经所述气流通道；

所述气流通道设有用于对外部被监测环境产生冲击气流的出口管；出口管的管径小于气流通道的进气口；气流通道内还设有自校准装置，用于通过释放测试气体检测气体传感器的测量灵敏度；

自校准设置模块，用于设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则；

自校准控制模块，用于控制传感器装置中的自校准装置启动，并令目标传感器对应采集自校准装置释放的测试气体参数；

自校准计算模块，用于据自校准装置的启动参数和获取的测试气体参数，按照所述自校准规则进行自校准计算；

辅助控制模块，用于控制所述吸风装置和/或自校准装置和/或出口管上设的电磁阀门工作，以加速获取传感器装置的自检测数据和/或环境气体监测数据，和/或控制产生冲击气流。

9.根据权利要求8所述的自校准气敏传感器自校准系统，其特征在于，还包括

监测控制模块，用于通过辅助控制模块来控制吸风装置日常运行，以辅助传感器装置采集被监测环境的各项气体浓度数据；该模块还用于获取监测的各项气体浓度数据进行分析处理。

10.根据权利要求9所述的自校准气敏传感器自校准系统，其特征在于，自校准设置模块具体用于：

设置关于测试气体加热释放的定量计算的自校准规则；

控制传感器装置中的自校准装置启动，并令目标传感器对应采集自校准装置释放的测试气体参数；

根据自校准装置的启动参数和获取的测试气体参数，按照所述自校准规则进行自校准计算。

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