CN112198207B - 一种甲醛检测方法及甲醛检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种甲醛检测方法,包括以下步骤:获取相同环境中两个对干扰成分反应强度不同的甲醛传感器的检测数据;比较两个甲醛传感器的检测数据,判断是否存在干扰气体,并根据两个甲醛传感器的检测数据计算环境中的甲醛浓度值。该甲醛检测方法中,两个甲醛传感器在出现干扰成分时的检测数据会出现明显的差异,如此能够有效的判断对甲醛进行检测的干扰情况,并能够计算获取更加准确的甲醛检测值。本发明还涉及一种甲醛检测装置,包括控制器以及对干扰成分反应强度不同的第一甲醛传感器、第二甲醛传感器,所述第一甲醛传感器、第二甲醛传感器分别与控制器电连接,该甲醛检测装置检测简单、能够判断干扰情况、成本低、输出结果准确的甲醛检测装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种甲醛检测方法,本发明还涉及一种甲醛检测装置。
背景技术
随着人们环保意识的提高以及身体健康的重视,对甲醛检测的应用越来越多。目前市场上使用的甲醛传感器多采用电化学原理进行检测,在检测过程中则容易受到如花露水、酒精、香水等其他气体成分的干扰,进而影响到甲醛传感器的输出值。
公开号为CN109781809A(申请号为201910134605.2)的中国发明专利申请《一种甲醛浓度人工智能测算方法》,其中公开的甲醛浓度测算方法是利用化学分析法和分光光度法分别测得多组甲醛浓度值,并通过温湿度传感器分别测得每组甲醛浓度值所对应的环境温度和湿度,然后通过人工神经网络进行对比训练,利用ReLU函数对甲醛值进行预测与验证,得出其对应的数学模型,最后通过将电化学检测方法测得的甲醛浓度初始值、场域温度和场域湿度作为变量输入数学模型,计算得到甲醛评估值。该方法中,前期建立数学模型时,需要采用大量的数据才能够建立相对准确的模型,并且需要采用两种方法进行测试,实验耗时长、成本高。并且计算时,仍然不能准确的判断是否存在对甲醛含量计算存在干扰的情况,计算结果的准确性相对较低。
公开号为CN109655518A(申请号为201910139233.2)的中国发明专利申请《一种甲醛电化学传感检测装置、校准方法与净化器》,其中公开的甲醛电化学传感检测装置的校准方法,获取在不同干扰因素的环境下,干扰因素的参数值、甲醛浓度实际值、以及甲醛浓度检测值;根据所述干扰因素的参数值、所述甲醛浓度实际值、以及所述甲醛浓度检测值进行参数拟合,得到不同干扰因素对应的补偿系数;使用获得的所述补偿系数对所述甲醛浓度检测值进行校准,有效改善目前传感器响应输出对于环境参数的敏感性,规避环境参数差异对于检测响应输出结果的影响,使得空气净化产品或其他除甲醛浓度显示装置有效显示环境中甲醛的真实浓度。但是该方法同样存在前述的问题,即需要采用大量的实验数据来校准补偿系数,需要的实验数据量大,实验耗时长,成本高,并且在进行计算时只能进行估算,甲醛含量的输出值的准确性无法判断,同时也无法给出是否存在干扰情况的判断。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够直接给出是否存在干扰气体判断,并且能够输出更加准确的甲醛含量结果的甲醛检测方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种检测简单、能够判断干扰情况、成本低、输出结果准确的甲醛检测装置。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为:一种甲醛检测方法,其特征在于:包括以下步骤:
获取相同环境中两个对干扰成分反应强度不同的甲醛传感器的检测数据;
根据两个甲醛传感器的检测数据,计算各甲醛传感器的输出值,计算各甲醛传感器的检测数据的变化斜率;
根据两个甲醛传感器的检测数据的变化斜率判断是否存在干扰气体,并根据干扰气体的判断结果、各甲醛传感器的输出值、各甲醛传感器的历史输出值、甲醛浓度值的历史数据计算当前环境中的甲醛浓度值。
优选地,按照设定的采样频率,实时获取第一甲醛传感器连续采集的N个检测数据构成的数据组A=[A1,A2,……,Ai,……,AN],其中i、N为自然数,并且1≤i≤N;其中AN为第一甲醛传感器最新的采样数据;
同时拟合计算在最新采样数据AN前时间T内检测数据的变化斜率K1;
在相同的环境中,按照与第一甲醛传感器相同的采样周期,实时获取第二甲醛传感器连续采集的N个检测数据构成的数据组B=[B1,B2,……,Bi,……,BN];其中BN为第一甲醛传感器最新的采样数据;
同时拟合计算在最新采样数据BN前时间T内检测数据的变化斜率K2。
可选择地,利用最小二乘法或者多项式拟合法计算两个甲醛传感器的检测数据的变化斜率K1、K2。
优选地,第一甲醛传感器对干扰成分的反应强度为F1,第二甲醛传感器对干扰成分的反应强度为F2,F1=mF2,其中m>1;
S1、上电后,第一甲醛传感器、第二甲醛传感器分别采样N个检测数据并计算对应的输出值V1、V2;初始化甲醛浓度值Out=Min(V1,V2),Min(V1,V2)表示取V1,V2中的较小的值;初始化新增敏感气体标记M=0;
S2、在新的采样周期内,第一甲醛传感器、第二甲醛传感器采样N个新的检测数据,并计算新的V1、V2以及新的K1和K2;
S3、检测上采样周期的新增敏感气体标记M的值,如果M=0,则进行S4,如果M=1则进行S5;
S4、判断是否K1>a,a为判断第一甲醛传感器的检测数据是否明显增大的斜率阈值,a为大于0且接近于0的数值;
如果否,判断当前环境中未增加新增敏感气体,将新增敏感气体标记M置0,即M=0,并进行S6;
如果是,判断当前环境中新增敏感气体,将新增敏感气体标记M置1,即M=1,并进行S6;
S5、判断是否K1≤a且K2≤b,其中b为判断第一甲醛传感器的检测数据是否明显增大的斜率阈值,b为大于0且接近于0的数值;
如果是,判断当前环境中未增加新增敏感气体,则将新增敏感气体标记M置0,即M=0,并进行S6;
如果否,判断当前环境中新增敏感气体,将新增敏感气体标记M置1,即M=1,并进行S6;
S6、检测当前的新增敏感气体标记M的值,如果M=0,则进行S7,如果M=1则进行S8;
S7、判断是否V2<Out_L,其中Out_L表示上采样周期输出的甲醛浓度值;
如果是,Out=V2,并返回S2;
如果否,则判断是否V2>V2_L,其中V2_L表示上采样周期第二甲醛传感器的输出值,如果是,则Out=(V2-V2_L)+Out_L,并返回S2;如果否,Out=V2_L,并返回S2;
S8、此时保存最接近于M置1前在M=0的采样周期输出的第一甲醛传感器的输出值为第一甲醛传感器参考值V1_R,保存最接近于M置1前在M=0的采样周期输出的第二甲醛传感器的输出值为第二甲醛传感器参考值V2_R,保存最接近于M置1前在M=0的采样周期输出的甲醛浓度值为甲醛浓度参考值Out_R;
同时判断是否K2>b;
如果是,则判断新增敏感气体为甲醛气体和干扰气体的混合气体,则进行S9;
如果否,则判断新增敏感气体基本为干扰气体,则Out=Out_R,并返回S2;
S9、根据K1和K2的比值情况,V1-V1_R与V2-V2_R的比值情况判断新增敏感气体中甲醛气体和干扰气体的占比情况,进而计算当前环境中的甲醛浓度值Out,并返回S2。
为了根据不同的干扰情况分别进行计算以保证输出的甲醛浓度值更加准确,S9中包括以下步骤:
S9.1、计算K=K1/K2,计算V=(V1-V1_R)/(V2-V2_R);
S9.2、判断是否0<K<P1,且0<V<Q1;
如果是,则判断新增敏感气体基本为甲醛气体,相应输出甲醛浓度值Out=(V2-V2_R)+Out_R,并返回S2;
如果否,则进行S9.3;
S9.3、判断是否P1≤K<P2,且Q1≤V<Q2;
如果是,则判断新增敏感气体为甲醛气体和干扰气体的混合气体,相应输出甲醛浓度值Out={[m*(V2-V2_R)-(V1-V1_R)]/(m-1)}+Out_R,并返回S2;
如果否,则判断新增敏感气体基本为干扰气体,相应输出甲醛浓度值Out=Out_R,并返回S2;
其中P1为判断新增敏感气体中是否存在干扰气体的斜率比阈值,P2为判断新增敏感气体中是否存在甲醛气体的斜率比阈值,Q1为判断新增敏感气体中是否存在干扰气体的数据变化量比阈值,Q1为判断新增敏感气体中是否存在甲醛气体的数据变化量比阈值。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为:一种甲醛检测装置,其特征在于:包括控制器以及对醇反应强度不同的第一甲醛传感器、第二甲醛传感器,所述第一甲醛传感器、第二甲醛传感器分别与控制器电连接。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明中的甲醛检测方法,利用两个对干扰成分反应强度不同的甲醛传感器进行数据检测,如此在出现干扰成分时,两个甲醛传感器的检测数据会出现明显的差异,如此能够有效的判断对甲醛进行检测的干扰情况。另外,在进行甲醛浓度值的计算时,在使用当前的检测数据的同时,还充分利用各甲醛传感器的历史输出值、甲醛浓度值的历史数据计算当前环境中的甲醛浓度值进行计算,如此能够最大程度的减小干扰气体对甲醛浓度值的影响,计算获取的甲醛浓度值更加准确。
而应用该方法的甲醛检测装置,仅需要设置控制器以及对干扰成分反应强度不同的第一甲醛传感器、第二甲醛传感器即可,结构简单。应用时,无需专门进行前期的实验即能准确的检测环境中的甲醛浓度,前期的实验成本低,工作过程中数据处理量小。
附图说明
图1为本发明实施例中甲醛检测方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例中可以通过简单的甲醛检测装置实现下述的甲醛检测方法,该甲醛检测装置包括控制器以及对干扰成分反应强度不同的第一甲醛传感器、第二甲醛传感器,第一甲醛传感器、第二甲醛传感器分别与控制器电连接。第一甲醛传感器、第二甲醛传感器、控制器集成设置并成为一个独立的产品。工作时,控制器根据第一甲醛传感器、第二甲醛传感器传送的检测数据进行计算,控制器不仅可以实现对第一甲醛传感器、第二甲醛传感器输出数据的优化计算,进而能够实现环境中的甲醛浓度值计算,进而最终输出计算获取的甲醛浓度值作为展示给用户的结果。
本实施中,第一甲醛传感器、第二甲醛传感器的检测数据的准备以及控制器前期的准备计算方法具体如下:
本实施例中每个采样周期采样N个数据,如此按照设定的采样频率,控制器实时获取第一甲醛传感器连续采集的N个检测数据构成的数据组A=[A1,A2,……,Ai,……,AN],其中i、N为自然数,并且1≤i≤N;其中AN为第一甲醛传感器最新的采样数据;
控制器计算第一甲醛传感器的输出值V1;
同时控制器拟合计算在最新采样数据AN前时间T内检测数据的变化斜率K1;
在相同的环境中,按照与第一甲醛传感器相同的采样周期,实时获取第二甲醛传感器连续采集的N个检测数据构成的数据组B=[B1,B2,……,Bi,……,BN];其中BN为第一甲醛传感器最新的采样数据;
同时拟合计算在最新采样数据BN前时间T内检测数据的变化斜率K2。
时间T根据需要进行具体设置,如该时间T为采集3N个数据的时间,即为3个采样周期的所需的时间。即采用包括AN、BN在内的就近的3N个检测数据分别进行K1、K2的拟合计算,拟合计算的算法可以采用现有的各种拟合算法,如可以采用最小二乘法或者多项式拟合法进行K1、K2的拟合计算。
本实施例中,第一甲醛传感器对干扰成分的反应强度为F1,第二甲醛传感器对干扰成分的反应强度为F2,F1=mF2,其中m>1。干扰成分可以包括苯、甲苯、乙酸、酒精、硫化氢、一氧化碳等。在进行两个甲醛传感器的选择时,可以根据需要选择对不同干扰成分反应强度不同的甲醛传感器产品。这两个甲醛传感器在针对甲醛气体进行检测时,输出值保持一致。而针对干扰成分,第一甲醛传感器的输出值大于或远大于第二甲醛传感器的输出值。如此在出现干扰成分时,第一甲醛传感器的输出值变化更加灵敏,波动更大,而第二甲醛传感器自身即具有一定的抗干扰能力。
如图1所示,甲醛检测方法具体包括以下步骤:
S1、上电后,第一甲醛传感器、第二甲醛传感器分别采样N个检测数据,控制器根据第一甲醛传感器、第二甲醛传感器的检测数据分别计算第一甲醛传感器的输出值V1、第二甲醛传感器的输出值V2;
初始化甲醛浓度值Out=Min(V1,V2),Min(V1,V2)表示取V1,V2中的较小的值;初始化新增敏感气体标记M=0;
S2、在新的采样周期内,第一甲醛传感器、第二甲醛传感器采样N个新的检测数据,控制器根据第一甲醛传感器、第二甲醛传感器在新的采样周期内的检测数据分别计算第一甲醛传感器的输出值V1、第二甲醛传感器的输出值V2,以及第一甲醛传感器的检测数据变化斜率K1和第二甲醛传感器的检测数据变化斜率K2;
S3、控制器检测上采样周期的新增敏感气体标记M的值,如果M=0,则进行S4,如果M=1则进行S5;M=0表示未新增甲醛传感器能够检测到的敏感气体,M=1表示新增了甲醛传感器能够检测到的敏感气体;
S4、判断是否K1>a,a为判断第一甲醛传感器的检测数据是否明显增大的斜率阈值,a为大于0且接近于0的数值;即判断对干扰气体更加敏感的第一甲醛传感器的检测数据是否明显增大;
如果否,判断当前环境中未增加新增敏感气体,将新增敏感气体标记M置0,即M=0,并进行S6;
如果是,判断当前环境中新增敏感气体,将新增敏感气体标记M置1,即M=1,并进行S6;
S5、判断是否K1≤a且K2≤b,其中b为判断第一甲醛传感器的检测数据是否明显增大的斜率阈值,b为大于0且接近于0的数值;即判断第一甲醛传感器、第二甲醛传感器的检测数据是否未明显增加甚至减小;
如果是,判断当前环境中未增加新增敏感气体,则将新增敏感气体标记M置0,即M=0,并进行S6;
如果否,判断当前环境中新增敏感气体,将新增敏感气体标记M置1,即M=1,并进行S6;
S6、检测当前的新增敏感气体标记M的值,如果M=0,则进行S7,如果M=1则进行S8;
S7、判断是否V2<Out_L,其中Out_L表示上采样周期输出的甲醛浓度值;
如果是,则表明当前环境中的甲醛气体含量出现了相对减少的情况,此时使用具有一定抗干扰能力的第二甲醛传感器的计算输出值能够更准确的反应环境中甲醛的真实浓度值,则控制器输出的甲醛浓度值Out=V2,并返回S2;
如果否,则判断是否V2>V2_L,其中V2_L表示上采样周期第二甲醛传感器的输出值,如果是,则Out=(V2-V2_L)+Out_L,并返回S2;如果否,Out=V2_L,并返回S2;
S8、此时保存最接近于M置1前在M=0的采样周期输出的第一甲醛传感器的输出值为第一甲醛传感器参考值V1_R,保存最接近于M置1前在M=0的采样周期输出的第二甲醛传感器的输出值为第二甲醛传感器参考值V2_R,保存最接近于M置1前在M=0的采样周期输出的甲醛浓度值为甲醛浓度参考值Out_R;
同时判断是否K2>b;
如果是,则判断新增敏感气体为甲醛气体和干扰气体的混合气体,则进行S9;
如果否,则判断新增敏感气体基本为干扰气体,则Out=Out_R,并返回S2;
S9、根据K1和K2的比值情况,V1-V1_R与V2-V2_R的比值情况判断新增敏感气体中甲醛气体和干扰气体的占比情况,进而计算当前环境中的甲醛浓度值Out,并返回S2。
5、根据权利要求4所述的甲醛检测方法,其特征在于:S9中包括以下步骤:
S9.1、计算K=K1/K2,计算V=(V1-V1_R)/(V2-V2_R);
S9.2、判断是否0<K<P1,且0<V<Q1;
如果是,则判断新增敏感气体基本为甲醛气体,相应输出甲醛浓度值Out=(V2-V2_R)+Out_R,并返回S2;
如果否,则进行S9.3;
S9.3、判断是否P1≤K<P2,且Q1≤V<Q2;
如果是,则判断新增敏感气体为甲醛气体和干扰气体的混合气体,相应输出甲醛浓度值Out={[m*(V2-V2_R)-(V1-V1_R)]|/(m-1)}+Out_R,并返回S2;
如果否,则判断新增敏感气体基本为干扰气体,相应输出甲醛浓度值Out=Out_R,并返回S2;
其中P1为判断新增敏感气体中是否存在干扰气体的斜率比阈值,P2为判断新增敏感气体中是否存在甲醛气体的斜率比阈值,Q1为判断新增敏感气体中是否存在干扰气体的数据变化量比阈值,Q1为判断新增敏感气体中是否存在甲醛气体的数据变化量比阈值。
Claims (5)
1.一种甲醛检测方法,其特征在于:包括以下步骤:
获取相同环境中两个对干扰成分反应强度不同的甲醛传感器的检测数据;
根据两个甲醛传感器的检测数据,计算各甲醛传感器的输出值,计算各甲醛传感器的检测数据的变化斜率;
根据两个甲醛传感器的检测数据的变化斜率判断是否存在干扰气体,并根据干扰气体的判断结果、各甲醛传感器的输出值、各甲醛传感器的历史输出值、甲醛浓度值的历史数据计算当前环境中的甲醛浓度值;
按照设定的采样频率,实时获取第一甲醛传感器连续采集的N个检测数据构成的数据组A=[A1,A2,……,Ai,……,AN],其中i、N为自然数,并且1≤i≤N;其中AN为第一甲醛传感器最新的采样数据;
同时拟合计算在最新采样数据AN前时间T内检测数据的变化斜率K1;
在相同的环境中,按照与第一甲醛传感器相同的采样周期,实时获取第二甲醛传感器连续采集的N个检测数据构成的数据组B=[B1,B2,……,Bi,……,BN];其中BN为第一甲醛传感器最新的采样数据;
同时拟合计算在最新采样数据BN前时间T内检测数据的变化斜率K2。
2.根据权利要求1所述的甲醛检测方法,其特征在于:利用最小二乘法或者多项式拟合法计算两个甲醛传感器的检测数据的变化斜率K1、K2。
3.根据权利要求1或2所述的甲醛检测方法,其特征在于:第一甲醛传感器对干扰成分的反应强度为F1,第二甲醛传感器对干扰成分的反应强度为F2,F1=mF2,其中m>1;
S1、上电后,第一甲醛传感器、第二甲醛传感器分别采样N个检测数据并计算对应的输出值V1、V2;初始化甲醛浓度值Out=Min(V1,V2),Min(V1,V2)表示取V1,V2中的较小的值;初始化新增敏感气体标记M=0;
S2、在新的采样周期内,第一甲醛传感器、第二甲醛传感器采样N个新的检测数据,并计算新的V1、V2以及新的K1和K2;
S3、检测上采样周期的新增敏感气体标记M的值,如果M=0,则进行S4,如果M=1则进行S5;
S4、判断是否K1>a,a为判断第一甲醛传感器的检测数据是否明显增大的斜率阈值,a为大于0且接近于0的数值;
如果否,判断当前环境中未增加新增敏感气体,将新增敏感气体标记M置0,即M=0,并进行S6;
如果是,判断当前环境中新增敏感气体,将新增敏感气体标记M置1,即M=1,并进行S6;
S5、判断是否K1≤a且K2≤b,其中b为判断第一甲醛传感器的检测数据是否明显增大的斜率阈值,b为大于0且接近于0的数值;
如果是,判断当前环境中未增加新增敏感气体,则将新增敏感气体标记M置0,即M=0,并进行S6;
如果否,判断当前环境中新增敏感气体,将新增敏感气体标记M置1,即M=1,并进行S6;
S6、检测当前的新增敏感气体标记M的值,如果M=0,则进行S7,如果M=1则进行S8;
S7、判断是否V2<Out_L,其中Out_L表示上采样周期输出的甲醛浓度值;
如果是,Out=V2,并返回S2;
如果否,则判断是否V2>V2_L,其中V2_L表示上采样周期第二甲醛传感器的输出值,如果是,则Out=(V2-V2_L)+Out_L,并返回S2;如果否,Out=V2_L,并返回S2;
S8、此时保存最接近于M置1前在M=0的采样周期输出的第一甲醛传感器的输出值为第一甲醛传感器参考值V1_R,保存最接近于M置1前在M=0的采样周期输出的第二甲醛传感器的输出值为第二甲醛传感器参考值V2_R,保存最接近于M置1前在M=0的采样周期输出的甲醛浓度值为甲醛浓度参考值Out_R;
同时判断是否K2>b;
如果是,则判断新增敏感气体为甲醛气体和干扰气体的混合气体,则进行S9;
如果否,则判断新增敏感气体基本为干扰气体,则Out=Out_R,并返回S2;
S9、根据K1和K2的比值情况,V1-V1_R与V2-V2_R的比值情况判断新增敏感气体中甲醛气体和干扰气体的占比情况,进而计算当前环境中的甲醛浓度值Out,并返回S2。
4.根据权利要求3所述的甲醛检测方法,其特征在于:S9中包括以下步骤:
S9.1、计算K=K1/K2,计算V=(V1-V1_R)/(V2-V2_R);
S9.2、判断是否0<K<P1,且0<V<Q1;
如果是,则判断新增敏感气体基本为甲醛气体,相应输出甲醛浓度值Out=(V2-V2_R)+Out_R,并返回S2;
如果否,则进行S9.3;
S9.3、判断是否P1≤K<P2,且Q1≤V<Q2;
如果是,则判断新增敏感气体为甲醛气体和干扰气体的混合气体,相应输出甲醛浓度值Out={[m*(V2-V2_R)-(V1-V1_R)]/(m-1)}+Out_R,并返回S2;
如果否,则判断新增敏感气体基本为干扰气体,相应输出甲醛浓度值Out=Out_R,并返回S2;
其中P1为判断新增敏感气体中是否存在干扰气体的斜率比阈值,P2为判断新增敏感气体中是否存在甲醛气体的斜率比阈值,Q1为判断新增敏感气体中是否存在干扰气体的数据变化量比阈值,Q1为判断新增敏感气体中是否存在甲醛气体的数据变化量比阈值。
5.一种实现如权利要求1至4任一项所述的甲醛检测方法的甲醛检测装置,其特征在于:包括控制器以及对干扰成分反应强度不同的第一甲醛传感器、第二甲醛传感器,所述第一甲醛传感器、第二甲醛传感器分别与控制器电连接。
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