CN112683837B - 一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法，包括以下步骤：S1：根据二氧化碳浓度检测传感器节点所环境温度范围，计算得到三个温度节点处的温度数值；S2：根据其二氧化碳浓度测量范围，计算得到任意范围内各个节点的二氧化碳浓度数值；S3：对每个i∈{1,2,3}和j∈{1,2,…,N}，测量该节点在温度T_i和二氧化碳浓度C_j下的输出电压值U_i,j；S4：针对当前温度数值T和输出电压值U，获得该节点下的输出电压值U _j；S5：计算获得当前的二氧化碳的估计浓度。在本发明中，该二氧化碳浓度检测方法可以在标定阶段采集数据量和浓度估计准确性之间灵活调节，并通过调整一个参数取值来轻松的调整对应的采集数据量，适应了浓度估计准确性的检测需求。

Description

一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法

技术领域

本发明涉及二氧化碳浓度检测技术领域，尤其涉及一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法。

背景技术

二氧化碳气体传感器应用广泛，且种类很多，其中，红外光学式以其测量范围宽，灵敏度高，精度高,响应速度快,有良好的选择性,能进行连续分析等独特优点，在工业、农业、国防、医疗卫生、环境保护、载人航天中的生命保障等诸多领域得到了愈来愈广泛的应用，已成为二氧化碳气体分析最常用的方法，通常在建立红外二氧化碳气体传感器的数学模型时，都是基于朗伯—比尔(Lambert—Beer)定律，且在实际应用中，相应的环境温度补偿措施被采用以减小环境温度对测量精度的影响。

目前国内外精度较高的二氧化碳气体传感器和分析仪都采用了恒温装置及相应的环境温度补偿措施，直接根据热释电探测器的输出电压来估算CO2气体浓度往往会造成测量结果的准确性低，不具备投入使用的价值，这时候就需要使用算法对测量结果进行温度补偿修正，使设备能够投入使用。

目前已经有一些基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法，比如说先在节点的标定阶段采集大量不同温度、不同浓度下的输出电压，然后基于这些采集的样本数据，构造二氧化碳浓度估计模型，比如说基于BP神经网络的二氧化碳浓度估计模型。这些已有方法很难根据浓度估计准确性需求来确定采集数据量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出基于红外技术的检测方式，可以通过调整一个参数取值来轻松的调整对应的采集数据量，从而适应浓度估计准确性的检测需求的一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法，包括以下步骤：

S1：对于一个基于红外技术的二氧化碳浓度检测传感器节点，根据其所应用的环境温度范围[T_min,T_max]，计算得到三个温度节点处的温度数值；

S2：根据其二氧化碳浓度测量范围[C_min,C_max]，计算得到任意范围内各个节点的二氧化碳浓度数值；

S3：对每个i∈{1,2,3}和j∈{1,2,…,N}，测量该节点在温度T_i和二氧化碳浓度C_j下的输出电压值U_i,j；

S4：当将该节点进行使用时，针对当前温度数值T和输出电压值U，获得该节点下的输出电压值U_j；

S5：判断U与各节点下的输出电压值U_j的大小，获取二氧化碳的估计浓度值。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤S1中，三个温度节点处的温度数值的计算公式分别为T₁＝T_min，T₂＝0.5(T_max+T_min)，T₃＝T_max。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤S2中，任意范围内各个节点的二氧化碳浓度数值的计算公式为C₁＝C_min，C₂＝C_min+(C_max-C_min)/(N-1)，…，C_k＝C_min+(k-1)×(C_max-C_min)/(N-1)，…，C_N＝C_max。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤S3中，N的取值越大可得到越精确的电压值与浓度对应关系，但N越大会耗更多的采集时间。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤S4中，该节点下的输出电压值U_j，如果T≤T₂，则对于j＝1，2，…，N，则：U_j＝U_1,j+(U_2,j-U_1,j)×(T-T₁)/(T₂-T₁)；

如果T>T₂，则对于j＝1，2，…，N，则：U_j＝U_2,j+(U_3,j-U_2,j)×(T-T₂)/(T₃-T₂)。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤S5中，如果U≥U₁，则当前的二氧化碳的估计浓度为C_min。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤S5中，如果U≤U_N，则当前的二氧化碳的估计浓度为C_max。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤S5中，如果U≥U₁和U≤U_N均不满足，则在k∈{1,2,…,N}中找出满足U_k+1≤U≤U_k的k取值，当前的二氧化碳的估计浓度为：C_k+(C_k+1-C_k)×(U_k-U)/(U_k-U_k+1)。

本发明提供了一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法。具备以下有益效果：

该二氧化碳浓度检测方法可以在标定阶段采集数据量和浓度估计准确性之间灵活调节，并通过调整一个参数取值来轻松的调整对应的采集数据量，从而适应浓度估计准确性的检测需求，提高了二氧化碳浓度检测的准确性。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法，包括以下步骤：

S1：对于一个基于红外技术的二氧化碳浓度检测传感器节点，根据其所应用的环境温度范围[T_min,T_max]，计算得到三个温度节点处的温度数值；

S2：根据其二氧化碳浓度测量范围[C_min,C_max]，计算得到任意范围内各个节点的二氧化碳浓度数值；

S3：对每个i∈{1,2,3}和j∈{1,2,…,N}，测量该节点在温度T_i和二氧化碳浓度C_j下的输出电压值U_i,j；

S4：当将该节点进行使用时，针对当前温度数值T和输出电压值U，获得该节点下的输出电压值U_j；

S5：判断U与各节点下的输出电压值U_j的大小，获取二氧化碳的估计浓度值。

该二氧化碳浓度检测方法可以在标定阶段采集数据量和浓度估计准确性之间灵活调节，并通过调整一个参数取值来轻松的调整对应的采集数据量，从而适应浓度估计准确性的检测需求，提高了二氧化碳浓度检测的准确性。

步骤S1中，三个温度节点处的温度数值的计算公式分别为T₁＝T_min，T₂＝0.5(T_max+T_min)，T₃＝T_max。

步骤S2中，任意范围内各个节点的二氧化碳浓度数值的计算公式为C₁＝C_min，C₂＝C_min+(C_max-C_min)/(N-1)，…，C_k＝C_min+(k-1)×(C_max-C_min)/(N-1)，…，C_N＝C_max；

N的取值越大可得到越精确的电压值与浓度对应关系，但N越大会耗更多的采集时间。

步骤S4中，该节点下的输出电压值U_j，如果T≤T₂，则对于j＝1，2，…，N，则：U_j＝U_1,j+(U_2,j-U_1,j)×(T-T₁)/(T₂-T₁)；

如果T>T₂，则对于j＝1，2，…，N，则：U_j＝U_2,j+(U_3,j-U_2,j)×(T-T₂)/(T₃-T₂)。

步骤S5中，如果U≥U₁，则当前的二氧化碳的估计浓度为C_min。

步骤S5中，如果U≤U_N，则当前的二氧化碳的估计浓度为C_max。

步骤S5中，如果U≥U₁和U≤U_N均不满足，则在k∈{1,2,…,N}中找出满足U_k+1≤U≤U_k的k取值，当前的二氧化碳的估计浓度为：C_k+(C_k+1-C_k)×(U_k-U)/(U_k-U_k+1)。

实施例一，对于某款需要标定的红外二氧化碳传感器，假设其所应用的环境温度是10℃到30℃，即T_min＝10℃，T_max＝30℃，则根据步骤S1可得到：T₁＝10℃，T₂＝20℃，T₃＝30℃；

假设该款节点的二氧化碳浓度测量范围为400ppm和2000ppm，即C_min＝400ppm，C_max＝2000ppm，且假设N为9，则根据步骤二可得到C₁＝400ppm，C₂＝600ppm，C₃＝800ppm，C₄＝1000ppm，C₅＝1200ppm，C₆＝1400ppm，C₇＝1600ppm，C₈＝1800ppm，C₉＝2000ppm。由此采集对每个i∈{1,2,3}和j∈{1,2,…,9}，测量该节点在温度T_i和二氧化碳浓度C_j下的输出电压值U_i,j的值。

根据步骤S4得知，当节点进行使用时针对当前温度为T和输出电压值U，如果T≤T₂，则对于j＝1，2，…，9，U_j＝U_1,j+(U_2,j-U_1,j)×(T-T₁)/(T₂-T₁)；

如果T>T₂，则对于j＝1，2，…，9，U_j＝U_2,j+(U_3,j-U_2,j)×(T-T₂)/(T₃-T₂)；

根据步骤S5可得，如果U≥U₁，则当前的二氧化碳的估计浓度为C₁；如果U≤U₉，则当前的二氧化碳的估计浓度为C₉；否则，在k∈{1,2,…,N}中找出满足U_k+1≤U≤U_k的k取值，当前的二氧化碳的估计浓度为C_k+(C_k+1-C_k)×(U_k-U)/(U_k-U_k+1)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对于一个基于红外技术的二氧化碳浓度检测传感器，根据其所应用的环境温度范围[T_min,T_max]，计算得到三个温度节点处的温度数值，三个温度节点处的温度数值的计算公式分别为T₁＝T_min，T₂＝0.5(T_max+T_min)，T₃＝T_max；

S2：根据其二氧化碳浓度测量范围[C_min,C_max]，计算得到任意范围内各个节点的二氧化碳浓度数值，任意范围内各个节点的二氧化碳浓度数值的计算公式为C₁＝C_min，C₂＝C_min+(C_max-C_min)/(N-1)，…，C_k＝C_min+(k-1)×(C_max-C_min)/(N-1)，…，C_N＝C_max；

S3：对每个i∈{1,2,3}和j∈{1,2,…,N}，测量该节点在温度T_i和二氧化碳浓度C_j下的输出电压值U_i,j，N的取值越大可得到越精确的电压值与浓度对应关系，但N越大会耗更多的采集时间；

S4：当将该节点进行使用时，针对当前温度数值T和输出电压值U，获得该节点下的输出电压值U_j，该节点下的输出电压值U_j，如果T≤T₂，则对于j＝1，2，…，N，则：U_j＝U_1,j+(U_2,j-U_1,j)×(T-T₁)/(T₂-T₁)；

如果T>T₂，则对于j＝1，2，…，N，则：U_j＝U_2,j+(U_3,j-U_2,j)×(T-T₂)/(T₃-T₂)；

S5：判断U与各节点下的输出电压值U_j的大小，获取二氧化碳的估计浓度值；

如果U≥U₁，则当前的二氧化碳的估计浓度为C_min；

如果U≤U_N，则当前的二氧化碳的估计浓度为C_max；

如果U≥U₁和U≤U_N均不满足，则在k∈{1,2,…,N}中找出满足U_k+1≤U≤U_k的k取值，当前的二氧化碳的估计浓度为：C_k+(C_k+1-C_k)×(U_k-U)/(U_k-U_k+1)。