CN112881325B - 一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法，包括以下步骤：S1：采集输出电压值U1与腔内温度值T1；S2：初始化二氧化碳浓度最小值Cmin，所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin；S3：得到修正后的理论电压值U0，标定模型得到估计浓度值C0和未修正浓度值C1；S4：判断C0与400ppm的数值大小；S5：比较C1与Cmin的数值大小；S6：判断秒数t与86400的数值大小；S7：标定模型反求得输出电压值U0，初始化二氧化碳浓度最小值Cmin，所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin；S8：重复上述步骤S3至步骤S7至断电。在本发明中，该浓度检测方法能够对红外二氧化碳传感器的零漂进行估计，从而修正二氧化碳浓度估值的具体数值，可以提高传感器的二氧化碳浓度估值准确性。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳浓度检测技术领域，尤其涉及一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法。
背景技术
工业生产、环境监测等各个领域都需要对CO2气体浓度进行检测。CO2气体浓度检测方法有很多种,其中,非色散红外(NDIR)检测技术被广泛采用,该技术是利用CO2气体分子对特定的红外光谱具有强烈吸收原理,基于朗伯-比尔定律和气体对光谱的选择性吸收等原理(如CO2气体的吸收峰在4.26μm)，对CO2气体进行定量分析，朗伯-比尔吸收定律即I＝I0exp(-KCL)，其中I为输出光强度，I0为输入光强度，C为浓度，K为CO2气体的吸收系数，L为气体与光源作用的有效长度。
由于气体吸收特性即参数K的值容易受到温度的影响，并且温度变化会引起气体浓度、二氧化碳分子活性、光源稳定性等变化，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，根据传感器的输出电压值、腔内温度值与已知的实际浓度值，我们就可以建立一个有温度补偿的标定模型，虽已进行了标定，但随着时间的推移，光源的衰减、光敏元件的老化，都会使得模型出现一定程度地漂移，此时若仍使用时间间隔很远的模型，估算的浓度值将会相差甚远，即相同的一组电压值与腔内温度，所对应的实际浓度值发生了变化，为了让一个投入使用的二氧化碳传感器能够在长时间尺度仍保持一定的准确性。
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，而提出基于时间与浓度阈值的检测方法，提高检测数值准确性和可靠性的一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法，包括以下步骤：
S1：传感器上电后，立即启动计时器，用t记录经过的秒数，传感器采集传感器输出电压值U1与腔内温度值T1；
S2：初始化二氧化碳浓度最小值Cmin，初始化该浓度最小值所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin；
S3：等待直到节点新采集到电压值U1以及腔内温度T1，将U1与零点漂移量△U相加得到修正后的理论电压值U0，即U0＝U1+△U，将电压值U0与腔内温度T1代入所采用的标定模型来得到估计浓度值C0，同时，将电压值U1与腔内温度T1代入所采用的标定模型来得到未修正浓度值C1；
S4：判断C0与400ppm的数值大小，获得当前浓度值；
S5：比较C1与Cmin的数值大小；
S6：判断秒数t与86400的数值大小；
S7：将浓度值400ppm与腔内温度Tmin代入标定模型反求得输出电压值U0，更新零点漂移量△U为U0-Umin，并初始化二氧化碳浓度最小值Cmin，以及初始化该浓度最小值所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin；
S8：不断重复上述步骤S3至步骤S7，直至断电。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤S1中，传感器数据采集以固定的周期为间隔，且初始化零点漂移量△U为0。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤S2中，二氧化碳浓度最小值Cmin为10000ppm，对应的电压值Umin与腔内温度Tmin均为0。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤S3中，标定模型为电压值U、腔内温度T、二氧化碳浓度值C三者之间的映射关系。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤S4中，如果C0<400ppm，将此时的腔内温度T1与浓度400ppm代入标定模型，反求出此时的输出电压值U0，更新零点漂移量△U为U0-U1，即△U＝U0-U1，并输出当前浓度为400ppm；
如果C0≥400ppm，输出当前浓度为C0值。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤S5中，如果C1≤Cmin，令Cmin＝C1、Umin＝U1和Tmin＝T1。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述步骤S6中，若t≥86400，则重新启动计时器，用t记录重启后所经过的秒数，且跳到步骤S7；
如果t<86400，跳到步骤S8。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤S7中，初始化二氧化碳浓度最小值Cmin为10000ppm，初始化该浓度最小值所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin均为0。
本发明提供了一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法。具备以下有益效果：
该浓度检测方法能够对红外二氧化碳传感器的零漂进行估计，从而修正二氧化碳浓度估值的具体数值，可以提高传感器的二氧化碳浓度估值准确性，进而提高浓度检测数据的可靠性。
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。
一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法，包括以下步骤：
S1：传感器上电后，立即启动计时器，用t记录经过的秒数，传感器采集传感器输出电压值U1与腔内温度值T1；
S2：初始化二氧化碳浓度最小值Cmin，初始化该浓度最小值所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin；
S3：等待直到节点新采集到电压值U1以及腔内温度T1，将U1与零点漂移量△U相加得到修正后的理论电压值U0，即U0＝U1+△U，将电压值U0与腔内温度T1代入所采用的标定模型来得到估计浓度值C0，同时，将电压值U1与腔内温度T1代入所采用的标定模型来得到未修正浓度值C1；
S4：判断C0与400ppm的数值大小，获得当前浓度值，(根据资料显示大气中二氧化碳浓度约为400ppm)；
S5：比较C1与Cmin的数值大小；
S6：判断秒数t与86400的数值大小，每过24小时，可认为是浓度变化的一个周期，则取过往24小时中浓度最小值进行校准，并重置之；
S7：将浓度值400ppm与腔内温度Tmin代入标定模型反求得输出电压值U0，更新零点漂移量△U为U0-Umin，并初始化二氧化碳浓度最小值Cmin，以及初始化该浓度最小值所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin；
S8：不断重复上述步骤S3至步骤S7，直至断电。
该浓度检测方法能够对红外二氧化碳传感器的零漂进行估计，从而修正二氧化碳浓度估值的具体数值，可以提高传感器的二氧化碳浓度估值准确性，进而提高浓度检测数据的可靠性。
步骤S1中，传感器数据采集以固定的周期为间隔，且初始化零点漂移量△U为0。
步骤S2中，二氧化碳浓度最小值Cmin为10000ppm，(该值为一个极大值，超出传感器量程)对应的电压值Umin与腔内温度Tmin均为0。
步骤S3中，标定模型为电压值U、腔内温度T、二氧化碳浓度值C三者之间的映射关系。
步骤S4中，如果C0<400ppm，将此时的腔内温度T1与浓度400ppm代入标定模型，反求出此时的输出电压值U0，更新零点漂移量△U为U0-U1，即△U＝U0-U1，并输出当前浓度为400ppm；
如果C0≥400ppm，输出当前浓度为C0值。
步骤S5中，如果C1≤Cmin，令Cmin＝C1、Umin＝U1和Tmin＝T1。
步骤S6中，若t≥86400，则重新启动计时器，用t记录重启后所经过的秒数，且跳到步骤S7；
如果t<86400，即24小时，跳到步骤S8。
步骤S7中，初始化二氧化碳浓度最小值Cmin为10000ppm，初始化该浓度最小值所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin均为0。
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 (6)
1.一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：传感器上电后，立即启动计时器，用t记录经过的秒数，传感器采集传感器输出电压值U1与腔内温度值T1；
S2：初始化二氧化碳浓度最小值Cmin，初始化该浓度最小值所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin；
S3：等待直到节点新采集到电压值U1以及腔内温度T1，将U1与零点漂移量△U相加得到修正后的理论电压值U0，即U0＝U1+△U，将电压值U0与腔内温度T1代入所采用的标定模型来得到估计浓度值C0，同时，将电压值U1与腔内温度T1代入所采用的标定模型来得到未修正浓度值C1；
S4：判断C0与400ppm的数值大小，获得当前浓度值，如果C0<400ppm，将此时的腔内温度T1与浓度400ppm代入标定模型，反求出此时的输出电压值U0，更新零点漂移量△U为U0-U1，即△U＝U0-U1，并输出当前浓度为400ppm；
如果C0≥400ppm，输出当前浓度为C0值；
S5：比较C1与Cmin的数值大小，如果C1≤Cmin，令Cmin＝C1、Umin＝U1和Tmin＝T1；
S6：判断秒数t与86400的数值大小；
S7：将浓度值400ppm与腔内温度Tmin代入标定模型反求得输出电压值U0，更新零点漂移量△U为U0-Umin，并初始化二氧化碳浓度最小值Cmin，以及初始化该浓度最小值所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin；
S8：不断重复上述步骤S3至步骤S7，直至断电。
2.根据权利要求1所述的一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法，其特征在于：所述步骤S1中，传感器数据采集以固定的周期为间隔，且初始化零点漂移量△U为0。
3.根据权利要求1所述的一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，二氧化碳浓度最小值Cmin为10000ppm，对应的电压值Umin与腔内温度Tmin均为0。
4.根据权利要求1所述的一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法，其特征在于：所述步骤S3中，标定模型为电压值U、腔内温度T、二氧化碳浓度值C三者之间的映射关系。
5.根据权利要求1所述的一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法，其特征在于：所述步骤S6中，若t≥86400，则重新启动计时器，用t记录重启后所经过的秒数，且跳到步骤S7；
如果t<86400，跳到步骤S8。
6.根据权利要求1所述的一种基于零漂估计的红外二氧化碳传感器的浓度检测方法，其特征在于：所述步骤S7中，初始化二氧化碳浓度最小值Cmin为10000ppm，初始化该浓度最小值所对应的电压值Umin与腔内温度Tmin均为0。
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