CN113358284A - 基于mems芯片探测器的气体泄漏探测方法及系统 - Google Patents

基于mems芯片探测器的气体泄漏探测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法及系统，首先在应报警模拟环境下，改变模拟环境的温度并基于MEMS芯片探测器获得待测气体的报警标定图；用MEMS芯片探测器进行待测气体实际泄漏探测得到探测输出量；基于报警标定图对探测输出量进行报警判断得到报警结果最后输出报警结果；基于MEMS芯片进行气体浓度和环境温度采集，将环境温度和气体浓度同时作为报警标定的依据，直接考量进报警标定图中，相当于在报警判断时对探测输出量直接进行环境温度误差补偿；不仅避免了传感器紊乱的误差补偿过程，提高监测精度，同时也避免了随环境温度的变化和传感器的特性变化而导致的误报警、早报警、晚报警、不报警等可靠性问题。

Description

基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法及系统
技术领域
本发明涉及气体泄漏探测技术领域，具体涉及基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法及系统。
背景技术
目前，天然气/液化气由于成本低、对环境的影响小从而得到了广泛推广、应用，由于天然气/液化气的特性使得天然气/液化气在正常使用时会使管道或储气瓶的阀门和管道存在泄漏的可能，有一定的安全隐患，当发生燃气泄露情况时，轻则导致人体产生头晕、呼吸困难等问题；重则发生爆炸的事故。因此，针对燃气泄露后的监测方法至关重要。
通常情况下都是采用红外探测报警装置监测燃气使用情况，或是半导体探测报警器，红外探测报警装置的成本较高，对于半导体探测报警器需要进行催化燃烧，需要进行化学反应，不仅污染环境，且催化燃烧释放的热量会加速器件的老化，导致使用寿命短；
另外现有的探测报警装置中传感器在使用时，随着环境温度的变化，传感器的特性也会变化，导致其输出量与实际不符，容易导致报警装置误报警、早报警、晚报警、甚至不报警，影响了其使用的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的气体探测报警装置，受环境影响因素大，使用寿命短，成本较高，本发明目的在于提供基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法及系统，以解决上述技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，所述MEMS芯片探测器包括温度探测模块和MEMS传感器，其特征在于，包括步骤：
S1、在应报警模拟环境下，改变模拟环境的温度并基于MEMS芯片探测器获得待测气体的报警标定图，所述报警标定图是表征环境温度和待测气体报警浓度之间的关系图；
S2、用MEMS芯片探测器进行待测气体实际泄漏探测得到探测输出量；
S3、基于报警标定图对探测输出量进行报警判断得到报警结果；
S4、输出报警结果。
本方案工作原理：本方案提供的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法及系统，基于MEMS芯片进行气体浓度和环境温度采集，将环境温度和气体浓度同时作为报警标定的依据，直接考量进报警标定图中，相当于在报警判断时对探测输出量直接进行环境温度误差补偿；不仅避免了传感器紊乱的误差补偿过程，提高监测精度，同时也避免了随环境温度的变化和传感器的特性变化而导致的误报警、早报警、晚报警、不报警等可靠性问题。现有的红外光探测报警装置使用成本较高，而本方案中的MEMS芯片不仅成本低， 还充分应用MEMS芯片，提高器件使用效率。
进一步优化方案为，步骤S1包括：
令待测气体的浓度保持在应报警浓度值下，均匀增高或均匀降低模拟环境的温度；
记录每个温度值及其对应MEMS芯片探测器输出的特征量；
基于所有温度值和特征量得到相关性图。
进一步优化方案为，相邻两个温度值间的温度差小于5℃。
本方案令MEMS芯片探测器使用前在应报警模拟环境下进行工作，以MEMS芯片探测器在模拟环境下的实际工作状态来获取报警标定图，其报警标定图具有针对性，不会出现器件差异影响检测精度和标定精度。
进一步优化方案为，待测气体的浓度在5%LEL-25%LEL，所述LEL为可燃气体或蒸气在空气中的最低爆炸浓度。
以标准的最低爆炸浓度来建立模拟环境，根据不同气体的爆炸下限设定应报警模拟环境。
进一步优化方案为，所述相关性图为：以温度值为X轴，特征量为Y轴绘制的二维坐标图；或以特征量为X轴，温度值为Y轴绘制的二维坐标图。
二维坐标图直观的展示环境温度和表征气体浓度的特征量之间的关联，虽然待测气体的浓度保持在应报警浓度值下，但是MEMS芯片探测器在不同温度下所测得的表征气体浓度的特征量与测气体的实际浓度有一定的差异，特征量与测气体的实际浓度之间的差异即为温度变化引起的误差，在测气体的浓度保持在应报警浓度值这一前提下，以MEMS芯片探测器测得的实际特征量为标定值，该标定值直接包含了温度变化引起的误差，为后续报警判断提供准确度更高的数据基础。
进一步优化方案为，S2中所述探测输出量包括：探测环境温度和探测气体浓度。
进一步优化方案为，步骤S3包括：
S31、基于探测环境温度在报警标定图中，直接获取对应的特征量或基于线性插值法估计出对应的特征量；
S32、当探测输出量的探测气体浓度大于或等于S31得到的特征量时，判定报警；否则判定不报警。
进一步优化方案为，当报警标定图中有与探测环境温度一致的点，直接获取该点对应的特征量；
当报警标定图中没有与探测环境温度一致的点时，寻找第一个大于探测环境温度的A点和第一个小于探测环境温度的B点，根据线性插值法计算出该探测环境温度对应的特征量。
如果两个温度值间的温度差越小，获得的报警标定图就越精准，为了提高效率，不可能在每个温度点都进行温度值和器输出的特征量记录，因此对于那些在报警标定图中没有与探测环境温度一致的点，可以基于线性插值法很快估计出对应的特征量，判定方法简单可靠性高。
虽然报警标定图为非线性图，基于报警标定图使用线性差值法可以很快估计出对应的特征量。
本方案提供基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测系统，应用于上述基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，包括：模拟环境模块、探测模块、判定模块和输出模块；
模拟环境模块提供应报警模拟环境，改变模拟环境的温度并基于MEMS芯片探测器获得待测气体的报警标定图；
探测模块用MEMS芯片探测器进行待测气体实际泄漏探测得到探测输出量；
判定模块基于报警标定图对探测输出量进行报警判断得到报警结果；
输出模块输出报警结果。
进一步优化方案为，所述于MEMS芯片探测器至少包括温度探测模块和气体浓度探测模块。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法及系统，基于MEMS芯片进行气体浓度和环境温度采集，将环境温度和气体浓度同时作为报警标定的依据，直接考量进报警标定图中，相当于在报警判断时对探测输出量直接进行环境温度误差补偿；不仅避免了传感器紊乱的误差补偿过程，提高监测精度，同时也避免了随环境温度的变化和传感器的特性变化而导致的误报警、早报警、晚报警、不报警等可靠性问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法流程图；
图2为本发明实施例1的报警标定图；
图3为本发明实施例1的局部放大图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，对某管道内甲烷气体进行探测，如图1所示，所述MEMS芯片探测器包括温度探测模块和MEMS传感器，包括步骤：
S1、在应报警模拟环境下，改变模拟环境的温度并基于MEMS芯片探测器获得待测气体的报警标定图，所述报警标定图是表征环境温度和待测气体报警浓度之间的关系图；
S2、用MEMS芯片探测器进行待测气体实际泄漏探测得到探测输出量；
S3、基于报警标定图对探测输出量进行报警判断得到报警结果；
S4、输出报警结果。
步骤S1包括：
在模拟实验环境中，令待测甲烷气体的浓度保持在应报警浓度值5% LEL情况下，均匀增高或均匀降低模拟环境的温度；
记录每个温度值及其对应MEMS芯片探测器输出的特征量；
如图2所示，基于所有温度值和特征量得到相关性图。
相邻两个温度值间的温度差小于5℃。
待测气体的浓度在5%LEL-25%LEL，所述LEL为可燃气体或蒸汽在空气中的最低爆炸浓度。
所述相关性图为：以温度值为X轴，特征量为Y轴绘制的二维坐标图；或以特征量为X轴，温度值为Y轴绘制的二维坐标图。
S2中所述探测输出量包括：探测环境温度和探测气体浓度。
步骤S3包括：
S31、基于探测环境温度在报警标定图中，直接获取对应的特征量或基于线性插值法估计出对应的特征量；
S32、当探测输出量的探测气体浓度大于或等于S31得到的特征量时，判定报警；否则判定不报警。
如图3所示，当报警标定图中有与探测环境温度一致的点，直接获取该点对应的特征量；
当前探测环境温度为15℃，从报警标定图中可以找到15℃对应的特征量为20（图中标注的D点），那么可以直接将20作为当前探测环境温度对应的特征量进行下一步报警判定。
当前探测环境温度为27.7℃，报警标定图中无与之对应的特征量，那么就基于E1点对应的特征量和E2点对应的特征量来计算；根据线性插值法，在E1点和E2点之间进行插值计算出E点对应的特征量。
当报警标定图中没有与探测环境温度一致的点时，寻找第一个大于探测环境温度的A点和第一个小于探测环境温度的B点，根据线性插值法计算出该探测环境温度对应的特征量。
本方案不仅限于监测甲烷，还可以检测一氧化碳、氢气等单一气体，其结构设计巧妙，简便易用、适用于各种应用环境，大大提高了产品泄露报警的可靠性、一致性和安全性，可以有效的预防和控制因燃气泄漏造成的对人身和财产的伤害。
实施例2
基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测系统，应用于上一实施例的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，包括：模拟环境模块、探测模块、判定模块和输出模块；
模拟环境模块提供应报警模拟环境，改变模拟环境的温度并基于MEMS芯片探测器获得待测气体的报警标定图；
探测模块用MEMS芯片探测器进行待测气体实际泄漏探测得到探测输出量；
判定模块基于报警标定图对探测输出量进行报警判断得到报警结果；
输出模块输出报警结果。
所述于MEMS芯片探测器至少包括温度探测模块和气体浓度探测模块。
MEMS芯片探测器具有能够与控制和指示设备连接的联网接口，联网接口能输出与其测量浓度向对应的信号及探测器正常监视、故障、报警、传感器寿命使用状态信号。
MEMS芯片探测器具有控制输出功能，且控制输出接口具有延时功能，其最大延时时间不超过25秒。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：此时引出相应的方法步骤，所述的存储介质可以是ROM/RAM、磁碟、光盘等等。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，所述MEMS芯片探测器包括温度探测模块和MEMS传感器，其特征在于，包括步骤：
S1、在应报警模拟环境下，改变模拟环境的温度并基于MEMS芯片探测器获得待测气体的报警标定图，所述报警标定图是表征环境温度和待测气体报警浓度之间的关系图；
S2、用MEMS芯片探测器进行待测气体实际泄漏探测得到探测输出量；
S3、基于报警标定图对探测输出量进行报警判断得到报警结果；
S4、输出报警结果。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，其特征在于，步骤S1包括：
令待测气体的浓度保持在应报警浓度值下，均匀增高或均匀降低模拟环境的温度；
记录每个温度值及其对应MEMS芯片探测器输出的特征量；
基于所有温度值和特征量得到的相关性图作为报警标定图。
3.根据权利要求2所述的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，其特征在于，相邻两个温度值间的温度差小于5℃。
4.根据权利要求2所述的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，其特征在于，待测气体的浓度在5%LEL-25%LEL，所述LEL为可燃气体或蒸汽在空气中的最低爆炸浓度。
5.根据权利要求2所述的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，其特征在于，所述相关性图为：以温度值为X轴，特征量为Y轴绘制的二维坐标图；或以特征量为X轴，温度值为Y轴绘制的二维坐标图。
6.根据权利要求5所述的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，其特征在于，S2中所述探测输出量包括：探测环境温度和探测气体浓度。
7.根据权利要求6所述的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31、基于探测环境温度在报警标定图中，直接获取对应的特征量或基于线性插值法估计出对应的特征量；
S32、当探测输出量的探测气体浓度大于或等于S31得到的特征量时，判定报警；否则判定不报警。
8.根据权利要求7所述的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，其特征在于，当报警标定图中有与探测环境温度一致的点，直接获取该点对应的特征量；
当报警标定图中没有与探测环境温度一致的点时，寻找第一个大于探测环境温度的A点和第一个小于探测环境温度的B点，根据线性插值法计算出该探测环境温度对应的特征量。
9.基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测系统，应用于权利要求1-8所述的任意一种基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测方法，其特征在于，包括：模拟环境模块、探测模块、判定模块和输出模块；
模拟环境模块提供应报警模拟环境，改变模拟环境的温度并基于MEMS芯片探测器获得待测气体的报警标定图；
探测模块用MEMS芯片探测器进行待测气体实际泄漏探测得到探测输出量；
判定模块基于报警标定图对探测输出量进行报警判断得到报警结果；
输出模块输出报警结果。
10.根据权利要求9所述的基于MEMS芯片探测器的气体泄漏探测系统，其特征在于，所述于MEMS芯片探测器至少包括温度探测模块和气体浓度探测模块。
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