CN114646680B - 一种气体传感器自动测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气体传感器自动测试系统，包括硬件测试子系统和软件测试子系统，硬件测试子系统与软件测试子系统通过网络通信连接硬件测试子系统包括主控板、电磁阀组、质量流量计和传感器检测模块，主控板分别与电磁阀组泵、质量流量计和传感器检测模块连接；软件测试子系统包括环境检测模块、环境参数干扰补偿模块、流量控制管理模块和测试服务平台。本发明对传感器检测模块输出的电压数值进行温湿度补偿并对流入测试环境中的气体流量进行动态修正，并根据测试过程中的性能指标综合分析出气体传感器的性能衰减程度，且满足测试过程中的自动化和智能化的特点。

Description

一种气体传感器自动测试系统

技术领域

本发明属于传感器测试技术领域，具体涉及到一种气体传感器自动测试系统。

背景技术

在气体检测领域，电化学气体传感器得益于较低的成本，良好的性能和广泛的气体选择性，其应用最为广泛，但是电化学气体传感器个体之间存在较大的性能差异，生产时需要对电化学气体传感器的各项指标进行测试，现有的电化学气体传感器测试系统中人工测试仍占据着大部分的环节，一方面，电化学气体传感器受气流，温度等环境因素的影响较大，人为地参与测量过程会影响电化学气体传感器的周边环境的稳定性，同时手工记录测量数据不能满足高频次，长时间的需求，另一方面，某些剧毒气体的通气测试中，技术人员有可能会暴露在气体环境中，对人体造成伤害。

电化学气体传感器输出的电信号换算成气体浓度，但是在换算前无法准确地对气体传感器输出的电信号进行标定，且目前标定过程中，一般由技术人员手动操作标气瓶或配气仪，结合手动调节流量计至合适大小，然后依靠人眼观察电化学气体传感器的信号输出趋于平稳或一定时间内的抖动值小于某个值，但是不同的技术人员对于判断电化学气体传感器输出信号稳定的依据不尽相同，这将导致人为误差增大，无法保证重复测试条件和操作的一致性，且同一个人无法同时对多个传感器进行标定，测试等操作，测试效率低下，进而不能满足大批量的电化学气体传感器标定要求，测试要求，增加时间和人工成本；另外，现有气体传感器在进行测试时，无法根据当前的环境温湿度对气体传感器转换的电压数值进行环境温度补偿分析，进而存在受环境因素的干扰，气体传感器转换的电压数值与测试环境中的气体浓度所对应的电压数值不匹配；且无法对流入测试环境中的气体流量进行校准分析，导致流入测试环境中的气体流量偏离目标数值，并无法根据测试的传感器的性能指标综合判断气体传感器的性能衰减程度等一系列问题。

发明内容

本发明的目的在于提供的一种体传感器自动测试系统，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种气体传感器自动测试系统，包括硬件测试子系统和软件测试子系统，硬件测试子系统与软件测试子系统通过网络通信连接；所述硬件测试子系统包括主控板、电磁阀组、质量流量计和传感器检测模块，主控板分别与电磁阀组泵、质量流量计和传感器检测模块连接；

传感器检测模块用于将电化学气体传感器产生的原始电流数据转换为电压数据，并将电压数据发送至主控板，主控板对传感器检测模块检测的电压数据进行标定分析，并将符合标定条件的电压数据发送至软件测试子系统；

软件测试子系统包括环境检测模块、环境参数干扰补偿模块、流量控制管理模块和测试服务平台；

环境检测模块用于实时检测气体传感器所在气室环境内的温湿度；

环境参数干扰补偿模块检测在不同的温度、湿度下经主控板处理后的符合标定条件的电压数据并进行数据融合分析，建立温度补偿模型和湿度补偿模型，并分析出环境中的温、湿度分别对传感器检测模块的补偿系数；

流量控制管理模块用于获取主控板发送的质量流量计录入的流入待测试气体传感器所在环境中的实际流量数值以及传感器检测模块检测的输出电压，对采集的实际流量数值与预设目标流量数值进行对比分析，得到流量偏差以及流量偏差变化率，根据气体流量偏差以及流量偏差变化率对经质量流量计流入待测试气体传感器所在环境的气体流量进行动态修正，并根据修正结果发送控制指令至主控板，以控制主控板对气路管道上的电磁阀通断进行控制；

测试服务平台分别测试出气体传感器的响应时间、恢复时间以及灵敏度，并提取测试间隔时长

前后气体传感器的响应时间

、恢复时间

以及灵敏度L，通过采用劳损衰减模型对各等固定间隔时长下的响应时间、恢复时间以及灵敏度进行综合分析，获得气体传感器的劳损衰减系数。

优选地，所述主控板对传感器检测模块检测的数据进行标定分析，具体步骤如下：

步骤1、控制气室内的气体浓度差，以获得气体传感器探头输出产生的电流变化ΔI；

步骤2、根据传感器检测模块中IV转换电路所对应的电流与电压转换公式

，获得电流变化ΔI经传IV转换电路转换后的电压数据，即电压变化ΔV，G为IV信号转换电路的增益，传感器检测模块的IV信号转换增益G为150400；

步骤3、提取传感器检测模块获取的电压变化ΔV，对电压变化ΔV进行分析，以分析出传感器检测模块中的模数转换器的抖动大小Δadc；

Δadc计算公式

，Vref为模数转换器的参考电压，模数转换器的参考电压Vref取值为1200mV，N为模数转换器的采样位数，这里假设使用的模数转换器的采样位数为16bit；

步骤4、判断经传感器检测模块转换后的电压数据所对应的抖动大小是否小于Δadc（492），若小于，则统计抖动大小小于Δadc的持续时长t，若传感器检测模块中模数转换器所对应的抖动大小小于Δadc的持续时长t大于设定的时长，则对传感器检测模块检测出的电压数值进行标定。

优选地，所述环境参数干扰补偿模块对不同的温度下的传感器检测模块输出电压的实验数据进行融合分析，以建立温度补偿模型的方法，具体步骤如下：

步骤Q1、在标准湿度环境下，对传感器检测模块所在的环境温度以固定速度进行升温，v1=0.5℃/min；

步骤Q2、等间隔时间段提取当前温度下的传感器输出模块输出的电压数值；

步骤Q3、将各温度下的传感器输出的电压数值绘制成温度-电压特征曲线图；

步骤Q4、根据温度-电压特征曲线图，模拟出与温度-电压特征曲线最接近的温度与电压的表达式，即

，

为温度补偿系数，

为预设的标准温度，实验过程中取值为25℃，

为预设的标准温度和湿度下所对应的传感器检测模块输出的电压，U为传感器检测模块在标准湿度和T温度下输出的电压数值，

为单位时间内温度上升梯度，即0.5℃；

步骤Q5、对步骤Q4中的传感器检测模块所对应的温度与电压的表达式进行变换，获得温度补偿模型

。

优选地，所述环境参数干扰补偿模块对不同的湿度下的传感器检测模块输出电压的实验数据进行融合，以建立湿度补偿模型的方法，具体步骤如如下：

步骤W1、在标准温度环境下，对传感器检测模块所在的环境湿度以固定速度进行增加或降低，v2=3%/min；

步骤W2、等间隔时间段提取当前湿度下的传感器输出模块输出的电压数值；

步骤W3、将各湿度下的传感器输出的电压数值绘制成湿度-电压特征曲线图；

步骤W4、根据湿度-电压特征曲线图，模拟出与湿度-电压特征曲线最接近的湿度与电压的表达式，即

，

为湿度补偿系数，

为预设的标准湿度，实验过程中取值为45%，U为传感器检测模块在标准温度和S湿度下输出的电压数值，

为预设的标准温度和湿度下所对应的传感器检测模块输出的电压，

为单位时间内湿度上升梯度，即3%/min；

步骤W5、对步骤W4中的传感器检测模块所对应的湿度与电压的表达式进行变换，获得湿度补偿模型

。

优选地，所述流量偏差计算公式：

，

为第i个时间段内流入待测试气体传感器所在环境中的实际流量数值，

为第i个时间段对应的流量偏差，

为第i个时间段传感器检测模块的输出电压。

优选地，根据流量偏差建立气体流量的参数干扰模型，并获取气体流量的调节参数

，即

，i=1，2，···，m，推导出

，

和

分别为传感器检测模块在第i个和第i-1个时间段所对应的输出电压，

为第i个和第i-1个时间段所对应的输出电压相对差，T为每次采集间隔的时间段，

和

分别为第i个和第i-1个时间段所对应的流量偏差，流量偏差变化率计算公式：

，

为第i个时间段与第i-1个时间段内的流量偏差变化率。

优选地，所述流量控制管理模块根据气体流量偏差以及流量偏差变化率对流入待测试气体传感器所在环境的气体流量进行动态修正处理，采用的方法如下：

步骤1、获取各时间段下主控板控制电磁阀处于导通状态下的导通开口尺寸S1以及管道内气体流通速度V1，S1≤s，s为气路管道的截面积；

步骤2、统计按照步骤1达到预设目标流量数值所需的时间

，

；

步骤3、获取各时间段对应的气体流量偏差以及流量偏差变化率；

步骤4、根据步骤3中的气体流量偏差以及流量偏差变化率，分析出气体流量补偿模型

，

为第f个时间段需补偿的气体流量；

步骤5、采用气体流量补偿模型获得的需补偿的气体流量预测出按照当前导通开口尺寸所需控制电磁阀持续导通的总时长

。

优选地，软件测试子系统还包括测试分析管理模块，测试分析管理模块用于获取当前气室内的温、湿度对传感器检测模块的补偿系数，同时获取当前气室环境参数下流入传感器检测模块所在环境的气体流量和主控板分析的传感器检测模块转换的符合标定条件的电压数据，根据温、湿度对传感器检测模块的补偿系数对传感器检测模块转换的电压数据进行补偿，获得传感器检测模块输出的电压补偿后的电压数值，并根据电压数值与气体浓度间的映射关系，筛选出补偿后的电压数据所对应的气体浓度。

优选地，所述测试分析管理模块对传感器检测模块的输出电压补偿后的电压数值公式为

，分别将

和

的表达式代入，得到

，

和

的具体数值随着测试环境参数的变化而发生变化。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种气体传感器自动测试系统，在测试过程中能够对传感器检测模块输出的电信号进行标定判断，筛选出符合标定条件的电压信号，并能够准确地判断传感器检测模块转换的电压数据的稳定性，并降低传感器检测模块检测数据的误差，大大降低人为电压标定过程中存在的误差，降低时间和人工成本。

本发明通过对气体传感器所在环境中的温湿度进行检测，并建立温度补偿模型和湿度补偿模型，以获得环境中的温湿度对气体传感器的补偿系数，温湿度对气体传感器的补偿系数对传感器检测模块输出的符合标定条件的电压数据进行电压补偿，能够获得最真实的电压数据，消除环境温湿度对电压数据的干扰，为后期气体传感器的自动测试性能的准确性提供可靠的基础。

本发明通过对气体流量进行气体流量偏差和流量偏差变化率分析，来对流入待测试环境中的气体流量进行动态修正，进而主控板根据修正结果对电磁阀进行通断控制，使得实际进入待测试气体传感器所在环境中的气体流量更接近预设目标流量，实现对气体流量测试过程中的高精准、高稳定性控制，且一旦气体流量能够精准控制，进而测试环境中的气体浓度也相对更精准，为气体传感器的输出电压与测试环境中的气体浓度的映射建立。

本发明通过对经温湿度补偿后的电压以及修正后的气体流量进行响应时间、恢复时间以及灵敏度等性能测试，并结合劳损衰减模型对各等固定间隔时长下的响应时间、恢复时间以及灵敏度进行综合分析，获得气体传感器的劳损衰减系数，能够测试出气体传感器的性能衰减程度，且能够实现自动测试，无需人为操作，提高了气体传感器测试的智能化和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明中一种气体传感器自动测试系统的示意图；

图2为本发明中电压数据的抖动数值的示意图；

图3为本发明中气体传感器测试性能示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，一种气体传感器自动测试系统，包括硬件测试子系统和软件测试子系统，所述硬件测试子系统包括主控板、标气开关电磁阀、配气仪、电磁阀组、质量流量计、传感器检测模块、真空泵和高低温箱，主控板通过GPIO分别与标气开关电磁阀、电磁阀组和真空泵连通，主控板通过RS485总线分别与配气仪、高低温箱、质量流量计的接口连接，并通过UART与放置在高低温箱的传感器检测模块阵列连接，主控板与软件测试子系统通过网络通信连接。

若干个标气瓶通过标气开关电磁阀连接至配气仪的进气口，电磁阀组的进气口同时与配气仪的出气口和真空泵的出气口连接，电磁阀组的出气口连接至质量流量计的进气口，质量流量计的出气口与放置在高低温箱的传感器检测模块阵列的进气口连接。

传感器检测模块用于将电化学气体传感器产生的原始电流数据转换为电压数据，并将电压数据发送至主控板，主控板对传感器检测模块检测的电压数据进行标定分析，并将符合标定条件的电压数据发送至软件测试子系统，通过主控板对电压数据进行标定分析，来判断传感器检测模块转换的电压数据的稳定性，传感器检测模块上包含有高增益低噪声的IV转换电路和模数转换器，IV转换电路与模数转换器连接，IV转换电路能够将电化学气体传感器产生的nA级别的电流信号转换为mv级别的电压信号。

传感器检测模块位于气体传感器内部，当对气体传感器进行测试时，将传感器检测模块放置在高低温箱内，以调节传感器检测模块所处的环境温度。

主控板对传感器检测模块检测的数据进行标定分析，具体步骤如下：

步骤1、控制气室内的气体浓度差，以获得气体传感器探头输出产生的电流变化ΔI；

步骤2、根据传感器检测模块中IV转换电路所对应的电流与电压转换公式 ，获得电流变化ΔI经传IV转换电路转换后的电压数据，即电压变化ΔV，G为IV信号转换电路的增益，传感器检测模块的IV信号转换增益G为150400，实验测得，当60nA的电流变化将会在传感器检测模块的IV信号转换电路输出端产生9.024mV的电压变化。

步骤3、提取传感器检测模块获取的电压变化ΔV，对电压变化ΔV进行分析，以分析出传感器检测模块中的模数转换器的抖动大小Δadc；

通过传感器检测模块中的模数转换器转换后电压变化ΔV进行Δadc计算，采用Δadc计算公式，获得模数转换器的抖动大小Δadc，即Δadc计算公式

，Vref为模数转换器的参考电压，模数转换器的参考电压Vref取值为1200mV，N为模数转换器的采样位数，这里假设使用的模数转换器的采样位数为16bit；

将已知的电压变化9.024mV代入Δadc计算公式获得数值492.832，实际上ADC为整数，这里取492。

步骤4、判断经传感器检测模块转换后的电压数据所对应的抖动大小是否小于Δadc（492），若小于，则统计抖动大小小于Δadc的持续时长t，若传感器检测模块中模数转换器所对应的抖动大小小于Δadc的持续时长t大于设定的时长，则对传感器检测模块检测出的电压数值进行标定，如图2所示。

通过主控板对传感器检测模块中模数转换器所对应的抖动大小进行分析判断，能够准确地判断传感器检测模块转换的电压数据的稳定性，并降低传感器检测模块检测数据的误差。

软件测试子系统包括环境检测模块、环境参数干扰补偿模块、流量控制管理模块、测试分析管理模块和测试服务平台。

环境检测模块用于实时检测气体传感器所在气室环境内的温湿度。便于对气体传感器测试过程中的环境进行实时了解，将气体传感器放置在气室结构内，检测气体传感器所在气室环境内的温、湿度等环境参数，为后期气体传感器的性能测试提供环境参数依据。

环境检测模块至少有一个温湿度传感器构成，安装在高低温箱内，当环境检测模块至少有一个温湿度传感器时，处于同一环境下至少一个温湿度传感器检测的数值的平均值作为检测环境内的温、湿度数值。

环境参数干扰补偿模块采用单一控制法测试不同的温度、湿度下经主控板处理后的符合标定条件的电压数据并进行数据融合分析，建立温度补偿模型和湿度补偿模型，并根据温度补偿模型和湿度补偿模型对环境检测模块检测的气室环境内的温湿度分别进行干扰补偿处理，以获得环境中的温、湿度分别对传感器检测模块的补偿系数，便于所在测试环境中的温、湿度对传感器检测模块进行补偿分析，使得气体传感器在测试环境下输出的电压数值更接近真实性。

由于传感器检测模块安装在气体传感器内，因此传感器检测模块所在环境中的温湿度会干扰气体传感器测量的准确性，因此需借助温度补偿模型和湿度补偿模型来抵消环境中的温湿度对气体传感器输出结果的影响。

环境参数干扰补偿模块对不同的温度下的传感器检测模块输出电压的实验数据进行融合分析，以建立温度补偿模型的方法，具体步骤如下：

步骤Q1、在标准湿度（45%）环境下，对传感器检测模块所在的环境温度以固定速度进行升温，v1=0.5℃/min；

步骤Q2、等间隔时间段提取当前温度下的传感器输出模块输出的电压数值；

步骤Q3、将各温度下的传感器输出的电压数值绘制成温度-电压特征曲线图；

步骤Q4、根据温度-电压特征曲线图，模拟出与温度-电压特征曲线最接近的温度与电压的表达式，即

，

为温度补偿系数，

为预设的标准温度，实验过程中取值为25℃，

为预设的标准温度和湿度下所对应的传感器检测模块输出的电压，U为传感器检测模块在标准湿度和T温度下输出的电压数值，

为单位时间（1min）内温度上升梯度，即0.5℃；

步骤Q5、对步骤Q4中的传感器检测模块所对应的温度与电压的表达式进行变换，获得温度补偿模型

。

环境参数干扰补偿模块对不同的湿度下的传感器检测模块输出电压的实验数据进行融合，以建立湿度补偿模型的方法，具体步骤如下：

步骤W1、在标准温度（25℃）环境下，对传感器检测模块所在的环境湿度以固定速度进行增加或降低，v2=3%/min；

步骤W2、等间隔时间段提取当前湿度下的传感器输出模块输出的电压数值；

步骤W3、将各湿度下的传感器输出的电压数值绘制成湿度-电压特征曲线图；

步骤W4、根据湿度-电压特征曲线图，模拟出与湿度-电压特征曲线最接近的湿度与电压的表达式，即

，

为湿度补偿系数，

为预设的标准湿度，实验过程中取值为45%，U为传感器检测模块在标准温度和S湿度下输出的电压数值，

为预设的标准温度和湿度下所对应的传感器检测模块输出的电压，

为单位时间（1min）内湿度上升梯度，即3%/min；

步骤W5、对步骤W4中的传感器检测模块所对应的湿度与电压的表达式进行变换，获得湿度补偿模型

。

由于气体传感器在使用过程中受到温度和湿度的干扰，为了消除温度和湿度气体传感器测试过程中影响来建立温度补偿和湿度补偿，为后期获得真实电压提供精确计算的依据。

流量控制管理模块用于获取主控板发送的质量流量计录入的流入待测试气体传感器所在环境中的实际流量数值以及传感器检测模块检测的输出电压，对采集的实际流量数值与预设目标流量数值进行对比分析，得到流量偏差以及流量偏差变化率，根据气体流量偏差以及流量偏差变化率对经质量流量计流入待测试气体传感器所在环境的气体流量进行动态修正，并根据修正结果发送控制指令至主控板，以控制主控板对气路管道上的电磁阀通断进行控制，进而达到对流入待测试气体传感器所在环境的气体流量进行动态修正，动态调节流入待测试气体传感器所在环境的气体流量，使得实际进入待测试气体传感器所在环境中的气体流量更接近预设目标流量，实现对气体流量的精准控制，避免因气体流量数值不准而影响气体传感器测试过程中的准确性。

预设目标流量数值为气路管道处于完全导通状态下，在固定时间

内按照速度

流入待检测环境内的流量数值

，

，s为气路管道的截面积，该目标流量数值对应的气体传感器的输出电压

；

电磁阀组由至少一个电磁阀，每个电磁阀位于一个气路管道上，每个气路管道用于输送一种单一气体，位于气路管道上的电磁阀可对气体的方向、时间、速度以及流量等进行控制。

其中，流量偏差计算公式：

，

为第i个时间段内流入待测试气体传感器所在环境中的实际流量数值，

为第i个时间段对应的流量偏差，

为第i个时间段传感器检测模块的输出电压，当i≥2时，

。

根据流量偏差建立气体流量的参数干扰模型，并获取气体流量的调节参数

，即

，i=1，2，···，m，推导出

，

和

分别为传感器检测模块在第i个和第i-1个时间段所对应的输出电压，

为第i个和第i-1个时间段所对应的输出电压相对差，T为每次采集间隔的时间段，

和

分别为第i个和第i-1个时间段所对应的流量偏差。

流量偏差变化率计算公式：

，

为第i个时间段与第i-1个时间段内的流量偏差变化率。

流量控制管理模块根据气体流量偏差以及流量偏差变化率对流入待测试气体传感器所在环境的气体流量进行动态修正处理，采用的方法如下：

步骤1、获取各时间段下主控板控制电磁阀处于导通状态下的导通开口尺寸S1以及管道内气体流通速度V1，S1≤s，s为气路管道的截面积；

步骤2、统计按照步骤1达到预设目标流量数值所需的时间

，

；

步骤3、获取各时间段对应的气体流量偏差以及流量偏差变化率；

步骤4、根据步骤3中的气体流量偏差以及流量偏差变化率，分析出气体流量补偿模型

，

为第f个时间段需补偿的气体流量；

步骤5、采用气体流量补偿模型获得的需补偿的气体流量预测出按照当前导通开口尺寸所需控制电磁阀持续导通的总时长

。

通过流量控制管理模块对各时间段下所需导通的气路所在的电磁阀通气时长的动态补偿，以补偿气体进入气室的流量，实现对气体流量的高精准、高稳定性控制，弥补因设备等原因造成的气体流量控制不精准的问题。

测试分析管理模块用于获取当前气室内的温、湿度对传感器检测模块的补偿系数，同时获取当前气室环境参数下流入传感器检测模块所在环境的气体流量和主控板分析的传感器检测模块转换的符合标定条件的电压数据，根据温、湿度对传感器检测模块的补偿系数对传感器检测模块转换的电压数据进行补偿，获得传感器检测模块输出的电压补偿后的电压数值，并根据电压数值与气体浓度间的映射关系，筛选出补偿后的电压数据所对应的气体浓度，气体浓度等于流入传感器检测模块所在环境的气体流量与气室空间体积的比值，通过对传感器检测模块输出的电压进行补偿，能够筛选出测试气体浓度对应的最真实的电压数值，进而建立补偿后的电压数值与气体浓度间的映射关系，为气体传感器的自动测试性能的准确性提供可靠的基础。

传感器检测模块的输出电压补偿后的电压数值公式为

，分别将

和

的表达式代入，得到

，

和

的具体数值随着测试环境参数的变化而发生变化。

测试服务平台分别测试出气体传感器的响应时间、恢复时间以及灵敏度，并提取测试间隔时长

前后气体传感器的响应时间

、恢复时间

以及灵敏度L，通过采用劳损衰减模型对各等固定间隔时长下的响应时间、恢复时间以及灵敏度进行综合分析，获得气体传感器的劳损衰减系数。

劳损衰减模型为

，

、

和L分别为测试间隔时间

前的响应时间、恢复时间和灵敏度，

和

分别为测试间隔时间 前的响应时间、恢复时间，

为气体传感器所允许的最大灵敏度数值。

测试服务平台对气体传感器的响应时间、恢复时间以及灵敏度等性能进行测试，并根据测试的性能指标综合自动分析气体传感器的劳损衰减系数，使得能够直观地展示气体传感器在间隔时长下的性能衰减程度。

具体测试服务器平台对气体传感器的响应时间和恢复时间的测试方法如下：

步骤1、测试服务平台按照预设的间隔时间分别发送气路管道清洁指令、测试响应控制指令以及复原控制指令至主控板；

步骤2、测试前清洗气路：主控板发送气路管道清洁指令至真空泵和电磁阀组，控制真空泵打开，电磁阀组导通，真空泵为电磁阀组通空气1min，保持流量为0.6L/Min；

步骤3、经气路管道清洁后，主控板发送测试响应控制指令至标气开关电磁阀和配气仪，控制通入1mmp的一氧化氮6min，保持流量0.6L/Min；

步骤4、测试响应时间：实时提取测试分析管理模块分析出的经补偿后的电压数值所对应的气体浓度，并统计气室内一氧化氮浓度从零点上升至待测试气体浓度的90%（即0.9mmp）的时间，并将该时间记为气体传感器测试响应的时间；

步骤5、测试恢复时间：一氧化氮通入完成后，重新启动真空泵为真空泵为电磁阀组通空气10min，保持流量为0.6L/Min，统计气室内一氧化氮浓度从待测试气体浓度的100%下降至零点的时间，并将该时间记为气体传感器测试恢复时间，如图3所示。

通过控制测试服务平台向主控板发送控制指令，能够自动控制通入气体的流量以及清洗气路的流量，进而实现自动测试出气体传感器的响应时间和恢复时间，实现自动对气体传感器的响应时间和恢复时间进行测试，提高了测试的智能性和准确性。

测试服务器平台对气体传感器的灵敏度的测试方法如下：

步骤1、测试前清洗气路：主控板发送气路管道清洁指令至真空泵和电磁阀组，控制真空泵打开，电磁阀组导通，真空泵为电磁阀组通空气1min，保持流量为0.6L/Min；

步骤2、经气路管道清洁后，主控板发送测试响应控制指令至标气开关电磁阀和配气仪，控制通入1mmp的一氧化氮6min，保持流量0.6L/Min；

步骤3、分别分析出通入一氧化氮气体前后传感器检测模块处于稳定状态下的输出电压，记为C1和C2；

步骤4、获取当前气体传感器所在环境中的温湿度，对步骤3中的输出电压C1和C2进行补偿，获得补偿后的输出电压，分别记为C3和C4，并统计出电压变化

；

步骤5、采用IV转换电路中的电流与电压转换公式，获得电流变化ΔA，采用灵敏度计算公式分析出电流变化ΔA所对应的传感器探头的灵敏度L，灵敏度计算公式为

，已知Vref 为 1200mv，N 为 16，G 为 150400，ΔD 为1ppm。

通过控制测试服务平台向主控板发送控制指令，主控板对真空泵和电磁阀进行通断控制，以调节气体流量，并根据气体流量获得传感器检测模块的输出电压，且经对输出的电压进行补偿，以测试分析出气体传感器的灵敏度，实现自动对气体传感器的灵敏度进行测试，提高了测试的智能性和准确性。

实施例二

实施例一针对单一测试气体而言，用于分析出气体传感器在单一测试气体的过程中气体传感器的性能变化。

实施例二针对多种测试气体而言，通过主控板依次控制与各测试气体相连接的电磁阀导通时间以及导通先后顺序，来完成对多种测试气体的测试。

对多个测试气体进行测试时，测试服务器平台发送测试流程至主控板，主控板根据测试流程依次对所需控制的电磁阀进行通断控制，测试流程由若干个通气流程按时间顺序先后连接而成，可以将一个测试流程看作是若干个通气流程组成的一个序列，一个通气流程包含了使用电磁阀阵列切换待测气体，若干个利用质量流量计的流量控制动作，控制通气时间，最终实现每个通气流程可以指定通入何种待测气体，并可以指定某个时间点控制质量流量计，进而控制气体流量。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种气体传感器自动测试系统，其特征在于：包括硬件测试子系统和软件测试子系统，硬件测试子系统与软件测试子系统通过网络通信连接；所述硬件测试子系统包括主控板、电磁阀组、质量流量计和传感器检测模块，主控板分别与电磁阀组、质量流量计和传感器检测模块连接；

传感器检测模块用于将电化学气体传感器产生的原始电流数据转换为电压数据，并将电压数据发送至主控板，主控板对传感器检测模块检测的电压数据进行标定分析，并将符合标定条件的电压数据发送至软件测试子系统；

软件测试子系统包括环境检测模块、环境参数干扰补偿模块、流量控制管理模块和测试服务平台；

环境检测模块用于实时检测气体传感器所在气室环境内的温湿度；

环境参数干扰补偿模块检测在不同的温度、湿度下经主控板处理后的符合标定条件的电压数据并进行数据融合分析，建立温度补偿模型和湿度补偿模型，并分析出环境中的温、湿度分别对传感器检测模块的补偿系数；

流量控制管理模块用于获取主控板发送的质量流量计录入的流入待测试气体传感器所在环境中的实际流量数值以及传感器检测模块检测的输出电压，对采集的实际流量数值与预设目标流量数值进行对比分析，得到流量偏差以及流量偏差变化率，根据气体流量偏差以及流量偏差变化率对经质量流量计流入待测试气体传感器所在环境的气体流量进行动态修正，并根据修正结果发送控制指令至主控板，以控制主控板对气路管道上的电磁阀通断进行控制；

测试服务平台分别测试出气体传感器的响应时间、恢复时间以及灵敏度，并提取测试间隔时长

前后气体传感器的响应时间

、恢复时间

以及灵敏度L，通过采用劳损衰减模型对各等固定间隔时长下的响应时间、恢复时间以及灵敏度进行综合分析，获得气体传感器的劳损衰减系数。

2.根据权利要求1所述的一种气体传感器自动测试系统，其特征在于：所述主控板对传感器检测模块检测的数据进行标定分析，具体步骤如下：

步骤1、控制气室内的气体浓度差，以获得气体传感器探头输出产生的电流变化ΔI；

步骤2、根据传感器检测模块中IV转换电路所对应的电流与电压转换公式，获得电流变化ΔI经传IV转换电路转换后的电压数据，即电压变化ΔV，G为IV信号转换电路的增益，传感器检测模块的IV信号转换增益G为150400；

步骤3、提取传感器检测模块获取的电压变化ΔV，对电压变化ΔV进行分析，以分析出传感器检测模块中的模数转换器的抖动大小Δadc；

Δadc计算公式

，Vref为模数转换器的参考电压，模数转换器的参考电压Vref取值为1200mV，N为模数转换器的采样位数，这里假设使用的模数转换器的采样位数为16bit；

步骤4、判断经传感器检测模块转换后的电压数据所对应的抖动大小是否小于Δadc，若小于，则统计抖动大小小于Δadc的持续时长t，若传感器检测模块中模数转换器所对应的抖动大小小于Δadc的持续时长t大于设定的时长，则对传感器检测模块检测出的电压数值进行标定。

3.根据权利要求2所述的一种气体传感器自动测试系统，其特征在于：所述环境参数干扰补偿模块对不同的温度下的传感器检测模块输出电压的实验数据进行融合分析，以建立温度补偿模型的方法，具体步骤如下：

步骤Q1、在标准湿度环境下，对传感器检测模块所在的环境温度以固定速度进行升温，v1=0.5℃/min;

步骤Q2、等间隔时间段提取当前温度下的传感器输出模块输出的电压数值；

步骤Q3、将各温度下的传感器输出的电压数值绘制成温度-电压特征曲线图；

步骤Q4、根据温度-电压特征曲线图，模拟出与温度-电压特征曲线最接近的温度与电压的表达式，即

，

为温度补偿系数，

为预设的标准温度，实验过程中取值为25℃，

为预设的标准温度和湿度下所对应的传感器检测模块输出的电压，U为传感器检测模块在标准湿度和T温度下输出的电压数值，

为单位时间内温度上升梯度，即0.5℃；

步骤Q5、对步骤Q4中的传感器检测模块所对应的温度与电压的表达式进行变换，获得温度补偿模型

，e为自然数。

4.根据权利要求3所述的一种气体传感器自动测试系统，其特征在于：所述环境参数干扰补偿模块对不同的湿度下的传感器检测模块输出电压的实验数据进行融合，以建立湿度补偿模型的方法，具体步骤如下：

步骤W1、在标准温度环境下，对传感器检测模块所在的环境湿度以固定速度进行增加或降低，v2=3%/min;

步骤W2、等间隔时间段提取当前湿度下的传感器输出模块输出的电压数值；

步骤W3、将各湿度下的传感器输出的电压数值绘制成湿度-电压特征曲线图；

步骤W4、根据湿度-电压特征曲线图，模拟出与湿度-电压特征曲线最接近的湿度与电压的表达式，即

，

为湿度补偿系数，

为预设的标准湿度，实验过程中取值为45%，U为传感器检测模块在标准温度和S湿度下输出的电压数值，

为预设的标准温度和湿度下所对应的传感器检测模块输出的电压，

为单位时间内湿度上升梯度，即3%/min；

步骤W5、对步骤W4中的传感器检测模块所对应的湿度与电压的表达式进行变换，获得湿度补偿模型

。

5.根据权利要求4所述的一种气体传感器自动测试系统，其特征在于：所述流量偏差计算公式：

，

为第i个时间段内流入待测试气体传感器所在环境中的实际流量数值，

为第i个时间段对应的流量偏差，

为第i个时间段传感器检测模块的输出电压，预设目标流量数值为气路管道处于完全导通状态下，在固定时间

内按照速度

流入待检测环境内的流量数值

，

，s为气路管道的截面积。

6.根据权利要求5所述的一种气体传感器自动测试系统，其特征在于：根据流量偏差建立气体流量的参数干扰模型，并获取气体流量的调节参数

，即

，i=1，2，…，m，推导出

，

和

分别为传感器检测模块在第i个和第i-1个时间段所对应的输出电压，

为第i个和第i-1个时间段所对应的输出电压相对差，T为每次采集间隔的时间段，

和

分别为第i个和第i-1个时间段所对应的流量偏差，

为设定的固定时间，

为第k个时间段所对应的流量偏差，流量偏差变化率计算公式：

，

为第i个时间段与第i-1个时间段内的流量偏差变化率。

7.根据权利要求5所述的一种气体传感器自动测试系统，其特征在于：所述流量控制管理模块根据气体流量偏差以及流量偏差变化率对流入待测试气体传感器所在环境的气体流量进行动态修正处理，采用的方法如下：

步骤1、获取各时间段下主控板控制电磁阀处于导通状态下的导通开口尺寸S1以及管道内气体流通速度V1，S1≤s，s为气路管道的截面积;

步骤2、统计按照步骤1达到预设目标流量数值所需的时间

，

;

步骤3、获取各时间段对应的气体流量偏差以及流量偏差变化率；

步骤4、根据步骤3中的气体流量偏差以及流量偏差变化率，分析出气体流量补偿模型

，

为第f个时间段需补偿的气体流量，

为第f个时间段所对应的流量偏差，

为第f个时间段与第f+1个时间段内的流量偏差变化率；

步骤5、采用气体流量补偿模型获得的需补偿的气体流量预测出按照当前导通开口尺寸所需控制电磁阀持续导通的总时长

。

8.根据权利要求7所述的一种气体传感器自动测试系统，其特征在于：软件测试子系统还包括测试分析管理模块，测试分析管理模块用于获取当前气室内的温、湿度对传感器检测模块的补偿系数，同时获取当前气室环境参数下流入传感器检测模块所在环境的气体流量和主控板分析的传感器检测模块转换的符合标定条件的电压数据，根据温、湿度对传感器检测模块的补偿系数对传感器检测模块转换的电压数据进行补偿，获得传感器检测模块输出的电压补偿后的电压数值，并根据电压数值与气体浓度间的映射关系，筛选出补偿后的电压数据所对应的气体浓度。

9.根据权利要求8所述的一种气体传感器自动测试系统，其特征在于：所述测试分析管理模块对传感器检测模块的输出电压补偿后的电压数值公式为

，分别将

和

的表达式代入，得到

，

和

的具体数值随着测试环境参数的变化而发生变化。

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