CN116030605A - 一种基于ndir的气体报警器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于NDIR的气体报警器及方法，报警器的主控单元适于调用温湿度及压力的历史数据变化规律，主控单元适于将预设时间段内连续实测的温湿度值及气压值的变化规律与温湿度及压力的历史数据在相同时间段内的变化规律进行比较，判断二者是否相符，如是，则判定此次待测气体的浓度测量有效，并以实测的温湿度值及气压值对气体浓度进行补偿，如否，则判定此次待测气体浓度测量无效，并向报警模块发出报警指令启动报警。本发明通过判断温湿度值及压力值是否符合变化规律来保证准确检测待测气体浓度，并且当温湿度值和压力值变化异常或温湿度及压力传感器发生故障时，会向用户进行报警提示，提高气体浓度检测的准确度，使用体验更加友好。

Description

一种基于NDIR的气体报警器及方法

技术领域

本发明属于气体传感器领域，具体涉及一种基于NDIR的气体报警器及方法。

背景技术

NDIR(Non-dispersive Infrared sensor)气体传感器采用宽谱红外光源，光线穿过光路中的待测气体，透过窄带滤波片后到达红外探测器。这种气体传感器基于朗伯-比尔气体吸收理论，红外光源发出的红外辐射被一定浓度的待测气体吸收之后，与气体浓度成正比的光谱强度会发生变化，根据红外探测器接收到的光谱能量变化，就可以反演出待测气体的浓度。NDIR气体传感器主要用于检测气态化合物，如CH₄、CO₂、N₂O、CO、SO₂、NH₃、乙醇和苯等，广泛应用于化工、医疗健康和环境监测等多种场景，具有监测、报警和分析等功能。

然而，这种宽谱光源基于红外辐射原理，容易受到温度、气压和湿度等环境因素的影响，导致测量精度和稳定性下降。现有技术通常在NDIR气体传感器的内部增加温度传感器来进行温度补偿，以校准气体测量数据，但该方法不能输出用于提醒用户的报警信号，也仅对气体传感器数据进行校准，不能根据环境因素判断数据的可信度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，增加温湿度和压力传感器，通过判断温湿度值及压力值是否符合变化规律来保证NDIR气体传感器准确检测待测气体的浓度，并且当温湿度值和压力值变化异常或温湿度及压力传感器发生故障时，会向用户进行报警提示，提高气体浓度检测的准确度，使用体验更加友好。

为实现上述发明目的，第一方面，本发明提供一种基于NDIR的气体报警器，包括主控单元及分别与其电连接的NDIR气体传感器、温湿度传感器、压力传感器和报警模块；所述NDIR气体传感器用于测量待测气体的浓度，所述温湿度传感器用于测量待测气体所处环境的温度和湿度，所述压力传感器用于测量待测气体的气压，所述主控单元适于调用温湿度及压力的历史数据变化规律，所述主控单元适于将预设时间段内连续实测的温湿度值及气压值的变化规律与温湿度及压力的历史数据在相同时间段内的变化规律进行比较，判断二者是否相符，如是，则判定此次待测气体的浓度测量有效，并以实测的温湿度值及气压值对待测气体的浓度进行补偿，如否，则判定此次待测气体的浓度测量无效，并向所述报警模块发出报警指令启动报警。

进一步地，所述主控单元还适于调用待测气体浓度的参考信号，所述主控单元还需将所述NDIR气体传感器的当前测量信号与所述参考信号进行比较，判断当前测量信号相对于所述参考信号是否变化超过预设范围，如是，才判定此次待测气体的浓度测量无效。

进一步地，所述参考信号包括历史正常数据和/或所述NDIR气体传感器的前次测量值。

进一步地，通过计算当前测量信号与所述参考信号的相关系数来判断当前测量信号相对于所述参考信号是否变化超过预设范围，当所述相关系数＜0.5时，则判定超过预设范围。

进一步地，所述相关系数的计算公式为：

其中，y1、y2为需要计算相关系数的两组测量信号数据，y10与y20分别为这两组测量信号数据的均值。

进一步地，所述变化规律包括温湿度值及气压值在预设时间段内的变化率。

进一步地，还包括显示模块，所述显示模块连接至所述主控单元，用于在待测气体浓度测量有效时显示各传感器的测量值，在待测气体浓度测量无效时显示提示信息。

进一步地，还包括存储器，所述存储器连接至所述主控单元，用于存储供所述主控单元调用的数据及各传感器的测量数据。

第二方面，本发明提供一种基于NDIR的气体报警方法，采用如第一方面任一技术方案所述的基于NDIR的气体报警器，包括如下步骤：(1)预存温湿度及压力的历史数据变化规律；(2)连续获得预设时间段内待测气体所处环境的温度值和湿度值及待测气体的气压值；(3)将步骤(2)中三个参数的变化规律与步骤(1)中相应参数的变化规律进行比较，如比较结果是相符，则测量待测气体的浓度，并以步骤(2)中的温湿度值及气压值对待测气体的浓度进行补偿，然后继续到步骤(4)；如比较结果是不相符，则停止测量待测气体的浓度，并跳至步骤(5)；(4)实时输出显示待测气体所处环境的温度值和湿度值、待测气体的气压值和待测气体的浓度值；(5)进行声光报警和/或显示提示信息。

进一步地，所述步骤(3)中，在进行补偿前，还需判断当前待测气体浓度测量值相对于待测气体浓度的参考信号是否变化超过预设范围，如是，停止测量待测气体的浓度，如否，再进行补偿。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

增加温湿度和压力传感器，通过判断温湿度值及压力值是否符合变化规律来保证NDIR气体传感器准确检测待测气体的浓度，并且当温湿度值和压力值变化异常或温湿度及压力传感器发生故障时，会向用户进行报警提示，提高气体浓度检测的准确度，使用体验更加友好。

附图说明

图1为本发明报警器一个实施例的原理框图；

图2为本发明方法一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1所示，本发明基于NDIR的气体报警器的一个实施例，包括主控单元及分别与其电连接的NDIR气体传感器、温湿度传感器、压力传感器和报警模块；所述NDIR气体传感器用于测量待测气体的浓度，所述温湿度传感器用于测量待测气体所处环境的温度和湿度，所述压力传感器用于测量待测气体的气压，所述主控单元适于调用温湿度及压力的历史数据变化规律，所述主控单元适于将预设时间段内连续实测的温湿度值及气压值的变化规律与温湿度及压力的历史数据在相同时间段内的变化规律进行比较，判断二者是否相符，如是，则判定此次待测气体的浓度测量有效，并以实测的温湿度值及气压值对待测气体的浓度进行补偿，如否，则判定此次待测气体的浓度测量无效，并向所述报警模块发出报警指令启动报警。补偿时还可考虑定标系数，使获得的待测气体浓度值更精确。图1中电源模块为其他模块提供电源。

在一个实施例中，所述主控单元还适于调用待测气体浓度的参考信号，所述主控单元还需将所述NDIR气体传感器的当前测量信号与所述参考信号进行比较，判断当前测量信号相对于所述参考信号是否变化超过预设范围，如是，才判定此次待测气体的浓度测量无效。

在一个实施例中，所述参考信号包括历史正常数据和/或所述NDIR气体传感器的前次测量值。

在一个实施例中，通过计算当前测量信号与所述参考信号的相关系数来判断当前测量信号相对于所述参考信号是否变化超过预设范围，当所述相关系数＜0.5时，则判定超过预设范围。

在一个实施例中，所述相关系数的计算公式为：

其中，y1、y2为需要计算相关系数的两组测量信号数据，每次信号数据为一个数组，y10与y20分别为这两组测量信号数据的均值。相关系数越接近1，表明两次信号相似度越高，此次信号可信度越高。相反地，相关系数越低，此次信号可信度就越低，可能为异常的误报信号。

在一个实施例中，所述变化规律包括温湿度值及气压值在预设时间段内的变化率。如，5分钟内温度变化量低于0.2℃则符合要求。

在一个实施例中，还包括显示模块，所述显示模块连接至所述主控单元，用于在待测气体浓度测量有效时显示各传感器的测量值，在待测气体浓度测量无效时显示提示信息。提示信息包括故障提示，提醒用户检修相关传感器或设备；也可包括图文警报提示信息等。

在一个实施例中，还包括存储器，所述存储器连接至所述主控单元，用于存储供所述主控单元调用的数据及各传感器的测量数据。

如图2所示，本发明基于NDIR的气体报警方法的一个实施例，采用如上述任一实施例所述的基于NDIR的气体报警器，包括如下步骤：(1)预存温湿度及压力的历史数据变化规律；(2)连续获得预设时间段内待测气体所处环境的温度值和湿度值及待测气体的气压值；(3)将步骤(2)中三个参数的变化规律与步骤(1)中相应参数的变化规律进行比较，如比较结果是相符，则测量待测气体的浓度，并以步骤(2)中的温湿度值及气压值对待测气体的浓度进行补偿，然后继续到步骤(4)；如比较结果是不相符，则停止测量待测气体的浓度，并跳至步骤(5)；(4)实时输出显示待测气体所处环境的温度值和湿度值、待测气体的气压值和待测气体的浓度值；(5)进行声光报警和/或显示提示信息。

在一个实施例中，所述步骤(3)中，在进行补偿前，还需判断当前待测气体浓度测量值相对于待测气体浓度的参考信号是否变化超过预设范围，如是，停止测量待测气体的浓度，如否，再进行补偿。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于NDIR的气体报警器，其特征在于，包括主控单元及分别与其电连接的NDIR气体传感器、温湿度传感器、压力传感器和报警模块；所述NDIR气体传感器用于测量待测气体的浓度，所述温湿度传感器用于测量待测气体所处环境的温度和湿度，所述压力传感器用于测量待测气体的气压，所述主控单元适于调用温湿度及压力的历史数据变化规律，所述主控单元适于将预设时间段内连续实测的温湿度值及气压值的变化规律与温湿度及压力的历史数据在相同时间段内的变化规律进行比较，判断二者是否相符，如是，则判定此次待测气体的浓度测量有效，并以实测的温湿度值及气压值对待测气体的浓度进行补偿，如否，则判定此次待测气体的浓度测量无效，并向所述报警模块发出报警指令启动报警。

2.根据权利要求1所述的基于NDIR的气体报警器，其特征在于，所述主控单元还适于调用待测气体浓度的参考信号，所述主控单元还需将所述NDIR气体传感器的当前测量信号与所述参考信号进行比较，判断当前测量信号相对于所述参考信号是否变化超过预设范围，如是，才判定此次待测气体的浓度测量无效。

3.根据权利要求2所述的基于NDIR的气体报警器，其特征在于，所述参考信号包括历史正常数据和/或所述NDIR气体传感器的前次测量值。

4.根据权利要求3所述的基于NDIR的气体报警器，其特征在于，通过计算当前测量信号与所述参考信号的相关系数来判断当前测量信号相对于所述参考信号是否变化超过预设范围，当所述相关系数＜0.5时，则判定超过预设范围。

5.根据权利要求4所述的基于NDIR的气体报警器，其特征在于，所述相关系数的计算公式为：

其中，y1、y2为需要计算相关系数的两组测量信号数据，y10与y20分别为这两组测量信号数据的均值。

6.根据权利要求1所述的基于NDIR的气体报警器，其特征在于，所述变化规律包括温湿度值及气压值在预设时间段内的变化率。

7.根据权利要求1所述的基于NDIR的气体报警器，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块连接至所述主控单元，用于在待测气体浓度测量有效时显示各传感器的测量值，在待测气体浓度测量无效时显示提示信息。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于NDIR的气体报警器，其特征在于，还包括存储器，所述存储器连接至所述主控单元，用于存储供所述主控单元调用的数据及各传感器的测量数据。

9.一种基于NDIR的气体报警方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的基于NDIR的气体报警器，包括如下步骤：

(1)预存温湿度及压力的历史数据变化规律；

(2)连续获得预设时间段内待测气体所处环境的温度值和湿度值及待测气体的气压值；

(3)将步骤(2)中三个参数的变化规律与步骤(1)中相应参数的变化规律进行比较，如比较结果是相符，则测量待测气体的浓度，并以步骤(2)中的温湿度值及气压值对待测气体的浓度进行补偿，然后继续到步骤(4)；如比较结果是不相符，则停止测量待测气体的浓度，并跳至步骤(5)；

(4)实时输出显示待测气体所处环境的温度值和湿度值、待测气体的气压值和待测气体的浓度值；

(5)进行声光报警和/或显示提示信息。

10.根据权利要求9所述的基于NDIR的气体报警方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在进行补偿前，还需判断当前待测气体浓度测量值相对于待测气体浓度的参考信号是否变化超过预设范围，如是，停止测量待测气体的浓度，如否，再进行补偿。

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