CN117368424B - 气体浓度检测补偿方法、装置、气体检测设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体浓度检测技术领域，公开了一种气体浓度检测补偿方法、装置、气体检测设备及存储介质，该方法包括：在标准温度下，调整实验气体中干扰气体的浓度，使用浓度传感器检测所述实验气体中，已知浓度的目标气体对应的若干第一检测响应值；根据所述干扰气体的浓度和所有的所述第一检测响应值，获取所述第一检测响应值和所述干扰气体浓度之间的第一变化关系，根据所述第一变化关系，确定气体影响系数；当对样品气中的所述目标气体进行浓度检测时，根据所述气体影响系数，计算出补偿浓度。通过拟合变化关系的方式，计算理论上没有干扰时，目标气体的浓度，实现对干扰因素的去除，使得测量结果更加可靠。
Description
技术领域
本发明涉及气体浓度检测领域，尤其涉及一种气体浓度检测补偿方法、装置、气体检测设备及存储介质。
背景技术
红外气体浓度检测器检测目标气体浓度的干扰主要有两方面，一方面，由于样品气体中含有与目标气体的红外吸收光谱重叠的气体杂质，对目标气体检测过程中的特定波长的红外产生吸收作用进而产生响应干扰；另一方面，由于温度变化对传感器内部的电路元器件及红外光源产生干扰，使目标气体浓度变化导致的电路响应值发生偏移。而干扰气体和温度叠加使得干扰加剧，且难以正确补偿。
发明内容
第一方面，本申请提供一种气体浓度检测补偿方法，应用于浓度传感器，所述方法包括：
在标准温度下，调整实验气体中干扰气体的浓度，使用浓度传感器检测所述实验气体中，已知浓度的目标气体对应的若干第一检测响应值；
根据所述干扰气体的浓度和所有的所述第一检测响应值，获取所述第一检测响应值和所述干扰气体浓度之间的第一变化关系，并根据所述第一变化关系，确定气体影响系数；
当对样品气中的所述目标气体进行浓度检测时，根据所述气体影响系数，计算出补偿浓度。
进一步的，所述根据所述气体影响系数，计算出补偿浓度，包括：
获取当前干扰气体的干扰浓度；
获取对所述目标气体的实际检测响应值；
将所述干扰浓度、所述检测响应值和所述气体影响系数带入所述第一变化关系中，所述干扰浓度和所述检测响应值的转换公式；
将标准干扰气体浓度带入所述转换公式中，得到补偿浓度。
进一步的，所述方法还包括：
在没有干扰气体的情况下，调节温度，使用所述浓度传感器检测所述实验气体中目标气体的浓度，并获取若干第二检测响应值；
根据所述温度和所有的所述第二检测响应值，获取所述第二检测响应值和温度之间的第二变化关系，根据所述第二变化关系，确定温度影响系数；
当对样品气中的所述目标气体进行浓度检测时，根据所述温度影响系数，计算出补偿浓度。
进一步的，所述方法还包括：
结合所述第一变化关系以及所述第二变化关系，得到所述目标气体浓度在所述干扰气体以及温度的干扰下的联合转换关系，并根据所述联合转换关系，确定联合转换系数；
对样品气体中的所述目标气体进行浓度检测时，通过所述联合转换关系计算所述目标气体的补偿浓度。
进一步的，所述通过所述联合转换关系计算所述目标气体的补偿浓度，包括：
确定检测时的实际温度以及所述干扰气体的干扰浓度；
获取所述目标气体的实际检测响应值；
将所述干扰浓度、所述实际检测响应值、所述实际温度和所述联合转换系数带入所述联合转换关系中，得到所述实际检测响应值和所述实际温度以及所述干扰浓度之间的联合转换表达式；
将干扰气体的标准浓度和所述标准温度带入所述联合转换表达式中，得到所述目标气体在所述实际温度和所述干扰浓度下的补偿浓度。
进一步的，所述干扰气体的标准浓度为0浓度，所述标准温度为根据所述浓度传感器性能设定的温度。
进一步的，所述方法还包括：
调整温度或所述干扰气体的浓度时，根据所述浓度检测器的工作环境，确定所述干扰气体的常见浓度以及温度的常见范围；
在所述常见浓度范围内调整所述干扰气体的浓度，在所述温度的常见范围内调整温度。
第二方面，本申请还提供一种气体浓度检测干扰校准装置，包括：应用于浓度传感器，所述装置包括：
检测模块，用于在标准温度下，调整实验气体中干扰气体的浓度，使用浓度传感器检测所述实验气体中，已知浓度的目标气体对应的若干第一检测响应值；
计算模块，用于根据所述干扰气体的浓度和所有的所述第一检测响应值，获取所述第一检测响应值和所述干扰气体浓度之间的第一变化关系，根据所述第一变化关系，确定气体影响系数；
补偿模块，用于当对样品气中的所述目标气体进行浓度检测时，根据所述气体影响系数，计算出补偿浓度。
第三方面，本申请还提供一种气体检测设备，包括浓度传感器、处理器和存储器，所述浓度传感器用于检测气体浓度，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的气体浓度检测补偿方法。
第四方面，本申请还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的气体浓度检测补偿方法。
本发明涉及气体浓度检测技术领域，公开了一种气体浓度检测补偿方法、装置、气体检测设备及存储介质，该方法包括：在标准温度下，调整实验气体中干扰气体的浓度，使用浓度传感器检测所述实验气体中，已知浓度的目标气体对应的若干第一检测响应值；根据所述干扰气体的浓度和所有的所述第一检测响应值，获取所述第一检测响应值和所述干扰气体浓度之间的第一变化关系，根据所述第一变化关系，确定气体影响系数；当对样品气中的所述目标气体进行浓度检测时，根据所述气体影响系数，计算出补偿浓度。通过拟合变化关系的方式，计算理论上没有干扰时，目标气体的浓度，实现对干扰因素的去除，使得测量结果更加可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，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本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本申请实施例一种气体浓度检测补偿方法流程示意图；
图2示出了本申请实施例另一种气体浓度检测补偿方法流程示意图；
图3示出了本申请实施例又一种气体浓度检测补偿方法流程示意图；
图4示出了本申请实施例一种气体浓度检测补偿装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
本申请的技术方案应用于气体浓度检测设备对目标气体进行浓度检测时，通过考虑温度和干扰气体带来的影响，确定对于当前的浓度检测器，温度和干扰气体与目标气体的实际检测值之间的关系，从而计算得到实际的浓度，从而减少干扰气体以及温度带来的影响。
接下来以具体实施例说明本申请的技术方案。
实施例1
如图1所示，本实施例的气体浓度检测补偿方法包括：
步骤S100，在标准温度下，调整实验气体中干扰气体的浓度，使用浓度传感器检测所述实验气体中，已知浓度的目标气体对应的若干第一检测响应值。
标准温度指的是在该标准温度下，若没有干扰气体，则浓度检测器检测目标气体浓度时检测值和实际值相同的温度，标准温度和浓度检测器本身的性能相关，可以通过浓度检测器的性能得到。
若浓度检测器为红外检测器，则干扰气体为和目标气体的红外吸收光谱重叠的气体杂质，及干扰气体为何目标气体在检测标的上有相似内容的气体，从而导致了干扰。
上述因为干扰气体带来的干扰规律可以被测量出来，通过在标准温度下，通入已知浓度的目标气体，同时调节干扰气体的浓度大小，就可以得到一系列目标气体的第一检测响应值，同时，这些第一检测响应值都和干扰气体的浓度一一对应。
步骤S200，根据所述干扰气体的浓度和所有的所述第一检测响应值，获取所述第一检测响应值和所述干扰气体浓度之间的第一变化关系，并根据所述第一变化关系，确定气体影响系数。
因为第一检测响应值都和干扰气体的浓度一一对应，由此得到了多对数据对，对这些数据对进行拟合，可以得到一个符合这些数据对的关系式，即得到第一检测响应值与干扰气体浓度之间的计算表达式。
其中，得到的计算表达式可以是y=kx+b形式的一次函数，也可以是y=ax2+bx+c的二次函数等形式的关系表达式。其中y表示第一检测响应值，x表示干扰气体的浓度。
为了确保精度，除了调整干扰气体的浓度外，还可以调整目标气体的浓度，由此产生多组数据对，从而更好的确定第一检测响应值与干扰气体浓度之间的变化关系。
若计算表达式为一次函数，则k为气体影响系数，若是二次函数，则a和b为气体影响系数，上述式子中的常数项系数会因为目标气体浓度的变化而变化，而因此会需要在实际测量时进行重新确定。
同时考虑到实际的应用场景，干扰气体的浓度的调整可以控制在应用场景中常见的浓度范围内，以目标气体为一氧化碳，干扰气体为二氧化碳为例，检测一氧化碳的应用场景一般在对人体呼气末气体浓度的检测，则呼出的二氧化碳浓度一般在百分之3至百分之7之间，在生理上整个浓度一般不会有太大变化，因此调节二氧化碳浓度时，在百分之3至百分之7之间调节即可，超过此区间的数据可能造成较大的偏离，同时对实际的应用场景不会起到参考作用。
步骤S300，当对样品气中的所述目标气体进行浓度检测时，根据所述气体影响系数，计算出补偿浓度。
为了方便说明，本实施例以一次函数的形式来说明在进行实际浓度检测时，如何根据上述关系式来计算出补偿浓度的。
样品气为实际需要检测的气体，其中目标气体的浓度未知，测量时，可以直接通过浓度传感器，得到干扰气体的干扰浓度以及目标气体的实际测量响应值。
该实际检测响应值是受到干扰气体的干扰测量得到的，而显然，此时测量得到的干扰气体的干扰浓度和实际检测响应值是符合步骤S200中得到的第一变化关系的，因此通过将测量得到的干扰浓度、第一检测响应值和气体影响系数（k）带入第一变化关系y=kx+b中，使得等式成立，从而可以计算得到因为目标气体浓度变化而变化的b值。
得到了b值后，再将干扰浓度设为0（即没有干扰气体，x=0），带入第一变化关系式中，就可以得到一个新的浓度值y，该浓度值即为不存在干扰气体时所检测得到的目标气体浓度，即补偿浓度。
可以理解，上述的第一关系式所体现的变化规律中，是必然可以反应当干扰浓度为0时所对应的实际检测响应值的，所以通过实际的检测数据确定了一次函数中的参数b后，就可以再将干扰气体浓度设为0带入上述第一变化关系式中，得到若干扰气体浓度为0时，该目标气体的浓度。显然计算出来的这个浓度值是排除了干扰气体带来的干扰的，比实际检测到的值要更准确。
本实施例的通过测量和拟合的方式，计算得到干扰浓度和目标气体的第一检测响应值之间的关系，然后在实际测量的时候，将测量得到的数据带回公式中，确定在当前情况下，公式中其他系数的值，再通过改变干扰气体的浓度为0，来计算得到理论上，没有干扰气体时目标气体的检测浓度，从而得到相应的浓度值，完成了对目标气体的补偿浓度计算。整个步骤中只需要进行简单计算即可，不需要采用改变样品气成分的手段或者添加昂贵感应器的方法，就可以得到补偿浓度，整个方案成本低廉，且不需要在硬件上进行改动，就可以增加检测精度。
如图2所示，除了针对干扰气体外，还可以根据温度变化计算第二变化关系来进行补偿计算，包括：
步骤S400，在没有干扰气体的情况下，调节温度，使用所述浓度传感器检测所述实验气体中目标气体的浓度，并获取若干第二检测响应值。
同步骤 S100的操作，只是本步骤是将温度作为变量进行调节，来获取不同温度下，浓度传感器对目标气体浓度的第二检测响应值。
步骤S500，根据所述温度和所有的所述第二检测响应值，获取所述第二检测响应值和温度之间的第二变化关系，根据所述第二变化关系，确定温度影响系数。
本步骤同步骤S200的操作，主要用于获取温度和第二检测值之间的第二变化关系，其中该变化关系的形式和上述干扰气体浓度与第一检测响应值的关系类似，温度影响系数也类似，在此不再赘述。
步骤S600，当对样品气中的所述目标气体进行浓度检测时，根据所述温度影响系数，计算出补偿浓度。
类似步骤S300中的操作，将实际测量时的温度以及实际检测响应值带入第二变化关系中，然后再通过带入标准温度，就可以通过计算得到在标准温度下，该目标气体的测量值是多少，从而得到补偿浓度。
上述两种步骤都只是针对存在温度干扰或者干扰气体干扰的情况下进行的计算，为此，本实施例还提供一种在同时存在温度和干扰气体干扰时，得到补偿浓度的步骤，具体如图3所示，包括：
步骤S700，结合所述第一变化关系以及所述第二变化关系，得到所述目标气体浓度在所述干扰气体以及温度的干扰下的联合转换关系，并根据所述联合转换关系，确定联合转换系数。
依旧以一次函数的形式来说明本步骤的计算流程。
其中第一变化关系的表达式设为y=k1x+b1；y表示目标气体浓度的测量值，x表示干扰气体浓度，k1表示气体影响系数，b1为常数项参数。
第二变化关系的表达式设为y=k2z+b2；z表示温度，k2表示温度影响系数，b2为常数项参数。
联立上述两个表达式，可以得到y= k1x/2+ k2z/2+c；c为常数项参数，该式子就是联合转换关系，其中的k1/2和k2/2为两个联合转换系数。
步骤S800，对样品气体中的所述目标气体进行浓度检测时，通过所述联合转换关系计算所述目标气体的补偿浓度。
对样品气体进行检测时，可以直接得到当时的温度z，对目标气体的时间检测响应值y和干扰气体的浓度x，则上述的联合转换关系中，在带入了k1/2和k2/2这两个联合转换系数后，只有c这个常熟项参数为一个未知值，因此可以通过简单的计算，得到该c值是多少。
然后设干扰气体的干扰浓度x为0，温度为标准温度，再度带入上述的联合转换关系中，计算得到新的y值，即补偿浓度。由此，就得到了在有温度和干扰气体双重干扰下，目标气体的补偿浓度，从上述式子可知，计算得到的补偿浓度为理论上处于标准温度下，没有干扰气体时该目标气体的检测浓度，而该检测浓度就是目标气体的真实浓度。
本实施例中提供了三种场景下对补偿浓度的计算方法，即当处于标准温度下但是有干扰气体的时候，在没有干扰气体但是温度不是标准温度的时候以及同时存在温度和干扰气体干扰的时候，无论是那种场景，都可以通过上述方式进行计算，得到补偿浓度。此外可知，上述的第一转换关系和第二转换关系可以在进行实际检测前进行，并且步骤简单，只需要准备气体即可，不需要额外添加设备，成本低廉，最终的计算步骤可解释性强，所得到的结果可靠性高，也不需要对检测设备进行改造，易于在现有的设备上实装，同时对后续改进的设备来讲，也有较好的兼容性。
实施例2
如图4所示，本申请还提供一种气体浓度检测补偿装置，该装置应用于浓度传感器，包括：
检测模块10，用于在标准温度下，调整实验气体中干扰气体的浓度，使用浓度传感器检测所述实验气体中，已知浓度的目标气体对应的若干第一检测响应值；
计算模块20，用于根据所述干扰气体的浓度和所有的所述第一检测响应值，获取所述第一检测响应值和所述干扰气体浓度之间的第一变化关系，根据所述第一变化关系，确定气体影响系数；
补偿模块30，用于当对样品气中的所述目标气体进行浓度检测时，根据所述气体影响系数，计算出补偿浓度。
本申请还提供一种气体检测设备，包括浓度传感器、处理器和存储器，所述浓度传感器用于检测气体浓度，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的气体浓度检测补偿方法。
本申请还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的气体浓度检测补偿方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种气体浓度检测补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
在标准温度下，调整实验气体中干扰气体的浓度，使用浓度传感器检测所述实验气体中，已知浓度的目标气体对应的若干第一检测响应值；
根据所述干扰气体的浓度和所有的所述第一检测响应值，获取所述第一检测响应值和所述干扰气体浓度之间的第一变化关系；
在没有干扰气体的情况下，调节温度，使用所述浓度传感器检测所述实验气体中目标气体的浓度，并获取若干第二检测响应值；
根据所述温度和所有的所述第二检测响应值，获取所述第二检测响应值和温度之间的第二变化关系；
结合所述第一变化关系以及所述第二变化关系，得到所述目标气体浓度在所述干扰气体以及温度的干扰下的联合转换关系，并根据所述联合转换关系，确定联合转换系数；
当对样品气体中的所述目标气体进行浓度检测时，通过所述联合转换关系计算所述目标气体的补偿浓度。
2.根据权利要求1所述的气体浓度检测补偿方法，其特征在于，所述通过所述联合转换关系计算所述目标气体的补偿浓度，包括：
确定检测时的实际温度以及所述干扰气体的干扰浓度；
获取所述目标气体的实际检测响应值；
将所述干扰浓度、所述实际检测响应值、所述实际温度和所述联合转换系数带入所述联合转换关系中，得到所述实际检测响应值和所述实际温度以及所述干扰浓度之间的联合转换表达式；
将干扰气体的标准浓度和所述标准温度带入所述联合转换表达式中，得到所述目标气体在所述实际温度和所述干扰浓度下的补偿浓度。
3.根据权利要求2所述的气体浓度检测补偿方法，其特征在于，所述干扰气体的标准浓度为没有干扰气体，所述标准温度为根据所述浓度传感器性能设定的温度。
4.根据权利要求1所述的气体浓度检测补偿方法，其特征在于，还包括：
调整温度或所述干扰气体的浓度时，根据所述浓度传感器的工作环境，确定所述干扰气体的浓度范围以及温度范围；
在所述浓度范围内调整所述干扰气体的浓度，在所述温度范围内调整温度。
5.一种气体浓度检测干扰校准装置，其特征在于，包括：应用于浓度传感器，所述装置包括：
检测模块，用于在标准温度下，调整实验气体中干扰气体的浓度，使用浓度传感器检测所述实验气体中，已知浓度的目标气体对应的若干第一检测响应值；
计算模块，用于根据所述干扰气体的浓度和所有的所述第一检测响应值，获取所述第一检测响应值和所述干扰气体浓度之间的第一变化关系；
补偿模块，用于；
在没有干扰气体的情况下，调节温度，使用所述浓度传感器检测所述实验气体中目标气体的浓度，并获取若干第二检测响应值；
根据所述温度和所有的所述第二检测响应值，获取所述第二检测响应值和温度之间的第二变化关系；
结合所述第一变化关系以及所述第二变化关系，得到所述目标气体浓度在所述干扰气体以及温度的干扰下的联合转换关系，并根据所述联合转换关系，确定联合转换系数；
当对样品气体中的所述目标气体进行浓度检测时，通过所述联合转换关系计算所述目标气体的补偿浓度。
6.一种气体检测设备，其特征在于，包括浓度传感器、处理器和存储器，所述浓度传感器用于检测气体浓度，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行权利要求1至4中任一项所述的气体浓度检测补偿方法。
7.一种可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1至4中任一项所述的气体浓度检测补偿方法。
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