CN118072463A - 一种模块化报警器的设计及标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化报警器的设计及标定方法,该报警器按功能分为传感器、控制和报警模块;传感器模块含可燃气体、温度和湿度传感器单元,实时发送数据至控制模块;控制模块基于实时数据、报警阈值和预设标定模型,对报警模块进行动态标定;该标定方法包括:在测试箱中测量基线电阻值,拟合电阻随温度、湿度和气体浓度变化的函数关系式,得到标定模型,将报警阈值和实时数据带入模型,计算阈值电阻值,并与当前电阻值比较,触发报警。本发明的设计及标定方法提高了报警器的准确性和可靠性,适用于多种场景。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域,具体涉及一种模块化报警器的设计及标定方法。
背景技术
在可燃气体报警器的设计和应用中,尽管已有许多技术尝试解决可燃气体浓度的准确检测问题,但仍存在诸多不足,现有的可燃气体报警器大多只依赖单一的可燃气体传感器,这种设计忽视了环境因素对传感器性能的影响。实际上,温度和湿度的变化会显著影响传感器的电阻值,从而导致误报或漏报的情况,这种缺乏对环境因素的考虑,使得报警器的准确性和稳定性受到严重挑战。
目前,对报警器的标定通常采用静态标定,即在特定条件下对传感器进行标定,并假设这些条件在后续使用中保持不变,实际使用中,环境条件往往会发生动态变化,这使得静态标定的结果难以适应实际情况;许多报警器只是简单地设定一个固定的报警阈值,而没有考虑到不同环境下可燃气体浓度的变化,这种一刀切的报警阈值设置方式,可能导致在某些环境下报警器过于敏感,而在其他环境下则不够敏感。
如何解决报警器依赖单一的传感数据,提高报警器的准确度和环境适应性是目前面临的需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模块化报警器的设计及标定方法,具体技术方案如下:
一种模块化报警器的设计及标定方法,所述报警器用于可燃气体的报警,所述报警器在设计上按照功能划分为多个功能模块,所述功能模块包括:传感器模块、控制模块以及报警模块。
进一步的,所述传感器模块与所述控制模块连接,所述传感器模块至少包括:可燃气体传感器单元、温度传感器单元和湿度传感器单元;所述传感器模块放置于目标检测区域,将检测到的实时数据发送至控制模块;所述实时数据包括可燃气体传感器敏感元件电阻值以及目标检测区域的环境温度数据和湿度数据。
所述控制模块基于所述实时数据,根据设置的可燃气体的报警阈值和预设标定模型对所述报警模块进行动态标定。
进一步的,所述动态标定方法包括以下步骤:
步骤1,将所述传感器模块放置在测试箱中并通入常温干燥的洁净空气,测量可燃气体传感器敏感元件的基线电阻值。
步骤2,保持测试箱干燥,改变测试箱的环境温度,测量拟合出敏感元件的电阻值随环境温度/>变化的第一函数关系式/>。
步骤3,将测试箱恢复常温,改变测试箱的环境湿度,测量拟合出敏感元件的电阻值随环境湿度/>变化的第二函数关系式/>。
步骤4,在测试箱环境为常温干燥条件下,通入不同浓度的可燃气体,测量拟合出传感器中敏感元件的电阻值随可燃气体浓度/>变化的第三函数关系式/>。
步骤5,根据第一函数关系式和第二函数关系式得到所述敏感元件的实际电阻值随温度、湿度以及可燃气体浓度变化的标定模型/>。
步骤6,将可燃气体的报警阈值和所述实时数据带入所述标定模型的计算式得到当前环境下的报警阈值/>对应的敏感元件的阈值电阻值/>。
步骤7,将所述阈值电阻值的与当前可燃气体传感器敏感元件电阻值/>进行比较,当/>时,所述控制模块发送报警指令至所述报警模块。
进一步的,所述步骤2中,第一函数关系式,其中,为当前环境温度值,/>是温度系数,表示电阻随温度变化的敏感程度,单位为 /℃,/>=0.01;/>是传感器敏感元件在温度/>时的电阻值,/>为常温,取25℃。
进一步的,所述步骤3中,第二函数关系式,其中,/>是湿度系数,是表征气体浓度对电阻影响的系数,/>=0.005,/>为当前环境湿度值,单位为%。
进一步的,所述第三函数关系式,其中,/>为可燃气体浓度,/>是一个常数,表示电阻值随浓度变化的灵敏度;所述/>的计算式为/>,其中/>为在常温洁净空气条件下敏感元件的电阻值;R2为在标准浓度的可燃气体中敏感元件的电阻值,所述标准浓度为5%VOL的天然气或甲烷。
进一步的,所述标定模型:;其中,/>为当前环境温度值,/>是传感器敏感元件在温度/>时的电阻值,/>为常温,取25℃;/>表示电阻值随浓度变化的灵敏度,/>为当前环境湿度值/>为可燃气体的报警阈值。
本发明与现有技术相比,其有益效果是:
1、本发明通过采用模块化设计,提高了可燃气体报警器的灵活性和可扩展性,模块化设计使得报警器的各个功能模块可以独立更换和升级,降低了生产成本和维护成本;这种设计方式使得报警器能够更好地适应不同环境和用户需求的变化,从而提高了其市场竞争力。
2、通过引入多传感器融合技术和动态标定方法,综合考虑了可燃气体浓度、环境温度和湿度等因素,使得报警器的检测更加全面和准确;根据实时数据对报警模块进行标定,以适应不同环境下的变化,从而避免了误报和漏报的情况。
附图说明
图1为本发明实施例的报警器动态标定方法流程图。
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,下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
一种模块化报警器的设计及标定方法,所述报警器用于可燃气体的报警,所述报警器在设计上按照功能划分为多个功能模块,所述功能模块包括:传感器模块、控制模块以及报警模块。
所述传感器模块与所述控制模块连接,所述传感器模块至少包括:可燃气体传感器单元、温度传感器单元和湿度传感器单元;所述传感器模块放置于目标检测区域,将检测到的实时数据发送至控制模块;所述实时数据包括可燃气体传感器敏感元件电阻值以及目标检测区域的环境温度数据和湿度数据。
所述控制模块基于所述实时数据,根据设置的可燃气体的报警阈值和预设标定模型对所述报警模块进行动态标定。
需要说明的是,这种报警器主要用于可燃气体的检测与报警,其设计理念体现了高度的功能划分与模块化集成,使得整个报警器系统既高效又灵活。在结构上,报警器被巧妙地划分为几个独立但又相互关联的功能模块,这些模块分别是传感器模块、控制模块以及报警模块。传感器模块,作为报警器的“感知器官”,负责收集目标检测区域内的关键数据。这一模块集成了多种传感器单元,其中最为核心的是可燃气体传感器单元,它专门用于检测空气中的可燃气体浓度。此外,为了更全面地反映环境状况,传感器模块还配备了温度传感器单元和湿度传感器单元,分别用于测量目标检测区域的环境温度和湿度。这些传感器单元不仅具有高灵敏度和高稳定性,而且能够实时将检测到的数据发送至控制模块,为后续的数据处理与报警判断提供原始依据。控制模块,作为报警器的“大脑”,负责接收传感器模块发送的实时数据,并根据预设的算法和模型对这些数据进行处理和分析。它不仅要根据可燃气体浓度数据判断是否需要触发报警,还要根据环境温度和湿度数据对可燃气体传感器进行动态标定,以消除环境因素对传感器性能的影响。通过精确的算法和高效的计算,控制模块能够确保报警器在各种环境下都能保持高度的准确性和可靠性。
此外,控制模块还具备对报警模块进行动态标定的功能。动态标定是一种先进的校准方法,它能够根据实时数据和环境变化自动调整报警模块的参数和阈值,使其在不同环境下都能保持最佳的报警性能。通过这种方法,报警器可以更加准确地识别可燃气体浓度的变化,并在必要时及时发出报警信号,从而有效预防潜在的安全风险。
如图1所示,为报警器动态标定方法流程图,该方法包括如下几个步骤:
步骤1,将所述传感器模块放置在测试箱中并通入常温干燥的洁净空气,测量可燃气体传感器敏感元件的基线电阻值。
在放置传感器模块时,要确保其位置稳定,避免因位置变动引起测量误差;通入测试箱的洁净空气应确保没有可燃气体成分,以避免对基线电阻值的测量造成干扰;在测量基线电阻值时,应等待一段时间让传感器模块适应测试箱环境,确保测量结果的准确性。
步骤2,保持测试箱干燥,改变测试箱的环境温度,测量拟合出敏感元件的电阻值随环境温度/>变化的第一函数关系式/>。
改变环境温度时,应确保温度变化平稳,避免温度的快速波动对敏感元件的性能造成影响;在每个温度点下,应等待足够的时间让敏感元件稳定下来,再进行电阻值的测量;拟合函数关系式时,应选用合适的数据拟合方法,并考虑数据点的分布和误差情况,以确保拟合结果的准确性。
第一函数关系式,其中,/>为当前环境温度值,/>是温度系数,表示电阻随温度变化的敏感程度,单位为 /℃,/>=0.01;/>是传感器敏感元件在温度/>时的电阻值,/>为常温,取25℃。
步骤3,将测试箱恢复常温,改变测试箱的环境湿度,测量拟合出敏感元件的电阻值随环境湿度/>变化的第二函数关系式/>。
在恢复测试箱至常温时,应确保温度稳定后再进行湿度的调整,以避免温度和湿度的交叉影响;改变湿度时,同样要注意湿度的平稳变化,避免快速波动对敏感元件造成冲击;第二函数关系式,其中,/>是湿度系数,是表征气体浓度对电阻影响的系数,/>=0.005,/>为当前环境湿度值,单位为%。
步骤4,在测试箱环境为常温干燥条件下,通入不同浓度的可燃气体,测量拟合出传感器中敏感元件的电阻值随可燃气体浓度/>变化的第三函数关系式/>。
第三函数关系式,其中,/>为可燃气体浓度,/>是一个常数,表示电阻值随浓度变化的灵敏度;所述/>的计算式为/>,其中/>为在常温洁净空气条件下敏感元件的电阻值;R2为在标准浓度的可燃气体中敏感元件的电阻值,所述标准浓度为5%VOL的天然气或甲烷。
步骤5,根据第一函数关系式和第二函数关系式得到所述敏感元件的实际电阻值随温度、湿度以及可燃气体浓度变化的标定模型/>。
所述标定模型:;其中,/>为当前环境温度值,/>是传感器敏感元件在温度/>时的电阻值,/>为常温,取25℃;/>表示电阻值随浓度变化的灵敏度,/>为当前环境湿度值/>为可燃气体的报警阈值。
步骤6,将可燃气体的报警阈值和所述实时数据带入所述标定模型的计算式得到当前环境下的报警阈值/>对应的敏感元件的阈值电阻值/>。
步骤7,将所述阈值电阻值的与当前可燃气体传感器敏感元件电阻值/>进行比较,当/>时,所述控制模块发送报警指令至所述报警模块。
将所述阈值电阻值与当前可燃气体传感器敏感元件电阻值/>进行比较,是报警器核心功能的关键环节。这一比较过程直接决定了报警器是否会在检测到可燃气体浓度超过安全阈值时发出警报。
在实际应用中,控制模块会实时接收来自传感器模块的电阻值,并根据预先设定的阈值电阻值/>进行判断;/>通常是基于可燃气体浓度安全标准、传感器特性以及环境因素综合考量后确定的。它代表了在一个特定环境条件下,可燃气体浓度达到危险水平时传感器敏感元件的电阻值;当控制模块检测到/>达到或超过/>时,意味着当前环境中的可燃气体浓度已经或即将超过安全范围,此时控制模块会迅速作出反应,发送报警指令至报警模块。报警模块接收到指令后,会立即触发报警机制,通过声音、光线或其他方式向用户发出警报,提醒用户采取相应的安全措施。
这个比较和判断的过程是自动化的,无需人工干预,从而确保了在可燃气体浓度异常时能够及时、准确地发出警报。同时,由于阈值电阻值可以根据实际情况进行调整,因此报警器具有很高的灵活性和适应性,可以应用于不同环境和场景。需要注意的是,在比较/>和/>时,还应考虑其他因素如环境温度和湿度的变化对传感器电阻值的影响。通过前面提到的动态标定方法,可以对这些环境因素进行补偿,确保比较结果的准确性。此外,为了提高报警器的可靠性,还可以采用多次测量取平均值、加入延时判断等策略,避免误报或漏报的发生。
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 (5)
1.一种模块化报警器的设计及标定方法,所述报警器用于可燃气体的报警,其特征在于,所述报警器在设计上按照功能划分为多个功能模块,所述功能模块包括:传感器模块、控制模块以及报警模块;
所述传感器模块与所述控制模块连接,所述传感器模块至少包括:可燃气体传感器单元、温度传感器单元和湿度传感器单元;所述传感器模块放置于目标检测区域,将检测到的实时数据发送至控制模块;所述实时数据包括可燃气体传感器敏感元件电阻值以及目标检测区域的环境温度数据和湿度数据;
所述控制模块基于所述实时数据,根据设置的可燃气体的报警阈值和预设标定模型对所述报警模块进行动态标定;
所述动态标定方法包括以下步骤:
步骤1,将所述传感器模块放置在测试箱中并通入常温干燥的洁净空气,测量可燃气体传感器敏感元件的基线电阻值;
步骤2,保持测试箱干燥,改变测试箱的环境温度,测量拟合出敏感元件的电阻值随环境温度/>变化的第一函数关系式/>;
步骤3,将测试箱恢复常温,改变测试箱的环境湿度,测量拟合出敏感元件的电阻值随环境湿度/>变化的第二函数关系式/>;
步骤4,在测试箱环境为常温干燥条件下,通入不同浓度的可燃气体,测量拟合出传感器中敏感元件的电阻值随可燃气体浓度/>变化的第三函数关系式/>
步骤5,根据第一函数关系式和第二函数关系式得到所述敏感元件的实际电阻值随温度、湿度以及可燃气体浓度变化的标定模型/>;
步骤6,将可燃气体的报警阈值和所述实时数据带入所述标定模型的计算式得到当前环境下的报警阈值/>对应的敏感元件的阈值电阻值/>;
步骤7,将所述阈值电阻值的与当前可燃气体传感器敏感元件电阻值/>进行比较,当时,所述控制模块发送报警指令至所述报警模块。
2.根据权利要求1所述的一种模块化报警器的设计及标定方法,其特征在于,所述步骤2中,第一函数关系式,其中,/>为当前环境温度值,/>是温度系数,表示电阻随温度变化的敏感程度,单位为 /℃,/>=0.01;/>是传感器敏感元件在温度时的电阻值,/>为常温,取25℃。
3.根据权利要求2所述的一种模块化报警器的设计及标定方法,其特征在于,所述步骤3中,第二函数关系式,其中,/>是湿度系数,是表征气体浓度对电阻影响的系数,/>=0.005,/>为当前环境湿度值,单位为%。
4.根据权利要求3所述的一种模块化报警器的设计及标定方法,其特征在于,所述第三函数关系式,其中,/>为可燃气体浓度,/>是一个常数,表示电阻值随浓度变化的灵敏度;所述/>的计算式为/>,其中/>为在常温洁净空气条件下敏感元件的电阻值;R2为在标准浓度的可燃气体中敏感元件的电阻值,所述标准浓度为5%VOL的天然气或甲烷。
5.根据权利要求1所述的一种模块化报警器的设计及标定方法,其特征在于,所述标定模型:;其中,/>为当前环境温度值,/>是传感器敏感元件在温度/>时的电阻值,/>为常温,取25℃;/>表示电阻值随浓度变化的灵敏度,/>为当前环境湿度值/>为可燃气体的报警阈值。
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