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CN111721817A - 多种气体的耦合干扰误差校正方法和气体传感器装置 - Google Patents

多种气体的耦合干扰误差校正方法和气体传感器装置 Download PDF

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CN111721817A
CN111721817A CN202010400431.2A CN202010400431A CN111721817A CN 111721817 A CN111721817 A CN 111721817A CN 202010400431 A CN202010400431 A CN 202010400431A CN 111721817 A CN111721817 A CN 111721817A
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CN
China
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gas sensor
gas
sensor device
correction
gases
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Application number
CN202010400431.2A
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Inventor
李斌
吴天桂
华滨
华乐
来超良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Huaxiao Technology Co ltd
Original Assignee
Zhejiang Huaxiao Technology Co ltd
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Publication date
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Abstract

本申请涉及一种多种气体的耦合干扰误差校正方法和气体传感器，以及计算机可读存储介质。其中，该耦合干扰误差校正方法包括：获取气体传感器装置的多个电化学气体传感器检测到的多种气体的气体浓度测量数据；根据预先配置的校正系数来校正多种气体之间的耦合干扰误差，以得到气体浓度校正数据。通过本申请，解决了相关技术中在多种气体的复杂环境中使用电化学气体传感器会出现检测精度和准确度低的问题，提高了电化学气体传感器的检测精度和准确度。

Description

多种气体的耦合干扰误差校正方法和气体传感器装置
技术领域
本申请涉及传感器领域，特别是涉及一种多种气体的耦合干扰误差校正方法、气体传感器和计算机可读存储介质。
背景技术
近年来，因气体泄漏引发的事故频发，给生产活动和人身财产造成了巨大的损失。气体传感器是一种将某种气体体积分数转换成对应的电信号的转换器。气体传感器能够对有毒、可燃、易爆、二氧化碳等气体进行探测，因此，气体传感器在大气污染、工业废气的监测以及食品和居住环境质量的检测等领域有着广泛的应用。
目前，国内外的气体传感器的类型包括：半导体气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器等。
其中，电化学气体传感器又可以分为：恒电位电解式气体传感器、离子电极式气体传感器和电量式气体传感器，其工作原理分别是：
(1)恒电位电解式气体传感器：在保持电极和电解质溶液的界面为某恒电位时，将气体直接氧化或还原，并将流过外电路的电流作为传感器的输出；
(2)离子电极式气体传感器：将溶解于电解质溶液并离子化的气态物质的离子作用与离子电极，把由此产生的电动势作为传感器输出；
(3)电量式气体传感器：将气体与电解质溶液反应而产生的电解电流作为传感器输出。
电化学气体传感器以灵敏度高、选择性好，能够检测多种气体而被广泛使用。然而，在研究过程中发现，在存在多种气体的复杂环境中使用电化学气体传感器会出现检测精度和准确度低的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种多种气体的耦合干扰误差校正方法、气体传感器和计算机可读存储介质，以至少解决相关技术中在多种气体的复杂环境中使用电化学气体传感器会出现检测精度和准确度低的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种多种气体的耦合干扰误差校正方法，应用于能够检测多种气体浓度的气体传感器装置，所述气体传感器装置包括多个电化学气体传感器，所述耦合干扰误差校正方法包括：获取所述气体传感器装置检测到的多种气体的气体浓度测量数据；根据预先配置的校正系数来校正所述多种气体之间的耦合干扰误差，以得到气体浓度校正数据。
在其中一些实施例中，所述预先配置的校正系数基于所述多个电化学气体传感器的电解质与气体所发生的化学反应确定。
在其中一些实施例中，在根据预先配置的校正系数来校正所述多种气体之间的耦合干扰误差之前，所述耦合干扰误差校正方法还包括：根据所述多个电化学气体传感器的数量及其参数信息，确定所述预先配置的校正系数。
在其中一些实施例中，在根据预先配置的校正系数来校正所述多种气体之间的耦合干扰误差之前，所述耦合干扰误差校正方法还包括：根据所述气体传感器装置检测到的多种气体所对应的电化学气体传感器的数量及其参数信息，确定所述预先配置的校正系数。
在其中一些实施例中，所述电化学气体传感器的参数包括以下至少之一：电化学气体传感器的种类、电化学气体传感器的电解质成分。
在其中一些实施例中，所述预先配置的校正系数被表示为校正系数矩阵，其中，所述校正系数矩阵中的每个元素表示对应于一种气体和一种电化学气体传感器的校正系数。
在其中一些实施例中，根据预先配置的校正系数来校正所述多种气体之间的耦合干扰误差包括：根据所述预先配置的校正系数和所述气体浓度测量数据，确定所述气体浓度校正数据；其中，所述预先配置的校正系数被表示为i×j的校正系数矩阵，所述气体浓度测量数据被表示为1×j的气体浓度测量数据矩阵，所述气体浓度校正数据被表示为1×j的气体浓度校正数据矩阵，i表示电化学气体传感器的序号，j表示被检测到的气体的序号；所述校正系数矩阵与所述气体浓度校正数据矩阵的点积等于所述气体浓度测量数据矩阵。
第二方面，本申请实施例提供了一种气体传感器装置，所述气体传感器装置包括：处理器，分别与所述处理器电连接的多个电化学气体传感器、存储器，以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的多种气体的耦合干扰误差校正方法。
在其中一些实施例中，所述气体传感器装置还包括：壳体，所述多个电化学气体传感器、所述处理器和所述存储器均设置于所述壳体内；所述壳体上设置有进出气口，所述进出气口的外侧设置有防水透气膜。
在其中一些实施例中，所述气体传感器装置还包括温度检测模块和/或湿度检测模块，所述温度检测模块和/或湿度检测模块的检测部固定在所述壳体外侧，且所述温度检测模块和/或湿度检测模块与所述处理器电连接。
在其中一些实施例中，所述气体传感器装置还包括风扇，所述风扇固定在所述壳体上，且位于至少一个所述进出气口的内侧。
在其中一些实施例中，所述进出气口至少包括两组进出气口，所述两组进出气口分别设置在所述壳体的相对两侧面上，且所述风扇位于其中一组进出气口的内侧。
在其中一些实施例中，所述多个电化学气体传感器位于所述两组进出气口之间。
在其中一些实施例中，所述气体传感器装置还包括连接部，所述连接部设置在所述壳体的底部，所述连接部用于将所述壳体固定在设备上。
在其中一些实施例中，所述气体传感器装置还包括印制电路板，所述印制电路板固定在所述壳体内；所述处理器、所述多个电化学气体传感器、所述存储器设置在所述印制电路板上，风扇、温度检测模块和/或湿度检测模块电连接于所述印制电路板。
在其中一些实施例中，所述印制电路板上设置有连接接口，所述电化学气体传感器通过所述连接接口可插拔地固定在所述印制电路板上，并与所述印制电路板电连接。
第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述的多种气体的耦合干扰误差校正方法。
相比于相关技术，本申请实施例提供的多种气体的耦合干扰误差校正方法、气体传感器和计算机可读存储介质，通过获取气体传感器装置的多个电化学气体传感器检测到的多种气体的气体浓度测量数据；根据预先配置的校正系数来校正多种气体之间的耦合干扰误差，以得到气体浓度校正数据的方式，解决了相关技术中在多种气体的复杂环境中使用电化学气体传感器会出现检测精度和准确度低的问题，提高了电化学气体传感器的检测精度和准确度。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是根据本申请实施例的气体传感器装置的结构框图；
图2是根据本申请实施例的两电极氧气传感器的剖面结构示意图；
图3是根据本申请实施例的气体传感器装置的结构示意图；
图4是根据本申请实施例的多种气体的耦合干扰误差校正方法的流程图；
图5是根据本申请优选实施例的多种气体的耦合干扰误差校正方法的流程图；
图6是根据本申请实施例的多种气体的耦合干扰误差校正装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本实施例中提供了一种气体传感器装置，图1是根据本申请实施例的气体传感器装置的结构框图，如图1所示，该气体传感器装置包括：处理器10，分别与处理器10电连接的多个电化学气体传感器20、存储器30，以及存储在存储器30上并可在处理器10上运行的计算机程序31，处理器10执行计算机程序31时实现本申请实施例提供的多种气体的耦合干扰误差校正方法。
其中，处理器10可以由一个或多个处理器组成，可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
其中，存储器30可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器30可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(SolidState Drive，简称为SSD)、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal SerialBus，简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器30可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器30可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器30是非易失性(Non-Volatile)存储器。在特定实施例中，存储器30包括只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)和随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称为RAM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(Programmable Read-Only Memory，简称为PROM)、可擦除PROM(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称为EPROM)、电可擦除PROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称为EEPROM)、电可改写ROM(Electrically Alterable Read-OnlyMemory，简称为EAROM)或闪存(FLASH)或者两个或更多个以上这些的组合。存储器30可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器10所执行的可能的程序指令。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器(Static Random-AccessMemory，简称为SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，简称为DRAM)，其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器(Fast Page Mode DynamicRandom Access Memory，简称为FPMDRAM)、扩展数据输出动态随机存取存储器(ExtendedDate Out Dynamic Random Access Memory，简称为EDODRAM)、同步动态随机存取内存(Synchronous Dynamic Random-Access Memory，简称SDRAM)等。
在一些实施例中，气体传感器装置还可以包括：通信端口。通信端口可以实现与其他部件例如：外接设备、数据采集设备、数据库、外部存储以及数据处理工作站等之间进行数据通信。
在一些实施例中，气体传感器装置还可以包括：通信总线40。通信总线40包括硬件、软件或两者，将气体传感器装置的电子部件彼此耦接在一起。通信总线40包括但不限于以下至少之一：数据总线(Data Bus)、地址总线(Address Bus)、控制总线(Control Bus)、扩展总线(Expansion Bus)、局部总线(Local Bus)。举例来说而非限制，通信总线40可包括图形加速接口(Accelerated Graphics Port，简称为AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(Extended Industry Standard Architecture，简称为EISA)总线、前端总线(FrontSide Bus，简称为FSB)、超传输(Hyper Transport，简称为HT)互连、工业标准架构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、无线带宽(InfiniBand)互连、低引脚数(Low Pin Count，简称为LPC)总线、存储器总线、微信道架构(Micro ChannelArchitecture，简称为MCA)总线、外围组件互连(Peripheral Component Interconnect，简称为PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(Serial AdvancedTechnology Attachment，简称为SATA)总线、视频电子标准协会局部(Video ElectronicsStandards Association Local Bus，简称为VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，通信总线40可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。
此外，气体传感器装置还可以包括供电模块，例如电池模块或者与外接电源连接的电源转换模块。
其中，电化学气体传感器20包括但不限于以下至少之一：恒电位电解式气体传感器、离子电极式气体传感器和电量式气体传感器。
电化学气体传感器利用两个电极间的化学电位差测量气体浓度。电化学气体传感器采用恒电位电解方式或伽伐尼电池方式工作，其电解质可以是液体电解质或固体电解质，而液体电解质型电化学气体传感器还分为电位型和电流型。电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量；电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。
电化学气体传感器按照电极数量，又可以分为两电极和三电极结构，区别在于有无参考电极。例如，图2是根据本申请实施例的两电极氧气传感器的剖面结构示意图，如图2所示，该两电极氧气传感器包括：顶板21、毛细微孔22、感应电极23、铅阳极24、电流集电器25、绝缘体26、传感器底座27、传感器引脚28，以及填充在传感器内的电解质溶液。两电极氧气传感器简单来说是一个密封容器(金属或塑料容器)，它里面包含有两个电极23、24：感应电极23是涂有活性催化剂的聚四氟乙烯，铅阳极24是铅块。这个密封容器只在顶部有一个毛细微孔22，允许氧气通过，进入工作电极23、24。两个电极23、24通过电流集电器25被连接到传感器表面突出的两个传感器引脚28，两个传感器引脚28被连接到所应用的设备上。两电极氧气传感器内充满电解质容易，使不同种离子得以在电极之间交换。
两电极气体传感器是气体传感器的最简单形式，但逆电极的极化限制了它的测量范围。为了解决这个问题，可以在气体传感器再接入一个外部稳压电路和一个参考电极就可稳定感应电极电动势，且参考电极上无电流通过，保持了各自电压的稳定，这样即使负电极持续极化下去也不会对感应电极有任何影响。
两电极气体传感器没有参考电极，其结构简单、易于设计和制造，成本较低，适用于低浓度气体的检测和报警；三电极气体传感器由于引入了参考电极，使气体传感器具有较大的量程和良好的精度，但参考电极的引入会增加制造工序和材料成本。在本实施例中，可以根据实际需要选择两电极或者三电极气体传感器。
此外，根据图2所示的两电极氧气传感器的结构及其工作原理，在多种气体的复杂环境中，如果毛细微孔22中进入了另一种也能够与铅阳极24发生化学反应的气体，那么，将导致上述的氧气传感器检测到的氧气浓度因正交误差而降低检测精度和准确度。相关技术中通常采用加入辅助电极的方式排除其他气体造成的干扰。例如，一氧化碳传感器对氢气有很大的反应，所以当存在氢气时，就会对一氧化碳的测量造成困难。但是，如果使用一个有辅助电极的传感器，就能使一氧化碳和氢气在感应电极发生反应，不过一氧化碳反应完全而氢气只部分反应，剩余氢气分流至辅助电极，这样感应电极上产生的信号反映的是两种气体的浓度，而辅助电极上产生的信号只反映了氢气的浓度，这样将它们相减就可得出一氧化碳浓度。上述处理过程可以由处理器10来完成。
然而，辅助电极的引入，同样会增加气体传感器的制造工序和材料成本。并且，在更为复杂的环境中，例如存在三种或者三种以上的气体能够与电极发生反应的情况下，采用具有辅助电极的气体传感器对检测精度和准确度的提升帮助极其有限。
而在本实施例中提供的气体传感器装置，其处理器10被配置为获取气体传感器装置检测到的多种气体的气体浓度测量数据；以及根据预先配置的校正系数来校正多种气体之间的耦合干扰误差，以得到气体浓度校正数据。
其中，气体浓度数据通常可以表示为质量-体积分数或者体积分数。其中，质量-体积分数通常采用mg/m3为单位，体积分数通常采用ppm为单位，即百万分之一。
其中，气体传感器装置检测到的多种气体的气体浓度测量数据是指由气体传感器装置中的各个电化学气体传感器20检测到的气体浓度数据。这些浓度数据可以由电化学气体传感器20检测到之后存储或者缓存到存储器30中，或者可以由电化学气体传感器20检测到之后直接提供给处理器10。
其中，预先配置的校正系数也可以被存储或者缓存在存储器30中，以供处理器10在执行存储器30中存储的计算机程序31时，读取和应用预先配置的校正系数。
在其中一些实施例中，预先配置的校正系数还可以是处理器10在执行存储器30中存储的计算机程序31时，通过通信端口或者通信总线40从气体传感器装置外部的设备请求并获取到的。
相对于相关技术而言，本实施例提供的气体传感器装置不仅能够实现对多种气体的检测，还通过处理器10根据预先配置的校正系数来校正多个电化学气体传感器20检测到的多种气体之间的耦合干扰误差，从而得到检测精度更高以及准确度更好的气体浓度校正数据，解决了相关技术中在多种气体的复杂环境中使用电化学气体传感器会出现检测精度和准确度低的问题。
在其中一些实施例中，校正系数是用于校正其他气体带来的、对待测气体的电化学气体传感器的影响。因此，校正系数可以基于多个电化学气体传感器的电解质与气体所发生的化学反应确定。具体而言，可以结合化学反应原理对各种情况的多种气体组合、电解质的化学性质等，对其他气体对某一电化学气体传感器的检测结果影响的定量分析得到校正系数；也可以通过蒙特卡洛方法通过仿真得到校正系数。
在一些实施例中，校正系数还与多种气体中各气体的浓度有关，因此，还可以基于气体传感器装置检测到的多种气体的气体浓度测量数据来确定校正系数。
根据上述实施例可知，校正系数与多种气体的组合、电解质的化学性质等条件或者参数存在联系，因此，对于不同的气体组合、不同的气体传感器的电解质类型，应当存在不同的校正系数。为此，处理器10还被配置为根据多个电化学气体传感器的数量及其参数信息，确定预先配置的校正系数。以使得在处理器10根据预先配置的校正系数来校正多种气体之间的耦合干扰误差之前，处理器10还根据多个电化学气体传感器20的数量及其参数信息，确定预先配置的校正系数。
然而，在一些情况下，气体传感器装置中配置的多个电化学气体传感器20并不一定能够合理表示气体传感器装置最终检测到的气体的种类。例如，在实际场景中，可能存在多个电化学气体传感器20中的某一个或者多个电化学气体传感器20没有检测到任何有效的气体浓度测量数据，那么，在这种情况下如果仍然将这一个或者多个或者多个电化学气体传感器20作为确定校正系数的依据，则有可能得到的校正系数并非合适的校正系数，或者导致气体浓度校正数据的计算过程变得繁琐。
为此，处理器10还可以被配置为根据与气体传感器装置检测到的多种气体所对应的电化学气体传感器20的数量及其参数信息，确定预先配置的校正系数，以使得在处理器10根据预先配置的校正系数来校正多种气体之间的耦合干扰误差之前，处理器10还根据气体传感器装置检测到的多种气体所对应的电化学气体传感器20的数量及其参数信息，确定预先配置的校正系数。
在其中一些实施例中，电化学气体传感器20的参数包括以下至少之一：电化学气体传感器的种类、电化学气体传感器的电解质成分等。
为了便于数据的存储和计算，在其中一些实施例中，预先配置的校正系数被表示为校正系数矩阵，其中，校正系数矩阵中的每个元素表示对应于一种气体和一种电化学气体传感器的校正系数。
在其中一些实施例中，处理器10被配置为根据预先配置的校正系数和气体浓度测量数据，确定气体浓度校正数据。
在其中一些实施例中，预先配置的校正系数被表示为i×j的校正系数矩阵，气体浓度测量数据被表示为1×j的气体浓度测量数据矩阵，气体浓度校正数据被表示为1×j的气体浓度校正数据矩阵，i表示电化学气体传感器的序号，j表示被检测到的气体的序号；校正系数矩阵与气体浓度校正数据矩阵的点积等于气体浓度测量数据矩阵。
具体而言，校正系数、气体浓度测量数据和气体浓度校正数据之间的关系，可以表示为下列的数学形式：
Figure BDA0002489200480000101
也即：
Figure BDA0002489200480000102
其中，A、B、C、D、E、F、G、H表示1至8号气体检测模块实际检测到的气体浓度测量数据；α、β、γ、δ、ε、ζ、η、θ表示经过耦合误差校正后的准确解，即经过耦合误差校正后的气体浓度校正数据；Δij表示第j种检测气体相对第i个气体传感器的耦合误差校正系数，i表示电化学气体传感器的序号，j表示被检测到的气体的序号。
在上述实施例中，以8种气体为例进行说明，实际上气体传感器装置能够检测到的气体的数量可能少于8种，也可能多于8种；气体传感器装置上配置的气体传感器的数量也可能任意数量。因此，i和j的取值均可以为任意数值，在本实施例中并不限定其能够检测到的气体的数量以及气体传感器装置配置的气体传感器的数量。在本实施例中，i和j优选地取值为2至16中的自然数。
图3是根据本申请实施例的气体传感器装置的结构示意图，如图3所示，在其中一些实施例中，气体传感器装置还包括：壳体50，其中，多个电化学气体传感器20、处理器10(图3中未示出)和存储器30(图3中未示出)均设置于壳体50内。
在一些实施例中，壳体50可以为长方体形或者圆柱体形；优选为长方形的钣金件，且可以将钣金件分为上下两件，以便于安装内部器件。上下两件钣金件通过螺栓结构或者卡扣结构连接。壳体50用于保护设置于内部的器件。
在一些实施例中，壳体50上设置有进出气口51，进出气口51的外侧设置有防水透气膜52。本实施例中的进出气口51用于进行内外部气体交换，防水透气膜52则用于防止水进入壳体50内部，避免内部器件受潮，尤其避免气体传感器的电极因受潮而失效。
在其中一些实施例中，气体传感器装置还包括温度检测模块或者湿度检测模块，或者温湿度检测模块。继续参考图3，温湿度检测模块60的检测部固定在壳体50外侧，且温湿度检测模块60与设置在壳体50内部的处理器10电连接。温湿度检测模块60用于检测环境中的温度、湿度等环境信息；处理器10还可以利用温湿度检测模块60检测到的温度、湿度等环境信息对气体传感器20检测到的气体浓度测量数据进行温湿度补偿，以降低环境的温湿度对气体浓度检测的影响。需要说明的是，温湿度补偿方法可以采用任意的已知技术来实现。
在其中一些实施例中，气体传感器装置还包括风扇70，风扇70固定在壳体50上，且位于至少一个进出气口51的内侧。风扇70可以提高气体传感器装置内部的气体交换率。
为了进一步提高气体交换率，继续参考图3，在其中一些实施例中，进出气口51至少包括两组进出气口511、512，两组进出气口511、512分别设置在壳体50的相对两侧面上，且风扇70位于其中一组进出气口511的内侧。
在其中一些实施例中，多个电化学气体传感器20位于两组进出气口511、512之间，这样的设置方式，可以使得外部气体依次流过各个电化学气体传感器20。其中，这些多个电化学气体传感器20的数量可以根据需要选取，例如可以为4个、6个、8个或者16个，且数量并不限于此。这些电化学气体传感器20优选地按照行列顺序依次排列在两组进出气口511、512之间。
在其中一些实施例中，气体传感器装置还包括连接部80，连接部80设置在壳体50的底部，连接部80用于将壳体50固定在设备上。例如，连接部80可以为图3所示的支撑柱80，共设置4个支撑柱80，分布在壳体50的4个角落，用于支撑和固定壳体50到固定设备上，或者具有驱动能力的活动设备上。另外，连接部80优选采用可拆卸连接部，从而使得气体传感器装置应用在工业气体泄漏的救援处置等场景的情况下，便于救援人员现场将具有不同的气体检测能力的气体传感器装置安装到移动机器人等具有驱动能力的活动设备上。
在其中一些实施例中，气体传感器装置还包括印制电路板90，印制电路板90固定安装在壳体50内；处理器10、多个电化学气体传感器20、存储器30设置在印制电路板50上，风扇70、温湿度检测模块60电连接于印制电路板90。印制电路板90以及与之电连接的各种元器件用于处理各种检测信号，实现本实施例提供的多种气体的耦合干扰误差校正方法。
在其中一些实施例中，印制电路板90上设置有连接接口，电化学气体传感器20通过连接接口可插拔地固定在印制电路板90上，并与印制电路板90电连接。本实施例通过支持可插拔连接的连接接口来固定和电连接电化学气体传感器20，使得本实施例提供的气体传感器装置不仅能够支持同时检测多种气体，并且可以依据需求调整气体传感器装置中配置的气体传感器的种类和数量。
需要说明的是，在本实施例的气体传感器装置中，可以不包括除电化学气体传感器之外的其他类型的气体传感器，也可以包括至少一个其他类型的气体传感器，并且，其他类型的气体传感器可以以上述电化学气体传感器相同的方式设置在气体传感器装置中。在一些情况下，处理器10还可以被配置为结合其他类型的气体传感器检测到的气体浓度测量数据来确定校正系数，和/或结合其他类型的气体传感器检测到的气体浓度测量数据来校正电化学气体传感器检测到的气体浓度测量数据。
在本实施例中还提供了一种多种气体的耦合干扰误差校正方法，应用于能够检测多种气体浓度的气体传感器装置，气体传感器装置包括多个电化学气体传感器。在气体传感器装置中已经进行过说明的将不再赘述。
在本实施例中以处理器作为执行主体进行描述和说明。
图4是根据本申请实施例的多种气体的耦合干扰误差校正方法的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：
步骤S401，处理器获取气体传感器装置检测到的多种气体的气体浓度测量数据。
步骤S402，处理器根据预先配置的校正系数来校正多种气体之间的耦合干扰误差，以得到气体浓度校正数据。
通过上述步骤，不仅能够实现对多种气体的检测，还通过处理器根据预先配置的校正系数来校正多个气体传感器检测到的多种气体之间的耦合干扰误差，从而得到检测精度更高以及准确度更好的气体浓度校正数据，解决了相关技术中在多种气体的复杂环境中使用电化学气体传感器会出现检测精度和准确度低的问题。
其中一些实施例中，预先配置的校正系数基于多个电化学气体传感器的电解质与气体所发生的化学反应确定。
在其中一些实施例中，在处理器根据预先配置的校正系数来校正多种气体之间的耦合干扰误差之前，耦合干扰误差校正方法还包括：处理器根据多个电化学气体传感器的数量及其参数信息，确定预先配置的校正系数。
在其中一些实施例中，在处理器根据预先配置的校正系数来校正多种气体之间的耦合干扰误差之前，耦合干扰误差校正方法还包括：处理器根据气体传感器装置检测到的多种气体所对应的电化学气体传感器的数量及其参数信息，确定预先配置的校正系数。
在其中一些实施例中，电化学气体传感器的参数包括但不限于以下至少之一：电化学气体传感器的种类、电化学气体传感器的电解质成分。
其中一些实施例中，预先配置的校正系数被表示为校正系数矩阵，其中，校正系数矩阵中的每个元素表示对应于一种气体和一种电化学气体传感器的校正系数。
在其中一些实施例中，处理器根据预先配置的校正系数来校正多种气体之间的耦合干扰误差包括：处理器根据预先配置的校正系数和气体浓度测量数据，确定气体浓度校正数据；其中，预先配置的校正系数被表示为i×j的校正系数矩阵，气体浓度测量数据被表示为1×j的气体浓度测量数据矩阵，气体浓度校正数据被表示为1×j的气体浓度校正数据矩阵，i表示电化学气体传感器的序号，j表示被检测到的气体的序号；校正系数矩阵与气体浓度校正数据矩阵的点积等于气体浓度测量数据矩阵。
下面通过优选实施例对上述的耦合干扰误差校正方法进行描述和说明。
在本实施例中，气体传感器装置被安装在具有驱动能力的消防机器人上。图5是根据本申请优选实施例的多种气体的耦合干扰误差校正方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：
步骤S501，启动消防机器人，开启气体传感器装置的气体检测功能，控制消防机器人进入目标检测区域。
步骤S502，各个气体传感器检测各自的气体浓度测量数据；各个气体检测模块检测到的气体浓度数据传输到气感集成板上。
步骤S503，气体传感器装置读取气体传感器种类、数量、电解质成分信息，并依据这些信息从预先设定的参数值表格中确定校正系数。
步骤S504，依据耦合校正模型，求解得出不同种类气体的气体浓度校正数据。
步骤S505，将气体浓度校正数据传输并显示到消防机器人的遥控器端，若有一种或多种气体的浓度超过阈值，则在遥控器端显示报警，并通过声光报警灯报警。
步骤S506，完成检测任务，返回并关闭消防机器人。
在上述步骤中的耦合校正模型包括：
Figure BDA0002489200480000141
也即：
Figure BDA0002489200480000142
下面将对耦合校正模型中的计算过程进行示例性说明。由于六元以上的高阶方程难以手工计算，因此为了描述方便，在本实施例中选取具有4个电化学气体传感器的气体传感器装置为例对耦合校正模型中的计算过程进行说明。
电化学气体传感器1为CO检测器、电化学气体传感器2为H2S检测器、电化学气体传感器3为NO检测器、电化学气体传感器4为SO2检测器，其中Δ11、Δ22、Δ33、Δ44数值为1，Δ12取值范围0.07-0.20，Δ13取值范围0-0.05，Δ14取值范围12.88-15，Δ23取值范围0-0.05，Δ24取值范围0-0.05，Δ34取值范围5～6，Δ43取值范围0.2-0.3，Δ42取值范围0-0.05，Δ41取值范围0.208-0.3，Δ32取值范围0-0.05，Δ31取值范围0-0.05，Δ21取值范围14-16。在本实施例中，假设CO、H2S、NO、SO2检测气体浓度比例为1：1：1：1。
在实际检测中，Δ11-Δ44共16个元素均由电化学气体传感器测量得到，将这16个元素的值代入以下算例：
Figure BDA0002489200480000151
对上述的气体浓度测量数据矩阵进行变形，得到新的相等关系：
Figure BDA0002489200480000152
那么，对于准确解α、β、γ、δ分别为：
Figure BDA0002489200480000153
经过多次对比试验，采用本实施例提供的耦合干扰误差校正方法来校正气体浓度测量数据，可得CO浓度检测精度提高2.8倍，H2S浓度检测精度提高93％，NO浓度检测精度提高35％，SO2浓度检测精度提高54倍。
需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中还提供了一种多种气体的耦合干扰误差校正装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图6是根据本申请实施例的多种气体的耦合干扰误差校正装置的结构框图，如图6所示，该多种气体的耦合干扰误差校正装置包括：获取模块61和校正模块62。其中，获取模块61，用于获取气体传感器装置检测到的多种气体的气体浓度测量数据；校正模块62，耦接至获取模块61，用于根据预先配置的校正系数来校正多种气体之间的耦合干扰误差，以得到气体浓度校正数据。
其中一些实施例中，预先配置的校正系数基于多个电化学气体传感器的电解质与气体所发生的化学反应确定。
在其中一些实施例中，耦合干扰误差校正装置还包括：第一确定模块，耦接至校正模块62，用于根据多个电化学气体传感器的数量及其参数信息，确定预先配置的校正系数。
在其中一些实施例中，耦合干扰误差校正装置还包括：第二确定模块，耦接至校正模块62，用于根据气体传感器装置检测到的多种气体所对应的电化学气体传感器的数量及其参数信息，确定预先配置的校正系数。
在其中一些实施例中，电化学气体传感器的参数包括但不限于以下至少之一：电化学气体传感器的种类、电化学气体传感器的电解质成分。
其中一些实施例中，预先配置的校正系数被表示为校正系数矩阵，其中，校正系数矩阵中的每个元素表示对应于一种气体和一种电化学气体传感器的校正系数。
在其中一些实施例中，校正模块62，用于根据预先配置的校正系数和气体浓度测量数据，确定气体浓度校正数据；其中，预先配置的校正系数被表示为i×j的校正系数矩阵，气体浓度测量数据被表示为1×j的气体浓度测量数据矩阵，气体浓度校正数据被表示为1×j的气体浓度校正数据矩阵，i表示电化学气体传感器的序号，j表示被检测到的气体的序号；校正系数矩阵与气体浓度校正数据矩阵的点积等于气体浓度测量数据矩阵。
需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
另外，结合上述实施例中的多种气体的耦合干扰误差校正方法，本申请实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种多种气体的耦合干扰误差校正方法。
综上所述，针对火灾现场、地下矿井等场景中多气体混合引起的干扰问题，在本申请实施例中提出一种具有多通道的气体传感器装置以及耦合误差校正方法，利用气体传感器检测现场气体环境，随后基于各类电解液与不同气体之间的化学反应原理，建立各种气体相互之间数据影响的耦合模型，通过耦合误差校正算法，消除多种气体相互干扰引起的误差，提高气体传感器的检测精度和准确度，准确识别气体环境中的气体种类，为救援人员提供更加准确的环境信息。
通过本申请提供的上述实施例或者优选实施例方式，相对于传统的气体传感器，基于对气体传感器装置自身结构设计和预留电路设计，支持同时检测多种气体，并且可以依据需求调整气体传感器种类和数量，实现快速更换。上述的耦合误差校正方法，相对于传统的气体传感器，可有效降低不同气体成分之间的耦合干扰误差，能够适用于同时包含多种气体成分的复杂气体环境。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种多种气体的耦合干扰误差校正方法，应用于能够检测多种气体浓度的气体传感器装置，所述气体传感器装置包括多个电化学气体传感器，其特征在于，所述耦合干扰误差校正方法包括：
获取所述气体传感器装置检测到的多种气体的气体浓度测量数据；
根据预先配置的校正系数来校正所述多种气体之间的耦合干扰误差，以得到气体浓度校正数据。
2.根据权利要求1所述的多种气体的耦合干扰误差校正方法，其特征在于，所述预先配置的校正系数基于所述多个电化学气体传感器的电解质与气体所发生的化学反应确定。
3.根据权利要求1所述的多种气体的耦合干扰误差校正方法，其特征在于，在根据预先配置的校正系数来校正所述多种气体之间的耦合干扰误差之前，所述耦合干扰误差校正方法还包括：
根据所述多个电化学气体传感器的数量及其参数信息，确定所述预先配置的校正系数；或者
根据所述气体传感器装置检测到的多种气体所对应的电化学气体传感器的数量及其参数信息，确定所述预先配置的校正系数。
4.根据权利要求3所述的多种气体的耦合干扰误差校正方法，其特征在于，所述电化学气体传感器的参数包括以下至少之一：电化学气体传感器的种类、电化学气体传感器的电解质成分。
5.根据权利要求1所述的多种气体的耦合干扰误差校正方法，其特征在于，所述预先配置的校正系数被表示为校正系数矩阵，其中，所述校正系数矩阵中的每个元素表示对应于一种气体和一种电化学气体传感器的校正系数。
6.根据权利要求1所述的多种气体的耦合干扰误差校正方法，其特征在于，根据预先配置的校正系数来校正所述多种气体之间的耦合干扰误差包括：
根据所述预先配置的校正系数和所述气体浓度测量数据，确定所述气体浓度校正数据；其中，所述预先配置的校正系数被表示为i×j的校正系数矩阵，所述气体浓度测量数据被表示为1×j的气体浓度测量数据矩阵，所述气体浓度校正数据被表示为1×j的气体浓度校正数据矩阵，i表示电化学气体传感器的序号，j表示被检测到的气体的序号；所述校正系数矩阵与所述气体浓度校正数据矩阵的点积等于所述气体浓度测量数据矩阵。
7.一种气体传感器装置，其特征在于，所述气体传感器装置包括：处理器，分别与所述处理器电连接的多个电化学气体传感器、存储器，以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任一项所述的多种气体的耦合干扰误差校正方法。
8.根据权利要求7所述的气体传感器装置，其特征在于，所述气体传感器装置还包括：壳体，所述多个电化学气体传感器、所述处理器和所述存储器均设置于所述壳体内；所述壳体上设置有进出气口，所述进出气口的外侧设置有防水透气膜。
9.根据权利要求8所述的气体传感器装置，其特征在于，所述气体传感器装置还包括温度检测模块和/或湿度检测模块，所述温度检测模块和/或湿度检测模块的检测部固定在所述壳体外侧，且所述温度检测模块和/或湿度检测模块与所述处理器电连接。
10.根据权利要求8所述的气体传感器装置，其特征在于，所述气体传感器装置还包括风扇，所述风扇固定在所述壳体上，且位于至少一个所述进出气口的内侧。
11.根据权利要求10所述的气体传感器装置，其特征在于，所述进出气口至少包括两组进出气口，所述两组进出气口分别设置在所述壳体的相对两侧面上，且所述风扇位于其中一组进出气口的内侧。
12.根据权利要求11所述的气体传感器装置，其特征在于，所述多个电化学气体传感器位于所述两组进出气口之间。
13.根据权利要求8所述的气体传感器装置，其特征在于，所述气体传感器装置还包括连接部，所述连接部设置在所述壳体的底部，所述连接部用于将所述壳体固定在设备上。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的气体传感器装置，其特征在于，所述气体传感器装置还包括印制电路板，所述印制电路板固定在所述壳体内；所述处理器、所述多个电化学气体传感器、所述存储器设置在所述印制电路板上，风扇、温度检测模块和/或湿度检测模块电连接于所述印制电路板。
15.根据权利要求14所述的气体传感器装置，其特征在于，所述印制电路板上设置有连接接口，所述电化学气体传感器通过所述连接接口可插拔地固定在所述印制电路板上，并与所述印制电路板电连接。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的多种气体的耦合干扰误差校正方法。
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