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专利号: 2018111585360
申请人: 安徽工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种气体浓度快速感知装置,包括计算机、伺服电机(1)和控制面板(4),所述伺服电机(1)、控制面板(4)和计算机依次电性连接,其特征在于,还包括支架(3)和浓度气室,所述支架(3)的上端电性连接伺服电机(1)、下端处于浓度气室内,所述伺服电机(1)用于控制所述支架(3)的上下运动;同时,所述支架(3)的下端安装有双气体传感器模块(9),所述双气体传感器模块(9)电性连接控制面板(4);双气体传感器模块(9)选用的气体传感器为两种具有一阶惯性延时特征、时间常数能明显区分的气体传感器;

所述伺服电机(1)电性连接位移传感器(2),所述位移传感器(2)用于测量支架(3)的位移,同时,所述位移传感器(2)电性连接控制面板(4);

所述浓度气室从上至下分隔为多个子浓度气室,所述各子浓度气室内气体存在浓度差;

所述子浓度气室的上端均设置有可控隔板(5),所述可控隔板(5)电性连接控制面板(4),所述控制面板(4)控制可控隔板(5)的开合。

2.根据权利要求1所述的一种气体浓度快速感知装置,其特征在于,所述浓度气室包括第一浓度气室(6)和第二浓度气室(7),所述第一浓度气室(6)设置在第二浓度气室(7)的上端,同时,所述第一浓度气室(6)内气体浓度高于第二浓度气室(7)。

3.根据权利要求2所述的一种气体浓度快速感知装置,其特征在于,所述子浓度气室的侧壁均安装有配气孔(8),通过所述配气孔(8)可对子浓度气室进行不同气体浓度配置。

4.一种气体浓度快速感知方法,其特征在于,所述方法具体如下:步骤一:选择两种具有一阶惯性延时特征、时间常数能明显区分的气体传感器,对两种气体传感器进行浓度标定;

步骤二:通过利用权利要求1‑3任一项所述的感知装置,进行一定数量的气体传感器响应和恢复实验,以确定M序列的实验参数,所述实验参数包括幅值A、移位脉冲周期Δ、截止频率ω和循环周期N参数;

步骤三:根据所述实验参数,在所述感知装置中进行M序列实验,以确定两种气体传感器的时间常数;

步骤四:根据气体传感器一阶惯性延时的数学模型,求出所述气体传感器估计实际浓度的逆模型,并将所述两种气体传感器的时间常数代入逆模型中,以确定真实浓度的估计值

5.根据权利要求4所述的一种气体浓度快速感知方法,其特征在于,步骤一利用以下公式进行浓度标定:其中:ΔU1为当前测量电压值与空气中测量电压值之间的差值,C为当前气体浓度,α1、α2和α3为待定系数;

所述浓度标定具体为:

在所述子浓度气室内配备不同浓度的气体进行标定,取15组以上从大到小不同的浓度标定,并根据上式的反函数,即可将测量的电压值转换成浓度值。

6.根据权利要求5所述的一种气体浓度快速感知方法,其特征在于,步骤三中进行M序列实验,以确定两个传感器的时间常数的过程为:利用Matlab编程生成一个n级M序列,双气体传感器模块(9)起始从装置的第二浓度气室(7)转移到第一浓度气室(6),matlab生成的M序列脉冲输入第一个对应的值为正的幅值A,之后根据Matlab生成的M序列,控制伺服电机(1)在第一浓度气室(6)和空气之间来回操作并记录浓度数据;将获得的浓度数据代入辨识模型中的最小二乘法的输出矩阵和回归矩阵中:式中:Ym是输出矩阵,Hm是回归矩阵,m是数据个数;

其中,所述双气体传感器模块(9)中的一种气体传感器测得浓度值前后两次的差值分别为:Cm1和Cm2,故上式中的y(m)如下:y(m)=Cm2(m)‑Cm2(m‑1)

x(m)如下:

ΔCm1(m)=Cm1(m)‑Cm1(m‑1)

ΔCm12(m)=Cm1(m‑1)‑Cm2(m‑1)x(m)=[ΔCm1(m)  ΔCm12(m‑1)]θ的估计值 为:

通过M序列实验求出 以确定传感器的时间常数。

7.根据权利要求6所述的一种气体浓度快速感知方法,其特征在于,步骤四中所述气体传感器一阶惯性延时的数学模型为:式中:Cg是真实气体浓度,Cm是气体传感器实际测量浓度,τ是气体传感器时间常数;将上式离散化,采用前向差分运算:Cg(k‑1)=Cm(k‑1)+τ(Cm(k)‑Cm(k‑1))即:

令 则:

Cm(k)=aCm(k‑1)+(1‑a)Cg(k‑1)由上式可知其逆模型为:

根据连续两个采样值和与时间常数相关的a的值,确定真实浓度的估计值