气路流量实时动态调节方法、系统及存储介质与流程

1.本发明涉及泵吸式探测器技术领域，具体的说，涉及了一种气路流量实时动态调节方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.目前市场上的可燃、有毒气体检测设备大多采用泵吸式原理进行气体采样，在工业现场，气体中除了要检测的可燃、有毒气体外还有空气灰尘、颗粒物、水分等，因此可燃、有毒气体检测设备都安装有气体前处理装置。但是，随着设备工作时间的增长，气体前处理装置中的灰尘、颗粒物会逐渐增多，一方面影响整个气路的气阻，导致气路流量下降，使得在采样时间内进入传感器的气体量减少，影响整个检测设备的检测精度；另一方面，若气体前处理装置中的杂质太多时势必要更换掉，既费时费力又增加设备成本。
3.另外，在检测设备生产过程中，很难保证每台检测设备的气路气阻完全一样，同样也会导致每台检测设备的检测精度的一致性较差，解决该生产问题的常见方法是对每台检测设备都单独标定，单独标定耗费工作量大，影响检测设备的生产效率。
4.为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种气路流量实时动态调节方法、系统及存储介质。
6.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：本发明第一方面提供一种气路流量实时动态调节方法，所述气路流量实时动态调节方法包括以下步骤：构建采样泵供电电压
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气路流量模型，配置气路设定流量f0和气路设定流量范围f，根据所述气路设定流量f0和所述采样泵供电电压
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气路流量模型，获得采样泵设定供电电压u0；判断气路是否发生堵塞以及采样泵是否处于正常工作状态，在气路未发生堵塞且采样泵处于正常工作状态时，读取气路实际流量f1，判断所述气路实际流量f1是否处于气路设定流量范围f内；若所述气路实际流量f1不在所述气路设定流量范围f内，则根据所述气路实际流量f1和所述采样泵供电电压
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气路流量模型，计算出采样泵实际供电电压u1；根据所述采样泵设定供电电压u0与所述采样泵实际供电电压u1之间差值u’、所述气路实际流量f1与气路设定流量f0之间差值f’以及所述采样泵供电电压
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气路流量模型，获得采样泵供电电压调整值u’，基于所述采样泵供电电压调整值u’对采样泵供电电压进行动态调整；重新获取新的气路实际流量f1’，直至新的气路实际流量f1’处于所述气路设定流量范围f内。
7.本发明第二方面提供一种气路流量实时动态调节系统，所述气路流量实时动态调节系统包括主控制器、故障检测电路、流量传感器和可调式驱动电路，其中，所述故障检测电路分别连接采样泵和所述主控制器，用于采集采样泵的工作状态参数并传输至所述主控制器，以检测气路是否发生堵塞以及采样泵是否处于正常工作状态；所述流量传感器连接所述主控制器，用于采集气路实际流量并传输至所述主控制器；所述主控制器连接所述可调式驱动电路，用于执行如上述气路流量实时动态调节方法的步骤，并通过所述可调式驱动电路动态调整采样泵供电电压。
8.本发明第三方面提供一种可读存储介质，其上存储有指令，该指令被处理器执行时实现如上述气路流量实时动态调节方法的步骤。
9.相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说：1）该气路流量实时动态调节方法对采样泵供电电压进行动态调整，使所述气路实际流量处于所述气路设定流量范围内，从而对气路流量动态校准，提高泵吸式气体探测器的检测精度；2）通过对气路流量实时动态调节，达到即使各台泵吸式气体探测器设备之间的气路气阻不一样，每台泵吸式气体探测器设备检测精度的一致性仍然良好的目的；3）在保证泵吸式气体探测器设备检测精度的前提下，只需对其中一台泵吸式气体探测器设备进行标定，标定完成的数据同样也可以用于其他泵吸式气体探测器设备中，无需单独对每台泵吸式气体探测器设备进行标定，节省了工作量和生产成本，提高了泵吸式气体探测器的生产效率；4）在气路发生堵塞时，能够驱动采样泵反转，对气路进行反吹，避免发生因气体前处理装置中的杂质太多时而只能定期更换掉的状况，既省时省力又节约设备成本，提升用户体验感；5）构建采样泵供电电压
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气路流量模型，所述采样泵供电电压
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气路流量模型为非线性模型，提高了采样泵实际供电电压u1的准确度，进而提高气路流量实时动态调节精度。
附图说明
10.图1是本发明的气路流量实时动态调节方法的流程图；图2是本发明的气路流量实时动态调节系统的结构示意图；图3是本发明的可调式驱动电路的电路原理图；图4是本发明的故障检测电路的电路原理图；图5是本发明的所述采样泵供电电压
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气路流量模型的示意图。
具体实施方式
11.下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
12.实施例1如附图1所示，一种气路流量实时动态调节方法，所述气路流量实时动态调节方法包括以下步骤：
构建采样泵供电电压
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气路流量模型，配置气路设定流量f0和气路设定流量范围f，根据所述气路设定流量f0和所述采样泵供电电压
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气路流量模型，获得采样泵设定供电电压u0；判断气路是否发生堵塞以及采样泵是否处于正常工作状态，在气路未发生堵塞且采样泵处于正常工作状态时，读取气路实际流量f1，判断所述气路实际流量f1是否处于气路设定流量范围f内；若所述气路实际流量f1不在所述气路设定流量范围f内，则根据所述气路实际流量f1和所述采样泵供电电压
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气路流量模型，计算出采样泵实际供电电压u1；根据所述采样泵设定供电电压u0与所述采样泵实际供电电压u1之间差值u’、所述气路实际流量f1与气路设定流量f0之间差值f’以及所述采样泵供电电压
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气路流量模型，获得采样泵供电电压调整值u’，基于所述采样泵供电电压调整值u’对采样泵供电电压进行动态调整；重新获取新的气路实际流量f1’，直至新的气路实际流量f1’处于所述气路设定流量范围f内。
13.需要说明的是，由于在气路发生堵塞或者采样泵处于非正常工作状态时，对气路流量实时动态调节也达不到提高泵吸式探测器检测精度的目的；因此，在气路未发生堵塞且采样泵处于正常工作状态时，才判断所述气路实际流量f1是否处于气路设定流量范围f内。
14.进一步的，基于所述采样泵供电电压调整值u’对采样泵供电电压进行动态调整时，执行：在所述气路实际流量f1小于所述气路设定流量范围f的最小值时，使所述采样泵供电电压=所述采样泵实际供电电压u1+采样泵供电电压调整值u’；在所述气路实际流量f1大于所述气路设定流量范围f的最大值时，使所述采样泵供电电压=所述采样泵实际供电电压u1
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采样泵供电电压调整值u’。
15.需要说明的是，在所述气路实际流量f1大于所述气路设定流量范围f的最大值时，反计算出当前采样泵实际供电电压u1，结合采样泵供电电压变化量与气路流量变化量反计算出需要减少的采样泵供电电压量（采样泵供电电压调整值u’），然后将当前的采样泵实际电压u1减去需要减少的采样泵供电电压变化量（采样泵供电电压调整值u’）后加载在采样泵上。
16.可以理解，在所述气路实际流量f1小于所述气路设定流量范围f的最小值时，调节方式类似，本实施例不再赘述。
17.可以理解，该气路流量实时动态调节方法可应用于固定式泵吸原理采样的探测器中或便携式设备中，应用场景可以为化工石油企业的大气vocs在线实时监测、生产氯乙烯等有毒气体的厂家、区别天然气或沼气的便携式乙烷辨识仪等设备。
18.实施例2本实施例给出了一种判断气路是否发生堵塞及采样泵是否处于正常工作状态的具体实施方式。
19.具体的，判断气路是否发生堵塞时，执行：读取采样泵的工作状态参数，若所述采样泵的工作状态参数超过第一预设阈值，则判定气路发生堵塞；若所述采样泵的工作状态参数未超过第一预设阈值，则判定气路未发生堵塞。
20.需要说明的是，在气路发生堵塞时，生成反转控制信号，以驱动采样泵反转，对气路进行反吹，避免因气体前处理装置中的杂质太多时而只能定期更换掉的状况，既省时省力又节约设备成本，提升用户体验感。
21.具体的，判断采样泵是否处于正常工作状态时，执行：读取采样泵的工作状态参数，若所述采样泵的工作状态参数超过第二预设阈值且未超过所述第一预设阈值，则判定采样泵处于正常工作状态；若所述采样泵的工作状态参数超过第三预设阈值且未超过第二预设阈值，则判定采样泵处于故障状态；若所述采样泵的工作状态参数未超过第三预设阈值，则判定采样泵处于未接入状态；其中，所述第一预设阈值＞所述第二预设阈值＞所述第三预设阈值。
22.需要说明的是，获得采样泵的工作状态参数时，执行：实时采集采样泵的工作电流，通过一个采样电阻将采样泵的工作电流转换为电压，该电压经过滤波及adc转换后作为采样泵的工作状态参数。
23.实施例3本实施例给出了一种采样泵供电电压
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气路流量模型的具体实施方式，如附图5所示。
24.具体的，所述采样泵供电电压
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气路流量模型为：y=
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ax2+bx
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c其中，x表示气路流量，y表示采样泵供电电压，a表示第一系数，b表示第二系数，c表示第三系数。
25.优选的，a=0.012，b=0.318，c=0.055。
26.需要说明的是，建立采样泵供电电压
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气路流量模型时，执行：a、搭建设备气路，用可调式驱动电路给气路中的采样泵供电，利用主控制器内部或外接的adc通过实时采集气路实际流量；b、在不超出采样泵供电要求的范围下，以0.2v的步进改变加载在采样泵上可调式驱动电路输出的电源电压，并逐步记录主控制器获得的气路实际流量值；c、根据以上获得的数据，建立采样泵供电电压与气路的流量之间的关系模型。
27.实施例4本实施例给出了一种气路流量实时动态调节系统的具体实施方式，如附图2所示。
28.具体的，所述气路流量实时动态调节系统包括主控制器、故障检测电路、流量传感器和可调式驱动电路，所述故障检测电路分别连接采样泵和所述主控制器，用于采集采样泵的工作状态参数并传输至所述主控制器，以检测气路是否发生堵塞以及采样泵是否处于正常工作状态；所述流量传感器连接所述主控制器，用于采集气路实际流量并传输至所述主控制器；所述主控制器连接所述可调式驱动电路，用于执行上述气路流量实时动态调节方法的步骤，并通过所述可调式驱动电路动态调整采样泵供电电压。
29.需要说明的是，传统的可调式驱动电路主要包括处理器、隔离电路和驱动电路，只能实现对采样泵的关闭或满量程工作，不能实现采样泵的灵活控制，更不能实时检测采样泵的工作状态。本发明的气路流量实时动态调节系统不仅能够实现采样泵的灵活控制，进而实现气路流量的实时动态调节，而且具备采样泵工作状态及气路阻塞的检测功能。
30.可以理解，通过故障检测电路来采集采样泵的工作状态参数，以使所述主控制器判断气路是否发生堵塞以及采样泵是否处于正常工作状态，从而实现故障检测功能；在气体前处理装置中的杂质太多时，能够及时发现，提示用户进行处理，减少故障排查时间；通过探测器气路流量调整装置实现采样泵的灵活控制，进而实现气路流量的实时动态调节，从而提高泵吸式探测器检测精度。
31.可以理解，所述可调式驱动电路为可调式驱动电路；所述主控制器通过引脚io3控制可调式驱动电路的使能端，以控制可调式驱动电路是否输出电压。所述主控制器通过内部集成的adc1实时采集流量传感器的采样值以监控气路实际流量。所述主控制器内部集成的dac1输出的电压加载在可调式驱动电路的参考电压上，通过改变dac输出的参考电压即可改变可调式驱动电路的实际输出电源电压vcc_pump，从而改变加载在采样泵的实际电压，进而改变气路流量。
32.如附图3所示，所述可调式驱动电路包括电源管理芯片、下拉电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、滤波电容c1、滤波电容c2、电容c3、电容c4、稳压二极管d3和电感l1，所述电源管理芯片的第一引脚依次经所述电容c3和所述稳压二极管d3接地，所述电源管理芯片的第二引脚接地，所述电源管理芯片的第三引脚依次连接所述电阻r4和所述电阻r6作为该可调式驱动电路的控制端，该可调式驱动电路的控制端用于连接主控制器的引脚dac1，所述电源管理芯片的第四引脚连接主控制器的引脚io3，所述电源管理芯片的第五引脚连接输入电源vin，所述电源管理芯片的第六引脚依次连接所述电感l1和所述电阻r2作为所述可调式驱动电路的输出端；所述电源管理芯片的第三引脚还通过所述电阻r5与接地端相连，所述电源管理芯片的第四引脚还通过所述下拉电阻r1与接地端相连，所述电源管理芯片的第五引脚连接还分别通过所述滤波电容c1和所述滤波电容c2与接地端相连，所述电源管理芯片的第六引脚还通过所述稳压二极管d3与接地端相连；所述电阻r3一端通过所述电阻r5与接地端相连，所述电阻r3另一端连接至所述电感l1与所述电阻r2之间；所述电容c4的一端与接地端相连，所述电容c4的另一端连接在所述电阻r4和所述电阻r6之间。
33.需要说明的是，所述主控制器的引脚io3输出高电平时，所述电源管理芯片的shdn引脚被使能，所述电源管理芯片有电源vcc_pump输出，采样泵开始工作。滤波电容c1、c2的作用是实现对输入电源vin的滤波，下拉电阻r1的作用为：在所述主控制器出现故障时保证所述电源管理芯片没有电源输出、采样泵不工作。所述主控制器通过实时改变引脚dac1输出的电压值v0，进而改变所述可调式驱动电路的输出电压vcc_pump；电阻r6、电容c4组成低通滤波器实现对所述主控制器的引脚dac1输出的电压v0的滤波。
34.具体的，所述主控制器可以采用stm32f103，所述流量传感器可以采用压力传感器或流量计。
35.进一步的，所述微控制器还通过数传模块与管理平台通讯互联，使得所述泵吸式探测器气路流量调整装置具备联网功能。具体的，所述数传模块可以5g无线通信模块、4g无线通信模块、wifi无线通信模块中的一种或者几种。
36.实施例5本实施例还给出了一种故障检测电路的具体实施方式。
37.如附图4所示，所述故障检测电路包括启停控制电路、电流采样电路、采样电阻r10
和滤波电路，所述启停控制电路的一端连接所述主控制器，所述启停控制电路的另一端连接采样泵，以控制采样泵开启或者关停；所述电流采样电路的一端连接所述采样泵，所述电流采样电路的另一端通过所述采样电阻r10连接滤波电路，用于采集所述采样泵的工作电流，所述采样泵的工作电流经所述采样电阻r10转换为电压后，通过所述滤波电路传输至所述主控制器的引脚adc2。
38.需要说明的是，通过所述电流采样电路实时采集采样泵的工作电流，采样泵的工作电流通过采样电阻r10将采样泵的工作电流转换为电压，该电压经过所述滤波电路进行滤波处理后，传输至所述主控制器；所述主控制器对滤波处理后的电压进行adc转换，并将转换结果作为采样泵的工作状态参数。
39.具体的，所述电流采样电路包括第一运放芯片u2和第一三极管q1，所述第一运放芯片u2的正输入端通过第一限压电阻r7连接采样泵供电电压输入端，所述第一运放芯片的负输入端通过第二限压电阻r9连接所述采样泵，所述采样泵供电电压输入端与采样泵之间设置第三限压电阻r8；所述第一三极管q1的基极连接所述第一运放芯片的输出端，所述第一三极管的集电极连接所述第一运放芯片的正输入端，所述第一三极管的发射极连接所述采样电阻r10的一端。
40.需要说明的是，设置流过第一限压电阻r7的电流为，流过第三限压电阻r8的电流为i2，电流i2为采样泵的工作电流；流过电阻r15的电流也为i1。根据第一运放芯片u2的虚短和虚断，i1*r7= i2* r8，因此，vout= r15*（i2* r8/ r7）。
41.本实施例给出了一种滤波电路的具体实施方式，所述滤波电路包括第二运放芯片u3，所述第二运放芯片u3的正输入端连接所述采样电阻10的另一端，所述第二运放芯片u3的负输入端连接所述第二运放芯片u3的输出端，所述第二运放芯片u2的输出端还连接所述主控制器的adc2引脚。
42.需要说明的是，所述第二运放芯片u3、电容c5和采样电阻10构成低通滤波器。
43.本实施例还给出了一种启停控制电路的具体实施方式，所述启停控制电路包括第一场效应管q2、第二场效应管q3、第三场效应管q6、第四场效应管q7、第二三极管q4和第三三极管q5，所述第二场效应管q3的漏极与所述第一场效应管q2的漏极相连，所述第二场效应管q3的源极与所述第四场效应管q7的漏极相连作为该启停控制电路的第一输出端，所述第一输出端用于连接采样泵的第一供电端；所述第一场效应管q2的源极与所述第三场效应管q6的漏极相连作为该启停控制电路的第二输出端，所述第二输出端用于连接采样泵的第二供电端；所述第二场效应管q3的漏极通过电阻r11连接所述第二场效应管q3的栅极，所述第二场效应管q3的栅极通过电阻r13连接所述第二三极管q4的集电极，所述第二三极管q4的发射极接地，所述第二三极管q4的基极连接电阻r16作为该启停控制电路的第一输入端，所述第一输入端用于连接所述主控制器的io1引脚；所述第一场效应管q2的漏极通过电阻r12连接所述第一场效应管q2的栅极，所述第一场效应管q2的栅极通过电阻r14连接第三三极管q5的集电极，第三三极管q5的发射极接地，所述第三三极管q5的基极连接电阻r17作为该启停控制电路的第二输入端，所述第二输入端用于连接所述主控制器的io2引脚；所述第三场效应管q6的栅极通过电阻r20连接该启停控制电路的第一输入端，所述第三场效应管q6的源极接地；所述第四场效应管q7的栅极通过电阻r21连接该启停控制
电路的第二输入端，所述第四场效应管q7的源极接地。
44.需要说明的是，所述主控制器io1引脚为高电平时，第二三极管q4、第二场效应管q3和第三场效应管q6导通；且所述主控制器io2引脚为低电平，第三三极管q5、第一场效应管q2和第四场效应管q7截止；此时，采样泵开始工作并处于正转状态。
45.所述主控制器io1引脚为低电平，第二三极管q4、第二场效应管q3和第三场效应管q6截止；且所述主控制器io2引脚为高电平，第三三极管q5、第一场效应管q2和第四场效应管q7导通；此时，采样泵开始工作并处于反转状态。
46.可以理解，在气路发生堵塞时，所述主控制器io1引脚输出低电平、io2引脚输出高电平，能够驱动采样泵反转，对气路进行反吹，避免因气体前处理装置中的杂质太多时而只能定期更换掉的状况，既省时省力又节约设备成本，提升用户体验感。
47.建立气路故障检测模型时，执行：（1）组装散式样机（气路搭建、部件安装、电路板的连接）并给样机供电，利用主控制器内部集成或外接的adc实时采集气路中采样泵的工作状态信息；（2）用调试工具堵住样机的进气口或出气口，记录主控制器的adc实时采集到的采样泵工作状态信息，并把此信息作为判断气路堵塞的阈值条件（第一预设阈值）；（3）样机断电，拔掉气路中的采样泵后再次给样机上电，记录主控制器的adc实时采集到的采样泵工作状态信息，并把此信息作为判断气路中采样泵未安装的阈值条件（第三预设阈值）；（4）寻找不能正常工作的相同型号采样泵并正确安装，记录主控制器的adc实时采集到的采样泵工作状态信息，并把此信息作为判断气路中采样泵故障的阈值条件（第二预设阈值）。
48.在一种具体实施方式中，经试验验证气路堵塞时采集的adc值大概在1500以上，即是判断气路堵塞的阈值大小；adc值在10以下时，此时采样泵未接入气路，即是采样泵未接入气路时的阈值大小是10；adc值在500以下，10以上时，此时采样泵处于故障状态；也就是说，第一预设阈值为1500，第二预设阈值为500，第三预设阈值为10。
49.需要说明的是，实际应用中，所述第一预设阈值、所述第二预设阈值和所述第三预设阈值根据采样泵的类型和气路形状等进行适应性调节。
50.实施例6本实施例给出了一种可读存储介质，其上存储有指令，该指令被处理器执行时实现如上述气路流量实时动态调节方法的步骤。
51.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
52.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
53.在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
54.另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以
是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
55.上述集成的模块如果以软件功能单元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，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。
56.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；尽管参照较佳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对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。