一种环氧乙烷气体传感器响应速度提升方法与流程

本发明涉及环氧乙烷传感器，具体涉及一种环氧乙烷气体传感器响应速度提升方法。

背景技术：

1、环氧乙烷是一种有机合成原料，用途比较广泛，但是因其具有易燃、易爆、易自聚和毒害性，对其进行快速有效的监测和控制十分必要。

2、目前大多数环氧乙烷气体的探测，多采用电化学传感器，响应时间一般是120s，环氧乙烷气体传感器响应时间较长且随着传感器存储时间和使用时间的增加，响应时间也会增加，无法满足在线实时浓度获取的需求。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提出一种环氧乙烷气体传感器响应速度提升方法，能够缩短环氧乙烷传感器响应时间，并且解决环氧乙烷传感器随着存储和使用时间的增加，性能发生改变的特性。

2、为实现上述目的，本发明的一种环氧乙烷气体传感器响应速度提升方法，包括以下步骤：

3、s1：传感器极化状态判断，采集传感器输出电流信号，判断传感器是否处于极化状态，若处于极化状态，则老化处理，若处于非极化状态，则进行下一步；

4、s2：传感器稳定状态判断，采集传感器输出电流信号，判断传感器是否处于稳定状态，若不处于稳定状态，则持续记录，直至稳定，若处于稳定状态，则进行下一步；

5、s3：传感器气体浓度预测模型建立及使用，传感器通气，采集多组测试数据，通过采集到的初始数据集，建立及使用传感器气体浓度预测模型，得到通入传感器气体浓度的初步预测结果；

6、s4：预测结果的修正，校准气体浓度预测模型的预测结果，当传感器采集到的实际电流信号值与气体浓度预测模型预测的电流信号值出现偏差时，修正预测结果，得到准确的气体浓度值；

7、s5：验证预测模型和补偿机制，实现传感器响应速度提升。

8、进一步地，在步骤s1中，设置极化标记为flag，传感器处于极化状态时置flag＝1，传感器处于非极化状态时置flag＝0，定义传感器通电后输出电流信号所转换的数字信号为ad值，连续选取传感器采集到的5个ad值：

9、存在ad值大于1500或相邻的ad值差值大于200以上时，此时flag＝1；

10、ad值均小于1500且相邻的ad值差值小于200时，此时flag＝0。

11、进一步地，传感器不通气时，达到稳定状态时的ad值为稳定值，该稳定值确定了基准零点，在步骤s2中，连续记录20个ad值；

12、20个ad值的最大值和最小值差值不超过6，且不大于上一次基准零点25以上时，传感器达到稳定状态，否则未达到稳定状态，继续等待。

13、进一步地，传感器确定稳定状态后，更新该次稳定值，稳定值为该20个ad值的最大值和最小值之和的一半，稳定值不小于-60。

14、进一步地，步骤s3还包括：

15、s301：根据初始采集的数据集，选用以下5种模型进行实验：

16、多元线性回归模型；

17、支持向量回归模型；

18、决策树回归模型；

19、k-均值回归模型；

20、l-bp神经网络模型进行实验；

21、通过测试集测试后选取多元线性回归模型作为训练模型；

22、s302：训练多元线性回归模型，采集传感器输出ad值，分别向多个环氧乙烷传感器中通入气体浓度为2.5ppm、5ppm、7.5ppm、10ppm、12.5ppm、15ppm、17.5ppm的环氧乙烷气体，连续采集ad值，采集多组测试数据；

23、当检测到传感器的ad值大于基准零点时，连续截取60个ad值，选用30、40、50、60位置对应的ad值和该组数据对应的气体浓度，作为模型的输入，训练多元线性回归模型，训练结果为：

24、sensoradc_predict＝-1.8921*adc_record[30]+1.2793*adc_record[40]+(-2.4026)*ad c_record[50]+4.2084*adc_record[60]+42.20917(式1)；

25、adc_record为存放连续60个ad值的数组，sensoradc_predict为初步预测结果；

26、s303：运用多元线性回归模型，当检测到传感器的ad值大于基准零点时，向adc_record数组连续存取60个ad值，设置的计数器sensortimecnt值达到60时，选用sensortimecnt为30、40、50、60时对应的adc_record数组中的ad值，代入到式1，计算后得到通入传感器气体浓度的初步预测结果sensoradc_predict。

27、进一步地，在步骤s4中：分别向多个环氧乙烷传感器中通入气体浓度为2.5ppm、5ppm、7.5ppm、10ppm、12.5ppm、15ppm、17.5ppm的环氧乙烷气体，传感器返回预测的ad值sensoradc_predict，当预测的ad值和实际的ad值存在以下两种偏差时，在多元线性回归模型中设置补偿项，设补偿项为compensation：

28、预测偏小，传感器实际的ad值超过预测值，但未到达150秒，提前退出预测机制，传感器显示真实ad值；

29、预测偏大，到达预测截止时间150秒(即sensortimecnt等于600)时仍未退出，且预测ad值仍然大于实际值，则退出；

30、记录传感器的实际ad值、预测ad值及退出时间。

31、进一步地，在预测偏小的情况下，根据各个区间的实际ad值的大小差异，采用分段补偿机制：

32、将实际ad值分为区间[0，200)，[200，300)，[300，400)和[400，+∞)，各区间补偿项的学习函数分别为：

33、[0，200)：compensation+＝0.2*(60-sensortimecnt/10)；

34、[200，300)：compensation+＝0.4*(60-sensortimecnt/10)；

35、[300，400)：compensation+＝60-sensortimecnt/10；

36、[400，+∞)：compensation+＝100-sensortimecnt/6。

37、传感器输出的ad值为sensoradc_predict+compensation

38、进一步地，在预测偏大的情况下，补偿项的学习函数为：

39、compensation+＝0.001*(sensor_adc-sensoradc_predict)*(sensor_adc)

40、根据预测ad值的初步计算结果sensoradc_predict，对其按区间分别进行补偿，使用tempcompensation作为临时补偿项：

41、当sensoradc_predict∈[120，200)：

42、如果compensation小于-0.05*sensoradc_predict

43、令tempcompensation＝-0.05*sensoradc_predict

44、如果compensation大于0.05*sensoradc_predict

45、令tempcompensation＝0.05*(60-sensortimecnt/10)

46、否则tempcompensation＝compensation

47、当sensoradc_predict∈[200，300)：

48、如果compensation小于-0.1*sensoradc_predict

49、令tempcompensation＝-0.1*sensoradc_predict

50、如果compensation大于0.1*sensoradc_predict

51、令tempcompensation＝0.1*(60-sensortimecnt/10)

52、否则tempcompensation＝compensation

53、当sensoradc_predict∈[300，+∞)：

54、如果compensation小于-0.2*sensoradc_predict

55、令tempcompensation＝-0.2*sensoradc_predict

56、如果compensation大于0.2*sensoradc_predict

57、令tempcompensation＝0.2*(60-sensortimecnt/10)

58、否则tempcompensation＝compensation

59、最终的传感器输出的ad值为sensoradc_predict+tempcompensation

60、综上所述，该环氧乙烷气体传感器响应速度提升方法具有以下有益效果：

61、(1)该环氧乙烷气体传感器响应速度提升方法，利用上述方法，环氧乙烷传感器响应时间由之前的120s缩短至30s以内，大大提高了环氧乙烷传感器的响应速度，满足工业过程中快速检测的需求。

62、(2)该环氧乙烷气体传感器响应速度提升方法，仅选用前60个ad值中的4个值进行模型训练及预测，在不增加原有硬件配置的基础上，实现响应速度的提升。

63、(3)该环氧乙烷气体传感器响应速度提升方法，环氧乙烷传感器响应速度提升方法中加入预测结果在线校准的功能，解决环氧乙烷传感器随着存储和使用时间的增加，性能发生改变的特性。