一种气体浓度传感器的标定方法和系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种气体浓度传感器的标定方法和系统，该方法包括：控制检测环境设备，在检测环境中形成各浓度值的样本气体，其中，浓度值均位于传感器的量程范围内；采集各浓度点对应的传感器的输出响应和检测环境参数，将输出响应和检测环境参数，与各浓度点的浓度值一一对应，构成采样数据对；从采样数据对中选取第一阈值数量的数据对作为回归数据,并选取第二阈值数量的数据对作为测试数据；调用算法库中的算法对回归数据进行处理，根据确定的回归模型参数生成回归模型；将测试数据输入回归模型进行检验，判断检验结果满足预设条件时，则保存回归模型参数和回归模型；根据回归模型和回归模型参数标定传感器。提高了传感器测量准确度。

Calibration method and system for gas concentration sensor

The embodiment of the invention discloses a method and system for calibrating a gas concentration sensor, the method includes: control environment detection equipment, the formation of the sample gas, the concentration in the testing environment in which concentration range are located within the sensor; sensor corresponding to the concentration point of the output response and the detection of environmental parameters the output, response and detection of environmental parameters, corresponding to the concentration of concentration value of sampling data from the form; select the first threshold number of data on the regression data as sample data, and selected the second threshold number of data as test data; call algorithm library algorithm to process the data regression. According to the regression model parameter regression model to determine the input; the test data regression model to test, determine the test results meet the preset conditions The regression model parameters and regression models are preserved, and the sensors are calibrated according to the regression model and the regression model parameters. The accuracy of sensor measurement is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种气体浓度传感器的标定方法和系统
本专利技术实施例涉及传感器
，尤其涉及一种气体浓度传感器的标定方法和系统。
技术介绍
气体传感器一般是指能够将气体的被测量信息，如体积分数浓度，按一定规律转化为某种可用信号并输出的器件或装置。气体传感器都有其性能最佳的工作范围，通常是在对应气体ppm级的体积分数，在这个范围内多数气体传感器可以保持其良好的响应一致性和区分度水平。而在某些条件下，如ppb级低浓度气体，受工艺以及成本的制约，响应的一致性和区分度水平会急剧恶化，从而降低了气体传感器在局部量程范围的可用性。因而在许多场景，较低气体浓度的测量不得不采用更精密的方案和仪器，测量成本也大大提升我国各大城市目前大多采用固定式大气环境监测系统，对城市空气污染物浓度进行监测。资料显示，大气污染中多种污染物浓度等级按体积分数折算处于ppb量级，因而测量手段大多选择依托精密仪器的化学发光法、差分吸收光谱法等。现有的固定监测站方案，尽管拥有很高的准确度，但成本高、覆盖低、空间分辨率差的缺点也逐渐凸显。此外，现有技术中提出采用数量更多、单位成本更低、甚至是移动场景下的分布式节点进行空气质量监测的系统和方案，从而在总体成本一定的条件下，实现空间覆盖率和分辨率的大幅度提升。此类方法的优点在于低成本气体传感器响应的可靠性，而大气污染的低浓度特点，是制约现有相应种类气体传感器性能发挥的关键。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种气体浓度传感器的标定方法和系统，标定后的气体浓度传感器实现了对低浓度条件下气体浓度的测量，提高了气体浓度传感器测量的准确度。第一方面，本专利技术实施例提供了一种气体浓度传感器的标定方法，该方法包括：控制检测环境设备，在检测环境中形成具有各浓度点的浓度值的样本气体，其中，浓度值均位于所述传感器的量程范围内；采集各浓度点对应的传感器的输出响应和检测环境参数，将所述输出响应和检测环境参数，与所述各浓度点的浓度值一一对应，构成采样数据对；从所述采样数据对中选取第一阈值数量的数据对作为回归数据,并选取第二阈值数量的数据对作为测试数据；调用算法库中的算法对所述回归数据进行处理，确定回归模型参数，根据所述回归模型参数生成回归模型；将所述测试数据输入所述回归模型进行检验，判断检验结果是否满足预设条件，若是，则保存所述回归模型参数和回归模型；根据所述回归模型和所述回归模型参数对传感器进行标定。进一步的，所述传感器的输出响应包括电压值和/或电流值；所述检测环境参数包括所述样本气体和/或所述检测环境的温度值和湿度值。进一步的，调用算法库中的算法对所述回归数据进行处理，确定回归模型参数，根据所述回归模型参数生成回归模型包括：根据算法库中的每个算法生成对应的回归模型和回归模型对应的返回函数y＝fk(x,Pk)，其中，y代表所述样本气体各浓度点的浓度值，x代表传感器的输出响应和检测环境参数，Pk为算法k对应的回归模型参数。进一步的，所述算法库中的算法包括：分段插值类算法、函数拟合类算法和非参数回归算法。第二方面，本专利技术实施例提供了一种气体浓度传感器的标定系统，该系统包括：检测环境设备，用于形成检测环境中，所述检测环境中形成具有各浓度点的浓度值的样本气体，其中，浓度值均位于所述传感器的量程范围内；采集模块，用于采集各浓度点对应的传感器的输出响应和检测环境参数，将所述输出响应和检测环境参数，与所述各浓度点的浓度值一一对应，构成采样数据对；计算模块，用于从所述采样数据对中选取第一阈值数量的数据对作为回归数据,并选取第二阈值数量的数据对作为测试数据；调用算法库中的算法对所述回归数据进行处理，确定回归模型参数，根据所述回归模型参数生成回归模型；将所述测试数据输入所述回归模型进行检验，判断检验结果是否满足预设条件，若是，则保存所述回归模型参数和回归模型；标定模块，用于根据所述回归模型和所述回归模型参数对传感器进行标定。进一步的，所述传感器的输出响应包括电压值和/或电流值；所述检测环境参数包括所述样本气体和/或所述检测环境的温度值和湿度值。进一步的，所述计算模块具体用于：根据算法库中的每个算法生成对应的回归模型和回归模型对应的返回函数y＝fk(x,Pk)，其中，y代表所述样本气体各浓度点的浓度值，x代表传感器的输出响应和检测环境参数，Pk为算法k对应的回归模型参数。进一步的，所述算法库中的算法包括：分段插值类算法、函数拟合类算法和非参数回归算法。进一步的，所述检测环境设备包括：供气模块，包括标准气源、配气装置以及辅助调节器，用于提供具有标准浓度和设定湿度的气体；气路模块，包括气管、一分多分气接头、传感器响应气室和流量计，所述传感器响应气室用于提供封闭空间，放置所述传感器，所述气管和一分多分气接头与所述供气模块相连，用于将所述供气模块提供的气体输送至所述传感器响应气室，所述流量计设置在气路模块首尾，用于显示当前气路的气体流量；排气模块，包括气管和过滤装置，与所述气路模块相连，用于对气体过滤后进行排放。进一步的，所述采集模块包括：与传感器耦合的硬件电路以及多合一数据集线器，用于为传感器供电，采集并传输所述传感器的输出响应以及检测环境参数。控制检测环境设备，在检测环境中形成具有各浓度点的浓度值的样本气体，其中，浓度值均位于所述传感器的量程范围内；采集各浓度点对应的传感器的输出响应和检测环境参数，将所述输出响应和检测环境参数，与所述各浓度点的浓度值一一对应，构成采样数据对；从所述采样数据对中选取第一阈值数量的数据对作为回归数据,并选取第二阈值数量的数据对作为测试数据；调用算法库中的算法对所述回归数据进行处理，确定回归模型参数，根据所述回归模型参数生成回归模型；将所述测试数据输入所述回归模型进行检验，判断检验结果是否满足预设条件，若是，则保存所述回归模型参数和回归模型；根据所述回归模型和所述回归模型参数对传感器进行标定。本专利技术实施例通过控制检测设备形成具有各浓度点的浓度值的样本气体，采集各浓度点对应的传感器的输出响应和检测环境参数，并将所输出响应和检测环境参数一一对应构成采样数据对，根据采样数据对中的回归数据生成回归模型，将采样数据对中的测试数据输入回归模型进行检验，利用满足预设条件的回归模型对传感器进行标定。标定后的气体浓度传感器实现了对低浓度条件下气体浓度的测量，提高了气体浓度传感器测量的准确度。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术实施例一中的一种气体浓度传感器的标定方法的流程图；图2是本专利技术实施例二中的一种气体浓度传感器的标定方法的流程图；图3是本专利技术实施例三中的一种气体浓度传感器的标定系统的结构示意图；图4是本专利技术实施例中的一种二氧化硫传感器浓度响应回归曲线；图5是本专利技术实施例中的一种二氧化硫传感器浓度响应回归曲线；图6是本专利技术实施例中的一种二氧化硫传感器浓度响应回归曲线；图7a是本专利技术实施例中的三种回归方法性能对比的绝对误差图；图7b是本专利技术实施例中的三种回归方法性能对比的相对误差图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体浓度传感器的标定方法，应用于测量气体浓度的传感器，其特征在于，包括：控制检测环境设备，在检测环境中形成具有各浓度点的浓度值的样本气体，其中，浓度值均位于所述传感器的量程范围内；采集各浓度点对应的传感器的输出响应和检测环境参数，将所述输出响应和检测环境参数，与所述各浓度点的浓度值一一对应，构成采样数据对；从所述采样数据对中选取第一阈值数量的数据对作为回归数据,并选取第二阈值数量的数据对作为测试数据；调用算法库中的算法对所述回归数据进行处理，确定回归模型参数，根据所述回归模型参数生成回归模型；将所述测试数据输入所述回归模型进行检验，判断检验结果是否满足预设条件，若是，则保存所述回归模型参数和回归模型；根据所述回归模型和所述回归模型参数对传感器进行标定。

【技术特征摘要】
1.一种气体浓度传感器的标定方法，应用于测量气体浓度的传感器，其特征在于，包括：控制检测环境设备，在检测环境中形成具有各浓度点的浓度值的样本气体，其中，浓度值均位于所述传感器的量程范围内；采集各浓度点对应的传感器的输出响应和检测环境参数，将所述输出响应和检测环境参数，与所述各浓度点的浓度值一一对应，构成采样数据对；从所述采样数据对中选取第一阈值数量的数据对作为回归数据,并选取第二阈值数量的数据对作为测试数据；调用算法库中的算法对所述回归数据进行处理，确定回归模型参数，根据所述回归模型参数生成回归模型；将所述测试数据输入所述回归模型进行检验，判断检验结果是否满足预设条件，若是，则保存所述回归模型参数和回归模型；根据所述回归模型和所述回归模型参数对传感器进行标定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器的输出响应包括电压值和/或电流值；所述检测环境参数包括所述样本气体和/或所述检测环境的温度值和湿度值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调用算法库中的算法对所述回归数据进行处理，确定回归模型参数，根据所述回归模型参数生成回归模型包括：根据算法库中的每个算法生成对应的回归模型和回归模型对应的返回函数y＝fk(x,Pk)，其中，y代表所述样本气体各浓度点的浓度值，x代表传感器的输出响应和检测环境参数，Pk为算法k对应的回归模型参数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述算法库中的算法包括：分段插值类算法、函数拟合类算法和非参数回归算法。5.一种气体浓度传感器的标定系统，应用于测量气体浓度的传感器，其特征在于，包括：检测环境设备，用于形成检测环境中，所述检测环境中形成具有各浓度点的浓度值的样本气体，其中，浓度值均位于所述传感器的量程范围内；采集模块，用于采集各浓度点对应的传感器的输出响应和检测环境参数，将所述输出响应和检测环境参数，与所述各浓度点的浓度值一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，刘心宇，董宇涵，
申请(专利权)人：清华伯克利深圳学院筹备办公室，
类型：发明
国别省市：广东,44