【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、提供以下信息以帮助读者理解以下公开的技术以及通常可以使用这种技术的环境。除非在本文件中另有明确说明，否则本文中使用的术语并不旨在限于任何特定狭义解释。本文中阐述的参考可以促进对技术或其背景的理解。本文中引用的所有参考文献的公开内容通过引用并入本文。
2、几十年来已经证明诸如电化学传感器等气体传感器数有效地检测工作场所环境中的诸如有毒气体等气体。例如，对安全产品具有吸引力的一些特性仅是电化学气体传感器的低成本、响应速度和选择性。然而，使用电化学气体传感器和其他气体传感器的必要要求之一是频繁的校准。例如，电化学传感器的灵敏度受其电解质水含量的影响，由于环境相对湿度的波动，电解质水含量而随着一年中的季节、地理位置等而发生变化。这种相对湿度波动导致在干旱地区或干旱季节的敏感性较低，而在潮湿地区或潮湿季节的敏感性较高。
3、因此，审慎性要求定期测试包括电化学气体传感器和/或其他气体传感器在内的气体检测仪器的功能。例如，需要使用具有已知浓度的分析物或目标气体(包括非零和零浓度)的测试气体进行频繁校准以调节上述灵敏度变化。通常的做法是，例如，每天对便携式气体检测仪器执行“碰撞检查”或功能检查。该测试的目的是确保整个气体检测系统(通常称为仪器)的功能。还可以在永久性气体检测仪器上执行周期性碰撞检查或功能检查以例如延长完全校准之间的时段。气体检测系统包括至少一个气体传感器、用以驱动传感器、解释其响应并且向用户显示其响应的电子电路系统(包括电源)。该系统还包括用于封闭和保护这些组件的壳体。碰撞检查通常包括：a
4、过去，定期且通常每天进行碰撞测试。碰撞检查向用户提供关于气体检测设备在正常工作的相对较高的保证程度。碰撞检查以检测有害气体警报级别所需要的相同方式，来检验气体检测设备的所有组件的所有必要功能。在这点上，碰撞检查确保存在从仪器外部通过任何传输路径(包括例如任何保护和/或扩散膜)的有效气体传输，以接触有源传感器组件。碰撞检查还确保传感器本身的检测功能正常运行并且确保传感器提供适当的响应功能或信号。碰撞检查进一步确保传感器正确连接到其关联的电源和电子电路系统，并且可以正确解释传感器信号。此外，碰撞检查确保气体检测仪器的指示器或用户接口(例如，显示器和/或通知功能)按预期起作用。
5、然而，周期性/每日碰撞检查具有很多明显缺点。例如，这种碰撞检查非常耗时，特别是在诸如工业设施等包括很多气体检测系统或仪器的设施中。碰撞检查还需要使用昂贵且潜在危险的校准或测试气体。此外，碰撞检查还需要专用的气体输送系统，通常包括加压气瓶、减压调节器以及用于将校准或测试气体正确地供应到仪器的管道和适配器。专用气体输送系统的需求通常意味着：碰撞检查个性化气体检测设备的机会在时间和地点上都受到了气体输送设备的可用性的限制。
6、最近，已经提出了很多系统和方法来减少所需要的碰撞测试的数目。这种系统可以例如包括在没有测试气体的情况下传感器的电子询问。由多个传感器的湿度损失或增益产生的电化学气体传感器的灵敏度的波动，是随着平均相对湿度的缓慢变化以可预测的方式逐渐发生的。同样地，对电子询问的传感器响应(在不施加或不施加包括已知浓度的分析物气体或其替代物的测试气体的情况下)以相似的方式改变。电子询问可以例如用于测量灵敏度变化并且对其进行校正。这种用于电化学气体传感器的电子询问技术和所得到的校正例如在美国专利号7,413,645、7,959,777、9,784,755和9,528,957中以及在美国专利申请公开号2013/0186777和2017/0219515中公开，其公开内容通过引用并入本文。在这种电子询问方法中，通常将电信号(诸如电位脉冲)施加到传感器的感测元件或组件，并且测量和记录所得到的响应。响应例如可以以例如最大峰值(电流)值(mpv)或和/或另一参数的形式来测量。将这些响应与先前的气体测试/脉冲周期中获取的值进行比较。可以将校准值的变化与传感器灵敏度的变化相关。
7、还针对除电化学传感器以外的传感器(诸如可燃气体传感器)开发了各种电子询问技术。例如，美国专利申请公开号2014/0273263(其公开内容通过引用并入本文)公开了周期性测量与可燃气体传感器的感测元件的电抗有关的变量，用以确定感测元件的操作状态。美国专利申请号15/597,933和15/597,859公开了用于可燃气体传感器的电子询问技术，其中周期性测量与感测元件的质量有关的变量(例如，电特性，诸如电阻)，以确定例如诸如抑制剂或毒物等物质是否已沉积在感测元件上。
8、尽管当前测试或询问技术在确定单个传感器在测试时是否处于操作状态很有价值，但是在预测这种传感器的未来故障方面却取得了相对较少的成功。
技术实现思路
1、在一个方面，一种操作用于气体分析物的包括感测组件的气体传感器的方法包括：在第一模式下，通过向传感器的感测组件周期性地施加电信号来询问传感器，在每次电信号被施加到感测组件时，测量对电信号的传感器响应，传感器响应指示传感器的灵敏度，基于在每次电信号被施加到感测组件时所确定的传感器响应，来确定一个或多个阈值是否已被超过，以及如果一个或多个阈值被超过，则进入第二模式，第二模式在对周期性施加的电信号的传感器响应的分析方面与第一模式不同。
2、在多个实施例中，在第二模式下分析对周期性施加的电信号的传感器响应，以确定对周期性施加的电信号的传感器响应是否稳定。该方法例如还可以包括确定传感器响应在第二模式期间的变化率，以确定对周期性施加的电信号的传感器响应是否稳定。在多个实施例中，确定传感器响应的变化率的大小和方向中的至少一个。在多个实施例中，该方法还包括在确定了对周期性施加的电信号的传感器响应已经稳定之后，改变一个或多个阈值。在电子传感器询问期间无需施加任何测试气体。在这点上，可以在不向传感器施加测试气体的情况下确定传感器响应。在多个实施例中，确定传感器响应的变化率的大小和方向中的至少一个。
3、传感器可以例如是电化学气体传感器，并且感测组件可以例如是电化学气体传感器的工作电极。例如可以基于传感器响应的至少一个定义参数来确定传感器响应的值。在多个实施例中，传感器响应的至少一个定义参数选自以下各项的组：最大电流峰值、电流曲线下的面积、最小峰值、峰间值、曲线下的反向面积、传感器响应的基线值或上述各项中的一个或多个的函数(例如，一个或多个这种参数的乘积、比率或更复杂的函数)。在每个周期性施加的电子询问时传感器响应的值例如可以是以下值与在校准传感器时所确定的至少一个定义参数的值之间的变化：在每个周期性施加的电子询问时所测量的传感器响应的至少一个定义参数的值。
4、在多个实施例中，传感器响应的一个或多个阈值是通过随时间跟踪传感器响应的值，并且确定传感器的标称行为的上阈值和下阈值来确定的。在多本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气体传感器设备，包括：
2.根据权利要求1所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为基于所述气体传感器设备随时间的传感器标称响应，分析所述气体传感器设备对周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应。
3.根据权利要求2所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为基于以下项中的至少一项来确定是否进入第二模式：对周期性施加的所述第一模式电信号中的一个或更多个第一模式电信号的所述传感器响应与所述传感器标称响应的比较；以及对周期性施加的所述第一模式电信号中的一个或更多个第一模式电信号的所述传感器响应与所述群体标称响应的比较。
4.根据权利要求3所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为：在所述第二模式下，将第二模式电信号周期性地施加到所述感测组件，以确定对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应的变化率的大小和方向中的至少一个，并且确定对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应是否稳定。
5.根据权利要求3所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为确定是否进入所述第二模式时，分析对在所述
6.根据权利要求5所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为如果对在所述第二模式下周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应被确定为已经稳定，则将所述气体传感器设备返回到所述第一模式。
7.根据权利要求6所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为在确定对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应已经稳定之后，改变所述一个或更多个阈值。
8.根据权利要求4所述的气体传感器设备，其中，对周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应和对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应是在没有对所述气体传感器设备施加具有已知浓度的所述气体分析物或其模拟物的测试气体的情况下确定的。
9.根据权利要求3所述的气体传感器设备，其中，所述气体传感器设备是电化学气体传感器设备并且所述感测组件是工作电极。
10.根据权利要求9所述的气体传感器设备，其中，对周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应的值是基于所述传感器响应的至少一个定义参数确定的，并且对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应的值是基于所述传感器响应的至少一个定义参数确定的。
11.根据权利要求10所述的气体传感器设备，其中，对周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应的所述至少一个定义参数和对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应的所述至少一个定义参数是从以下各项的组中独立选择的：最大电流峰值、电流曲线下的面积、最小峰值、峰间值、所述曲线下的反向面积、基线值或上述各项中的一个或更多个的函数。
12.根据权利要求11所述的气体传感器设备，其中，在周期性施加的所述第一模式电信号中的每个第一模式电信号时的所述传感器响应的值是以下值偏离在校准所述气体传感器设备时所确定的至少一个定义参数的值的变化：在周期性施加的所述第一模式电信号中的每个第一模式电信号时所测量的所述传感器响应的所述至少一个定义参数的值。
13.根据权利要求5所述的气体传感器设备，其中，对周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应存在多个阈值，且所述多个阈值中的两个阈值是通过随时间跟踪对周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应的值并确定所述气体传感器设备的标称行为的上阈值和下阈值来确定的，所述多个阈值中的两个其他阈值是通过同时随时间跟踪所述多个相似气体传感器设备对周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应并且确定所述多个相似气体传感器设备的标称行为的群体上阈值和群体下阈值来确定的。
14.根据权利要求1的所述的气体传感器设备，其中，所述通信系统将所述气体传感器设备置于与所述多个相似气体传感器设备中的一个或更多个其他气体传感器设备的直接通信连接中、或与所述多个相似气体传感器设备中的一个或更多个其他气体传感器设备间接通信连接中。
15.根据权利要求1所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为将来自所述气体传感器设备的数据经由所述通信系统传输到远程处理器系统以进行分析。
16.根据权利要求1所述的气体传感器设备，其中，来自用于第二气体分析物的第二气体传感器的数据或来自用于环境条件的第三传感器的数据被传输到所述气体传感器设备，所述第二气体分析物不同于所述气体...
【技术特征摘要】
1.一种气体传感器设备，包括：
2.根据权利要求1所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为基于所述气体传感器设备随时间的传感器标称响应，分析所述气体传感器设备对周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应。
3.根据权利要求2所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为基于以下项中的至少一项来确定是否进入第二模式：对周期性施加的所述第一模式电信号中的一个或更多个第一模式电信号的所述传感器响应与所述传感器标称响应的比较；以及对周期性施加的所述第一模式电信号中的一个或更多个第一模式电信号的所述传感器响应与所述群体标称响应的比较。
4.根据权利要求3所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为：在所述第二模式下，将第二模式电信号周期性地施加到所述感测组件，以确定对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应的变化率的大小和方向中的至少一个，并且确定对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应是否稳定。
5.根据权利要求3所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为确定是否进入所述第二模式时，分析对在所述第一模式下周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应，以基于在所述第一模式下每次所述第一模式电信号被施加到所述感测组件时所确定的所述传感器响应，来确定一个或更多个阈值中的至少一个阈值是否已被超过。
6.根据权利要求5所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为如果对在所述第二模式下周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应被确定为已经稳定，则将所述气体传感器设备返回到所述第一模式。
7.根据权利要求6所述的气体传感器设备，其中，所述电子电路还被配置为在确定对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应已经稳定之后，改变所述一个或更多个阈值。
8.根据权利要求4所述的气体传感器设备，其中，对周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应和对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应是在没有对所述气体传感器设备施加具有已知浓度的所述气体分析物或其模拟物的测试气体的情况下确定的。
9.根据权利要求3所述的气体传感器设备，其中，所述气体传感器设备是电化学气体传感器设备并且所述感测组件是工作电极。
10.根据权利要求9所述的气体传感器设备，其中，对周期性施加的所述第一模式电信号的所述传感器响应的值是基于所述传感器响应的至少一个定义参数确定的，并且对周期性施加的所述第二模式电信号的所述传感器响应的值是基于所述传感器响应的至少一个定义参数确定的。
11.根据权利要求10所述的气体传感器设备，其中，对周期性施加的所述第一模式电信...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·布朗，B·K·戴维斯，
申请(专利权)人：MSA技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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