[发明专利]基于石墨烯复合材料传感器阵列的SF6

说明书

本发明涉及一种基于石墨烯复合材料传感器阵列的SF₆分解物检测方法，包括：加工制备传感器阵列；将制备所得传感器阵列布置在密闭气室中进行信号采集，并加电初始化；对传感器阵列进行气敏测试并将测试结果作为样本进行存储；构建气体识别网络模型并对气氛进行识别。本发明通过在传感器阵列加入石墨烯‑金属氧化物纳米气敏材料，能有效降低能耗；通过构建气体识别网络模型并结合传感器阵列，能够对SF₆气体分解产物进行有效识别。

技术领域

本发明属于气体分解产物检测领域，具体涉及一种基于石墨烯复合材料传感器阵列的SF₆分解物检测方法。

背景技术

六氟化硫(SF₆)在气体绝缘组合电器，断路器，气体绝缘母线等高压电力设备中被广泛应用。研究发现，SF₆气体在高温放电作用下会分解生成氟化亚硫酰(SOF₂)、氟化硫酰(SO₂F₂)、二氧化硫(SO₂) 和硫化氢(H₂S)等一系列分解物，且分解物组分含量与设备内放电强弱程度有关，可用于设备故障诊断。传统的气相色谱质谱法、红外吸收光谱法精度高，但无法实现SF₆分解物的在线监测。

基于纳米材料的气体传感器因其体积小、成本低、便携性好、在线监测潜力大等优点，在SF₆气体分解产物检测中逐渐被应用。但此类传感器存在工作温度较高的问题，且对SF₆分解后产生的多种气体的交叉敏感问题没有很好的解决。

石墨烯具有高比表面积、良好的电子迁移率和低噪声特点，通过将其与金属氧化物复合，可以得到在低温下具有高灵敏度的气敏材料，能够有效改善传统器件工作温度高的问题。

发明内容

针对目前存在的SF₆分解物组分含量检测问题，本发明提出了一种基于石墨烯纳米复合材料传感器阵列的解决方案。对于传统气体传感器存在的工作温度高(普遍大于200℃)的问题，本发明通过引入石墨烯的方式构建复合材料，从而降低传感器功耗。同时，对于单一传感器输出信息不足的问题，本发明通过设计新型传感器阵列的方式，能够增加信息输出量。此外，对于单一传感器的交叉敏感的问题，本发明利用所构筑的传感器阵列，并结合模式识别算法来解决。

一种基于石墨烯复合材料传感器阵列的SF₆分解物检测方法，包括：

步骤S100：加工制备传感器阵列；

步骤S200：将制备所得传感器阵列布置在密闭气室中进行信号采集，并加电初始化；

步骤S300：对传感器阵列进行气敏测试并将测试结果作为样本进行存储；

步骤S400：构建气体识别网络模型并对气氛进行识别；

其中，步骤S400包括：

步骤S401：采集传感器阵列在不同气氛环境下的特征参量；

步骤S402：建立基于误差逆传播算法的气体识别网络模型并进行训练；

(a)特征参量的归一化处理：

iv.提取每个样本的输入特征参量：

式中，为第k个样本的传感器阵列第i个输出结果，d表示输入特征参量的维度；

v.根据样本类型建立输出特征参量：

式中，表示第k个样本第j个气氛，m表示输出特征参量的维度，取0或1，且1为是，0为非，依据输出特征参量对各个样本类型进行区分；

获得训练集D：