[发明专利]一种中红外甲烷传感器的测试系统及数据补偿方法

说明书

本发明提供中红外甲烷传感器的测试系统及数据补偿方法，所述补偿方法包括：获取中红外甲烷传感器采集的不同浓度的甲烷氮气混合气体在不同温度、压强及湿度下的测量数据，从中随机选取部分数据作为训练样本数据和测试样本数据；对选取的样本数据进行预处理；将预处理后的训练样本数据送入粒子群‑小波神经网络模型中进行学习，得到训练后的网络预测模型；将测试样本数据送入训练后的粒子群‑小波神经网络预测模型进行测试；将通过测试验证的粒子群‑小波神经网络模型配置于所述中红外甲烷传感器中。通过本发明的方法，可以高精度、自动化地建立温度、压强、湿度变化与中红外甲烷传感器之间的非线性关系。

技术领域

本发明涉及气体传感器标定技术领域，尤其是一种可变温度、压强、湿度的中红外甲烷传感器的测试系统及数据补偿方法。

背景技术

目前的研究表明，红外甲烷吸收系数在环境温度、湿度、气压变化的情况下易发生改变。中红外甲烷传感器内的红外热释电探测器只有受到红外光源的非恒定光强照射的情况下，才能使红外热释电探测器表面产生温度变化致使电荷发生移动，并且输出微弱电信号。若温度、压强、湿度发生改变，甲烷吸收系数会发生改变导致光强吸收变化。实验中，温度、压强、湿度的变化都会导致甲烷传感器输出信号产生波动，使测量误差变大。因此，实际使用过程中，外界的温度、压强、湿度的突变会导致气室内部环境参数波动，对探测器产生的电信号产生影响，使测量误差变大。

现有的中红外甲烷传感器检测技术方案，如公开号为CN110031419的发明专利《一种非色散红外甲烷传感器的自动检定装置》，其主要目的是完成在普通环境中的甲烷浓度检定工作。但实际应用中，设计红外甲烷传感器的目的是针对矿井下的瓦斯浓度进行检测，因此普通环境中的检定工作无法验证传感器在多变环境中能否正常工作。为了红外甲烷传感器在变温度、压强、湿度的情况下能够正常工作，需要搭建可变温度、压强、湿度的测试系统。另外，仅通过硬件电路补偿无法满足传感器的精度要求，因此需要通过对采集的数据进行模型构建的方法，采用神经网络对大量的数据样本进行训练，以得到准确的补偿模型。但是传统的神经网络无法达到最优的补偿效果，所以需要加入寻优算法，提高网络的泛化能力。

发明内容

针对上述需求，本发明的目的在于提供一种可变温度、压强、湿度的中红外甲烷传感器的测试系统及数据补偿方法。

本发明采用如下技术方案实现其技术目的：

首先，本发明提供了一种中红外甲烷传感器测试系统，包括配置有变压模块的气室，集成于气室上的中红外甲烷传感器、湿度传感器、压强传感器和温度传感器，连接气室进气口的变温模块和变湿模块，以及连接气室排气口的真空抽气泵，所述变温模块进气口连接前部气源装置，所述前部气源装置至少包括气体混合配比器；

还包括PID控制模块和上位机，所述变压模块、变温模块、变湿模块、气体混合配比器、温度传感器、压强传感器、湿度传感器分别电连接PID控制模块和上位机进行通讯，所述PID控制模块用于根据预先设定的温度、压强、湿度数据以及气室内部由温度传感器、压强传感器、湿度传感器的监测数据调整变温模块、变压模块、变湿模块的工作状态，所述上位机用于接收温度传感器、压强传感器、湿度传感器以及中红外甲烷传感器的测量数据。

进一步的，所述的变温模块采用局部水浴法对甲烷氮气混合气体进行加热。

进一步的，所述的变压模块通过改变密闭气室内部的体积调整气室内的压强。

进一步的，所述的变湿模块采用湿度发生器控制气室内部湿度。

进一步的，所述前部气源装置包括依次连接的气体混合配比器、干燥缓冲室和可控流量计，所述气体混合配比器的进气口分别连接气瓶一和气瓶二，其中气瓶一储存纯氮气，气瓶二储存5％浓度的甲烷氮气混合气体，所述可控流量计的出气口连接所述变温模块的进气口。

本发明进一步提供了上述的中红外甲烷传感器测试系统的数据补偿方法，包括如下步骤：