CN112798673A - 一种多参数恶臭气体浓度在线监测方法 - Google Patents

一种多参数恶臭气体浓度在线监测方法 Download PDF

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王金龙
李雪斌
任颜颜
段俊跃
汪玉山
王艺博
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周相征
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Abstract

本发明提供一种多参数恶臭气体浓度在线监测方法，用于多参数恶臭气体浓度在线监测***，所述多参数恶臭气体浓度在线监测***包括气体传感器检测单元，所述气体传感器检测单元为由多个电化学传感器组成的传感器模组；所述传感器模组预置传感器模组的测量浓度与传感器模组的输出电压值的关系；当测量n种待测气体浓度时，把所述传感器模组测得的原始电压矩阵代入所述关系中，即可获得到待测气体浓度矩阵。本发明通过使用智能算法解决传感器交叉干扰问题，提高传感器检测结果精确度，使气体浓度测量结果更加精确。

Description

一种多参数恶臭气体浓度在线监测方法
技术领域
本发明属于气体在线监测技术领域，具体的说，涉及了一种多参数恶 臭气体浓度在线监测方法。
背景技术
现有恶臭气体检测主要依靠人工送样检测及在线检测两种方式，其中 人工送样具有实效性差、成本高、有一定主观性等特点；在线检测设备多 采用泵吸式，采用多只具有独立气室的传感器通过串联气路监测几种受控 气体。
现有的网格化恶臭在线监测仪，多采用电化学传感器和金属氧化物传 感器检测原理，进行恶臭特征污染物的浓度检测。这些传感器利用待测气 体的特征成分与传感器中电解质溶液的界面所产生的氧化还原反应，并将 这种反应转换为电信号值，再经过数字化处理转化为对应污染物浓度值。 如图5所示，监测仪器集成多只特征污染物电化学传感器，用以监测现场 多种污染物浓度，并通过有线或无线方式向服务器定时上传监测数据，最终实现低成本、长时间、高实时、安装方便、运维简单、无人值守、在线 监测。
图5所示的现有多参数恶臭气体浓度在线监测仪原理框图中，每只传 感器均带有独立的气路单元，均具有两个气路接口，在单只传感器维护过 程中，气路漏点风险较大，不能有效保证气路的气密性，对测量结果产生 较大影响。另外方案中对臭气浓度OU使用一只独立的金属氧化物传感器进 行测量，无法保证在气体交叉干扰情况下的臭气浓度测量结果的准确性。
为了解决以上存在的问题，我们一直在寻求一种理想的技术解决方案，
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种多参数恶臭气体浓度在 线监测方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种多参数恶臭气体浓度在线监测方法，用于多参数恶臭气体浓度在线 监测***，所述多参数恶臭气体浓度在线监测***包括气体传感器检测单元， 所述气体传感器检测单元为由多个电化学传感器组成的传感器模组；
所述传感器模组预置传感器模组的测量浓度Y与传感器模组的输出电压 值X的关系：
Figure BDA0002865132300000021
其中，K为系数矩阵，B为常数矩阵；
当测量n种待测气体浓度时，把所述传感器模组测得的原始电压矩阵X1×n， 代入公式(1)，即可获得到待测气体浓度矩阵Y1×n；
所述系数矩阵K和所述常数矩阵B由以下方式训练获得：
选用每种电化学传感器对应量程浓度的m种比例浓度作为标准气体浓度 点，组成m^n种浓度组合，形成测量浓度矩阵
Figure BDA0002865132300000022
输入所述传感器模组，记 录传感器模组的输出电压矩阵
Figure BDA0002865132300000023
将输出电压矩阵
Figure BDA0002865132300000024
和测量浓度矩阵
Figure BDA0002865132300000025
代入公式(1)，利用偏最小 二乘法对公式(1)进行换算，获得系数矩阵Kn×n和所述常数矩阵B1×n。
基于上述，所述m种比例设定为3种，分别为20％、50％和80％。
基于上述，所述传感器模组包括用于检测各组分恶臭气体浓度的气体传 感器及用于检测臭气浓度OU的气体传感器。
基于上述，所述多参数恶臭气体浓度在线监测***还包括冷凝器、智能 温控器、主控制器、远程通信单元和显示器；所述冷凝器通过气泵连接到所 述传感器模组的进气口，以对检测前的恶臭气体进行冷凝去湿处理；所述主 控制器电性连接所述传感器模组、所述远程通信单元和所述显示器，以将所 述传感器模组检测的对应的恶臭气体浓度值通过所述远程通信单元向远程服 务器定时上传，或通过所述显示器现场显示；所述主控制器电性连接所述智 能温控器，所述智能温控器电性连接设置在所述传感器模组上的加热及温度 传感器，用以调整所述传感器模组的环境温度。
基于上述，所述传感器模组包括多个电化学传感器、传感器通信板和汇 流盘；所述汇流盘包括底座和支撑结构；所述汇流盘的底座开设有九宫格状 电化学传感器安装槽以及顺次连通各电化学传感器安装槽的通气道，所述通 气道的进气口和出气口开设所述汇流盘的底座的两侧；所述电化学传感器靠 近反应面的一端设置有螺纹，所述电化学传感器通过密封圈密封拧设在所述 电化学传感器安装槽内，所述支撑结构设置在所述底座上，用于支撑所述电 化学传感器；所述传感器通信板安装在所述电化学传感器的上方，与所述电 化学传感器的引脚电连接。
基于上述，所述通气道的进气口和出气口上均安装用于连接气管的气路 快插头。
基于上述，所述传感器模组还包括盖设在所述传感器通信板上方的上壳， 所述上壳设置一路四线板线电气插头，所述四线板线电气插头电连接所述传 感器通信板。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说，本 发明通过使用智能算法解决传感器交叉干扰问题，提高传感器检测结果精确 度，使气体浓度测量结果更加精确；而且通过改进检测部分气路结构，减少 密封点，摒除单个电化学传感器维护影响临近电化学传感器的问题，使整个 检测模块仅有两个气路快插头及一个电气插头与外部相连，模块独立性更强。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明传感器模组的第一剖面示意图。
图3为本发明传感器模组的第二剖面示意图。
图4为本发明传感器模组的第三剖面示意图。
图5为现有多参数恶臭气体浓度在线监测仪原理框图。
图中：1、电化学传感器；2、传感器通信板；3、汇流盘；31、底座； 32、支撑结构；311、电化学传感器安装槽；312、通气道；3121、气路快 插头；4、上壳；41、四线板线电气插头。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种多参数恶臭气体浓度在线监测***包括气 体传感器检测单元、冷凝器、智能温控器、主控制器、远程通信单元和显示 器；
所述气体传感器检测单元为由多个电化学传感器组成的传感器模组；
所述冷凝器通过气泵连接到所述传感器模组的进气口，以对检测前的恶 臭气体进行冷凝去湿处理；
所述主控制器电性连接所述传感器模组、所述远程通信单元和所述显示 器，以将所述传感器模组检测的对应的恶臭气体浓度值通过所述远程通信单 元向远程服务器定时上传，或通过所述显示器现场显示；
所述主控制器电性连接所述智能温控器，所述智能温控器电性连接设置 在所述传感器模组上的加热及温度传感器，用以调整所述传感器模组的环境 温度。
具体的，如图2-4所示，所述传感器模组包括多个电化学传感器1、传感 器通信板2和汇流盘3；所述汇流盘包括底座31和支撑结构32；所述汇流盘 的底座31开设有九宫格状电化学传感器安装槽311以及顺次连通各电化学传 感器安装槽311的通气道312，所述通气道312的进气口和出气口开设所述汇 流盘的底座31的两侧；所述电化学传感器1靠近反应面的一端设置有螺纹， 所述电化学传感器1通过密封圈密封拧设在所述电化学传感器安装槽311内， 所述支撑结构32设置在所述底座31上，用于支撑所述电化学传感器1；所述 传感器通信板2安装在所述电化学传感器1的上方，与所述电化学传感器1 的引脚电连接。
进一步地，所述通气道312的进气口和出气口上均安装用于连接气管的 气路快插头3121。所述传感器模组还包括盖设在所述传感器通信板上方的上 壳4，所述上壳4设置一路四线板线电气插头41，所述四线板线电气插头41 电连接所述传感器通信板。
本发明多参数恶臭气体浓度在线监测***加入了冷凝器及智能温控，减 少温度、湿度对电化学传感器检测结果的影响。传感器模组封装为检测口带 有外螺纹的结构，使用O形密封圈拧紧在九宫格式的汇流盘底座上，减少了 传感器模组的气路密封点，进而保证了气路的气密性；同时单个电化学传感 器的维护不再受临近气路的干扰，也不会影响临近电化学传感器的测量效果。 整个传感器模组自下而上采用的三明治式结构，通过两路气路快插头及一路 四线板线电气插头即可实现与外部气路与电气连接，使整个气体检测部分拥 有更好的模块独立性与可维护性。
本发明提供了一种多参数恶臭气体浓度在线监测方法，用于所述多参数 恶臭气体浓度在线监测***，所述传感器模组预置传感器模组的测量浓度Y 与传感器模组的输出电压值X的关系：
Figure BDA0002865132300000051
其中，K为系数矩阵，B为常数矩阵；
当测量n种待测气体浓度时，把所述传感器模组测得的原始电压矩阵X1×n， 代入公式(1)，即可获得到待测气体浓度矩阵Y1×n；
所述系数矩阵K和所述常数矩阵B由以下方式训练获得：
选用每种电化学传感器对应量程浓度的m种比例浓度作为标准气体浓度 点，组成m^n种浓度组合，形成测量浓度矩阵
Figure BDA0002865132300000052
输入所述传感器模组，记 录传感器模组的输出电压矩阵
Figure BDA0002865132300000053
将输出电压矩阵
Figure BDA0002865132300000054
和测量浓度矩阵
Figure BDA0002865132300000055
代入公式(1)，利用偏最小 二乘法对公式(1)进行换算，获得系数矩阵Kn×n和所述常数矩阵B1×n。
优选地，所述m种比例设定为3种，分别为20％、50％和80％。
需要说明的是，所述传感器模组包括用于检测各组分恶臭气体浓度的气 体传感器及用于检测臭气浓度OU的气体传感器，获得的待测气体浓度矩阵 Y1×n既包括了各组分恶臭气体浓度，还包括了臭气浓度。
例如：选定待测污染物传感器种类为t1、t2、t3、t4共4种，以及相对 应的量程浓度k1、k2、k3、k4，分别选用对应量程浓度的20％、50％、80％为 标准气体浓度点，共有3^4＝81种浓度组合。当通入不同测量点浓度的标准气 体浓度时，传感器模组测得不同的电压值，组成如下矩阵形式；
BX81×4·K＝Y81×4
其中，X81×4表示4种气体81种浓度组合时的电压值，Y81×4表示4种气体81种 浓度组合值。由于在一定范围内，待测浓度与传感器模组的电压成一定的线 性关系，使用偏最小二乘法对上述公式进行换算，以Y的每一列为基准，进行 线性拟合，可得常数矩阵B1×4和系数矩阵K4×4。
当测量4种待测气体浓度时，把传感器模组测得的原始电压矩阵X1×4， 代入系数矩阵K4×4和常数矩阵B1×4，即可得到准确的浓度矩阵Y1×4。
该多参数恶臭气体浓度在线监测方法能够解决电化学传感器交叉干扰 问题，提高传感器模组的检测结果精确度，使气体浓度测量结果更加精确。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其 限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技 术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技 术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发 明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种多参数恶臭气体浓度在线监测方法，用于多参数恶臭气体浓度在线监测***，其特征在于：
所述多参数恶臭气体浓度在线监测***包括气体传感器检测单元，所述气体传感器检测单元为由多个电化学传感器组成的传感器模组；
所述传感器模组预置传感器模组的测量浓度Y与传感器模组的输出电压值X的关系：
Figure FDA0002865132290000011
其中，K为系数矩阵，B为常数矩阵；
当测量n种待测气体浓度时，把所述传感器模组测得的原始电压矩阵X1×n，代入公式(1)，即可获得到待测气体浓度矩阵Y1×n；
所述系数矩阵K和所述常数矩阵B由以下方式训练获得：
选用每种电化学传感器对应量程浓度的m种比例浓度作为标准气体浓度点，组成m^n种浓度组合，形成测量浓度矩阵
Figure FDA0002865132290000012
输入所述传感器模组，记录传感器模组的输出电压矩阵
Figure FDA0002865132290000013
将输出电压矩阵
Figure FDA0002865132290000014
和测量浓度矩阵
Figure FDA0002865132290000015
代入公式(1)，利用偏最小二乘法对公式(1)进行换算，获得系数矩阵Kn×n和所述常数矩阵B1×n。
2.根据权利要求1所述的多参数恶臭气体浓度在线监测方法，其特征在于：所述m种比例设定为3种，分别为20％、50％和80％。
3.根据权利要求1所述的多参数恶臭气体浓度在线监测方法，其特征在于：所述传感器模组包括用于检测各组分恶臭气体浓度的气体传感器及用于检测臭气浓度OU的气体传感器。
4.根据权利要求1所述的多参数恶臭气体浓度在线监测方法，其特征在于：所述多参数恶臭气体浓度在线监测***还包括冷凝器、智能温控器、主控制器、远程通信单元和显示器；
所述冷凝器通过气泵连接到所述传感器模组的进气口，以对检测前的恶臭气体进行冷凝去湿处理；
所述主控制器电性连接所述传感器模组、所述远程通信单元和所述显示器，以将所述传感器模组检测的对应的恶臭气体浓度值通过所述远程通信单元向远程服务器定时上传，或通过所述显示器现场显示；
所述主控制器电性连接所述智能温控器，所述智能温控器电性连接设置在所述传感器模组上的加热及温度传感器，用以调整所述传感器模组的环境温度。
5.根据权利要求4所述的多参数恶臭气体浓度在线监测方法，其特征在于：所述传感器模组包括多个电化学传感器、传感器通信板和汇流盘；
所述汇流盘包括底座和支撑结构；
所述汇流盘的底座开设有九宫格状电化学传感器安装槽以及顺次连通各电化学传感器安装槽的通气道，所述通气道的进气口和出气口开设所述汇流盘的底座的两侧；
所述电化学传感器靠近反应面的一端设置有螺纹，所述电化学传感器通过密封圈密封拧设在所述电化学传感器安装槽内，所述支撑结构设置在所述底座上，用于支撑所述电化学传感器；
所述传感器通信板安装在所述电化学传感器的上方，与所述电化学传感器的引脚电连接。
6.根据权利要求5所述的多参数恶臭气体浓度在线监测方法，其特征在于：所述通气道的进气口和出气口上均安装用于连接气管的气路快插头。
7.根据权利要求5或6所述的多参数恶臭气体浓度在线监测方法，其特征在于：所述传感器模组还包括盖设在所述传感器通信板上方的上壳，所述上壳设置一路四线板线电气插头，所述四线板线电气插头电连接所述传感器通信板。
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