CN117405620A - 气体干扰消除检测方法、装置、气体检测设备及存储介质 - Google Patents

气体干扰消除检测方法、装置、气体检测设备及存储介质 Download PDF

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CN117405620A CN202311715246.2A CN202311715246A CN117405620A CN 117405620 A CN117405620 A CN 117405620A CN 202311715246 A CN202311715246 A CN 202311715246A CN 117405620 A CN117405620 A CN 117405620A
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Abstract

本发明涉及气体浓度检测技术领域，公开了一种气体干扰消除检测方法、装置、气体检测设备及存储介质，该方法包括：将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度；将环境气通入配气气路中，进行配气得到配置气体，使得配置气体中的干扰气的浓度和所述样品气中干扰气的第一浓度相等；检测并读取所述配置气体中所述干扰气的第三浓度以及所述目标气的第四浓度；通过所述第二浓度和所述第四浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度。不需要在气室外部将样品气中的干扰气去除才能测试准确的目标气的浓度，得到的目标气浓度更精准。

Description

气体干扰消除检测方法、装置、气体检测设备及存储介质
技术领域
本发明涉及气体浓度检测领域，尤其涉及一种气体干扰消除检测方法、装置、气体检测设备及存储介质。
背景技术
测量气体样品中的CO浓度的常用方法包括非色散红外光谱法以及电化学法。但是待测样品中存在特征吸收频率与待测成分的特征吸收频率接近的干扰成分，比如CO2气体。
传统做法，测量之前，必须在测量气室外部将呼气中的CO2去除，否则会影响CO浓度的测量精度，但是去除CO2会带来更多结构、成本上增加以及会引入其它的误差的问题。
通过补偿校正的方法校正干扰气体成分的影响，以上传统方法皆存在仪器复杂、操作繁琐的缺点，需要进行试验校正的点较多、工作繁杂。试验校正算法的计算方法随着传感器的使用时间也会发生变化，会产生误差，而且容易引进其它误差。
在传感器光路上设置窄带滤光片的方法，消减气体样品中CO2对CO浓度测量干扰，但是由于待测成分的特征吸收频率对应的吸收峰与干扰成分特征吸收频率对应的吸收峰叠加和窄带滤光片不能完全滤除干扰成分特征吸收频率的光，所以此方法不能完全消减CO2对CO的交叉干扰。
发明内容
第一方面，本申请提供一种气体干扰消除检测方法，包括：
将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度；
将环境气通入配气气路中，进行配气得到配置气体，使得配置气体中的干扰气的浓度和所述样品气中干扰气的第一浓度相等；
检测并读取所述配置气体中所述干扰气的第三浓度以及所述目标气的第四浓度；
通过所述第二浓度和所述第四浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度。
进一步的，过所述检测浓度、所述配置干扰气浓度以及配置目标气浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度，包括：
通过将所述第二浓度和所述第四浓度相减，得到消除所述干扰气干扰的所述目标气的浓度差，根据所述浓度差，计算所述样品气中所述目标气的实际浓度。
进一步的，所述将环境气通入配气气路中，行配气得到配置气体，包括：
将环境气输入检测气路中，并检测得到所述环境气中所述干扰气的第五浓度和所述目标气的第六浓度；
向所述配气气路中通入所述环境气，并根据所述第一浓度和所述第五浓度，通入所述干扰气以及平衡气，所述平衡气为不和所述环境气中成分发生反应的惰性气体；
调整所述干扰气和所述平衡气的量，直至所述配气气路中环境气中干扰气的含量和所述第一浓度相等。
进一步的，所述检测气路包括目标气体检测气路和干扰气体检测气路，所述将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度，包括：
当接收到输入的样品气时，通过控制分流装置，将所述样品气分别输入检测所述目标气体检测气路以及所述干扰气体检测气路；
通过所述目标气体检测气路检测所述目标气体的浓度，通过所述干扰气体检测气路，检测所述干扰气体的浓度。
进一步的，所述根据所述浓度差，计算所述样品气中所述目标气的实际浓度，包括：
所述实际浓度的计算公式为：
ρ内源 =ρ呼-ρ’底；
式中，ρ内源为所述目标气的实际浓度，ρ呼为呼出气中目标气的检测浓度，ρ’底为配气后环境气中目标气的检测浓度。
第二方面，本申请提供一种呼气检测设备，包括：进气气路、检测气路、配气气路、气路分流装置、气体浓度传感器、处理器和存储器；
所述进气气路用于接收吹入的待测气体，所述气路分流装置用于将所述待测气体分流用于将接收到的待测气体分流入所述检测气路和所述配气气路；
所述检测气路中设置有所述气体浓度传感器，用于检测所述待测气体中，目标气体和干扰气体的浓度；所述配气气路用于接收环境气并对环境气进行配气操作。
所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的气体干扰消除检测方法。
进一步的，所述设备还包括所述检测气路包括目标气体检测气路和干扰气体检测气路；
所述气路分流装置还用于将接收到的待测气体分流入所述目标气体检测气路和所述干扰气体检测气路，所述目标气体检测气路用于检测目标气体浓度，所述干扰气体检测气路用于检测干扰气体浓度。
进一步的，所述气路分流装置为电磁阀。
第三方面，本申请还提供一种气体干扰消除检测装置，包括：
第一检测模块，用于将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度；
配气模块，用于将环境气通入配气气路中，进行配气得到配置气体，使得配置气体中的干扰气的浓度和所述样品气中干扰气的第一浓度相等；
第二检测模块，用于检测并读取所述配置气体中所述干扰气的第三浓度以及所述目标气的第四浓度；
计算模块，用于通过所述第二浓度和所述第四浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度。
第四方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的气体干扰消除检测方法。
本发明公开了一种气体干扰消除检测方法、装置、气体检测设备及存储介质，该方法包括：将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度；将环境气通入配气气路中，进行配气得到配置气体，使得配置气体中的干扰气的浓度和所述样品气中干扰气的第一浓度相等；检测并读取所述配置气体中所述干扰气的第三浓度以及所述目标气的第四浓度；通过所述第二浓度和所述第四浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度。不需要在气室外部将中的干扰气去除才能测试准确的目标气的浓度，得到的目标气浓度更精准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本申请实施例一种气体干扰消除检测方法流程示意图；
图2示出了本申请实施例一种气体检测设备结构示意图；
图3示出了本申请实施例一种气体干扰消除检测装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
本申请的技术方案应用于对气体内的目标气体检测时，消除因为干扰气带来的影响而得到可信的实际目标气体的浓度，本申请通过将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度；将环境气通入配气气路中，进行配气得到配置气体，使得配置气体中的干扰气的浓度和所述样品气中干扰气的第一浓度相等；检测并读取所述配置气体中所述干扰气的第三浓度以及所述目标气的第四浓度；通过所述第二浓度和所述第四浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度。借助环境气的配气操作，使得可以通过计算的方式消除干扰气带来的影响，得到目标气的实际浓度。
接下来以具体实施例说明本申请的技术方案。
实施例1
如图1所示，本实施例的气体干扰消除检测方法包括：
步骤S100，将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度；
样品气指的是本次测试时，需要检测其中目标气体浓度的气体样本。例如对人的内源性呼气检测，则从人口中呼出的气体就是样品气，其中干扰气和目标气则和实际需要检测的气体成分相关，例如目标气是一氧化碳时，干扰气就是二氧化碳。
其中，检测气路内设置有相应气体的气体浓度传感器，以上述的目标气是一氧化碳时为例，则此时用于检测的浓度检测器可以是红外传感器，而通过红外传感器或者电化学等传感器来进行一氧化碳的浓度检测时，二氧化碳的红外吸收光谱和一氧化碳有重叠，因此会受到二氧化碳的干扰，导致一氧化碳浓度检测值不准确，所以二氧化碳为干扰气。以此类推，可以根据目标气、浓度检测器确定干扰气是什么。
如图2所示，为一种可能的呼气检测设备结构示意图。
该呼气检测设备包括：进气气路100、检测气路200、配气气路400、气路分流装置300和气体浓度传感器。其中，检测气路200还包括目标气体检测气路201和干扰气体检测气路202。
气体从进气气路100进入，可以通过气路分流装置300通往配气气路400或者检测气路200，并且针对不同气体，还设置专门的目标气体检测气路201和干扰气体检测气路202，从而可以同时获取两种气体的浓度。本实施例的中会获取干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度，其中第二浓度目前为受到干扰气干扰所检测得到的检测值。
步骤S200，将环境气通入配气气路中，进行配气得到配置气体，使得配置气体中的干扰气的浓度和所述样品气中干扰气的第一浓度相等；
环境气为平常空气环境中的气体，可以通过电子泵等方式，从环境中吸入进气气路100中，本实施例中会对环境气进行配气，使得环境气中干扰气的浓度和前述样品气中的第一浓度相等。
具体而言，配气时，首先会将将环境气输入检测气路中，并检测得到所述环境气中所述干扰气的第五浓度和所述目标气的第六浓度。
也就是说，环境气首先进入时，不会进入配气气路，而是先进入检测气路200，以得到环境气中干扰气的第五浓度和目标气的第六浓度，此时知道了两个需要的参数后，才会进行配气操作。
向所述配气气路中通入所述环境气，并根据所述第五浓度和所述第一浓度，通入所述干扰气以及平衡气。
如图2所示，检测气路200和配气气路400之间也是连通的，因此经过测试后，还可以来到配气气路400中，在配气气路中，会根据第一浓度和所述第五浓度来进行配气，本步骤时为了使得配置后的环境气内干扰气的浓度和样品气中的相等，因此会在第一浓度的基础上进行配气，配气的主要方式是向其中通入干扰气和平衡气。
可以理解，若第一浓度小于第五浓度，则需要通入更多的干扰气，以增大浓度，若第一浓度大于第五浓度，则需要通入平衡气，以减少浓度。这样通过调整所述干扰气和所述平衡气的量，直至所述配气气路中环境气中干扰气的含量和所述第一浓度相等。最终得到配置好的配置气体。
其中，所述平衡气为不和所述环境气中成分发生反应的惰性气体。如氮气等大气中常见的惰性气体。
步骤S300，检测并读取所述配置气体中所述干扰气的第三浓度以及所述目标气的第四浓度。
配置气体再次进入检测气路，得到配置气体中的干扰气的第三浓度以及所述目标气的第四浓度。理论上，第三浓度和第一浓度是一样的。
步骤S400，通过所述第二浓度和所述第四浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度。
本实施例中，以人体内源性呼出气中的一氧化碳为目标气，二氧化碳为干扰气，则样品气中，一氧化碳的实际浓度具体的计算公式为：
ρ内源= ρ呼CO-ρ’底CO；
式中，ρ内源为所述实际浓度，ρ呼CO为上述的第二浓度，ρ’底CO为第四浓度。
最后，通过公式：
ρ内源=ρ呼-ρ’底；
计算得到实际的一氧化碳浓度。
接下来说明上述计算的原理。
首先关于人体内源性呼出气相关气体浓度计算表达式为：
ρ内源=ρ呼-ρ底；
该式子中的ρ内源为人体内源性呼出气浓度，ρ呼为人体呼出气浓度，ρ底为环境气浓度。该式子表明，人体内源呼出气的浓度减去环境气的浓度就是实际浓度，因为在实际呼吸时，人吸入环境气，环境气在肺部不会完全和肺泡完成气体交换，因此吹气时，是内源气加一部分环境气的情况呼出，且个人肺部空间一定，所以呼吸出的气体体积可以视为相等，因此最终检测的时候，会混入一部分环境气，通过上述式子直接通过浓度之间的加减，就可以通过去除环境气的浓度计算得到内源气体的浓度。
其中：
ρ呼=ρ呼CO+ρ呼CO2；
ρ底=ρ底CO+ρ底CO2；
在确定了ρ呼和ρ底的计算方式后，本申请还要确定配气后的配置气体ρ’底的浓度，即ρ’底=ρ’底CO+ρ’底CO2。
其中，配气后存在ρ’底CO2=ρ呼CO2。
则将ρ’底替代ρ底，带入第一个式子中，可以得到ρ内源=ρ呼CO-ρ’底CO+(ρ呼CO2-ρ呼CO2)。
化简后即ρ内源= ρ呼CO-ρ’底CO。
可以理解，本实施例中，通过配气的方式，使得环境气中的二氧化碳浓度和样品气中的二氧化碳浓度相等，这样环境气中二氧化碳对一氧化碳浓度的影响和样品气中一样，此时样品气中的一氧化碳的测量值减去环境气中一氧化碳的测量值，等于减去了因为二氧化碳带来的影响，然后再使用得到的值进行相应计算，就可以得到没有受到干扰气干扰的浓度值。
本实施例的气体干扰消除检测方法可以通过测量肺泡气和本底气的CO浓度后，进行消减CO2浓度的干扰，而不需要在气室外部将呼气中的CO2去除才能测试准确的肺泡气CO浓度，得到的CO浓度更精准，有效地消除了呼气中高浓度的CO2对痕量CO浓度测量的影响，克服了使用红外光谱方法或电化学法等测量呼气中痕量CO要先去除CO2的困难，完美的解决了红外光谱法或电化学法等测量含有较高浓度的CO2的CO时必须要去除CO2的难题。同理，对于其他种类的目标气和干扰气，也有相同的效果。
其中，上述的呼气检测设备还包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的气体干扰消除检测方法。
实施例2
如图3所示，本申请提供一种气体干扰消除检测装置，包括：
第一检测模块10，用于将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度；
配气模块20，用于将环境气通入配气气路中，进行配气得到配置气体，使得配置气体中的干扰气的浓度和所述样品气中干扰气的第一浓度相等；
第二检测模块30，用于检测并读取所述配置气体中所述干扰气的第三浓度以及所述目标气的第四浓度；
计算模块40，用于通过所述第二浓度和所述第四浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的气体干扰消除检测方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体干扰消除检测方法，其特征在于，包括：
将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度；
将环境气通入配气气路中，进行配气得到配置气体，使得配置气体中的干扰气的浓度和所述样品气中干扰气的第一浓度相等；
检测并读取所述配置气体中所述干扰气的第三浓度以及所述目标气的第四浓度；
通过所述第二浓度和所述第四浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度。
2.根据权利要求1所述的气体干扰消除检测方法，其特征在于，所述通过所述第二浓度和所述第四浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度，包括：
通过将所述第二浓度和所述第四浓度相减，得到消除所述干扰气干扰的所述目标气的浓度差，根据所述浓度差，计算所述样品气中所述目标气的实际浓度。
3.根据权利要求1所述的气体干扰消除检测方法，其特征在于，所述将环境气通入配气气路中，行配气得到配置气体，包括：
将环境气输入检测气路中，并检测得到所述环境气中所述干扰气的第五浓度和所述目标气的第六浓度；
向所述配气气路中通入所述环境气，并根据所述第一浓度和所述第五浓度，通入所述干扰气以及平衡气，所述平衡气为不和所述环境气中成分发生反应的惰性气体；
调整所述干扰气和所述平衡气的量，直至所述配气气路中环境气中干扰气的含量和所述第一浓度相等。
4.根据权利要求1所述的气体干扰消除检测方法，其特征在于，所述检测气路包括目标气体检测气路和干扰气体检测气路，所述将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度，包括：
当接收到输入的样品气时，通过控制分流装置，将所述样品气分别输入检测所述目标气体检测气路以及所述干扰气体检测气路；
通过所述目标气体检测气路检测所述目标气体的浓度，通过所述干扰气体检测气路，检查所述干扰气体的浓度。
5.根据权利要求2所述的气体干扰消除检测方法，其特征在于，所述根据所述浓度差，计算所述样品气中所述目标气的实际浓度，包括：
所述实际浓度的计算公式为：
ρ内源=ρ呼-ρ’底；
式中，ρ内源为所述目标气的实际浓度，ρ呼为呼出气中目标气的检测浓度，ρ’底为配气后环境气中目标气的检测浓度。
6.一种呼气检测设备，其特征在于，包括：进气气路、检测气路、配气气路、气路分流装置、气体浓度传感器、处理器和存储器；
所述进气气路用于接收吹入的待测气体，所述气路分流装置用于将所述待测气体分流用于将接收到的待测气体分流入所述检测气路和所述配气气路；
所述检测气路中设置有所述气体浓度传感器，用于检测所述待测气体中，目标气体和干扰气体的浓度；所述配气气路用于接收环境气并对环境气进行配气操作；
所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行权利要求1至5中任一项所述的气体干扰消除检测方法。
7.根据权利要求6所述的呼气检测设备，其特征在于，所述检测气路包括目标气体检测气路和干扰气体检测气路；
所述气路分流装置还用于将接收到的待测气体分流入所述目标气体检测气路和所述干扰气体检测气路，所述目标气体检测气路用于检测目标气体浓度，所述干扰气体检测气路用于检测干扰气体浓度。
8.根据权利要求6所述的呼气检测设备，其特征在于，所述气路分流装置为电磁阀。
9.一种气体干扰消除检测装置，其特征在于，包括：
第一检测模块，用于将样品气输入检测气路中，检测并读取其中干扰气的第一浓度和目标气的第二浓度；
配气模块，用于将环境气通入配气气路中，进行配气得到配置气体，使得配置气体中的干扰气的浓度和所述样品气中干扰气的第一浓度相等；
第二检测模块，用于检测并读取所述配置气体中所述干扰气的第三浓度以及所述目标气的第四浓度；
计算模块，用于通过所述第二浓度和所述第四浓度计算所述样品气中的目标气的实际浓度。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1至5中任一项所述的气体干扰消除检测方法。
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