一种基于NDIR技术的气体浓度检测方法与流程

本发明涉及基于ndir技术的气体浓度检测，具体为一种基于ndir技术的气体浓度检测方法。

背景技术：

1、ndir（非分光红外）技术是一种广泛应用于气体检测的技术，具有高灵敏度、高选择性和非接触测量等优点。ndir气体检测技术的工作原理基于气体分子对特定波长红外光的吸收特性。当红外光穿过待测气体时，不同浓度的气体会吸收不同强度的红外光，通过测量吸收后的红外光强度，便可推算出气体的浓度。

2、在实际应用中，ndir气体检测技术广泛用于环境监测、工业过程控制、安全检测等领域。随着环保意识的提高和工业技术的进步，对气体浓度检测的准确性和可靠性的要求也越来越高。然而，温度和湿度的变化对气体检测的影响是一个必须解决的问题。温度和湿度的波动会引起红外光吸收特性的变化，从而影响气体浓度的测量结果。因此，在实际检测中，必须对温度和湿度进行补偿，以提高测量结果的准确性。同时在对待测空间目标气体的收集需要进行全面的收集。为此，本案意在提出一种提供精确的湿度温度范围进行补偿，同时提供多种待测气体的收集方式来测试待测气体浓度。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于ndir技术的气体浓度检测方法，促进解决了上述背景技术中所提到的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种基于ndir技术的气体浓度检测方法，包括：

3、选择待测气体的已知浓度的标准气体样本；

4、将标准气体样本分别放置在容积一样的容器中并标上序号，分别为第一标准气体样本、第二标准气体样本……第n标准气体样本；

5、将装有标准气体样本的容器分别放置在可以控制温度和湿度的恒温箱中；

6、设置多个基准温度点，并以基准温度点为基础设置上下浮动幅度为15%的温度范围；

7、设置多个基准湿度点，并以基准湿度点为基础设置上下浮动幅度为15%的湿度范围；

8、在保持湿度恒定时，测量在不同温度范围温度的补偿值；

9、在保持温度恒定时，测量在不同湿度范围湿度的补偿值；

10、使用混合气体收集装置收集需要测定空间的气体，记为混合待测气体，所述混合气体收集装置包括多个直径相同的进气管，进气口设置在不同高度，进气口设置进气阀门和抽气机，进气管出气口连接在同一个气体收集容器；

11、使用单体气体收集装置收集需要测定空间的气体，所述单体气体收集装置包括一个进气管，进气口设置阀门和抽气机，进气管出口连接一个容积相同的气体收集容器；

12、通过补偿法计算出空间目标待测气体浓度。

13、可选的，所述在保持湿度恒定时，测量在不同温度范围温度的补偿值，具体包括：

14、选取所述恒温箱数量的一半作为测量在不同温度范围温度补偿值的样本；

15、将每个恒温箱的湿度调整一致；

16、设置单位温度调整值；

17、设最小温度为tmin；

18、将恒温箱的温度依次调整为tmin、tmin＋1×单位温度调整值……tmin＋(n/2)×单位温度调整值；

19、在每个待测温度下使用ndir传感器测量标准气体的浓度，并记录温度和对应的测量浓度；

20、以温度为横轴，测量浓度为纵轴作图，得到浓度随温度变化的散点图；

21、使用线性回归拟合散点图，得到浓度与温度的线性关系；

22、将不同温度范围分别记为第一温度范围、第二温度范围……第m温度范围；

23、设第一温度范围的线性关系为c1=a1＋b1×t1，t1表示第一温度范围内的温度与第一温度范围内基准温度的差值；

24、将第一温度范围内的温度值和温度值对应的浓度值带入第一温度范围的线性关系式中计算出a1值和b1值，b1值为第一温度范围的温度补偿值；

25、设第二温度范围的线性关系为c2=a2＋b2×t2，t2表示第二温度范围内的温度与第二温度范围内基准温度的差值；

26、将第二温度范围内的温度值和温度值对应的浓度值带入第二温度范围的线性关系式中计算出a2值和b2值，b2值为第二温度范围的温度补偿值；

27、依次设第三温度范围的线性关系……第m温度范围的线性关系，求得对应温度范围下的温度补偿值。

28、可选的，所述在保持温度恒定时，测量在不同湿度范围湿度的补偿值，具体包括：

29、选取所述恒温箱数量的一半作为测量在不同湿度范围湿度补偿值的样本；

30、将每个恒温箱的温度调整一致；

31、设置单位湿度调整值；

32、设最小湿度为hmin；

33、将恒温箱的湿度依次调整为hmin、hmin＋1×单位湿度调整值……hmin＋(n/2)×单位湿度调整值，其中n表示标准气体样本总数；

34、在每个待测湿度下使用ndir传感器测量标准气体的浓度，并记录湿度和对应的测量浓度；

35、以湿度为横轴，测量浓度为纵轴作图，得到浓度随湿度变化的散点图；

36、使用线性回归拟合散点图，得到浓度与湿度的线性关系；

37、将不同湿度范围分别记为第一湿度范围、第二湿度范围……第k湿度范围；

38、设第一湿度范围的线性关系为c1=x1＋y1×h1，h1表示第一湿度范围内的湿度与第一湿度范围内基准湿度的差值；

39、将第一湿度范围内的湿度值和湿度值对应的浓度值带入第一湿度范围的线性关系式中计算出x1值和y1值，y1值为第一湿度范围的湿度补偿值；

40、设第二湿度范围的线性关系为c2=x2＋y2×h2，h2表示第二湿度范围内的湿度与第二湿度范围内基准湿度的差值；

41、将第二湿度范围内的湿度值和湿度值对应的浓度值带入第二湿度范围的线性关系式中计算出x2值和y2值，y2值为第二湿度范围的湿度补偿值；

42、依次设第三湿度范围的线性关系……第k湿度范围的线性关系，求得对应湿度范围下的湿度补偿值。

43、可选的，所述使用混合气体收集装置收集需要测定空间的气体，具体包括：

44、获取混合气体收集装置每个进气管的长度；

45、获取需要测定空间的温度和湿度记为第一测量温度和第一测量湿度；

46、设气体在进气管中的速度为恒定值v；

47、计算气体通过不同长度进气管所需要的时间tq,tq=lq/v，其中lq为第q根进气管长度；

48、比较每根进气管长度，将最长的进气管作为基准；

49、计算其余进气管相对于最长进气管的延迟开启时间：δtq=tmax－tq，其中tmax为气体在最长进气管中的行走时间，tq为第q根管子的行走时间，δtq为第q根管子的延迟开启时间；

50、为每根进气管的阀门和抽气机安装定时器，设定开启时间；

51、将最长进气管的定时器设置为t=0开启；

52、将其余进气管的定时器按照计算出的延迟时间δtq依次设置；

53、同时开启所有进气管的定时器；

54、定时器根据设定的时间依次开启各进气管的阀门和抽气机，使气体在相同时间内行走至容器中；

55、将容器收集的待测气体记为第一待测混合气体。

56、可选的，所述使用单体气体收集装置收集需要测定空间的气体，具体包括：

57、获取混合气体收集装置进气管的数量；

58、获取混合气体收集装置各个进气管进气口设置的高度；

59、设置和混合气体收集装置进气管的数量相同的单体气体收集装置；

60、将单体气体收集装置进气口分别设置在不同高度，所述不同高度为混合气体收集装置各个进气管进气口设置的不同高度；

61、获取需要测定空间的温度和湿度记为第二测量温度和第二测量湿度；

62、将单体气体收集装置收集的气体按照单体气体收集装置被设置的高度从上至下依次命名为第一高度待测气体、第二高度待测气体……第q高度待测气体；

63、将所收集的气体混合至同一容器中，将混合后气体记为第二待测混合气体。

64、可选的，所述通过补偿法计算出空间目标待测气体浓度，具体包括：

65、获取第一测量温度和第一测量湿度所处的温度范围和湿度范围；

66、获取所处温度范围和湿度范围内的基准温度和基准湿度；

67、获取所处温度范围和湿度范围内的温度补偿值和湿度补偿值；

68、使用ndir传感器测量第一待测混合气体的原始浓度；

69、使用温度补偿和湿度补偿对第一待测混合气体的测量结果进行补偿，补偿公式为：c第一待测混合气体=c第一待测混合气体的原始浓度＋kt×(t第一测量温度－t基准温度)＋kh×(h第一测量湿度－h基准湿度)，其中kt为温度补偿值，kh为湿度补偿值；

70、利用补偿公式求得补偿后的气体浓度记为第一待测气体补偿浓度。

71、可选的，所述通过补偿法计算出空间目标待测气体浓度，具体包括：

72、获取第二测量温度和第二测量湿度所处的温度范围和湿度范围；

73、获取所处温度范围和湿度范围内的基准温度和基准湿度；

74、获取所处温度范围和湿度范围内的温度补偿值和湿度补偿值；

75、使用ndir传感器测量第二待测混合气体的原始浓度；

76、使用温度补偿和湿度补偿对第二待测混合气体的测量结果进行补偿，补偿公式为：c第二待测混合气体=c第二待测混合气体的原始浓度＋kt×(t第二测量温度－t基准温度)＋kh×(h第二测量湿度－h基准湿度)，其中kt为温度补偿值，kh为湿度补偿值；

77、利用补偿公式求得补偿后的气体浓度记为第二待测气体补偿浓度；

78、求第一待测气体补偿浓度与第二待测气体补偿浓度的平均值，记为待测空间目标气体浓度。

79、本发明具备以下有益效果：

80、1、选择已知浓度的标准气体样本是实验的基础，这一步确保了后续测量数据的准确性和可靠性；容器容积相同可以确保每个气体样本在相同体积下进行实验，消除由于容器体积不同带来的误差，标上序号可以方便后续实验步骤的操作和记录，避免混淆和错误；恒温箱提供了一个稳定和可控的环境，能够消除外界环境因素对实验结果的影响，通过控制温度和湿度，可以确保实验在设定的条件下进行，进一步提高实验结果的准确性。

81、2、通过设置上下浮动幅度为15%的温度范围和湿度范围，可以模拟不同温度和湿度条件下的测量情况，探讨温度和湿度变化对气体浓度测量的影响和补偿方法，这一操作有助于找到最佳的温度和湿度补偿策略，提高测量结果的准确性和稳定性，同时，多基准点的设置也为实验结果的分析和推广提供了丰富的数据支持。

82、3、使用混合气体收集装置可以全面、均匀地收集测定空间中的气体样本；多个直径相同的进气管和设置在不同高度的进气口，可以确保气体样本的代表性，避免因空间气体分布不均带来的测量误差；进气阀门和抽气机的设置可以控制进气流量，确保气体样本的稳定性；将进气管出气口连接到同一个气体收集容器，可以将不同高度的气体样本混合，获得更为均匀的混合待测气体；这一操作有助于提高测量结果的准确性和代表性，为后续的气体浓度测定提供可靠的样本。

83、4、单个进气管的设计可以集中收集某一特定点的气体，进气阀门和抽气机的设置可以控制进气流量，确保气体样本的稳定性和代表性。连接容积相同的气体收集容器，可以保证样本的容积一致，便于后续的分析和测量。这一操作可以在需要特定点位气体浓度数据时提供精确的样本，满足多种测量需求，提高实验的灵活性和适用性。

84、5、通过补偿法计算目标待测气体浓度，可以校正由于温度和湿度变化带来的测量误差，提高测量结果的准确性；补偿法利用之前获得的温度和湿度补偿值，修正实际测量数据，使得最终的气体浓度结果更加精确；这一方法结合了实验中获得的补偿数据和实际测量数据，充分考虑了环境因素的影响，有效提高了测量结果的可靠性和可重复性。

85、6、将每个恒温箱的湿度调整一致，可以排除湿度变量的影响，确保实验结果仅受温度变化的影响，统一湿度条件可以提高实验结果的可比性和准确性，使得测量数据更具有科学性；设置单位温度调整值，可以确保温度变化的控制精度和一致性；设定最小温度tmin，可以明确实验的起始温度点，为整个实验设计提供基准；以温度为横轴，测量浓度为纵轴作图，可以直观展示浓度随温度变化的趋势；将不同温度范围划分为多个区间，可以细化温度补偿的研究，确保每个温度区间的补偿值更加精确；设定第一温度范围的线性关系，可以明确这一温度范围内气体浓度随温度变化的具体形式；通过计算回归系数，可以优化温度补偿策略，提高补偿模型的精确性和适用性；依次设定各个温度范围的线性关系，可以全面、系统地分析不同温度区间内气体浓度随温度变化的规律。

86、7、将每个恒温箱的温度调整一致，可以排除温度变量的影响，确保实验结果仅受湿度变化的影响，统一温度条件可以提高实验结果的可比性和准确性，使得测量数据更具有科学性；设置单位湿度调整值，可以确保湿度变化的控制精度和一致性；设定最小湿度hmin，可以明确实验的起始湿度点，为整个实验设计提供基准；以湿度为横轴，测量浓度为纵轴作图，可以直观展示浓度随湿度变化的趋势；将不同湿度范围划分为多个区间，可以细化湿度补偿的研究，确保每个湿度区间的补偿值更加精确；设定第一湿度范围的线性关系，可以明确这一湿度范围内气体浓度随湿度变化的具体形式；通过计算回归系数，可以优化湿度补偿策略，提高补偿模型的精确性和适用性；依次设定各个湿度范围的线性关系，可以全面、系统地分析不同湿度区间内气体浓度随湿度变化的规律。

87、8、获取每个进气管的长度是进行精确时间计算和流量控制的基础；进气管长度不同会导致气体通过时间的不同，从而影响混合气体的成分和浓度一致性；通过测量每个进气管的长度，可以为后续的延迟时间计算提供数据支持，确保各进气管的气体在同一时间点到达收集容器；这一操作可以减少由于进气管长度差异带来的测量误差，提高混合气体收集的准确性和一致性，为后续的气体分析提供可靠的样本；计算延迟开启时间，可以精确控制各进气管的开启时间，确保气体在同一时间点到达收集容器。

88、9、通过知道进气管的数量，可以合理安排和设计实验，确保所有不同高度和位置的气体样本都能被有效收集；设置数量相同的单体气体收集装置，可以确保每个进气高度都有对应的独立气体样本收集；这样可以有效避免混合气体收集时不同高度气体相互干扰，提高气体样本的独立性和准确性；通过混合气体样本，可以全面反映测定空间内气体的平均成分和浓度。这样可以减少因个别高度气体成分差异带来的测量误差，提高测量结果的代表性和准确性。

89、10、获取第一测量温度和湿度所处的范围，可以明确测量环境的具体条件；知道温度和湿度的范围，有助于选择合适的基准温度和湿度，确保补偿计算的准确性和科学性；获取基准温度和基准湿度，可以为补偿公式中的计算提供标准参照；获取温度补偿值和湿度补偿值，可以为补偿计算提供具体的数值参数；这些补偿值是根据不同环境条件下气体浓度变化规律得出的，通过使用这些补偿值，可以有效校正因温度和湿度变化带来的测量误差；使用ndir传感器测量气体浓度，可以获得高精度的原始测量数据；使用补偿公式对测量结果进行补偿，可以有效校正因温度和湿度变化带来的误差；通过补偿公式，可以将环境条件的影响量化，准确调整测量结果，确保气体浓度数据的准确性和稳定性。

90、11、获取第二测量温度和湿度所处的范围，可以准确描述第二次测量时的环境条件；通过了解温度和湿度的范围，可以选择适当的基准值进行补偿计算，确保计算的准确性和科学性；通过明确基准温度和湿度，可以有效校正因环境条件变化带来的测量误差，提高数据的稳定性和一致性；获取温度和湿度补偿值，可以为补偿计算提供具体的数值参数；这些补偿值是根据不同环境条件下气体浓度变化规律得出的，通过使用这些补偿值，可以有效校正测量误差，确保数据的准确性和稳定性；使用ndir传感器测量气体浓度，可以获得高精度的原始测量数据；使用补偿公式对测量结果进行补偿，可以有效校正因温度和湿度变化带来的误差；求取两个补偿浓度的平均值，可以有效消除单次测量的偶然误差，提高数据的准确性和代表性。