專利名稱：一種氣體探測傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種傳感裝置，特別是涉及一種用于氣體探測的傳感 裝置。
背景技術(shù)：
燃燒產(chǎn)生的可用作火災(zāi)報警的燃燒釋放氣體主要有CO， C02、 NOx、 CH4、 H2、 H20、胺(NH2)等，目前可以用作探測可燃性氣體或火災(zāi)燃燒 釋放氣體的氣體傳感器主要有半導(dǎo)體氣體探測器，紅外吸收式氣體傳感 器，電化學(xué)傳感器等主要是感溫、感煙、感火焰探測器等。但是這些識別 模式很難可靠地發(fā)現(xiàn)早期火災(zāi)，如感煙探測器不能探測到酒精火焰，感溫 探測器不易探測到易燃火源。由于對特定氣體的可靠探測技術(shù)比對溫升和 煙塵的檢測技術(shù)復(fù)雜，價格昂貴，因此火災(zāi)氣體探測技術(shù)一直處于可望而 不可及的境地。

實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實用新型的目的是提出一種氣體探測傳感裝 置，能夠準(zhǔn)確探測被測氣體的種類和濃度。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出一種氣體探測傳感裝置，其特征 在于，包括用于采集氣體信息的氣敏傳感器陣列，對上述信息進行預(yù)處 理的信號預(yù)處理模塊，與所述信號預(yù)處理模塊電連接的模式識別模塊；
所述模式識別模塊包括依次連接的:建立已檢測氣體信息數(shù)據(jù)庫的第 一單元、處理氣體信息的第二單元、提取氣體信息特征的第三單元、將上 述氣體信息特征分類的第四單元及判定單元。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述氣敏傳感器陳列是根據(jù)不同氣體在各 傳感器基底上濺鍍不同氣體敏感膜的電阻式氣敏傳感器陣列。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，其特征在于，還包括所述識別模塊通過 數(shù)據(jù)采集卡與PC連接。
本實用新型提供一種智能混合氣體探測傳感裝置，該傳感裝置不僅能 測出被測物是否是易燃?xì)怏w，而且能方便地區(qū)分是危險的氣體濃度還是無 危險的氣體濃度。
以下結(jié)合附圖，對本實用新型的具體實施方式
作進一步的詳細(xì)說明， 對于所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，從對本實用新型的詳細(xì)說明中，本實 用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。


圖1是本實用新型的一種氣體探測傳感裝置的組成框圖； 圖2是本實用新型中數(shù)據(jù)處理流程示意圖； 圖3是本實用新型的氣敏傳感器的一個敏感元的結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本實用新型的傳感器陣列數(shù)據(jù)融合過程示意圖； 圖5是本實用新型的火災(zāi)氣體辨識的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。
如圖1所示為本實用新型一較佳實施例的一種氣體探測傳感裝置的 組成框圖，包括用于采集氣體信息的氣敏傳感器陣列l(wèi)，對上述信息進 行預(yù)處理的信號預(yù)處理模塊2，與所述信號預(yù)處理模塊電連接的模式識別 模塊3;所述模式識別模塊包括依次連接的建立已檢測氣體信息數(shù)據(jù)庫 的第一單元4、處理氣體信息的第二單元5、提取氣體信息特征的第三單
元6、將上述氣體信息特征分類的第四單元7及判定單元8。
如圖2所示，上述氣敏傳感器陳列1構(gòu)成的多維響應(yīng)空間對被測氣體形成響應(yīng)模式，然后信號預(yù)處理模塊2對上述響應(yīng)模式進行預(yù)處理，最后
模式識別模塊3對預(yù)處理后的響應(yīng)模式進行處理和分析，從而識別氣體的 種類和濃度。
氣敏傳感器陣列1是由多個氣敏傳感器構(gòu)成陣列，并采用集成工藝制 作而成，這種陣列體積小，功耗低，便于信號的集中采集與處理。氣敏傳 感器能將檢測到的氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號。氣敏傳 感器陣列除了各個氣敏傳感器的響應(yīng)外，在全部氣敏傳感器組成的多維空 間中形成響應(yīng)模式，這種響應(yīng)模式與被測氣體的種類、濃度等存在著對應(yīng) 關(guān)系，而這正是氣敏傳感器陣列能對多種氣體進行辯識的關(guān)鍵所在。
如圖3所示的氣敏傳感器的一個敏感元，包括氣體敏感膜21、基底 22、叉指電極23、加熱電阻24。敏感膜電阻值與帶分析的氣體濃度成線 性關(guān)系。根據(jù)這一特性，可以從阻值的變化得知吸附氣體的濃度。當(dāng)加熱 電阻24加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，在待探測氣體接觸氣體敏感膜21表面而被吸附 的時候，被吸附的分子首先在物體的表面自由擴散，失去運動能量，部分 分子被蒸發(fā)，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解而化學(xué)吸附在附近。當(dāng)氣體敏 感膜21的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將釋放出電子，形成 正離子吸附。具有正離子吸附的傾向的氣體有H2、 CO、碳?xì)浠衔锖痛?類。由于空氣中的氧含量上是恒定的，期間的阻值也是固定的。若氣體濃 度發(fā)生變化的時候，其阻值就會發(fā)生相應(yīng)的變化。根據(jù)這一特性，可以從 阻值的變化得知吸附氣體的濃度。
信號預(yù)處理模塊3對氣敏傳感器陣列1的響應(yīng)模式進行預(yù)處理:例如 采用離散小波變換(DWT)方式。
經(jīng)過預(yù)處理后的響應(yīng)模式信息被送入模式識別模塊3，以識別出所檢 測的氣體的種類和濃度等。
如圖4所示，首先分別從每個傳感器與氣體響應(yīng)的曲線中提取數(shù)個特 征，并用分辨率指數(shù)來確定所提取的特征參數(shù)是否最優(yōu)。其次對特征數(shù)據(jù) 進行融合，因為特征數(shù)據(jù)并不是越多越好，這是因為分類器的復(fù)雜性隨著 模式空間的維數(shù)變化增大得很快，容易產(chǎn)生組合爆炸。從分類器的性能來看降低維數(shù)也是有益的，識別系統(tǒng)的設(shè)計一般是基于有限的學(xué)習(xí)樣本訓(xùn)練 分類器的，分類器的識別性能在維數(shù)較少時，新特征的加入將改善分類器 的性能，但到了一定程度后，加入更多的特征值將導(dǎo)致性能的退化。特征 提取對于不同的問題，其方法上存在著極大的差異。特征提取的原則是基 于所求的問題，應(yīng)使提取的特征表述最多的信息。最后確定氣體傳感器陣
列與氣體響應(yīng)的曲線中提取8個特征就能很好的達到我們識別分類的要 求。
模式識別模塊3中采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通過設(shè)計三層反向傳播 (BP)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，使用自適應(yīng)學(xué)習(xí)速率的BP算法，對所設(shè)計的火 災(zāi)氣體辨識BP網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練。各種類型的火災(zāi)都在早期就產(chǎn)生一定量的 C02、 CO和HC1氣體?？諝庵蠧02的量是固定的，且空氣中并不含有 CO和HC1氣體，所以可以選擇C02、 CO和HC1作為火災(zāi)標(biāo)示性氣體， 通過對監(jiān)測到的火災(zāi)標(biāo)示性氣體進行辨識，進行"火災(zāi)"和"非火災(zāi)"分 辨，實現(xiàn)早期火災(zāi)探測。
在圖5中，BP網(wǎng)絡(luò)的輸出層有2個神經(jīng)元，對于非結(jié)構(gòu)性問題的分 類，輸出神經(jīng)元須能代表神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要實現(xiàn)的功能目標(biāo)。因此，采用"火災(zāi)"、
"非火災(zāi)"狀態(tài)作為輸出神經(jīng)元。輸出神經(jīng)元的輸出值也是歸一化在[O， l]之間的連續(xù)變量。我們所用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱層數(shù)目為i，隱層的神經(jīng)元數(shù)
目為j 。輸入層和隱層之間有3Xj根連線，輸入層神經(jīng)元i和隱層神經(jīng) 元j之間的權(quán)值為Wlij;隱層和輸出層之間有jX2根連線，隱層神經(jīng)元 j和輸出層神經(jīng)元之間的權(quán)值為W2ij。
在本實用新型的另一實施例中，氣敏傳感器陳列是根據(jù)不同氣體在各 傳感器基底上濺鍍不同氣體敏感膜的電阻式氣敏傳感器陣列。
在本實用新型的又一實施例中，識別模塊通過數(shù)據(jù)采集卡與PC連接， 將所識別的氣體的種類及其濃度等信息數(shù)據(jù)傳送給PC機，PC機可以對 數(shù)據(jù)進行進一步的分析。
當(dāng)然，本實用新型還可有其他實施例，在不背離本實用新型之精神及 實質(zhì)的情況下，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實用新型作出各種相應(yīng)的改變，但這些相應(yīng)的改變都應(yīng)屬于本實用新型權(quán)利要求的保護范圍,
權(quán)利要求1.一種氣體探測傳感裝置，其特征在于，包括用于采集氣體信息的氣敏傳感器陣列，對上述信息進行預(yù)處理的信號預(yù)處理模塊，與所述信號預(yù)處理模塊電連接的模式識別模塊；所述模式識別模塊包括依次連接的建立已檢測氣體信息數(shù)據(jù)庫的第一單元、處理氣體信息的第二單元、提取氣體信息特征的第三單元、將上述氣體信息特征分類的第四單元及判定單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種氣體探測傳感裝置，其特征在于，所 述氣敏傳感器陳列是根據(jù)不同氣體在各傳感器基底上濺鍍不同氣體敏感 膜的電阻式氣敏傳感器陣列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體探測傳感裝置，其特征在于，還 包括所述識別模塊通過數(shù)據(jù)采集卡與PC連接。
專利摘要本實用新型提出一種氣體探測傳感裝置，包括用于采集氣體信息的氣敏傳感器陣列，對上述信息進行預(yù)處理的信號預(yù)處理模塊，與所述信號預(yù)處理模塊電連接的模式識別模塊；所述模式識別模塊包括依次連接的建立已檢測氣體信息數(shù)據(jù)庫的第一單元、處理氣體信息的第二單元、提取氣體信息特征的第三單元、將上述氣體信息特征分類的第四單元及判定單元。
文檔編號G01N33/00GK201382934SQ20092010738
公開日2010年1月13日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者侃 劉, 冬 王 申請人:北京嘉東科技有限公司