[发明专利]电化学瓦斯传感器的一种快速响应方法

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯传感器技术领域，具体涉及电化学瓦斯传感器的一种快速响应方法。

背景技术

瓦斯传感器用于在煤炭开采过程中连续监测空气中的甲烷含量，即瓦斯浓度。现有瓦斯传感器主要有光学式和电化学式（载体催化元件式）等类型。目前我国煤矿行业中，最为广泛和大量使用的是电化学式甲烷传感器。

电化学式甲烷传感器采用载体催化元件为检测元件。工作时，被测环境中的甲烷以扩散方式透过起隔离作用的金属海绵进入传感器探头气室与敏感元件发生化学反应，从而产生与甲烷浓度相对应的电信号。传感器的这种结构和原理决定了其具有可观的测量延迟。

瓦斯传感器的动态响应特性是按照指数规律逐渐逼近被测量的浓度值的。当气体的甲烷浓度发生变化时，传感器并不能立即指示出甲烷浓度的真实值。需要一个渐变的过程。直到过渡过程结束之后才能获得浓度的真实值。且单片机等信号处理系统也需要一定的信号处理和信号传输时间，因此瓦斯传感器存在着一定的滞后延迟时间，即存在响应延迟现象。各类瓦斯传感器（如光学式、红外式、载体催化元件式）的延迟时间不等。目前我国最普遍采用的电化学式甲烷传感器的延迟时间大约在10～30秒。

随着测控技术的发展，对传感器的性能提出了越来越高的要求，传感器须具有良好的动态特性及快速敏感性。在对安全性要求很高的煤矿生产领域，需通过瓦斯传感器准确快速的获取现场瓦斯浓度，要求瓦斯传感器动态特性高，且延迟时间越小越好，即能够快速响应甲烷浓度的变化。现有技术中，多为通过改进敏感元件本身以提高瓦斯传感器的响应速度，而敏感材料本身的固有特性使得响应速度提升空间较小。

基于前述分析，本发明提出一种瓦斯传感器的快速响应方法，以减小瓦斯传感器延迟时间，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供电化学瓦斯传感器的一种快速响应方法，其能够缩短瓦斯传感器的延迟时间，提高瓦斯传感器的动态响应特性，以快速准确的获取被测瓦斯浓度值。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

电化学瓦斯传感器的一种快速响应方法，包括如下步骤：

（1）以电化学瓦斯传感器原延迟时间Δt的为采样周期，采集m个瓦斯浓度值T_i，其中0<m<<n，m、n均为正整数，i=1,2,…,m；

（2）利用步骤（1）所采集的m个瓦斯浓度值T_i建立离散灰色模型DGM(1，1)；

（3）利用步骤（2）中所建离散灰色模型DGM(1，1)进行前向预测，获得灰色预测值其中T~1=T1,0<m<<n;]]>

（4）以步骤（3）中所获取的灰色预测值为输入，实际瓦斯浓度值T_i为输出，训练高斯过程回归模型；

（5）利用步骤（3）中所获取的灰色预测值以及步骤（4）所训练的高斯过程回归模型，计算得到瓦斯浓度值C_n即为待求瓦斯浓度值，使得瓦斯传感器在的时间内获取了Δt时的浓度，也即瓦斯传感器响应时间减少了其中0<k<m<n且k为整数。

本发明的电化学瓦斯传感器的一种快速响应方法，所述步骤（2）的具体方法为：