[发明专利]一种基于朗肯循环的智能监测装置及方法

权利要求书

1.一种基于朗肯循环的智能监测装置，其特征在于，包括对腔室内的气体进行监测的多个红外传感器；加快腔室内外空气流通速度的多个抽气泵，接收传感器数据的中央处理器；为中央处理器提供存储空间的临时存储模块和存储模块；用于控制整个装置运行、更改参数、查阅历史数据的按键控制模块；用于人机交互的LCD显示模块；为整个中央处理器提供时刻数据以及警示的时钟和警示模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于朗肯循环的智能监测装置，其特征在于，所述的中央处理器将传输值存入数据接收模块，使用3σ准则与最大变化范围进行判别，如果满足3σ准则，则将数据存入临时存储模块；如果都不满足，则数据为野值，将其删除，将拟合后的数据存入临时存储模块；如果数据不满足3σ准则，但在最大变化范围之内，将该值存入临时存储模块并使用三阶差分法判断数据的变化趋势是否异常，如果趋势正常，则该存疑点为正常值；如果趋势异常，则该存疑点为野值点，用拟合数据替换；当时间达到要求的存储数据时间时，将进行过野值判别的正常数据从临时存储模块存入存储模块，方便查看历史数据，更好的掌握现场的情况。

3.基于权利要求1所述的一种基于朗肯循环的智能监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过红外传感器对工作现场进行采样，采样周期T＝1s，抽气泵加速保护腔室内外的气体交换；

步骤二：将采集到的信号通过RS-232发送到中央处理器，并通过LRC校验保证传输准确性；

步骤三：中央处理器将传输值存入数据接收模块，将临时存储单元中以前的数据计算观测误差的标准差σ、最大变化范围的参数a_max和V，利用求得的结果，计算3σ与最大变化范围哪个更大，如果3σ更大，使用3σ准则与最大变化范围进行判别；如果数据小于3σ为正常值，则满足3σ准则，则将数据存入临时存储模块；如果数据大于最大变化范，则数据为野值，将其删除，将拟合后的数据存入临时存储模块；如果数据不满足3σ准则，但在最大变化范围之内，将该值存入临时存储模块并使用三阶差分法判断数据的变化趋势是否异常，如果趋势正常，则该存疑点为正常值；如果趋势异常，则该存疑点为野值点，用拟合数据替换；当时间达到要求的存储数据时间时，将进行过野值判别的正常数据从临时存储模块存入存储模块，方便查看历史数据，更好的掌握现场的情况。

4.根据权利要求3所述的的监测方法，其特征在于，所述的使用3σ准则与最大变化范围进行判别，其具体步骤为：

中央处理器根据之前的数据来计算最大变化加速度a_max，当前的变化速度V，并记录采样周期T，气体浓度做能达到的最大变化范围就是前一时刻的浓度值以最大变化加速度a_max发生改变时所能达到的最大浓度，具体公式为：

标准差为：

参数V：V＝x_n-x_n-1

最大变化范围W为比较W与3σ的关系，其中x_i为临时存储模块内第i次的保存值，a_max为经验数据，根据现场环境确定。

5.根据权利要求3所述的的监测方法，其特征在于，所述的三阶差分法判断数据的变化趋势，具体为：

对记录的历史数据做三阶差分求得每一项的差分结果，利用这些观测结果的三阶差分计算三阶差分的标准差σ₁，再次利用莱特准则进行判别数据是否正常。

一阶差分：x_i(i-1)＝x_i-x_i-1

二阶差分：x_i(i-2)＝x_i(i-1)-x_(i-1)(i-2)

三阶差分：x_i(i-3)＝x_i(i-2)-x_(i-1)(i-3)

三阶差分标准差

6.根据权利要求3所述的的监测方法，其特征在于，所述的数据拟合方法为：

因为气体浓度的变化趋势分为，稳定状态，匀速变化状态，匀加速变化状态，变加速变化状态这几种，所以先要将数据进行分段：

(1)如果某段数据一阶差分特性聚集在0附近则认为该时间段为稳定状态，所以其拟合值为该段内数据的均值；

(2)如果某段数据的二阶查分特性聚集在0附近，则该段数据处在匀速变化阶段，其拟合值应为前一项的数据值加上一阶差分的均值；

(3)如果该段数据二阶差分值聚在某个非0值附近，则该段数据处在匀加速变化阶段，其拟合值应为前一项的一阶差分值加上加速度均值即二阶差分的均值：

(4)如果三阶差分数据聚集在某个非0值附近，则该段数据正处在变加速运动阶段，目标的加速度在较小的时间区间内变化较小，可以近似的按匀变加速运动处理：

式中的x_f为第n次的拟合值，为三阶差分的均值。