一种气体检测装置及方法与流程

1.本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种气体检测装置及方法。


背景技术：

2.voc(volatile organic compounds)即挥发性有机化合物，对人体健康有巨大影响。当环境中的voc达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。voc室外主要来自燃料燃烧和交通运输；室内主要来自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾，建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等。空气中voc检测是环境检测中最基本的项目之一，现有技术中通常使用半导体传感器和pid(photo ionization detector)传感器进行气体检测。
3.例如公开号为cn115598184a的专利公开了一种空气质量检测系统的测量方法，涉及气体检测领域。包括单片机、温湿度传感器、气体传感器，所述单片机连接所述温湿度传感器、气体传感器，所述温湿度传感器用于采集温湿度信息，所述气体传感器用于采集空气的voc浓度，所述单片机采集所述温湿度信息和voc浓度后，根据所述温湿度信息补偿校准空气的voc浓度；该发明在单片机采集温湿度信息和气体voc浓度的基础上，进一步根据现有的缺陷：水分含量影响voc浓度的测量上，使单片机进一步基于温湿度信息给所述气体voc浓度做出补偿运算，使得单片机在运算后获得更加精确的气体voc浓度值。
4.公开号为cn114487190a的专利公开了一种基于光pid传感器的医用人体呼出voc气体检测装置，包括吹气口、干燥管、光pid传感器、主控制器、显示器，待检测的混合voc气体经过吹气口进入至干燥管，干燥后的混合voc气体通过至光pid传感器进行检测voc气体的粗含量和成分，粗含量和成分的检测数据进行传输至主控制器，主控制器传输至显示器上，显示器进行显示检测的混合voc气体内的分子及其含量。
5.公开号为cn207798618u的专利公开了一种气体检测装置。所述气体检测装置包括半导体voc传感器、pid传感器、微控制器和电源控制电路，所述电源控制电路用于控制所述半导体voc传感器和pid传感器的电气导通/断开，所述控制器用于当所述半导体voc传感器实时检测到气体中有机挥发物的浓度超过预设阈值时控制所述电源控制电路导通所述pid传感器进行气体检测、以及当所述半导体voc传感器实时检测到气体中有机挥发物的浓度未超过预设阈值时控制所述电源控制电路断开所述pid传感器。
6.现有技术大多使用半导体传感器或pid传感器进行voc气体检测。半导体传感器中的气敏材料在高温下，其电阻值是随混合气体中的voc含量(浓度)变化而变化，通过测量气敏材料阻值(气敏电阻)从而间接获得voc含量(浓度)，但实际应用中，气敏材料的电阻也会受到混合气体中的水分含量、温度变化和气敏材料性质变化等因素的影响，而产生数据飘移，导致检测结果不准确。例如，若气敏材料使用了在空气中容易被氧化的金属催化剂，则随着检测时长的增加，气敏材料中的金属催化剂逐渐被氧化失效，使得气敏材料与voc气体的反应减弱，从而导致半导体传感器出现数据飘移。
7.pid传感器基于光电离子技术，通过用高能紫外光电离有机气体，利用带电离子形成的电流，电流的大小反映了气体的浓度。pid光电离子气体传感器具有响应快、测量精确的优点，但是其缺点也十分明显，pid光电离子气体传感器造价昂贵，并且紫外线灯的使用寿命有限，持续启动pid光电离子气体传感器会导致其使用寿命显著降低。然而在有机挥发性气体检测领域，挥发是一种缓慢变化的状态，而挥发的有机气体会导致环境变化，从而影响环境中的生物健康，因此需要长期对环境中的有机挥发性气体浓度进行监测，避免浓度过高使得环境中的生物受到伤害。然而，有机挥发性气体的长期监测需求与pid光电离子气体传感器的长时间使用会降低其使用寿命的缺陷相矛盾。更进一步地，由于不同物质的有机挥发性气体能够被紫外光离子化所需要的电离能不一致，电离能过低不能够准确检测有机挥发性气体浓度，而长期以高电离能运转会导致pid光电离子气体传感器使用寿命进一步急剧下降，造成资源、成本浪费。
8.本发明希望改进voc气体的检测方式，提出一种能够克服上述缺陷的气体检测装置及方法。
9.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

10.现有技术提供的气体检测装置在检测气体时，大多通过基于光电离子技术的传感器或基于半导体技术的传感器对气体进行检测。基于光电离子技术的传感器其检测精度相较于基于半导体技术的传感器更高，对有机挥发性气体的检测结果更准确，但是受限于其紫外线灯的使用寿命，难以进行长期的气体检测。基于半导体技术的传感器相较于基于光电离子技术的传感器其使用寿命长，并且可以连续工作，进行长期的气体检测，但是其检测结果容易因湿度变化、温度变化和自身材料性质变化等而产生飘移。现有技术提供的气体检测装置难以在工作时长和检测精度两者间实现折衷的气体检测。
11.针对现有技术之不足，本发明提供了一种气体检测装置。所述气体检测装置至少包括：第一传感器，第二传感器和处理模块。优选地，第一传感器，其基于光电离子技术对有机挥发性气体进行间歇性检测，以采集第一气体数据。优选地，第二传感器，其基于半导体技术对有机挥发性气体进行连续检测，以采集第二气体数据。用于处理数据的处理模块至少能够基于由所述第一传感器采集的所述第一气体数据以及由所述第二传感器在相同时间点采集的第二气体数据获取所述第二气体数据与所述第一气体数据的差异，所述处理模块基于所述差异对所述第二传感器实时采集的第二气体数据进行校准，从而得出所述气体检测装置对有机挥发性气体的检测结果。
12.优选地，本发明提供的气体检测装置通过融合基于光电离子技术的第一传感器和基于半导体技术的第二传感器对气体进行检测。基于光电离子技术的第一传感器其检测精度相较于基于半导体技术的第二传感器更高，对有机挥发性气体的检测结果更准确，但是第一传感器受限于其紫外线灯的使用寿命，难以进行长期的气体检测。基于半导体技术的第二传感器相较于基于光电离子技术的第一传感器其使用寿命长，并且可以连续工作，进
行长期的气体检测，但是其检测结果会产生飘移，并且容易受到温度等环境因素的干扰。本发明融合了基于光电离子技术的第一传感器和基于半导体技术的第二传感器，其中，第二传感器持续工作，第一传感器间歇性工作。优选地，本发明通过使第一传感器间歇性工作，降低了第一传感器的使用频率，从而延长了第一传感器的使用寿命。并且本发明能够基于由所述第一传感器采集的第一气体数据以及由所述第二传感器在相同时间点采集的第二气体数据构建校准模型，再通过所述校准模型对所述第二传感器实时采集的第二气体数据进行校准，从而实现长期准确的气体检测。
13.根据一种优选实施方式，所述第一传感器按照第一时间周期进行检测工作，所述第二传感器按照第二时间周期进行检测工作。优选地，第二时间周期大于第一时间周期。所述第一传感器在所述第二传感器的一个第二时间周期内以第一时间周期间歇性进行检测工作，所述第二传感器在一个第二时间周期内持续性进行检测工作。优选地，在第二时间周期内，第二传感器的采集数据不会漂移或者漂移在预设范围内。优选地，本发明的所述第一传感器基于第一时间周期进行检测工作，相较于现有的pid传感器系统或装置，在相同时间的检测工作中，在保证检测准确的情况下，所述第一传感器(pid传感器)的工作时间大幅度减少，显著提升了所述第一传感器的使用寿命。
14.根据一种优选实施方式，所述气体检测装置至少包括用于处理数据的处理模块。所述处理模块至少能够基于所述第一气体数据以及在相同时间点采集的所述第二气体数据得出所述第二传感器与所述第一传感器的差异，所述处理模块基于所述差异对所述第二传感器实时采集的所述第二气体数据进行校准，使得所述第二传感器实时采集的所述第二气体数据能够接近通过所述第一传感器采集的所述第一气体数据，从而得出所述气体检测装置对有机挥发性气体的检测结果。
15.优选地，所述处理模块能够基于由所述第一传感器采集的所述第一气体数据与由所述第二传感器在相同时间点采集的所述第二气体数据的差异构建校准模型。所述处理模块基于所述校准模型对所述第二传感器实时采集的所述第二气体数据进行校准，从而消除所述第二传感器因数据飘移等问题而产生的测量误差。
16.根据一种优选实施方式，所述第一传感器至少包括通过利用紫外光使得气体离子化的光照单元。优选地，所述光照单元至少包括若干紫外灯。所述第一传感器响应于所述处理模块的控制调节所述光照单元中紫外灯的开启数量以调节电离能大小，使得所述第一传感器总是以输出小于或等于当前气体被电离化所需的电离能的方式进行检测工作。
17.优选地，由于不同物质的有机挥发性气体能够被紫外光离子化所需要的电离能不一致，电离能过低不能够准确检测有机挥发性气体浓度，而长期以高电离能运转会导致pid光电离子气体传感器使用寿命进一步急剧下降，本发明在保证检测准确的情况下，通过调节所述光照单元中紫外灯的开启数量以调节电离能大小，使得所述第一传感器总是以输出小于或等于当前气体被电离化所需的电离能的方式进行检测工作，从而降低第一传感器因长期高电离能运转而产生的寿命损耗，显著提升了第一传感器的使用寿命。
18.根据一种优选实施方式，所述处理模块还能够连续获取所述第二传感器采集的第二气体数据。优选地，所述处理模块还能够以响应于所述第二气体数据变化的方式调整所述第一传感器的启停。优选地，在已构建出校准模型的情况下，处理模块可以在第一传感器休眠时，响应于经校准模型校准后的第二气体数据的特征变化唤醒第一传感器。
19.优选地，本发明可以通过减少所述第一传感器的工作时长的方式延长所述第一传感器的使用寿命。优选地，在进行气体检测时，本发明可以通过持续工作的所述第二传感器检测环境中气体的第二气体数据，并且在环境中气体的第二气体数据出现特征变化时，启动所述第一传感器来获得能够更加准确反映此时环境中气体性质的第一气体数据。
20.优选地，当本发明提供的气体检测装置用于安全监测、气体泄漏预警等领域时，处理模块可以在第二传感器采集的第二气体数据经校准模型校准后出现超过预设阈值、出现突变等的情况下启用第一传感器进行气体检测，以获取结果更为准确的第一气体数据，进而确定第二气体数据的异常变化是由气体造成的，还是由第二传感器的数据飘移等问题造成的，从而减少误报。
21.本发明还提供一种气体检测方法。所述检测气体检测方法至少包括：利用基于光电离子技术的第一传感器采集有机挥发性气体的第一气体数据；利用基于半导体技术的第二传感器采集有机挥发性气体的第二气体数据；利用相同时间点下采集的所述第一气体数据对所述第二气体数据进行校准。优选地，所述第一传感器按照第一时间周期进行检测工作，所述第二传感器按照第二时间周期进行检测工作，并且第二时间周期大于第一时间周期。
22.优选地，本发明提供的气体检测方法可以基于能够长时间工作的所述第二传感器对气体进行初步检测，并以间歇性工作的所述第一传感器对气体进行精确检测，并且本发明可以通过所述第一传感器采集的更为精确的有机挥发性气体的第一气体数据对所述第二传感器采集的有机挥发性气体的第二气体数据进行校准，从而在延长所述第一传感器的使用寿命的同时提升所述第二传感器采集的有机挥发性气体的第二气体数据的准确性，进而实现长期准确的气体检测。
23.本发明还提供一种voc气体检测装置。所述气体检测装置至少包括与处理模块分别连接的第一传感器和第二传感器。所述第一传感器基于光电离子技术采集有机挥发性气体的第一气体数据。所述第二传感器基于半导体技术采集有机挥发性气体的第二气体数据。所述第一传感器设置有若干电离能大小，以输出不同大小的电离能。所述处理模块按照使得所述第一气体数据与所述第二气体数据的误差处于期望误差范围的方式调节所述第一传感器的电离能大小。
24.优选地，本发明中涉及的voc可以是符合美国联邦环保署(epa)voc定义的挥发性有机化合物，具体可以是除co、co2、h2co3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外，任何参加大气光化学反应的碳化合物。
25.普通的光电离子气体传感器不能够分析出气体的类型，只能够根据预先确定要测量何种类型的气体后，再调节或者定制对应的电离能大小的光电离子气体传感器进行气体检测以获取相应类型气体的数据。优选地，本发明通过设置第一传感器和第二传感器对气体进行检测，并且本发明可以基于第二传感器采集的第二气体数据调整所述第一传感器的电离能大小，在保证检测准确的情况下，使得第一传感器总是以输出小于或等于当前气体被电离化所需的电离能的方式进行检测工作，从而降低第一传感器因长期高电离能运转而产生的寿命损耗，显著提升了第一传感器的使用寿命。
26.根据一种优选实施方式，所述处理模块通过记录第一传感器在不同电离能大小下的第一气体数据的方式采集所述电离能大小与所述第一气体数据之间的对应关系，从而判
断有机挥发性气体的气体类型及其气体浓度。
27.优选地，当检测的气体为混合气体时，本发明的处理模块能够基于第一传感器的电离能以及当前电离能确定的第一气体数据的变化情况，分析得出混合气体中的气体成分以及气体浓度，不需要根据待测气体的类型预先定制特定的pid传感器，使得voc气体检测装置的使用范围显著提升。
28.根据一种优选实施方式，所述第一传感器至少包括通过利用紫外光使得气体离子化的光照单元以及处理电离信号的检测单元。优选地，所述光照单元至少包括若干紫外灯。优选地，所述第一传感器响应于所述处理模块的控制调节所述光照单元中紫外灯的开启数量以调节电离能大小，使得所述检测单元检测不同电离能大小下的所述第一气体数据。
29.优选地，本发明可以通过启动不同数量和位置的紫外灯调节所述光照单元的电离能大小，并且以轮转法的方式驱动紫外灯运行，充分降低了光照单元中单独某个的紫外灯的运转时间，从而延长了光照单元中紫外灯的使用寿命，进而提升了第一传感器的使用寿命。
30.本发明还提供一种voc气体检测方法。所述voc气体检测方法至少包括：利用基于光电离子技术的第一传感器采集有机挥发性气体的第一气体数据；利用基于半导体技术的第二传感器采集有机挥发性气体的第二气体数据；按照使得所述第一气体数据与所述第二气体数据的误差处于期望误差范围的方式调节所述第一传感器的电离能；通过记录第一传感器在不同电离能下的第一气体数据的方式采集所述电离能大小与所述第一气体数据之间的对应关系，从而判断有机挥发性气体的气体类型及其气体浓度。优选地，所述第一传感器按照第一时间周期进行检测工作，所述第二传感器按照第二时间周期检测工作，其中，第二时间周期大于第一时间周期。
31.优选地，在本发明中第一传感器基于第一时间周期进行检测工作，相较于现有的pid传感器系统或装置，在相同时间的检测工作中，在保证检测准确的情况下，第一传感器的工作时间大幅度减少，并且第一传感器总是以提供小于或等于当前气体被电离化所需的电离能的方式进行检测工作，从时间和能量输出的角度减少第一传感器的损耗，从而延长了第一传感器的使用寿命。
32.本发明还能够基于第一传感器的电离能以及第一传感器在当前电离能下的第一气体数据的变化情况，分析得出气体成分以及气体浓度，不需要根据待测气体的类型预先定制特定的pid传感器，从而可以用于对混合气体中不同种类气体的识别和浓度检测。
附图说明
33.图1是本发明提供的一种优选实施方式的气体检测装置的简化示意图；
34.图2是本发明提供的一种优选实施方式的第一传感器的简化示意图；
35.图3是本发明提供的一种优选实施方式的光照单元的简化示意图。
36.附图标记列表
37.100：第一传感器；110：光照单元；111：第一灯阵列；112：第二灯阵列；113：第三灯阵列；114：第四灯阵列；120：检测单元；200：第二传感器；300：处理模块；400：进气口；500：输气泵。
具体实施方式
38.下面结合附图1至3进行详细说明。
39.实施例1
40.现有技术大多使用半导体传感器或pid传感器进行voc气体检测。半导体传感器中的气敏材料在高温下，其电阻值是随混合气体中的voc含量(浓度)变化而变化，通过测量气敏材料阻值(气敏电阻)从而间接获得voc含量(浓度)，但实际应用中，气敏电阻也会受到混合气体中的水分含量影响。
41.pid传感器基于光电离子技术，通过用高能紫外光电离有机气体，利用带电离子形成的电流，电流的大小反映了气体的浓度。pid光电离子气体传感器具有响应快、测量精确的优点，但是其缺点也十分明显，pid光电离子气体传感器造价昂贵，并且紫外线灯的使用寿命有限，持续启动pid光电离子气体传感器会导致其使用寿命显著降低。
42.本实施例提供了一种气体检测装置。优选地，气体检测装置至少包括：第一传感器100，第二传感器200和处理模块300。优选地，第一传感器100，其基于光电离子技术对有机挥发性气体进行检测，以采集第一气体数据。优选地，第二传感器200，其基于半导体技术对有机挥发性气体进行检测，以采集第二气体数据。用于处理数据的处理模块300至少能够基于由第一传感器100采集的第一气体数据以及由第二传感器200在相同时间点采集的第二气体数据构建校准模型，处理模块300基于校准模型对第二传感器200实时采集的第二气体数据进行校准，从而得出气体检测装置对有机挥发性气体的检测结果。优选地，第一气体数据与第二气体数据至少包括气体浓度数值。
43.参见图1，优选地，气体检测装置可以包括进气口400、输气泵500、第一传感器100、第二传感器200和处理模块300。优选地，第一传感器100和第二传感器200设置在进气口400和输气泵500之间，并且通过输气管道连接。在输气泵500的作用下，待检测的气体从进气口400沿输气管道经过第一传感器100和第二传感器200进行检测。
44.优选地，图1中示出的气体检测装置中第一传感器100和第二传感器200的位置可以交换。优选地，待检测的气体可以先通过第一传感器100再通过第二传感器200，也可以先通过第二传感器200再通过第一传感器100，还可以通过设置分流通道、单独进气通道的方式使得待检测的气体分别进入第一传感器100和第二传感器200。优选地，第一传感器100和第二传感器200对气体的检测既可以是串联进行的也可以是并联进行的。
45.优选地，处理模块300可以是电脑等智能处理设备，以及诸如逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器，或是被配置为以定义的方式响应并执行指令来实现期望的结果的任意其他装置或装置的组合。
46.优选地，第二传感器200可以是基于半导体技术对有机挥发性气体进行检测的半导体气体传感器。半导体气体传感器通过检测高温条件下气敏材料的电阻值变化获得气体浓度及种类。
47.优选地，第一传感器100可以是基于光电离子技术对有机挥发性气体进行检测的pid传感器。优选地，pid传感器包括紫外光源和检测器。紫外光源用于发出能量使待测气体离子化。有机挥发性气体在紫外光源的激发下产生正、负离子，从而被检测器轻易地探测到。当气体分子吸收紫外光源辐射的高能紫外线时就产生电离，分子在这种激发下产生负
电子并形成正离子，这些电离的微粒经过检测器产生电流，电流的大小反映了气体的浓度。
48.第一传感器100采用的pid光电离子气体传感器具有响应快、测量精确的优点，但是其缺点也十分明显，pid光电离子气体传感器造价昂贵，并且紫外线灯的使用寿命有限，持续启动pid光电离子气体传感器会导致其使用寿命显著降低。第二传感器200采用的半导体气体传感器使用寿命长，但其气敏材料的高温使用条件，使得第二传感器200容易受到气体中水分的干扰，并且随着使用时长的增加，第二传感器200还会出现数据飘移的情况，使得第二传感器200检测数据的误差增大。
49.优选地，本实施例提供的气体检测装置通过融合基于光电离子技术的第一传感器100和基于半导体技术的第二传感器200对气体进行检测。基于光电离子技术的第一传感器100其检测精度相较于基于半导体技术的第二传感器200更高，对有机挥发性气体的检测结果更准确，但是第一传感器100受限于其紫外线灯的使用寿命，难以进行长期的气体检测。基于半导体技术的第二传感器200相较于基于光电离子技术的第一传感器100其使用寿命长，并且可以连续工作，进行长期的气体检测，但是其检测结果会产生飘移，并且容易受到温度等环境因素的干扰。本实施例融合了基于光电离子技术的第一传感器100和基于半导体技术的第二传感器200，其中，第二传感器200持续工作，第一传感器100间歇性工作。优选地，本实施例通过使第一传感器100间歇性工作，降低了第一传感器100的使用频率，从而延长了第一传感器100的使用寿命。并且本实施例能够基于由第一传感器100采集的第一气体数据以及由第二传感器200在相同时间点采集的第二气体数据构建校准模型，再通过校准模型对第二传感器200实时采集的第二气体数据进行校准，从而实现长期准确的气体检测。
50.优选地，第一传感器100按照第一时间周期进行检测工作，第二传感器200按照第二时间周期进行检测工作，第二时间周期大于第一时间周期。
51.优选地，第一传感器100在第二传感器200的一个第二时间周期内以第一时间周期间歇性进行检测工作，第二传感器200在一个第二时间周期内持续性进行检测工作。
52.优选地，第二时间周期的时长可以是第一时间周期时长的一倍以上，即，在第二时间周期内第一传感器100可以进行至少一次时长为第一时间周期的第一气体数据采集工作。优选地，第一传感器100进行一次时长为第一时间周期的第一气体数据采集后可以进入休眠直至下一次第一气体数据的采集。
53.优选地，第二时间周期内可以包括若干第一时间周期。优选地，在一个第二时间周期内，第一传感器100可以按照在一个第一时间周期内采集第一气体数据然后休眠一个第一时间周期再进行一个第一时间周期的第一气体数据采集的方式间歇性进行检测工作。优选地，在一个第二时间周期内，第一传感器100可以在首个第一时间周期内采集第一气体数据，在后续第一时间周期内休眠，直至气体检测装置进入新的第二时间周期。
54.优选地，在第二时间周期内，第二传感器200的采集数据不会漂移或者漂移在预设范围内。
55.优选地，在第二时间周期的首个第一时间周期中，处理模块300可以获取第一传感器100采集的第一气体数据和第二传感器200采集的第二气体数据，并根据首个第一时间周期内的第一气体数据和第二气体数据构建校准模型。优选地，校准模型可以将第二气体数据调整至与第一数据数值相同或相近。在第二时间周期的剩余时间中，处理模块300可以利用校准模型对第二传感器200采集的第二气体数据进行校准，使得校准后的第二气体数据
准确度接近第一传感器100采集的第一气体数据。
56.在新的第二时间周期中，处理模块300可以获取首个第一时间周期内第一传感器100采集的第一气体数据和第二传感器200采集的第二气体数据对校准模型进行更新，并利用更新后的校准模型对第二时间周期剩余时间内第二传感器200采集的第二气体数据进行校准。
57.优选地，处理模块300也可以在第一传感器100工作的第一时间周期内获取第一传感器100采集的第一气体数据和第二传感器200采集的第二气体数据构建或更新校准模型，并在第一传感器100休眠时利用构建或更新的校准模型对第二传感器200采集的第二气体数据进行校准。例如，当第一时间周期为一天、第二时间周期为一周时，第一传感器100可以仅在周一采集第一气体数据，第二传感器200可以在周一到周日持续采集第二气体数据。处理模块300可以获取第一传感器100在周一采集的第一气体数据和第二传感器200在周一采集的第二气体数据构建校准模型，并利用校准模型对第二传感器200在周二至周日采集的第二气体数据进行校准。进入第二周后，由于第二传感器200的数据飘移，在先构建的校准模型可能已经失效，处理模块300需要获取第一传感器100在第二周周一采集的第一气体数据和第二传感器200在第二周周一采集的第二气体数据对校准模型进行更新。
58.优选地，本实施例的第一传感器100基于第一时间周期进行检测工作，相较于现有的pid传感器系统或装置，在相同时间的检测工作中，在保证检测准确的情况下，第一传感器100(pid传感器)的工作时间大幅度减少，显著提升了第一传感器100的使用寿命。
59.优选地，处理模块300可以获取第一传感器100采集的第一气体数据并获取第二传感器200在第一传感器100采集第一气体数据的时间点下采集的第二气体数据以构建校准模型。优选地，处理模块300可以基于相同采集时间点下的第一气体数据和第二气体数据构建校准模型。优选地，处理模块300可以基于相同采集时间点下的第一气体数据和第二气体数据的差异建立校准模型，再利用校准模型对第二传感器200采集的第二气体数据进行校准。
60.优选地，处理模块300获取第二传感器200采集的第二气体数据与第一传感器100采集的更为准确的第一气体数据的差值，并利用该差值对第二传感器200后续采集的第二气体数据的误差进行补偿，从而在仅使用第二传感器200采集第二气体数据的情况下，获取更较为准确的检测结果。
61.优选地，第一传感器100在第二传感器200的一个第二时间周期内以第一时间周期间歇性进行检测工作，第二传感器200在一个第二时间周期内持续性进行检测工作。优选地，当第一传感器100采集第一气体数据时，处理模块300对校准模型进行更新。优选地，处理模块300对校准模型的更新为在第一传感器100采集第一气体数据时获取相同时间点第二传感器200采集的第二气体数据，从而对第一气体数据与第二气体数据的差值进行更新，从而消除因第二传感器200的数据飘移等问题而产生的误差，避免气体检测装置的检测结果失真。
62.优选地，第一传感器100间歇性采集第一气体数据，第二传感器200实时采集第二气体数据。优选地，处理模块300还能够连续获取第二传感器200采集的第二气体数据。优选地，处理模块300还能够以响应于第二气体数据变化的方式调整第一传感器100的启停。
63.优选地，在已构建出校准模型的情况下，处理模块300可以在第一传感器100休眠
时，响应于经校准模型校准后的第二气体数据的特征变化唤醒第一传感器100。
64.优选地，本实施例可以通过减少第一传感器100的工作时长的方式延长第一传感器100的使用寿命。优选地，在进行气体检测时，本实施例可以通过持续工作的第二传感器200检测环境中气体的第二气体数据，并且在环境中气体的第二气体数据经校准模型校准后出现特征变化时，启动第一传感器100来获得能够更加准确反映此时环境中气体性质的第一气体数据。
65.优选地，当本实施例提供的气体检测装置用于安全监测、气体泄漏预警等领域时，处理模块300能够连续获取第二传感器200采集的第二气体数据并利用校准模型对第二气体数据进行校准，从而得到经校准模型校准后的第二气体数据与检测时间相关的变化曲线，处理模块300还能够基于经校准模型校准后的第二气体数据变化曲线出现的特征变化调整第一传感器100的启停。
66.优选地，处理模块300可以通过第二传感器200进行常态化监测。在经校准模型校准后的第二气体数据出现突变或者突破预设阈值等特征变化时，处理模块300可以启用第一传感器100进行检测，以确定第二气体数据的异常变化是否由气体造成。
67.在利用第二传感器200进行气体检测时，可能由于半导体传感器的数据飘移等情况，导致处理模块300通过第二传感器200采集的第二气体数据因测量误差超过预设阈值，从而触发预警，引发预警误报。优选地，在本实施例中，处理模块300可以在第二传感器200采集的第二气体数据超过预设阈值的情况下启用第一传感器100进行气体检测，以获取结果更为准确的第一气体数据，从而确定环境中的气体处于安全范围内。此外，由于第二传感器200采集的第二气体数据容易因为数据飘移等原因出现误差，因此，若直接使用第二传感器200采集的第二气体数据触发第一传感器100进行气体检测，使得检测准确性较低。优选地，本实施例利用校准模型对第二气体数据进行校准，通过校准后的第二气体数据触发第一传感器100，从而提高了唤醒时机的准确性。优选地，本实施例通过经校准模型校准后的第二气体数据调整第一传感器100的启停，不仅可以通过减少第一传感器100的工作时长的方式延长第一传感器100的使用寿命，而且在进行气体检测时，本实施例可以通过在环境中气体的经校准模型校准后的第二气体数据出现特征变化时，启动第一传感器100来获得能够更加准确反映此时环境中气体性质的第一气体数据，从而减少误报。
68.实施例2
69.本实施例提供一种气体检测方法。检测气体检测方法至少包括：利用基于光电离子技术的第一传感器100采集有机挥发性气体的第一气体数据；利用基于半导体技术的第二传感器200采集有机挥发性气体的第二气体数据；利用相同时间点下采集的第一气体数据对第二气体数据进行校准。优选地，第一传感器100按照第一时间周期进行检测工作，第二传感器200按照第二时间周期进行检测工作，并且第二时间周期大于第一时间周期。优选地，第一气体数据与第二气体数据至少包括气体浓度数值。
70.优选地，本实施例提供的气体检测方法可以基于能够长时间工作的第二传感器200对气体进行初步检测，并以间歇性工作的第一传感器100对气体进行精确检测，并且本实施例可以通过第一传感器100采集的更为精确的有机挥发性气体的第一气体数据对第二传感器200采集的有机挥发性气体的第二气体数据进行校准，从而在延长第一传感器100的使用寿命的同时提升第二传感器200采集的有机挥发性气体的第二气体数据的准确性，进
而实现长期准确的气体检测。
71.第一传感器100采用的pid光电离子气体传感器具有响应快、测量精确的优点，但是其缺点也十分明显，pid光电离子气体传感器造价昂贵，并且紫外线灯的使用寿命有限，持续启动pid光电离子气体传感器会导致其使用寿命显著降低。第二传感器200采用的半导体气体传感器使用寿命长，但其气敏材料的高温使用条件，使得第二传感器200容易受到气体中水分的干扰，并且随着使用时长的增加，第二传感器200还会出现数据飘移的情况，使得第二传感器200检测数据的误差增大。
72.优选地，本实施例可以获取由第一传感器100采集的第一气体数据并获取由第二传感器200在第一传感器100采集第一气体数据的时间点下采集的第二气体数据以构建校准模型。优选地，本实施例可以基于相同采集时间点下的第一气体数据和第二气体数据的差异构建校准模型，并通过校准模型对第二传感器200采集的第二气体数据进行校准。
73.优选地，校准模型对第二传感器200采集的第二气体数据的校准方式可以是获取相同采集时间点下第二传感器200采集的第二气体数据与第一传感器100采集的更为准确的第一气体数据的差值，并利用该差值对第二传感器200后续采集的第二气体数据的误差进行补偿，从而在仅使用第二传感器200采集第二气体数据的情况下，获取更较为准确的检测结果。
74.优选地，在本实施例中，第一传感器100在第二传感器200的一个第二时间周期内以第一时间周期间歇性进行检测工作，第二传感器200在一个第二时间周期内持续性进行检测工作。优选地，当第一传感器100采集第一气体数据时，本实施例在第一传感器100采集第一气体数据时获取相同时间点第二传感器200采集的第二气体数据，从而对第一气体数据与第二气体数据的差值进行更新，从而消除因第二传感器200的数据飘移等问题而产生的误差。
75.优选地，第一传感器100间歇性采集第一气体数据，第二传感器200实时采集第二气体数据。优选地，本实施例还能够连续获取第二传感器200采集的第二气体数据，从而得到第二气体数据与检测时间相关的变化曲线。优选地，本实施例还能够基于变化曲线调整第一传感器100的启停。
76.优选地，本实施例可以通过减少第一传感器100的工作时长的方式延长第一传感器100的使用寿命。优选地，在进行气体检测时，本实施例可以通过持续工作的第二传感器200检测环境中气体的第二气体数据，并且在环境中气体的第二气体数据出现特征变化时，启动第一传感器100来获得能够更加准确反映此时环境中气体性质的第一气体数据。
77.优选地，本实施例可以通过第二传感器200进行常态化监测。在第二传感器200采集的第二气体数据出现突变或者突破预设阈值等异常变化时，本实施例可以启用第一传感器100进行检测，以确定第二气体数据的异常变化是否由气体造成。
78.实施例3
79.本实施例提供一种voc气体检测装置。气体检测装置至少包括与处理模块300分别连接的第一传感器100和第二传感器200。第一传感器100基于光电离子技术采集有机挥发性气体的第一气体数据。第二传感器200基于半导体技术采集有机挥发性气体的第二气体数据。第一传感器100设置有若干电离能大小，以输出不同大小的电离能。处理模块300按照使得第一气体数据与第二气体数据的误差处于期望误差范围的方式调节第一传感器100的
电离能大小。
80.此外，普通的光电离子气体传感器不能够分析出气体的类型，只能够根据预先确定要测量何种类型的气体后，再调节或者定制对应的电离能大小的光电离子气体传感器进行气体检测以获取相应类型气体的数据。优选地，本实施例通过设置第一传感器100和第二传感器200对气体进行检测，并且本实施例可以基于第二传感器200采集的第二气体数据调整第一传感器100的电离能大小，在保证检测准确的情况下，使得第一传感器100总是以输出小于或等于当前气体被电离化所需的电离能的方式进行检测工作，从而降低第一传感器100因长期高电离能运转而产生的寿命损耗，显著提升了第一传感器100的使用寿命。
81.优选地，处理模块300通过记录第一传感器100在不同电离能大小下的第一气体数据的方式获取电离能大小与第一气体数据之间的对应关系，从而判断有机挥发性气体的气体类型及其气体浓度。
82.优选地，当检测的气体为混合气体时，本实施例的处理模块300能够基于第一传感器100的电离能以及当前电离能确定的第一气体数据的变化情况，分析得出混合气体中的气体成分以及气体浓度，不需要根据待测气体的类型预先定制特定的pid传感器，使得voc气体检测装置的使用范围显著提升。
83.参见图2，优选地，第一传感器100至少包括通过利用紫外光使得气体离子化的光照单元110以及处理电离信号的检测单元120。优选地，光照单元110至少包括若干紫外灯。优选地，第一传感器100响应于处理模块300的控制调节光照单元110中紫外灯的开启数量以调节电离能大小，使得检测单元120检测不同电离能大小下的第一气体数据。
84.优选地，本实施例可以通过启动不同数量和位置的紫外灯调节光照单元110的电离能大小，并且以轮转法的方式驱动紫外灯运行，充分降低了光照单元110中单独某个的紫外灯的运转时间，从而延长了光照单元110中紫外灯的使用寿命，进而提升了第一传感器100的使用寿命。
85.参见图3，优选地，光照单元110可以包括均匀分布的第一灯阵列111、第二灯阵列112、第三灯阵列113以及第四灯阵列114。优选地，光照单元110单独启用其中某一个灯阵列为一级电离能，启动两个灯阵列为二级电离能，启动三个灯阵列为三级电离能，启动四个灯阵列为四级电离能。优选地，光照单元110可以通过调整灯阵列的数量调整电离能大小。优选地，光照单元110的电离能大小随着光照单元110启动灯阵列数量的增加而增加。
86.优选地，处理模块300可以基于轮转法调用光照单元110中的第一灯阵列111、第二灯阵列112、第三灯阵列113和第四灯阵列114的发光方式，以使得光照单元110的每个阵列中的紫外灯的平均工作时长相同。优选地，第一灯阵列111、第二灯阵列112、第三灯阵列113和第四灯阵列114按照顺序排列，在一个周期内，顺次让其中某个序列执行一个电离能级测量所需的时间，然后将其顺次排在队列末尾，例如，在一个周期内，一级电离能调用第一灯阵列111，测量完成后需要调用二级电离能，此时将第一灯阵列111排至第四灯阵列114后，并同时调用第二灯阵列112、第三灯阵列113，若还需调用三级电离能，先将第二灯阵列112、第三灯阵列113排列至第一灯阵列111后，然后调用第四灯阵列114、第一灯阵列111、第二灯阵列112，若当前电离能级满足需求，则停止测量，并将第四灯阵列114、第一灯阵列111、第二灯阵列112排列在第三灯阵列113后，下一个周期调用灯阵列时，按照当前排列顺序进行调用。
87.优选地，当第一气体数据与第二气体数据在期望误差之内时，表明第一传感器100当前的电离能级能够对混合气体中的所有气体进行离子化。处理模块300对于第一传感器100每一个电离能级测量出的第一气体数据的变化进行分析，以区分能够被对应的电离能级离子化的气体类型，并基于气体浓度数值变化得出对应气体的浓度。
88.pid传感器的检测精度高，半导体传感器使用寿命长，并且可以连续工作，本实施例采用两种传感器融合的方式，使半导体传感器持续工作，pid传感器间歇工作。
89.本实施例采用两种传感器融合的方式还能够增加气体测量的选择性。在检测难离子化气体，如甲醛的测量：因为voc气体紫外线灯离子化需要一定的电子电位，但是部分气体如甲醛的电离能非常高，pid紫外灯难以离子化，pid传感器没有读数，但是半导体传感器会有明显读数，故而可以将两者信号融合，采用不同能量的紫外灯，可以用以区分多种气体。
90.本实施例采用两种传感器融合的方式可以增加pid使用寿命：半导体传感器持续工作可以检测环境中各种voc气体的变化情况，当voc气体出现明显异常值时，如超过警戒值时，启动pid传感器来获得此时环境中voc气体的准确读数。
91.本实施例采用两种传感器融合的方式还可以对半导体传感器读数校准，解决半导体传感器的基线漂移问题：pid传感器间歇工作模式，如一个小时，工作五分钟，利用这五分钟的数据可以校准半导体传感器的读数，解决半导体传感器中典型的问题，如基线漂移问题等。
92.实施例4
93.本实施例提供一种voc气体检测方法。voc气体检测方法至少包括：利用基于光电离子技术的第一传感器100采集有机挥发性气体的第一气体数据；利用基于半导体技术的第二传感器200采集有机挥发性气体的第二气体数据；按照使得第一气体数据与第二气体数据的误差处于期望误差范围的方式调节第一传感器100的电离能；通过记录第一传感器100在不同电离能下的第一气体数据的方式获取电离能大小与第一气体数据之间的对应关系，从而判断有机挥发性气体的气体类型及其气体浓度。优选地，第一传感器100按照第一时间周期进行检测工作，第二传感器200按照第二时间周期检测工作，其中，第二时间周期大于第一时间周期。
94.优选地，在本实施例中第一传感器100基于第一时间周期进行检测工作，相较于现有的pid传感器系统或装置，在相同时间的检测工作中，在保证检测准确的情况下，第一传感器100的工作时间大幅度减少，并且第一传感器100总是以提供小于或等于当前气体被电离化所需的电离能的方式进行检测工作，从时间和能量输出的角度减少第一传感器100的损耗，从而延长了第一传感器100的使用寿命。
95.本实施例还能够基于第一传感器100的电离能以及第一传感器100在当前电离能下的第一气体数据的变化情况，分析得出气体成分以及气体浓度，不需要根据待测气体的类型预先定制特定的pid传感器，从而可以用于对混合气体中不同种类气体的识别和浓度检测。
96.优选地，本实施例通过记录第一传感器100在不同电离能大小下的第一气体数据的方式获取电离能大小与第一气体数据之间的对应关系，从而判断有机挥发性气体的气体类型及其气体浓度。
97.优选地，当检测的气体为混合气体时，本实施例能够基于第一传感器100的电离能以及当前电离能确定的第一气体数据的变化情况，分析得出混合气体中的气体成分以及气体浓度，不需要根据待测气体的类型预先定制特定的pid传感器，使得voc气体检测装置的使用范围显著提升。
98.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

技术特征：
1.一种气体检测装置，其特征在于，所述气体检测装置至少包括：第一传感器(100)，其基于光电离子技术对有机挥发性气体进行间歇性检测，以采集第一气体数据；第二传感器(200)，其基于半导体技术对有机挥发性气体进行连续检测，以采集第二气体数据。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一传感器(100)按照第一时间周期进行检测工作，所述第二传感器(200)按照第二时间周期进行检测工作，其中，所述第二时间周期大于所述第一时间周期；所述第一传感器(100)在所述第二传感器(200)的一个第二时间周期内以第一时间周期间歇性进行检测工作，所述第二传感器(200)在一个第二时间周期内持续性进行检测工作，从而减少所述第一传感器(100)的工作时长，以延长其使用寿命。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述气体检测装置至少包括用于处理数据的处理模块(300)；所述处理模块(300)至少能够基于所述第一气体数据以及在相同时间点采集的所述第二气体数据得出所述第二传感器(200)与所述第一传感器(100)的差异；所述处理模块(300)基于所述差异对所述第二传感器(200)实时采集的所述第二气体数据进行校准，使得所述第二传感器(200)实时采集的所述第二气体数据能够接近通过所述第一传感器(100)采集的所述第一气体数据。4.根据权利要求1～3任一项所述的系统，其特征在于，所述处理模块(300)还能够连续获取所述第二传感器(200)采集的第二气体数据，并且所述处理模块(300)还能够以响应于所述第二气体数据变化的方式调整所述第一传感器(100)的启停，从而通过减少所述第一传感器(100)的工作时长的方式延长所述第一传感器(100)的使用寿命。5.根据权利要求1～4任一项所述的系统，其特征在于，所述第一传感器(100)至少包括通过利用紫外光使得气体离子化的光照单元(110)，其中，所述光照单元(110)至少包括若干紫外灯；所述第一传感器(100)响应于所述处理模块(300)的控制调节所述光照单元(110)中紫外灯的开启数量以调节电离能大小，使得所述第一传感器(100)总是以输出小于或等于当前气体被电离化所需的电离能的方式进行检测工作。6.一种气体检测方法，其特征在于，所述检测气体检测方法至少包括：利用基于光电离子技术的第一传感器(100)采集有机挥发性气体的第一气体数据；利用基于半导体技术的第二传感器(200)采集有机挥发性气体的第二气体数据；其中，所述第一传感器(100)按照第一时间周期进行检测工作，所述第二传感器(200)按照第二时间周期进行检测工作，并且所述第二时间周期大于所述第一时间周期；利用相同时间点下采集的所述第一气体数据对所述第二气体数据进行校准。7.一种voc气体检测装置，其特征在于，所述气体检测装置至少包括分别与处理模块(300)连接的第一传感器(100)和第二传感器(200)；所述第一传感器(100)基于光电离子技术采集有机挥发性气体的第一气体数据；所述第二传感器(200)基于半导体技术采集有机挥发性气体的第二气体数据；所述第一传感器(100)能够输出不同大小的电离能；
所述处理模块(300)按照使得所述第一气体数据与所述第二气体数据的误差处于期望误差范围的方式调节所述第一传感器(100)的电离能大小。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理模块(300)通过记录第一传感器(100)在不同电离能大小下的第一气体数据的方式获取所述电离能大小与所述第一气体数据之间的对应关系，从而判断有机挥发性气体的气体类型及其气体浓度。9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述第一传感器(100)至少包括通过利用紫外光使得气体离子化的光照单元(110)以及处理电离信号的检测单元(120)；所述光照单元(110)至少包括若干紫外灯；所述第一传感器(100)响应于所述处理模块(300)的控制调节所述光照单元(110)中紫外灯的开启数量以调节电离能大小，使得所述检测单元(120)检测不同电离能大小下的所述第一气体数据。10.一种voc气体检测方法，其特征在于，所述voc气体检测方法至少包括：利用基于光电离子技术的第一传感器(100)采集有机挥发性气体的第一气体数据；利用基于半导体技术的第二传感器(200)采集有机挥发性气体的第二气体数据；按照使得所述第一气体数据与所述第二气体数据的误差处于期望误差范围的方式调节所述第一传感器(100)的电离能；通过记录第一传感器(100)在不同电离能下的第一气体数据的方式获取所述电离能大小与所述第一气体数据之间的对应关系，从而判断有机挥发性气体的气体类型及其气体浓度；其中，所述第一传感器(100)按照第一时间周期进行检测工作，所述第二传感器(200)按照第二时间周期检测工作，其中，所述第二时间周期大于所述第一时间周期。

技术总结
本发明涉及一种气体检测装置及方法。气体检测装置至少包括：第一传感器，其基于光电离子技术对有机挥发性气体进行间歇性检测，以采集第一气体数据；第二传感器，其基于半导体技术对有机挥发性气体进行连续检测，以采集第二气体数据。本发明融合了第一传感器和第二传感器，并且通过使第一传感器间歇性工作，降低了第一传感器的使用频率，从而延长了第一传感器的使用寿命。用于处理数据的处理模块至少能够基于第一气体数据以及在相同时间点采集的第二气体数据构建校准模型，处理模块基于校准模型对第二传感器实时采集的第二气体数据进行校准，从而得出气体检测装置对有机挥发性气体的检测结果。的检测结果。的检测结果。


技术研发人员：周清峰 廖树伟 万竹桉
受保护的技术使用者：艾感科技（广东）有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/7