阅读说明：本技术 一种氧气浓度传感器响应速度提升方法 (Method for improving response speed of oxygen concentration sensor ) 是由 王远 何子军 陈焱焱 汪兰兰 马祖长 孙怡宁 高理升 许杨 王翔 于 2019-12-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氧气浓度传感器响应速度提升方法,用于提升氧气传感器测量响应速度,依据氧气传感器的阶跃响应特性,基于一个二阶微分函数算法来修正氧气浓度传感器输出信号,对氧气浓度传感器信号响应进行动态补充,进而提升测量系统中氧气浓度传感器响应时间速度。该方法利用数字软件方式提升了氧气浓度传感器的响应速度,为氧气浓度实时性测量提供了重要的技术支撑。(The invention discloses a method for improving the response speed of an oxygen concentration sensor, which is used for improving the measurement response speed of the oxygen sensor, correcting an output signal of the oxygen concentration sensor based on a second order differential function algorithm according to the step response characteristic of the oxygen sensor, dynamically supplementing the signal response of the oxygen concentration sensor and further improving the response time speed of the oxygen concentration sensor in a measurement system. The method utilizes a digital software mode to improve the response speed of the oxygen concentration sensor and provides important technical support for the real-time measurement of the oxygen concentration.)

一种氧气浓度传感器响应速度提升方法

技术领域

本发明涉及氧气传感器的技术领域，具体涉及一种氧气浓度传感器响应速度提升方法。

背景技术

随着科学技术的发展，氧传感器的发展和应用得到发展，氧气的分析测定广泛应用于实验室、生物学、医学、汽车制造、化工、能源等许多领域。但目前现有的氧气传感器大都是电化学传感器，响应时间较长，无法满足在线实时浓度获取的需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供了一种氧气浓度传感器响应速度提升方法，解决响应时间较长问题。

本发明采用的技术方案为：一种氧气浓度传感器响应速度提升方法，根据现有氧气浓度传感器的阶跃响应特性，基于一阶、二阶微分函数，构建了一个氧气浓度的修正函数，从而提升氧气浓度输出的响应速度。

进一步地，所述的氧气浓度传感器的修正函数可描述如下：

K₁＝τ/3

K₂＝τ/2

其中，Z(t)为修正后的氧气浓度输出，γ(t)为修正前氧气传感器输出，K₁、K₂为常数，τ为传感器阶跃响应时间常数，可通过对传感器进行阶跃响应测试获得。

进一步地，所述的阶跃响应时间常数测试方法如下：

(1)现有氧气传感器浓度从0变化到γ_f的阶跃响应特性可表示为：

γ(t)＝γ_f(1-e^-kt)

(2)测量传感器输出浓度变化值的10％到90％的时间为T_10-90，则可知响应时间常数τ：

从而获得

本发明的有益效果：

(1)本发明在传统的氧气传感器测量基础上，引入了浓度修正函数，补偿氧气浓度响应速度造成的误差，通过数字软件提升氧气传感器的响应速度，降低实时氧浓度分析的误差。

(2)本发明所建立模型为提升气体传感器响应速度提供了参考。

附图说明

图1是本发明快速氧浓度获取方法示意图；

图2是氧气传感器的阶跃响应特性；

图3是修正函数里K₂不同取值对应的补充效果。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施作进一步详细的说明。

目前市面上现有的氧气浓度分析传感器大都是电化学原理，反应时间在百毫秒以上，无法满足一些实时动态氧气浓度检测应用场景的需求，为此本发明利用氧气浓度传感器的阶跃响应特性，如图1所示，构建了一个包含一阶和二阶微分的修正函数，可补偿反应延迟对检测造成的误差，提升氧气实时检测的准确性，具体的方法和步骤如下：

首先氧气浓度传感器的阶跃响应特性可以用下面的单指数函数很好的拟合，如图2所示，其中虚线为实测的氧气传感器阶跃响应，实线为函数拟合曲线。

γ(t)＝γ_f(1-e^-kt) (1)

其中可以k可以从实测曲线中直接获得：

然后利用一阶微分和二阶微分构建了一个修正函数，用于修正传感器浓度输出：

其中：

将(4)、(5)代入修正函数(3)可得到：

Z(t)＝-(kK₁-1)(kK₂-1)γ_fe^-kt+γ_f (6)

令K₁＝τ/3，K₂取0.1τ、0.3τ、0.5τ、0.8τ、τ、1.2τ后对应的修正后的阶跃响应特性曲线如图3所示，可见本修正函数可以明显的提升氧气传感器的阶跃响应特性，K₂取0.5τ时，可以明显提升氧气的动态响应特性。因此，说明在氧气浓度测试过程中，可以用公式(3)进行氧气浓度修正，提升氧气实时响应速度。