本發(fā)明屬于顯色傳感檢測和計(jì)算領(lǐng)域，更具體而言，本發(fā)明涉及一種基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法。
背景技術(shù)：
1、氣敏傳感器可對(duì)某種目標(biāo)氣體進(jìn)行定性或定量分析，已經(jīng)在環(huán)境監(jiān)測、食品安全、疾病診斷等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，比如cn201110195804.8公開了一種丙酮?dú)饷魝鞲衅鳎梢员O(jiān)測并預(yù)警特定環(huán)境中丙酮?dú)怏w的富集，防止丙酮?dú)怏w中毒的發(fā)生，cn201510332334.3公開了一種鋯基安培型三電極片式no氣敏傳感器，可以在室內(nèi)室外環(huán)境、汽車尾氣以及工業(yè)生產(chǎn)等場景下響應(yīng)ppb級(jí)nox氣體濃度。氣敏傳感器根據(jù)原理主要有電化學(xué)氣敏、半導(dǎo)體氣敏、光學(xué)氣敏等。響應(yīng)靈敏度是傳感器件的重要參數(shù)，它反映了傳感器對(duì)被測量變化的敏感程度。電化學(xué)氣敏、半導(dǎo)體氣敏是通過氣敏材料與目標(biāo)氣體相互作用引起電信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)目標(biāo)氣體探測，其響應(yīng)靈敏度可以根據(jù)電阻、電流等電信號(hào)參數(shù)在響應(yīng)前后的變化值計(jì)算得出。
2、對(duì)于光學(xué)比色型指示器件的響應(yīng)靈敏度，尚沒有統(tǒng)一的定義。有學(xué)者將比色型指示器件響應(yīng)前后的色差δe作為響應(yīng)指標(biāo)，亦有學(xué)者將srgb(顏色參數(shù)r、g、b的相對(duì)變化率)作為指示器件靈敏度指標(biāo)，還有人嘗試建立了指示器件顏色色相h與ph之間的函數(shù)模型，并將δh/δph定義為指示器件靈敏度。
3、上述的基于顏色表觀參數(shù)的響應(yīng)度量方法存在誤差大、科學(xué)性不強(qiáng)的缺點(diǎn)。因此，構(gòu)建一種非顏色表觀指標(biāo)的響應(yīng)靈敏度度量方法對(duì)于光學(xué)比色型指示器件的開發(fā)及應(yīng)用具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法。該方法為一種基于非顏色表觀指標(biāo)的響應(yīng)靈敏度度量評(píng)價(jià)方法，解決目前光學(xué)比色型指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)科學(xué)性不強(qiáng)、準(zhǔn)確性不足等制約其開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵問題。
2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
3、第一方面，提供基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，包括：
4、對(duì)固定濃度的目標(biāo)氣體進(jìn)行比色器的模擬響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測氣體動(dòng)態(tài)；以時(shí)間t為自變量，光度指標(biāo)y為響應(yīng)因變量，建立響應(yīng)-時(shí)間函數(shù)模型y＝f(t)；
5、利用響應(yīng)-時(shí)間函數(shù)模型y＝f(t)計(jì)算獲得響應(yīng)時(shí)間tr；比較響應(yīng)時(shí)間tr，評(píng)價(jià)指示器件的響應(yīng)靈敏度；
6、對(duì)不同濃度下的目標(biāo)氣體進(jìn)行比色器的模擬響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測氣體動(dòng)態(tài)；以目標(biāo)氣體的濃度c為自變量，光度指標(biāo)y’為響應(yīng)因變量，建立響應(yīng)-濃度函數(shù)模型y’＝f(c)；
7、利用響應(yīng)-濃度函數(shù)模型y’＝f(c)計(jì)算獲得響應(yīng)濃度cr；比較響應(yīng)濃度cr和參考閾值范圍；通過調(diào)控比色指示器件的靈敏度調(diào)控因子，使得其響應(yīng)濃度cr落入?yún)⒖奸撝捣秶校杂糜诒壬甘尽?/p>
8、在一種可能實(shí)現(xiàn)的方式中，所述對(duì)固定濃度的目標(biāo)氣體進(jìn)行比色器的模擬響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測氣體動(dòng)態(tài)的方法包括：
9、將比色指示器件置于填裝有固定濃度的目標(biāo)氣體的比色皿中；
10、利用分光光度計(jì)在比色指示器響應(yīng)前的最大吸收波長下掃描，記錄時(shí)間和對(duì)應(yīng)時(shí)間的吸光度aλi；
11、利用分光光度計(jì)在比色指示器響應(yīng)后的最大吸收波長下掃描，記錄時(shí)間和對(duì)應(yīng)時(shí)間的吸光度aλr。
12、在一種可能實(shí)現(xiàn)的方式中，所述光度指標(biāo)y＝aλr/aλi，其中aλr和aλi為同一時(shí)間指示器件在最大吸收波長下的吸光度。
13、進(jìn)一步，所述比色指示器響應(yīng)前后分別為比色指示器變色前后的狀態(tài)。
14、進(jìn)一步，所述響應(yīng)-時(shí)間函數(shù)模型y＝f(t)的函數(shù)模型包括boltzmann模型、doseresp模型、邏輯回歸模型和sweibull模型。
15、優(yōu)選的，所述響應(yīng)-時(shí)間函數(shù)模型y＝f(t)的函數(shù)模型為boltzmann模型。
16、進(jìn)一步，所述響應(yīng)-濃度函數(shù)模型包括boltzmann模型、doseresp模型、邏輯回歸模型和sweibull模型。
17、優(yōu)選的，所述響應(yīng)-濃度函數(shù)模型為boltzmann模型。
18、在一種可能實(shí)現(xiàn)的方式中，所述利用響應(yīng)-時(shí)間函數(shù)模型y＝f(t)計(jì)算獲得響應(yīng)時(shí)間tr的方法包括：
19、令y＝1，通過y＝f(t)計(jì)算出的時(shí)間即為響應(yīng)時(shí)間tr。
20、在一種可能實(shí)現(xiàn)的方式中，所述對(duì)不同濃度下的目標(biāo)氣體進(jìn)行比色器的模擬響應(yīng)實(shí)驗(yàn)的方法，監(jiān)測氣體動(dòng)態(tài)的方法，包括：
21、將比色指示器件置于填裝有不同濃度的目標(biāo)氣體的比色皿中；
22、利用分光光度計(jì)在比色指示器響應(yīng)前的最大吸收波長下掃描，以充分響應(yīng)變色后的響應(yīng)時(shí)間為準(zhǔn)，記錄濃度和對(duì)應(yīng)的吸光度aλi’；
23、利用分光光度計(jì)在比色指示器響應(yīng)后的最大吸收波長下掃描，以充分響應(yīng)變色后的響應(yīng)時(shí)間為準(zhǔn)，記錄濃度和對(duì)應(yīng)的吸光度aλr’。
24、進(jìn)一步，所述光度指標(biāo)y’＝aλr’/aλi’，其中aλi’和aλr’為相同濃度的吸光度。
25、在一種可能實(shí)現(xiàn)的方式中，所述利用響應(yīng)-濃度函數(shù)模型y’＝f(c)計(jì)算獲得響應(yīng)濃度cr的方法包括：
26、令y＝1，通過y’＝f(c)計(jì)算出的濃度即為響應(yīng)濃度cr。
27、在一種可能實(shí)現(xiàn)的方式中，所述靈敏度調(diào)控因子包括響應(yīng)材料在成膜材料中的占比、指示器件的厚度和指示器件透氣性。
28、本發(fā)明的有益效果如下：
29、(1)本發(fā)明所述方法從指示器件響應(yīng)機(jī)理出發(fā)，相比顏色表觀指標(biāo)參數(shù)，基于光度參數(shù)的響應(yīng)靈敏度指標(biāo)更具科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
30、(2)本發(fā)明所述方法通過建立響應(yīng)函數(shù)模型，進(jìn)一步計(jì)算得到響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)濃度等響應(yīng)靈敏度的有關(guān)參數(shù)指標(biāo)，為比色型指示器件的研究和開發(fā)提供了便利。
31、(3)本發(fā)明所述方法既可以利用響應(yīng)時(shí)間評(píng)估比色指示器件的響應(yīng)靈敏度，又可以結(jié)合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的氣體閾值標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其響應(yīng)靈敏度進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，為該類傳感器件的實(shí)際應(yīng)用掃清了障礙，擴(kuò)展應(yīng)用場景。
1.基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，其特征在于，所述對(duì)固定濃度的目標(biāo)氣體進(jìn)行比色器的模擬響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測氣體動(dòng)態(tài)的方法包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，其特征在于，所述光度指標(biāo)y＝aλr/aλi，其中aλi和aλr為同一時(shí)間指示器件在最大吸收波長下的吸光度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，其特征在于，所述比色指示器響應(yīng)前后分別為比色指示器變色前后的狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，其特征在于，所述響應(yīng)-時(shí)間函數(shù)模型y＝f(t)的函數(shù)模型包括boltzmann模型、doseresp模型、邏輯回歸模型和sweibull模型；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，其特征在于，所述利用響應(yīng)-時(shí)間函數(shù)模型y＝f(t)計(jì)算獲得響應(yīng)時(shí)間tr的方法包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，其特征在于，所述對(duì)不同濃度下的目標(biāo)氣體進(jìn)行比色器的模擬響應(yīng)實(shí)驗(yàn)的方法，監(jiān)測氣體動(dòng)態(tài)的方法，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，其特征在于，所述光度指標(biāo)y’＝aλr’/aλi’，其中aλi’和aλr’為同一濃度指示器件在最大吸收波長下的吸光度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，其特征在于，所述利用響應(yīng)-濃度函數(shù)模型y’＝f(c)計(jì)算獲得響應(yīng)濃度cr的方法包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光度指標(biāo)的比色指示器件響應(yīng)靈敏度評(píng)價(jià)及調(diào)控方法，其特征在于，所述靈敏度調(diào)控因子包括響應(yīng)材料在成膜材料中的占比、指示器件的厚度和指示器件透氣性。