研究室中挥发乙醚气体检测装置和方法

摘要

本发明公开了一种研究室中挥发乙醚气体检测装置和方法，包括控制器，存储器、支撑平台，设于支撑平台上的横截面呈矩形的气室和竖向支撑板，设于竖向支撑板上的气缸；所述气室内壁顶部设有用于向下吹风的若干个风扇，气室内侧壁由上至下依次设有气体敏感膜、由电热丝构成的第一金属网、气体敏感膜、由电热丝构成的第二金属网，位于第二金属网下部并将气室内分隔为上下两部分的水平隔板；本发明具有灵敏度高、稳定性好且响应时间短，对乙醚具有较好的选择性，能够检测出浓度更低的微量乙醚气体，从而有效的保障人们身体健康的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及环境安全技术领域，尤其是涉及一种能够快速、准确 检测实验室环境中乙醚浓度的研究室中挥发乙醚气体检测装置和方 法。

背景技术

乙醚通常为无色透明液体，有特殊刺激气味，带甜味，极易挥发。 其蒸汽重于空气。在空气的作用下能氧化成过氧化物、醛和乙酸，暴 露于光线下能促进其氧化。当乙醚中含有过氧化物时，在蒸发后所分 离残留的过氧化物加热到100℃以上时能引起强烈爆炸。乙醚溶于低 碳醇、苯、氯仿、石油醚和油类，微溶于水。相对密度0.7134，熔点 -116.3℃，沸点34.6℃，折光率1.35555，闪点(闭杯)-45℃。

目前对于低浓度乙醚检测方法主要依靠仪器分析的方法，如气相 色谱法等。上述检测方法虽然可以准确的检测环境中微量乙醚的浓 度，但是普遍存在检测周期长、成本昂贵等不足，而且，需要经过专 业培训的熟练技术人员操作仪器设备，无法实现环境中微量乙醚的现 场准确快速检测。

因此，目前使用的用于微量乙醚的检测系统存在灵敏度低、选择 性差、稳定性差或者不能长期使用的问题。

中国专利授权公告号：CN101846610A，授权公告日2010年9 月29日，公开了一种气体检测装置及气体检测系统，其包括石英板、 第一电极、第二电极及吸附层，所述石英板具有相对的第一表面和第 二表面，所述第一电极形成于第一表面，所述第二电极形成于第二表 面，所述吸附层形成于第一电极表面，所述吸附层由铱-二氧化铱纳 米棒组成，用于吸附待检测气体，以使气体检测装置的质量发生变化， 从而获得待检测气体的浓度。该发明存在检测速度慢，检测精度低的 不足。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的气体检测方法的检测周期长、成 本高、设备昂贵的不足，提供了一种能够快速、准确检测实验室环境 中乙醚浓度的研究室中挥发乙醚气体检测装置和方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种研究室中挥发乙醚气体检测装置，包括控制器，存储器、支 撑平台，设于支撑平台上的横截面呈矩形的气室和竖向支撑板，设于 竖向支撑板上的气缸；

所述气室内壁顶部设有用于向下吹风的若干个风扇，气室内侧壁 由上至下依次设有气体敏感膜、由电热丝构成的第一金属网、气体敏 感膜、由电热丝构成的第二金属网，位于第二金属网下部并将气室内 分隔为上下两部分的水平隔板，气室内底部设有托板、检测头和沿托 板上表面环形分布的轨道，检测头上设有MQ-2传感器、MQ-135传感 器和乙醚传感器；每个气体敏感膜上均设有若干个通孔；

所述气室上设有用于插入水平隔板的开口，水平隔板外端与气缸 的伸缩杆连接，检测头下部设有用于带动检测头沿轨道运动的第一电 机，位于水平隔板上部和下部的气室上分别设有一组进气管和出气 管；进气管和出气管上均设有电磁阀；开口和水平隔板之间设有密封 结构；

所述气室包括上下插接的下端开口气室组件和上端开口气室组 件，下端开口气室组件与支撑平台固定连接，上端开口气室组件底部 和支撑平台之间设有竖向丝杆，竖向丝杆上部与上端开口气室组件底 部螺纹配合，竖向丝杆下部通过设于支撑平台上的轴承与支撑平台连 接，丝杆下端与设于上端开口气室组件内的第二电机的转轴连接；

控制器分别与存储器、各个电扇、各个电磁阀、第一金属网、第 二金属网、第一电机、第二电机、MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙 醚传感器电连接。

气体敏感膜用于吸附实验室气体，气体敏感膜具有气体富集作 用，可将气体敏感膜依次在HNO3(1∶1)、丙酮和双蒸水中超声清洗 15min，清洗后的电极置于室温下晾干备用；按一定比例将苹果汁与 聚乙二醇溶液混合，用超声振荡均匀得到混合物，用微量注射器吸取 5μL质量分数为5％Nafion的混合物，滴涂于气体敏感膜表面，室 温下晾干待用。

第一金属网、第二金属网用于加热气体敏感膜，各个风扇用于将 经过烘烤从气体敏感膜中散发出来的气体吹向气室下部，便于各个传 感器检测；水平隔板用于分隔气室上部和下部，从而方便气室上部和 下部同时进行气体富集和传感器清洗；竖向支撑板和气缸用于带动水 平隔板水平移动，从而使控制器可通过第一电机控制水平隔板将气室 内分为上下两部分或者使气室恢复为一个整体；托板给轨道提供支 撑，轨道给检测头提供移动至托板不同部位的导向，MQ-2传感器和 MQ-135传感器分别用于检测环境信号，乙醚传感器用于检测乙醚气 体信号；第二电机用于带动上端开口气室组件上升。

由于传感器对被检测的目标气体均具有交叉敏感特性，因此本发 明采用MQ-2传感器和MQ-135传感器作为辅助传感器，乙醚传感器作 为检测乙醚气体的主传感器，将MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚 传感器检测的信号进行融合，得到了传感器融合信号signal(t)，从而 既保留了主传感器的检测信息，又保留了主传感器与辅助传感器之间 的信号差异信息，提高了检测精度。

因此，本发明具有灵敏度高、稳定性好且响应时间短，对乙醚具 有较好的选择性，能够检测出浓度更低的微量乙醚气体，从而有效的 保障人们身体健康的特点。

作为优选，所述轨道包括基板、设于基板上表面的两条间隔设置 的凹槽，所述凹槽底面上设有等间隔排列的齿条；所述检测头底部设 有两个与凹槽相配合的齿轮；所述第一电机的转轴与设于两个齿轮之 间的连接轴相连接。

作为优选，所述基板上设有第一挡板，与第一挡板相对的第二挡 板；第一挡板、第二挡板上设有对应的导向滑槽；所述齿轮的连接轴 两端设有用于插入第一挡板、第二挡板的导向滑槽的延伸轴；检测头 下表面设有与第一挡板、第二挡板上表面滚动接触的若干个滚珠。

导向滑槽、延伸轴和滚珠的设置，使检测头的稳定性更好，摩擦 力更小。

作为优选，所述下端开口气室组件外周面通过4个L形支撑杆与 支撑平台固定连接。

作为优选，气体敏感膜内设有若干个间隔分布的空腔，空腔内设 有伸出气体敏感膜上下表面之外的碳纳米管。空腔和碳纳米管增加了 气体敏感膜对气体的吸附能力。

一种研究室中挥发乙醚气体检测装置的控制方法，包括如下步 骤：

(6-1)控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均打 开，通过进气管向气室下部内充入氮气，对MQ-2传感器、MQ-135传 感器和乙醚传感器清洗8至15分钟，清洗完毕后，控制器控制气室 下部的进气管和出气管上的电磁阀均关闭；

(6-2)控制器控制气室上部的进气管和出气管上的电磁阀打开， 通过进气管向气室内循环充入待检测的实验室气体，气体敏感膜吸附 气体，7至15分钟后控制器控制气室上部的进气管和出气管上的电 磁阀关闭；

(6-3)控制器控制气缸的伸缩杆带动水平隔板向气室外水平移 动，使水平隔板内端移至与开口相接触位置时，控制器控制气缸停止 工作；

(6-4)控制器控制第一金属网、第二金属网通电，同时控制各 个电扇工作，气体敏感膜吸附的气体进入气室下部，8至15分钟后， 控制器控制第一金属网、第二金属网断电，各个电扇停止工作；

(6-5)控制器控制气缸的伸缩杆带动水平隔板向气室内水平移 动，使水平隔板外端移至与开口相接触位置相接触时，控制器控制气 缸停止工作；

(6-6)控制器通过第一电机带动检测头沿轨道移动，通过第二 电机带动上端开口气室组件由与支撑平台接触位置逐渐上升至控制 器中预定的高度L，MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚传感器检测 气体信号，控制器收到乙醚传感器的检测信号S1(t)、MQ-2传感器的 检测信号S2(t)，MQ-135传感器的检测信号S3(t)；控制器利用公式 signal(t)＝S1²(t)+(S1(t)-S2(t))²+(S1(t)-S3(t))²计算传感器 融合信号signal(t)；

(6-7)存储器中预先存储有随机共振模型和乙醚浓度预测模型， 将signal(t)输入随机共振模型中，控制器计算随机共振模型共振时的 输出信噪比SNR，

将SNR输入乙醚浓度预测模型中，得到被检测的实验室气体的乙 醚浓度。

由于传感器对被检测的目标气体均具有交叉敏感特性，因此本发 明采用MQ-2传感器和MQ-135传感器作为辅助传感器，乙醚传感器作 为检测乙醚气体的主传感器，MQ-2传感器的检测信号S1(t)、MQ-135 传感器的检测信号S2(t)，乙醚传感器的检测信号S3(t)，本发明利用 公式

signal(t)＝S1²(t)+(S1(t)-S2(t))²+(S1(t)-S3(t))²将MQ-2 传感器、MQ-135传感器和乙醚传感器检测的信号进行融合，得到了 传感器融合信号signal(t)，从而既保留了主传感器的检测信息，又保 留了主传感器与辅助传感器之间的信号差异信息，提高了检测精度。

作为优选，所述步骤(6-1)由下述步骤替换：

(7-1)控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均打 开，通过进气管向气室下部内充入氮气，对MQ-2传感器、MQ-135传 感器和乙醚传感器清洗8至15分钟；

(7-2)通过进气管向气室下部充入已知乙醚浓度为S的实验室 气体，通气3至10分钟后，控制器控制气室下部的进气管和出气管 上的电磁阀均关闭；

控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动，通过第二电机带动 上端开口气室组件由与支撑平台接触位置逐渐上升至控制器中预定 的高度L，MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚传感器检测气体信号， 控制器收到乙醚传感器的检测信号S1(t)、MQ-2传感器的检测信号 S2(t)，MQ-135传感器的检测信号S3(t)；

(7-3)控制器选取S1(t)的n个等间隔分布的抽样值 S11，S12，...，S1n，选取S2(t)的n个等间隔分布的抽样值S21，S22，...，S2n， 选取S3(t)的n个等间隔分布的抽样值S31，S32，...，S3n；

利用公式

di²＝(S1i-S)²+(S2i-S)²+(S3i-S)²，i＝1，2...，n，计算差值距离di²；

利用下述公式$A=\left(\begin{array}{c}{(S11-S)}^2\\ {(S12-S)}^2\\ .\\ .\\ .\\ {(S1n-S)}^2\end{array}\right),B=\left(\begin{array}{c}{(S21-S)}^2\\ {(S22-S)}^2\\ .\\ .\\ .\\ {(S2n-S)}^2\end{array}\right),C=\left(\begin{array}{c}{(S31-S)}^2\\ {(S32-S)}^2\\ .\\ .\\ .\\ {(S3n-S)}^2\end{array}\right),$$D=\left(\begin{array}{c}d{1}^2\\ d{2}^2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{dn}}^2\end{array}\right)$分别计算矩阵A，B，C和D；存储器中设有最小阈值e；

(7-4)当A+B+C＝D并且A中数据至少有83％≤e并且D中数据 至少有83％≤e时，转入步骤(6-2)；否则，转入步骤(7-1)。

步骤(7-2)至(7-4)是对MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚 传感器的校正过程，只有满足A+B+C＝D并且A中数据至少有83％≤ e并且D中数据至少有83％≤e的校正条件的MQ-2传感器、MQ-135传 感器和乙醚传感器才用于对待检测气体进行检测，否则需要重复校正 过程，从而提高传感器检测的精度。

作为优选，所述输出信噪比SNR的计算过程包括如下步骤：

将signal(t)输入一层随机共振模型

中；

其中，V(x，t，α)为势函数，x(t)为布朗粒子的运动轨迹，t为运动 时间，α是粒子瞬时运动加速度，D₂为外噪声强度，N(t)为内秉噪 声，为周期性正弦信号，A₁是信号幅度，f是信号频率， 为相位；a，b为设定的常数；设

控制器计算V(x，t，α)对于x的一阶导数，二阶导数和三阶导数，并 且使等式等于0，得到二层随机共振模型：

设定噪声强度D₂＝0，signal(t)＝0，N(t)＝0；计算 得到A₁的临界值为

将A₁的临界值代入一层随机共振模型中，并设定X₀(t)＝0，sn₀＝0， 用四阶珑格库塔算法求解一层随机共振模型，得到

$x_{m1}\left(t\right)=x_m\left(t\right)+1/6[{\left(k_1\right)}_m+(2-\sqrt{2}){\left(k_2\right)}_m+(2+\sqrt{2}){\left(k_3\right)}_m+{\left(k_4\right)}_m],$

m＝0，1，…，N-1；并计算：

$\left(\begin{array}{c}{\left(k_1\right)}_m=4\left({\mathrm{a\alpha x}}_{m-1}{\left(t\right)}^2-{\mathrm{b\alpha x}}_{m-1}{\left(t\right)}^3+{\mathrm{sn}}_{m-1}\left(t\right)\right)\\ {\left(k_2\right)}_m=4\left[a\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{m-1}}{3}\right)-b{\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{m-1}}{3}\right)}^3+{\mathrm{sn}}_{m-1}\right]\\ {\left(k_3\right)}_m=4\left[a\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_2\right)}_{m-1}}{3}\right)-b{\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{\sqrt{2}-1}{3}{\left(k_1\right)}_{m-1}+\frac{2-\sqrt{2}}{3}{\left(k_2\right)}_{m-1}\right)}^3+{\mathrm{sn}}_{m+1}\right]\\ {\left(k_4\right)}_n=4\left[a\left(3{\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+{\left(k_3\right)}_{m-1}\right)-b{\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)-\frac{\sqrt{2}}{3}{\left(k_2\right)}_{m-1}+\frac{2+\sqrt{2}}{3}{\left(k_3\right)}_{m-1}\right)}^3+{\mathrm{sn}}_{m+1}\right]\end{array}\right)$

其中，x_m(t)为x(t)的m阶导数，sn_m-1是S(t)的m-1阶导数在t＝0处的值， sn_m+1是S(t)的m+1阶导数在t＝0处的值，得到x₁(t)，x₂(t)，…，x_m+1(t)的值；

控制器对x₁(t)，x₂(t)，…，x_m+1(t)进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一层 随机共振模型和二层随机共振模型组成的双层随机系统产生随机共 振时刻的位置x₁值、与x₁相对应的共振时刻t₁、最优瞬时运动加速 度α₁，及与t₁和α₁所对应的噪声D₁，D₁为D₂中的一个值；D₂是在 [0，1]范围内以0.01周期循环步进的一个函数，D₂的取值与时间相关， 知道了t₁时刻，D₁就确定了。

控制器利用公式$SNR=2{\left({\mathrm{\Delta U}}^2\frac{4a^3/27b}{D_1}\right)}^3{e}^{-{\left(\Delta U\right)}^3/D_1^2}$计算双层 随机共振系统输出的信噪比SNR；其中，ΔU＝a²/4b。

作为优选，控制器计算并得到检测过程中signal(t)的平均幅度值 SS，所述A₁≤0.53SS，一层随机共振模型和二层随机共振模型中的 10.5SS≤D₂≤21SS；a和b均≤0.87SS。

对A₁，D₂和a和b取值范围的限定，确保一层随机共振模型和二 层随机共振模型具有良好的灵敏性，从而使输出的信噪比SNR更加准 确。

作为优选，乙醚浓度预测模型为乙醚浓度W＝1.14+0.05×SNR。

因此，本发明具有如下有益效果：(1)灵敏度高、稳定性好且响 应时间短，对乙醚具有较好的选择性，能够检测出浓度更低的微量乙 醚气体，从而有效的保障人们身体健康；(2)操作简单、检测费用低。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的气室的一种结构示意图；

图3是本发明的一种剖视图；

图4是本发明的轨道的一种横截面结构示意图；

图5是本发明的轨道的一种俯视图；

图6是本发明的实施例1的一种流程图。

图中：控制器1、存储器2、支撑平台3、气室4、竖向支撑板5、 气缸6、风扇7、气体敏感膜8、水平隔板10、托板11、检测头12、 轨道13、MQ-2传感器14、MQ-135传感器15、乙醚传感器16、第一 电机17、进气管18、出气管19、电磁阀20、竖向丝杆21、第二电 机22、下端开口气室组件41、上端开口气室组件42、L形支撑杆43、 第一金属网91、第二金属网92、基板121、凹槽122、齿轮123、连 接轴124、第一挡板125、第二挡板126、导向滑槽127、延伸轴128、 滚珠129。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2、图3所示的实施例是一种研究室中挥发乙醚气体 检测装置，包括控制器1，存储器2、支撑平台3，设于支撑平台上 的横截面呈矩形的气室4和竖向支撑板5，设于竖向支撑板上的气缸 6；

如图3所示，气室内壁顶部设有用于向下吹风的6个风扇7，气 室内侧壁由上至下依次设有气体敏感膜8，由电热丝构成的第一金属 网91，气体敏感膜，由电热丝构成的第二金属网92，位于第二金属 网下部并将气室内分隔为上下两部分的水平隔板10，气室内底部设 有托板11、检测头12和沿托板上表面环形分布的轨道13；

气室上设有用于插入水平隔板的开口，水平隔板外端与气缸的伸 缩杆连接，检测头下部设有用于带动检测头沿轨道运动的第一电机 17，位于水平隔板上部和下部的气室上分别设有一组进气管18和出 气管19；进气管和出气管上均设有电磁阀20；开口和水平隔板之间 设有密封结构；

气室包括上下插接的下端开口气室组件41和上端开口气室组件 42，下端开口气室组件与支撑平台固定连接，上端开口气室组件底部 和支撑平台之间设有竖向丝杆21，竖向丝杆上部与上端开口气室组 件底部螺纹配合，竖向丝杆下部通过设于支撑平台上的轴承与支撑平 台连接，丝杆下端与设于上端开口气室组件内的第二电机22的转轴 连接；下端开口气室组件和上端开口气室组件连接部位设有密封结 构。

如图1所示，控制器分别与存储器、各个电扇、各个电磁阀、金 属网、第一电机、第二电机、MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚传 感器电连接。

如图4、图5所示，轨道包括基板121、设于基板上表面的两条 间隔设置的凹槽122，所述凹槽底面上设有等间隔排列的齿条；所述 检测头底部设有两个与凹槽相配合的齿轮123；第一电机的转轴与设 于两个齿轮之间的连接轴124相连接。

如图5所示，检测头上设有MQ-2传感器14、MQ-135传感器15 和乙醚传感器16；气体敏感膜上设有12个通孔；基板上设有第一挡 板125，与第一挡板相对的第二挡板126；第一挡板、第二挡板上设 有对应的导向滑槽127；齿轮的连接轴两端设有用于插入第一挡板、 第二挡板的导向滑槽的延伸轴128；检测头下表面设有与第一挡板、 第二挡板上表面滚动接触的滚珠129。

如图1所示，下端开口气室组件外周面通过4个L形支撑杆43 与支撑平台固定连接。气体敏感膜内设有间隔分布的空腔，空腔内设 有伸出气体敏感膜上下表面之外的碳纳米管。

如图6所示，一种研究室中挥发乙醚气体检测装置的控制方法， 包括如下步骤：

步骤100，传感器清洗

控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均打开，通过 进气管向气室下部内充入氮气，对MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙 醚传感器清洗15分钟，清洗完毕后，控制器控制气室下部的进气管 和出气管上的电磁阀均关闭；

步骤200，气体敏感膜吸附气体

控制器控制气室上部的进气管和出气管上的电磁阀打开，通过进 气管向气室内循环充入待检测的实验室气体，气体敏感膜吸附气体， 15分钟后控制器控制气室上部的进气管和出气管上的电磁阀关闭；

步骤300，抽开水平隔板

控制器控制气缸的伸缩杆带动水平隔板向气室外水平移动，使水 平隔板内端移至与开口相接触位置时，控制器控制气缸停止工作；

步骤400，加热气体敏感膜，并将气体敏感膜释放的气体吹向气 室下部

控制器控制第一金属网、第二金属网通电，同时控制各个电扇工 作，气体敏感膜吸附的气体进入气室下部，15分钟后，控制器控制 第一金属网、第二金属网断电，各个电扇停止工作；

步骤500，闭合水平隔板

控制器控制气缸的伸缩杆带动水平隔板向气室内水平移动，使水 平隔板外端移至与开口相接触位置相接触时，控制器控制气缸停止工 作；

步骤600，各个传感器检测气体信号并得到传感器融合信号

控制器通过第一电机带动检测头沿轨道移动，通过第二电机带动 上端开口气室组件由与支撑平台接触位置逐渐上升至控制器中预定 的高度L，MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚传感器检测气体信号， 控制器收到乙醚传感器的检测信号S1(t)、MQ-2传感器的检测信号 S2(t)，MQ-135传感器的检测信号S3(t)；控制器利用公式 signal(t)＝S1²(t)+(S1(t)-S2(t))²+(S1(t)-S3(t))²计算传感器 融合信号signal(t)；

步骤700，计算并得到检测的实验室气体的乙醚浓度

存储器中预先存储有随机共振模型和乙醚浓度预测模型，将 signal(t)输入随机共振模型中，控制器计算随机共振模型共振时的输 出信噪比SNR，

将SNR输入乙醚浓度预测模型W＝1.14+0.05×SNR中，得到被检测 的实验室气体的乙醚浓度。

乙醚浓度预测模型是利用步骤100至700检测各种已知浓度分别 为W1，W2，…，W100的乙醚气体，得到与每种乙醚浓度相对应的输 出信噪比SNR1，SNR2，…，SNR100；利用点(W1，SNR1)，(W2，SNR2)，…， (W100，SNR100)在直角坐标系中做点，得到各个点的拟合曲线的公 式，对拟合曲线的公式进行变换，得到本发明的乙醚浓度预测模型。

所述输出信噪比SNR的计算过程包括如下步骤：

将signal(t)输入一层随机共振模型

中；

其中，V(x，t，α)为势函数，x(t)为布朗粒子的运动轨迹，t为运动 时间，α是粒子瞬时运动加速度，D₂为外噪声强度，N(t)为内秉噪 声，为周期性正弦信号，A₁是信号幅度，f是信号频率， 为相位；a，b为设定的常数；设

控制器计算并得到检测过程中signal(t)的平均幅度值SS，所述A₁≤0.53SS，一层随机共振模型和二层随机共振模型中的 10.5SS≤D₂≤21SS；a和b均≤0.87SS。

控制器计算V(x，t，α)对于x的一阶导数，二阶导数和三阶导数，并 且使等式等于0，得到二层随机共振模型：

设定噪声强度D₂＝0，signal(t)＝0，N(t)＝0；计算 得到A₁的临界值为

将A₁的临界值代入一层随机共振模型中，并设定X₀(t)＝0，sn₀＝0， 用四阶珑格库塔算法求解一层随机共振模型，得到

$x_{m1}\left(t\right)=x_m\left(t\right)+1/6[{\left(k_1\right)}_m+(2-\sqrt{2}){\left(k_2\right)}_m+(2+\sqrt{2}){\left(k_3\right)}_m+{\left(k_4\right)}_m],$

m＝0，1，…，N-1；并计算：

$\left(\begin{array}{c}{\left(k_1\right)}_m=4\left({\mathrm{a\alpha x}}_{m-1}{\left(t\right)}^2-{\mathrm{b\alpha x}}_{m-1}{\left(t\right)}^3+{\mathrm{sn}}_{m-1}\left(t\right)\right)\\ {\left(k_2\right)}_m=4\left[a\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{m-1}}{3}\right)-b{\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{m-1}}{3}\right)}^3+{\mathrm{sn}}_{m-1}\right]\\ {\left(k_3\right)}_m=4\left[a\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_2\right)}_{m-1}}{3}\right)-b{\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{\sqrt{2}-1}{3}{\left(k_1\right)}_{m-1}+\frac{2-\sqrt{2}}{3}{\left(k_2\right)}_{m-1}\right)}^3+{\mathrm{sn}}_{m+1}\right]\\ {\left(k_4\right)}_n=4\left[a\left(3{\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+{\left(k_3\right)}_{m-1}\right)-b{\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)-\frac{\sqrt{2}}{3}{\left(k_2\right)}_{m-1}+\frac{2+\sqrt{2}}{3}{\left(k_3\right)}_{m-1}\right)}^3+{\mathrm{sn}}_{m+1}\right]\end{array}\right)$

其中，x_m(t)为x(t)的m阶导数，sn_m-1是S(t)的m-1阶导数在t＝0处的值， sn_m+1是S(t)的m+1阶导数在t＝0处的值，得到x₁(t)，x₂(t)，…，x_m+1(t)的值；

控制器对x₁(t)，x₂(t)，…，x_m+1(t)进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一 层随机共振模型和二层随机共振模型组成的双层随机系统产生随机 共振时刻的位置x₁值、与x₁相对应的共振时刻t₁、最优瞬时运动加 速度α₁，及与t₁和α₁所对应的噪声D₁，D₁为D₂中的一个值；

控制器利用公式$SNR=2{\left({\mathrm{\Delta U}}^2\frac{4a^3/27b}{D_1}\right)}^3{e}^{-{\left(\Delta U\right)}^3/D_1^2}$计算双层 随机共振系统输出的信噪比SNR；其中，ΔU＝a²/4b。

实施例2

实施例2包括实施例1中的所有结构和步骤部分，实施例2用下 述步骤替换实施例1中的步骤100：

步骤110，传感器清洗

控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均打开，通过 进气管向气室下部内充入氮气，对MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙 醚传感器清洗15分钟；；

步骤120，传感器校正

通过进气管向气室下部充入已知乙醚浓度为S的实验室气体，通 气10分钟后，控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均 关闭；

控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动，通过第二电机带动 上端开口气室组件由与支撑平台接触位置逐渐上升至控制器中预定 的高度L，MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚传感器检测气体信号， 控制器收到乙醚传感器的检测信号S1(t)、MQ-2传感器的检测信号 S2(t)，MQ-135传感器的检测信号S3(t)；

步骤130，控制器选取S1(t)的n个等间隔分布的抽样值 S11，S12，...，S1n，选取S2(t)的n个等间隔分布的抽样值S21，S22，...，S2n， 选取S3(t)的n个等间隔分布的抽样值S31，S32，...，S3n；

利用公式

di²＝(S1i-S)²+(S2i-S)²+(S3i-S)²，i＝1，2，...，n，计算差值距离di²；

利用下述公式$A=\left(\begin{array}{c}{(S11-S)}^2\\ {(S12-S)}^2\\ .\\ .\\ .\\ {(S1n-S)}^2\end{array}\right),B=\left(\begin{array}{c}{(S21-S)}^2\\ {(S22-S)}^2\\ .\\ .\\ .\\ {(S2n-S)}^2\end{array}\right),C=\left(\begin{array}{c}{(S31-S)}^2\\ {(S32-S)}^2\\ .\\ .\\ .\\ {(S3n-S)}^2\end{array}\right),$$D=\left(\begin{array}{c}d{1}^2\\ d{2}^2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{dn}}^2\end{array}\right)$分别计算矩阵A，B，C和D；存储器中设有最小阈值e；

步骤140，当A+B+C＝D并且A中数据至少有83％≤e并且D中数 据至少有83％≤e时，转入步骤200；否则，转入步骤110。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范 围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员 可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附 权利要求书所限定的范围。