研究室中氰化氢检测装置和检测方法

摘要

本发明公开了一种研究室中氰化氢检测装置和检测方法，包括控制器，存储器、底板，设于底板上的横截面呈矩形的气室和支撑架，设于支撑架上的导向结构和横向丝杆；所述气室内壁顶部设有超声波发生器和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、用于支撑气体敏感膜的由电热丝构成的金属网、位于金属网下部并将气室内分隔为上下两部分的水平隔板，气室内底部设有超声波接收器、托板、检测头和沿托板上表面螺旋分布的轨道；本发明具有灵敏度高、稳定性好且响应时间短，对氰化氢具有较好的选择性，能够检测出浓度更低的微量氰化氢气体，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 检测实验室环境中氰化氢浓度的研究室中氰化氢检测装置和检测方 法。

背景技术

氰化氢标准状态下为液体。氰化氢易在空气中均匀弥散，在空气 中可燃烧。氰化氢在空气中的含量达到5.6％～12.8％时，具有爆炸性。 氢氰酸属于剧毒类。急性氰化氢中毒的临床表现为患者呼出气中有明 显的苦杏仁味，轻度中毒主要表现为胸闷、心悸、心率加快、头痛、 恶心、呕吐、视物模糊。重度中毒主要表现呈深昏迷状态，呼吸浅快， 阵发性抽搐，甚至强直性痉挛。二次世界大战中纳粹德国常把氰化氢 作为毒气室的杀人毒气使用。

目前对于低浓度氰化氢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氰化氢的 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氰化氢 的现场准确快速检测。

因此，目前使用的用于微量氰化氢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 中氰化氢浓度的研究室中氰化氢检测装置和检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种研究室中氰化氢检测装置，包括控制器，存储器、底板，设 于底板上的横截面呈矩形的气室和支撑架，设于支撑架上的导向结构 和横向丝杆；

所述气室内壁顶部设有频率可调超声波发生器和用于向下吹风 的若干个风扇，气室内侧壁由上至下依次设有气体敏感膜、用于支撑 气体敏感膜的由电热丝构成的金属网、位于金属网下部并将气室内分 隔为上下两部分的水平隔板，气室内底部设有超声波接收器、托板、 检测头和沿托板上表面螺旋分布的轨道，检测头上设有MQ-2传感器、 MQ-135传感器和氰化氢传感器；气体敏感膜上设有若干个通孔；

横向丝杆一端与设于支撑架上的第一电机的转轴连接，所述气室 上设有用于插入水平隔板的开口，水平隔板外端设有连接板，检测头 下部设有用于带动检测头沿轨道运动的第二电机，连接板与丝杆螺纹 连接，连接板与导向结构滑动连接，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； 水平隔板上部的进气管上还设有流量计，开口和水平隔板之间设有密 封结构；

控制器分别与频率可调超声波发生器、超声波接收器、流量计、 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传感器和氰化氢传感器电连接。

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。

超声波发生器、超声波接收器便于带动气体敏感膜最大幅度震 动，金属网用于加热气体敏感膜，从而使气体敏感膜中吸附的气体尽 可能多的散发出来；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；流量计用于定量控制流经气体敏感膜的实验 室气体。

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；支撑架、导向结构、横向丝杆和第一 电机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，氰化氢传感器 用于检测氰化氢气体信号；第二电机用于带动检测头沿轨道移动。

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，氰化氢传感器 作为检测氰化氢气体的主传感器，将MQ-2传感器、MQ-135传感器和 氰化氢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，对氰化氢 具有较好的选择性，能够检测出浓度更低的微量氰化氢气体，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；所述第二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，所述支撑架包括开口向下的U形架、设于气室前部和 后部的L形架；所述导向结构为设于U形架和两个L形架之间的两条 横梁；所述连接板呈矩形，连接板下部设有用于穿过两条横梁的2个 通孔，连接板上部设有用于与横向丝杆配合的丝杆孔。

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。

一种研究室中氰化氢检测装置的检测方法，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 感器和氰化氢传感器清洗7至12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充入待检测的实验室气体，流量计检测实验室气 体的流量，气体敏感膜吸附气体，当气体的流量达到L升后，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)控制器控制第一电机带动横向丝杆转动，横向丝杆通过 连接板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，控制器控制第一电机停止工作；

(6-4)控制器控制频率可调超声波发生器发出超声波、超声波 接收器接收超声波，控制器控制频率可调超声波发生器发出的超声波 的从5Hz逐渐增大频率增大，直至使超声波接收器接收的超声波幅度 最大时，控制器控制频率可调超声波发生器发出的超声波的频率保持 稳定，超声波带动气体敏感膜震动；

控制器控制金属网通电，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，5至10分钟后，控制器控制金属网断电， 各个电扇停止工作，可调超声波发生器和超声波接收器停止工作；

(6-5)控制器控制第一电机带动横向丝杆转动，横向丝杆通过 连接板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，控制器控制第一电机停止工作；

(6-6)控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动，MQ-2传感 器、MQ-135传感器和氰化氢传感器检测气体信号，控制器收到氰化 氢传感器的检测信号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氰化氢浓度预测模 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输入氰化氢浓度预测模型中，得到被检测的实验室气体的 氰化氢浓度。

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，氰化氢传感器 作为检测氰化氢气体的主传感器，MQ-2传感器的检测信号S1(t)、 MQ-135传感器的检测信号S2(t)，氰化氢传感器的检测信号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传感器和氰化氢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 感器和氰化氢传感器清洗5至10分钟；

(7-2)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充入已知氰化氢浓度为S的实验室气体，流量计 检测实验室气体的流量，气体敏感膜吸附气体，当气体的流量达到L 升后，控制器控制气室上部的进气管和出气管上的电磁阀关闭；

控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动，MQ-2传感器、 MQ-135传感器和氰化氢传感器检测气体信号，控制器收到氰化氢传 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81％≤e并且D中数据 至少有81％≤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传感器和氰化 氢传感器的校正过程，只有满足A+B+C＝D并且A中数据至少有81％ ≤e并且D中数据至少有81％≤e的校正条件的MQ-2传感器、MQ-135 传感器和氰化氢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：

(k₁)_m＝4(aαx_m-1(t)²-bαx_m-1(t)³+sn_m-1(t))

${\left(k_2\right)}_m=4[a\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{m-1}}{3}\right)-b{\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{m-1}}{3}\right)}^3+{\mathrm{sn}}_{m-1}]$

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

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

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≤0.6SS，一层随机共振模型和二层随机共振模型中的 11SS≤D₂≤22SS；a和b均≤SS。

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，氰化氢浓度预测模型为氰化氢浓度 W＝0.274+0.07×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，对氰化氢具有较好的选择性，能够检测出浓度更低的微量 氰化氢气体，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剖视图；

图3是本发明的一种俯视图；

图4是本发明的连接板的一种结构示意图；

图5是本发明的轨道的一种横截面结构示意图；

图6是本发明的轨道的一种俯视图；

图7是本发明的实施例的一种流程图。

图中：控制器1、底板2、气室3、支撑架4、导向结构5、横向 丝杆6、风扇7、气体敏感膜8、金属网9、水平隔板10、托板11、 轨道12、检测头13、第一电机14、连接板15、第二电机16、电磁 阀17、MQ-2传感器20、MQ-135传感器21、氰化氢传感器22、进气 管23、出气管24、存储器25、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、 U形架41、L形架42、横梁51、通孔151、丝杆孔152、滚珠129、 频率可调超声波发生器26、流量计27、超声波接收器28。

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所示的实施例是一种研究室中氰化氢检测装置，包 括控制器1，存储器25、底板2，设于底板上的横截面呈矩形的气室 3和支撑架4，设于支撑架上的导向结构5和横向丝杆6；

气室内壁顶部设有频率可调超声波发生器26和用于向下吹风的 5个风扇7，气室内侧壁由上至下依次设有气体敏感膜8、用于支撑 气体敏感膜的由电热丝构成的金属网9、位于金属网下部并将气室内 分隔为上下两部分的水平隔板10，气室内底部设有超声波接收器28、 托板11、检测头13和沿托板上表面螺旋分布的轨道12，检测头上设 有MQ-2传感器20、MQ-135传感器21和氰化氢传感器22；气体敏感 膜上设有5个通孔；

如图3所示，横向丝杆一端与设于支撑架上的第一电机14的转 轴连接，气室上设有用于插入水平隔板的开口，水平隔板外端设有连 接板15，检测头下部设有用于带动检测头沿轨道运动的第二电机16， 连接板与丝杆螺纹连接，连接板与导向结构滑动连接，位于水平隔板 上部和下部的气室上分别设有一组进气管23和出气管24；进气管和 出气管上均设有电磁阀17；开口和水平隔板之间设有密封结构；水 平隔板上部的进气管上还设有流量计27。

如图1所示，控制器分别与频率可调超声波发生器、超声波接收 器、流量计、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传感器和氰化氢传感器电连接。

如图5、图6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，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；第二电机的转轴与设于两 个齿轮之间的连接轴124相连接。

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多个滚珠129。

如图3所示，支撑架包括开口向下的U形架41、设于气室前部 和后部的L形架42；导向结构为设于U形架和两个L形架之间的两 条横梁51；如图4所示，连接板呈矩形，连接板下部设有用于穿过 两条横梁的2个通孔151，连接板上部设有用于与横向丝杆配合的丝 杆孔152。

气体敏感膜内设有多个间隔分布的空腔，空腔内设有伸出气体敏 感膜上下表面之外的碳纳米管。

如图7所示，一种研究室中氰化氢检测装置的检测方法，包括如 下步骤：

步骤100，传感器清洗及校正

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传感器和氰 化氢传感器清洗10分钟；

步骤120，传感器校正

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 气管向气室内充入已知氰化氢浓度为S的实验室气体，流量计检测实 验室气体的流量，气体敏感膜吸附气体，当气体的流量达到10升后， 控制器控制气室上部的进气管和出气管上的电磁阀关闭；

控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动，MQ-2传感器、 MQ-135传感器和氰化氢传感器检测气体信号，控制器收到氰化氢传 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＝20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中每项数据至少有81％≤e并且D 中每项数据至少有81％≤e时，转入步骤200；否则，转入步骤110；

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 气管向气室内充入待检测的实验室气体，流量计检测实验室气体的流 量，气体敏感膜吸附气体，当气体的流量达到10升后，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

控制器控制第一电机带动横向丝杆转动，横向丝杆通过连接板带 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，控制器控制第一电机停止工作；

步骤400，震动及加热气体敏感膜，并将气体敏感膜释放的气体 吹向气室下部

控制器控制频率可调超声波发生器发出超声波、超声波接收器接 收超声波，控制器控制频率可调超声波发生器发出的超声波的从5Hz 逐渐增大频率增大，直至使超声波接收器接收的超声波幅度最大时， 控制器控制频率可调超声波发生器发出的超声波的频率保持稳定，超 声波带动气体敏感膜震动；

控制器控制金属网通电，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，10分钟后，控制器控制金属网断电，各个 电扇停止工作，可调超声波发生器和超声波接收器停止工作；

步骤500，闭合水平隔板

控制器控制第一电机带动横向丝杆转动，横向丝杆通过连接板带 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，控制器控制第一电机停止工作；

步骤600，各个传感器检测气体信号并得到传感器融合信号

控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动，MQ-2传感器、 MQ-135传感器和氰化氢传感器检测气体信号，控制器收到氰化氢传 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氰化氢浓度

存储器中预先存储有随机共振模型和氰化氢浓度预测模型，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输入氰化氢浓度预测模型：氰化氢浓度W＝0.274+0.07×SNR 中，得到被检测的实验室气体的氰化氢浓度。

氰化氢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的氰化氢气体，得到与每种氰化氢浓度相对 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，得到本发明的氰化氢浓 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，A₁≤ 0.6SS，一层随机共振模型和二层随机共振模型中的11SS≤D₂≤22SS； a和b均≤SS。

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：

(k₁)_m＝4(aαx_m-1(t)²-bαx_m-1(t)³+sn_m-1(t))

${\left(k_2\right)}_m=4[a\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{m-1}}{3}\right)-b{\left({\mathrm{\alpha x}}_{m-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{m-1}}{3}\right)}^3+{\mathrm{sn}}_{m-1}]$

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

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

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。

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。