СПОСОБ АНАЛИЗА ЗАПАХА ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
METHOD OF GAS MIXTURES ODOR ANALYSIS

Изобретение относится к технике анализа запахов газовых смесей, содержащих обладающие запахом компоненты, и может быть использовано для определения качественного и количественного анализа запаха таких смесей, при контроле окружающей среды или любых хозяйственных объектов на наличие конкретного запаха и допустимого уровня запаха.
Известен способ качественного анализа запаха газовых смесей, заключающийся в том, что отбираемые на анализ газовые смеси пропускают через измерительные сенсоры, измеряют при помощи измерительных сенсоров значения электрических сигналов, сравнивают измеренные электрические сигналы с электрическими сигналами от образцов запаха и на основе такого сравнительного анализа идентифицируют конкретный запах (см. патент РФ на изобретение №2332657, МПК G01N 21/63, 2006). К недостаткам известного способа можно отнести невозможность определения интенсивности запаха, а также необходимость при анализе использования блока хранения образцов запахов, что усложняет реализацию способа.
Наиболее близким по технической сущности является способ анализа запаха газовых смесей, заключающийся в том, что отбираемые на анализ газовые смеси пропускают через измерительные сенсоры, измеряют при помощи измерительных сенсоров значения электрических сигналов, определяют по совокупности измеренных электрических сигналов с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях с известным качественным и количественным составом интенсивность запаха и вид запаха (см. патент РФ на изобретение №2460077, МПК G01N 35/00, 2012). К недостаткам известного способа можно отнести его большую трудоемкость, что обусловлено необходимостью использования большого количества измерительных сенсоров и большого количества измерений при формировании большого количества градуировочных функций, и, соответственно, большого объема вычислительных операций при сравнительном анализе, что предполагает использование большого объема памяти компьютера, при этом в известном способе не определяется конкретный тип запаха.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи и достижение технического результата, состоящего в уменьшении трудоемкости за счет уменьшения как количества измерительных количества измерительных сенсоров, так и измерений при формировании градуировочных функций, и, соответственно, уменьшения объема вычислительных операций при сравнительном анализе при том, что имеет место расширение функциональных возможностей за счет возможности определения конкретного типа запаха.
Данный технический результат достигается тем, что в способе анализа запаха газовых смесей, заключающемся в том, что отбираемые на анализ газовые смеси пропускают через измерительные сенсоры, измеряют при помощи измерительных сенсоров значения электрических сигналов отклика, определяют по совокупности измеренных электрических сигналов с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях с известным качественным и количественным составом интенсивность запаха, осуществляют измерения электрических сигналов отклика при помощи линейного неселективного измерительного сенсора и линейных различных селективных сенсоров, при этом оценивают интенсивности запаха в условных баллах по величине электрических сигналов отклика каждого измерительного сенсора с использованием градуировочных функций в виде зависимостей интенсивности запаха в условных баллах от величины электрических сигналов отклика, определяют величины пропорциональных соотношений показаний сенсоров между собой в условных баллах, сравнивают величины пропорциональных соотношений показаний сенсоров в условных баллах с величинами таких пропорциональных соотношений, соответствующих определенным запахам, и при совпадении одного из пропорциональных соотношений в пределах погрешностей каждого измерительного сенсора считают, что имеет место соответствующий конкретный запах, интенсивность которого относительно максимальной пропорциональна отношению условных баллов, определенных для любого из сенсоров, к их максимальному значению.
При этом в качестве неселективного измерительного сенсора целесообразно использовать фотоионизационный детектор.
Осуществление измерений электрических сигналов при помощи линейного неселективного измерительного сенсора и линейных различных селективных сенсоров позволяет уменьшить трудоемкость способа за счет уменьшения количества измерений при формировании градуировочных функций ввиду того, что при использовании таких сенсоров достаточно измерить их характеристики хотя бы в двух точках, и вся остальная область характеристики легко определяется исходя из имеющейся линейности характеристики в целом. При этом использование линейного неселективного измерительного сенсора обусловлено тем, что обычно такой сенсор, например, фотоионизационный детектор, обеспечивает большую величину сигнала отклика на воздействие любого газового компонента, в том числе и на наличие практического любого запаха, по отношению к селективным измерительным сенсорам. Селективные же сенсоры позволяют определить наличие конкретного определяемого компонента в конкретном запахе, в котором обычно присутствует несколько газовых компонентов. Причем различным типам запаха часто соответствует набор одинаковых газовых компонентов, только соотношения концентраций которых будет различно, что позволяет использовать незначительное количество измерительных сенсоров для определения большого количества типов запаха.
Оценивают интенсивности запаха в условных баллах по величине электрических сигналов отклика каждого измерительного сенсора с использованием градуировочных функций в виде зависимостей интенсивности запаха в условных баллах от величины электрических сигналов отклика, определяют величины пропорциональных соотношений показаний сенсоров между собой в условных баллах, сравнивают величины пропорциональных соотношений показаний сенсоров в условных баллах с величинами таких пропорциональных соотношений, соответствующих определенным запахам, и при совпадении одного из пропорциональных соотношений в пределах погрешностей каждого измерительного сенсора считают, что имеет место соответствующий конкретный запах, интенсивность которого относительно максимальной пропорциональна отношению условных баллов, определенных для любого из сенсоров, к их максимальному значению, представляет собой последовательность операций по обработке показаний линейных сенсоров и линейных градуировочных функций, в результате которой происходит идентификация конкретного запаха и его интенсивность. Соответственно, при этом имеет место небольшое количество вычислительных операций (ввиду линейного характера показаний сенсоров и градуировочных функций), что обеспечивает снижение трудоемкости определения качественного и количественного анализа запаха газовых смесей.
Предлагаемый способ анализа запаха газовых смесей осуществляется следующим образом.
Основной принцип осуществления предлагаемого способа состоит в том, что для каждого конкретного запаха любой интенсивности должно соблюдаться строго определенное пропорциональное соотношение между показаниями всех сенсоров в условных баллах, а при изменении интенсивности запаха или величины сигналов отклика сенсоров в силу линейности характеристик сенсоров изменяется лишь величина показаний каждого сенсора в баллах, то есть каждого члена в определенной пропорциональной зависимости без изменения величины пропорционального соотношения в целом.
Предварительно при помощи ольфактометра осуществляют формирование градуировочных функций, в которых зависимость показаний каждого линейного сенсора (величина сигнала отклика) от изменяющейся интенсивности запаха выражена в условных баллах для каждого определенного запаха, количество которых может быть различно. Так как каждый сенсор является линейным, то и градуировочные функции тоже будут иметь линейный характер и для формирования каждой из них достаточно снять показания только в одной или двух точках. При этом формируют градуировочные функции для каждого измерительного сенсора в условных баллах от нулевого до максимального значения, например, от 0 до 100 баллов, в отношении интенсивности конкретного запаха от нулевой до максимальной, например, соответствующей раздражающему действию запаха в зависимости от величины сигнала отклика сенсора.
2
3
2
На чертеже представлен пример выполнения градуировочных функций для одного из типов запаха (моча кошки) для одного неселективного сенсора (фотоионизационный детектор) и трех селективных (HS, NH, NO). Очевидно, что для каждого конкретного запаха совокупность линейных градуировочных функций будет строго определенной. При этом и в отношении любых одинаковых величин сигналов отклика сенсоров показания измерительных сенсоров в условных балах будут соотноситься в одном и том же пропорциональном соотношении во всем диапазоне изменений этих сигналов.
При обследовании какого-либо объекта при измерении неизвестного запаха неизвестной интенсивности осуществляют измерения электрических сигналов отклика при помощи линейного неселективного измерительного сенсора и линейных различных селективных сенсоров. Обычно ориентируются на показания неселективного сенсора, так как он реагирует практически на любые виды запахов. При этом оценивают показания этого неселективного сенсора в условных баллах для всех заданных определенных запахов, а также для всех селективных сенсоров в условных баллах аналогичным образом для всех заданных определенных запахов. В результате получают множество совокупностей условных баллов, а количество таких совокупностей соответствует количеству конкретных типов запахов, в отношении которых ранее получены конкретные совокупности градуировочных функций. Соответственно для каждой из таких совокупностей определяют величину пропорционального соотношения показаний сенсоров в условных баллах и сравнивают величины этих соотношений с соотношениями, полученными на основе градуировочных функции для каждого конкретного запаха. Если обнаружено, что для какого-то типа запаха имеет место совпадение в пределах погрешностей каждого измерительного сенсора этих пропорциональных соотношений, то делается вывод о том, что обнаружен именно этот запах, интенсивность которого относительно максимальной пропорциональна отношению условных баллов, определенных для любого из сенсоров, к их максимальному значению. В случае отсутствия такого совпадения делается вывод о том, что такой запах отсутствует в базе данных.
Пример осуществления способа
2
3
2
Предварительно получают градуировочные функции для, например, 30 типов запахов для показаний для одного неселективного сенсора (фотоионизационный детектор) и трех селективных (HS, NH, NO). Причем для каждого конкретного запаха имеет место конкретное пропорциональное соотношение между показаниями сенсоров. Для одного из типов запаха (моча кошки), как показано на чертеже, изменение сигнала отклика от сенсоров от 0 до 0,4 милливольт соответствует изменению интенсивности запаха от 0 до 100 условных баллов для неселективного сенсора, соответствующего раздражающему действию запаха. При этом в соответствии с основным принципом заявленного способа, если при показаниях неселективного сенсора 0,4 милливольта имеет место совокупность показаний всех сенсоров в условных баллах 100:60:30:20 (здесь 100 баллов - показание неселективного сенсора, 60, 30, 20 - показания селективных сенсоров), то для такого типа запаха, и только такого типа, любая другая совокупность таких показаний, например, 50:30:20:10 или 25:15:10:5, также будет свидетельствовать только о таком типе запаха.
Например, при измерении неизвестного запаха показания неселективного сенсора составляют 0.2 милливольт. Для градуировочных функций, соответствующих различным запахам в соответствии с сигналами отклика селективных сенсоров таким показаниям неселективного сенсора, могут соответствовать самые различные совокупности показаний сенсоров в условных баллах, например, 100:80:30:20 или 50:40:30:20, которые свидетельствуют об отсутствии таких запахов при измерении, и только в одном случае показания сенсоров в условных баллах 50:30:20:10 свидетельствует, что имеет место конкретный запах, а именно запах мочи кошки, интенсивность которого 50 баллов или половина по отношению к раздражающему уровню запаха.
Предлагаемый способ имеет небольшую трудоемкость за счет уменьшения как количества измерительных сенсоров, так и измерений при формировании градуировочных функций, и, соответственно, уменьшения объема вычислительных операций при сравнительном анализе при том, что имеет место расширение функциональных возможностей за счет возможности определения конкретного типа запаха.