本技術(shù)涉及空氣質(zhì)量檢測(cè)，特別是涉及一種基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代社會(huì)，揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile?organic?compounds，vocs)的檢測(cè)在空氣污染、環(huán)境保護(hù)、食品安全、醫(yī)療健康等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用，因此已成為主流關(guān)注點(diǎn)。近年來(lái)，結(jié)合了各種傳感器的低能耗(也可稱(chēng)為功耗)、小尺寸的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在vocs檢測(cè)中獲得了越來(lái)越重要的應(yīng)用。然而，這些智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的能耗和體積主要受到傳統(tǒng)金屬氧化物半導(dǎo)體(metal?oxide?semiconductor，mos)氣體傳感器的大尺寸和高溫工作特性的限制。

2、mos氣體傳感器因其卓越的性能、簡(jiǎn)單的制造和低成本而被廣泛研究，可用于檢測(cè)各種有害氣體，zno納米材料是典型的n型半導(dǎo)體金屬氧化物，具有3.4ev的寬帶隙，因其高電子遷移率和化學(xué)穩(wěn)定性而被證明是一種有效的vocs檢測(cè)傳感材料。然而，mos氣體傳感器通常需要更高的工作溫度才能實(shí)現(xiàn)最佳性能，這會(huì)導(dǎo)致能耗增加。工作溫度對(duì)mos氣體傳感器的性能有很大影響，降低工作溫度不僅可以降低能耗，還可以提高材料穩(wěn)定性，并防止產(chǎn)生因高溫而導(dǎo)致易燃?xì)怏w爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)改變材料特性、采用微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical?system，mems)制造技術(shù)和利用紫外線(xiàn)(ultraviolet，uv)輔助照射可以降低工作溫度，在這些方法中，紫外線(xiàn)輔助照射技術(shù)可以提高mos氣體傳感器在較低溫度下的響應(yīng)和恢復(fù)，從而在能耗和檢測(cè)性能之間取得平衡。當(dāng)金屬氧化物被短波長(zhǎng)紫外光照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，這些電子-空穴對(duì)充當(dāng)載體，激活吸附的氧，并促進(jìn)目標(biāo)氣體的氧化還原反應(yīng)。

3、目前，yi?et?al.使用碳模板輔助方法合成了空心zno微球，并利用低功率uv?led(light?emitting?diode，發(fā)光二極管)(2mw)在低于150℃的溫度下對(duì)乙醇做出快速響應(yīng)。ting等人提出了一種集成了藍(lán)色led的mems型氣體傳感器，用于no檢測(cè)。雖然他們專(zhuān)注于低能耗和提高傳感器性能，但傳感器的小型化和實(shí)時(shí)檢測(cè)方面并未得到徹底的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，可進(jìn)一步減少體積，優(yōu)化響應(yīng)性能和能耗。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：

4、mems氣體傳感器，用于對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行檢測(cè)；mems氣體傳感器為金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器；

5、紫外線(xiàn)led燈，安裝在mems氣體傳感器的正上方，且與mems氣體傳感器之間存在空隙，用于產(chǎn)生紫外光，并利用紫外光照射mems氣體傳感器；

6、處理器，分別與mems氣體傳感器和紫外線(xiàn)led燈相連接，用于調(diào)節(jié)mems氣體傳感器的工作溫度，在mems氣體傳感器處于檢測(cè)狀態(tài)時(shí)打開(kāi)紫外線(xiàn)led燈，在mems氣體傳感器處于非檢測(cè)狀態(tài)時(shí)關(guān)閉紫外線(xiàn)led燈，并調(diào)節(jié)紫外線(xiàn)led燈的光源強(qiáng)度。

7、可選地，mems氣體傳感器包括：zno納米板和加熱板，zno納米板安裝在加熱板上；zno納米板用于對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行檢測(cè)；加熱板用于對(duì)zno納米板進(jìn)行加熱；

8、處理器分別與zno納米板和加熱板相連接；處理器用于接收zno納米板的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并調(diào)節(jié)加熱板的輸出功率，以調(diào)節(jié)mems氣體傳感器的工作溫度。

9、可選地，zno納米板采用水熱合成法或者磁控濺射法制備得到。

10、可選地，mems氣體傳感器還包括：惠斯通電橋；惠斯通電橋與zno納米板相連接；惠斯通電橋用于測(cè)量zno納米板的電阻；

11、處理器與惠斯通電橋相連接；處理器用于判斷電阻變化值是否大于預(yù)設(shè)變化值，若是，則確定mems氣體傳感器處于檢測(cè)狀態(tài)，若否，則確定mems氣體傳感器處于非檢測(cè)狀態(tài)；其中，電阻變化值為當(dāng)前時(shí)刻的電阻與上一時(shí)刻的電阻的差值。

12、可選地，所述基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括：第一低通濾波器、第一射極跟隨器、第二低通濾波器和第二射極跟隨器；

13、處理器用于產(chǎn)生第一pwm信號(hào)和第二pwm信號(hào)；第一pwm信號(hào)用于調(diào)節(jié)加熱板的輸出功率；第二pwm信號(hào)用于調(diào)節(jié)紫外線(xiàn)led燈的輸出功率，以調(diào)節(jié)紫外線(xiàn)led燈的光源強(qiáng)度；

14、第一低通濾波器和第二低通濾波器分別與處理器相連接；第一低通濾波器用于對(duì)第一pwm信號(hào)進(jìn)行濾波，得到第一直流電壓；第二低通濾波器用于對(duì)第二pwm信號(hào)進(jìn)行濾波，得到第二直流電壓；

15、第一射極跟隨器分別與第一低通濾波器和加熱板相連接；第一射極跟隨器用于對(duì)第一直流電壓進(jìn)行放大，得到第一放大后電壓，并利用第一放大后電壓驅(qū)動(dòng)加熱板工作；

16、第二射極跟隨器分別與第二低通濾波器和紫外線(xiàn)led燈相連接；第二射極跟隨器用于對(duì)第二直流電壓進(jìn)行放大，得到第二放大后電壓，并利用第二放大后電壓驅(qū)動(dòng)紫外線(xiàn)led燈工作。

17、可選地，mems氣體傳感器和紫外線(xiàn)led燈均為多個(gè)，且mems氣體傳感器與紫外線(xiàn)led燈一一對(duì)應(yīng)。

18、可選地，所述基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括：usb-c接口和藍(lán)牙模塊；usb-c接口和藍(lán)牙模塊均與處理器相連接；usb-c接口用于實(shí)現(xiàn)處理器與外部設(shè)備的有線(xiàn)通信；藍(lán)牙模塊用于實(shí)現(xiàn)處理器與外部設(shè)備的無(wú)線(xiàn)通信。

19、可選地，所述基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括：溫濕度傳感器、led指示燈、蜂鳴器和拔碼開(kāi)關(guān)；溫濕度傳感器、led指示燈、蜂鳴器和拔碼開(kāi)關(guān)均與處理器相連接；

20、溫濕度傳感器用于測(cè)量環(huán)境溫度和環(huán)境濕度；

21、led指示燈用于指示所述基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)；

22、蜂鳴器用于進(jìn)行報(bào)警；

23、拔碼開(kāi)關(guān)用于設(shè)置所述基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

24、可選地，所述基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括：電池、電源管理單元和插線(xiàn)端子；

25、usb-c接口和插線(xiàn)端子用于通過(guò)電源管理單元為電池、mems氣體傳感器、紫外線(xiàn)led燈和處理器進(jìn)行供電；

26、電池用于通過(guò)電源管理單元為mems氣體傳感器、紫外線(xiàn)led燈和處理器進(jìn)行供電。

27、第二方面，本技術(shù)提供了一種基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)方法，應(yīng)用于上述中任一項(xiàng)所述的基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)方法包括：

28、調(diào)節(jié)mems氣體傳感器的工作溫度，使mems氣體傳感器在預(yù)設(shè)工作溫度下工作；

29、判斷mems氣體傳感器是否處于檢測(cè)狀態(tài)；

30、若是，則打開(kāi)紫外線(xiàn)led燈，并調(diào)節(jié)紫外線(xiàn)led燈的光源強(qiáng)度，使紫外線(xiàn)led燈以預(yù)設(shè)光源強(qiáng)度照射mems氣體傳感器，接收mems氣體傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)，直至mems氣體傳感器處于非檢測(cè)狀態(tài)，此時(shí)，關(guān)閉紫外線(xiàn)led燈。

31、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

32、本技術(shù)提供了一種基于光熱調(diào)制增強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，包括：mems氣體傳感器、紫外線(xiàn)led燈和處理器，紫外線(xiàn)led燈安裝在mems氣體傳感器的正上方，且與mems氣體傳感器之間存在空隙，從而能夠?qū)ems氣體傳感器和紫外線(xiàn)led燈集成在一起，減少體積。處理器能夠調(diào)節(jié)mems氣體傳感器的工作溫度，在mems氣體傳感器處于檢測(cè)狀態(tài)時(shí)打開(kāi)紫外線(xiàn)led燈，在mems氣體傳感器處于非檢測(cè)狀態(tài)時(shí)關(guān)閉紫外線(xiàn)led燈，并調(diào)節(jié)紫外線(xiàn)led燈的光源強(qiáng)度，從而能夠同時(shí)對(duì)工作溫度和光源強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，基于光熱調(diào)制增強(qiáng)來(lái)優(yōu)化響應(yīng)性能和能耗。本技術(shù)可進(jìn)一步減少體積，優(yōu)化響應(yīng)性能和能耗。