實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中一氧化碳檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種能夠快速、準(zhǔn)確檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境 中一氧化碳濃度的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中一氧化碳檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] -氧化碳為無色透明液體；是苯環(huán)上兩個(gè)氫被甲基取代的產(chǎn)物，存在鄰、間、對(duì)三 種異構(gòu)體，在工業(yè)上，一氧化碳即指上述異構(gòu)體的混合物。一氧化碳具刺激性氣味、易燃，與 乙醇、氯仿或乙醚能任意混合，在水中不溶。沸點(diǎn)為137~140°C。一氧化碳毒性較高，美國(guó) 政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家會(huì)議（ACGIH)將其歸類為A4級(jí)。環(huán)境中的一氧化碳通常來自塑料、燃料、 橡膠，各種涂料的添加劑以及各種膠粘劑、防水材料中，還可來自燃料和煙葉的燃燒氣體。
[0003] 目前對(duì)于低濃度一氧化碳檢測(cè)方法主要依靠?jī)x器分析的方法，如氣相色譜法等。 上述檢測(cè)方法雖然可以準(zhǔn)確的檢測(cè)環(huán)境中微量一氧化碳的濃度，但是普遍存在檢測(cè)周期 長(zhǎng)、成本昂貴等不足，而且，需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的熟練技術(shù)人員操作儀器設(shè)備，無法實(shí)現(xiàn)環(huán) 境中微量一氧化碳的現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確快速檢測(cè)。
[0004] 因此，目前使用的用于微量一氧化碳的檢測(cè)系統(tǒng)存在靈敏度低、選擇性差、穩(wěn)定性 差或者不能長(zhǎng)期使用的問題。
[0005] 中國(guó)專利授權(quán)公告號(hào)：CN101846610A，授權(quán)公告日2010年9月29日，公開了一種 氣體檢測(cè)裝置及氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其包括石英板、第一電極、第二電極及吸附層，所述石英板 具有相對(duì)的第一表面和第二表面，所述第一電極形成于第一表面，所述第二電極形成于第 二表面，所述吸附層形成于第一電極表面，所述吸附層由銥-二氧化銥納米棒組成，用于吸 附待檢測(cè)氣體，以使氣體檢測(cè)裝置的質(zhì)量發(fā)生變化，從而獲得待檢測(cè)氣體的濃度。該發(fā)明存 在檢測(cè)速度慢，檢測(cè)精度低的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的氣體檢測(cè)方法的檢測(cè)周期長(zhǎng)、成本高、設(shè)備昂貴 的不足，提供了一種能夠快速、準(zhǔn)確檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中一氧化碳濃度的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中一氧 化碳檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中一氧化碳檢測(cè)裝置，包括控制器，存儲(chǔ)器、底板，設(shè)于底板上的 橫截面呈矩形的氣室和支撐架，設(shè)于支撐架上的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和橫向絲桿；
[0009] 所述氣室內(nèi)壁頂部設(shè)有頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器和用于向下吹風(fēng)的若干個(gè)風(fēng)扇，氣 室內(nèi)側(cè)壁由上至下依次設(shè)有氣體敏感膜、用于支撐氣體敏感膜的由電熱絲構(gòu)成的金屬網(wǎng)、 位于金屬網(wǎng)下部并將氣室內(nèi)分隔為上下兩部分的水平隔板，氣室內(nèi)底部設(shè)有超聲波接收 器、托板、檢測(cè)頭和沿托板上表面螺旋分布的軌道，檢測(cè)頭上設(shè)有MQ-2傳感器、MQ-135傳感 器和一氧化碳傳感器；氣體敏感膜上設(shè)有若干個(gè)通孔；
[0010] 橫向絲桿一端與設(shè)于支撐架上的第一電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接，所述氣室上設(shè)有用于插入 水平隔板的開口，水平隔板外端設(shè)有連接板，檢測(cè)頭下部設(shè)有用于帶動(dòng)檢測(cè)頭沿軌道運(yùn)動(dòng) 的第二電機(jī)，連接板與絲桿螺紋連接，連接板與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)滑動(dòng)連接，位于水平隔板上部和下 部的氣室上的進(jìn)氣管和出氣管；進(jìn)氣管和出氣管上均設(shè)有電磁閥；開口和水平隔板之間設(shè) 有密封結(jié)構(gòu)；
[0011] 還包括設(shè)于托板和氣室底部之間的豎向絲桿，豎向絲桿上部與托板螺紋配合，豎 向絲桿下部通過設(shè)于氣室底部的軸承與氣室連接，絲桿下端與設(shè)于氣室下部?jī)?nèi)的第三電機(jī) 的轉(zhuǎn)軸連接；
[0012] 控制器分別與頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、存儲(chǔ)器、各個(gè)電扇、各個(gè)電 磁閥、金屬網(wǎng)、第一電機(jī)、第二電機(jī)、第三電機(jī)、MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和一氧化碳傳感 器電連接。
[0013] 氣體敏感膜用于吸附實(shí)驗(yàn)室氣體，氣體敏感膜具有氣體富集作用，可將氣體敏感 膜依次在HN03(1 : 1)、丙酮和雙蒸水中超聲清洗15min，清洗后的電極置于室溫下晾干備 用；按一定比例將蘋果汁與聚乙二醇溶液混合，用超聲振蕩均勻得到混合物，用微量注射器 吸取5μL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %Nafion的混合物，滴涂于氣體敏感膜表面，室溫下晾干待用。
[0014] 頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器和超聲波接收器用于帶動(dòng)氣體敏感膜最大幅度的震動(dòng)，金 屬網(wǎng)用于加熱氣體敏感膜，從而使氣體敏感膜中吸附的氣體盡可能多的散發(fā)出來；水平隔 板用于分隔氣室上部和下部；支撐架、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、橫向絲桿和第一電機(jī)用于帶動(dòng)水平隔板水 平移動(dòng)，從而使控制器可通過第一電機(jī)控制水平隔板將氣室內(nèi)分為上下兩部分或者使氣室 恢復(fù)為一個(gè)整體；托板給軌道提供支撐，軌道給檢測(cè)頭提供移動(dòng)至托板不同部位的導(dǎo)向， MQ-2傳感器和MQ-135傳感器分別用于檢測(cè)環(huán)境信號(hào)，一氧化碳傳感器用于檢測(cè)一氧化碳 氣體信號(hào)；第二電機(jī)用于帶動(dòng)檢測(cè)頭沿軌道移動(dòng)，第一電機(jī)用于帶動(dòng)托板升降，第三電機(jī)用 于帶動(dòng)托盤升降，從而使各個(gè)傳感器檢測(cè)的氣體濃度更加準(zhǔn)確。
[0015] 由于傳感器對(duì)被檢測(cè)的目標(biāo)氣體均具有交叉敏感特性，因此本發(fā)明采用MQ-2傳 感器和MQ-135傳感器作為輔助傳感器，一氧化碳傳感器作為檢測(cè)一氧化碳?xì)怏w的主傳感 器，將MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和一氧化碳傳感器檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行融合，得到了傳感器 融合信號(hào)signal(t)，從而既保留了主傳感器的檢測(cè)信息，又保留了主傳感器與輔助傳感器 之間的信號(hào)差異信息，提高了檢測(cè)精度。
[0016] 因此，本發(fā)明具有靈敏度高、穩(wěn)定性好且響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)一氧化碳具有較好的選擇 性，能夠檢測(cè)出濃度更低的微量一氧化碳?xì)怏w，從而有效的保障人們身體健康的特點(diǎn)。
[0017] 作為優(yōu)選，還包括設(shè)于檢測(cè)頭上的溫度傳感器和濕度傳感器；溫度傳感器和濕度 傳感器均與控制器電連接。溫度傳感器和濕度傳感器分別用于檢測(cè)溫度和濕度，從而使傳 感器的校正充分去除環(huán)境因素的影響，校正更加準(zhǔn)確、可靠。
[0018] 作為優(yōu)選，所述軌道包括基板、設(shè)于基板上表面的兩條間隔設(shè)置的凹槽，所述凹槽 底面上設(shè)有等間隔排列的齒條；所述檢測(cè)頭底部設(shè)有兩個(gè)與凹槽相配合的齒輪；所述第二 電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與設(shè)于兩個(gè)齒輪之間的連接軸相連接；
[0019] 所述基板上設(shè)有第一擋板，與第一擋板相對(duì)的第二擋板；第一擋板、第二擋板上設(shè) 有對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向滑槽；所述齒輪的連接軸兩端設(shè)有用于插入第一擋板、第二擋板的導(dǎo)向滑槽 的延伸軸；檢測(cè)頭下表面設(shè)有與第一擋板、第二擋板上表面滾動(dòng)接觸的若干個(gè)滾珠。導(dǎo)向滑 槽、延伸軸和滾珠的設(shè)置，使檢測(cè)頭的穩(wěn)定性更好，摩擦力更小。
[0020] 作為優(yōu)選，所述支撐架包括開口向下的U形架、設(shè)于氣室前部和后部的L形架；所 述導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為設(shè)于U形架和兩個(gè)L形架之間的兩條橫梁；所述連接板呈矩形，連接板下部設(shè) 有用于穿過兩條橫梁的2個(gè)通孔，連接板上部設(shè)有用于與橫向絲桿配合的絲桿孔。
[0021] 作為優(yōu)選，氣體敏感膜內(nèi)設(shè)有若干個(gè)間隔分布的空腔，空腔內(nèi)設(shè)有伸出氣體敏感 膜上下表面之外的碳納米管。空腔和碳納米管增加了氣體敏感膜對(duì)氣體的吸附能力。
[0022] 一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中一氧化碳檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，包括如下步驟：
[0023] (6-1)控制器控制第一電機(jī)帶動(dòng)橫向絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，橫向絲桿通過連接板帶動(dòng)水平隔 板向氣室外水平移動(dòng)，使水平隔板內(nèi)端移至與開口相接觸位置時(shí)，控制器控制第一電機(jī)停 止工作；
[0024] (6-2)控制器控制進(jìn)氣管和出氣管上的電磁閥均打開，通過進(jìn)氣管向氣室內(nèi)充入 氮?dú)猓瑢?duì)MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和一氧化碳傳感器清洗5至10分鐘；
[0025] (6-3)通過進(jìn)氣管向氣室內(nèi)循環(huán)充入待檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室氣體，氣體敏感膜吸附氣體， 5至15分鐘后控制器控制進(jìn)氣管和出氣管上的電磁閥關(guān)閉；
[0026] (6-4)控制器控制頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波、超聲波接收器接收超聲波， 控制器控制頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波的從5Hz逐漸增大頻率增大，直至使超聲 波接收器接收的超聲波幅度最大時(shí)，控制器控制頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波的頻 率保持穩(wěn)定；超聲波帶動(dòng)氣體敏感膜震動(dòng)，控制器控制金屬網(wǎng)通電，金屬網(wǎng)為氣體敏感膜加 熱，控制器控制各個(gè)電扇工作，氣體敏感膜吸附的氣體進(jìn)入氣室下部；5至8分鐘后，控制器 控制金屬網(wǎng)斷電，各個(gè)電扇停止工作，頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器和超聲波接收器停止工作；
[0027] (6-5)控制器控制第一電機(jī)帶動(dòng)橫向絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，橫向絲桿通過連接板帶動(dòng)水平隔 板向氣室內(nèi)水平移動(dòng)，使水平隔板外端移至與開口相接觸位置相接觸時(shí)，控制器控制第一 電機(jī)停止工作；
[0028] (6-6)控制器通過第二電機(jī)帶動(dòng)檢測(cè)頭沿軌道移動(dòng)，并通過第三電機(jī)帶動(dòng)托板升 降，MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和一氧化碳傳感器檢測(cè)氣體信號(hào)，控制器收到一氧化碳傳 感器的檢測(cè)信號(hào)SI(t)、MQ-2傳感器的檢測(cè)信號(hào)S2 (t)，MQ-135傳感器的檢測(cè)信號(hào)S3 (t); 控制器利用公式signal(t) =SI2 (t) +(SI(t)-S2 (t))2+(SI(t)-S3 (t))2計(jì)算傳感器融合信 號(hào)signal(t);
[0029] (6-7)存儲(chǔ)器中預(yù)先存儲(chǔ)有隨機(jī)共振模型和一氧化碳濃度預(yù)測(cè)模型，將 signal(t)輸入隨機(jī)共振模型中，控制器計(jì)算隨機(jī)共振模型共振時(shí)的輸出信噪比SNR，
[0030] 將SNR輸入一氧化碳濃度預(yù)測(cè)模型中，得到被檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室氣體的一氧化碳濃 度。
[0031] 由于傳感器對(duì)被檢測(cè)的目標(biāo)氣體均具有交叉敏感特性，因此本發(fā)明采用M