CN102778504B - 一种气体检测装置及其检测气体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种气体检测装置，包括第一阀门、第二阀门、气体富集器、参比探测器阵列、测试探测器阵列、气泵和控制器，其中：第一阀门和气体富集器串联，形成第一气体支路；第二阀门形成第二气体支路，第二气体支路与第一气体支路并联；参比探测器阵列与测试探测器阵列并联，形成第三气体支路；第三气体支路一端连接到第一气体支路和第二气体支路，另一端连接到气泵；控制器与第一阀门、第二阀门、气体富集器、参比探测器阵列、测试探测器阵列和气泵电连接并控制其工作。本发明实施例提供了一种基于旁路和反馈的声表面波传感器气体检测装置，气路简单，成本低，且使用该气体检测装置检测气体的方法检测效率高。

Description

一种气体检测装置及其检测气体的方法

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其是涉及一种气体检测装置及其检测气体的方法。

背景技术

SAW（声表面波）传感器具有选择敏感性高、重复性及可靠性好等优点被广泛应用于环境保护、军事、反恐安防等气体检测领域。随着应用需求的不断增加，对气体检测仪器的时效性、准确性和稳定性提出了新的要求。SAW传感器具有以下优点：

1. 高灵敏度，高线性度：SAW传感器的能量密度很大，对表面的扰动很敏感，且SAW传感器的基频可以加工至数GHz，因此检测灵敏度较高。

2. 重复性和可靠性好：SAW传感器的关键部件为SAW谐振器或延迟线，在制作时候采用平面赋值的半导体工艺，重复性好。且容易集成化、一体化，机构牢靠，因而可靠性更好。

3. 信号容易采集和处理，可实现无线传感：采用准数字信号输出，易数字化。在遥感和遥测方面有着明显的优势。

4. 体积小，重量轻，功耗低。

现有的用于气体检测的一种气路设计中，每个气路都包含一个富集器、一个色谱和一个SAW传感器阵列，其中传感器阵列由参比和测试阵列组成，并且在气路中处于对等地位。这种气路中，虽然可以提高检测精度和准确性，但是对于富集器和色谱要求有高度的一致性，在工艺上难以实现一致。

对于传统的基于SAW的气体检测装置，人们往往为了满足准确性的要求，在气路设计上采用了包括富集器增加气体浓度的方法，但随之带来的问题是对于低浓度气体检测而言，富集器不停地进行“吸附-解析”过程，“吸附-解析”步骤占用了大量时间，而使整个系统的时效性大大降低。而且富集器在多次使用以后，导致表面老化以及解析过程不充分，在长时间使用以后，其检测的“准确性”也受到一定的影响。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种气路简单、成本低、检测效率高的气体检测装置及其检测气体的方法。

本发明的目的之一是提供一种可以提高气体检测中的时效性、并且能降低富集器的使用频率、延长气体检测装置的寿命的气体检测装置及其检测气体的方法。

本发明实施例公开的技术方案包括：

一种气体检测装置，包括第一阀门、第二阀门、气体富集器、参比探测器阵列、测试探测器阵列、气泵和控制器，其中：所述第一阀门和所述气体富集器串联，形成第一气体支路；所述第二阀门形成第二气体支路，所述第二气体支路与所述第一气体支路并联；所述参比探测器阵列与所述测试探测器阵列并联，形成第三气体支路；所述第三气体支路一端连接到所述第一气体支路和所述第二气体支路，另一端连接到所述气泵；所述控制器与所述第一阀门、所述第二阀门、所述气体富集器、所述参比探测器阵列、所述测试探测器阵列和所述气泵电连接并控制所述第一阀门、所述第二阀门、所述气体富集器、所述参比探测器阵列、所述测试探测器阵列和所述气泵的工作。

进一步地，所述参比探测器阵列包括至少一个声表面波传感器。

进一步地，所述测试探测器阵列包括至少一个声表面波传感器、至少一个温度传感器和至少一个湿度传感器，所述至少一个声表面波传感器、至少一个温度传感器和至少一个湿度传感器相互并联。

进一步地，所述气体富集器包括富集器加热装置，所述控制器与所述富集器加热装置电连接。

进一步地，所述气体检测装置还包括报警装置，所述控制器与所述报警装置电连接。

本发明的实施例还提供一种使用前述任意一种气体检测装置检测气体的方法，包括：控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门关闭；控制器控制所述气体富集器加热第一时间；控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门打开；控制器控制所述气泵抽气第二时间，并控制所述参比探测器阵列和所述测试探测器阵列对气体进行检测，获得气体检测数据；比较所述气体检测数据和第一阈值，当所述气体检测数据小于或等于所述第一阈值时，控制器控制所述第一阀门打开，控制所述第二阀门关闭；控制器控制所述气泵抽气第三时间，并控制所述参比探测器阵列和所述测试探测器阵列对气体进行检测，获得新的气体检测数据。

进一步地，所述方法还包括：当所述气体检测数据大于所述第一阈值时，控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门关闭。

进一步地，所述方法还包括：当所述气体检测数据大于所述第一阈值时，所述控制器发出报警信号。

本发明的实施例中提供了一种基于旁路和反馈的声表面波传感器气体检测装置，气路简单，成本低，且使用该气体检测装置检测气体的方法检测效率高。

附图说明

图1是本发明一个实施例的气体检测装置的框图示意图。

图2是本发明一个实施例的参比探测器阵列和测试探测器阵列的示意图。

图3是本发明一个实施例的使用气体检测装置检测气体的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一个实施例中，一种气体检测装置10包括第一阀门1、第二阀门2、气体富集器3、参比探测器阵列4、测试探测器阵列5、气泵6和控制器7。

第一阀门1和气体富集器3串联，形成第一气体支路。第二阀门2形成第二气体支路，该第二气体支路与第一气体支路并联。

参比探测器阵列4与测试探测器阵列5并联，形成第三气体支路。该第三气体支路一端连接到第一气体支路和第二气体支路，即连接到第二气体支路与第一气体支路并联所形成的气路，另一端连接到气泵6。也就是说，第二气体支路与第一气体支路并联所形成的气路、参比探测器阵列4与测试探测器阵列5并联形成的第三气体支路和气泵三者相互串联。

控制器7与第一阀门1、第二阀门2、气体富集器3、参比探测器阵列4、测试探测器阵列5和气泵6电连接，并控制第一阀门1、第二阀门2、气体富集器3、参比探测器阵列4、测试探测器阵列5和气泵6的工作，实现对气路中其它的检测。在图1中，控制器7与这些元件的电连接并没有图示出，但是容易理解，控制器7可以用任何适合的方式实现与第一阀门1、第二阀门2、气体富集器3、参比探测器阵列4、测试探测器阵列5和气泵6电连接并实现与第一阀门1、第二阀门2、气体富集器3、参比探测器阵列4、测试探测器阵列5和气泵6的信号传输或者数据通信。

本发明的实施例中，控制器7可以用单片机、微处理器、专用集成电路、可编程逻辑器件或者其它任何适合的电子器件、电路或者芯片实现。例如，一个实施例中，控制器7可以是三星（SAMSUNG）提供的S3C6410（ARM1176JZF-S）微处理器。容易理解，本发明的实施例中，控制器7也可以是其它任何适合的电子器件。

本发明的实施例中，第一阀门1和第二阀门2可以是电动阀，例如微型电动阀，当然，也可以是其它任何适合的阀。

本发明的实施例中，气泵6可以是微型气泵，也可以是其它任何适合类型的气泵。

本发明的实施例中，参比探测器阵列4包括至少一个声表面波传感器；测试探测器阵列5包括至少一个声表面波传感器、至少一个温度传感器和至少一个湿度传感器，该至少一个声表面波传感器、至少一个温度传感器和至少一个湿度传感器相互并联。参比探测器阵列4和测试探测器阵列5二者整体形成并联的传感器阵列。

例如，如图2所示，在图2所示的实施例中，参比探测器阵列4包括一个声表面波传感器，测试探测器阵列5包括两个声表面波传感器、一个温度传感器和一个湿度传感器，因此传感器阵列中总共包括三个声表面波传感器、一个温度传感器和一个湿度传感器。这些传感器对气路中的气体进行检测，获得的气体检测数据可以传输到控制器中。

容易理解，本发明的实施例中，参比探测器阵列4和测试探测器阵列5中的各种传感器的数量可以根据实际情况的需要而灵活设置，而不限于前面的内容中和附图中描述的具体个数。

下面结合附图详细描述使用前述的气体检测装置检测气体的方法。

本发明一个实施例中，使用前述的气体检测装置检测气体的方法下列的步骤。

首先，控制器7控制第一阀门1和第二阀门2关闭。此时，整个气路都关断。

第一阀门1和第二阀门2关闭时，控制器7控制气体富集器3加热第一时间，即加热气体富集器3预定的时间（第一时间）。该第一时间的具体的值可以根据实际情况设定，加热气体富集器3的效果越好，则该第一时间可以越短。例如，一个实施例中，该第一时间为10~20秒。

气体富集器3加热第一时间之后，控制器7控制第一阀门1和第二阀门2打开，并且控制器7控制气泵6开始抽气，并抽气第二时间。此时，整个气路导通，如图1中所示的A--C--E--F—G气路和A--B--D--G气路方向均保持畅通，气体沿图1中的箭头T的方向进入该气体检测装置10。在该气路导通过程中，控制器7控制参比探测器阵列4和测试探测器阵列5对气路中的气体进行检测，获得气体检测数据。此时，气泵6提供的采样流量例如可以为20~40立方厘米/分钟（ccm/min）。

本发明的实施例中，该第二时间的具体的值可以根据实际情况设定。例如，一个实施例中，该第二时间为60~75秒。

参比探测器阵列4和测试探测器阵列5获得的气体检测数据可以按照一定的格式进行组织编码以便于该气体检测数据的传输。

例如，一个实施例中，参比探测器阵列4和测试探测器阵列5获得的气体检测数据可以按照“参比探测器阵列浓度：测试探测器阵列浓度1：测试探测器阵列浓度2： 温度传感器温度：湿度传感器湿度：标识信号”的格式进行组织编码。其中参比探测器阵列浓度是参比探测器阵列4中的声表面波传感器测量获得的浓度；测试探测器阵列浓度1和测试探测器阵列浓度2是测试探测器阵列5中的两个声表面波传感器测量获得的浓度；温度传感器温度是如图2所示的传感器阵列中的温度传感器测量获得的温度；湿度传感器湿度是如图2所示的传感器阵列中的温度传感器测量获得的湿度；标识信号为根据获得的气体检测数据生成的反馈信号。

获得了气体检测数据后，将该气体检测数据与第一阈值进行比较，当气体检测数据（例如，检测到的气体浓度）小于或等于第一阈值时，控制器7控制第一阀门1打开，并控制第二阀门2关闭；然后，控制器7控制气泵6开始抽气，并且抽气第三时间。此时，A--C--E--F--G气路保持通畅，而A--B--D--G气路关断。控制器7控制参比探测器阵列4和测试探测器阵列5对气体进行检测，获得新的气体检测数据。此时，气泵6提供的采样流量例如可以为20~40立方厘米/分钟（ccm/min）。

本发明的实施例中，该第三时间的具体的值可以根据实际情况设定。例如，一个实施例中，该第三时间为60~75秒。

前述对气体进行检测和对获得的气体检测数据与第一阈值进行比较的步骤可以重复进行，直到检测获得的气体检测数据大于第一阈值或者外部关闭本发明的气体检测装置为止。

当气体检测数据（例如，检测到的气体浓度）大于第一阈值时，控制器7控制第一阀门1和第二阀门2关闭，即关断装置中的气路，并且控制气体富集器3停止加热。

本发明的实施例中，气体检测装置中还可以包括报警装置，该报警装置与控制器7电连接。当气体检测数据大于第一阈值时，控制器7控制该报警装置发出报警信号。该报警信号可以是声音信号、光信号或者其它任何适合的能够提醒使用者的信号，相应地该报警装置也可以是喇叭、发光二极管等等能够发出相应的报警信号的装置。

本发明的实施例中，该第一阈值可以根据实际情况灵活设定。

例如，一个实施例中，获得气体检测数据之后，参比探测器阵列4和测试探测器阵列5将气体检测数据归一化，并且与第一阈值进行比较。此时，第一阈值可以为0.7，当然也可以是其它适合的值，该第一阈值的具体值可以根据经验确定或者根据多次试验结果而确定。当归一化后的气体检测数据（例如，检测到的气体浓度）小于或者等于0.7时，将前述的气体检测数据的组织编码格式中的“标识信号”设为“L”；当归一化后的气体检测数据（例如，检测到的气体浓度）大于0.7时，将前述的气体检测数据的组织编码格式中的“标识信号”设为“H”。该标识信号的初始值可以是“M”，表示当前处于初始状态。

控制器7接收参比探测器阵列4和测试探测器阵列5发出的编码后的气体检测数据并检测标识信号的值。

当检测到标识信号为“L”（即归一化后的气体检测数据小于或者等于0.7）时，控制器7控制第一阀门1打开，并控制第二阀门2关闭；然后，控制器7控制气泵6开始抽气，并且抽气60秒。此时，A--C--E--F--G气路保持通畅，而A--B--D--G气路关断。控制器7控制参比探测器阵列4和测试探测器阵列5对气体进行检测，获得新的气体检测数据。

当检测到标识信号为“H”（即归一化后的气体检测数据大于0.7）时，控制器7控制第一阀门1和第二阀门2关闭，并且发出报警信号。

图3为本发明一个实施例的使用气体检测装置10检测气体的方法的详细的流程示意图，该图中的各个步骤与前述各个实施例中的相应步骤相同或者类似，在此不再一一详述。

本发明的实施例中，提供了一种基于旁路和反馈的声表面波传感器气体检测装置，气路简单，成本低，且使用该气体检测装置检测气体的方法检测效率高。

此外，本发明的实施例中的气体检测装置和检测气体的方法中，能够大大提高气体检测中的时效性问题，同时降低富集器的使用频率，从而延长气体检测装置的寿命。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (3)

1.一种使用气体检测装置检测气体的方法，其中所述气体检测装置包括第一阀门、第二阀门、气体富集器、参比探测器阵列、测试探测器阵列、气泵和控制器，其中：

所述第一阀门和所述气体富集器串联，形成第一气体支路；

所述第二阀门形成第二气体支路，所述第二气体支路与所述第一气体支路并联；

所述参比探测器阵列与所述测试探测器阵列并联，形成第三气体支路；

所述第三气体支路一端连接到所述第一气体支路和所述第二气体支路，另一端连接到所述气泵；

所述控制器与所述第一阀门、所述第二阀门、所述气体富集器、所述参比探测器阵列、所述测试探测器阵列和所述气泵电连接并控制所述第一阀门、所述第二阀门、所述气体富集器、所述参比探测器阵列、所述测试探测器阵列和所述气泵的工作；

所述方法包括：

控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门关闭；

控制器控制所述气体富集器加热第一时间；

控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门打开；

控制器控制所述气泵抽气第二时间，并控制所述参比探测器阵列和所述测试探测器阵列对气体进行检测，获得气体检测数据；

比较所述气体检测数据和第一阈值，当所述气体检测数据小于或等于所述第一阈值时，控制器控制所述第一阀门打开，控制所述第二阀门关闭； 

控制器控制所述气泵抽气第三时间，并控制所述参比探测器阵列和所述测试探测器阵列对气体进行检测，获得新的气体检测数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述气体检测数据大于所述第一阈值时，控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门关闭。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述气体检测数据大于所述第一阈值时，所述控制器发出报警信号。